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user: 3. 结果与讨论 3.1. 美托洛尔的结构特点 美托洛尔分子的稳定构型如图1所示，在苯环的对位位置出现两个链式结构。表1中列出了美托洛尔分子的相关结构参数。计算结果表明，整个美托洛尔分子的构型存在非对称性的结构特点。整个分子中含有C-H、C-C、C-O、C-N、H-N和H-O和键六种化学键。在分子结构中仅有一个H-O键，即21H-20O键，键长为0.947 Å，而22N所形成的分子键中，22N-17C和24C-22N的键长分别为1.446 Å和1.454 Å， 23H-22N的键长仅为1.000 Å。在各C-C键中，苯环中2C-1C和4C-3C的键长相同，均为1.384 Å，3C-2C和5C-4C键长均为1.385 Å，6C-5C键长1.390 Å，而所有C-C键中30C-24C的键长最长，为1.535 Å，而在两个链式结构所形成的C-C键中，37C-34C的键长为1.524 Å，15C-12C和34C-6C的键长分别为1.522 Å和1.513 Å，17C-15C和26C-24C的两键长仅相差0.001 Å，分别为1.527 Å和1.528 Å。在所形成的C-O键中，20O-15C的键长最长为1.411 Å，11O-3C和12C-11O的键长分别为1.365 Å和 1.408Å，而40O-37C和41C-40O的键长分别为1.392 Å和1.392 Å。在N原子所参与形成的化学键中，24C-22N的键长最大，为1.454 Å，22N-17C和23H-22N的键长分别为1.446 Å和1.000Å。而分子结构中存在的唯一一个H-O键，即21H-20O，其键长为0.947 Å。在分子结构中的C-H键中，苯环中的7H-1C和10H-5C两键长均为1.076 Å，8H-2C和9H-4C的键长分别为1.075 Å。对分子结构中的H-C键而言，各化学键的键长相差较小，其中44H-41C、38H-37C和39H-37C的键长均为1.089 Å，14H-12C、19H-17C、29H-26C、31H-30C和42H-41C五个H-C键键长均为1.088 Å，13H-12C、27H-26C和33H-30C三个键的键长为1.086 Å，18H-17C和28H-26C的键长均为1.083 Å，而43H-41C和25H-24C两化学键的键长分别为1.081 Å和1.087 Å。 图1. 美托洛尔分子稳定构型 分子结构中，苯环中的骨架C原子所形成的∠3C-2C-1C、∠4C-3C-2C、∠5C-4C-3C和∠6C-5C-4C均，以及∠11O-3C-2C均为120˚，∠7H-1C-2C、∠9H-4C-3C、∠10H-5C-4C和∠24C-22N-17C均为119˚，∠41C-40O-37C和∠22N-17C-15C分别为114˚和115˚，∠43H-41C-40O、∠18H-17C-15C和∠20O-15C-12C均为109˚，而∠12C-11O-3C和∠30C-24C-22N均为116。在各原子所形成地二面角中，中也存在大量0˚和180˚二面角，表面参与形成这些二面角的各原子出现在同一面内。但也存在其他角度的二面角，这也间接表明美托洛尔分子构型的对称性比较差的现象。 Table 1 Structure parameters of Metoprolo 键长(Å) 键角(˚) 二面角(˚) 2C-1C 1.384 3C-2C-1C 120 4C-3C-2C-1C 0 3C-2C 1.385 4C-3C-2C 120 5C-4C-3C-2C 0 4C-3C 1.384 5C-4C-3C 120 6C-5C-4C-3C 0 5C-4C 1.385 6C-5C-4C 120 7H-1C-2C-3C 180 6C-5C 1.390 7H-1C-2C 119 8H-2C-1C-6C 180 7H-1C 1.076 8H-2C-1C 121 9H-4C-3C-2C 180 8H-2C 1.075 9H-4C-3C 119 10H-5C-4C-3C 180 9H-4C 1.075 10H-5C-4C 119 11O-3C-2C-1C 180 10H-5C 1.076 11O-3C-2C 120 12C-11O-3C-2C 87 11O-3C 1.365 12C-11O-3C 116 13H-12C-11O-3C −58 12C-11O 1.408 13H-12C-11O 111 14H-12C-11O-3C 61 13H-12C 1.086 14H-12C-11O 110 15C-12C-11O-3C 180 14H-12C 1.088 15C-12C-11O 108 16H-15C-12C-11O −55 15C-12C 1.522 16H-15C-12C 108 17C-15C-12C-11O 67 16H-15C 1.085 17C-15C-12C 112 18H-17C-15C-12C −58 17C-15C 1.527 18H-17C-15C 109 19H-17C-15C-12C 57 18H-17C 1.083 19H-17C-15C 107 20O-15C-12C-11O −175 19H-17C 1.088 20O-15C-12C 109 21H-20O-15C-12C 75 20O-15C 1.411 21H-20O-15C 110 22N-17C-15C-12C 180 21H-20O 0.947 22N-17C-15C 115 23H-22N-17C-15C −36 22N-17C 1.446 23H-22N-17C 111 24C-22N-17C-15C 96 23H-22N 1.000 24C-22N-17C 119 25H-24C-22N-17C 55 24C-22N 1.454 25H-24C-22N 106 26C-24C-22N-17C 171 25H-24C 1.087 26C-24C-22N 108 27H-26C-24C-22N −176 26C-24C 1.528 27H-26C-24C 111 28H-26C-24C-22N −55 27H-26C 1.086 28H-26C-24C 110 29H-26C-24C-22N 65 28H-26C 1.083 29H-26C-24C 111 30C-24C-22N-17C −64 29H-26C 1.088 30C-24C-22N 116 31H-30C-24C-22N −58 30C-24C 1.535 31H-30C-24C 111 32H-30C-24C-22N 62 31H-30C 1.088 32H-30C-24C 112 33H-30C-24C-22N 180 32H-30C 1.085 33H-30C-24C 111 34C-6C-5C-4C 180 33H-30C 1.086 34C-6C-5C 121 35H-34C-6C-5C −149 34C-6C 1.513 35H-34C-6C 110 36H-34C-6C-5C −31 35H-34C 1.085 36H-34C-6C 110 37C-34C-6C-5C 90 36H-34C 1.085 37C-34C-6C 112 38H-37C-34C-6C 59 37C-34C 1.524 38H-37C-34C 110 39H-37C-34C-6C −59 38H-37C 1.089 39H-37C-34C 110 40O-37C-34C-6C 180 39H-37C 1.089 40O-37C-34C 108 41C-40O-37C-34C 180 40O-37C 1.392 41C-40O-37C 114 42H-41C-40O-37C 61 41C-40O 1.392 42H-41C-40O 111 43H-41C-40O-37C 180 42H-41C 1.088 43H-41C-40O 109 44H-41C-40O-37C −61 43H-41C 1.081 44H-41C-40O 111 44H-41C 1.089 表1. 美托洛尔分子的结构参数 3.2. 美托洛尔的红外振动光谱 红外振动光谱是由分子的振动能级发生跃迁而产生的。红外谱线的强度主要取决于分子振动时偶极矩的变化大小和跃迁几率的大小 [ 7 ] 。分子振动时偶极矩的变化大小确定了红外吸收的强弱，若振动时无偶极矩的变化，即红外光谱的强度为零，这种形成红外吸收的振动称为“红外活性的”，相反则称为“无红外活性的”。 在标准状况下，美托洛尔分子的红外光谱如图2所示，分析发现在整个光谱中出现两红外活性和简并现象，致使光谱中实际出现的谱线数目较理论数偏少，根据分子振动模式的不同，可将红外光谱划分为(0~1000) cm −1 、(1000~1600) cm −1 、(1600~3000) cm −1 和(3000~4000) cm −1 四个区域。 图2. 美托洛尔分子的红外光谱 在(0~1000) cm −1 区域，分子振动类型主要是各基团的整体转动或摆动，以及苯环的呼吸振动。该区域中红外光谱的整体强度较低，这主要是由于该区域中的谱峰所对应的分子振动没有引起分子偶极矩的较大变化，甚至大量分子振动模式出现了无红外活性的现象造成地。该区域的最强峰出现在332 cm −1 位置，它是由含26C的甲基基团整体转动和含30C的甲基基团整体转动的复合振动引起地，次强峰出现在740 cm −1 位置，其对应的分子振动模式主要是含41C的甲基基团整体转动。此外，含41C的甲基基团整体转动和含30C的甲基基团整体摆动的复合振动在969 cm −1 位置引起一较强共振峰，而含30C的甲基基团的整体摆动在499 cm −1 位置引起一共振峰，但强度较前者低；945 cm −1 位置共振峰是由苯环的呼吸振动引起地，而苯环的呼吸振动与含41C的甲基基团的整体摆动的复合振动在919 cm −1 位置形成一较强共振峰。在525 cm −1 位置出现两双重简并的现象，其分子振动模式分别为含30C的甲基基团的整体转动和26C的甲基基团整体摆动，而同时在612 cm −1 位置出现了三重简并现象，其分子振动模式分别为含41C的甲基基团整体摆动、苯环的呼吸振动与含40C的甲基基团的整体摆动的复合振动，以及含26C、30C和41C三个甲基集团的整体转动的复合振动。此外，在55 cm −1 、38 cm −1 和703 cm −1 三个位置出现了无红外活性的现象，对应的分子振动模式分别为羟基基团的整体摆动、含26C的甲基集团的整体转动，以及含26C和41C两个甲基集团的整体摆动的复合振动。 在(1000~1600) cm −1 区域，分子振动类型主要是面外弯曲振动(含面外摇摆振动和扭曲振动)和变形振动(含对称变形振动和不对称变形振动)。该区域中红外光谱的整体强度较强，该区域的最强峰出现在1396 cm −1 位置，其分子振动模式为9H和10H的扭曲振动与13H和14H的面外摇摆振动的复合振动，该振动峰也是整个红外光谱的最强峰；该区域最强峰出现在1178 cm −1 位置，它主要是由27H和28H的扭曲振动造成地，它也是整个红外光谱的次强峰。27H和29H的面外摇摆振动与31H和32H的扭曲振动的复合振动在1284 cm −1 位置引起一共振峰，而同时27H和29H的面外摇摆振动与31H和32H的面外振动的复合振动在1362 cm −1 位置形成一较强共振峰，但强度相比前者略低。含26C的甲基基团中三个碳氢键的对称变形振动在1376 cm −1 位置形成一共振峰，而同时含30C的甲基基团中三个碳氢键的不对称变形振动在1577 cm −1 位置引起一共振峰，二者强度无较大差别。35H和36H的面外摇摆振动在1236 cm −1 位置引起一共振峰，但二者的扭曲振动在1309 cm −1 位置形成一共振峰。1224 cm −1 位置的共振峰分子振动模式主要是38H和39H的扭曲振动，但该振动峰强度较低，1290 cm −1 位置共振峰则是由43H和42H的扭曲振动形成地。42H和44H的面外摇摆振动与38H和39H的扭曲振动的复合振动在1432 cm −1 位置引起一共振峰，1209 cm −1 位置的共振峰是由35H和36H的面外摇摆振动与13H和14H的扭曲振动的复合振动引起地。含41C的甲基集团中的三个碳氢键的对称变形振动在1097 cm −1 位置一较强共振峰，而含41C的甲基集团中的三个碳氢键的不对称变形振动与31H和32H的复合振动在1259 cm −1 位置造成一共振峰的出现，但强度较弱。此外，在1479 cm −1 位置出现了三重简并的现象，其对应的分子振动模式分别为含41C的甲基集团中的三个碳氢键的不对称变形振动、35H和36H的面外摇摆振动和32H和33H的扭曲振动的复合振动，以及27H和29H的面外摇摆振动、38H和39H的扭曲振动及42H和44H的扭曲振动的复合振动。在1006 cm −1 、1150 cm −1 和1025 cm −1 三个位置出现了无红外活性的现象，其对应的分子振动模式分别为13H和14H的扭曲振动与43H和44H的扭曲振动的复合振动、38H和39H的面外摇摆振动与28H和29H的面外摇摆振动的复合振动，以及含41C、30C和26C的三个甲基基团中的碳氢键的对称变形振动的复合振动。 在(1600~3000) cm −1 区域，分子振动类型主要是面内曲振动(含面内摇摆振动和剪式振动)。该区域中红外光谱主要集中在(1600~1850) cm −1 区域，而在(1850~3000) cm −1 区域没有振动峰的出现。该区域的最强峰出现在1695 cm −1 位置，其分子振动模式为7H、8H、9H和10H的面内摇摆振动，分子振动模式如图3所示。该区域次强峰出现在1675 cm −1 位置，是由23H的面内摇摆振动造成地，振动模式如图4所示。1822 cm −1 位置共振峰是由7H和8H的剪式振动与9H和10H的剪式振动的复合振动引起地，1672 cm −1 位置共振峰是由13H和14H的剪式振动造成地，如图5所示。1675 cm −1 位置的共振峰是由18H和19H的剪式振动、28H和29H的剪式振动，以及31H和33H的剪式振动的复合振动引起地。42H和43H的剪式振动在1645位置形成一共振峰，分子振动模式如图6所示。18H和19H的剪式振动与42H和43H的剪式振动的复合振动在1641 cm −1 位置引起一较强共振峰。此外，在1636 cm −1 、1643 cm −1 和1682 cm −1 三个位置出现两无红外活性的现象，其对应的分子振动模式分别为42H和43H的剪式振动与42H和44H的剪式振动的复合振动、38H和39H的面内摇摆振动，以及13H和14H的扭曲振动与28H和29H的剪式振动的复合振动。 在(3000~4000) cm −1 区域，分子的振动类型主要为各原子的伸缩振动。该区域最强峰出现在3259 cm −1 位置，对应的分子振动模式为31H和33H的不对称伸缩振动与27H和29H不对称伸缩振动的复合振动，次强峰出现在3251 cm −1 位置，它是由13H和14H的不对称伸缩振动与16H的伸缩振动的复合振动造成地。3221 cm −1 位置的共振峰是由42H和44H的不对称伸缩振动引起地，而38H、39H、42H、43H和44H的对称伸缩振动复合振动在3179 cm −1 位置引起一较强共振峰。3194 cm −1 位置的共振峰对应的振动模式为13H、14H和19H的伸缩振动的复合振动，如图7所示。43H的伸缩振动在3303 cm -1 位置引起一较强共振峰，如图8所示。此外，3199 cm −1 位置出现了双重简并现象，其分子振动模式分别为27H、28H、29H、32H和33H的伸缩振动的复合振动、21H的伸缩振动。此外，在3783 cm −1 和3383 cm −1 两个位置对应的分子振动没有引起偶极矩的较大变化，出现了无红外活性的现象，对应的分子振动模式分别为23H的伸缩振动，以及7H、8H、9H和10H的伸缩振动。 图3. 1695 cm −1 振动模式 图4. 1675 cm −1 振动模式 图5. 1672 cm −1 振动模式 图6. 1645 cm −1 振动模式 图7. 3194 cm −1 振动模式 图8. 3303 cm −1 振动模式