氧化白藜芦醇清除自由基活性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的方法,分析了氧化白藜芦醇分子酚羟基在不同溶剂中清除自由基活性能力大小,对其三种抗氧化机制:H原子转移(HAT)机制、逐步电子转移质子转移(SET-PT)机制、质子优先损失电子转移(SPLET)机制进行了研究,探讨了在气相中不同位置酚羟基清除·OH、·OOH自由基的抗氧化机理。计算结果表明,在任何溶剂中氧化白藜芦醇分子C4’位的酚羟基活性最高,在气相和苯中HAT机制是清除自由基活性的最主要机制,在极性溶剂中SET-PT机制是热力学上最有利的途径,而在所有环境中SPLET机制都不是最主要的机制。     

白藜芦醇清除自由基活性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,从静态与动态两大方面分析了白藜芦醇分子酚羟基在不同溶剂中清除自由基活性的能力大小.通过白藜芦醇的结构参数、前线轨道理论、3种抽氢反应机制等方面分析了分子活性位与其性质的关系.探讨了白藜芦醇分子不同位置酚羟基清除·OH和·OOH的抗氧化机理,得到了该分子与·OOH发生抽氢反应时的过渡态结构.计算结果表明,在任何溶剂中白藜芦醇分子C(4')位上酚羟基活性最高,发生抽氢反应时反应热最小,是高活性位点.     

溶剂和链长对木犀草素抗氧化活性影响的理论研究

基于木犀草素的结构特点,采用量子化学的密度泛函理论(DFT)方法研究了溶剂和酯基对木犀草素抗氧化活性的影响.首先,研究了化合物中分子内氢键的性质.其次,从热力学角度通过抽氢反应(HAT)、逐步电子转移质子转移(SET-PT)和质子优先损失电子转移(SPLET)机制分析了化合物的抗氧化能力.氢键性质分析发现,木犀草素及其酯基衍生物存在分子内氢键,在所研究的环境中氢键是闭壳型相互作用,以共价作用占主导.抗氧化性研究表明,(1)HAT机理在气相和苯相中最为有利,而SPLET机理在乙醇和水相中更为有利.(2)在极性溶剂中酯基取代3′-OH基团能增强木犀草素的抗氧化活性,但链长的改变对其影响不大.(3)在所有环境中4′-OH基团主要有助于木犀草素-3′-O-酯衍生物的抗氧化活性,4′-OH和7-OH基团分别在非极性溶剂和极性溶剂中有助于木犀草素的抗氧化活性.本文的研究可为设计、开发新型的天然抗氧化剂提供理论指导.同时,在天然资源紧张、短缺的条件下,其抗氧化机理的研究和构效关系的确立,可以用于指导设计、开发、合成更稳定、应用更广泛的天然抗氧化剂,对天然产物的深加工具有指导作用.     

槲皮素抗氧化活性的密度泛函理论研究

采用杂化密度泛函理论(DFT)方法, 预测了黄酮类化合物槲皮素分子的几何结构、电子结构和脱氢解离焓, 分析了这些性质与分子活性位的关系, 探讨了槲皮素分子的抗氧化活性, 即与活性氧自由基•OH, •OOH和 的反应机理. 在B3LYP/6-31＋G(d)水平下, 计算得到的槲皮素分子脱氢自由基的相对稳定性、脱氢解离焓和氢提取过程的活化能都表明, 槲皮素中的4 -羟基活性最高, 最有可能参与自由基的清除. 4 -羟基位的这种反应活性主要来源于相邻羟基之间的弱氢键相互作用. 深入研究槲皮素分子的抗氧化机理, 有助于更合理地设计和合成新的抗氧化剂.     

大豆素和染料木素的光氧化自由基反应动力学

具有共轭电子结构和多酚羟基官能团的类黄酮是天然抗氧化剂,其活性位点及其自由基稳定性是影响抗氧化效能的重要因素. 我们通过时间分辨光谱并结合量化计算对比研究了大豆素和染料木素两种异黄酮的脱质子形式由光氧化引发的自由基反应动力学. 结果表明,光氧化大豆素的酚氧阴离子先产生不稳定的中间态自由基,随后通过分子内电子转移反应生成相对稳定的自由基;异黄酮染料木素的酚氧阴离子光氧化后直接生成自旋密度在整个分子骨架上离域的稳定自由基;染料木素的5位羟基起到增强4’位酚羟基抗氧化活性的作用. 这些结果解释了染料木素远高于大豆素的抗氧化活性.     

硫辛酸抗氧化性溶剂效应的理论研究

采用密度泛函方法,利用自洽反应场(SCRF)的Onsager模型,研究了正庚烷、苯、二氯甲烷、乙醇、二甲亚砜和水六种不同溶剂中硫辛酸分子的抗氧化性。以S-S键键解离焓(BDE)和分子电离势(IP)为理论指标评价了硫辛酸在六种溶剂中清除自由基的活性。发现随着溶剂的介电常数增大,BDE值几乎不变,而IP值则显著减小,表明溶剂效应对清除自由基的电子转移反应机理影响更大。溶剂的极性较小时,偏向于形成硫自由基的机理,而溶剂的极性较大时,偏向于电子转移机理。     

5-取代阿魏酸衍生物的结构与抗氧化活性研究

利用量子化学中密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法对一系列5-取代阿魏酸衍生物的结构与抗氧化活性进行了研究,获得了5-取代阿魏酸衍生物中性分子、自由基、自由基阳离子的稳定构型和能量。研究了两种不同的抗氧化机理—氢原子转移机制和电子伴随质子转移机制,以及表征抗氧化活性的两个最重要的参数—键解离焓和电离势。结果表明,分子平面结构和延伸的共轭链都有利于分散单电子,提高了自由基的稳定性,从而使自由基链式反应减慢或终止;5-位引入吸电子基团使得ArO—H键解离焓和电离势增大,抗氧化活性减弱;引入给电子基团则抗氧化活性增强。HOMO轨道能量与电离势具有较好的线性相关性,高度离域分散的自旋密度分布对于稳定半醌式自由基具有重要意义。通过实验测定了部分化合物的抗氧化活性,实验结果与理论预测结果具有良好的一致性,说明密度泛函对于阿魏酸的结构修饰以及抗氧化剂的筛选具有重要的指导作用。     

二氢硫辛酸抗氧化性机理的理论研究

分别在B3LYP/6-31G(d,p)和B3LYP/6-311++G(d,p)水平下,对二氢硫辛酸及可能的解离途径中形成的自由基进行结构优化,采用S—H键解离焓(EBD)和分子的电离势(EIP)为理论指标,探讨了二氢硫辛酸可能的抗氧化性机理,并研究了溶剂(水和苯)效应的影响.结果表明,C(1)上S—H断裂形成的自由基b较易形成;以EBD和EIP为理论指标,可以较好的说明分子的抗氧化性及溶剂效应对抗氧化性的影响.随着溶剂的极性增加,EBD变化较小,而EIP则显著减小,表明溶剂效应对清除自由基的电子转移反应机理影响更大.分子最高占据轨道HOMO能级顺序与EIP数值所预测的抗氧化性顺序一致.     

黄芪异黄酮类化合物抗氧化活性的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论中的B3LYP方法在6-311G(d,p)水平上对黄芪中的四种异黄酮类化合物毛蕊异黄酮、毛蕊异黄酮苷、芒柄花素、芒柄花苷进行了优化计算,从四个分子的几何结构、酚羟基氢原子上的NBO电荷、酚羟基解离能、HOMO和LUMO能级以及其能级差△E(LUMO-HOMO)等方面分析了四种黄芪异黄酮类化合物清除自由基的活性.C3.位的酚羟基为毛蕊异黄酮苷元及其苷分子的最大可能活性位点,C7位酚羟基也具有一定的活性,可以增加分子本身的抗氧化活性,C7位酚羟基为芒柄花素分子的活性位点.C3,位或C7位上酚羟基氢原子带正电荷越大、酚羟基的解离能越小、△E(LUMO-HOMO)越小、HOMO能级相对越高分子的抗氧化活性越高.糖苷取代C7位酚羟基上的H原子,可以提高HOMO、LUMO的轨道能级,但是分子失去了7位酚羟基,从而降低了毛蕊异黄酮苷分子的抗氧化活性.结果表明,四种黄芪异黄酮类化合物的抗氧化能力大小为:毛蕊异黄酮＞毛蕊异黄酮苷＞芒柄花素＞＞芒柄花苷.对芒柄花素和羟基自由基反应的过渡态进行了计算研究.     

白皮杉醇PIC与OH自由基反应机理的理论研究

采用M05-2X/6-311++G(d,p)水平对白皮杉醇PIC清除OH自由基的气相反应机理进行了研究,并采用极化连续介质模型考察了极性溶剂对该反应机理的影响.结果表明,在气相和水溶液中OH自由基的抽氢反应均最易发生在B环的C4'OH位的酚羟基上,加成反应优先在乙烯双键和C4'原子上进行.在298 K的气相条件下,抽氢与加成反应主通道总速率常数kCVT/SCTTotal分别为5.46×1015和2.72×1014L·mol-1·s-1,抽氢反应为优势通道,且抽氢与加成反应均具有负温度效应.     

苝醌类光敏剂构象的分子力学研究

用分子力学方法,计算了苝醌类光敏剂竹红菌甲素(HA),乙素(HB)等不同构象的生成热及酚羟基质子解离前后生成热的变化.发现:(1)1(1)HA,HB4种构象导构体的生成热相近,因而室温下即可相互转化;(2)2(2)HA,HB酚羟基质子解离能力有差别,HA强于HB.(3)3(3)HA,HB存在两个分子内氢键,键能均在8kJ/mol左右,而且Ⅰ型构象键能低于Ⅱ型构象,HA低于HB;(4)4(4)当酚羟基键从形成氢键位置扭转180°左右时存在一能量低点,提示这种构象也是可能存在的;(5)5(5)HBMC的酚羟基氢与相邻的氮原子之问也形成分子内氢键,这是HBMC仍有光敏活性的结构基础.     

脂肪二胺桥联受阻酚清除DPPH自由基的活性及动力学研究

采用DPPH法对脂肪二胺桥联受阻酚的抗氧化活性和清除反应动力学进行了研究。结果表明,脂肪二胺桥联受阻酚具有良好清除DPPH·的活性,随脂肪二胺桥联受阻酚浓度的增大和清除反应时间的延长,清除活性先快速降低随后变化较小;随着桥联基的增长,清除活性降低,即抗氧化活性降低,这表明脂肪二胺桥联受阻酚的桥联基越长,酚羟基提供氢质子的能力越差,清除自由基的活性越低。然而,该系列受阻酚在聚烯烃材料中,由于受体系相容性的影响,随着桥联基的增长,抗氧化活性反而增强。脂肪二胺桥联受阻酚清除DPPH·的反应为一级反应,且反应速率常数随着桥联基链的增长而降低。     

花青素中矢车菊色素抗氧化活性的理论研究

采用M06-2X/def2tzvp//M06-2X/6-31G(d, p)+ZPE水平对矢车菊色素清除OH自由基的气相抽氢反应机理进行了研究,并采用极化连续介质模型考察了极性溶剂对该反应机理的影响。结果表明,在气相和水溶液中OH自由基抽取矢车菊色素五个酚羟基氢从热力学和动力学角度分析,均极易进行。该研究以期从理论角度深入考察矢车菊色素分子的抗氧化机理,为开发天然抗氧化剂提供一定的理论基础。     

黄精属中两种高异黄酮的理论计算研究

采用密度泛函理论M06-2x/6-311G(d,p)方法对黄精中两种高异黄酮进行结构优化和单点能计算。计算键解离能、电离势、质子离解能、质子亲和能、电子转移能。从三种自由基清除机制的能量比较来看,HAT是解释其自由基清除活性的主要机制。计算气相中两种高异黄酮的HOMO、LUMO、能隙、电负性、硬度与软度等分子描述符,化合物1和化合物2的HOMO与LUMO图相似,HOMO主要集中在A环,表现出A环较强的电子给予能力。LUMO主要集中在B环与C环,该区域得电子能力较强。绘制两种分子的静电势和福井函数图以考察其活性位点。     

六种花青素类化合物抗氧化活性的DFT研究

本文采用密度泛函理论中的B3LYP方法在6-311G(d,p)水平上对花青素分子中天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛色素、锦葵色素及相关自由基分子进行了优化计算。从六个分子的结构参数、酚羟基氢原子上的自然键轨道(NBO)电荷数、酚羟基解离能、HOMO和LUMO能级以及其能级差△E(LUMO-HOMO)等方面分析了六种花青素类化合物清除自由基的活性。计算数据表明,酚羟基解离能、最高占据轨道及轨道能级差最能说明抗氧化活性情况,C4’酚羟基清除自由基活性最强,C3位最易发生糖苷化。在相同方法下对天竺葵色素分子C4’位酚羟基与·OH自由基的反应的过渡态进行了计算,发现该反应的反应势垒只有14.6 kJ·mol-1,反应热ΔH=-87.7 kJ·mol-1,该反应为放热反应。     

一种新型细梗胡枝子黄酮类提取物的结构和抗氧化活性(英文)

利用密度泛函理论的B3LYP交换相关泛函对从细梗胡枝子中提取的一种新型黄酮类化合物的分子结构和抗氧化活性进行了研究,获得了该化合物的中性分子、阴离子、自由基和自由基阳离子的稳定几何构型和能量.通过分析前线分子轨道特征,确定了与实验结果一致的现象:A环是参加化学反应的活性部位,并发现A′环也是重要的抗氧化活性部位.为判断其抗氧化活性,预测其水溶液中,中性和阴离子的电离势分别为509.0和432.2kJ.mol-1,均裂O—H键解离能为347.3kJ.mol-1,羟基自由基电子亲和势和氢原子亲和势分别为-620.6和-487.5kJ.mol-1.通过理论分析比较,该黄酮类化合物清除羟基自由基的三种机理即H原子转移、电子转移-质子转移和质子丢失-电子转移在热力学上并存,其中质子丢失-电子转移是热力学最有利的机理.本文为设计新型高效黄酮类抗氧化剂,研究黄酮类化合物的构效关系和抗氧化机理提供了理论依据.     

杨梅酮的抗氧化活性

采用密度泛函理论(DFT)方法, 研究了杨梅酮的分子结构、电子结构和羟基离解焓, 并探讨了杨梅酮与OOCH₃·自由基发生反应的抗氧化机理. 自由基发生反应的抗氧化机理. 在M06-2X/6-31++G(d,p)的计算水平下, 得到了杨梅酮脱氢后各种自由基的相对能量、羟基离解焓、氢原子提取的活化能垒和速率常数. 计算结果表明杨梅酮的4'-OH位置具有最高的抗氧化活性. 杨梅酮4'-OH位置的高活性, 主要是由于4'位上脱氢后生成的羰基与相邻的羟基之间形成了稳定的氢键. 分子中的原子(AIM)理论分析表明, 这种氢键相互作用能够稳定氢提取过程中产生的自由基. 对杨梅酮抗氧化性机理的理论研究, 可为今后设计合成新型的具有更强活性的抗氧化物提供坚实的理论基础.     

咪唑类化合物在乙腈溶液中负氢解离焓的理论研究

在与实验对照的基础上优化出一套计算咪唑类化合物在乙腈溶液中负氢解离焓的理论方法, 即MP2/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-31+G(d)结合IEF-PCM溶剂模型及UA0孔穴计算法. 在此基础上, 有目的地设计了14种咪唑类负氢给体, 并计算了其在乙腈溶液中的负氢解离焓, 系统分析了影响其负氢解离焓的各种因素. 结果表明, 取代基的电子效应、体系释放负氢后的芳构化能力、咪唑环2位的苯基对前线分子轨道的贡献程度、体系电荷的分布情况及溶剂化效应等多种因素均能影响咪唑负氢给体在乙腈溶液中的负氢解离焓.     

可见光敏引发体系荧光黄双二苯基碘钅翁盐的研究

通过计算呫吨染料与二苯基碘钅翁盐反应的电子转移参数, 发现荧光黄与二苯基碘钅翁盐反应的热力学驱动力最大, 证明了实现光敏化方式是电子转移反应. 通过对引发体系吸收光谱的研究, 考察了不同价键结构、溶剂效应及引发剂浓度对引发体系吸收光谱的影响, 证实了与C-6位酚氧离子相结合的离子种类很大程度上决定了染料敏化体系的吸收峰强度及峰形状, 溶剂极性增大, 吸收光谱红移; 溶剂极性减小, 其吸收光谱蓝移. 在非极性溶剂中, 引发剂浓度越高, 其解离度越大, 引发剂更多地以自由离子形式存在.     

矮垂头菊不同极性溶剂萃取物的抗氧化活性研究

为了研究矮垂头菊植物的抗氧化活性,本文采用DPPH自由基清除法、ABTS自由基清除法、羟基自由基清除法、超氧自由基清除法、一氧化氮自由基清除法和铁还原/抗氧化能力(FRAP)测定法六种抗氧化对矮垂头菊粗提物(CE)、正己烷相(HE)、乙酸乙酯相(EAE)、正丁醇相(BE)、水相(WE)等5个不同极性溶剂萃取物的抗氧化活性进行评价,并探讨抗氧化活性与总酚和总黄酮含量之间的关系。结果显示矮垂头菊不同极性溶剂的萃取物均有抗氧化活性,且抗氧化活性与总黄酮和总酚含量密切相关,其中BE中总黄酮含量最高可达588.02±10.18 mg芦丁/g,总酚含量最高可达568.49±8.14 mg没食子酸/g,且自由基清除能力和FRAP值均高于其它组分,但HE中总黄酮和总酚含量及抗氧化活性均较低。结果表明矮垂头菊EAE萃取物和BE萃取物具有很强的自由基清除能力,可作为潜在的天然抗氧化剂开发。