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基金研究工作的科普:如何用化学位移得到氢键结合能

已有 773 次阅读 2018-1-31 16:50 |系统分类:科普集锦

生物质羟基化合物中,广泛存在O-H···O型氢键,对其结构、溶解性、化学反应性等多方面均产生重要影响。氢键是生物质转化过程研究中关键科学问题之一。但是,氢键作为一种弱化学作用力,其结合能的实验测定一直是一个挑战性难题。目前,利用实验手段测量氢键结合能的方法很少,阻碍了氢键内在本质规律性研究。

我们使用核磁实验手段,实现了生物质羟基化合物氢键结合能的测量,提供了一种可靠的测量氢键结合能的实验测定方法。以生物质羟基化合物自身氢键为探针,通过测定变浓度和变温1HNMR实验化学位移数据,首次发现参与形成分子间氢键的羟基氢化学位移的自然对数(lnδ)与温度(1/T)符合经过修饰的Arrehenius 公式lnδ+Δδ=-Ebinding/RT+lnA。比较变浓度核磁实验与变温度核磁实验所得氢键平衡常数在同一温度下的数值大小,发现它们十分接近。进一步使用DFT理论计算,得出氢键结合能的理论值(Etheory, gasEtheory, sol),与实验方法测得氢键结合能数据进行验证,理论计算数据与实验数据一致。通过核磁实验所得的不同生物质羟基化合物氢键吉布斯自由能变与理论计算所得氢键结合能之间的线性关系进行了进一步验证该方法具有可靠性。

以上为国家自然科学基金资助项目(21643013)部分内容的科普介绍




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