二氫楊梅素的半經(jīng)驗量子化學(xué)研究

二氫楊梅素的半經(jīng)驗量子化學(xué)研究

二羥基楊梅素是一種重要的黃酮類化合物，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。研究表明,二氫楊梅素具有抗氧化等多種生理功效。黃酮類化合物抗氧化機理主要表現(xiàn)在清除自由基、螯合金屬離子兩個方面。眾多實驗研究表明,黃酮類化合物在抗氧化過程中不僅能清除鏈引發(fā)階段的自由基,而且可以直接捕獲鏈反應(yīng)過程中的自由基,起到預(yù)防和斷鏈雙重作用。在黃酮類化合物作為抗氧化劑的過程中,通過羥基與自由基反應(yīng)生成較穩(wěn)定的半醌式自由基,從而終止自由基鏈式反應(yīng)是其最主要的機制。其次,酮基的存在可延長共軛體系,有利于黃酮形成更穩(wěn)定的自由基中間體,對其抗氧化活性也有一定貢獻。本文用量子化學(xué)方法比較二氫楊梅素各羥基酯化活性及抗氧化活性,然后對二氫楊梅素不同酯化產(chǎn)物清除DPPH自由基的抗氧化活性進行試驗,采用量子化學(xué)方法對二氫楊梅素衍生物的酯化度與抗氧化活性之間的關(guān)系進行分析和解釋。1計算實驗和方法1.1二烷基苯磺酸鈉的合成將純度為95%以上的二氫楊梅素溶解在有機溶劑中,室溫攪拌下緩慢滴加一定摩爾配比的十二酰氯于反應(yīng)體現(xiàn)中。滴加完畢后,于一定溫度下反應(yīng)12~48h。用稀的Na2CO3水溶液洗去反應(yīng)體系中的酸性物質(zhì),然后用蒸餾水洗去殘留雜質(zhì)。產(chǎn)品真空干燥,得到黃綠色或黃色蠟狀物。1.2氫楊樹酯物結(jié)構(gòu)分析方法采用傅立葉變換紅外光譜儀TENSOR27(德國Bruker光譜儀器公司)對二氫楊梅素酯化物進行結(jié)構(gòu)分析。稱取2mg樣品,以KBr研勻后壓片,于4000~500cm-1進行光譜掃描。1.3微紅土糖酯化法精確稱取二氫楊梅素酯化物0.5g,放入250mL碘量瓶中,加入20mL溫熱水,振蕩。加1~2滴1%酚酞指示劑,用0.1mol/LNaOH滴定到微紅不消失。加15mL0.2mol/LNaOH標準溶液,蓋緊瓶口,磁力攪拌60min進行皂化反應(yīng)。將已皂化含過量堿的溶液用0.2mol/LHCl標準溶液滴定至粉紅消失,同時做空白。酯化度計算公式如下:式中:V1——二氫楊梅素酯化物耗用鹽酸量,mL;V2──二氫楊梅素耗用鹽酸量,mL;1.4ergem7.0優(yōu)化模型的實現(xiàn)首先用Chemdraw8.0構(gòu)造平面分子,然后導(dǎo)入Hyperchem7.0軟件中,用MM+分子力學(xué)方法進行幾何預(yù)優(yōu)化,利用半經(jīng)驗量子化學(xué)程序包MOPAC中的AM1方法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到其優(yōu)勢構(gòu)象,參數(shù)設(shè)定均為軟件的缺省默認值。1.5乙醇為空白乙醇法將樣品溶于溶劑配制成一定濃度,量取2.0mL,加入0.2mmol/L二苯代苦味酰自由基(DPPH)乙醇溶液2.0mL,搖勻,放置30min,以乙醇為空白,測定517nm處吸光度(A1)。自由基清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100式中:A2──待測液2.0mL與乙醇2.0mL混合液在517nm處吸光度;A3——DPPH溶液2.0mL與乙醇2.0mL混合液在517nm處吸光度。2結(jié)果與討論2.1二酸脂肪鏈烴的檢測由于不同酯化度產(chǎn)物的紅外光譜圖峰形一致,此處僅給出酯化度為5的二氫楊梅素十二酸酯圖譜(見圖2)。從圖2可知,在2850cm-1和2920cm-1處,二氫楊梅素十二酸酯有兩個相連的吸收峰,這兩處的峰是脂肪鏈的C-H鍵伸縮振動峰,說明二氫楊梅素分子中已引入十二酸脂肪鏈烴。二氫楊梅素酯化物在1770cm-1處有吸收峰,此處為芳香族化合物羥基酯化后的酯鍵羰基伸縮振動吸收峰,此吸收峰表明二氫楊梅素的羥基已與十二酰氯發(fā)生了酯化反應(yīng)。2.2計算和解釋2.2.1氧原子和總負電荷對氫脆的影響從二氫楊梅素分子結(jié)構(gòu)圖(圖1)可以看出,二氫楊梅素有6個羥基。在酰氯作用下這6個羥基都有發(fā)生酯化反應(yīng)的可能。由于羥基與酰氯發(fā)生酯化反應(yīng)的機理是羥基上的氧負原子進攻酰氯羰基碳負原子發(fā)生親核取代,所以羥基氧原子所帶負電荷越多越易發(fā)生親核取代。從表1可知,5′-OH與4′-OH氧原子電荷很接近,需要通過比較鍵長和鍵級再確定。4′-OH的鍵長比5′-OH大而鍵級比5′-OH小,所以4′-OH上的氫比5′-OH氫易離去,即4′-OH比5′-OH易發(fā)生酯化反應(yīng)。3′-OH和5-OH的氧原子電荷相同,且從鍵長和鍵級無法比較二者酯化反應(yīng)活性,但5-OH氧原子與氫原子的電荷差比3′-OH大,說明5-OH電荷分布不均勻,電荷分布不均勻也會導(dǎo)致羥基鍵的斷裂,所以5-OH發(fā)生酯化反應(yīng)的活性應(yīng)大于3′-OH。綜上所述,二氫楊梅素酚羥基發(fā)生酯化反應(yīng)的難易程度依次為3-OH>4′-OH>5′-OH>5-OH>3′-OH>7-OH。2.2.2黃酮類化合物一般認為,黃酮類化合物抗氧化作用是通過羥基與自由基反應(yīng),形成共振穩(wěn)定的半醌式自由基,從而中斷鏈式反應(yīng)。因此,共振半醌式自由基的穩(wěn)定性越大,黃酮類化合物的抗氧活性越強。VanAcker認為,抗氧化劑分子形成半醌式自由基前后生成熱之差△HOF越低,自由基越穩(wěn)定。由于生成自由基時體系能量是升高的,△HOF小意味著生成自由基所需要的能量少,容易實現(xiàn)消除自由基的反應(yīng),因此抗氧化活性高。由二氫楊梅素各羥基自由基生成熱計算結(jié)果,可以得出6個羥基抗氧化大小依次為4′-OH≈5′-OH>3′-OH>7-OH>5-OH>3-OH2.3抗氧化反應(yīng)活性將酯化度為1~6的二氫楊梅素酯化物配制成與DPPH溶液相同的摩爾濃度,按1.5方法測定二氫楊梅素酯化物自由基清除率,結(jié)果如圖3所示(圖中DMY1~6分別表示酯化度為1~6的酯化物)。從圖3可知,二氫楊梅素酯化物清除DPPH自由基的能力隨酯化度的提高而下降,但并不呈線性關(guān)系下降。按照二氫楊梅素羥基酯化反應(yīng)活性,進行一酯化時,酯化反應(yīng)首先在最易發(fā)生酯化的羥基上,所以酯化度1的二氫楊梅素其酯化位置一般會發(fā)生在3-OH上。由于3-OH的抗氧化性最弱,所以進行一酯化后其自由基清除率降低不大。二酯化時4′-OH被酯化,4′-OH的抗氧化能力最強,所以將4′-OH酯化后其清除自由基的能力下降很多,實驗結(jié)果與理論分析一致。三酯化物時5′-OH被酯化,5′-OH的抗氧化活性很強,5′-OH酯化后清除自由基的能力應(yīng)該下降很多,但實驗結(jié)果并非如此。原因可能是:4′-OH酯化后產(chǎn)生了空間位阻,分子較大的十二碳酸難以進攻5′-OH,轉(zhuǎn)而進攻酯化反應(yīng)活性其次的5-OH,保留了活性較強的5′-OH。對于四酯化物與三酯化物抗氧化性幾乎一致的現(xiàn)象也可以從空間位阻進行解釋:盡管5′-OH和3′-OH酯化反應(yīng)活性強于7-OH,但由于4′-OH的酯化所造成的空間位阻使十二碳酸很難與其鄰位上的羥基發(fā)生反應(yīng),轉(zhuǎn)而進攻酯化活性較低的7-OH,使5′-OH和3′-OH得到保留,而四酯化物分子的對稱性增加了電荷分布均勻度以及分子運動能力,彌補了失去7-OH的損失。第5個羥基進行酯化時發(fā)生在5′-OH上,所以五酯化物抗氧化能力陡然下降很多,由于3′-OH的存在,所以仍具有一定的抗氧化性。至于六酯化物還具有一定的抗氧化性,可能與C環(huán)酮基具有一定的抗氧化作用有關(guān)。3氫楊樹酯化物質(zhì)的制備二氫楊梅素多羥基結(jié)構(gòu)決定它具有較好的親水性,而親脂性很差。通常,致癌因子產(chǎn)生的自由基富集在脂質(zhì)細胞的周圍,引起脂質(zhì)過氧化而致癌,而親脂性黃酮類化合物能夠很容易地進入到脂質(zhì)細胞周圍促滅自由基,從而有效地發(fā)揮生理作用。對于具有多個羥基的化合物,活性最高或者還原性最強的羥基將決定其抗氧化性能。所以,對二氫楊梅素抗氧化活性