常压和高压条件下五种类胡萝卜素拉曼光谱的研究

摘要

类胡萝卜素是自然界中最丰富的天然色素之一，广泛存在于包括人体在内的生物有机体内。作为重要的光合色素，在光合作用和预防人类的各种疾病等方面发挥了重要作用。长期以来，人们采用稳态光谱（吸收光谱和拉曼光谱等）、时间分辨超快光谱以及理论方法对类胡萝卜素的结构、基态和激发态能级及其动力学特性进行了大量的研究，为探索类胡萝卜素实现其生物功能的机理提供了重要信息。然而，到目前为止仍有一些问题尚不清楚，如某些中间电子态和振动能级是否存在、其弛豫过程究竟如何以及环境因素如何影响类胡萝卜素的生物功能等。
　　本文选择五种典型结构的类胡萝卜素（番茄红素、叶黄素、玉米黄质、虾青素和β-胡萝卜素）作为研究对象，首先进行了五种类胡萝卜素分子结构的理论计算，获得了稳定的分子构型与相应的键长、键角和二面角的取值以及拉曼光谱的一些信息。然后测量了常压条件下五种类胡萝卜素晶态及其在CS2溶剂中的拉曼光谱，研究了不同的分子构型及环境对拉曼光谱特性的影响。研究结果显示，由于分子间的作用力不同，不同结构的类胡萝卜素在不同的环境下的分子扭曲程度不一样，极性类胡萝卜素（叶黄素、玉米黄质和虾青素）和链状的番茄红素在晶态时的扭曲程度大于其在溶剂中的扭曲程度，而带有环结构的非极性分子β-胡萝卜素分子的扭曲情况与其他类胡萝卜素的扭曲情况相反。将高压条件和拉曼光谱技术相结合，实现了高压条件下的拉曼光谱测量，重点研究了直链状类胡萝卜素（番茄红素）在正己烷溶剂中的高压拉曼光谱特性。实验显示，番茄红素ν1带的峰位对压力的敏感性高于ν2带对压力的敏感性。将番茄红素与具有环结构的β-胡萝卜素进行对比发现，随压力的增加番茄红素ν1带与ν2带的峰位向高波数移动的速率均快于β-胡萝卜素ν1带与ν2带的峰位向高波数移动的速率；在修正了已有的拉曼光谱的压力竞争模型后的进一步研究发现，这是由于压力对番茄红素C=C键与C-C单键的压缩贡献明显大于压力对β-胡萝卜素的C=C键与C-C键的压缩贡献的结果。本研究为深入探讨不同类型的类胡萝卜素的构型、基态和激发态等特性提供了重要的理论和实验依据，为进一步研究深层次的物理和化学问题提供了新的技术手段。

目录

常压和高压条件下五种类胡萝卜素拉曼光谱的研究

THE RAMAN SPECTRA STUDY OFFIVE KINDS OF CAROTENOIDS UNDER NORMALAND HIGH PRESSURE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 类胡萝卜素概述

1.2 高压研究的意义

1.3 主要研究内容

1.4 研究的目的和意义

第2章 常压条件下五种类胡萝卜素的拉曼光谱研究

2.1 拉曼光谱技术

2.2 类胡萝卜素拉曼光谱研究现状

2.3 计算方法与结果

2.4 实验方法与结果

2.5 溶剂中与晶态下五种类胡萝卜素拉曼光谱的比较

2.6 本章小结

第3章 番茄红素拉曼光谱的压力效应研究

3.1 静高压技术

3.2 番茄红素高压拉曼光谱的实验结果及分析

3.3 小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

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致 谢