基于DFT的葡萄糖及其衍生物水溶液结构拉曼光谱图谱与振动模式归属

《Communications Chemistry》：A DFT-based Raman spectral atlas and vibrational assignment of aqueous glucose structures and derivatives

　　

摘要

全球约有5.89亿成年人患有糖尿病，这凸显出需要准确且无创的葡萄糖监测方法来降低并发症风险。拉曼光谱因其分子特异性和极低的干扰性，在无创血糖检测方面展现出巨大潜力，但其应用一直受到限制，因为人们通常将溶液中的葡萄糖简化为开链结构，而且其特征谱带的归属问题也尚未解决——尤其是常用的1125厘米?1峰。在本研究中，我们结合密度泛函理论模拟与实验拉曼光谱分析，阐明了所有生理相关异头物及其衍生物的葡萄糖谱带振动起源，这些衍生物包括α-D-吡喃葡萄糖和β-D-吡喃葡萄糖、α-D-呋喃葡萄糖和β-D-呋喃葡萄糖、开链形式的葡萄糖、D-葡萄糖一水合物以及1,5-脱水葡糖醇。我们首次建立了经过归属验证的全面拉曼光谱图集，为准确的水相葡萄糖结构提供了振动归属信息，实现了理论与实验之间前所未有的高度一致。研究还确定了高度特异的光谱标记，可用于区分吡喃环与呋喃环、异头构型、水合状态以及1,5-脱水葡糖醇的双环结构特征。这些发现解决了长期存在的葡萄糖振动光谱学争议，并为基于拉曼光谱的无创监测提供了重要参考标准，有助于更好地了解糖尿病患者的短期血糖控制状况及早期糖化风险。