Yimin Bai, Jiman He, Yuting Gao, Miaomiao Zhang, Dexia Zhou, Yun Tang, Jing Liu, Hongtao Bian*, and Yu Fang. J. Phys. Chem. B, 2024, 128, 2447-2456.

甲酰胺（FA）是一种含有酰胺键的分子，是能够形成C=O···H型和NH···O型氢键的最简单的分子之一。液态FA能够形成与水类似的三维氢键网络，这使得它们具有类似的性质，能够形成均匀的二元混合体系，为探索生物物理过程中肽键的溶剂化动力学提供了一个简化模型。本研究主要采用线性和飞秒红外光谱技术研究了FA−水混合物的动力学特性。通过研究OD局部探针和外源性探针SCN⁻，系统地探究了不同成分的FA−水二元混合物的氢键网络动力学行为。

图1.  SCN⁻在浓度范围为X_FA=0 ~1.0的水溶液中(A)伸缩振动弛豫曲线；(B)浓度依赖振动寿命；(C)归一化各向异性衰减，实线为拟合数据；(D)浓度依赖转动时间常数。

图2. 不同浓度的FA−水混合溶液中SCN⁻的与图及Stokes−Einstein−Debye理论预测两种情况下（粘着及滑移边界条件下）的曲线。蓝线表示拟合结果。

在本研究中，OD伸缩振动的弛豫动力学表明，添加FA对水分子振动寿命的影响可以忽略不计，这强调了该二元混合物类似于水的行为。然而，随着FA浓度的增加，OD的转动动力学减慢，在X_FA > 0.5后趋于稳定。这表明OD的转动时间与氢键网络的强度之间存在相关性，而这种变化很可能与溶液的介电常数变化相关。与此同时，SCN⁻的振动弛豫动力学与FA浓度有很强的相关性，表明在SCN⁻溶剂化过程中水和FA分子之间存在竞争。此外，SCN⁻的转动时间常数与粘度变化呈线性关系，表明溶液的宏观粘度是由FA和水分子之间形成的扩展结构所决定的。本文还通过Stokes−Einstein−Debye方程分析了SCN⁻的重定向动力学与宏观粘度之间的关系。观察到二元溶液的粘度-扩散耦合，这可以归因于FA−水混合溶液的均匀动力学特性。这项研究阐明了FA−水混合物的氢键网络动力学，揭示了二元混合物溶液中的分子水平的均匀性的微观本质。

第一作者：陕西师范大学硕士研究生白亦敏

通讯作者：陕西师范大学边红涛教授

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.3c07850