二氢杨梅素的半经验量子化学研究

二氢杨梅素的半经验量子化学研究

二羟基杨梅素是一种重要的黄酮类化合物，其结构如图1所示。研究表明,二氢杨梅素具有抗氧化等多种生理功效。黄酮类化合物抗氧化机理主要表现在清除自由基、螯合金属离子两个方面。众多实验研究表明,黄酮类化合物在抗氧化过程中不仅能清除链引发阶段的自由基,而且可以直接捕获链反应过程中的自由基,起到预防和断链双重作用。在黄酮类化合物作为抗氧化剂的过程中,通过羟基与自由基反应生成较稳定的半醌式自由基,从而终止自由基链式反应是其最主要的机制。其次,酮基的存在可延长共轭体系,有利于黄酮形成更稳定的自由基中间体,对其抗氧化活性也有一定贡献。本文用量子化学方法比较二氢杨梅素各羟基酯化活性及抗氧化活性,然后对二氢杨梅素不同酯化产物清除DPPH自由基的抗氧化活性进行试验,采用量子化学方法对二氢杨梅素衍生物的酯化度与抗氧化活性之间的关系进行分析和解释。1计算实验和方法1.1二烷基苯磺酸钠的合成将纯度为95%以上的二氢杨梅素溶解在有机溶剂中,室温搅拌下缓慢滴加一定摩尔配比的十二酰氯于反应体现中。滴加完毕后,于一定温度下反应12~48h。用稀的Na2CO3水溶液洗去反应体系中的酸性物质,然后用蒸馏水洗去残留杂质。产品真空干燥,得到黄绿色或黄色蜡状物。1.2氢杨树酯物结构分析方法采用傅立叶变换红外光谱仪TENSOR27(德国Bruker光谱仪器公司)对二氢杨梅素酯化物进行结构分析。称取2mg样品,以KBr研匀后压片,于4000~500cm-1进行光谱扫描。1.3微红土糖酯化法精确称取二氢杨梅素酯化物0.5g,放入250mL碘量瓶中,加入20mL温热水,振荡。加1~2滴1%酚酞指示剂,用0.1mol/LNaOH滴定到微红不消失。加15mL0.2mol/LNaOH标准溶液,盖紧瓶口,磁力搅拌60min进行皂化反应。将已皂化含过量碱的溶液用0.2mol/LHCl标准溶液滴定至粉红消失,同时做空白。酯化度计算公式如下:式中:V1——二氢杨梅素酯化物耗用盐酸量,mL;V2──二氢杨梅素耗用盐酸量,mL;1.4ergem7.0优化模型的实现首先用Chemdraw8.0构造平面分子,然后导入Hyperchem7.0软件中,用MM+分子力学方法进行几何预优化,利用半经验量子化学程序包MOPAC中的AM1方法进行结构优化得到其优势构象,参数设定均为软件的缺省默认值。1.5乙醇为空白乙醇法将样品溶于溶剂配制成一定浓度,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,摇匀,放置30min,以乙醇为空白,测定517nm处吸光度(A1)。自由基清除率(%)=[1-(A1-A2)/A3]×100式中:A2──待测液2.0mL与乙醇2.0mL混合液在517nm处吸光度;A3——DPPH溶液2.0mL与乙醇2.0mL混合液在517nm处吸光度。2结果与讨论2.1二酸脂肪链烃的检测由于不同酯化度产物的红外光谱图峰形一致,此处仅给出酯化度为5的二氢杨梅素十二酸酯图谱(见图2)。从图2可知,在2850cm-1和2920cm-1处,二氢杨梅素十二酸酯有两个相连的吸收峰,这两处的峰是脂肪链的C-H键伸缩振动峰,说明二氢杨梅素分子中已引入十二酸脂肪链烃。二氢杨梅素酯化物在1770cm-1处有吸收峰,此处为芳香族化合物羟基酯化后的酯键羰基伸缩振动吸收峰,此吸收峰表明二氢杨梅素的羟基已与十二酰氯发生了酯化反应。2.2计算和解释2.2.1氧原子和总负电荷对氢脆的影响从二氢杨梅素分子结构图(图1)可以看出,二氢杨梅素有6个羟基。在酰氯作用下这6个羟基都有发生酯化反应的可能。由于羟基与酰氯发生酯化反应的机理是羟基上的氧负原子进攻酰氯羰基碳负原子发生亲核取代,所以羟基氧原子所带负电荷越多越易发生亲核取代。从表1可知,5′-OH与4′-OH氧原子电荷很接近,需要通过比较键长和键级再确定。4′-OH的键长比5′-OH大而键级比5′-OH小,所以4′-OH上的氢比5′-OH氢易离去,即4′-OH比5′-OH易发生酯化反应。3′-OH和5-OH的氧原子电荷相同,且从键长和键级无法比较二者酯化反应活性,但5-OH氧原子与氢原子的电荷差比3′-OH大,说明5-OH电荷分布不均匀,电荷分布不均匀也会导致羟基键的断裂,所以5-OH发生酯化反应的活性应大于3′-OH。综上所述,二氢杨梅素酚羟基发生酯化反应的难易程度依次为3-OH>4′-OH>5′-OH>5-OH>3′-OH>7-OH。2.2.2黄酮类化合物一般认为,黄酮类化合物抗氧化作用是通过羟基与自由基反应,形成共振稳定的半醌式自由基,从而中断链式反应。因此,共振半醌式自由基的稳定性越大,黄酮类化合物的抗氧活性越强。VanAcker认为,抗氧化剂分子形成半醌式自由基前后生成热之差△HOF越低,自由基越稳定。由于生成自由基时体系能量是升高的,△HOF小意味着生成自由基所需要的能量少,容易实现消除自由基的反应,因此抗氧化活性高。由二氢杨梅素各羟基自由基生成热计算结果,可以得出6个羟基抗氧化大小依次为4′-OH≈5′-OH>3′-OH>7-OH>5-OH>3-OH2.3抗氧化反应活性将酯化度为1~6的二氢杨梅素酯化物配制成与DPPH溶液相同的摩尔浓度,按1.5方法测定二氢杨梅素酯化物自由基清除率,结果如图3所示(图中DMY1~6分别表示酯化度为1~6的酯化物)。从图3可知,二氢杨梅素酯化物清除DPPH自由基的能力随酯化度的提高而下降,但并不呈线性关系下降。按照二氢杨梅素羟基酯化反应活性,进行一酯化时,酯化反应首先在最易发生酯化的羟基上,所以酯化度1的二氢杨梅素其酯化位置一般会发生在3-OH上。由于3-OH的抗氧化性最弱,所以进行一酯化后其自由基清除率降低不大。二酯化时4′-OH被酯化,4′-OH的抗氧化能力最强,所以将4′-OH酯化后其清除自由基的能力下降很多,实验结果与理论分析一致。三酯化物时5′-OH被酯化,5′-OH的抗氧化活性很强,5′-OH酯化后清除自由基的能力应该下降很多,但实验结果并非如此。原因可能是:4′-OH酯化后产生了空间位阻,分子较大的十二碳酸难以进攻5′-OH,转而进攻酯化反应活性其次的5-OH,保留了活性较强的5′-OH。对于四酯化物与三酯化物抗氧化性几乎一致的现象也可以从空间位阻进行解释:尽管5′-OH和3′-OH酯化反应活性强于7-OH,但由于4′-OH的酯化所造成的空间位阻使十二碳酸很难与其邻位上的羟基发生反应,转而进攻酯化活性较低的7-OH,使5′-OH和3′-OH得到保留,而四酯化物分子的对称性增加了电荷分布均匀度以及分子运动能力,弥补了失去7-OH的损失。第5个羟基进行酯化时发生在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。至于六酯化物还具有一定的抗氧化性,可能与C环酮基具有一定的抗氧化作用有关。3氢杨树酯化物质的制备二氢杨梅素多羟基结构决定它具有较好的亲水性,而亲脂性很差。通常,致癌因子产生的自由基富集在脂质细胞的周围,引起脂质过氧化而致癌,而亲脂性黄酮类化合物能够很容易地进入到脂质细胞周围促灭自由基,从而有效地发挥生理作用。对于具有多个羟基的化合物,活性最高或者还原性最强的羟基将决定其抗氧化性能。所以,对二氢杨梅素抗氧化活性