一种新型肽核酸单体的FTIR,FT-Raman光谱及SERS研究

报道了S-胸腺嘧啶-L-半胱氨酸的FTIR光谱,及其固态、饱和液态的FT-Raman光谱.通过红外与拉曼光谱的结合,对其分子结构中各基团的振动情况进行了较为全面的解析;实验发现,该化合物在银胶上的最佳SERS的浓度为10-4mol·L-1,氨基峰在酸性条件下增强,羧基峰在碱性条件下增强,而其他基团峰随pH值的改变变化不大.依据SERS作用机理和规律,推测S-胸腺嘧啶-L-半胱氨酸在银胶表面的吸附是通过硫原子、羧基、氨基、胸腺嘧啶环和其中的氮原子与银原子配位,且胸腺嘧啶环是倾斜着与银纳米颗粒相吸附;该吸附模型的建立为拉曼光谱更深入研究PNA、多肽及其他生物分子提供了十分重要的信息和有益的参考.     

银岛膜表面胸腺嘧啶吸附行为的表面增强拉曼光谱和表面增强红外光谱研究

利用激光刻蚀法制备了具有化学纯净表面的银岛膜,该岛膜有很好的表面增强特性。利用表面增强拉曼光谱和表面增强红外光谱对胸腺嘧啶分子在银岛膜表面的吸附状态进行了对比研究。表面增强拉曼光谱中CN和C—O伸缩振动模式的出现表明胸腺嘧啶分子由原来的酮式结构变成了烯醇式结构;C(4)O伸缩振动谱带明显增强和N(3)的去质子化异构体特征峰的存在证明胸腺嘧啶分子是通过O(8)和N(3)的共同作用倾斜地吸附在银岛膜表面。对10-5 mol.L-1胸腺嘧啶在银岛膜表面上的红外光谱利用欧米采样器进行了反射法测量,发现其红外吸收增强了200倍。红外信号分析的结果支持了胸腺嘧啶分子通过O(8)与银表面发生相互作用的论断,同时也可得出胸腺嘧啶倾斜地吸附在银岛膜表面的结论。     

银胶和银岛膜上胸腺嘧啶的表面增强拉曼光谱对比研究

利用表面增强拉曼光谱对胸腺嘧啶在银胶和银岛膜上的吸附状态进行了对比研究.光谱分析表明,胸腺嘧啶吸附在银胶和银岛膜表面后其分子结构发生了互变异构,由原来的酮式结构变成了烯醇式结构.在银胶和银岛膜表面胸腺嘧啶主要以N(3)去质子化异构体的形式存在.胸腺嘧啶通过O(7)和N(3)倾斜地吸附在银胶颗粒表面,通过O(8)和N(3...     

苋菜红分子基态和激发态结构与光谱性质的量子化学研究

应用英国Edinburgh FLS920P光谱仪对苋菜红的吸收光谱和荧光光谱进行了实验检测.同时,分别采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对苋菜红分子的基态和激发态构型进行优化,经振动分析合理后,比较这两种能态下分子结构的差异,并对其前线分子轨道和发光机制进行了分析.在此基础上,选用6种泛函并结合溶剂化模型(PCM)在6-311++G(d,p)水平上分别计算苋菜红的吸收光谱和荧光光谱.计算结果表明:苋菜红含有分子内氢键,基态结构非平面,两个萘环所在平面有一定的夹角,激发态时两个萘环共平面;CAM-B3LYP泛函得到光谱的理论值与实验结果基本吻合;421 nm处的荧光峰值波长对应的轨道跃迁为LUMO→HOMO-1.     

DNA碱基分子胞嘧啶和胸腺嘧啶的太赫兹光谱研究

利用太赫兹时域光谱技术获得了DNA碱基分子胞嘧啶和胸腺嘧啶在0.1―3.5 THz的特征吸收谱,发现胞嘧啶在2.53 THz的特征吸收细节信息。采用考虑了周期性边界条件的赝势平面波密度泛函方法对胞嘧啶分子晶体进行了结构优化和晶格动力学计算,模拟重现其太赫兹特征吸收光谱,并成功辨识了胞嘧啶在0.1―3.5 THz的所有特征吸收峰。研究结果表明,这些重要的生物分子在太赫兹频段表现出鲜明的光谱特性,胞嘧啶分子3.5 THz以下的吸收特性均来源于由分子间氢键支配的外振动模式。     

太赫兹波段的L-,D-,DL-丙氨酸振动光谱研究

利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)技术,对L-,D-,DL-α-丙氨酸晶体粉末进行了太赫兹光谱的室温测量。在0.3～3.0THz范围内,观察到数个吸收峰,发现其两种旋光体(L-,D-丙氨酸)与其外消旋化合物(DL-丙氨酸)在吸收峰上有较大差异。同时,运用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,对丙氨酸的3种样品进行了振动光谱的理论模拟,得到了与实验数据较为吻合的结果,指出THz波段的吸收光谱是来源于通过氢键作用产生的分子集体振动。     

啶虫脒太赫兹光谱的实验研究和理论模拟

啶虫脒是一种氯吡啶类新烟碱类杀虫剂,由于其对昆虫烟碱乙酰胆碱受体的结合选择性而成为最常用的杀虫剂之一。为研究啶虫脒在太赫兹波段的指纹特征与其结构信息之间的关系,利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术并结合密度泛函理论（DFT）对啶虫脒晶体的太赫兹吸收光谱进行了实验研究和理论模拟。利用THz-TDS技术测量了室温下啶虫脒在0.3～3.3 THz频段的特征吸收谱,发现啶虫脒晶体在该频段内有多处强度不同的特征吸收峰,分别位于1.08,1.38,1.97,2.54, 2.89 THz处,这些特征吸收峰构成了用于检测啶虫脒的THz指纹谱。为更好地理解啶虫脒太赫兹实验特征谱产生的理论机理,基于密度泛函理论分别对啶虫脒孤立分子模型和晶胞模型进行了理论模拟计算。单分子模型的理论计算在Gaussian09软件中进行,采用基于密度泛函理论的B3LYP杂化泛函方法,并选取6-311G（d, p）基组进行几何优化,并在相同水平上进行振动频率计算,模拟结果与实验数据存在一定的差异,说明单分子模拟存在一定的局限性。晶胞模型的理论计算在Materials Studio 8.0中适合计算周期性结构的CASTEP模块中进行, 采用基于平面波赝势和广义梯度近似(GGA)的PW91,PBE,PBEsol和WC四种交换相关泛函对啶虫脒晶胞模型进行几何优化和晶格动力学计算。将啶虫脒单分子和晶胞的理论模拟结构参数(键长、键角)分别与其X射线衍射(XRD)实验测量的结构参数进行了详细的比较分析,发现基于PBE方法获得的固态仿真结果中分子的结构参数与X射线衍射实验数据的一致性最好。同时用PBE方法获得的理论仿真谱与实验吸收谱也最为吻合。基于PBE的计算结果对实验特征吸收峰进行了振动模式指认。研究结果表明,啶虫脒晶体在太赫兹频段的特征吸收主要来源于晶体中以C-H…N氢键为主的分子间弱相互作用带动的集体振动模式,以及由分子内吡啶环的平动和甲基基团的扭动所引发的骨架振动。     

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。     

己酸乙酯分子的振动光谱研究

采用B3LYP混合泛函和6-31G基函数组,并对重原子和轻原子使用离散函数和极化函数,　利用密度泛函理论（density functional theory, 简称DFT）计算了己酸乙酯的分子振动光谱,并以此为依据,首次对实验测得的己酸乙酯（Ethyl hexanoate）分子的正常拉曼光谱（NRS）和红外光谱(IR)进行了指认,对己酸乙酯分子的振动模式进行了归属。理论计算和实验数据的比较分析表明,理论计算结果的拉曼和红外各振动峰位与实验测量结果符合得较好。最后,分别把拉曼光谱和红外吸收谱中较强的峰位指认为己酸乙酯分子的拉曼特征峰和红外吸收的特征峰。己酸乙酯分子振动光谱的上述研究,可能在白酒调香,化工和生物等领域的检测方面具有广泛的应用,对进一步拓宽己酸乙酯分子的研究领域具有一定的参考价值。     

苋菜红分子基态和激发态结构与光谱性质的量子化学研究

应用英国Edinburgh FLS920P光谱仪对苋菜红的吸收光谱和荧光光谱进行了实验检测．同时,分别采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）对苋菜红分子的基态和激发态构型进行优化,经振动分析合理后,比较这两种能态下分子结构的差异,并对其前线分子轨道和发光机制进行了分析．在此基础上,选用6种泛函并结合溶剂化模型（PCM）在6-311++G(d, p)水平上分别计算苋菜红的吸收光谱和荧光光谱．计算结果表明：苋菜红含有分子内氢键,基态结构非平面,两个萘环所在平面有一定的夹角,激发态时两个萘环共平面;CAM-B3LYP泛函得到光谱的理论值与实验结果基本吻合;421 nm处的荧光峰值波长对应的轨道跃迁为LUMO→HOMO-1．     

2-巯基噻二唑的拉曼、红外光谱、DFT计算和简正振动分析

采用B3LYP混合泛函和6-311G基函数组,并对重原子和轻原子使用离散函数和极化函数,利用密度泛函理论计算了2-巯基噻二唑的分子振动频率。实验测量了2-巯基噻二唑分子的拉曼、红外光谱,以实验频率为标准对分子内力场进行了标度,采用简正振动分析方法得到了各振动模的势能分布,从而对该分子的振动频率归属做出了全面指认。     

链状硅酸盐矿物的拉曼光谱研究

本文基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势法,利用CASTEP计算模块对四种典型链状(铝)硅酸盐矿物进行拉曼振动活性与拉曼光谱的模拟计算,同时测定了矿物的拉曼光谱,确定了四种矿物拉曼振动谱峰的归属,并结合硅氧四面体应力指数(SIT)进行了分析。结果表明,CASTEP计算模块可以有效获知(铝)硅酸盐矿物特征结构的拉曼振动模式的归属;链状(铝)硅酸盐矿物硅氧四面体局域环境与SiOT非桥氧对称伸缩振动波数之间的关系仍可用SIT指数描述。     

RNA碱基的太赫兹光谱和拉曼光谱特征研究

应用傅里叶红外光谱仪和激光拉曼光谱仪测试了RNA碱基在太赫兹波段(1～10 THz)的红外和拉曼光谱,同时结合Guassian09软件和周期性边界条件下基于能量的分块方法(PBC—GEBF),分析了RNA碱基晶体的红外和拉曼光谱特征,得到了所有特征峰位置及其对应的振动模式,且计算光谱与测试光谱一致吻合,表明碱基粉末样品为无定形晶体结构。通过对红外光谱的分析可知,在太赫兹波段,腺嘌呤和鸟嘌呤都有6个红外活性振动模式,胞嘧啶和尿嘧啶分别为6个和3个红外活性振动模式,与实验结果相比,除了鸟嘌呤6.35 THz处的弱吸收峰没能重现,4.83和5.39 THz处的吸收峰简并;胞嘧啶4.3和4.79 THz处吸收峰简并;尿嘧啶3.32和3.82 THz处的吸收峰简并外,其他吸收峰的位置和强度均被准确地模拟重现。通过对拉曼光谱的分析可知,理论和实验光谱基本一致,除了尿嘧啶3.52和4.48 THz处特征峰简并;鸟嘌呤7.26和8.03 THz,3.57,4.02,4.49,4.89和5.98 THz处特征峰简并外,其他特征峰的位置和强度均被准确的模拟重现。通过对特征峰的分析和辨认,可知在1～10 THz,RNA碱基的振动模式均来源于晶格内分子的集体振动,分子间的氢键和弱相互作用力对振动模式的贡献很大,进一步分析可知,在1～5.5 THz,其振动模式来自所有原子参与的集体振动,在5.5～10 THz,振动模式来自于部分原子参与的集体振动。此项研究对揭示RNA碱基在构成生物大分子结构、生物大分子鉴定以及太赫兹波段光谱的形成机制等方面,具有重要的理论和实际参考价值。     

2,3-二氯吡嗪的红外、拉曼光谱和密度泛函研究

应用KBr压片法、熔融法分别测定了2,3-二氯吡嗪(2,3-DCP)结晶相和液相下400～4 000 cm-1范围内的傅里叶变换红外光谱(FTIR),及其600～4 000 cm-1内的傅里叶变换拉曼光谱(FT-Raman)。采用密度泛函(DFT)理论之B3LYP方法在6-311++G(2df,2pd)基组水平上优化了该分子的平衡几何结构,基于此结构应用谐性力场计算获得了2,3-DCP的振动频率、红外强度和拉曼活性并进一步计算了直到四阶的非谐性力场,将该力场带入标准旋振哈密顿量并利用二阶微扰理论获得了更加准确的振动频率,相应的红外、拉曼光谱。通过非谐力场获得的振动频率位置结合谐性强度与实验结果比对,对2,3-DCP的各振动带进行了详细指认,采用简正坐标分析方法得到各振动频率的势能分布(PED),首次对2,3-DCP的振动光谱进行了全面归属。结果同时显示：考虑非谐性效应后的理论结果大大提高了振动频率的预测性,用其获得的振动频率能很好的再现实验基频,其与实验值差异大多保持在10 cm-1以下,即使在谐振预期很差的高频区域,考虑非谐效应后这种差异也迅速降低到19 cm-1以下,这对正确归属和预期振动光谱是十分有帮助的。目前的结论也可推广应用到其他分子体系。     

杀草强分子的拉曼光谱的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP杂化泛函,6-31++g(d,p)(C,H,N)和LanL2DZ(Ag)基组下对杀草强分子及其Ag复合物的结构进行了优化;通过频率计算,获得了杀草强分子及其Ag复合物的拉曼光谱,并利用势能函数分布(PED)对拉曼光谱进行了指认,结合SERS光谱推测了杀草强和增强基底之间的吸附方式;采用含时密度泛函理论(time dependent density functional theory,TDDFT)对杀草强分子和杀草强分子-Ag复合物进行了激发态的分析计算。     

2-巯基-5-甲基-1, 3, 4-噻二唑分子的拉曼、红外光谱和简正振动分析

实验测量了2-巯基-5-甲基-1, 3, 4-噻二唑分子的拉曼和红外光谱, 采用B3LYP混合泛函和6-31+G(d, p)基函数组, 计算了该分子的最稳定构型和振动频率。以实验频率为标准采用简正振动分析方法得到了该分子各振动频率的势能分布, 从而对其振动频率归属做出了全面地指认。     

邻硝基苯甲醛缩对乙酰基苯胺希夫碱的结构与光谱的理论研究

利用实验方法测定了标题化合物的紫外吸收光谱、荧光发射光谱和相对荧光量子产率,结果表明该化合物具有较强的荧光性质。采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d)基组水平上对该化合物基态分子构型进行了几何结构全优化,得到了其最稳定构型、总能量及HOMO与LUMO能级差。研究结果说明：分子具有较强的芳香性和较大的共轭体系。振动频率分析说明,标题分子优化后的结构稳定。将优化后的基态结构应用含时密度泛函理论(TD-DFT),在B3LYP/6-311G水平上计算并研究了此化合物的吸收光谱。用单激发组态相互作用(single-excitation configuration interaction, CIS)法优化了标题分子的激发态构型,并在此基础上用TD-DFT//B3LYP/6-311G方法计算了这种化合物的发射光谱。结果表明,理论计算的光谱数据与实验结果较吻合。     

三种五元化合物的荧光光谱的量子化学研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G^*水平上对三种五元杂环物质进行了构型优化,对优化后的构型做振动分析,均未出现虚频率。在此基础上通过轨道分析,探索了分子内部电子跃迁的机理。结果表明,这三种五元化合物HOMO到LUMO的跃迁是电子从C1、C2、C3和C4转移到杂原子(吡咯中的N原子,呋喃中的O原子和噻吩中的S原子)上,并在6-31G^*水平上用单激发组态相互作用(CIS)方法分别计算了三种物质的荧光光谱,所得计算结果与实验值基本符合。     

FT‐Raman,FT‐IR spectral and DFT studies on 6, 8‐dichloroflavone and 6, 8‐dibromoflavone

In this study, experimental and theoretical vibrational spectral results of the molecular structures of 6,8‐dichloroflavone (6,8‐dcf) and 6,8‐dibromoflavone (6,8‐dbf) are presented. The FT‐IR and FT‐Raman spectra of the compounds have been recorded together between 4000 and 400 cm⁻¹ and 3500–5 cm⁻¹ regions, respectively. The molecular geometry and vibrational wavenumbers of 6,8‐dcf and 6,8‐dbf in their ground state have been calculated by using DFT/B3LYP functional, with 6‐31 + + G(d,p) basis set used in calculations. All calculations were performed with Gaussian03 software. The obtained vibrational wavenumbers and optimized geometric parameters were seen to be in good agreement with the experimental data. Scale factors have been used in order to compare how the calculated and experimental data are in agreement. Theoretical infrared intensities are also reported. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.