（应用化学专业论文）杨梅素和二氢槲皮素的电化学与光谱电化学研究.pdf

杨梅素和三氢槲皮素的电化学与光谱电化学研究 摘要 类黄酮化合物( f l a v o n o i d s ) 广泛存在于蔬菜、水果和药用植物中，是一类天 然抗氧化剂。杨梅素和二氢槲皮素均属予类黄酮仡合物，能够清除体内过剩的 超氧自由基，具有抗炎、抗肿瘤及抗衰老等药理作用，近年来得到国内外研究 者的广泛关注。本文以这两种化合物为模型化合物，采用循环伏安法、微分脉 冲伏安法和现场薄层长光程紫外可见光谱电化学方法测试它们的电氧化还原行 为和光谱变化，探讨c 环2 ，3 碳碳键的饱和性对电氧化机理及抗氧化性能的影 响。并采用双电势阶跃计时吸光度法和循环伏吸法对两者的电氧化还原过程进 行了现场的动态检测。此外，通过光谱电化学方法对两者与金属离子相互作用 的机理进行了研究。 电化学测试结果表明，杨梅素和二氢槲皮素在c p e 表面有较强的吸附。在 较低电势下两种物质均有一对准可逆的氧化还原峰a 1 和c 1 ，对应于b 环上 3 ，碡二羟基的两电子两质子反应。不同扫速益线反映出杨梅素和二氢槲皮素在 c p e 表面同时受到吸附作用和扩散作用控制。通过p h 值的考察发现，酸性条 件更利于两者的氧化。 循环伏安现场薄层光谱电化学测试表踞，在不同的恒电势下氧化还原，杨 梅素和二氢槲皮素的u v v i s 特征吸收峰表现出的变化趋势，对应于这两种物 质碳环不同位置上的羟基的氧化还原。同时探讨了杨梅素和二氢槲皮素的氧化 机理及其抗氧化性构效关系，结采表明杨梅素的氧化遵守随后转化机理，但其 分子中b 环5 - o h 的存在对随后转化步骤有阻碍作用，导致抗氧化性减弱；二 氢槲皮索分子中c 环2 ，3 位c c 饱和键则完全阻断了随后转化步骤的进行，从 而导致抗氧化性大幅度减弱。可见随后转化步骤对黄酮醇抗氧化活性具有十分 重要的贡献。 本论文用紫外吸收光谱法考察了类黄酮化合物与金属离子( 如f e 3 + 、c u 2 + ) 的相互作用，同时考察了活性氧组分h 2 0 2 对类黄酮化合物与金属离子络合作 用的影响。研究表踞，杨梅素与c f + 、f e 3 + 这褥种金属离子以l ：2 的比例络合， 3 o h 、4 羰基以及b 环上的3 ，4 二羟基是其结合位点。二氢槲皮素与金属离 子很难络合，很大程度上是受c 环2 ，3 位c c 饱和键的影响。酸性条件下，h 2 0 2 可以缓慢氧化杨梅素成醌式结构，并在2 9 4l l m 处避现新的特征吸收峰，同时 f e ”对h 2 0 2 的缓慢氧化过程具有显著的促进作用。 关键词：杨梅素；二氢槲旋素；电化学；抗氧化活性；光谱电化学 e l e c t r o c h e m i c a la n ds p e c t r o e l e c t r o c h e m i c a ls t u d yo f m y r i c e t i na n dd i h y d r o q u e r c e t i n a b s t r a c t a sas e r i e so fn a t u r a la n t i o x i d a n t s ，f l a v o n o i d sa r ea b u n d a n ti nv e g e t a b l e s ， f r u i t sa n dm e d i c i n a lp l a n t s m y r i c e t i na n d 莲搬y d f o 唾u e r c e 专i nb e l o n gt of l a v o n o i d s ， w h i c hc a ns c a v e n g es u p e r f l u o u ss u p e r o x i d ef r e er a d i c a l si nh u m a nb o d ya n ds h o w p h a r m a c o l o g i c a le f f e c t si na n t i t u m o u r ，a n t i - i n f l a m m a t i o na n da n t i s e n i l i t y ，e t c t h e r e f o r e ，t h e yh a v eg o tg r e a ta t t e n t i o ni nr e c e n ty e a r s 。i nt h i sp a p e r ，t h e s et w o c o m p o u n d sw e r ei n v e s t i g a t e da s m o d e lc o m p o u n d st ot e s tt h e i re l e c t r i cr e d o x b e h a v i o ra n ds p e c t r a l c h a n g e su s i n gc y c l i cv o l t a m m e t r y , d i f f e r e n t i a lp u l s e v o l t a m m e t r ya n di ns i t uu v - v i ss p e c t r o e l e c t r o e h e m i c a lm e t h o d s ，a n dt h e ne x p l o r e d t h ei n f l u e n c eo f2 ，3c cs a t u r a t e db o n di ne l e c t r o - o x i d a t i o nm e c h a n i s ma n d a n t i o x i d a t i o np r o p e r t i e s w ea l s ou s e dd o u b l ep o t e n t i a lc h r o n o a b s o r p t o m e t r ya n d c y c l i cv o l t a b s o r p t o m e t r yt ot e s te l e c t r i cr e d o xb e h a v i o ro ft h et w oc o m p o u n d s i n a d d i t i o n ，t h ei n t e r a c t i o n s b e t w e e nm e t a li o n sa n df l a v o n o i d sw e r e d e e p l y i n v e s t i g a t e db ys p e c t r o e l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d s e l e c t r o c h e m i c a lt e s t ss h o w e dt h a tc p ed i s p l a y e dg r e a tp o w e rt oa d s o r b m y r i c e t i na n dd i h y d f o q u e r c e t i n t h et w of l a v o n o i d sb o t hh a d ac o u p l eo fr e v e r s i b l e r e d o xp e a k sa 1a n dc1a tl o w e rp o t e n t i a l s ，w h i c hc o r r e s p o n d e dt ot h eo x i d a t i o n so f 3 ，4 - o h sa tb - r i n gi n v o l v i n g2 - e l e c t r o n sa n d2 - p r o t o n s c u r v e sa td i f f e r e n ts c a n r a t e si n d i c a t e dt h a tt h er e a c t i o n so fm y r i c e t i na n dd i h y d r o q u e r c e t i nw e r eb o t h c o n t r o l l e db ya d s o r p t i o na n dd i f f u s i o no nc p es u r f a c e t h r o u g ht h ee x a m i n a t i o n s a td i f f e r e n tp hv a l u e s ，w ef o u n dt h a ta c i d i cc o n d i t i o n sw e r es u i t a b l ef o ro x i d a t i o n s o ft h et w of l a v o n o i d s c y c l i cv o l t a m m e t r ya n dt h i nl a y e rs p e c t r o e l e c t r o c h e m i s t r y t e s tr e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ea d s o r p t i o na n do x i d a t i o no fm y r i c e t i na n dd i h y d r o q u e r c e t i no na c p ei nal o n g o p t i c a l p a t ht h i n l a y e re l e c t r o c h e m i c a lc e l l 。t h ec h a r a c t e r i s t i cb a n d s o f t h et w of l a v o n o i d ss h o w e d p o t e n t i a l d e p e n d e n t v a r i a t i o n su n d e r c o n t r o l l e d p o t e n t i a l o x i d a t i o n c y c l i cv o l t a m m e t r y a n di ns i t uu v - v i s s p e c t r o e l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d sw e r eu s e dt oi n v e s t i g a t et h e e l e c t r o o x i d a t i o n m e c h a n i s m so fm y r i c e t i na n dd i h y i l f o q u e f c e t i n ，i no r d e rt ou n d e r s t a n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l a v o n o l s a n t i o x i d a n ta c t i v i t ya n dt h e i rc h e m i c a ls t r u c t u r e s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ep r e s e n c eo ft h e5 - o ha tt h eb r i n go fm y r i c e t i nm a y ， t oac e r t a i ne x t e n t ，h i n d e rt h es u b s e q u e n tc h e m i c a lt r a n s f o r m a t i o n ，w h i l et h e2 。3 c _ cs a t u r a t e db o n di nd i h y d r o q u e r c e t i nc a nc o m p l e t e l ys t o pt h es u b s e q u e n ts t e p ， l e a d i n gt ot h ed e c r e a s ei na n t i o x i d a n ta c t i v i t y , l e s sf o rm y r i c e t i na n dm o r ef o r d i h y d r o q u e r c e t i n t h i ss u g g e s t st h a tt h es u b s e q u e n tc h e m i c a lt r a n s f o r m a t i o ng i v e s v e r yi m p o r t a n tc o n t r i b u t i o nt ot h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo ff l a v o n o ls i nt h i sw o r k ，镰ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nf l a v o n o i d sa n dm e t a li o n sw e r es t u d i e d b ys p e c ”o e l e c t r o c b e m i c a lm e t h o d s w ea l s os t u d i e dt h ee f f e c to fh y d r o g e n p e r o x i d e ，o n eo ft h er e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，o nt h ec o m p l e x a t i o no ff l a v o n o i d s a n dm e t a li o n s w eh a v es h o w nt h a tm y r i c e t i nf o r m s1 ：2c o m p l e x e sw i t hc u 2 + i n w h i c h3 - o ha n d4 - o x og r o u p sa n d3t , 4 - o hg r o u p sa r ec o o r d i n a t i o ns i t e s t h es a m e r e s u l tw a so b t a i n e df o rf e 弦s p e c t r a lc h a n g e sw e r e h a r d l yo b t a i n e df o rt h e c o m p l e x a t i o no fd i h y d r o q u e r c e t i na n dm e t a li o n s ，w h i c hc o r r e s p o n d e dt ot h e2 , 3 c cs a t u r a t e db o n di n 蠢h y 磋f o q 珏e f e e l i 珏。h y d r o g e np e r o x i d ec a no x i d i z em y r i c e t i n t oq u i n i n ei na c i d i cs o l u t i o n ss l o w l y , w h o s ec h a r a c t e r i s t i ca b s o r p t i o np e a ka p p e a r s a t2 9 4n m t h es l o wm y r i c e t i no x i d a t i o nb yh y d r o g e n p e r o x i d ei sa c c e l e r a t e di nt h e p r e s e n c eo ff e 3 + k e yw o r d s ：m y r i c e t i n ；d i h y d r o q u e r e e t i n ；e l e c t r o c h e m i s t r y ；a n t i o x i d a n tc a p a c i t y ； s p e c t r o e l e c t r o c h e m i s t r y 杨梅素 二氢槲皮素 碳糊电极 循环伏安法 微分脉冲伏安法 循环伏吸法 导数循环伏吸法 富集时间 富集电势 扫描速率 符号清单 m y r d h q c p e c v d p v c 昭 d c v a f e 1 ， 插图清单 图1 1 类黄酮化合物母体结构。1 鬻l 。2 杨梅素和二氢槲皮素结构示意窝3 图2 1c p e 电极示意图1 1 篷2 。2 杨梅素( a ) 和二氢搬皮素( b ) 在c p e 电极上静c v 莹线1 2 图2 3 杨梅素( a ) 和二氢槲皮素( c ) 不同富集时间下的c v 曲线、杨梅素( b ) 和二氢槲皮素( d ) 峰电流与富集时间关系曲线1 3 图2 4 杨梅素( a ) 和二氢槲皮素( e ) 不同富集电势下的c v 曲线、杨梅素( b ) 和二氢槲皮索( d ) 峰电流与富集电势关系曲线1 4 图2 。5 杨梅素( a ) 和二氢槲皮素( e ) 不同p h 僮下的c v 益线、杨梅素9 ) 和二 氢槲皮素( d ) 峰电势与p h 值的线性关系1 5 图2 。6 不同扫描速度下杨梅素的c v 曲线( a ) 、峰电流与扫速v 的关系( b ) 、 峰电流与扫速v 玎z 酌关系( c ) 、还原氧化峰电流比与扫描速率的关系( d ) 。1 6 圈2 。7 不同扫描速度下二氢槲皮素的c v 曲线 槲皮素 山奈酚。这3 种物质具 有相同的a 环与c 环结构，差别只是b 环上酚羟基的数量和排列，杨梅素在 3 ，4 ，5 位上存在3 个酚羟基，槲皮索在y , 4 位上有2 个酚羟基，而山奈酚仅有 4 位一个酚羟基。因此他们指出，类黄酮化合物抗氧化活性的强弱与b 环上羟 基数基直接相关，并随b 环上羟基数罄增加两增强。僵是p o k o r n y 即l 却提出了 相反的观点，他认为b 环上的三羟基结构反而会降低其抗氧化活性。这些差异 可能是由于研究者使用的反应体系不同造成的。 1 2 杨梅素与二氢槲皮素的结构及理化性质 杨梅素( m y r i c e t i n ) 的化学式为c 1 5 h 1 0 0 8 ，分子餐为3 1 8 2 3 。杨梅素主要来 自杨梅树的皮和叶中，具有极高的抗氧化和清楚氧自由基活性。杨梅素为浅棕 2 色粉末，不溶予水，易溶予乙醇甲醇等有机溶剂。 二氢槲皮素( d i h y d r o q u e r c e t i n ) 的化学式为c 1 5 ha 2 0 7 ，分予量为3 0 4 2 5 ，又 名紫杉叶索、黄杉素、花旗松素。二氢槲皮素是作为高档食品的原材料，主要 来自松科植物如落叶松、花旗松等植物中。二氢槲皮素为自色粉末，不溶于水， 易溶于乙醇甲醇等有机溶剂。 杨梅索和二氢槲皮素是两种典型的类黄酮化合物，它销有相曩鬟的母体结构， 其两处差别仅为c 环2 ，3 位键的饱和性，以及b 环5 位上是否存在酚羟基。它 们的结构如下图所示： h o ho 扬梅索 o h 0 二氢槲痰素 图1 2 杨梅素和二氢槲皮素结构示意图 辩 杨梅素和二氢槲皮素由于提取成本高昂，目前对于这两种物质的研究很少。 目前的研究仅限于对其电化学及抗氧化活性的研究，武冬梅等【1 8 1 研究了杨梅素 斡电化学和光谱性质，探讨了其氧化还原的机理。j a n e i r o 等【1 9 l 对二氯槲皮素的 电化学行为进行了研究，探讨了其电氧化机理。 l 。3 杨梅素、二氢槲皮素等类黄酮化合物的药理作用 杨梅索和二氢槲皮素作为两种典型的类黄酮化合物，具有抗血栓、抗心肌 缺血、改善微循环等多方面的药理作用，网时还具有降血糖、抗氧化、解轻乙 醇中毒、保肝护肝等作用。除具有上述已经验证的药理作用外，还具有抗炎、 抗肿瘤、抗突变、预防龋齿、消除体内鲁蠢基等多种药理活性。 杨梅素、二氢槲皮素等类黄酮化合物具有扩张衄管的作用，对冠心病起到 起好的预防和抑制l z 4 l 。类黄酮化合物的抗氧化活性和清除过氧自由基能力，能 有效阻止脂质过氧化引起的细胞破坏【2 0 ，2 。o r a w a nk h a n t a m a t 等【2 2 1 研究指出 类黄酮化含物可以抑制宫颈癌k b 细胞的生长，这为新型治疗癌症药物的开发 提供了更多的选择。类黄酮化合物对癌症心血管病以及骨质疏松等疾病也有一 定的治疗作用，近年来崔恩贤等对其进行了抗凝血1 2 3 1 、降血压 2 4 1药效学和制 剂工艺等的研究，取得了不错的效果。类黄酮化合物具有消炎及抗溃疡等作用， 自凤梅等 2 5 1 的研究表明天然类黄酮对小鼠急性胃溃疡有明显的消退作用，同时 指出高剂量的类黄酮提取辏( 2 0 0m g m l ) 能使小鼠胃糖液增加从露减轻胃的损 伤。此外，类黄酮化合物还有保护神经系统1 2 引，抗菌抗病毒，保护被氧化的神 经管畸形细胞作用【2 7 1 ，抗化学性肝损伤【2 引，调节体内脂质代谢【2 9 1 ，抗白血病【3 们， 抗过敏，吸收紫夕 辐射，活血纯淤p u 等作用。 2杨梅素和二氢槲皮素的电化学研究现状及展望 2 1 杨梅素、二氢槲皮素等类黄酮化合物的电化学研究现状 杨梅素和二氢槲皮素具有多种药理作用，因此准确分析其氧化机理具有重 要的意义，且揭示其抗氧化反应机理也可为其药理作用的研究提供重要的理论 依据。电化学方法操作简单、检测灵敏度高、检测限低和成本小，已经成为类 黄酮化会物检测的重要手段。电化学方法对类黄酮化合物的研究可分为两类： 其一是对类黄酮佬合物测量其电化学参数( 如氯化电势、氧化电流等) ，其二是 针对活性氧组分测量其电流信号，得出添加类黄酮化合物与信号强弱之间的关 系。用于检测的电化学方法有很多种 3 2 - 3 4 1 ，其中循环伏安法作为一种简单快捷 的方法被许多研究者尾来检测类黄酮化合物狰文弱】；除此之外，差分脉冲伏安法 【37 1 、示波极谱法【3 8 1 、流动注射安培法【3 9 1 均有所应用。 在国内外学者的研究中，电化学方法也常与其他分离方法结合起来使用。 c h e n 等1 4 0 j 采用毛细管电泳与电化学相结合的检测方法，对黄豆苷原芩根中提 取的3 种类黄酮化含物进行了有效的分离检测。m a n a c h a 等【4 ”在高效液相色谱 系统中加入电化学检测器，检测人体血浆中槲皮素的含量，研究表明饭前水解 血浆中槲皮素浓度仅为2 8 1 4 2n m o l l - 1 ，而饭后3 小时增加至约3 7 3n m o l l 一， 饭后7 小时开始逐渐降低，直至2 e 小时后恢复到基础水平。电化学方法检测因 为其优点而成为一种重要的检测手段，有着广阔的应用前景。 2 2 杨梅素、二氢槲皮素等类黄酮化合物的电化学研究方向 现代社会，人们对健康的重视程度匿益提高。类黄酮化合物俸为一种天然 抗氧化剂具有广泛的药理作用，已引起了人们的极大关注。抗氧化剂是一种电 活性物质，其在人体内清除过氧自由基的过程与电极上发生的氧化还原过程类 似，均是透过电子转移来实现的。我们也可激将抗氧化活性的本质认力是一种 电化学性质，因此电化学方法检测将发挥极其重要的作用。今后的研究中，可 以考虑向以下几个方向发展： ( 1 ) 目前的电化学测量方法很多，对于结果不宣统一评定，存在着一些争 议。不阉的体系、不阂的测量方法、不离的实验条件均会寤现不同甚至于相反 的结论。我们需要对现有的测量方法进行改进和提高，尽快找到一种更准确、 4 曼方便快捷且得到大家公认的方法来溺量天然抗氧化物的活性。 ( 2 ) 进一步加强电化学方法与其它测试技术的联用。单纯采用电化学方法 获得信息是有限的，如果和其它测试技术联翅不但可以弥补电化学方法的不足 之处，还可以获得更丰富的信息。例如，将电化学方法和光谱方法联用，可以 在氧化还原过程中同时获得电信号和光吸收信号，为研究物质的反应机理提供 了更多的信息；采用毛缨管电泳和电化学方法联用技术，可以实现物质与其氧 化还原产物的在线检测分离，并且可以确定物质氧化后产物的种类。 f 3 ) 微型生物传感器的开发。可以遽过模拟生物体内的生理环境，通 过电化学方法在体外电介质中进行研究，从而得到这些物质在人体内的作 用机制和消耗过程。同时增加微电极与超微电极技术的应用，开发具有应 用价值的微型生物传感器，实现天然抗氧化剂的活钵检测。 3紫外可见薄层光谱电化学方法 3 1 紫外可见薄层光谱电化学方法简介及发展 光谱与电化学方法相结合，称为光谱电化学法，广泛应用于无视、有 机及生物的氧化还原体系中 4 2 - 4 4 。光谱电化学是2 0 世纪6 0 年代发展起来的 一种交叉学科方法。1 9 6 0 年，美国著名电化学家r n 。a d m a n s 教授在指导他的 研究生t k u w a n a 进行邻苯二胺衍生物的电氧化实验时，观察到电极反应过程 伴随有颜色的变化。1 9 6 4 年，k u w a n a 45 j 通过在玻璃上镀了一层掺杂s b 的s n 0 2 素| j 备7 一种可以导电和透光盼电极，第一次使用了光透电极( o t e ) 。 这种电化学微扰与分子的特征光谱检测结合成功地解决了与电流相应相对 应的分子结构信息有限的闯题，并基对于解释反应机理和描述动力学和热力学 参数是非常重要的。 经过几十年的发展和演变，光谱电化学方法已成为电分析领域的一种重要 手段。它不仅可以研究可遴反应【毒翻、准可逆反应【4 7 l 和不可逆反应【4 8 1 ，并且可 以借助媒介体，研究一些生物反应过程。紫外可见光潜电化学方法应用很广， 对水溶液、毒水溶液【4 9 l 以及熔融盐体系围】，均能进行动力学和热力学方面的研 究，尤其是针对工作电极溶液界面现象。 3 2 紫外可见薄层光谱电化学方法的优点 使用电化学方法，通过测定反应电位和电流，来研究其反应机理和确定动 力学参数，主要缺点是其得到信息的不完整性。电化学得不到关于反应产物或 者中间体的直接有用信息，也得不到分子水平的信息。光谱电化学的主要优势 是电化学和光谱同时获得的信息可以互相认证。在实验中，氧化还原过程生成 或消耗组分引起光吸收的变化。光吸收值的变化与浓度及光程长度相关。分析 电生成或消耗的光学活性组分的吸光度的瞬间相应( a t 曲线) ，能够获得有关反 应机理和动力学的非常重要的信息。当反应物或产物的光谱差别很大时，这种 分析方法特别有效。 同常规的电化学方法相毯：，紫外可见薄层光谱电化学方法是研究复杂电极 反应动力学的有力工具【5 0 螂】，具有其独特的优点【5 4 ，5 5 1 。其一，相比于电化学方 法，光谱电化学法可以更方便的研究缓慢的异相电子转移和均相化学反应。其 二，能光谱电化学方法提供电极反应产物和警闻体的分子信息。对被磷究物质 施加电势信号，我们在获得氧化还原信息的同时，还可以记录溶液中物质以及 电极表面物质吸光度的变化，通过快扫描分光光度法还能得到电极反应物和中 间体的分子信息。其三，光谱电化学监测的是具有电化学活性的物质的光谱变 化，因此不受充电电流和残余电流的影响。其西，对予非电活性物质，根据吸 附前后溶液中物质吸光度的变化对比，可以求出物质在电极表面的吸附量并且 得出其吸附定向。其五，光谱电化学既能利用各种物质在电化学上具有不同的 氧化还原电位进行控制，也可以利用各种物质具有不同的光谱吸收特征，因此 具有较离的选择性。 3 3 紫外可见薄层光谱电化学方法的应用 药物分子在人体内的氧化还原反应通常分为多步进行，且反应执理较为复 杂，一般的方法难以对其进行测定。而原位紫外可见薄层光谱电化学方法为现 场研究电化学反应过程提供了一种有力的手段，可以提供关于反应物、中间体 及产物的丰富信息，使电化学研究的内容更为详尽，因此是研究电化学反应机 理的有效手段【5 6 嘲】。泻敏、程圭芳等1 5 9 ，6 。谰光谱电化学方法研究过阿霉素、柔 红霉素等药物的电化学氧化机理。 运用原位紫外可见薄层光谱电化学进行测量，所需的电解时间短，可以比 较容易地控制药物分予的定向电子转移性质，且由于药物分子在薄层溶液中均 匀分布，通常可以周来处理动力学参数。另外还能测定可逆、准可逆体系的电 极电位舻、电子转移数n ，以及反应体系的热力学常数。k e n y l i e r c z 6 1 】用这种 方法测量过b 1 2 的电极电位及电子转移数，l 。p a r s o n s ，t r 。等【6 2 l 用薄层光谱电化 学法研究邻联甲苯胺的电子转移反应，从面确定该电子转移反应为吸热反应。 紫外可见薄层光谱电化学方法还可以对药物在电极表面的吸附性质进行研 究【5 1 ，5 2 1 。此外，紫外可见薄层光谱电化学方法也被用来研究快速化学反应【6 0 ，6 3 1 、 缓慢反应f 6 4 】和偶联化学反应【6 ”。 3 4 循环伏吸法( c y c l i cv o l t a b s o r p t o m e t r y ) 简介 循环伏吸法( c y c l i cv o l t a b s o r p t o m e t r y )由b a n c r o f t 等 6 6 1 在1 9 8 1 年命名的 一种反应动力学研究方法，即采用光学透明电极进行循环电势扫描，记录指定 组分特征波长下的u v - v i s 吸光度随电势的变化。将吸光度对时间求导后作随 6 电势变化的曲线，称为导数循环伏吸曲线( d c v a ) 。与循环伏安曲线相比，d c v a 曲线没有因充放电丽产生的背景信号，运用该方法可以在多波长下现场检测吸 光度随翔攒电势的变化，获得各反应组分的浓度随电势变化的原位数据。这样， 一条c v 曲线可以对应于多条d c v a 曲线【6 刀，我们能够获取更为丰富和细致的 反应动力学数据。 尽前国内钋对这种方法的研究不多，研究对象也局限予界匿膜内的电活性 分子，仪为电极过程动力学研究领域中极小麴范畴，同时电极对透光的要求更 是对电极材料的选择有很大的局限性。但是e l j 于薄膜内的反应过程是无扩散过 程，并且实验对反应池要求不高，d c v a 方法仍然展现出其特有的优势。 4类黄酮化合物与金属离子、d n a 相互作用研究 4 1 类黄酮化合物与金属离子相互作用研究现状 金璃配位活性是类黄酮佬合物表现抗氧化活性的一个重要机制1 6 鞑。类黄酮 化合物可络合过渡金属离子，如f e 3 + 、c u 2 + 等。x u 等强9 】提出3 - o h 和4 羰基是 首先络合金属离子的部位，另一个部位是b 环上的3 ，4 。二羟基，因此他们提出 类黄酮化合物可以与f e 3 + 、c u 2 + 等过渡金属离子以l ：2 的比例相互络合。b r o w n e 7 0 】 研究了4 种结构相似的类黄酮化合物：槲皮素、芦丁、囊奈酚及木犀革素与二 价铜离子之间的相互作用，指出b 环中3 ，4 = 羟基能以氧负离子的形式与金属 离子形成稳定的五元环螯合物，对其抗氧化活性造成影响。该反应能减少金属 对氧化的催优活性，同时提高了氧化反应的活化能，故对氧化反应起到了一定 的阻碍作用。谭君等p 研究指出类黄酮化合物与金属形成配合物后，氧化电位 降低，更容易被超氧阴离子氧化，因而抗氧化活性有所增强。r u b e n s 7 2 】等指 出槲皮素与金属离子形成配合化含物后，吸收带i 几乎没有红移，表明a 环上 的5 0 戮和7 0 薹没有参与配位；两吸收带l l 发生红移，砸能是l j i 环上鳃3 ，4 二羟基与金属离子发生了配位作粥。 近些年类黄酮化合物金属配合物的研究已呈现逐渐增多的趋势。圈前大多 数学者认为其对抗癌和防氧化损伤有积极的作用，但也有报道称其是一种致癌 物质，对身体有害。另外类黄酮佬合物金属配合物的分子结构和空闻构型有待 进一步验证，这需要新的分析手段加以确认。类黄酮化合物金属配合物的抗氧 化性和抗肿瘤作用增强，是否是e 1 1 于类黄酮化合物与金属离子产生了协同作用 也有待考证。量前，类黄酮化合物金属配合物的药动学和生物毒性研究未见报 道，众所周知，金属离子往往会产生一定的毒性，其形成配合物以后毒性是否 降低，也是一个值得关注的课题。 4 。2 类黄黧讫合物与d n a 相互作用研究现状 脱氧核糖核酸( d n a ) 是遗传物质的基础，但紫外线，电离辐射，各种化学 7 试剂以及在正常代谢中作为副产物的活性氧组分均会对d n a 造成损伤，而类 黄酮化合物作为天然抗氧化剂，熊够对d n a 进行修复。核酸的电化学活性f 7 3 l 是p a l e c e k 等人首先发现的，番前融有多位学者对d n a 的电化学毒亍为进行过研 究。b r e t t 7 4 。7 7 】等对类黄酮化合物与d n a 的相互作用做了大量研究，提出了相 互作用的机理。k a n g 等”弘8 0 l 采用电化学和光谱方法研究了槲皮素、桑色素等 类黄酮化含物与d n a 的作用，提墩类黄酮化含物与d n a 的作用模式是静电吸 引，还得到了与d n a 作用盼表面键合常数、氧化及还原形式的键合常数比、 表面饱和覆盖值等参数。j a n e i r o 等 8 1 】研究表明桑色素作为一种天然抗氧化剂嵌 插入d n a 分子内，可以在d n a 受损伤之前清除活性氧组分或修复活性氧攻击 形成的d n a 宣毒基，这样可以减轻酶修复蛉压力，扶鬣弥补细魔修复能力的 不足。z h u 等诤2 】研究指出加入d n a 后，槲皮索的氧化和还原电流均有所下降， 同时峰电位有些许移动，但是反应的电子转移数、标准速率常数等电化学参数 没有明显变化，这表明槲皮素与d n a 可能是通过嵌入反应生成一种鼍# 电性的 大分子络合物，并量推测了其可能的作焉位点。 近些年各国学者对类黄酮化合物与d n a 的相互作用的研究逐渐增多，但 对于机理的认识还不是很充分。大多数学者认为类黄酮化合物具有抗癌及防 d n a 氧化损伤的效用f 引，但也有报道认为其会对d n a 造成损伤，是一静致癌 物质，如y a m a s h i t a 捧3 】通过研究指出在c l l 2 + 存在时槲皮索会对d n a 造成氧化 损伤。这些报道表明，类黄酮成分具有抗氧化剂和氧化强化剂、抗癌和致癌的 双重作用。但是无论是抗氧化还是强化氧化，其本质都是种电化学反应性质。 因此其佟用机制应褥到深入细致的研究，数减少致癌镌风险。 5本选题的目的、意义及研究恩路 本选题的基的：( 1 ) 通过对杨梅素和二氢槲皮素的对沈研究，探讨它们的 电氧讫机理及抗氧化性能的差异，分析这两种物质抗氧化活性构效关系。( 2 ) 以 这两种物质为模型化合物，发展循环伏吸法、双电势阶跃计时吸光度法等原位 光谱电化学方法。( 3 ) 对两者与过渡金属离子的相互作用及机理进行探讨。 本选题的意义：类黄酮化合物具有广泛的药理作焉，其在医药和食品工业 中的重要性越来越受到人们的关注1 3 4 一引。它能够有效清除人体内的活性氧组 分。防止细胞氧化损伤、氧代谢失衡及相关疾病的发生；同时在d n a 合成、 蛋白质合成、抗衰老、新陈代谢及保护细胞等生理过程中也能起到直接或间接 的作用，且能起到一定得抗癌作用。因此，耀电纯学和光谱电化学方法对它们 的电氧化机理及抗氧化性能进行研究，具有十分重要的价值。 本选题的研究思路：( 1 ) 选择和制作合适的工作电极，使杨梅素和二氢槲 皮素这两种类黄酮化会物在其表蘧有较高的电化学活性。通过循环伏安法( c v 和微分脉冲伏安法( d p v ) 这两种测试方法找出最佳的实验条件：如扫攒速度、 8 富集时间、富集电势、p h 值等。对比二者的电化学行为，分别考察c 环2 ，3 碳碳键的饱和性和b 环5 - o h 对氧化机理的影响，深化对抗氧化性构效关系的 认识。( 2 ) 采用本实验室自制的薄层长光程紫终光谱电化学池，进行恒电势电 解、双电势阶跃时的现场原位光谱检测和指定波长下的动力学测试，对杨梅素 和二氢槲皮素氧化还原过程中的反应物及产物浓度进行实时跟踪监测，获取更 细致的反应动力学光学信息，对电化学测试结果进行论证。运用循环伏吸法对 这两种物质进彳亍光谱电化学检测，在多个特征波长下监测包括中间体等多种反 应组分的特征吸收及这些组分所参与的特定转化步骤的反应速率，从而获取更 为丰富的反应动力学信息。( 3 ) 运用光谱电化学方法对杨梅素、二氢槲皮素与 金属离子的相互作焉进行研究，找高这两种物质与金属离子的配位比以及结合 方式等有价值的信息，对该反应的机理进行研究，为类黄酮化合物的药理作用 研究提供重要的实验依据。 9 第二章杨梅素和二氢槲皮素在石墨一石蜡电极上 的电化学行为研究 1引言 杨梅素和二氢槲皮素是类黄酮中比较常见的两种化合物，但对它们的电化 学行为研究不多。目前国内外对这两种物质的研究基本采用玻碳电极【8 6 8 9 】，而 以一定配比的石墨粉和固体石蜡为材料利佟的碳糊毫极( c p e ) 对其具有更高的 电化学活性【9 0 1 。本章采用囱制的石墨石蜡电极( c p e ) 考察杨梅素和二氢槲皮素 的电化学行为，为后续的光谱电化学和循环伏吸法研究打下基础，并且找到一 种对杨梅素和二氢槲皮素的电化学反应有较强催化作用的电极，从而获得一些 基本的电化学数据参数。 2实验部分 2 。l 实验仪器与试剂 l o 2 。2 溶液的配制 2 2 1 杨梅素、二氢槲皮素溶液的配制 用乙醇为溶剂分别配制杨梅素和二氢槲皮素储备液，浓度l 1 0 m o l - l ， 通入n 215 分钟除去0 2 后放置4o c 冰箱保存备用。 以2 0 ：8 0 ( v v ) 的乙醇和水为混合溶剂配制不同p h 值的0 。2m o l l - 1 b r 缓冲溶液，其中含有1t o o l 。l 。k c l 作为支持电解质。 实验前取9 0m l 缓冲液稀释1 0m l 储备液，即得到l 1 0 t o o l l _ 1 浓度的 电解液，并逶高纯氮气除氧。 2 2 2 石墨一石蜡圆盘电极( c p e ) 的制作 按5 ：2 的比例称取一定量的石墨粉和豳体石蜡，在表面盟上加热混匀，调 成均匀的糊状备用。截取一定长度盥径2m m 左右的铜棒，用金相砂纸打磨光 滑，插入一根适当长度、内径冼钢棒直径略大的聚乙烯管审，管的男一端留下 约2m m 的中空长度，用5 0 2 胶将铜棒的位置固定。铜棒与管内壁须紧密接触， 不能有缝隙。然后将管中中空处填入碳糊，压紧，在金相砂纸上打磨成镜蕊。 首次使用的新电极需在乙醇中用超声波清洗数秒。使用前需先用乙醇清洗，再 用二次蒸馏水冲洗，最后用滤纸吸干电极表面的水分。 镛棒 聚乙烯套管 碳糊 图2 1c p e 电极示意图 2 3 实验方法 本章实验采用三电极体系：石墨石蜡碳糊( c p e ) i 作电极、饱和a g a g c l 参比电极和铂柱对电极( 辔l 5r a m ) 。采用循环伏安法和微分脉冲伏安法对杨梅 素和二氢槲皮素的电化学行为进行检测。所有实验均在室滴t ( 2 24 - lo c ) 条件下 进行。 循环伏安法( c y c l i cv o l t a m m e t r y ) 篱称c v 法，是获得电化学反应定性信惠 最为常使用的方法，广泛应用于研究物质的氧化还原行为及测量电极表面的电 化学性能。其工作原理是在工作电极和参比电极之闻加上周期性扫撼的三焦波 电势，测量不同电势下工作电极的电流，进而得到c v 曲线( 电势一电流曲线) 。 其功能在于能够快速提供氧化还原反应的大量热力学信息，异相电予转移反应 的动力学信息以及偶联反应及吸附过程的大量信息。循环铰安法在薄层光谱电 化学中也得到广泛应用，在研究各种电活性物质的电极反应过程，电化学生物 传感器及电催化过程中，循环伏安法是必不可少的手段。 微分脉冲伏安法的工作原理是在线性扫描或阶梯扫描电压上( 通常为慢扫 描叠加一个方形脉冲电压，遴丽测量电解遗中极纯电极上蠢于脉冲电魇所产生 的法拉第脉冲电流与直流电势关系。微分脉冲伏安法比循环伏安法具有更高的 电流灵敏度，常用于衡量物质的分析工作中，常常比分子或者原子吸收光谱、 大部分色谱方法灵敏的多。选择脉冲幅度和患位扫描速率通常需要在灵敏度、 分辨率和分析速度之闻进行平衡，大幅度的脉冲产生大的和较宽的峰。 3 结果与讨论 3 。l 杨梅素、二氢槲皮素在c p e 电极上大范隧扫描的c v 魏线 以c p e 电极为工作电极，1m o l l _ 1k c i 为支持电解质，在0 1 2v 电势 范围内，扫速为1 0 0m v s - 1 对杨梅索和二氢槲皮索进行大范围的循环伏安测试， 所得结栗如图2 。2 所示。 杨梅素( a ) 在大范围扫描时会濑现两个氧化峰a l ( 岛a 1 一o 5 5v ) 和a 2 ( e p a 2 = o 8 3v ) ，及两个还原峰c 1 ( e p c l = 0 4 8v ) 和c 2 ( e p c 2 = 0 1 8v ) 。为了确定这两个 氧化峰及还原峰的对应关系，在电势扫描至a l 峰后，立即进行反扫，图中仍 可观察到还原峰c 1 ，未观察到还原峰c 2 ，霹知a | 与c 1 为一对氧化还原峰。 峰峰电势差为7 0m v ，可知反应为准可逆过程。由于峰a 1 与c 1 峰形最好，峰 电流大，故后续的实验均以a 1 与c l 这对氧化还原峰为研究对象。 二氢槲皮素( b ) 在正扫时仅溺现一对氧