有机酸溶液水合氢键异常弛豫研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dellson
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有机酸是一种含有羧基的水溶性有机化合物,常以溶液形式存在,其特殊的生物活性在人体消除炎症、维护健康等方面具有重要作用。它多以水溶液的形式参与生命健康调制行为,然而人们对于有机酸溶质溶于水过程中的水合效果、溶质-溶剂相互作用、水体氢键网络的电荷注入演变等的认识尚不清楚。有机酸溶液可看作有机酸基团溶于水体并因带有电荷量而形成离子电场,诱导近邻水分子有序排列形成水合壳层,而壳层外的水分子依旧保持原本的体相特征。因此,本论文基于键弛豫理论和耦合氢键模型,应用拉格朗日力学方法探究以羧酸为代表的有机酸基团诱导氢键短程力场和势场演变的规律。本论文的主要结果概括如下:(1)基于拉格朗日方程和液态水中氢键弛豫各物性参数之间的协同关系,根据拉曼光谱获得的各浓度下乙酸溶液氢键高低频声子的振动频率,求解得到了氢键键长、力常数、键能随浓度的变化情况。结果表明,溶液中的有机酸分子极化邻近水分子形成水合壳层,诱导氢键弛豫,低频声子红移、高频声子蓝移,且随着浓度增加,频移幅度增大。(2)探究了甲/乙/丙酸三种典型的有机酸溶液中氢键弛豫受有机酸分子种类影响的情况。随着有机酸分子中甲基数的增加,氢键中的低频声子发生红移、高频声子蓝移;非键伸长变弱,共价键缩短增强;非键力常数变小、共价键力常数则增大。这说明甲基数增加增强了有机酸分子的极化能力。(3)研究了甘氨酸及其烷基衍生物溶液中的氢键弛豫行为。结果表明,甘氨酸及其烷基衍生物与甲/乙/丙酸同为有机酸,对水分子皆具有极化作用,但甘氨酸类有机酸相较于甲/乙/丙酸新增有氮原子和更多的氢质子,因此形成的氢键和反氢键数目更多,极化效果更强。(4)结合拉格朗日方法和拉曼光谱测量,我们构建了变浓度乙酸、甲/乙/丙酸以及甘氨酸与其烷基衍生物溶液的氢键短程势场图谱。结果表明,增加浓度与增加有机酸中烷基的数量对原来水溶液中氢键的作用效果相同,并且加剧了原溶液环境氢键的弛豫效果,O:H非键伸长变弱,键能降低;同时O-O库仑斥力调制H—O共价键缩短变强,氢键键长和势能的演化幅度明显降低。
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