基于太赫兹波的药物晶体多形态中的氢键研究

The hydrogen bond, one of the most important weak intermolecular interactions in nature, is the bridge for producing the pesticide effect of many pharmaceuticals in life. In view of the crucial importance of hydrogen bond in the therapeutic effect of pharmaceuticals, our project intends to carry out a comprehensive study of two hydrogen bonds O-H…O and N-H…O of three pharmaceutical polymorphism based on terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) and quantum chemical calculation. Firstly, we find the spectral origins based on the interpretation of THz characteristic feature, define the corresponding relationship between hydrogen bond collective modes and THz absorption peaks, summarize general characteristics of hydrogen bond motions. Further, we reveal the influence to hydrogen bond when varying the hydrogen bond parameters, and explore the contribution of two hydrogen bonds to THz absorption features. Moreover, we build the relationship between hydrogen bonds in different atomic masses and THz absorption peaks, the effect on hydrogen bond interactional motion in view of different hydrogen bond masses is also analysed. In addtion, we analyse the THz absorption peaks in the temperature range of 10K-300K, establish the corresponding relationship between hydrogen bond motion and THz absorption peak under different ambient temperature, and also seek the temperature dependence of different hydrogen bond modes and their intensities.

氢键是自然界存在最广泛的分子间作用形式之一，是许多药物与生命体内生物大分子发生相互作用产生功效的桥梁。鉴于氢键对药物晶体功能疗效的至关重要性，本项目拟开展基于太赫兹(THz)时域光谱技术对药物晶体多形态中的两类氢键(O-H…O和N-H…O)进行系统性研究。基于实验获得的三种多形态THz吸收谱，理论模拟解析吸收峰的归属，明确不同氢键作用模式与THz吸收峰的对应关系，揭示氢键作用的一般特点；明确结构参数变化对不同空间位置氢键作用模式的影响，推断两类氢键在三种多形态中对THz吸收峰的贡献量；建立不同质量的氢键作用模式与THz吸收峰的对应关系，揭示质量变化对氢键作用特性的影响；分析在10K-300K温度范围内THz吸收峰的变化趋势，建立不同环境温度下氢键作用模式与THz吸收峰的对应关系，探求温度对不同氢键作用模式及作用强度的影响规律。

氢键（Hydrogen Bond）是一种分子间的弱相互作用力，是自然界中最重要和存在最广泛的分子间相互作用方式之一，对生命和物质有举足轻重的影响，它是许多药物与生命体内的生物大分子发生相互作用而产生功效的桥梁。基于此，本项目以太赫兹时域光谱技术为主，以固态量化计算为辅，实验和理论相结合方式对药物晶体马来酰肼两种多形态中的分子间氢键进行系统性研究。通过研究发现：两种多形态的中红外特征吸收峰多数相同，只有少数差异，差异峰或多或少都有氢键的贡献；MH2的NH伸缩模式在3200cm-1，CH位于3000cm-1附近，而MH3中N-H的伸缩模式频率小于CH的；两种多形态的THz特征吸收峰完全不同，且分子内作用模式对其没有贡献；MH2中，位于8-70cm-1范围内的特征吸收峰来源于分子间的范德华力，位于30-160cm-1范围内的吸收峰88cm-1和122cm-1对应氢键O-H…O，150 cm-1对应N-H…O；MH3中，位于8-70cm-1范围内的吸收峰也主要来源于分子间的范德华力，位于30-160cm-1范围内的吸收峰140cm-1对应氢键O-H…O，103cm-1对应N-H…O，两种氢键对位于111cm-1的吸收峰都有贡献；氢键质量的变化可能会影响THz吸收峰的强度；通多现阶段的研究发现，THz光谱仪比红外光谱仪更能清晰的辨别多形态。此研究可以促进药物多形态在工业生产及临床应用上的检测及研究。