左氧氟沙星治療急性重癥細菌性感染性腹瀉療

緒論引言左氧氟沙星英文名稱Levofloxacin，化學式C18H20FN3O4，分子量361.368，密度1.5±0.1g/cm3，沸點571.5±50.0℃at760mmHg，熔點為218℃，外觀性狀灰白色至黃色晶體，應密封儲存于陰涼、干燥的庫房，在常溫常壓下穩(wěn)定，但要避免與強氧化劑接觸。圖1-1左氧氟沙星化學結(jié)構(gòu)左氧氟沙星屬于第3代氟喹諾酮類藥物，具有抑制細菌DNA旋轉(zhuǎn)酶超螺旋活性、阻止DNA復制的作用，適應于治療結(jié)核桿菌引起的皮膚軟組織感染、泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等，臨床應用廣泛，例如對腸道感染、敗血癥、乳腺炎、燒傷、皮膚感染等過敏感染癥狀均有良好的治療作用。研究意義左氧氟沙星在細菌感染疾病時具有顯著療效，但隨著該藥物在臨床上的大量使用，部分患者開始出現(xiàn)胃腸道不適，過敏等副作用，嚴重者甚至產(chǎn)生休克、急性腎功能不全等嚴重副作用，并且不規(guī)范的劑量使用也存在身體藥物殘留問題，因此急需一種有效的檢測手段，來了解左氧氟沙星的分子結(jié)構(gòu)信息，便于我們獲得更全面、更深層的該藥的作用機理以及分析藥物殘留和不良反應的引發(fā)機制問題，為更合理的臨床用藥提供理論支持。拉曼光譜分析是應用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法，幾年來應用愈加廣泛，可對樣品進行無損定性定量分析，有助于深入了解左氧氟沙星的分子結(jié)構(gòu)。而密度泛函理論（DFT）由于其較高的計算精度和理論可靠性，加之時效性好，計算時間短，現(xiàn)已被廣泛用于計算分子的結(jié)構(gòu)和振動頻率分析。所以本次研究以DFT為基本方法，優(yōu)化左氧氟沙星分子的空間結(jié)構(gòu)，并計算出其拉曼光譜，確定其振動模式歸屬。并通過實驗測量左氧氟沙星的自然拉曼光譜，將二者進行對比分析，幫助我們更深層次的研究左氧氟沙星的特性以及為快速檢測其機體殘留問題提供相應依據(jù)，為開展進一步研究做好準備工作。研究現(xiàn)狀量子化學計算方法量子化學方法是通過獲得分子或原子電子能量特征，研究其微觀物理化學性質(zhì)的一種有效手段，近幾十年來，隨著科學的不斷創(chuàng)新進步，量子化學計算方法也擺脫了各種困難的限制束縛，獲得了質(zhì)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了包括從頭計算法、多體微擾理論、密度泛函理論在內(nèi)的多種計算方法?，F(xiàn)將其近幾年的應用介紹如下：從頭計算法AfiqRadzwan和RashidAhmed等人采用從頭算法（HF），研究不同濃度（x=3.125%、6.25%和12.5%）的摻雜和共摻雜ZnS化合物的電子結(jié)構(gòu)、光學和熱電性能。結(jié)果表明，摻雜原子雜質(zhì)可以改變晶格參數(shù)，硅、鉛摻雜濃度越高帶隙越小，6.25%的硅、鉛摻雜和共摻雜的樣品帶隙分別為1.41eV、1.38eV和1.04eV。因此，預測了摻雜和共摻雜氧化鋅的介電函數(shù)、吸收系數(shù)、光學導電率。實驗結(jié)果與現(xiàn)有的處理未摻雜氧化鋅的實驗結(jié)果吻合較好。與未摻雜的氧化鋅化合物相比，吸收系數(shù)隨摻雜和共摻雜濃度的增加而增加。研究不同溫度和摻雜水平下Seebeck系數(shù)和電導率的變化，結(jié)果表明，室溫下12.5%的Si摻雜ZnS達到最大值。原有的Zn1-xSixS具有良好的物理性能，可用于光電器件和熱電器件的應用。多體微擾理論OkanKOrhan和DavidDO’Regan使用第一性原理多體微擾理論和半經(jīng)驗德魯?shù)侣鍌惼澞Ｐ蛯W拉基銅有序合金的光學和等離子體性質(zhì)進行了詳細的評價。在基本金、銀和銅的基準模擬中，當隨機相位近似（RPA）建立在半局部近似的Kohn偽密度泛函理論帶結(jié)構(gòu)上時，不能準確地描述帶間躍遷。表明，非本地電子足以糾正這種exchange-correlation交互，特別是全填充，路徑相對狹窄將造成超出整個低能光譜范圍（0.6eV），使混亂的自身能量校正將準粒子（QP）質(zhì)量重正化。在考慮合金濃度降至12.5%包括所有可能的以面為中心的立方型結(jié)晶序，發(fā)展一個實用的程序來計算Drude等離子體頻率從第一原則，包括自我能量效應，以及半經(jīng)驗的方案插值等離子體逆壽命之間的化學計量。結(jié)果表明，在二元合金中觀察到的獨特m形剖面與實驗結(jié)果定性分析一致。討論一系列光學和等離子體的優(yōu)點，并繪制三個有代表性的固體激光波長的有序圖，得出，對于特定的應用程序類型，某些組合可能提供比基本Au更好的性能，大部分的損失函數(shù)和表面電子通常通過二元合金強度減弱，某些化學計量比可能表現(xiàn)出高質(zhì)量（長期）局部表面電子和表面等離子體極化聲子。密度泛函方法Middleburgh（2016）等使用密度泛函理論（DFT）和熱化學分析評估了U3Si2在低聚和高聚兩種情況下的非化學計量反應穩(wěn)定性。楊（2016）等利用DFT研究電子結(jié)構(gòu)和α-USi2合金的熱力學性質(zhì)。XiaohongZhang和JiajianLang等人利用密度泛函理論，系統(tǒng)地研究了u3si5的電子結(jié)構(gòu)、彈性力學性能、德拜溫度和缺陷形成能。RoyaMajidi和AliRamazani利用密度泛函理論（DFT）計算方法，研究了HF和H2S在原始和含鈦的雙石墨烯片上的吸附，以了解這些材料檢測有毒氣體的能力。計算其最佳構(gòu)型、吸附能和電荷轉(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)，由于吸附分子與鈦包埋片之間具有較強的整合性，將鈦包埋在雙石墨烯中，可以提高材料對HF和H2S吸附的敏感性。BiaoLiu和WeinaZhao等采用密度泛函理論（DFT）計算了解VOCS在多孔石墨烯（PG）單層和鋁改性PG體系上的吸附機理，得出PG單分子層對吸附能較強的VOCS分子具有良好的吸附性能，鋁原子修飾能誘導CVOCS羰基中的O原子與鋁修飾的PG基材發(fā)生化學鍵合，顯著提高其吸附能力。喹諾酮類藥物檢測方法高效液相色譜法高效液相色譜法（HPLC）具有能分析和分離沸點高的物質(zhì)或者不能氣化的熱不穩(wěn)定物質(zhì)等優(yōu)點。作為一種檢測抗生素化合物的有效方法，有很多應用實例。Toussaint等人采用Asami提出的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS）法測定豬腎臟樣本中的11種喹諾酮類藥物，使用傳統(tǒng)提取法從樣品中提取喹諾酮類化合物，通過固相萃取法（SPE）對分析物進行凈化和預濃縮，制備樣品，然后用熒光檢測（LC-FD）進行液相色譜分離，最終結(jié)果，所有喹諾酮類藥物的回收率均在80~90%，檢出限在10~20g/kg。S.J.Zhao和H.Y.Jiang等人采用高效液相色譜法（HPLC）對雞肌肉中9種氟喹諾酮類藥物含量進行分析。用磷酸鹽緩沖液（PBS）提取樣品，SPE清洗，PBS（0.01mol/L，pH7.0）作為重組溶劑，對在不同溶劑中重組的清潔提取物進行測試，消除了矩陣效應，在每種藥物的定量限制標準范圍內(nèi)，測定出了PBS的短期穩(wěn)定性。熒光光譜法根據(jù)喹諾酮類化合物本身具有不錯的內(nèi)源性熒光性能，熒光光譜法在喹諾酮藥物的很多研究中，都得到了重要的應用。 YuliaA.Kononova和AnastasiyaG.Arkhipova等人用濾紙基質(zhì)延遲熒光光譜分析法，分析加替沙星、諾氟沙星和吡啶酸三種喹諾酮類藥物線動力學范圍，得出加替沙星、諾氟沙星和吡啶酸的線性動力學范圍分別為0.19~35.4、0.58~32.1、1.29~256ng/ml，檢出限分別為0.023、0.054、0.089ng/ml，應用于尿檢中檢測喹諾酮類藥物的含量，標準回收率在98.45%~99.89%之間，相對標準偏差小于1.3%。毛細管電泳法毛細管電泳（CE）是具有色譜和電泳雙重特點的一種高效分離技術(shù)，高效、快速、成本低、數(shù)據(jù)量大和易操作，近十幾年來發(fā)展迅速，在喹諾酮類抗生素研究中也多有應用。Hernandez等人利用非水毛細管電泳二極管陣列檢測（CEDAD）建立了豬腎臟樣品中7種喹諾酮類藥物的測定方法，他們使用C18粉盒進行固相萃取，以醋酸銨為緩沖液或氫氧化銨為緩沖液體系作為電解質(zhì)，采用正常極性下30kV的分離電壓，樣品注入5-7s，得出待測物的檢測限介于1.3~1.8mg/L之間。ShaheerKhan和JenkueiLiu等人基于熒光綠綠色染料和電動泵的納米鞘膜液CE-MS耦合技術(shù)，建立了醋酸銨和氫氧化銨電泳緩沖液體系，用于熒光標記n-鏈聚糖的負離子模CE-MS分析，并利用CE-MS離子源提出CE-LIF-MS在線檢測重組治療蛋白上n-鏈聚糖的方法。研究內(nèi)容和路線本論文的研究內(nèi)容為通過實驗和理論計算來研究左氧氟沙星的拉曼光譜。在相關(guān)的中英文文獻進行充分調(diào)研、總結(jié)的基礎(chǔ)上，以密度泛函理論為基礎(chǔ)，利用高斯軟件，選擇合適的方法和基組，對左氧氟沙星分子的空間結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，計算其拉曼光譜，確定其振動模歸屬，并通過實驗測量左氧氟沙星的自然拉曼光譜，將二者進行對比分析，最終完成左氧氟沙星的拉曼光譜及其量子化學計算。研究分子拉曼光譜的理論方法量子化學計算方法從頭計算（HF）法從頭計算法是在軌道近似、非相對論近似和絕熱近似的基礎(chǔ)上，不使用其他參數(shù)，算出需要用的各種積分，然后自洽求解。如果采用不同的近似會導致結(jié)果的不同，叫法也會有差別，因此稱為從頭計算法，其中最為人熟知的是以Hartree-Fock方程為基礎(chǔ)的從頭計算法，簡稱HF（哈特里－福克）法。它是其他量子化學方法計算的基礎(chǔ)，包括CI、CC、MBPT，都是在HF法的基礎(chǔ)推導出來的。對于多粒子來說，體系是復雜的，可以簡化來看，多個粒子對一個粒子的作用看成一個平均場，那么平均場就是多個粒子作用的合成，可以用一個粒子波函數(shù)來表示，對于一個粒子來說，其能量或者薛定諤方程為（2-1）從而將多粒子滿足的薛定諤方程簡化成單粒子波函數(shù)所組成的非線性方程組來解，在上式中，是電子的動能，是電子與原子核的庫侖吸引能，是電子間庫侖排斥能，右邊E是體系的總能量.在上述過程中，每個粒子都可以近似看成在其它粒子的平均勢場中運動，對于每個粒子來說，其薛定諤方程為（2-2）這樣就可以列出N個單電子耦合方程，然后用一個粒子的波函數(shù)近似解通過迭代法逐步向上求解，到精確度達到要求為止（即自洽）。多粒子體系的總波函數(shù)用由各個粒子的分軌道波函數(shù)組成slater行列式來描述。從頭算方法優(yōu)點在于它簡化了薛定諤方程，沒有用實驗數(shù)據(jù)確定的參數(shù)，使用范圍廣，精度高，但計算耗費長，特別是后HF從頭算法，由于克服了處理相關(guān)電子的缺陷，特點更加顯著，但從頭算法的最大缺點是它沒有考慮粒子相關(guān)性，忽略了相關(guān)能，其計算精度和計算速度不可兼得，因此從頭算方法一般適合于結(jié)構(gòu)比較簡單的有機分子的定量計算。多體微擾理論多體擾動理論（Many-BodyPerturbationTheory）是多種量子化學計算方法之一。所謂相關(guān)能指的是體系的實際能量與獨立粒子模型（即HF計算）獲得的能量之差，雖然相關(guān)能占體系總能量不到1%，但對準確描述化學反應過程至關(guān)重要。相關(guān)能或相關(guān)效應一般是由電子的瞬間相互作用產(chǎn)生的，MBPT就是用來精確求解薛定調(diào)方程以更為準確的獲得體系能量的方法之一MBPT根據(jù)擾動階數(shù)的不同可以分為二階微擾處理、三階微擾處理、四階微擾處理等等，階數(shù)越高，計算結(jié)果越準確。但在實際應用中，由于計算復雜度的增加，MBPT的應用一般只限于低階微擾處理。例如MBPT2和MBPT3方法計算能量的時間復雜度分別為O（N5）和O（N6），N為計算體系的大小，因而在日常計算中MBPT2或MP2方法使用地最加廣泛。密度泛函理論密度泛函理論（Density-functionaltheory）是通過泛函來處理多電子問題。與HF方程類似，DFT的基本方程是Kohn-Sham方程（KS方程）（2-3）其中F為FOCK矩陣，C為系數(shù)矩陣，S為重疊矩陣，為對角化軌道能量矩陣。在DFT中，多電子相互作用被處理成與密度相關(guān)的交換相關(guān)項，一般來說，這個交換相關(guān)項是非局域化的。由于KS方程和HF方程在數(shù)學上具有相似性，因此也可以使用自洽的方式來求解。DFT中的關(guān)鍵問題就是處理這個交換相關(guān)項。由于交換相關(guān)項的密度表示的確切形式是未知的，人們發(fā)展了很多近似方法，包括純密度形式的局域密度近似LDA和廣義梯度近似GGA，以及更復雜的雜化形式（如B3LYP、PBE0和CAM-B3LYP等）。雜化形式包含了H的雙電子交換貢獻，應用更為廣泛。密度泛函理論（DFT）不僅具有比HF方法更高的精度和速度，本身所需儲存空間和時間相對較少，而且能計算出可靠的物理化學參數(shù)，在處理輕元素所形成的基態(tài)化合物時候表現(xiàn)相當好，目前已成為量子化學中應用最廣泛的計算方法。根據(jù)不同方法的優(yōu)缺點和適用范圍，本次研究將采用密度泛函理論B3LYP/6-311G++（d、p）基組進行檢測，對左氧氟沙星解構(gòu)進行優(yōu)化。高斯軟件高斯軟件（Gaussian）是在量子化學原理的基礎(chǔ)上，依靠HF、密度泛函、從頭算、半經(jīng)驗、多體微擾理論，對分子結(jié)構(gòu)進行計算，輸出分子性質(zhì)數(shù)據(jù)，并被廣泛使用的量子化學軟件，其結(jié)果常常用來解釋各種類型實驗問題。高斯軟件進行在程序設計時，開發(fā)人員就充分的分析了使用者的需求，通過創(chuàng)建了一個理論模型，用一系列越來越精確的近似值，系統(tǒng)地促進量子化學方程進行正確解析，在使用過程中，程序運行計算的輸出結(jié)果中將含有許多解釋性的說明，方便了使用者的理解與操作，含有多種版本，在不同型號電腦上都可以安裝，不僅如此，軟件在使用時，程序運行計算的輸出結(jié)果中將含有許多解釋性的說明，方便使用者的理解與操作，程序還將自動為提供的數(shù)據(jù)輸入選擇合理的默認選項，軟件中的標準輸入也將全部采用助記的代號以及自由的格式。程序還向用戶另外提供高斯軟件與個人程序連接所需要的接口，很多選項指令也將給老用戶更改默認選項的權(quán)限。高斯軟件可以對周期邊界體系進行計算，在計算中，既可以選擇模擬的體系是處于液體還是氣態(tài)，也可以選擇模擬的能級處于基態(tài)還是激發(fā)態(tài)。在化學以及量子力學有關(guān)的領(lǐng)域，它還可以用來測量和優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)（如分子軌道），計算化學反應鍵能變化，反應熱，分析熱化學分析振動頻率（如拉曼強度），測算手性光化學，分子動力學等。所以說，使用高斯軟件不再需要在計算上浪費過多的精力，極大簡化了人力計算分析過程。拉曼光譜的基本理論拉曼光譜當光遇到分子時，入射光子有可能以非彈性的方式散射分子并交換能量，從而導致不同頻率的光子發(fā)射，這種光隨頻率變化而發(fā)生散射的效應稱為拉曼散射。拉曼光譜分析技術(shù)具有豐富的材料特性信息、無創(chuàng)檢測、無試樣制備等優(yōu)點，目前作為現(xiàn)代分析技術(shù)的重要組成部分，已被廣泛應用于檢測和分析領(lǐng)域。拉曼光譜的原理拉曼光譜是一種散射技術(shù)。當用波數(shù)的單色光束照射透明液體，氣體或晶體時，大部分入射光在沒有變化的情況下透射，而其中一小部分在整個固體角內(nèi)散射。在散射光中，改變頻率（波數(shù)）的出現(xiàn)稱為拉曼效應或拉曼散射。拉曼散射是一種非常微弱的效應；它總是伴隨著瑞利散射，其強度通常高出3-5個數(shù)量級。然而，請注意，瑞利散射本身僅為入射激發(fā)輻射強度的約104-105。出現(xiàn)在散射輻射波移動波數(shù)中的新組件被稱為拉曼線或拉曼帶，并且它們統(tǒng)稱為拉曼光譜。波數(shù)小于激發(fā)波數(shù)的拉曼波段稱為斯托克斯線而出現(xiàn)在較高波數(shù)即作為反斯托克斯線。瑞利和拉曼都是兩個光子過程，涉及入射光的散射，從虛態(tài)開始。入射光子瞬間被一個過渡光子吸收。基態(tài)進入虛擬狀態(tài)，并且通過來自該虛擬狀態(tài)的轉(zhuǎn)換來創(chuàng)建和分散新光子。由于水的拉曼散射較低，水是溶解樣品的理想溶劑。拉曼光譜表示為強度-波長位移，可在4000-10cm-1范圍內(nèi)記錄。丁鐸爾散射、瑞利散射是這些散射光中波長不發(fā)生變化的光；而拉曼散射、康普頓效應、布里淵效應等散射光波長會發(fā)生變化。拉曼光譜可以對晶體或分子結(jié)構(gòu)進行分析研究，是一種分子振動光譜。拉曼光譜的技術(shù)特點及應用拉曼光譜與紅外光譜具有共同點，都可檢測分子結(jié)構(gòu)信息，但拉曼光譜明顯比紅外光譜簡單，因為在正常的拉曼光譜中，組合帶和差分帶非常罕見。拉曼光譜通過電磁輻射光與分子誘導偶極之間的互相作用，導致量的對稱振動產(chǎn)生的，它具有無損、無創(chuàng)、相對廉價、快速、無標記等優(yōu)點，使用時可以簡單到?jīng)]有樣品制備。利用其原理，根據(jù)不同物質(zhì)產(chǎn)生的光譜帶波數(shù)和強度的差異，會生成不同的光譜圖，借此可以對物質(zhì)進行定性分析，確定不同化合物的種類，此外，不同的物質(zhì)，或者化合物，他們之間的化學鍵或者空間結(jié)構(gòu)相似，但成鍵方式或者基團不同，則形成的拉曼光譜譜帶會有所差異，比如波數(shù)或者強度，因此，我們又可以對官能團進行鑒定。利用共振拉曼光譜和表面增強拉曼光譜可以提高靈敏度。在共振拉曼光譜中，入射輻射的頻率與分子的電子躍遷相匹配，從而獲得了更強的拉曼光譜。同時拉曼光譜是一種無標簽、無創(chuàng)、無損的光譜技術(shù)，提供有關(guān)分析樣品化學結(jié)構(gòu)的信息，適用于快速、高通量的病害檢測和鑒定，因此拉曼光譜廣泛應用于食品化學、電化學、法醫(yī)學、材料科學、生物醫(yī)學等多種領(lǐng)域。比如它能夠監(jiān)測蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化，闡明體液的組成和來源，以及槍彈殘留物。拉曼光譜表面增強技術(shù)，利用金屬納米結(jié)構(gòu)引起非常強的局部表面等離子體共振增強，還可以檢測分子的個別基團與物質(zhì)表面之間的作用關(guān)系以及化學大分子與金屬在表面的鍵合形式等等，從而研究藥物和各種疾病的作用機理。另外根據(jù)拉曼光譜的非侵入性和非破壞性，在基礎(chǔ)水平上，拉曼的病原體診斷方法與檢測病原體效價的傳統(tǒng)診斷方法不同，拉曼光譜診斷方法基于檢測由病原體引起的宿主分子變化的聯(lián)合，這些變化對單個疾病或條件具有高度特異性，這些結(jié)構(gòu)變化反映在可分配給這些分子的特定拉曼帶的位移或強度變化上，這使得當病原體處于非常低的檢測水平時，拉曼光譜能敏感地捕捉早期感染的特征。拉曼光譜儀拉曼光譜儀是利用拉曼光譜技術(shù)理論和現(xiàn)代光學電子技術(shù)結(jié)合所設計出來的光電儀器，主要用于拉曼光譜檢測分析研究化合物結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同形式光譜獲取方法，將光譜儀分為3類：濾光器型拉曼光譜儀、色散型拉曼光譜儀及傅里葉變換型拉曼光譜儀；根據(jù)不同拉曼光譜儀不同激發(fā)光源波長，大致將光譜儀分為可見光激光器拉曼光譜儀、紅外光激光器拉曼光譜儀和紫外光激光器型拉曼光譜儀三種。其中可見光和紅外光光譜儀使用更為普遍，紫外光由于激光源由于技術(shù)難度大成本高使用相對較少。濾光型光譜儀發(fā)明最早，利用濾光器作為通光元器件，可以過濾所需波長，得到所需波數(shù)光譜，但這種方法，能量損失大，利用率低，耗時長。色散型光譜儀利用光柵作為通光元器件，具有分光功能，多個通道可以測量多種波長，得到多波長拉曼光譜，它比濾光型光譜儀測量效率高，效果好，可做成手持型光譜儀，攜帶方便，可以直接在現(xiàn)場使用。傅里葉變換型光譜儀采用干涉儀代替光柵，通過傅里葉變換原理，利用其與拉曼光譜的聯(lián)系，有探測器測出光干涉圖，反演輸入到邁爾訊，得到光譜圖，它的原理更加細膩，完備，結(jié)果更加精確詳盡合理，是現(xiàn)在被廣泛利用的光譜儀。隨著科學的進步，技術(shù)的發(fā)展，通過拉曼光譜與其他技術(shù)聯(lián)用，也相繼一些新式拉曼光譜儀，比如共焦顯微拉曼光譜儀、拉曼顯微成像技術(shù)等等。目前拉曼光譜在食品化學、電化學、法醫(yī)學、材料科學、考古、半導體等多種領(lǐng)域都得到了廣泛利用，比如在生物醫(yī)學方面，拉曼光譜儀可以檢測和識別由玉米、小麥和高粱的可培養(yǎng)病原體引起的常見真菌疾病，可以分別用于鑒定單一或多病原體誘導的植物病害，如麥角和霉菌，可以用于檢測豆類中的昆蟲幼蟲，不僅可以檢測它們的存在，還可以使用統(tǒng)計模型檢測它們的發(fā)育階段，可以用于檢測HLB在疾病發(fā)展的早期和晚期階段，還可以用來區(qū)分營養(yǎng)缺乏和HLB疾病。本次實驗使用的是HORIBA公司研制的LabRamHREvolution型拉曼光譜儀器，之所以使用這種光譜儀測量拉曼光譜，是因為它操作便捷靈活性好，功能全面，波段覆蓋廣，共焦成像速度更快，并且光譜分辨率高，波數(shù)低可以結(jié)合其他測試技術(shù)聯(lián)用，這些特點能夠保證它提供更高效更快捷更精細的光譜圖像，得到精確詳細的實驗數(shù)據(jù)，為下一步理論分析做數(shù)據(jù)支撐。左氧氟沙星拉曼光譜的理論計算與實驗研究研究方法實驗部分本次研究利用HORIBA公司所生產(chǎn)的LabRamHREvolution型拉曼光譜儀進行檢測左氧氟沙星的光譜數(shù)據(jù)，并利用origin軟件作出實驗光譜圖。左氧氟沙星選用阿拉丁試劑官網(wǎng)的分析純藥品（按C18H20FN3O4計，含量≧98.5%）；利用HORIBA公司所生產(chǎn)的LabRamHREvolution型拉曼光譜儀，選擇532nm激光為激發(fā)光源，激光輸出功率為31.675mW，掃描時間10s，探測器采用研究級大芯片尺寸空冷CCD。理論部分采用Gaussian09軟件對左氧氟沙星進行理論計算，分子構(gòu)型由Gaussianview6.0構(gòu)建，如圖4.1所示。在B3LYP不同基組下計算左氧氟沙星的拉曼光譜。首先利用3-21G基組對初始結(jié)構(gòu)進行粗優(yōu)化，在得到的優(yōu)化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分別選擇6-31G基組以及6-311+G（d）基組進行再優(yōu)化并計算拉曼光譜。其6-311+G（d）基組計算所得光譜的頻率校正因子為0.981，修正后再與實驗數(shù)據(jù)相比較。圖4-1在B3LYP/6-311+G（d）基組優(yōu)化后左氧氟沙星結(jié)構(gòu)結(jié)果分析與討論理論光譜與實驗光譜的對比分析如圖4.2所示，分別為6-31G基組計算所得的光譜圖，6-311+G（d）基組計算所得的光譜圖，實驗測得的光譜圖，將三個光譜圖進行對比，觀察理論的光譜圖和實驗的光譜圖，實驗的光譜圖中，主要的峰位為539.71cm-1、653.20cm-1、839.28cm-1、1042.49cm-1、1129.99cm-1、1213.17cm-1、1325.78cm-1、1368.27cm-1、1406.82cm-1、1448.31cm-1、1548.69cm-1、1611.95cm-1、1716.15cm-1等；以B3LYP/6-31G為基組的光譜圖中，主要的峰位為544cm-1、688cm-1、888cm-1、1000cm-1、1224cm-1、1328cm-1、1360cm-1、1416cm-1、1528cm-1、1656cm-1、1816cm-1等；以B3LYP/6-311+G（d）為基組的光譜圖中，主要的峰位為531.79cm-1、672.63cm-1、867.05cm-1、917.15cm-1、1008.21cm-1、1039.56cm-1、1133.54cm-1、1188.58cm-1、1266.38cm-1、1289.58cm-1、1320.51cm-1、1375.30cm-1、1485.80cm-1、1547.85cm-1、1610.66cm-1、1774.68cm-1等。B3LYP/6-311+G（d）基組所得光譜圖中，有8個主要峰位與實驗所得光譜圖近乎吻合，B3LYP/6-31G基組所得光譜圖僅有5個主要峰位與實驗結(jié)果較為吻合。通過以上對比可知，基組為B3LYP/6-311+G（d）的光譜圖不管是在振動峰的數(shù)量還是位置上都與實驗的光譜圖更加吻合。說明6-311+G（d）基組更適用于左氧氟沙星分子拉曼光譜的理論計算，故以下將對6-311+G（d）基組的計算結(jié)果進行詳細的分析討論。圖4-2左氧氟沙星理論與實驗拉曼光譜比較另外，6-311+G（d）基組計算所得的光譜和實驗測得的拉曼光譜在個別振動峰的峰位上存在微小的差別，這是因為理論計算的時候模擬的都是處于平衡態(tài)的單個分子的振動模式，而實測中，分子之間存在著多種相互作用，分子基團之間也存在相互影響，并且在頻率計算中模擬軌道與真實軌道的差距會帶來一些系統(tǒng)誤差，所以二者之間存在著一些細微的差異。6-311+G（d）基組優(yōu)化后的分子結(jié)構(gòu)（a）分子正面（b）分子側(cè)面圖4-3在B3LYP/6-311+G（d）基組優(yōu)化后左氧氟沙星結(jié)構(gòu)利用6-311+G（d）基組優(yōu)化后的左氧氟沙星分子結(jié)構(gòu)如圖4.3所示，同時給出左氧氟沙星分子優(yōu)化后的空間幾何參數(shù)，包含鍵長、鍵角和二面角，詳見于表4.1。計算結(jié)果無虛頻，說明得到的是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。如圖4.3所示，左氧氟沙星分子為三維非平面結(jié)構(gòu)，以喹啉環(huán)為主體，6C上連接一個哌嗪環(huán)，1C與2C以及17N上連接一個苯并惡嗪，10C上連接一個羧基，苯并惡嗪18C連接一個甲基，哌嗪環(huán)36N上連接一個甲基。從表4.1中可知，1C-2C-3C-4C二面角為2.1519654°、8C-10C-11C-17N二面角為0.7981508°等發(fā)現(xiàn)喹啉環(huán)不是平面幾何結(jié)構(gòu)；24C-35N-23C-25C二面角為-92.3427448°、25C-36N-28C-24C二面角為28.0698207°等證明哌嗪環(huán)同樣不是平面環(huán)結(jié)構(gòu)。兩苯環(huán)近似位于同一平面，甲基分子與苯環(huán)不同面。表4-1左氧氟沙星優(yōu)化后的幾何參數(shù)TagSymbolBondlength（?）Bondangle（°）Dihedral（°）1C2C1.40611403C1.4046639120.62757964C1.3968265118.57312622.15196545C1.3741628119.81849220.31992766C1.4084709121.4667640-2.56813447H1.0831779119.2355343178.22087988C1.4900568121.9331784-178.73078129O1.2217014120.8204918-179.294932610C1.4727895113.95576430.785269911C1.3731480119.9055812-1.197265712H1.0822998120.2014981-179.371876613C1.4758950121.4473853178.700621814O1.2035722127.3971496-1.490104915O1.3796532111.9560567178.568485716H0.9685188106.1271793179.856407417N1.3492947124.66837200.798150818C1.4757020120.7254394-175.571669119C1.5263624107.0219605-149.865473920H1.0894689111.0845511-176.006619421H1.0957755110.396552062.916787822O1.3727871120.7986624-1.231497423C2.4626309102.999993527.978238824C2.451387060.8595626-145.457221125C1.5342288136.1714746-92.342744826H1.1023552103.4686263126.830396927H1.089075884.381337520.089531128C1.536252988.6822017145.323981929H1.097990495.8408391-104.281572730H1.0914613142.356875324.204601331H1.0942135109.8879248166.813257932H1.0958611108.211137049.611493933H1.0941190109.6000352150.483204134H1.0961364108.6510221-92.320414935N1.3977538119.7521437-1.168000836N1.4630041114.042386728.069820737C1.4582110114.509198977.055419738H1.1021620115.4196968-65.211793539H1.0930797109.184424256.137671240H1.0932816109.1277319173.484129941F1.3581539117.8436614176.717467042C1.5308014111.833463285.716637443H1.0915444111.296632263.463077144H1.0934446110.1805122-176.529405745H1.0919490110.8282368-57.000705946H1.0942147106.8929215-34.43875446-311+G（d）基組計算所的光譜與實驗光譜的振動模式分析表4-2左氧氟沙星理論與實驗振動頻率（cm-1）與歸屬NRS/cm-1DFT-RS/cm-1Assignments509.11539.71531.79590.49596.36649.70642.98653.20672.43740.69746.65782.99779.30814.31815.69839.28867.05908.69916.15949.63948.00977.27996.151002.581008.211042.491039.561058.771078.891081.341129.991133.541139.261160.991161.811171.881171.491186.001188.581213.171218.351267.071266.381281.981289.481320.511322.871325.781328.501352.181361.051368.271368.161375.301390.991401.681406.821409.641419.831426.431448.311433.901471.841469.771485.801494.251491.591500.261502.361504.571519.191519.911548.691547.851581.511611.941610.661649.531716.151774.68ν：Stre