甘草和黃芪中的黃酮類化合物清除自由基機(jī)理的密度泛函理論研究.pdf

1、量子化學(xué)是一門以量子力學(xué)為基礎(chǔ)并利用其相關(guān)原理和方法研究化學(xué)問題的理論學(xué)科。密度泛函理論(DensityFunctionalTheory,DFT)是一種計(jì)算精度較高而計(jì)算速度非常快的量子化學(xué)計(jì)算方法，已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)理論的研究，它能夠有效地解決電子結(jié)構(gòu)難題?，F(xiàn)今密度泛函理論已在研究分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、熱化學(xué)、光譜、過渡態(tài)反應(yīng)機(jī)理等諸多方面得到廣泛應(yīng)用，目前正迅速滲透在材料科學(xué)、生命科學(xué)、藥物分子設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。在人體內(nèi)，自由基是一類較為活躍

2、的活性小分子片段，部分種類的自由基則因其強(qiáng)氧化性而損傷機(jī)體?？寡趸瘎┦且环N具有清除自由基或抑制其生成的物質(zhì)。黃酮類化合物常被作為有效的抗氧化和抗炎藥劑，并且因其具備對人體健康的諸多益處而備受關(guān)注。
　　 甘草中的四種黃酮類化合物甘草素、異甘草素、甘草苷、異甘草苷具有抗氧化、抗腫瘤、抗HIV等生物活性，具有潛在的藥用價(jià)值。采用密度泛函理論(DFT)中的B3LYP方法在6-3IIG(d，p)基組水平上對甘草中的四種黃酮類化合物甘草素

3、、異甘草素、甘草苷、異甘草苷進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，從四個(gè)分子的幾何結(jié)構(gòu)、氫原予的NBO電荷、羥基解離能、HOMO、LUMO、⊿E(LUMO_HOMO)等方面分析了四種甘草黃酮類化合物清除自由基的機(jī)理。結(jié)果表明，四種甘草黃酮類化合物的抗氧化能力大小為異甘草素≧異甘草苷＞＞甘草素≥甘草苷。C7位的酚羥基為最大可能活性位點(diǎn)，容易發(fā)生抽氫反應(yīng)，C4,位酚羥基也具有一定的活性，可以增加分子本身的抗氧化活性。C7位上酚羥基的解離能越小、羥基氫原子帶正電荷

4、越大、HOMO能級相對越高、⊿E(LUMO.HOMO)越小分子的抗氧化活性越高。2、3位C=C雙鍵可以增大分子的共軛體系，從而增大分子的抗氧化活性;糖苷的取代，增加了HOMO、LUMO軌道能級，但是分子失去了4’位酚羥基，所以從整體上降低了分子的抗氧化活性。
　　 異甘草素是從甘草中提取的一種查爾酮類化合物，具有較為廣泛的藥理活性，如抗腫瘤、抗菌、抗炎、抗病毒、抗氧化等生物活性。采用密度泛函(DFT)B3LYP/6-311G(d

5、，p)方法，對異甘草素分子的幾何構(gòu)型進(jìn)行了全優(yōu)化計(jì)算，得到其穩(wěn)定構(gòu)型，并在優(yōu)化好的基礎(chǔ)上進(jìn)行頻率計(jì)算得到了異甘草素分子的紅外振動(dòng)光譜，振動(dòng)頻率校正因子為0.96。對計(jì)算得到的振動(dòng)頻率進(jìn)行歸屬解析，并與實(shí)驗(yàn)測定的異甘草素IR特征峰位比較，發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算得出的紅外光譜與實(shí)驗(yàn)測定的紅外特征峰位具有較好的一致性，說明所采用的DFT方法能用來預(yù)測黃酮類化合物的分子結(jié)構(gòu)和紅外光譜數(shù)據(jù)。而后對該分子的酚羥基解離能、前線軌道能級及結(jié)構(gòu)、半醌式自由基的自旋

6、密度分布及不同位酚羥基對‘OH的模擬計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)分析，得出C4,位酚羥基是發(fā)生清除自由基反應(yīng)的最大活性位。
　　 采用密度泛函理論中的B3LYP方法在6-311G(d，p)水平上對黃芪中的四種異黃酮類化合物毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮苷、芒柄花素、芒柄花苷進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，從四個(gè)分子的幾何結(jié)構(gòu)、酚羥基氫原子上的NBO電荷、酚羥基解離能、HOMO和LUMO能級以及其能級差⊿E(LUMO—HOMO)等方面分析了四種黃芪異黃酮類化合物清除自由

7、基的活性。C3,位的酚羥基為毛蕊異黃酮苷元及其苷分子的最大可能活性位點(diǎn)，C7位酚羥基也具有一定的活性，可以增加分子本身的抗氧化活性，C7位酚羥基為芒柄花素分子的活性位點(diǎn)。C3，位或C7位上酚羥基氫原子帶正電荷越大、酚羥基的解離能越小、⊿E(LUMO_HOMO)越小、HOMO能級相對越高分子的抗氧化活性越高。糖苷取代C7位酚羥基上的H原子，可以提高HOMO、LUMO的軌道能級，但是分子失去了7位酚羥基，從而降低了毛蕊異黃酮苷分子的抗氧化活