高压下酰胺的费米共振与分子间氢键的研究

Investigations on the intermolecular hydrogen bonding of amides by vibrational spectroscopy play a pivotal role in understanding of molecular conformation, crystal packing, protein folding and the binding between some nucleoside bases. The researches regarding the intermolecular hydrogen bonding and the Fermi resonance of N-H group of amides are critical for obtaining the vibrational spectroscopy information. Besides, Fermi resonance plays an important role in studying the assignments of the vibrational modes in molecular spectra and the mechanism of the intramolecular energy transfer. In the present project, the correlation mechanism of the intermolecular hydrogen bonding and the Fermi resonance of N-H group of amides under high pressure will be studied by in-situ spectroscopy (such as Raman， IR and X-Ray diffraction et al.) and the first-principles simulation. It will be helpful for further study of the structure and dynamical information of the biological macromolecules based on the molecular spectroscopy. In this work, we will carry out the following research:(1) study the Fermi Resonance of N-H group and the intermolecular hydrogen bonding of amides at ambient pressure by molecular spectroscopy; (2)study the changing tendency of the Fermi Resonance and the intermolecular hydrogen bonding of amides under high pressure; (3) study the correlation mechanism between the Fermi Resonance and the intermolecular hydrogen bond based on the crystal structure model of amide under high pressure.

酰胺分子间氢键的振动光谱研究在解析分子构型、晶体堆积、蛋白质折叠和核苷酸间的成键中都有重要的应用前景。其中，酰胺的分子间氢键与N-H基团费米共振的研究是获得相关振动光谱信息的重要环节,并且费米共振在分子光谱中的谱线归属、分子内能量转移机理等研究中具有重要意义。本申请拟以高压原位光谱（拉曼、红外和X射线同步辐射等）技术为主要实验手段，结合第一性原理模拟，构建酰胺分子晶体高压相模型，探究高压下酰胺N-H基团的费米共振及其分子间氢键的关联机制，为含有酰胺结构单元的生物分子构象的光谱解析提供实验依据。具体研究内容：1.常压下酰胺N-H基团的费米共振耦合能级的振动特性和分子间氢键的光谱研究； 2.高压下酰胺N-H基团费米共振耦合能级振动特性和分子间氢键性质的研究；3.高压下N-H基团费米共振能级耦合与分子间氢键的关联机制研究。

酰胺是一类稳定性高、反应活性低的重要有机化合物。酰胺结构单元形成的分子间氢键对物质的性质有着至关重要的作用，决定诸如蛋白质的二级结构、DNA的双螺旋结构和多数酶的反应等。酰胺分子间氢键的振动光谱研究在解析分子构型、晶体堆积、蛋白质折叠和核苷酸间的成键中都有重要的应用前景。其中，酰胺的分子间氢键与N-H基团费米共振的研究是获得相关振动光谱信息的重要环节，并且费米共振在分子光谱中的谱线归属、分子内能量转移机理等研究中具有重要意义。本课题以高压/变温原位光谱技术为主要实验手段，结合第一性原理模拟，取得主要研究内容如下: 对异丁酰胺分子的拉曼光谱进行了谱线归属，研究了高压对异丁酰胺分子的分子间氢键及其结构稳定性的影响，获得了压强对异丁酰胺分子间氢键作用强弱的影响规律，揭示了压强对异丁酰胺分子间氢键影响的物理机理；利用低温方法和拉曼等光谱技术，研究了低温调控分子间相互作用及分子结构对费米共振耦合能级振动特性的影响，分别获得了分子间氢键及分子结构对费米共振耦合作用强弱的影响规律，揭示了分子间氢键及分子结构变化对费米共振耦合作用影响的物理机理。本研究取得的成果，不仅有助于基于分子光谱技术研究分子间氢键获取含有酰胺结构单元的相关分子结构信息的研究工作开展，同时也为以费米共振分子作为高灵敏度监测局域环境变化的应用研究提供参考。在本课题执行过程中，项目主持人以第一作者或通讯作者共发表科研论文3篇。