【摘要】：現(xiàn)代科學(xué)的研究重點之一,是原子分子尺度的物理化學(xué)過程。而飛秒激光的出現(xiàn),則將這些研究的時間尺度,提升到了飛秒量級。在此基礎(chǔ)上,可以觀測到許多原子分子尺度的物理過程,例如內(nèi)轉(zhuǎn)換、系間交叉、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、電子轉(zhuǎn)移、電荷轉(zhuǎn)移、共振能量轉(zhuǎn)移、振動弛豫、熒光和磷光現(xiàn)象、受激輻射等。其中,超快電荷轉(zhuǎn)移過程,常見于生物體系,例如光合作用、光裂合酶、隱花色素、DNA損傷等。在這些生物體系之中,電荷轉(zhuǎn)移過程起到了電荷遷移和能量傳遞的作用:光受體被激發(fā)后,通過電荷轉(zhuǎn)移過程,將高能態(tài)電荷傳遞到其它分子,使其處于激發(fā)態(tài),并使其帶電,進而引起其它反應(yīng)。而光受體自身被光激發(fā)后出現(xiàn)的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過程,可能成為分子間電荷轉(zhuǎn)移過程的前置過程和誘因。電荷轉(zhuǎn)移是藥物分子光敏過程中的主要原因之一。藥物分子的光敏過程,主要表現(xiàn)為服藥人受到UV-A或UV-B紫外光照射后,被照射部位出現(xiàn)特定變化:如果該變化對治療疾病有幫助,稱為光動力治療,對應(yīng)的藥物分子則稱為靶向藥物;如果對人體有害,則是光毒性,是藥物開發(fā)中需要注意并盡量避免的。已知的藥物分子光敏過程的作用機理,包括電荷轉(zhuǎn)移與三重態(tài)的存在,電荷轉(zhuǎn)移使得光敏藥物與周圍分子發(fā)生相互作用,進而出現(xiàn)其它現(xiàn)象;而三重態(tài),可以與基態(tài)的O2作用,使其處于激發(fā)態(tài),導(dǎo)致其DNA和蛋白質(zhì)被氧化。對藥物分子光敏過程中的電荷轉(zhuǎn)移進行超快動力學(xué)研究,可以獲得其詳細(xì)的光物理機制,分析分子中各個基團的作用,進而調(diào)整分子結(jié)構(gòu),增加有益效果,減少有害現(xiàn)象,達(dá)到優(yōu)化藥物效果的目的。本文使用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù),研究了9-蒽醛、氧氟沙星、1-氨基蒽醌等三個分子的超快電荷轉(zhuǎn)移過程。氧氟沙星是成品藥物,具有光敏特性,研究其電荷轉(zhuǎn)移過程,有助于分析其光敏機制;9-蒽醛和1-氨基蒽醌是藥物中間體,可以作為光受體,部分以其為基礎(chǔ)的藥物具有光敏性和光毒性,研究其電荷轉(zhuǎn)移過程,可以為藥物研發(fā)提供參考和依據(jù)。具體工作內(nèi)容可以分為以下三個部分:第一部分用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù),結(jié)合量子化學(xué)計算,研究了 9-蒽醛在不同極性溶劑(乙醇和正己烷)里光敏過程中的電荷轉(zhuǎn)移過程和系間交叉過程。9-蒽醛被400nm光激發(fā)至S1態(tài)Franck-Condon區(qū),然后通過分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過程到達(dá)電荷轉(zhuǎn)移態(tài),此過程在乙醇和正己烷溶劑中的壽命分別為0.11 ps和0.23 ps。乙醇極性高于正己烷,受此影響,乙醇溶劑中的電荷轉(zhuǎn)移速度高于正己烷。隨后分子通過系間交叉過程進入三重態(tài),這一過程在兩個溶劑中的壽命分別為22.3 ps和21.4 ps。因為兩個溶劑中,由S,態(tài)到三重態(tài)的能量相差不大,所以兩個溶劑中的系間交叉過程壽命相近。電荷轉(zhuǎn)移過程和系間交叉過程可能引起DNA和蛋白質(zhì)損傷,而本工作表明9-蒽醛光敏過程中同時存在這兩個過程,這意味著基于9-蒽醛開發(fā)的藥物,可能具有光敏性和光毒性,對藥物開發(fā)具有指導(dǎo)意義。第二部分用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)和量子化學(xué)計算方法研究了氧氟沙星光敏過程中的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過程和后續(xù)的非輻射過程的物理機制。氧氟沙星受330 nm光激發(fā),到達(dá)S1態(tài)Franck-Condon區(qū),然后通過分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過程到電荷轉(zhuǎn)移態(tài),此過程的壽命為τ1=1.4 ps。隨后S1態(tài)通過系間交叉轉(zhuǎn)移到三重態(tài),其壽命為τ2=158 ps,系間交叉量子產(chǎn)率為0.33。本工作通過證明氧氟沙星光敏過程中存在超快電荷轉(zhuǎn)移過程和系間交叉過程,為研究氧氟沙星的光毒性機制提供了參考和依據(jù)。第三部分用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)和量子化學(xué)計算方法研究了 1-氨基蒽醌光敏過程中的光致電荷轉(zhuǎn)移過程。1-氨基蒽醌被460 nm光激發(fā)至S1態(tài)Franck-Condon區(qū),隨后發(fā)生扭轉(zhuǎn)的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過程,其壽命為5 ps。在電荷轉(zhuǎn)移過程中,有扭轉(zhuǎn)變形,且存在著勢壘,因而壽命較長。在電荷轉(zhuǎn)移過程中,在勢壘之前,有從S1態(tài)到三重態(tài)的系間交叉過程與電荷轉(zhuǎn)移過程的競爭,其壽命為28 ps。另有從S1態(tài)到S0態(tài)的熒光過程,熒光壽命為550 ps。本工作通過研究1-氨基蒽醌光敏過程,與其它蒽醌類化合物對比,揭示了蒽醌類藥物光敏過程中的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移過程和非輻射動力學(xué)過程的物理圖像,對解釋蒽醌類藥物的作用機制和對新型蒽醌類藥物的開發(fā)、合成和改良具有參考意義。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ460.1
【圖文】：

分子反應(yīng)中最先起作用的軌道被稱為前線軌道，我們一般用ｈｏｍｏ逡逑表不分子的最T頰季莨斕潰ǎ瑁椋紓瑁澹螅翦澹錚悖悖酰穡椋澹溴澹恚錚歟澹悖酰歟幔蟈澹錚潁猓椋簦幔歟�，用ＬＵＭＯ表石d皺義獻(xiàn)擁淖畹臀湊季莨斕潰ǎ歟錚鰨澹螅翦澹酰睿錚悖悖酰穡椋澹溴澹恚錚歟澹悖酰歟幔蟈澹錚潁猓椋簦幔歟繽跡保菜盡８蒎義戲腫蛹し⑻繾幼樘畝嘀囟鵲牟煌�，用＊q停蘊直鴇硎鏡ブ靨ǎ櫻椋睿紓歟澹簦┖灣義先靨ǎ裕潁椋穡歟澹簦�。诊勶诞�嘀囟齲傅氖欽齜腫擁繾優(yōu)挪嫉畝嘀囟齲艿降繾渝義獻(xiàn)孕撓跋臁５狽腫喲τ諢�，染J揮械サ繾櫻虻繾踴崽盥齲希停霞捌溴義弦韻鹿斕潰Ｖっ扛齬斕藍(lán)加幸歡宰孕嚳吹牡繾櫻聳�，纺[喲τ詰ブ靨ǎ櫻ｅ義先綣械サ繾用揮諧啥�，则纺[涌贍艽τ諶靨ǎ裕�，睙峒偘２。氮N腫穎患し㈠義鮮保綣牽猶腫櫻厝皇羌し⑴潿緣繾櫻蚧岢魷種遼倭礁齬斕朗塹サ繾�。辶x洗聳�，若蕷J廡┪磁潿緣繾幼孕較蠣揮懈謀洌遄孕

本文編號：2786091