太赫兹光谱在氨基酸分子结构中的应用研究

太赫兹光谱在氨基酸分子结构中的应用研究
作 者 : 潘婷婷
学位授予单位 : 华东理工大学
学位名称 : 硕士
导师姓名 : 李少萍;赵红卫
学位年度 : 2017
关键词 : 太赫兹光谱；氨基酸；分子结构
摘 要 : 太赫兹(Teraherz,THz)技术在2005年被评为将来会改变世界的十大关键技术之一,是最近发展起来的前沿领域。THz辐射是指频率在远红外区域,位于微波和红外光之间的电磁辐射。物质在这一波段具有丰富的信息,包括氢键、范德华力、晶格振动等,THz光谱能够敏锐地捕捉到这些分子集体运动信息,为生物及药物化学等科研工作提供重要的参考依据。但目前THz光谱的数据库还不够完善,不同的研究工作由于所用的仪器、环境、操作方法的不同,会使实验结果存在差异,本文系统地测定了 20种标准氨基酸的THz光谱。同时,本文利用密度泛函理论(DFT)对部分氨基酸分子结构进行模拟计算,对其THz光谱的特征峰进行了指认,有助于理解特征峰的振动来源,从而理解分子中的弱相互作用力与THz指纹谱之间的关系。利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)研究了 20种标准α-氨基酸的THz光谱,除甘氨酸没有手性以外,对每种氨基酸的L-,D-型以及外消旋化合物都进行了表征,并通过X射线粉末衍射实验(PXRD)与其分子结构相关联,总结了其中的相关规律,补充了这一领域中的THz光谱数据库,为今后的包括蛋白质、核酸等生物大分子的研究打下基础。结合DFT理论,利用Material Studio软件,对DL-型,L-型丝氨酸的THz光谱进行了模拟计算,并从键长、键角、和氢键距离等三个方面评估了模拟计算的可靠性,计算结果显示分子在该波段的光谱特征峰主要来自于分子的集体转动、扭曲和分子的平移。利用THz-TDS研究了室温及低温环境下的L-苯丙氨酸及其一水合物在0.5-4.5 THz范围内的低频振动特征,两种物质表现出了不同的特征吸收。基于DFT理论模拟了分子的振动模式和理论光谱,与实验观测的结果吻合良好。L-苯丙氨酸的特征峰主要来自于分子的集体振动,而L-苯丙氨酸—水合物的特征峰主要来自于氢键的振动以及水分子和苯丙氨酸分子间的相互作用。

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