异烟酰胺-戊二酸-吡嗪酰胺三元共晶的太赫兹光谱和DFT计算

三元共晶是在二元共晶的基础上发展的一种新型共晶设计策略，可以在不影响药物固有生物活性和相应药理活性的情况下改善药物的理化性质，因此三元共晶在药物研究和开发方面具有巨大的潜力。由于三元共晶会涉及三种不同分子的复杂组装，其复杂程度随着参与药物共晶的分子种类和数量的增加而增加，潜在的共晶氢键结合位点数量也随之增加，所以很难获得特定的三元共晶，关于特定三元共晶系统的微观分子结构方面的报道也很少。为了理解三元共晶结构的氢键形式，通过检测手段获取三元共晶体系中相关二元及三元共晶的分子结构信息对了解三元药物共晶的复杂形成过程尤为重要。采用机械研磨方法成功地合成了异烟酰胺-戊二酸、吡嗪酰胺-戊二酸二元共晶和异烟酰胺-戊二酸-吡嗪酰胺三元共晶，通过太赫兹时域光谱(THz-TDS)和密度泛函理论(DFT)计算对二元共晶和三元共晶结构进行研究。太赫兹光谱实验结果表明，二元和三元共晶都显示出各自独特的光谱特征。晶体结构分析表明异烟酰胺-戊二酸-吡嗪酰胺三元共晶结构中戊二酸一侧羧基中的羟基与异烟酰胺中的吡啶N形成羧基-吡啶N氢键异合成元，而异烟酰胺中的酰胺与吡嗪酰胺中的酰胺形成酰胺-酰胺氢键同合成元。最后，将D...     

拉曼光谱和DFT分析吡嗪酰胺和2.5-双羟基苯甲酸共晶体

药物共晶可以改善药物活性成分的物理化学性质,这一特性使其在改善药物性质特征方面具体很大的应用潜力。我们小组用拉曼光谱(Raman spectroscopy)技术对吡嗪酰胺(Pyrazinamide,PZA)、2.5-双羟基苯甲酸(2.5-dihydroxybenzoic acid,2.5-DHBA)及其研磨和溶剂共晶体进行表征分析。该光谱显示了拉曼光谱可以有效鉴别吡嗪酰胺、2.5-双羟基苯甲酸及其共晶体。运用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)对吡嗪酰胺和2.5-双羟基苯甲酸的两种可能结构进行结构优化和光谱模拟。结果显示理论形式A与实验结果很好的拟合。推断共晶体氢键的形成位置为2.5-双羟基苯甲酸中羧基O16和吡嗪酰胺上H10,该处形成第一处氢键,而2.5-双羟基苯甲酸中羧基H15和吡嗪酰胺上O11形成第二处氢键。     

吡拉西坦和3-羟基苯甲酸药物共晶体及其形成过程的光谱特性分析

药物共晶可以改善药物活性成分的物理化学性质,这一特性使其在改善药物性质特征方面具有很大的应用潜力。本文采用固体研磨的方法制备由吡拉西坦(Piracetam)和3-羟基苯甲酸(3-Hydroxybenzoic acid, 3HBA)作为原料药的药物共晶体,应用傅里叶变换红外(FTIR)、拉曼(Raman)和太赫兹(THz)光谱方法对研磨获得的共晶样品进行表征,并对两原料药和共晶体的分子振动模式进行归属。FTIR,Raman和THz光谱均表明共晶体的振动模式与原料药有着显著的区别。另外,使用Raman和THz光谱技术深入分析共晶体形成的动态过程,实验结果表明在研磨的最初几分钟反应迅速,之后共晶体形成的反应速率变得缓慢,在研磨35 min之后,共晶体的形成过程结束。这一结果为药学领域中有关药物共晶形成的实时监控及其定量分析提供了理论依据和一种有效的技术方法。     

双苯氟嗪盐酸盐和苯甲酸的共晶制备和谱学分析

药物共晶是改善药物活性成分(API)的物理化学特性的新技术和新思维,具有很大的应用潜力。本实验采用研磨法制备了双苯氟嗪盐酸盐(DF-HCl)和苯甲酸的共晶,应用红外光谱(IR)、拉曼光谱(Raman)、差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和太赫兹光谱(THz)对共晶进行了表征。结果表明:双苯氟嗪盐酸盐与苯甲酸之间形成共晶分子,太赫兹谱的研究进一步表明两种分子之间有氢键形成。     

联吡啶与五氟苯酚、五氟苯甲酸共晶弱相互作用的光谱解析与结构研究

五氟苯酚(PFP)、五氟苯甲酸(PFBA)与联吡啶(BP)利用溶剂缓慢挥发的方法制得BP/PFP和BP/PFBA两种共晶,并获得其晶体结构。结合密度泛函理论模拟对这两种共晶的红外和拉曼光谱进行解析。红外光谱证明两种共晶内部存在氢键作用。拉曼光谱表明BP/PFBA共晶内部的氢键强于BP/PFP。此外,结合红外、拉曼及晶体结构数据可知,在BP/PFP共晶中同时存在氢键和π—π相互作用。弱相互作用的差异导致其共晶的结构上的差异。该研究对进一步理解共晶结构和性质以及指导共晶设计具有一定的研究意义。     

1,3,5-三氮杂苯－水簇氢键结构性质

在B3LYP/6-31 G**和MP2/6-31 G**水平上对1,3,5-三氮杂苯-(H2O)n(n=2,3)复合物的基态氢键结构进行几何优化和性质计算,结果表明复合物之间存在较强的氢键相互作用,所有稳定复合物结构中形成一个N…H-O氢键并终止于弱O…H-C氢键的氢键水链构型最稳定.氢键的形成是水分子中H-O键振动频率减小(红移).NBO分析表明,最稳定的1:2和1:3复合物发生分子问电荷转移总量分另q为0.02501 e和0.02777 e.     

1,2,3-三氮杂苯-水复合物氢键相互作用

用密度泛函理论在B3LYP/6-31 G**水平上对1,2,3-三氮杂苯和水形成1:1、1:2和1:3复合物的基态氡键结构进行几何优化和性质计算．计算结果表明,复合物之间存在较强的氢键作用．所有稳定复合物结构中形成一个N…H-O氢键并终止于O…H-C氢键的氢键水链构型最稳定．氢键的形成是水分子中H-O键振动频率减小(红移)．NBO分析表明,最稳定的1:1、1:2和1:3复合物发生分子间电荷转移总量分别为0．0222e、0．0261e和0．0273e．同时,用含时密度泛函理论方法在TD-B3LYP/6-31 G**水平计算了1,2,3-三氮杂苯单体及其氢键复合物的第一1(n,π*)激发态的垂直激发能．     

拉曼光谱法研究1,3-二甲基脲溶液中的相互作用

尿素类化合物在生命科学领域中有非常重要的作用,其独特的化学结构可与水等其他氢键给体材料形成氢键。氢键是生命分子体系中较常见和重要的分子间弱的相互作用,振动光谱方法为分子间氢键相互作用的研究提供有力的测量手段,其中拉曼光谱为研究水溶液中氢键形成和变化规律提供了可能。测得了1,3-二甲基脲(DMU)晶体的拉曼光谱,利用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G**水平上对气态单体DMU进行结构的优化,并结合文献对拉曼光谱的谱线进行了归属认证。然后测得了1,3-DMU与水二元体系的拉曼光谱。相比与DMU晶体,当DMU分子溶于水后,水-DMU氢键相互作用将取代DMU-DMU分子间相互作用,导致氮原子杂化方式由sp2向sp3杂化转变。由此溶解过程中DMU分子的骨架从平面结构变成了非平面结构。     

Al-Cu-Ge合金的热物理性质与快速凝固规律研究

Al-Cu-Ge合金是典型的三元共晶体系,在工业上有重要的应用价值,对其进行研究有助于了解该合金的热物理性质和提高该合金的结构性能.本文选择了Al55Cu10Ge35,Al70Cu10Ge20和Al80Cu10Ge10三种成分合金作为研究对象,对合金的固态比热和热膨胀系数进行了测量,并对比分析了合金在近平衡凝固和落管快速凝固条件下的组织特征和凝固路径.研究发现,合金比热随Al含量的增大和Ge含量的减少而增大.这三种成分合金的软化温度均为666 K,物理热膨胀系数α在370—650 K温度范围内基本一致,约为1.5×10-5K-1.近平衡凝固条件下合金凝固过程中最后一步反应生成的均为(Al)+(Ge)二相共晶而不是三元共晶,这表明(Al)、(Ge)和CuAl2相在这三种成分的Al-Cu-Ge合金中难以同时形核并协同生长.然而,在快速凝固条件下,初生相的形核和生成受到抑制,合金中更易于形成二相共晶和三元共晶组织.     

铂表面甘油脱除羟基的从头算分子动力学研究

随着生物质能源的开发,从生物柴油制备中大量获取的甘油成为热门的工业原材料. 甘油可以通过氢解生成1,2-丙二醇和1,3-丙二醇两种丙二醇,这两种丙二醇都具有十分广泛的用途. 实验上报道的众多相关金属催化剂中,铂具有性质稳定、不易失活、可活化氢分子提供氢原子等优点. 此外甘油在铂上氢解生成1,2-丙二醇的选择性高于1,3-丙二醇. 本文主要利用从头算分子动力学对甘油在Pt(111)和Pt(211)表面上发生的羟基解离过程进行了模拟计算,并对比分析了其自由能的变化和表面物种结构参数的变化,得出了以下结论：(i)密度泛函理论优化气相甘油分子结构的结果显示,氢键对于气相中分子的结构与能量有较大贡献,三个羟基形成三个分子内氢键结构时甘油分子能量最低;(ii)通过比较从头算分子动力学模拟得到的自由能能垒和反应自由能,可以得出,在Pt(111)和Pt(211)表面,末端碳上的羟基比中间碳上的羟基更容易发生解离. 这表明在类似的条件下,铂作为催化剂可以为1,2-丙二醇的生产提供更高的选择性,这与文献中报道的实验结果一致;(iii)通过对从头算分子动力学模拟得到的初始吸附态和过渡态结构参数的分析,发现在羟基解离的过程中,C-C键的键长没有明显变化,而氧原子的相对位置以及氢键的长度有明显变化,且氢键长度的变化更加剧烈;(iv)通过比较从头算分子动力学研究所得的自由能能垒和结构参数的相关趋势发现,自由能能垒与初始吸附态和过渡态的氧原子间位置的变化量之间存在线性关系,而分子内氢键对自由能能垒的贡献可以忽略不计. 氧原子间位置的变化越大,自由能能垒越高.     

铽-苯甲酸-邻菲咯啉三元配合物绿色、黄色荧光转变研究

合成了铽 (Tb) 苯甲酸 (L) 邻菲咯啉 (phen)三元配合物 ,并与Tb 苯甲酸的二元配合物相比较 ,研究了它们的发光性质。结果显示 ,第二配体邻菲咯啉的引入并未降低Tb3 的发光强度 ,但却使Tb3 的荧光寿命明显缩短 ,而且首次发现 ,沉淀晶粒的聚合状态影响三元配合物的发光性质。当晶粒较为分散时 ,三元配合物中Tb3 的 5D4 → 7F5的跃迁几率很大 ,显示Tb3 特征的绿色荧光。随着晶粒的聚集 ,5D4 7F5的跃迁几率减小 ;而显红色荧光的5D4 → 7F3跃迁几率明显增加 ,结果使铽 苯甲酸 邻菲咯啉三元配合物在紫外灯下显示黄色荧光。同时讨论了三元配合物的谱学性质     

介质折射率对一维三元光子晶体带隙的影响

利用光学传输矩阵法,数值模拟了一维二元、三元光子晶体的带隙结构,得出:三元光子晶体的主带隙略宽于二元光子晶体的主带隙;三元光子晶体的主带隙主要取决于最高折射率的介质和最低折射率的介质,而与居于两者之间的介质关系不大,并作出了相应的关系曲线。最后推导了三元光子晶体的色散关系。     

氢键对2-(N-甲基)氨基-5-硝基吡啶分子非线性光学性质的影响

本文在杂化密度泛函理论水平上研究了溶剂对2-(N-甲基)氨基-5-硝基吡啶分子非线性光学性质的影响.在溶剂中,构造了包括氢键作用的超分子体系,在优化结构的基础上分别研究了由极化连续模型模拟的溶剂与该分子的长程相互作用、溶剂与该分子的氢键相互作用以及溶剂与包括氢键作用的超分子体系整体的相互作用对分子的几何结构、非线性光学性质、紫外吸收光谱和电荷分布等特性的影响.结果表明,溶剂中分子电偶极矩、线性极化率和第一超极化率都增大,而溶剂与溶质分子通过氢键形成的超分子结构与单体有着明显区别.因此,氢键对分子结构和性质的影响较大,从而将明显的影响该类分子的非线性光学性质.     

γ-氨基丁酸和苯甲酸共晶体及其形成条件的振动光谱分析

使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和傅里叶拉曼光谱(FT-Raman)技术在室温下对γ-氨基丁酸(GABA)、苯甲酸(BA)及其研磨和溶剂共晶体进行表征分析。FTIR,FT-Raman及THz光谱都能够分辨原料物质及GABA-BA共晶体。其中THz实验结果显示了GABA-BA研磨和溶剂共晶体位于0.93,1.33,1.57THz的吸收峰明显区别于原料物质,这体现了不同物质在THz波段具有明显的指纹特征。为确认GABA-BA共晶体的晶型结构,分别采用FTIR和FT-Raman光谱进行光谱归属。通过FTIR的光谱归属推断GABA-BA共晶体由GABA中的氨基H_23和BA中的羰基O1构成第一个氢键,氨基中的N18结合BA中的羟基H15形成第二个氢键。FT-Raman光谱中,原料物质GABA中位于576,886,1 250,1 283,1 337,1 423和1 470cm~(-1)处归属于—CH_2,—NH_2弯曲振动的Raman散射峰在GABA-BA共晶体内消失,判定GABA中的氮原子N18亦可作为氢键受体,从而验证了GABA-BA共晶体的晶型结构。此外,为了进一步说明溶剂pH值对GABA-BA共晶体的形成条件的影响,利用THz-TDS,FT-Raman光谱确认了该共晶体在溶剂条件2.00≤pH≤7.20可稳定地生成。这一研究结果同时也为利用THz-TDS,FTRaman光谱技术辨别固体物质晶型结构、晶型形成条件提供了实验及理论依据。     

2-(咪唑[1,2-a]吡啶-2-基)-2-氧代乙酸自由基及其高氯酸盐的晶体结构和磁性

报道2-(咪唑[1,2-a]吡啶-2-基)-2-氧代乙酸自由基及其高氯酸盐的晶体结构,探索了晶体堆积结构或超分子相互作用与磁性能的关系．在两个晶体结构中,超分子相互作用(氢键、原子间密接触、负离子-π电子或孤对-π)使2-(咪唑[1,2-a]吡啶-2-基)-2-氧代乙酸自由基主要以抗磁性的二聚体存在并导致了低的磁化率．该自由基晶体展示了准一维的柱状堆积链和弱的反铁磁性,而氢键和负离子-π作用则诱导高氯酸晶体呈一维双股链结构并显示了弱的铁磁性．     

乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)的稳定结构特性研究

采用密度泛函理论M06-2X方法, 在6-311 ++G(2d,2p)// 6-311 ++G(d,p)基组水平上对乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)进行计算, 得到乙醇-水分子团簇的各种稳定构型, 并对乙醇水分子团簇的结构特点进行了分析, 优化的各种低能结构、结构参数、氢键、结合能、平均氢键参数、NBO电荷分布等．结果表明: 最低能稳定结构都是环状的, 而且这些团簇除了形成O―H…O型主氢键外, 还有另一种作用方式C―H…O, 称之为次氢键．虽然C―H…O氢键远弱于O―H…O氢键, 但是对团簇的某些性质也有一定的影响.     

高压诱导有机CT共晶荧光发射原位可调控性的光谱研究

有机电荷转移(CT)共晶是通过给体(D)与受体(A)分子之间的CT作用形成具有特定结构的分子有序组合体,其带隙较窄便于调控,表现出新颖各异的光学性质。最近该课题小组利用高压对顶砧技术,对有机CT共晶材料9ACA-TFP的荧光发射进行原位持续调控~([1])。与传统基于合成或掺杂法来调控有机共晶体荧光发射相比,通过压力刺激有机CT共晶的荧光发射,其方法简单有效且实现了对荧光发射的原位持续调控。基于此研究,为了揭示有机CT共晶在高压下荧光调控机制的共性和规律,以TFP(2,3,5,6-四氟对苯二甲腈)为接受体,设计合成具有蓝色发光CT共晶系列,通过压力刺激对有机CT共晶材料体系的荧光发射进行了原位持续调控,并利用光谱学技术手段(紫外及拉曼)监控调控过程中给受体间CT作用的变化,讨论了变压力对有机共晶给受体间分子间相互作用的敏感性及可控性。     

乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)的稳定结构特性研究

采用密度泛函理论M06-2X方法, 在6-311 ++G(2d,2p)// 6-311 ++G(d,p)基组水平上对乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)进行计算, 得到乙醇-水分子团簇的各种稳定构型, 并对乙醇水分子团簇的结构特点进行了分析, 优化的各种低能结构、结构参数、氢键、结合能、平均氢键参数、NBO电荷分布等．结果表明: 最低能稳定结构都是环状的, 而且这些团簇除了形成O―H…O型主氢键外, 还有另一种作用方式C―H…O, 称之为次氢键．虽然C―H…O氢键远弱于O―H…O氢键, 但是对团簇的某些性质也有一定的影响.     

D-π-A-π-D型小分子红光材料的制备及其性能

开发新型有机红光材料对于制备高性能红光有机电致发光器件具有重要的研究意义。本文采用SUZUKI偶联反应,以芴酮为受体(A)、3,4,5-三甲氧基苯为给体(D)合成了新型D-π-A-π-D结构的有机红光材料(3MeFO)。通过1H NMR谱、13 C NMR谱和X单晶衍射确认了分子结构,该化合物展示了较强的电荷转移作用和良好的共轭结构,其晶体的发射峰达到620 nm。从单晶结构中看出甲氧基的引入有利于在分子间形成大量的氢键,有效地增强了分子间的相互作用。同时,该材料表现出良好的热稳定性能和电化学性能,使得其在OLED中展示了良好的电致发光性能。     

瓜环与咪唑[4,5,f]-1,10-菲咯啉衍生物相互作用模式的测试

以合成的三种的咪唑[4,5,f]-1,10-菲咯啉衍生物为客体,以瓜环(cucurbit[n]uriln=6～8)为主体,利用1H NMR技术,荧光光谱和紫外吸收光谱方法,测试了主客体相互作用形式、形成包结物的结构特征及其光学性质,三种方法得到的结果相同.研究表明,六元瓜环(Q[6])仅能与2-(4-甲基苯基)-咪唑-[4,5,f]菲咯啉(W1)盐酸盐相互作用(包结比为1:1);七元瓜环(Q[7])与三种客体2-(4-甲基苯基)-咪唑-[4,5,f]菲咯啉,2-(2-甲基苯基)-咪唑-[4,5,f]菲咯啉(W2)以及2-(3-甲氧基苯基)-咪唑-[4,5,f]菲咯啉(W3)的盐酸盐均以1:1的物质的量比发生相互作用;而八元瓜环(Q[8])除与W1形成的是1:2的包结物外,与另外两种客体W2,W3也是形成1:1的包结配合物.