Hướng nghiên cứu tiếp theo trong đề tài của tôi là nghiên cứu sự ảnh hưởng của H2O lên phổ Raman của D-Glucose trong hai trường hợp thêm một phân tử H2O và nhiều phân tử H2O (hai phân tử) vào phân tử D-Glucose đã được tối ưu hóa trong phần trên.
Tôi thêm H2O vào D-Glucose theo cách đặt phân tử H2O vào môi trường có chứa phân tử D-Glucose đã được tối ưu. Vấn đề đặt ra ở đây là cơ chế tác động của H2O và D-Glucose sẽ xảy ra như thế nào và vị trí đặt phân tử H2O ở đâu để có thể thu được kết quả tối ưu nhất cho việc tác dụng của H2O với D-Glucose.
Theo thuyết Fukui (Giáo sư Kenichi Fukui) thì chỉ cần nhìn vào hình dạng và năng lượng của các obital biên (HOMO và LUMO) của một phân tử thì đã có thể hiểu được tính chất và hướng phản ứng của chất đó. Tuy nhiên nếu xem xét toàn bộ các obital trong hệ thì mất rất nhiều thời gian mà ta chỉ cần xem xét hai obital: là obital liên kết (bị chiếm) có mức năng lượng cao nhất (HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital) và obital phản liên kết có mức năng lượng thấp nhất (LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Obital). Cũng theo Fukui thì khi hai phân tử tương tác với nhau:
- Orbital liên kết của những phân tử khác nhau thì đẩy nhau.
- Phần dương điện của một phân tử hút phần âm điện của phân tử còn lại. - Orbital liên kết của một phân tử và Orbital không liên kết của phân tử còn
lại (đặc biệt là HOMO và LUMO) tương tác lẫn nhau gây ra lực hút. Sử dụng phần mềm DMol3 Tools tôi có thể tính được các mức HOMO và LUMO của cả phân tử H2O và phân tử D-Glucose sau đó sẽ đặt phân tử H2O vào vị trí tương ứng theo Thuyết Fukui
Hình 2.16: a. D-Glucose trạng thái HOMO b. D-Glucose trạng thái LUMO c. D-Glucose trạng thái HOMO d. D-Glucose trạng thái LUMO e. H2O trạng thái HOMO f. H2O trạng thái LUMO
Theo thuyết Fukui, tôi lựa chọn được vị trí đặt phân tử H2O vào cấu hình D-Glucose đã được tối ưu như sau:
Hình 2.17: Các vị trí đặt phân tử H2O vào mô hình đã được tối ưu của D- Glucose.
Hình 2.18: Các vị trí đặt phân tử H2O vào mô hình đã được tối ưu của D- Glucose.
CHƯƠNG III
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng phổ Raman của và D-Glucose
Hình 3.1 là phổ Raman tính toán được bằng phần mềm Materials Studio của D-Glucose trong khoảng từ 0 – 4000cm-1. Hình 3.1a là của đồng phân và hình 3.1b là của đồng phân .
b. Phổ Raman của β-D-Glucose trong khoảng tần số từ 0–4000 cm-1.
Phổ Raman thu được chia làm 3 vùng rõ rệt từ 0 – 1700 cm-1, 2700 – 3200 cm-1, 3300 – 3900 cm-1. Vì vậy tôi sẽ phân tích phổ Raman thu được theo từng vùng dưới đây.
3.1.1 Vùng phổ từ 0 – 1700 cm-1.
Phổ Raman thu được của và D-Glucose trong cùng phổ từ 0 – 1700cm-1 được thể hiện trong Hình 3.2
Hình 3.2: a. Phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 0 – 1700cm-1. b. Phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 0 – 1700cm-1.
Nhìn vào phổ Raman trong Hình 3.2 tôi thấy với và có các đỉnh tại các số sóng như Bảng 3.1.
Bảng 3.1: Các mode dao động và loại dao động tương ứng của và D-Glucose trong khoảng từ 0 – 1700cm-1.
D – Glucose
Số sóng (cm-1) Loại dao động
117 Dao động hóa trị của nhóm OH gắn với C6 182 Dao động hóa trị của các nhóm OH, CH 295 Dao động hóa trị của nhóm OH gắn với C6 339 Dao động hóa trị của các nhóm OH gắn với C1 446 Dao động vòng thở
539 Dao động vòng thở 636 Dao động vòng thở 784 Dao động vòng thở
990 Dao động hóa trị của các nhóm CH 1038 Dao động hóa trị của các nhóm CH
1232 Dao động hóa trị của CH gắn với C6 và C4, OH gắn C6 1338 Dao động hóa trị của CH gắn với C1 và C2
1444 Dao động hóa trị CH, OH gắn với C1 và C2 D – Glucose
Số sóng (cm-1) Loại dao động
140 Dao động hóa trị của các nhóm CH, OH 250 Dao động hóa trị của nhóm OH gắn với C4 314 Dao động hóa trị của nhóm OH gắn với C6 404 Dao động hóa trị của nhóm OH gắn với C3 549 Dao động vòng thở
629 Dao động hóa trị của nhóm OH gắn với C1 752 Dao động vòng thở
1061 Dao động vòng thở (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1206 Dao động hóa trị của nhóm CH2 và OH gắn với C6 1286 Dao động hóa trị CH gắn với C4 và C5
1360 Dao động hóa trị của nhóm CH gắn với C1, C4 và C5 1457 Dao động cắt kéo tại CH2
3.1.2 Vùng phổ từ 2700–3200cm-1
Phổ Raman thu được của và D-Glucose trong cùng phổ từ 2700 – 3200cm-1 được thể hiện trong Hình 3.3
Hình 3.3: a. Phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 2700 - 3200 cm-1. b. Phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 2700 - 3200 cm-1.
Các mode dao động trong Hình 3.3 được liệt kê trong Bảng 3.2:
Bảng 3.2: Các mode dao động và loại dao động tương ứng của và D-Glucose trong khoảng từ 2700 – 3200cm-1. D-Glucose D-Glucose Số sóng (cm-1) Loại dao động Số sóng (cm-1) Loại dao động 2865 Dao động hóa trị CH tại C4 2911 Dao động hóa trị CH tại C4
và CH2
2894 Dao động hóa trị CH tại C3 2925 Dao động hóa trị CH tại C3, CH2 và C4
2930 Dao động hóa trị đối xứng CH2
tại C6 2930
Dao động hóa trị CH tại C4 và C6
2968
Dao động hóa trị CH tại C5 và dao động hóa trị bất đối xứng của CH2 tại C6
2991 Dao động hóa trị CH2 bất đối xứng tại C6
2986
Dao động hóa trị CH tại C5 và dao động hóa trị bất đối xứng của CH2 tại C6
2994 Dao động hóa trị CH tại C2
3006 Dao động hóa trị CH tại C1 và
C2 3035 Dao động hóa trị CH tại C5
3022 Dao động hóa trị CH tại C1 và
C2 3042 Dao động hóa trị CH tại C1
3.1.3 Vùng phổ từ 3300–3900cm-1
Phổ Raman thu được của và D-Glucose trong cùng phổ từ 3300 – 3900cm-1 được thể hiện trong Hình 3.4
Hình 3.4: a. Phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 3300 - 3900 cm-1. b. Phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 3300 - 3900 cm-1.
Bảng 3.3: Các mode dao động và loại dao động tương ứng của và D-Glucose trong khoảng từ 3300 – 3900cm-1. D-Glucose D-Glucose Số sóng (cm-1) Loại dao động Số sóng (cm-1) Loại dao động
3660 Dao động hóa trị OH tại C3 3529 Dao động hóa trị OH tại C1 3671 Dao động hóa trị OH tại C1 3661 Dao động hóa trị OH tại C3 3673 Dao động hóa trị OH tại C2 3672 Dao động hóa trị OH tại C2 3675 Dao động hóa trị OH tạivà
C4 3681 Dao động hóa trị OH tại C4
3705 Dao động hóa trị OH tại C6 3705 Dao động hóa trị OH tại C6 Cũng trong Hình 3.4 tôi thấy rằng trong phổ Raman thu được ở vùng thứ ba (3300 – 3900 cm-1) điểm khác nhau cơ bản giữa và D-Glucose là sự xuất hiện mode dao động 3529cm-1 trong phổ của mà không có.
3.2 Đặc trưng phổ Raman của phân tử H2O (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thực hiện các bước tính toán phổ Raman hoàn toàn giống như các bước tính của D-Glucose, chúng tôi thu được phổ Raman của H2O như Hình 3.5 dưới đây:
Đặc trưng phổ của phân tử H2O được thể hiện trong Bảng 3.4
Bảng 3.4: Các mode dao động và loại dao động tương ứng của H2O.
Phân tử H2O Số sóng
(cm-1) Loại dao động 1587 Dao động cắt kéo OH
3691 Dao động hóa trị đối xứng OH 3795 Dao động hóa trị bất đối xứng OH
Bảng 3.4 thể hiện ba mode dao động đặc trưng của H2O là: mode dao động cắt kéo tại 1587cm-1, mode dao động OH hóa trị đối xứng tại 3691cm-1 và mode dao động OH hóa trị bất đối xứng tại 3795cm-1. Vì vậy, khi nghiên cứu ảnh hưởng của H2O lên phổ dao động của D-Glucose tôi sẽ tập trung vào hai vùng tần số mà H2O có khả năng tương tác với D-Glucose nhất là hai khoảng tần số lân cận 1600cm-1, và 3600 – 3800cm-1.
3.3 Ảnh hưởng của H2O lên phổ Raman của D-Glucose.
3.3.1 Ảnh hưởng của H2O lên phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số lân cận 1600cm-1. lân cận 1600cm-1.
Sau khi tối ưu và tiến hành tính toán các mô hình ở Hình 2.6 và Hình 2.7 chúng tôi thu được phổ Raman trong vùng lân cận tần số 1600cm-1 như Hình 3.6:
Hình 3.6: Phổ Raman thu được của D-Glucose trong khoảng lân cận 1600cm-1 a. Khi chưa có H2O b. Khi có 1 H2O ở vị trí 1
c. Khi có 1 H2O ở vị trí 2 d. Khi có 2 H2O
Bảng 3.5: Sự thay đổi số sóng của D-Glucose khi chưa có phân tử H2O và khi đã có một phân tử H2O, hai phân tử H2O trong khoảng lân cận 1600cm-1.
D-Glucose
Không có H2O Có 1 H2O vị trí 1 Có 1 H2O vị trí 2 Có 2 H2O Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ 1408 0.2 1424 6.9 1418 3.6 1415 5.7 1441 11.6 1433 19.4 1425 24.2 1423 3.0 1450 3.6 1434 52.2 1447 5.4 1471 6.8 1661 176.5 1630 51.5 1653 65.6
Nhìn vào Bảng 3.5 chúng tôi thấy, với trường hợp không có phân tử H2O các mode dao động xuất hiện trong phổ Raman của D-Glucose là các mode dao động đặc trưng cho dao động phân tử của nó. Khi thêm phân tử H2O vào thì trong phổ dao động
thu được xuất hiện mode dao động trong khoảng tần số 1600cm-1 (1661cm-1, 1630cm -1 và 1653) là mode dao động đặc trưng của phân tử H2O. Điều này chứng tỏ khi thêm phân tử H2O vào mô hình D-Glucose đã có sự tương tác giữa H2O và D-Glucose, thể hiện bằng sự xuất hiện mode dao động đặc trưng của H2O trong phổ dao động thu được.
Tương tự với D-Glucose tôi cũng quan sát thấy sự xuất hiện của các mode dao động đặc trưng cho phân tử H2O trong phổ dao động thu được, thể hiện trong Bảng 3.6 và Hình 3.9 dưới đây:
Hình 3.7: Phổ Raman thu được của D-Glucose trong khoảng lân cận 1600cm-1 a. Khi chưa có H2O b. Khi có 1 H2O ở vị trí 1
Bảng 3.6: Sự thay đổi số sóng của D-Glucose khi chưa có phân tử H2O và khi đã có một phân tử H2O, hai phân tử H2O trong khoảng lân cận 1600cm-1.
D-Glucose
Không có H2O Có 1 H2O vị trí 1 Có 1 H2O vị trí 2 Có 2 H2O Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ 1403 7.3 1413 82.5 1431 68.4 1411 1.5 1416 11.5 1423 42.0 1449 2.3 1447 75.3 1448 90.2 1434 5.5 1641 51.3 1451 0.98 1463 2.7 1631 68.2 1624 61
Sở dĩ có sự sai lệch về tần số của các mode dao động đặc trưng cho phân tử H2O là do sự tương tác giữa các mode dao động của D-Glucose và các mode dao động của H2O trong quá trình tính toán. Điều đó thể hiện ở mô hình đã thêm phân tử H2O trước và sau khi tính toán xong.
Hình 3.9: Cấu hình của D-Glucose trước và sau khi tính toán. 3.3.2 Ảnh hưởng của H2O lên phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 3600cm-1 – 3800cm-1.
Sự ảnh hưởng của H2O lên phổ Raman của D-Glucose trong khoảng tần số 3600 – 3800cm-1 được thể hiện trong Bảng 3.7 và Bảng 3.8 dưới đây:
Bảng 3.7: Sự thay đổi số sóng của D-Glucose khi chưa có phân tử H2O và khi đã có một phân tử H2O, hai phân tử H2O trong khoảng lân cận 3600 - 3800cm-1.
D-Glucose
Không có H2O Có 1 H2O vị trí 1 Có 1 H2O vị trí 2 Có 2 H2O Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ 3660 11.5 3556 177.3 3515 360.7 3529 312.8
3671 37.4 3633 168.4 3677 58.6 3654 73.4 3673 22.4 3684 55.6 3679 43.9 3681 41.6 3675 25.5 3691 29.2 3704 46.2 3697 50.0 3705 34.7 3713 38.8 3722 35.7 3723 43.9 3719 40.1 3736 60.2 3724 51.0 3736 71.8 3779 84.9 3739 112.1 3779 90.1
Hình 3.10: Phổ Raman thu được của D-Glucose trong khoảng 3600 - 3800cm-1 a. Khi chưa có H2O b. Khi có 1 H2O ở vị trí 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.8: Sự thay đổi số sóng của D-Glucose khi chưa có phân tử H2O và khi đã có một phân tử H2O, hai phân tử H2O trong khoảng lân cận 3600 - 3800cm-1.
D-Glucose
Không có H2O Có 1 H2O vị trí 1 Có 1 H2O vị trí 2 Có 2 H2O Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ Số sóng (cm-1) Cường độ 3529 139.2 3524 449.4 3631 52.4 3637 46.8 3661 15.5 3610 83.5 3648 39.5 3682 46.5 3672 20.9 3645 62 3712 40.4 3697 12.9 3681 29.3 3705 34.7 3727 39.9 3714 42.1 3701 37.2 3707 37.4 3761 82.5 3715 34.9 3771 111.2 3771 91.5 3801 66.1
Hình 3.11: Phổ Raman thu được của D-Glucose trong khoảng 3600 - 3800cm-1 a. Khi chưa có H2O b. Khi có 1 H2O ở vị trí 1
Trong Bảng 3.7 tôi nhận thấy rằng khi chưa có H2O phổ Raman của α D- Glucose trong khoảng tần số từ 3600 – 3800cm-1 có năm mode dao động đặc trưng, khi thêm một phân tử H2O vào dù đặt ở hai vị trí khác nhau trong phổ Raman thu được cũng đều xuất hiện thêm hai mode dao động sao với ban đầu (bảy mode), và khi thêm hai phân tử H2O vào thì số mode dao động tăng thêm ba mode (tám mode). Những mode dao động xuất hiện thêm này thể hiện sự xuất hiện của phân tử H2O trong mô hình tính toán đã được mô phỏng trong Hình 2.17 ở Chương II của luận văn. Tuy nhiên, do sự tương tác qua lại giữa các mode dao động của Glucose và các mode dao động của phân tử H2O nên các mode mới xuất hiện không còn giữ nguyên được số sóng như ban đầu mà có sự tăng lên hoặc giảm xuống thể hiện trong Bảng 3.7.
Với D-Glucose sự thay đổi này cũng được thể hiện trong Bảng 3.8, khi có thêm H2O vào phổ dao động của cũng xuất hiện thêm một mode dao động và thêm hai mode dao động khi thêm hai phân tử nước. Điều này cũng được giải thích tương tự như đối với rằng sự tăng thêm các mode dao động trong phổ thu được là do sự tác động qua lại giữa D-Glucose và H2O và số sóng tương ứng cũng vì thế mà có sự tăng lên hoặc giảm đi như trong Bảng 3.8.
Mặc khác, cũng trong khoảng tần số lân cận 3600 – 3800cm-1 của Bảng 3.7 tôi nhận thấy rằng: phổ Raman của D-Glucose khi chưa có H2O không có mode dao động nào trong khoảng tần số từ 3500 – 3600cm-1, nhưng khi cho thêm H2O vào thì trong phổ Raman thu được xuất hiện thêm các mode dao động trong khoảng tần số này với cả hai trường hợp thêm một phân tử nước và hai phân tử nước. Đặc biệt, sự xuất hiện của mode dao động có số sóng 3529cm-1 với cường độ rất mạnh (trong trường hợp thêm vào đồng thời hai phân tử H2O) và trùng với mode dao động đặc trưng 3529cm-1 của D-Glucose khi chưa thêm nước vào. Điều này hướng tôi đi đến một nhận định rằng: “Khi thêm H2O vào mô hình đã tối ưu của D-Glucose