变温过程中二甲基亚砜与水之间氢键行为的拉曼光谱研究

测量了在降温过程中体积比为1∶1的二甲基亚砜(DMSO)水溶液的拉曼光谱,并对DMSO水溶液的拉曼光谱进行了归属。对实验数据进行分析发现: 在降温过程中DMSO分子与水分子的分子间氢键、DMSO分子与DMSO分子和水分子与水分子间氢键的作用行为引起了DMSO的SO双键和水分子的O—H键的拉曼谱带的变化。进一步分析表明：在27～-30 ℃降温过程DMSO与水之间氢键加强,-30～-60 ℃降温过程水与水之间氢键代替DMSO与水之间的氢键。这为丰富水溶液的氢键理论提供了实验依据。     

Al2O3-P2O5-H2O反应体系产物以及高温产物的光谱特征

以磷酸和氢氧化铝为原料,选取不同工艺合成了系列磷酸铝。用FTIR,XRD,Raman和SEM研究了相关产物阴离子基团的红外图谱变化和三聚磷酸二氢铝的热变化过程的光谱性质以及颗粒形貌的变化。当改变P2O5/Al2O3摩尔比或者缩合温度时,可以看到磷酸根形式H2PO4-,PO34-,H2P3O130-和PO3-的红外光谱特征的变化,P—O键的振动峰随着聚合程度的增加向短波长方向移动,而且峰宽增加。当三聚磷酸二氢铝经高温处理后,拉曼和红外光谱显示了聚合磷酸根中微结构间的相互作用引起P—O键伸缩振动频率增大以及结晶水的变化趋势,随着组成变化的同时,其颗粒的层状结构层厚度增加,层边界趋于模糊,直至呈现熔体状态。     

激发态下甘氨酸与水分子间氢键性质研究

在生物体中氨基酸通常以水作为溶剂,是形成细胞的重要成分.在该环境下,分子间氢键的产生会对氨基酸分子与水分子的结构和性质产生影响.为了研究其在基态和激发态下的性质,本文利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对甘氨酸分子和H₂O分子在基态和激发态下的分子间氢键的静电势、键长、自然键轨道(NBO)电荷、分子中的原子理论(AIM)分析、Wiberg键级b、红外(IR)光谱、空穴-电子轨道和基态与激发态之间的电子转移进行了理论研究.结果表明：分子间氢键的形成会导致分子结构的改变和红外光谱振动频率的移动.在激发态下,分子间氢键有不同程度的增强或减弱.该计算结果为氢键的形成和激发态下分子间氢键的研究提供理论依据.     

聚酯/无机杂化分子间键合作用及微结构相关性的光谱研究

采用FTIR,UV-Vis,WAXD和DSC手段,研究了分子间为非共价键化学结合的PCL／SiO2高分子-无机杂化透明材料组分间的键合型式;分子间特殊氢键相互作用行为与结晶性聚合物在杂化材料中的微结构相关性。结果表明,杂化体系中PCL高分子与SiO2无机组分间的键合,主要是依赖于杂化体系中较强的分子间氢键相互作用,其作用强度随无机相TEOS含量而变化。体系中氢键相互作用增加使PCL结晶高分子的相对结晶度下降,杂化材料的光学透明性提高。同时对体系中高分子-无机组分的微相分离尺度产生影响。     

原位漫反射红外光谱研究升温速率对HMX炸药热分解过程的影响

原位红外光谱法是一种新兴的动态研究方法。该方法具有原位实时监控和红外光谱精确分析物质化学结构的优点,能够实时跟踪材料在不同温度下的化学变化,测定材料的微观结构与温度的关系。采用原位漫反射红外光谱研究了炸药1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)分别在每min 5, 10, 20和40 ℃四种不同升温速率下的热分解行为。研究结果表明：在5 ℃·min-1升温速率下,断裂的HMX环发生分子内结合,在10, 20和40 ℃·min-1升温速率下,断裂的HMX发生分子间成环,形成稳定的八元环结构。随着温度的升高,C—N键的断裂数率远高于N—N键的断裂速率。随着升温速率的增加,C—N键的起始分解温度增加,表明增加升温速率会引起HMX分解的滞后。检测到HMX的分解所释放出CO₂, N₂O, CO, NO, HCHO, HONO, NO₂和HCN共八种气体,升温速率的变化未改变HMX的分解机理。     

阿维菌素包合物的红外光谱研究

依据β-环糊精的分子空腔容纳性质,利用饱和水溶液法制备出阿维菌素-β-环糊精包合物,利用高效液相色谱法测定其包封率。 结合红外光谱谱图说明了阿维菌素-β-环糊精包合物的形成;分析了阿维菌素光解所产生的化学结构变化;研究了所形成的包合物增强阿维菌素化学结构光稳定性的效应。 结果表明：阿维菌素-β-环糊精包合物的包封率为40.5%;从红外光谱谱图分析,说明阿维菌素-β-环糊精包合物形成了分子间氢键,组合效应与其物理混合物有区别。 阿维菌素B1a分子大环内酯结构可以被光分解破坏,分解后大环内酯结构中的C—O—C结构红外伸缩振动峰消失,内酯键发生明显断裂。 形成阿维菌素-β-环糊精包合物后,β-环糊精起包合作用的分子位点覆盖了阿维菌素B1a分子大环内酯结构,为阿维菌素B1a分子大环内酯结构中的C—O—C结构提供良好的避光保护作用,提高了阿维菌素B1a分子的光稳定性。 本实验的创新之处在于对所制备的阿维菌素-β-环糊精包合物的结构和特性从红外光谱角度进行了分析,此类包合物可望作为理想的阿维菌素保护型控释制剂中间体。     

傅里叶变换红外光谱研究拉伸过程中应压木主要化学组分的响应规律

应压木的适应性生长导致了针叶树木材化学性质发生变化,其中微纤丝角的变大主要引起木材主要化学组分变形机制发生了变化,影响其力学性质。以马尾松应压木和正常材为研究对象,通过傅里叶变换红外光谱对比研究应压木和正常材在拉伸过程中木材主要化学组分官能团的变化规律差异,对研究应压木力学性能变化的分子响应机制具有重要意义。结果表明:应压木的微纤丝角为35.17°±2.30°,而正常材为15.15°±1.61°;应压木和正常材的顺纹抗拉强度分别为(45.37±3.41)和(109.75±11.87) MPa,弹性模量分别为(18.10±0.76)和(70.95±6.60) MPa,但应压木的屈服变形大于正常材,破坏点的应变值约为正常材的3倍。傅里叶变换红外光谱结果表明:应压木和正常材纤维素中糖苷键C—O—C(1 161 cm~(-1))和纤维素分子内氢键O(3)H…O(5)(3 348 cm~(-1))的红外吸收特征峰波数都随拉伸应变发生线性变化。其中,应压木中纤维素的糖苷键C—O—C向低波数偏移量为-1.52 cm~(-1)·dε~(-1),而正常材的苷键偏移量为-2.15 cm~(-1)·dε~(-1);应压木中纤维素分子链内氢键O(3)H…O(5)的波数向高波数偏移量为4.62 cm~(-1)·dε~(-1),而正常材纤维素分子链内氢键偏移量为2.76 cm~(-1)·dε~(-1)。应压木纤维素的糖苷键向低波数的偏移量、纤维素分子链内氢键向高波数的偏移量均小于正常材,但两者木质素和半纤维素特征官能团的红外吸收特征峰波数没有明显偏移。根据应压木和正常材拉伸过程中的主要化学组分响应规律,纤维素依然作为应压木在拉伸过程中的承载物质,而基体的主要作用是应力传递;但微纤丝排列重新取向;与正常材相比,应压木中较大的微纤丝角会导致纤维素分子链长度方向的变形较小,但微纤丝与基体之间的剪切变形会较大。这也导致了应压木在拉伸过程中会发生较大的屈服变形,破坏点的应变大于正常材。     

分子动力学模拟研究DMSO-水体系的结构和相互作用

用分子动力学模拟方法结合核磁共振化学位移和红外光谱结果,研究二甲基亚砜DMSO水溶液在全浓度范围内的结构和弱相互作用. 表明径向分布函数分析,DMSO水溶液中既存在着传统的强氢键又存在C—H…O弱相互作用. 氢键网络分析发现DMSO水溶液体系在水富集区域,水分子倾向于自身缔合形成稳定的分子簇结构,而随着DMSO浓度的逐渐增加,水的有序结构受到破坏. DMSO的摩尔分数为0.35是一个特殊点,多种性质偏离理想混合最远. 水分子和DMSO分子发生了交叉缔合作用形成稳定的分子聚集体. 分子动力学统计的平均氢键数与核磁共振化学位移和红外波数变化数据结果进行比较,结果吻合很好.     

甲基对硫磷分子印迹聚合物光谱研究

以甲基对硫磷为模板分子,分别以甲基丙烯酸、丙烯酰胺和4-乙烯基吡啶为功能单体,合成了三种分子印迹聚合物。利用紫外光谱研究了甲基对硫磷与不同功能单体间作用力的大小,表明4-乙烯基吡啶与甲基对硫磷间的作用力明显强于另外两种单体。红外光谱研究表明4-乙烯基吡啶可以同模板分子的P—O—C和—NO₂部位发生反应,并形成稳定的共价化合物,而另外两种单体仅在P—O—C部位与模板分子缔合。此外,由三种分子印迹聚合物的红外光谱图可以看出,在聚合物表面确实存在着可与模板分子相互作用的官能团。     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律。计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同。随着外电场(-0.02a.u.—0.03a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义。体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反。另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移。     

HOX(X=F,Cl)二聚体红移氢键的理论研究

用理论方法研究了二聚体HOX(X=F,Cl)分子间氢键,在B3LYP/6-31+G(d,p)、 B3LYP/6-311++G(d,p)、MP2/6-31+G(d,p)和MP2/6-311++G(d,p)水平上,利用标准方法和均衡校正方法对二聚体进行了几何优化、振动频率和相互作用能的计算。同时,利用电子密度拓扑分析和自然键轨道分析对红移氢键的本质进行了分析。研究表明：分子间O—H…O和O—H…X(X=F,Cl)氢键的形成使二聚体中O—H键伸长,伸缩振动频率减小,形成红移氢键。NBO分析表明,电荷转移效应占优势,因此形成O—H…O和O—H…X(F,Cl)红移氢键。     

IR-RAS光谱原位研究界面P507分子的存在状态及其变化

采用原位反射红外吸收光谱(IR-RAS)研究了气-液界面P507分子的存在状态及其随水相酸度的变化。结果表明:当水相pH降低时,P507分子极性端基团的质子化状态发生改变。P—O—H和P=O基团峰位向高波数移动,P—O—H吸收峰强度增强。P507分子极性端间的氢键相互作用随质子化程度增加而增强。本文的工作阐明酸性磷类萃取剂分子在油水两相界面处的存在形式及其与水相氢离子的相互作用机制,从而在理论上为指导改进皂化工艺奠定了基础。     

基于FTIR分析猪场废水有机物分解过程中组成结构变化

猪场废水排放的环境污染问题日益受到重视,研究废水中有机物的组成结构变化将可为制订合理的污染防治措施提供科学依据。本研究通过设置不同规模化猪场废水的室内培养试验,在培养过程中定期采样,采用抽滤、冷冻干燥等方法获得可溶性有机物(DOM)固体样品;运用FTIR光谱仪采集样品的红外谱图,研究废水中DOM组成结构在有机分解过程中的变化。结果表明,不同猪场来源的废水中DOM具有类似的组成结构,且主要由蛋白质、脂质类、腐殖酸、多糖类和酚类等有机物组成。随着培养天数的增加,与脂质类、蛋白质和酚类等相关的官能团含量逐渐降低并趋于稳定,而与腐殖酸和多糖类相关的官能团显著增加直至平稳。与初始样品相比,培养20天后样品中DOM组成结构以腐殖酸和多糖类为主,表明DOM的腐殖化程度有所提高。此外,与纤维素分子内氢键缔合的羟基(OH)相比,纤维素分子间氢键缔合的羟基降解速率相对更快,而以前者对微生物的降解更为敏感。废水中DOM以酚羟基C—O的降解速率更快,随后是芳香族COOH、糖类C—O和酰胺羰基CO,而糖类C—O倾向于优先被微生物所利用。综上所述,废水中不同的DOM组成结构在有机降解过程中的变化存在一定差异。     

高压下1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐的振动光谱及同位素效应（英文）

用密度泛函理论方法研究1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐(HATO)晶体在高压(40 GPa)下性质。在GGA-PW91计算水平并结合超软势基组对HATO晶体结构进优化,其优化结构能再现实验结果。分子间O…H间距随压力的增加而显著减小;但O—H和N—H键长呈现非单调变化。基于不同压力下的优化晶体结构,利用非周期性计算并经校正因子0.967 9校正,求得相应压力下的红外和拉曼谱。预测最强拉曼峰对应于C—C伸缩和NH_2对称变形,位于1 580 cm~(-1),与实验结果一致。虽然阴离子不含氢原子,但阳离子的氘代仍对阴离子的振动光谱产生影响。高压导致分子间氢键增强,导致参与氢键的O—H和O—D振动的拉曼波数减小。氘代后,ND_2的拉曼位移的最明显变化是ν_2伸缩振动波数在高压下急剧增加,导致ND_2ν_2/ν_3在高压下发生偶合。计算出的ν_1至ν_3振动的同位素效应比ν(NH_2)/ν(ND_2)均为1.36～1.38,与由折合质量所求得的值相一致。氘代和压力的变化可引起不同振动模式的偶合。     

用激光拉曼光谱研究液态乙醇的水合作用过程

为研究室温下乙醇-水二元混合物内部的分子间缔合情形,测得了不同体积配比溶液的拉曼光谱,发现位于2 800~3 050 cm-1波数区间的C—H伸缩振动频率随乙醇中加入水量的增加整体呈现蓝移趋势,而位于1 048 cm-1附近的CO伸缩振动频率的变化规律却与此相反。分析认为,这种现象主要由溶液内部分子间发生的不同水合作用所致,并据此阐明了液态乙醇的水合作用过程:水分子首先与纯乙醇中的自缔合短链发生氢键缔合作用,形成了含有较多乙醇分子数的乙醇水合团簇,直到溶液中水的体积含量达到50%时,乙醇的水合作用达到暂时饱和;而当水的体积含量继续增加到70%以后,水分子致使原有乙醇水合团簇解离形成较小尺寸的团簇,并与解离点位上的乙醇分子羟基发生进一步水合作用;而后,当水体积含量增至一定程度后,还会导致乙醇分子疏水基CH基团与水分子间形成弱氢键C—H…O。     

利用二维红外相关光谱研究胶原/透明质酸共混物的相互作用

以胶原/透明质酸共混物中透明质酸的含量为外扰,利用二维红外相关光谱法研究了胶原/透明质酸共混物的构象变化及它们之间的相互作用.研究发现,1694,1524与1241 cm-1归属于胶原酰胺带的C=O对称伸缩振动、N-H摇摆与N-H面内变形振动峰之间存在同步正交叉峰,表明随着透明质酸组分的增加,胶原的链段构象发生了变化.当胶原/透明质酸共混体系中透明质酸含量由0增至50%时,1045cm-1归属于透明质酸的C-OH伸缩振动峰与1694 cm-1归属于胶原C=O对称伸缩振动峰存在同步负交叉峰,表明透明质酸的O-H与胶原分子的C=O之间形成了氢键;当透明质酸含量从50%增至90%时,1045 cm-1的同步峰几乎消失,而在φ(1694,1524),φ(1694,1241),φ(1524,1241)出现的正交叉峰反而增强,说明透明质酸的O-H不再与胶原形成氢键,而是透明质酸的C=O与胶原分子的N-H之间形成氢键,致使胶原构象发生了变化.     

甘氨酸和丙氨酸二肽、三肽中N-H…O=C分子内氢键键能的理论研究

提出一种计算多肽中N-H…O=C分子内氢键键能的新方法.并将新方法应用于计算甘氨酸和丙氨酸二肽、三肽中N-H…O=C分子内氢键键能.利用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d)方法优化几何构型和计算频率.对全部结构计算MP2/6-311 G(3df,2p)水平上的单点能量.结果表明:在甘氨酸二肽中氢键键能为-6.38 kcal/mol,在丙氨酸二肽中氢键键能为-7.09-、6.25 kcal/mol;在甘氨酸三肽中氢键键能为-5.62 kcal/mol,在丙氨酸三肽中氢键键能为-5.37,-5.74 kcal/mol.     

哈龙1211分子在外电场中的物理特性研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对分子进行优化,研究了在不同外电场下,哈龙1211分子的键长、体系总能量、偶极矩、能级、能隙、电荷分布和红外光谱的变化规律.计算结果表明,电场方向不同,键长的变化趋势也不同.随着外电场(-0.02 a.u.-0.03 a.u.)的增加,C-Br间的键长随x轴方向电场的增加可能先趋于断裂,而C-Cl间的键长随y轴方向电场的增加可能最先趋于断裂,这对利用外电场解离哈龙1211分子有着重要意义.体系总能量和能隙随着外电场的增加先增大后减小,而偶极矩的变化趋势相反.另外,随着电场的增加,红外光谱的最强峰先发生蓝移再发生红移.     

2'-脱氧鸟苷在水溶液中激发态氢键动力学的密度泛函理论研究

用密度泛函理论和含时密度泛函理论研究了2'-脱氧鸟苷在水溶液中形成的一水和二水复合物在基态和激发态的氢键性质．计算了两种复合物的稳定构型、红外光谱、前沿分子轨道以及密里根电荷等光物理参数．结果表明,两种水合物的分子内氢键在光激发下变化不一致,分子间氢键变化相似．一水复合物的分子内氢键N3···H4-O2 在激发态是加强的,二水复合物的是减弱的．两种水合物的分子间氢键N2-H2···O3和O3-H5···O2及O3···H7-O4和H5···O1-C1在激发态全是减弱的．两种复合物红外光谱的计算结果与实验值一致．二水复合物中分子间氢键O4···H1-N1在激发态断裂,形成了新的分子间氢键O4···H3-N2,这种变化可能与鸟嘌呤部分的结构弯曲有关．最后分析了一水和二水复合物分子的分子内电子转移特性．     

二维红外光谱法对肉豆蔻酸相变过程的研究

脂肪酸由于成本低、相变潜热大、热稳定性好的特点,在有机固-液相变材料中应用较多。对脂肪酸进行热分析一般采用热重法（TG）或差示扫描量热法（DSC）得到材料宏观上的热力学性质,但难以对其微观结构变化进行深入探讨。二维红外光谱（2D-IR）在温度扰动的作用下,样品的光谱信号将随之发生动态变化。通过数学处理能够发现样品在相变过程中微观结构的变化。以肉豆蔻酸为例,采用傅里叶红外光谱仪,在4 000～400 cm-1和30～100 ℃温度范围内对肉豆蔻酸进行一系列红外光谱实验。采用二维移动窗口（MW2D）红外光谱技术,对肉豆蔻酸中的CO和O—H键进行分析,发现MW2D测出的肉豆蔻酸熔点与传统的DSC测出的基本一致,且两种化学键显示的热数据具有良好的一致性和稳定性。对光谱数据进行2D-IR分析,结果表明,由于分辨率的提高,一维光谱中单一的重叠吸收峰对应着二维光谱中的多个吸收峰,根据2D-IR的理论知识,推测可能存在二聚体肉豆蔻酸构型向单聚体肉豆蔻酸构型转变的情况。从峰强度和温度的变化关系中发现,升温时CO键和O—H键存在三个变化过程,达到相变温度之前,CO吸收峰强度基本不变,O—H吸收峰强度逐渐下降,说明O—H键偶极矩的变化比CO键更易受温度影响;相变过程中,两者吸收峰强度都显著减弱且O—H吸收峰强度下降幅度更大;达到相变温度之后,可能因O—H形成的分子间氢键,受热导致由强变弱,O—H上的电子云移向CO,导致CO吸收峰强度增大、O—H吸收峰强度减小。同时,结合密度泛函理论,对二维红外光谱的推论进行理论验证,可知存在二聚体肉豆蔻酸向单聚体肉豆蔻酸的转化过程。