Структуры и инфракрасные спектры молекул 5-хлорурацила в низкотемпературных инертных матрицах Ar, Ne и композитных пленках с оксидом графена

Abstract

Проведено исследование структур и колебательных спектров биологически активных молекул 5-хлор-урацила (5СU) в различных состояниях. В инфракрасном диапазоне 3800–500 см⁻¹ получены ИК фурье-спектры молекул 5СU, изолированных в низкотемпературных матрицах Ar и Ne. Выполнены оценки заселенности таутомеров 5СU и расчеты колебательных спектров методом DFT/B3LYP с базисом 6-311++G(df,pd). В Ar матрице в спектральном диапазоне 1900–500 см⁻¹ зарегистрировано 7 комбинационных мод 5CU,усиленных резонансом Ферми. В области фундаментальных колебаний νCO и в области колебаний кольца обнаружены тройные резонансы Ферми. Выращены и исследованы при криогенных температурах тонкие пленки 5CU на поверхности оксида графена (GO) и композитные пленки 5CU/GO, полученные из водного раствора. Показано, что при повышении температуры от гелиевой до комнатной происходит кристаллизация пленки 5CU на поверхности GO. С помощью сравнения спектров полученных пленок 5CU идентифицированы колебания, полосы поглощения которых наиболее чувствительны к изменениям кристаллической структуры пленки. Большинство этих фундаментальных мод связано с колебаниями NH группы. При повышении концентрации 5CU в композитных пленках 5CU/GO наблюдается неравномерное распределение микрокристаллов 5CU по площади образца.

Проведено дослідження структур та коливальних спектрів біологічно активних молекул 5-хлорурацилу (5СU) в різних станах. В інфрачервоному діапазоні 3800–500 см⁻¹ отримані ІК фур'є-спектри молекул 5СU, ізольованих в низькотемпературних матрицях Ar та Ne. Виконано оцінки заселеності таутомерів 5СU і розрахунки коливальних спектрів методом DFT / B3LYP з базисом 6-311++G (df, pd). В Ar матриці в спектральному діапазоні 1900–500 см⁻¹ зареєстровано 7 комбінаційних мод 5CU, посилених резонансом Фермі. В області фундаментальних коливань νCO та в області коливань кільця виявлено потрійні резонанси Фермі. Вирощені та досліджені при кріогенних температурах тонкі плівки 5CU на поверхні оксиду графену (GO) та композитні плівки 5CU/GO, отримані з водного розчину. Показано, що при підвищенні температури від гелієвої до кімнатної відбувається кристалізація плівки 5CU на поверхні GO. За допомогою порівняння спектрів отриманих плівок 5CU ідентифіковані коливання смуги, поглинання яких найбільш чутливі до змін кристалічної структури плівки. Більшість цих фундаментальних мод пов'язано з коливаннями NH групи. При підвищенні концентрації 5CU в композитних плівках 5CU/GO спостерігається нерівномірний розподіл мікрокристалів 5CU по площі зразка.

The structures and vibrational spectra of biologically active molecules of 5-chlorouracil (5CU) in various states have been studied. In the infrared range 3800– 500 cm⁻¹ , the IR-Fourier spectra of 5CU molecules isolated in the low-temperature Ar and Ne matrices were obtained. Estimations of the population of 5CU tautomers and calculations of the vibrational spectra by the DFT/B3LYP method with a basis of 6-311++G (df,pd) are performed. In the Ar matrix, 7 Raman modes of 5CU amplified by Fermi resonance were detected in the spectral range 1900–500 cm⁻¹ . In the region of fundamental vibrations νCO and in the vibration region of the ring, triple Fermi resonances are observed. Thin films of 5CU on the surface of graphene oxide (GO) and 5CU/GO composite films obtained from an aqueous solution were grown and investigated at cryogenic temperatures. It is shown that as the temperature rises from the helium temperature to room temperature, the 5CU film crystallizes on the GO surface. By comparing the spectra of the 5CU films obtained, oscillations are identified, whose bands are most sensitive to changes in the crystal structure of the film. Most of these fundamental modes are associated with vibrations of the NH group. With an increase in the concentration of 5CU in the 5CU/GO composite films, a nonuniform distribution of the 5CU microcrystals over the sample area is observed.