单线态氧的生物化学作用

四十多年前 Kautsky 第一个提出,在染料光敏化氧化反应中,可能有亚稳的单线态氧分子(~1△g O_2)作为活性中间体存在。从那时以来,人们广泛地研究了单线态氧的形成、猝灭及其物理化学性质。已有许多文献报道,在与生物、药物、环境等方面有关的大量的化学反     

直接测定单线态氧在溶液中的寿命

单线态氧分子在许多光生物和光化学过程中起重要作用,它在液相中的化学和动力学性质及发光寿命一直为化学家和生物学家所关注.单线态氧通过辐射跃迁回到基态时的两个途径为~1△g(v′=0)→~3∑_g~-(v=0)和~1△g(v′=0)→~3∑_g~-(v=1).(0,1)的发射强度比(0,0)约弱60倍,因此人们一般对(0,0)跃迁感兴趣.O_2(~1△g)的量子产率极低,在水和两亲分子溶液中只有10~(-6).以前由于近红外探测器件的灵敏度不能适应如此微弱磷光强度的检测,故对单线态氧在溶液中的许多物理和化学性质都是用间接测定结果来表征的,例如用二甲基呋喃等O_2(~1△g)捕获剂来证明其存在.近十年来国外开始采用灵敏度高、响应快的锗光电二极管来探测单线态氧的1270nm磷光.关于O_2(~1△g)在液相中的1270nm磷光寿命文献值差异很大;国内则尚未见报道.本文报道我们利用国产锗光电二极管测定单线态氧1270nm发射在一些溶液中的寿命.     

单线态氧的检测及分析应用研究进展

综述了单线态氧（^1O2）的测定方法。介绍了单线态氧的ESR、磷光光度、分光光度、化学发光和荧光法的基本原理、方法研究进展和分析应用情况，并重点介绍了化学发光法和荧光法，同时比较了这几种方法的特点。     

氯氰菊酯光敏降解中单线态氧机理研究

光敏剂亚甲兰,核黄素及玫瑰红Ｂ可加速氯氰菊酯（ＣＰＭ）的光解作用。这些物质的敏化作用主要通过激发基态氧为单线态氧来实现。光敏剂和氧均是敏化光降解不可缺陷少的条件。１／Ｋｅｘｐｔｌ与「Ａ」的关系证实了单线态氧氧化机理。在亚甲兰、核黄素存在下氯氰菊酯ＫＡ分别为６．４９＊１０＾６ｌ．ｍｏｌ＾－１．ｓ＾－１和２．２７＊１０＾６Ｌ．＾－１。氯氰菊酯的光解速率在一定范围内,随光敏剂浓度的增加而增加,过量的光敏剂将减少体系的透光率而导致氯氰菊酯光解速率降低,单线态氧探针性物质即竞争反应的引入将明显降低氯氰菊酯的光解速率,同时,不同极性溶剂因其对单线态氧猝灭能力的不同也会明显改变氯氰菊酯的光解速率。     

不同硫醚化合物和单线态氧反应能力的研究

本工作采用Young提出的方法,利用二苯基苯并呋喃及硫醚类化合物对单线态氧的竞争反应,通过荧光强度的比较,测定了一系列烷基和芳基硫醚化合物和单线态氧反应的速度常数。对所得结果,联系立体效应和电子诱导效应进行了讨论。     

化学发光演示实验──水溶液中单线态氧的生成

氧气是生命过程必不可少的,人们侮天呼吸的氧气是能量最低的一种基态氧分子。经测定它有顺磁性,证明该氧分子中有自旋平行的两个电子在分开的轨道上。     

高分子受阻胺光稳定剂存在下聚丁二烯的单线态氧氧化

用粘度法、ESR、IR、GPC等方法研究了三种商品高分子受阻胺存在下聚丁二烯的单线态氧氧化,结果表明,高分子受阻胺抑止聚丁二烯的单线态氧氧化,其效率是944>PDS>770>622。用Monroe方法测定了受阻胺对单线态氧的猝灭速率常数,K_q~(-O_2),它们是944(3.2×10~6M~(-1)s~(-1)),PDS(8.2×10~5M~(-1)s~(-1)),622,770为2×10~5M~(-1)s~(-1),ESR研究表明,在本实验条件下,944和PDS能够产生稳定的氮氧自由基No,而622则不产生。用GPC研究还发现,在本实验条件下,PDS具有对聚丁二烯的接枝——交联效应,提出了这种接枝交联效应的机理。     

单线态氧(1O2)和C60H36

Fullerene[60]在光的作用下可以诱导产生单线态氧（^1O2),C60H36是一个富电子化合物,在室温下,单线态氧可以氧化C60H36,使透明的C60H36溶液（甲苯和已烷作溶剂）在短时间内变混浊,结果产生氧化产物C60H36－x(x=1-18)。     

烯烃光敏氧化反应机理 II: 丙烯与单线态氧[2+2]环加成反应途径的解析

本文进一步报道丙烯与单线态氧[2+2]环加成反应途径的计算结果, 沿反应途径反应物间相互作用的详细情况和甲基在反应进程中的动态电子效应, 从而揭示烷基取代烯烃与单线态氧不易发生[2+2]环加成反应的原因. 为进一步探求单线态氧与烯烃[2+2]环加成反应的必要条件提供依据. 本文所用计算方法与前文相同.     

单重态氧及其近年来在有机合成中的应用

现在不仅有机化学家,而且生物化学家和生物学家对单重态氧化学都感到兴趣。因为单重态氧与有机物的反应能力很强,而且还与有机材料受光和氧的破坏作用、以及动植物的生命过程等~([1,2])有一定联系. 单重态分子氧氧原子在组成氧分子时,按分子轨道理论的解释,应该有一对电子填入能量相同的两个简并反键轨道π~*2p_v和π~*2p_z上。根据洪特规则,这两个电子尽可能分占不同轨道,且自旋平行。氧分子的这种电子状态,即是三重态。由于具有g对称性,所以是~3∑_g态。在激发态时,氧分子的两个π~*电子可同时占据一个π~*轨道,其自旋相反,这便是氧分子的第一激发单重态,它也具有g对称性,故电子态是~1△_g。如果两个电子分占不同的π~*轨道,且自旋相反,这是氧分子的第二激发单重态(~1∑_g)。激发态氧分子虽有各种单重态,但一般用的单重态氧为其最低激发态,即~1△_g状态(~1O_2)~([2,3])。     

单线态分子氧的产生和体外叶绿素α的结构状态

叶绿素α(Chl α)是光合作用光量子的接受器和光能最初传递体。早期研究表明,在光合器官中,Chlα长波主吸收带位于红区。1969年Krasnovsky指出,Chlα受光照射时有可过氧化还原反应。继而Politzer提出Chlα作为光敏化剂,可使三线态分子氧敏化生成单线态分子氧。为模拟研究植物体内Chlα分子的存在状态,Katz指出Chlα     

烯烃光敏氧化反应机理 Ⅱ.丙烯与单线态氧[2+2]环加成反应途径的解析

单线态氧(~1△g≡~1O_2)在某种情况下与碳碳双键可发生[2+2]环加成反应,生成二氧杂环丁烷。后者一般不稳定,在室温下通常分解为相应的羰基化合物并发光。     

单线态氧(~1O_2)与咪唑1,4-环加成反应的理论研究

本文用量子化学从头计算方法对单线态氧(~O_2)与咪唑环加成反应的机理进行了理论研究.用能量梯度法优化获得了实验上尚未检测到的侧式桥环过氧化物(endoperoxde)的结构,并在势能面上确定了单线态氧与咪唑1,4-环加成反应的过渡态.通过对过渡态的结构特征,虚振动方向,电荷分布情况以及轨道相互作用的分析,说明这个反应的机理是同步和协同的;正反应的活化势垒为69.5kJ·mol~(-1),逆反应的活化势垒为140.4kJ·mol~(-1)(6-31G的结果).     

氧在银表面上的吸附态的理论研究

本文根据银表面的特点,用CNDO法研究了氧在银表面上可能形成的各种吸附态.结果表明,氧分子以卧式吸附在核间距较大的表面桥位上时,能形成较强的吸附键.此时氧分子的离解趋势较大.分析和计算了氧分子和氧原子在Ag(110)和Ag(111)晶面上的有利吸附位置和取向.比较了两种晶面吸附性能的差别.计算结果与实验的推论相一致.     

热分解三苯氧基膦臭氧加成物产生单线态氧与6-羟基-1,4-顺,顺-环辛二烯的反应

控制反应条件,热分解三苯氧基膦臭氧加成物(Ⅱ)产生单线态分子氧,其产率由70%提高到98%,同单线态氧的探针化合物α-蒎烯反应,得到单一的“ene”型产物,松香芹醇(pinocarveol)。同6-羟基-1,4-顺,顺-环辛二烯(Ⅰ)反应占优势的过程也是“ene”反应,分离出还原产物5,8-二羟基-1,3-顺,顺-环辛二烯(Ⅲ),以及(Ⅲ)的热重排产物6-羟基-4-顺-环辛烯酮(Ⅳ),这同用光敏氧化的方法氧化(Ⅰ)得到的结果相一致。通过构型分析,说明了化合物(Ⅰ)同单线态氧作用,通过协同的“ene”反应进行,使分子轨道相互作用不利的[_π4_s+_π2_s]加成过程被抑制。     

咪唑与单线态氧(1O2)1,2-环加成反应的理论研究

采用较新的半经验分子轨道方法Austin Model 1(简称AM1方法), 辅以Berny梯度优化方法, 对单线态氧(~1O_2)与咪唑的1,2-环加成反应,进行了理论研究。计算获得实验尚未检测到的4,5-二氧环丁烷(4,5-dioxetane)的结构, 并在反应势能面上找到单重态双自由基中间体及通过该中间体的两步反应的过渡态。通过对过渡态的结构特征、虚振动方向以及对反应过程的电荷分布情况、轨道相互作用等的分析, 说明该反应是经由单重态双自由基中间体的分步反应。两步反应的活化势垒分别为39.2 kJ·mol~(-1)和150.5 kJ·mol~(-1)。     

染料与高聚物间的相互作用——Ⅱ.亚甲蓝的聚集态和它产生单线态氧的能力间的关系

本工作研究了染料亚甲蓝和聚电解质——聚苯乙烯磺酸间的相互作用,发现在聚苯乙烯磺酸和亚甲蓝当量比(P/D)不同的体系中,亚甲蓝处于不同的聚集状态.聚集状态对亚甲蓝敏化产生单线态氧的能力有很大的影响.     

咪唑与单线态氧(~1O_2)1,2-环加成反应的理论研究

采用较新的半经验分子轨道方法Austin Model 1(简称AM1方法),辅以Berny梯度优化方法,对单线态氧(~1O_2)与咪唑的1,2-环加成反应,进行了理论研究。计算获得实验尚未检测到的4,5-二氧环丁烷(4,5-dioxetane)的结构,并在反应势能面上找到单重态双自由基中间体及通过该中间体的两步反应的过渡态。通过对过渡态的结构特征、虚振动方向以及对反应过程的电荷分布情况、轨道相互作用等的分析,说明该反应是经由单重态双自由基中间体的分步反应。两步反应的活化势垒分别为39.2kJ·mol~(-1)和150.5kJ·mol~(-1)。     

分子氧在烯烃环氧化中的应用研究

本文主要介绍了醛类共还原体系和卟啉类、酞菁类、席夫碱类过渡金属仿生催化体系对分子氧的活化机理及在烯烃环氧化中的应用研究。醛类共还原体系的活性中心为过氧自由基,而卟啉类、酞菁类、席夫碱类过渡金属仿生催化剂与分子氧络合后将配位双氧变为超氧型或过氧型,酞菁还可作为光敏剂,在可见光激发下,与氧气分子发生能量转移,产生单线态氧。     

分子态氧在Ag(110)面上的吸附构型、吸附态和吸附能的CM和DAM从头算研究

本文分别用原子簇模型(CM)浸入吸附原子簇模型(DAM)的从头算方法, 研究了分子态氧在Ag(110)面上的化学吸附构型, 吸附态和吸附能。以Ag6O2为模型体系,对O2在Ag(110)表面长桥位(LB)化学吸附的研究表明: 二个最低能态是^1A1和^3A2,它们分别对应在[110]槽位吸附的过氧分子O2^2^-和在[001]方向吸附的超氧分子O2^-, 理论优化的吸附构型的实验测量分析结果非常一致。由于CM方法忽略了金属本体的影响, 所得吸附能明显低于实验值(甚至是负值), 而DAM方法得到正的吸附能, 且相当接近于实验值38.9kJ/mol, 其中[110]槽位吸附更为稳定。