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DFT方法研究木质素单体及二聚体的结构与拉曼光谱

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木质素是自然界中第二丰富的天然聚合物,广泛存在于各种陆地植物的木质部中,利用木质素拉曼光谱对植物种类进行快速无损鉴别具有重要的应用价值.但由于木质素大分子构型非常复杂,对其拉曼特征光谱的仿真研究一直存在困难.利用Gaussian16W中包含的B3LYP密度泛函方法结合6-311G(d,p)基组,构建出三种木质素单体及其三种同种木质素单体构成的二聚体以及三种异种木质素单体构成的二聚体,提出了一种利用木质素的三种基本结构单体及其二聚体仿真分析木质素大分子拉曼光谱特征的方法.首先计算了三种单体的基本构型、轨道能级和电子空间分布,并分析了三种木质素单体拉曼光谱和振动模式的特点.随后利用不同组合方式的β-O-4二聚体的光谱谱峰特征,解释了特征谱峰信号位置漂移的成因,提出了判断木质素大分子信号特征的主要依据.研究结果表明,1712 cm-1谱峰信号最强且位置稳定,振动归属为碳碳双键伸缩振动,该振动归属引起的特征峰可以作为木质素大分子最主要的信号特征;1642 cm-1谱峰信号振动归属为芳香环骨架振动,仅受芳香环甲基数量影响产生劈裂,该振动归属引起的特征峰不仅可以作为识别木质素大分子最主要的信号特征也可以作为木质素内三种单体含量的判据;1352 cm-1谱峰信号振动归属为HC—CH原子链摇摆振动,附近的特征峰受单体种类和聚合方式共同影响,在木质素大分子拉曼光谱中会形成信号包络,可以作为鉴别木质素的一个辅助判据.该研究对于复杂分子的光谱特征及其物理机制的仿真具有一定的借鉴价值,同时也能为植物检材的拉曼光谱分析方法提供理论指导.
A DFT Method to Study the Structure and Raman Spectra of Lignin Monomer and Dimer

LigninRaman spectroscopyVibrational modesDimer

王方原、韩森、叶松、银珊、李树、王新强

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桂林电子科技大学光电工程学院,广西 桂林 541004

广西光电信息处理重点实验室,广西 桂林 541004

木质素 拉曼光谱 振动模式 二聚体

国家重点研发项目广西自然科学基金项目国家自然科学基金项目国家自然科学基金项目中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室研究项目广西光电信息处理重点实验室基金项目广西光电信息处理重点实验室基金项目

2022YFB3901800桂科AD192451844196105041975033GD18105GD21105

2024

10.3964/j.issn.1000-0593(2024)01-0076-06

光谱学与光谱分析
中国光学学会

光谱学与光谱分析

CSTPCD北大核心
影响因子：0.897
ISSN：1000-0593
年,卷(期)：2024.44(1)
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