《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Elucidating the structure–crystal packing–weak interaction–collective vibration relationship governing terahertz spectral fingerprints of vitamin C stereoisomers
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•太赫兹光谱能够区分L-抗坏血酸与D-异抗坏血酸。•低温光谱确认了弱吸收带的存在，粉末衍射验证了模型的准确性。•振动模式分析揭示了键角弯曲和扭转运动。•D-异抗坏血酸表现出更强的氢键作用，尽管范德华力相似。•立体化学决定了晶体堆积、弱相互作用和太赫兹光谱。引言维生素C，通常称为L
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太赫兹光谱能够区分L-抗坏血酸与D-异抗坏血酸。
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低温光谱确认了弱吸收带的存在，粉末衍射验证了模型的准确性。
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振动模式分析揭示了键角弯曲和扭转运动。
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D-异抗坏血酸表现出更强的氢键作用，尽管范德华力相似。
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立体化学决定了晶体堆积、弱相互作用和太赫兹光谱。
引言
维生素C，通常称为L-抗坏血酸，其分子式为C?H?O?。L-抗坏血酸由一个γ-内酯环（五元环状酯）和一个羟基化的侧链组成。C2和C3位各有一个羟基（–OH），形成烯二醇结构（–C(OH) = C(OH)–）。它是一种白色结晶固体，具有高水溶性、酸性味道和强还原能力。作为人类必需的营养素，L-抗坏血酸参与多种生物化学和代谢过程，促进组织生长，增强免疫功能，并有助于抵抗多种疾病。在临床上，它已被广泛用于预防和治疗坏血病，并作为心血管疾病和感染性疾病管理的辅助药物[1]。由于其强大的抗氧化活性，L-抗坏血酸在保护生物系统免受自由基引起的氧化应激方面也发挥着重要作用。因此，它在药物制剂、食品保存和化妆品产品中得到了广泛应用[2]。D-异抗坏血酸是L-抗坏血酸的一种立体异构体。它呈现为白色至淡黄色结晶粉末，其理化性质与L-抗坏血酸密切相似。然而，与L-抗坏血酸不同，D-异抗坏血酸在生物系统中表现出很少或没有维生素活性。尽管如此，其强大的还原能力使其在食品加工中成为一种有效的抗氧化剂和防腐剂[3]。此外，它常被用作肉类和水产品中的发色剂，可单独使用或与亚硝酸盐和硝酸盐添加剂联合使用，以改善色泽并抑制产品变质[4]。尽管L-抗坏血酸和D-异抗坏血酸表现出高度相似的宏观理化性质，但它们显著不同的生物活性表明在分子水平上存在根本性差异。理解这些差异需要对其晶体结构、振动动力学和分子间相互作用模式进行详细表征。因此，准确鉴别和结构解析这些立体异构体具有重要的科学和实践意义。
太赫兹（THz）光谱技术已成为探测低频分子运动和分子间相互作用的有力分析手段[5]。太赫兹频率范围对应于与集体分子振动、构象涨落、晶格声子以及氢键和范德华力等弱分子间相互作用相关的能量[6]。由于这些低能运动对晶体堆积和分子排列高度敏感，太赫兹光谱为区分化学相似化合物（包括多晶型、异构体和立体异构体）提供了独特的结构指纹[7]。
近年来，多项研究对L-抗坏血酸的太赫兹光谱特征进行了研究。Cao等人报道了L-抗坏血酸在0.2–2.4 THz频率范围内的太赫兹吸收特征，并认为这些吸收带来源于分子内和分子间耦合振动运动[8]。Jiang等人将太赫兹时域光谱（THz-TDS）测量与密度泛函理论计算相结合，证明分子间振动对太赫兹吸收特征的贡献比分子内振动更为显著[9]。最近，Wang等人构建了L-抗坏血酸的有限团簇和周期性晶体模型，并强调了周期性边界条件对于准确再现分子晶体实验太赫兹光谱的关键重要性[10]。这些研究显著推进了对分子晶体中太赫兹光谱的振动起源和理论模拟的理解。
然而，以往的研究主要集中在吸收带的指认和相应振动运动的识别上，而控制这些光谱特征形成的潜在机制仍未完全理解。特别是，分子构型、晶体堆积排列、分子间弱相互作用、集体晶格振动和太赫兹光谱响应之间的内在关系尚未被系统建立。立体化学差异如何改变晶体堆积、调节分子间相互作用网络，并进而影响集体振动行为，仍不清楚。因此，对于理解立体异构分子晶体中太赫兹光谱特征的起源，目前仍缺乏一个综合的“结构–晶体堆积–弱相互作用–集体振动–太赫兹光谱”框架。
本研究旨在通过建立分子构型、晶体堆积、分子间弱相互作用、集体晶格振动和太赫兹光谱响应之间的内在关系，揭示L-抗坏血酸和D-异抗坏血酸中太赫兹吸收峰的形成机制。尽管这两种化合物具有相同的分子式，但它们不同的立体化学构型导致了不同的晶体堆积排列，进而改变了分子间相互作用网络并调节了晶格内的低频集体振动行为。为了阐明这种结构–光谱关联，采用太赫兹时域光谱技术获得了L-抗坏血酸和D-异抗坏血酸在0.5–2.5 THz频率范围内的实验吸收光谱。此外，还进行了低温（77 K）太赫兹测量以确认弱吸收峰的真实性，并收集了粉末X射线衍射（PXRD）图谱以验证计算中采用的晶体结构模型。同时，利用CP2K程序[11]进行了周期性第一性原理计算，以优化晶体结构并计算相应晶胞模型的振动频率，生成理论太赫兹光谱用于与实验结果进行比较。实验与计算光谱之间的良好一致性证实了计算模型的可靠性，并为进一步的振动和相互作用分析提供了坚实基础。随后，采用振动模式自动相关性确定（VMARD）方法定量识别了对太赫兹吸收峰有贡献的主要内坐标，揭示了负责光谱特征的集体振动运动。进一步应用相互作用区域指示器（IRI）和Hirshfeld表面（HS）分析来可视化和量化与这些振动模式相关的分子间弱相互作用，从而阐明氢键和范德华力如何影响晶格动力学。通过将振动模式指认与弱相互作用分析相结合，本研究建立了一个综合的“结构–晶体堆积–弱相互作用–集体振动–太赫兹光谱”关系，为维生素C立体异构体之间的光谱差异提供了分子层面的解释。所提出的机制不仅增进了对分子晶体中太赫兹光谱形成的理解，还展示了太赫兹光谱与理论计算相结合在立体异构体鉴别、食品真实性评估和质量控制应用中的潜力。
章节片段
样品制备
L-抗坏血酸（CAS号50-81-7）和D-异抗坏血酸（CAS号89-65-6）均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯度均超过98%，为分析级标准品。由于样品纯度已满足实验要求且晶体粒径小于30 μm，因此未进行进一步纯化，因为该粒径不会引起显著的频率依赖散射效应[12]。此外，
理论光谱计算
密度泛函理论（DFT）[19]是研究多电子系统电子结构的理论方法，广泛应用于计算化学和材料科学，为解决实际问题提供了必要的理论工具。通过将能量表示为电子密度的泛函，DFT在保持精度的同时，比其他一些理论方法具有显著的计算效率优势。在DFT框架内，广义梯度
实验与理论结果分析
在规定的实验条件下，对L-抗坏血酸和D-异抗坏血酸样品进行了多次太赫兹光谱测量。平均处理提高了实验光谱的准确性和稳定性，Savitzky-Golay滤波进一步平滑了光谱，以确保有效去除系统噪声。由此获得了两种物质在0.5–2.5 THz范围内的室温太赫兹吸收光谱。如图4所示，L-抗坏血酸表现出四个
结论
本研究采用THz-TDS技术研究了L-抗坏血酸及其立体异构体D-异抗坏血酸在0.5–2.5 THz范围内的光学性质。观察到L-抗坏血酸和D-异抗坏血酸明显不同的太赫兹光谱吸收峰，这归因于它们分子结构的差异。为了进一步分析这些光谱差异的起源，对两种物质的晶胞模型进行了DFT计算。准确性和
CRediT作者贡献声明
Xianhua Yin：写作–审阅与编辑，方法学，概念化，基金获取，项目管理，调查。Yishan Tian：写作–初稿，软件，数据管理，可视化。Jiakai Liu：写作–审阅与编辑。Ao Sun：写作–审阅与编辑，验证。Huo Zhang：写作–审阅与编辑，监督。
利益冲突声明
作者声明，他们不知道可能影响本文报告工作的已知竞争经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到广西自然科学基金（批准号：2025GXNSFAA069795）、广西自动检测技术与仪器重点实验室能力建设（桂科LT2600640021）以及国家自然科学基金（批准号：62261012）的支持。
Xianhua Yin|Yishan Tian|Jiakai Liu|Ao Sun|Huo Zhang
