傅里叶变换红外(FT IR)光谱方法是一种被广泛应用于研究凝聚相中分子结构与动力学的振动光谱手段,而新兴的二维红外(2DIR)光谱法是分子体系在时域中一系列超快红外激光脉冲作用下所产生的受激振动光子回波响应经过二维傅里叶变换后,在二维频域中的表达。该方法能以极高的时间分辨率(10-15秒)实时监测凝聚相分子的动态结构,揭示化学基团之间的振动耦合以及振动相关性,为研究分子在凝聚相中的超快过程开辟了广阔的前景。　　 在由C,N,O,H四个原子组成的酰胺基团中,C=O,C-N与N-H等伸缩振动对分子所处环境极为敏感,可作为分子的内源振动“生色团”,是研究多肽以及蛋白质分子体系重要的红外光谱参数。其中C=O基团的振动在很大程度上组成了所谓的酰胺-Ⅰ带。由于酰胺单元是蛋白质分子的链接单元,不同的二级结构如α-螺旋、β-折叠及无规卷曲都有着特征的酰胺-Ⅰ带红外吸收峰,因而分子内酰胺-Ⅰ带的光谱解析对研究多肽以及蛋白质分子在不同溶剂或者温度条件下的结构分布及结构动力学变化有着重要的意义。　　 本论文利用多肽分子内酰胺-Ⅰ带模式的结构敏感性,研究了两个含有非天然氨基酸残基与天然氨基酸残基的三肽分子溶解于重水溶液中,在不同温度下的结构分布与动力学。非天然氨基酸在侧链上含有一个C≡CH基团,该基团伸缩振动频率在2100-2300 cm-1之间,在此区间内天然氨基酸分子没有吸收。之前有很多研究报道将此类非天然侧链引入到多肽以及蛋白质分子内,利用其特征的红外吸收峰对所处化学及溶剂环境表现出来的敏感性,来检测多肽与蛋白质分子内部的结构变化。然而,这种非天然侧链会对多肽以及蛋白质分子的天然构象产生怎样的影响,研究报导却不是很多。本论文的研究结果表明了即使是尺寸较小的丙炔基,也能够引起多肽骨架二面角分布发生显著的改变。那么,将非天然侧链引入到多肽链中,以其特征的吸收峰变化来表征多肽以及蛋白质分子结构或者环境静电势变化的方法将必须考虑引入侧链基团的影响。　　 本论文建立了一系列不同温度下(298 K,400 K以及500 K)基于分子力学力场的静电频率转换模型,能够快速而有效地预测凝聚相中多肽分子内酰胺-I带的振动参数。并利用高温分子动力学模拟和红外光谱实验手段,研究了这些静电频率转换图的温度依赖性。结果表明,基于298 K所建立的静电频率转换图可以应用上至500 K的分子动力学轨迹,所模拟的氘代N-甲基乙酰胺分子(N-methylacetamide-d,NMAD)在水溶液中的红外光谱能够很好地重复88℃时的实验光谱。我们还利用这套静电频率转换图,模拟了含有天然与非天然氨基酸残基的三肽分子在室温与高温下的红外光谱,与实验结果相比也得到了较好的符合。结果表明,在298 K温度下所建立的静电频率转换图能够用于获得多肽体系在不同温度下的酰胺-Ⅰ带局域模振动频率及其分布,有助于认识多肽热去折叠物种的红外光谱特征。　　 酰基葡萄糖胺是甲壳素分子内基本重复单元,同样存在于粘液多糖、糖蛋白、糖脂质和细菌的细胞壁的胞壁质中,作为复合多糖的组成糖分布最广。烷基与葡萄糖环之间以一个酰胺单元相连,这个酰胺单元能够表现出与多肽分子内酰胺-Ⅰ带吸收峰相似的红外吸收。在本论文中,我们选取了N-丙酰基-D-葡糖胺分子(N-propionyl-D-glucosamine,GlcNPr)作为糖肽模型分子,利用一维稳态红外光谱方法、飞秒红外泵浦探测实验和二维红外光谱等方法,研究了该分子内酰胺-Ⅰ带伸缩振动模式在不同溶剂(重水,氘代甲醇以及二甲基亚砜)中的吸收峰变化、振动动力学衰减过程以及光谱扩散过程。将实验所得到的光谱与之前被研究过的多肽模型分子N-甲基乙酰胺体系在不同溶剂中的光谱进行比较,分析了不同侧链、氢键结构以及溶剂-溶质相互作用对分子内酰胺-Ⅰ带光谱的影响。并利用从头算分子动力学模拟以及量子化学计算,分析了GlcNPr分子在不同溶剂中的氢键分布情况以及振动衰减途径。