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羟基型化合物激发态分子内质子转移和抗氧化性关系的研究

孙朝范  
【摘要】:羟基型化合物中如黄酮、蒽醌类化合物因其抗氧化性而在临床医药等领域有着广泛应用,如何提高其抗氧化性也引起了研究者们的高度关注。某些黄酮、蒽醌类化合物在光激发下可以通过激发态分子内质子转移(ESIPT)的光致异构化过程产生酮式(Keto)和烯醇式(Enol)构型。光激发下的ESIPT过程能否提高这些化合物的抗氧化性目前还尚不清楚。在本文中,我们通过采用飞秒瞬态吸收光谱技术结合密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法研究了羟基型黄酮、蒽醌类化合物的ESIPT过程及其抗氧化性,以期探究二者之间的关系,为提高这些化合物的抗氧化性提供参考。主要内容概括如下:(1)采用DFT和TD-DFT方法,研究了原子电负性对3-羟基黄酮及其衍生物(3-HF、3-HTF和3-HSeF)ESIPT过程的影响。同时,在理论上采用不同的参数对三种化合物的抗氧化性进行了评估。结果表明,三种化合物在S_1态的分子内氢键强度均增强,有利于ESIPT过程的发生。而3-HTF在S_1态具有最低的质子转移能垒,表明3-HTF在光激发下最容易发生ESIPT过程。此外,从3-HF到3-HTF和3-HSeF的电离能和能隙值逐渐减小,表明三种化合物的抗氧化性随着原子电负性的降低而逐渐增强,并且三种化合物质子转移之后的构型具有更高的抗氧化性。(2)采用飞秒瞬态吸收光谱技术、DPPH自由基清除法和DFT方法对3-羟基-4’-甲氧基黄酮(3H4M)的ESIPT性质和抗氧化性进行了研究。实验和理论结果表明,3H4M在光激发下更倾向于发生ESIPT过程。DPPH自由基清除实验表明,与避光条件下相比,3H4M在激光照射下表现出更高的抗氧化性。此外,3H4M的Enol和Keto构型在S_0态和S_1态的能级差表明,3H4M发生ESIPT过程后的Keto构型具有更高的抗氧化性,表明光激发下ESIPT过程的发生可以提高3H4M的抗氧化性。(3)采用飞秒瞬态吸收光谱技术、DPPH自由基清除法以及DFT方法研究了三种蒽醌类化合物2,6-DHAQ、1,5-DHAQ和1,5-DAAQ的ESIPT过程与抗氧化性之间的关系。实验和理论结果表明,在光激发下1,5-DHAQ和1,5-DAAQ都倾向于发生激发态分子内单质子转移,并且1,5-DAAQ(~486.9 fs)的ESIPT过程明显慢于1,5-DHAQ(~270.5 fs)。此外,三种化合物在S_1态时的电离能低于S_0态,表明这三种化合物在光激发下的抗氧化性将增强。与Enol构型相比,1,5-DHAQ和1,5-DAAQ在Keto构型时具有更强的抗氧化性。在光激发下,1,5-DHAQ通过较快的ESIPT过程将Enol构型转变为Keto构型也可以提高其抗氧化性。(4)采用飞秒瞬态吸收光谱技术、DPPH自由基清除法和DFT理论模拟研究了1-HAQ包合在三种环糊精(α-、β-和γ-CD)中的ESIPT行为和抗氧化性。瞬态吸收光谱结果表明,三种包合物的ESIPT时间尺度从1-HAQ/α-CD到1-HAQ/β-CD和1-HAQ/γ-CD逐渐增长,ESIPT速率逐渐变慢。此外,三种包合物的抗氧化性从1-HAQ/α-CD到1-HAQ/β-CD和1-HAQ/γ-CD逐渐增强。结果表明,随着环糊精内腔尺寸的增大,1-HAQ的ESIPT速率逐渐变慢,抗氧化性逐渐增强,其ESIPT速率与抗氧化性之间具有负相关性。


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