兩種違禁藥品的太赫茲振動(dòng)光譜計(jì)算及分析

逯美紅，王志軍

（長(zhǎng)治學(xué)院電子信息與物理系，山西長(zhǎng)治046011）

兩種違禁藥品的太赫茲振動(dòng)光譜計(jì)算及分析

逯美紅，王志軍

（長(zhǎng)治學(xué)院電子信息與物理系，山西長(zhǎng)治046011）

鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡屬于阿片類生物堿，是兩種違禁藥品，嚴(yán)重危害人體健康和社會(huì)安全?；诿芏确汉碚摵虰3LYP∕6-31G(d,p)基組，用Gaussian09軟件計(jì)算了鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡分子在0～2.5 THz頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)光譜，并對(duì)其特征吸收峰進(jìn)行指認(rèn)歸屬。

THz光譜；違禁藥品；密度泛函理論

1　引言

鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡會(huì)麻痹人的神經(jīng)系統(tǒng)，使神經(jīng)系統(tǒng)反饋遲鈍，給人們身心健康造成嚴(yán)重危害。目前，國(guó)內(nèi)外常用化學(xué)分析法、光譜檢測(cè)法等進(jìn)行檢測(cè)[1-5]。但這些方法屬于有損檢測(cè)，對(duì)樣品有一定程度的破壞。由于太赫茲（THz，1012Hz）波對(duì)包裹、紙箱、塑料等各種非極性材料有良好的穿透性，而且THz波的能量低，因此，THz技術(shù)可通過識(shí)別樣品分子的特征吸收峰，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品分子的無損探測(cè)[6-11]。

電磁波與物質(zhì)相互作用，會(huì)激發(fā)出豐富的分子振動(dòng)能級(jí)信息。分子紅外吸收光譜主要體現(xiàn)在物質(zhì)中重原子的伸縮振動(dòng)、某些變角振動(dòng)、骨架振動(dòng)以及晶體中晶格振動(dòng)等振動(dòng)模式中。隨著近年來密度泛函理論方法的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)衔锏恼駝?dòng)頻率進(jìn)行預(yù)測(cè)[12-14]，使得THz光譜在檢測(cè)和識(shí)別中的應(yīng)用得到拓展。

文章利用密度泛函理論計(jì)算鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡的分子結(jié)構(gòu)和紅外特征頻率，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，為違禁藥品數(shù)據(jù)庫的建立及檢測(cè)提供了依據(jù)。

2　理論計(jì)算

利用Gaussian09軟件，對(duì)鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的分子模型分別如圖1和圖2所示。基于密度泛函理論及B3LYP/6-31（d）基組，理論計(jì)算了其THz吸收光譜，得到的0～2.5 THz頻率范圍內(nèi)的吸收光譜分別如圖3和圖4所示。

圖1　鹽酸O6單乙酰嗎啡優(yōu)化后的分子模型

圖2　氨基磺酸O3單乙酰嗎啡經(jīng)優(yōu)化后的分子模型

圖3　鹽酸O6單乙酰嗎啡的吸收光譜

圖4　氨基磺酸O3單乙酰嗎啡的吸收光譜

由圖3可以看出，鹽酸O6單乙酰嗎啡在1.25 THz、1.64 THz、1.97 THz和2.32 THz處有吸收明顯吸收特征；由圖4可以看出，氨基磺酸O3單乙酰嗎啡1.18 THz、1.59 THz、1.91 THz和2.29 THz處有明顯的吸收特征峰。

3　結(jié)果與討論

3.1理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比與分析

由已報(bào)道的鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡的吸收光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知[15]，鹽酸O6單乙酰嗎啡在1.71 THz和1.98 THz處有明顯的吸收，在1.2 THz、1.6 THz、2.2 THz附近也有弱吸收；氨基磺酸O3單乙酰嗎啡在1.00 THz、1.40 THz、和1.89 THz是氨基磺酸O3單乙酰嗎啡特征吸收峰，這些特征吸收峰就是這兩種物質(zhì)對(duì)應(yīng)的“指紋圖譜”。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果可以看出，鹽酸O6單乙酰嗎啡理論計(jì)算結(jié)果中1.97 THz處吸收峰與實(shí)驗(yàn)結(jié)果中1.98 THz處吸收峰相吻合。在理論計(jì)算得出的吸收光譜中，1.25 THz，1.64 THz和2.32 THz處也有明顯的吸收峰，這些吸收峰在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中也可以找到，分別對(duì)應(yīng)1.20 THz，1.50 THz和2.40 THz處的吸收峰，只是這些峰在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中不明顯，因此沒有標(biāo)注。氨基磺酸O3單乙酰嗎啡理論計(jì)算結(jié)果中1.91 THz處的吸收峰與實(shí)驗(yàn)結(jié)果中1.89THz處吸收峰吻合的很好。在理論計(jì)算結(jié)果中，1.18 THz、1.59 THz和2.29 THz處也有吸收峰，這些吸收峰分別對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的1.0 THz、1.40 THz和2.45 THz處的吸收峰，其中2.45 THz處的特征峰較弱，文中未標(biāo)明。

雖然理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，但還是存在一定差異，其主要原因有：①理論模擬采用的是單分子氣相模型，對(duì)于固態(tài)材料的THz光譜，除了分子內(nèi)部的振動(dòng)模式，分子之間的作用也會(huì)影響振動(dòng)模式；②理論模擬模型是在絕對(duì)零度下進(jìn)行的，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在室溫條件下得出的，模型沒有考慮到室溫對(duì)THz光譜的影響；③理論計(jì)算中的假設(shè)和基組的選擇也會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成影響。

3.2振動(dòng)模式的歸屬

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，借助于GaussianView5.0軟件的可視化功能，對(duì)這兩種樣品分子的遠(yuǎn)紅外振動(dòng)模式進(jìn)行了識(shí)別。鹽酸O6單乙酰嗎啡的振動(dòng)模式如圖5所示，在1.25 THz處的吸收峰是由36CH3和41CH3相對(duì)搖擺引起的；在1.64 THz處的吸收峰是由甲基上37C-H的搖擺引起的；1.97 THz處的吸收峰是由41CH3與36CH3作剪式振動(dòng)引起的；在2.32 THz處的吸收峰由36CH3的扭擺引起。

氨基磺酸O3單乙酰嗎啡分子振動(dòng)模式如圖6所示，在1.18 THz處的吸收峰是除苯環(huán)以外的所有C原子繞z軸做面內(nèi)搖擺引起的；1.59 THz處的吸收峰是33H繞32CH3做扭擺引起的；1.91 THz處是苯環(huán)與—41CH3面外搖擺引起的；2.29 THz處的吸收峰是—32CH3做扭擺引起的。

4　結(jié)論

利用Gaussian09軟件對(duì)兩種違禁藥品鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡進(jìn)行了空間優(yōu)化，并基于密度泛函理論，用B3LYP/6-31（d）基組計(jì)算得到了0～2.5 THz頻率范圍內(nèi)的吸收光譜，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。同時(shí)，對(duì)鹽酸O6單乙酰嗎啡和氨基磺酸O3單乙酰嗎啡的吸收光譜的分子振動(dòng)模式進(jìn)行了歸屬指認(rèn)。研究表明密度泛函理論可以作為化合物的紅外頻率的合理預(yù)測(cè)，為該類違禁藥品的檢測(cè)和監(jiān)管提供重要依據(jù)。

圖6　氨基磺酸O3單乙酰嗎啡分子的振動(dòng)模式

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（責(zé)任編輯郝瑞宇）

THz Vibrational Spectra Calculation and Analysis of Two Illicit Drugs

Lu Mei-hong，Wang Zhi-jun
（Department of Electronic Information and Physics，Changzhi University，Changzhi Shanxi 046011）

Hydrochloric acid O6Monoacetylmorphine and sulfamic acid O3Monoacetylorphine belong to illicit drugs.The DFT theory and B3LYP/6-31G(d，p)basis set were applied to optimize the molecular structures and calculate the absorption spectrum from 0 to 2.5THz and absorption peak were assigned.Theoretical results show that the distinct absorption peak of Hydrochloric acid O6Monoacetylmorphine appeared at 1.25THz, 1.64THz,1.94THz and 2.32THz and the distinct absorption peak of sulfuric acid O3Monoacetylorphine appeared at 1.18THz,1.59THz,1.91THz and 2.29THz.They were in agreement with the results of experiment.The results suggest that THz technique can be an effective way to inspect the illicit drugs.Also,theoretical DFT can provide an reasonable forecast for infrared frequency of compound.

THz Spectra;illicit drugs;DFT theory

O657.37

A

1673-2014（2016）05-0015-04

2016—08—19

逯美紅（1979—），女，山西孝義人，副教授，主要從事光譜技術(shù)方面的研究。