甘草和黃芪中的黃酮類化合物清除自由基機理的密度泛函理論研究.pdf

1、量子化學是一門以量子力學為基礎(chǔ)并利用其相關(guān)原理和方法研究化學問題的理論學科。密度泛函理論(DensityFunctionalTheory,DFT)是一種計算精度較高而計算速度非?？斓牧孔踊瘜W計算方法，已被廣泛應用于化學理論的研究，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、光譜、過渡態(tài)反應機理等諸多方面得到廣泛應用，目前正迅速滲透在材料科學、生命科學、藥物分子設(shè)計等領(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氧化性而損傷機體?？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、異甘草苷進行了優(yōu)化計算，從四個分子的幾何結(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，容易發(fā)生抽氫反應，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)型進行了全優(yōu)化計算，得到其穩(wěn)定構(gòu)型，并在優(yōu)化好的基礎(chǔ)上進行頻率計算得到了異甘草素分子的紅外振動光譜，振動頻率校正因子為0.96。對計算得到的振動頻率進行歸屬解析，并與實驗測定的異甘草素IR特征峰位比較，發(fā)現(xiàn)理論計算得出的紅外光譜與實驗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的模擬計算進行詳細分析，得出C4,位酚羥基是發(fā)生清除自由基反應的最大活性位。
　　 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、芒柄花苷進行了優(yōu)化計算，從四個分子的幾何結(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，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。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