（有机化学专业论文）no与羟基取代的香豆素及黄烷酮类化合物的反应研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行 究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、 据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成 做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：强虹名屯 e t 期： 关于学位论文使用授权的声璃 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学 校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被 查阅和借阅：本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库迸行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本 人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：爱幽导魉签名：凇z 日期：星签：羔坐 兰州大学硕士论文张虹锐 致谢 本论文是在尊敬的导师吴隆民教授的热情关怀和悉心指导下完成的。几年 来，吴老师不仅在工作上教会了我丰富的科学知识、实验技能、严谨的治学态度、 做人品质、勤恳的工作作风、创新精神 和照顾，使我得以顺利完成学业。在此 致以崇高的敬意和诚挚的感谢。 而且还在生活上给，我无微不至的关心 对他的亲切关怀、精心指导和不倦教诲 在论文完成过程中，还得到了刘中立、杨立教授的指导以及雷连娣博士、杨 得锁博士、柳忠全博：f 二、李锐硕士、周玉路博士、罗瑞娟硕士、王帆博士的帮助， 和他们进行了愉快的合作，此外还得到了本实验室的其他同学以及4 0 4 8 和3 0 4 6 实验室的同学的帮助，在此一并表示感谢。 对于功能有机分子国家重点实验室和兰州大学分析测试中心的各位老师在 样品测试方面给予的帮助，资料室和后勤的老师在诸多：予面提供的方便，在此也 表示感谢。 最后。我要感谢我的父母和拔的爱人，没他们的鼎力支持和帮助，我是无法 完成我的学业的，尤其是我的爱人薛吉军博士在我读书期间给与我生活上的关心 和业务上的帮助，在这氅衷心的谢谢他们! 兰州丈学硕上论文张虹锐 缩略语简表 n o氧化氮( n i t r i co x i d e ) n o s一氧化氮合成酶( n i t r i co x i d es y n t h a s e ) r n s有反应活性的氮化合物( r e a c t i v en i t r o g e ns p e c i e s ) f a d黄素腺嘌岭二核苷酸 l gl 广精氨酸 n a d h p尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 l a t rl - 胍氨酸 h e m e血红素基团 b n 苄基( b e n z y l ) m c p b a 间氯过苯甲酸( m - c h l o r o b e n z o i ca c i d ) m o m 甲氧甲基( m e t h o x y m e t h y l ) t l c 薄层色谱( t h i nl a y e rc h r o m a t o g r a f ) h y ) r e t n反应( r e a c r t i o n ) p r d t 产物( p r o d u c t ) 兰州大学硕士论文张虹锐 摘要 本论文着重研究r 一氧化氮与些酚类化合物主要是羟基取代的香豆索和 黄烷酮的反应，发现了一氧化氮的高区域选择性硝化羟基取代的芳王4 ：化合物的方 法。本文分为四章： 第一章，从一氧化氮的生物合成、生物体内一氧化氮的检测、一一氧化氮的生 物学意义、化学性质等方面对一氧化氮的研究进行了综述，重点介绍了一氧化氮 与酚类化合物的反应研究进展，同时电对一氧化氮和其他化合物的反应研究进行 了介绍。 第二章，阐述了从现有的香豆素，经半合成得到了多个非天然的香豆素。以 这些香豆素为底物，使其与一氧化氮的反应，结果表明发生了高区域选择性的硝 化反应，以较高的产率得到了在弪基邻位或对位的单硝化的产物。 第三章，以羟基取代的苯甲醛祁苯乙酮为起始原料，经过酚羟基的保护、羟 醛缩和、关环和脱保护等步骤合成了多个天然的有生物活性的黄烷酮。这些黄烷 酮与一氧化氮反应后，生成了羟基邻位和对位硝化的产物，随着反应时间的延长 还出现了多硝化产物，硝化位置与羟基的位置密切相关。 第四章，以二价锡催化腈基羰基化合物关环为关键步骤合成了多个环状的n 一烯基酰胺化合物，它们与一氧化氮的反应尚在进行之中。 4 兰州大学硕士论文张虹锐 a bs t r a c t t h i st h e s i sf o c u s e so f ft h er e a c t i o n so fn i t r i co x i d ew i t hp h e n o i d s ，m a i n l y h y d m x y s u b s t i t u t e d c o u m a r i n sa n df l a v a n o n e s i th a sb e e nt b u n dt h a t h i g h l y r c g i o s e l c c t i v en i t r a t i o nr e a c t i o n so c c u r r e d t h i st h e s ni sd c v i d e di nt o u rs e c t i o n s p a r ti ：g i v e sar e v i e wc o n c e r n i n gb i o s y n t h e t i cp r o g r e s s e so fn i t r i co x i d ea n di t s b i o a c t i v i t i e s ，d e t e c t i o n si nv i v oa n dr e a c t i o n sw i t hv a r i o u sk i n d so fq o m p o u n d s ， e s p e c i a l l yp h e n o i d s p a 九i i ：d e s c r i b e st h es e m i s y n t h e s i so fs o m eh y d r o x y l s u b s t i t u t e dc o u m a r i n s f r o mc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l ec o u m a r i n s t h e yw e r et h e na l l o w e dt or e a c tw i t hn o a l l t h es u b s t r a t e sw e r en i t r a t e da n do n l yl l l o f l o - n i t r od e r i v a t i v e sp r o d u c e d t h e n i t r a t i o no c c u r r e dr e g i o s e l e c t i v e l ya tp a r a - o ro r t h o - p o s i t i o nw i t hr e s p e c tt oh y d r o x y g r o u p p a r ti i t ：s t a t e st h a tf l a v a n o n e sh a v e b e e np r e p a r e db yh y d r o x y l s u b s t i t u t e d b e n z a l d e h y d e sa n da c e t o p h e o n e ，i n c l u d i n ga s e r i e so fp r o c e s s e ss u c ha sp r o t e c t i o no f h y d r o x yg r o u p c o n d e n s a t i o n ，c y c l i s a t i o na n dd c p r o t e c t i o n ，e r e n or e a c t e dw i t ht h e s e o a v a n o n e sa n dn i t r od e r i v a t i v e sw e r e y i e l d e dr e g i o s c l e c t i v e l y a l o n gw i t h l e n g t h e n i n gt h er e a c t i o nt i m eb o t ht h em o n o n i t r oa n dt h em u l t i - - n i t r od e r i v a t i v e sw e r e a b t a i n e d t h en i t r op o s i t i o nd e p e n d so nt h ep o s i t i o no fh y d r o x yg r o u p ，r e g a r d l e s so f o t h e rg r o u p s t h em e c h a n i s mi sm o s tl i k e l yb a s e do i lf f e cr a d i c a l si n d u c e db yt h e r e a c t i o no fn ow i t ho hg r o u p i np a r ti v , s o m en e n ea m i d e sh a v eb c c np r e p a r e df r o ma c r y l n i t r i l ea n da l d e h y d e o rk e t o n eb a s e do nt h em i c h a e la d d i t k ma n dt i n ( 1 1 m e d i a t e dc y l i z a t i o n t h er e a c t i o n ( ) 1 - t h c s cn 。e n ea m i d e sw i t hn oi s i n p r o g r e s s 第一章一氧化氢与酚类化合物的反应研究研究进展 第一章一氧化氮与酚类化合物的反应研究 进展( 综述) 第一节前言 一氧化氮( n i t r i co x i d e ，n o ) 是大家早已熟悉的一个小分于。长期以来， 在生命科学中一直没有引起人们的特别关注。8 0 年代末，科学家发现氧化氮 在多种生化过程中，起着关键的作用，具有神奇的生理调节功能。由此对一氧化 氮的研究，迅速发展成为一门目前最活跃的生命科学前沿课题。 近期的研究表明，一氧化氮具有免疫调节、神经传递、血压生理调控和血 小板凝聚的抑制等生理功能。在许多组织中，尽管其真正的释放量目前尚难测定， 但已确知会释放出不同浓度的一氧化氮，且浓度的变化与机体的生理机能紧密相 关。许多疾病，包括基因突变( 癌变，动脉硬化等) 和生物机体中毒等，可能足 一氧化氮的释放或调节不正常引起的。如果人体不能及时制造出足够的一氧化 氮，就会导致一系列严重的疾病，如高血压、血凝失常、免疫功能损伤、神经 化学失衡、性功能障碍以及精神痛苦等等。进一步的研究还发现，一些药物可以 通过新陈代谢来调节一氧化氮的生理机能，使其变成有益的分子，清除机体内有 害的代谢物。鉴于一氧化氮的神奇生理调节作用，可以预言一旦其神秘的调节机 理被科学家们彻底揭开，人们就可以开发出与一氧化氮相关的药物，来治疗人类 至今无法攻克的许多顽症，例如高血压、偏头痛、动脉硬化，甚至癌症。与一氧 化氮相关的药物，其潜在的价值是巨大的。现在许多国际上有名的药物生产，家， 竞相在这一研究领域，投入大量的人力物力，以期在激烈的竞争中，占领有利的 位置。 要搞清楚氧化氮以：生物体内发生作用的过程，先搞清楚一氧化氮在细胞中 的产乍过程利它的化学一陀质是十分有重要的，探明它与各种简单的化学分f 的反 第一章一氧化氨与酚类化合物的反应研究研究进展 应，尤其是与有生物活性的分子的反应，成为我们这一研究的意义所在，这同时 也为寻找一氧化氮的检测方法、药物筛选、疾病研究提供了帮助。 i 1 氧化氮的生物合成 目前的研究已证明：一氧化氮有3 种状态存在于生物体系中，即阳离子形式 ( n o + ) 、自由基形式( n o ) 和阴离子形式( n o ) 。对生物体系中3 种形式的性 质和反应活性的研究，可以帮助人们理解其神奇的生理功能。 一氧化氮容易和过渡金属离子，包括一些金属蛋白结合形成化合物。它与血 红蛋白的相互作用，已得到广泛的认识。l 一精氨酸在。氧化氮合成酶 ( h i t r i c o x i d es y n t h a s e n o s ) 的催化下释放一氧化氮，其化学和生理过程- 卜分 复杂【1 1 0n o s 以l 一精氨酸( la r g ) 和分子氧为底物，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 磷酸( n a d p h ) 为辅因子提供电子，由黄素腺嘌呤二核苷酸( f a d ) 和四喋呤传递 电子，生成中间体对羟基一精氨酸，然后形成_ 、o 和l 胍氨酸( 卜c n r ) ，其中 n o s 是n o 生成的最主要的限速因子。 l 精氨酸! n 羟基- l - 精氨酸j 娅醛王+ l 一胍氨酸 ，n o 第一章氧化氮与酚类化台物的反应研究研究进展 n o s 由1 0 2 5 个氨基酸残基组成，分子量为1 3 3k d 。n o s 广泛分布于机体内。 按其存在的细胞类型不同，n o s 可以为三种类型，即神经型n o s ( n n o s ) 、内皮 型n o s ( e n o s ) 和诱导型n o s ( i n o s ) 。n n o s 存在于视网膜、植物神经纤维、大 脑皮层、海马、垂体后叶、丘脑、嗅球区粒细胞层、骨骼肌细胞和平滑肌细胞。 i n o s 存在于肝细胞、单核巨噬细胞、内皮细胞和成纤维细胞。e n o s 存在于血管 内皮、支气管内皮和海马锥体细胞层。按同工酶分类，n o s 可分为同工酶i ( n o si ) ，又称为神经型( n n o s ) ，主要分布在神经元的上皮细胞中。同工酶 i i ( n o s i i ) ，又称为诱导型( i n o s ) ，主要分布在细胞因子诱导的巨噬细胞中； 同工酶i i i ( n o s i i i ) 又称为内皮型( e n o s ) ，主要分布在内皮细胞中“1 。 1 2 生物体内一氧化氮的检测 生命科学迅速发展的主要标志是由宏观描述开始向分子水平和生命过程的 研究，它的特点是学科交叉，正如诺贝尔奖获得者a r t h u rk o r n b e r g 教授谈到的： “分子生物学己突破到细胞化学的边界，但缺少化学方法和训练是不可能打开这 个穹窿的。”随着学科交叉的不断发展，化学成了生命科学强有力的工具，化学 测量方法是解析一氧化氮问题的一个关键组成部分。 在生命体系中，细胞释放的一氧化氮量是很少的，平均每个细胞仅释放l 20 0a t t o m o l ( 1a t t o m o l = l o 。1 9 m 0 1 ) 如何原位定性和定量检测一氧化氮，是向 化学家们提出一个艰巨而具开拓性的难题。w e n n m a l m 等人首先报导了把一氧化 氮和牛血清白蛋白共价结合，然后用色谱柱分离，间接测量了一氧化氮的浓度。 此后，化学荧光法、质谱、紫外一可见分光法等测量一氧化氮的报导也相继出现， 然而，最引人注目的是采用电化学方法测量一氧化氮的报导，特别是卟啉修饰和 l ，2 苯二胺修饰碳纤维微电极，就是该方法成功的两个例子。电化学方法测量 一氧化氮具有许多优点，首先，使用的碳纤维电极直径小至2 6um ，可以对 单细胞进行测量；其次，该方法有极高的灵敏度和强抗干扰能力，其检测下限可 达到n m ( 1 n m = l o 。m o l l ) ，足于检测单细胞释放的氧化氮：再次，该方法的响 j 、砭时间低r10 毫秒，可以对细胞释放的- 氧化氮进入连续、原位跟踪，且在测 量中f i 会破坏细胞。这种方法已广泛的应用f 组织和细胞中氧化氨的研究，有 j j 地推动j ，这领域的研究进展。 篁二：兰：篁堡墨兰竺耋些竺塑塑璺坚婴塑竺! ：曼堕 第二节一氧化氮的生物学反应 生物体内的氧化氮是一种反应性极强的自由基。对于呼吸系统，它具有选 择性舒张肺血管、降低肺动脉压和肺血管阻力、提高肺通气血流比、改善氧合、 对体循环影响小等优点。目前吸入低浓度n o 已被广泛应用于各种原因所致肺动 脉高压和缺氧性肺部疾病的治疗b “。n o 在神经系统中是一种神经递质，在大 脑神经元具有n n o s 及e n o s 。长时程增强( l 1 r p ) 是神经突出可塑性和突触传 递的一种表现形式，n o 增强l t p 的作用，对记忆和学习有促进作用。 n o n a d r e n c r g i cn o n c h o l i n e r g i c ( n a n c l 神经，分泌n o ，促进脑血管扩张，对局部 脑小动脉的血流调节很重要【7 l z l 。消化系统中，n o 在基础状态下对胃粘膜有保护 作用，还可通过n o s n o - - - - - c g m p 途径参与对肠粘膜内皮细胞的调节。另外，科 学家很早就发现巨噬细胞在外界刺激下可产生n o ，来杀死微生物甚至是癌细胞 1 9 】。据报道，n o 吸入疗法还可缓解s a r s 病情。 一氧化氮基本的，也是很重要的一种生物学作用就是作为细胞问信息递质， 在大多数细胞组织中，n o 都作为信号的传递体，通过激活鸟苷酸环化酶( g c ) 来发挥作用。n o 生物合成释放后，由于其亲脂性的特点，迅速在邻近的细胞间 扩散，并与其中含有g c 的血红素基团( h e m e ) 结合，形成n o h e m e - g c 复合 物。这样，鸟苷酸环化酶就被激活了。活化的g c 使细胞内的c g m p 产生并大量 堆积，从而发挥其松弛血管平滑肌、抑制血小板凝聚以及中枢神经传导等各种生 理功能1 1 “。 在生物体内，n o 的攻击的目标首先是蛋白质辅基里的金属离子，特别是血 红蛋白里的铁，它与金属原子形成哑硝酰加合物。第二个途径是n ( ) 能与超氧离 f ( 0 二) 反应生成过氧q e 硝酸根( o n 0 0 ) 。第二个通道是与蛋白质或肽哩的硫 醇基反应，生成s 一亚硝酰加合物。 第一章一氧化氮与酚类化合物的反应研究研究进展 一氧化氮在心脏中的活动 2 1n o 对n o s 的自抑制作用 1 9 9 6 年3 月在美国的一次全国会议上，有人描述了通过神经原的n o s 的作 用所产生的一氧化氮是如何快速地与酶本身的血红素中心的亚铁离子生成络合 物的过程。该络合物生成的速度极快，在酶合成第3 个一氧化氮分子之前就使反 应达到平衡。据报道，与n o 分子快速反应的其它生物分子对该络台反应的速率 没有影响。这证明，n o 脱离酶的活性中心与其他分子在反应前一直是键合着的。 一旦生成亚铁一亚硝酰络合物，酶便不再具有活性【1 2 j 。研究者使用可见光谱和 拉曼光谱证实，甚至n o 正在继续合成时，7 0 9 0 的酶已经失去活性成为自抑 态。研究者很j 晾奇：为什么酶会如此快地因自己的产物( n o ) 而失活? 他们认 为，可能是酶的活性是经由组织中存在的氧量来调节的。n o 络合物的生成容许 神经原的n o s 去合成n o ，其速度与氧的浓度成正比。 2 2n o 是氧量传感器 n o 结合咖童f 索里的哑铁，继而i 分j i 氧反应，乍成硝酸根离 二，并把血红 豢铁氧化成高铁。研，z 青竭调，n ( j 一酶络合物弓氧的反庶足阻抑酶再次进入生化 合成历程的州：一途径。这就建、i ，i ，一种小、，常的条件，使借助氧米分解哑铁一 第一章一氧化氨与酚类化合物的反应研究研究进展 n o 络合物成为稳态下的催化剂的决速步骤，而决定速度的并非电子转移、产物 离去或任何其他通常决定生物合成反应的步骤，所以，通过生成亚铁- - n o 络合 物，n o s 事实上成了氧的“传感器”，它能迅速改变正被合成的n o 的量，以 反映组织中氧量的变化。 n o s 并非睢种能够反映n o 受氧浓度变化影响的含血红素蛋白质，血 红蛋白也具有这种性质【”】。血红蛋白结合或释放氧或者与n o 和氧反应生成硝酸 根离子都会引起整个血红蛋白四聚体的变化，这些变化导致位于蛋白质半胱氨酸 残基的硫基结合或释放n o 。在血红蛋白的巯基和血红蛋白之间的相互反应是极 其巧妙的，此中，血红蛋白会发生一次变构，引起巯基释放n o ，该过程则既受 配体的结合力的控制，又受血红素的自旋态的控制。 2 3n o 调节血压 n o 的一个重要的生物化学功能是调节血压【“j 。血管内壁细胞含有它们自己 的n o s ，它们合成n o 。合成的n o 与邻近的平滑肌细胞里的含血红素的酶一鸟苷 酸环化酶反应，使肌肉松驰，使血管扩张，但是令人不解的是，以微摩尔量级计 的n o 是如何能够到达肌肉的，因为血管本身所含的血红蛋白的浓度达到毫摩尔 量级，其足以清除和破坏这些n o 。，美国d u k e 大学的科学家们发现，n o 在血 红蛋白的血红素里是通过生成亚硝基硫醇受到保护而免于转化为硝酸根的。最令 人惊异的是这种亚硝基硫醇是n o 跟血红蛋白本身的半胱氨酸基反应生成的，每 一个血红蛋白的四聚体含有4 个血红素基团和两个半胱氨酸基，每个半胱氨酸基 有一个硫醇基，可以结合一个n o 分子。 使用化学荧光技术能够测量生物体系里的纳摩级浓度的亚硝基硫醇。n 0 既 与血红素铁结合，又与半胱氨酸的巯基结合。在氧的存在下，亚铁血红素中的 n o 被氧化成硝酸根。血红素铁的氧化态的变化会影响半胱氨酸中结合着的n o ， 使它释放n o 。他们观察刮血红细胞上的这一基团被转移到一个小肽的硫氢基上， 例如转移到谷胱甘肽| - ，后者将把n o 携出细胞。当氧被结合到血红素铁上时， 半胱氨酸会结合更多的n o 。血红蛋白结合氧会使整个四聚体的构型发生变化， 由此会使半胱氨酸卜的硫氧綦更容易结合n o 。 第一章一氧化氢与酚类化合物的反应研究研究进展 测定由老鼠的动脉和静脉取来的血液时发现，当血液被输送到肺部时，它既 从血红素中心取得氧，又从血红蛋白的半胱氨酸残基上取得n o ，而返回到肺部 的血液里的血红蛋白则既耗尽了氧又耗尽了n o 。研究者们指出。富氧血红蛋白 清除掉血管里的n o ，但是却使血压会发生显著的变化，这是因为该分子会立即 使其他分子释放n o ，扶而引起血管松弛。血红蛋白运输氧时同时也释放n o ，可 能因此有助十扩充毛细管，使氧能够被输送到需要的细胞中去【“。”。 另有人认为，n o 的许多信号功能之一可能涉及n o 从硫氢基释放或与之相结 合。许多肽和蛋白质能够形成亚硝基硫氢基，虽然s 一亚硝酰血红蛋白是第一个 被证实的，但还应当有许多蛋白质，例如组织的血纤维蛋白溶酶原的活化剂和n 一甲基d 一天门冬酸酯的受体，也可能具有通过s 一亚硝酰化作用来调节功能， 如同通过磷酸化调节的其他蛋白质一样。但是这种说法与某些化学家的说法相 左，后者提出动力学的论据来反对在生理条件下生成s 一亚硝基硫醇的结论。 美国威斯康新大学的研究者们研究了可溶性鸟苷酸环化酶的调节机理 1 0 1 “ ，该酶与n o 结合导致血管扩充。鸟苷酸环化酶也被卷入到其它n o 信号路 径，包括某些在中枢神经的神奇莫测的学习和记忆的形成中起作用的路径。应用 可见光谱和拉曼光谱，这些研究者研究了当n o 结合时发生在鸟苷酸环化酶中的 血红素铁的配位环境中的变化。当与n o 结合时有一个组氨酸配体从血红素中被 置换掉了，结果生成了血红素一亚硝酸络合物，该络合物不含任何来自蛋白质的 配体。一氧化碳也能够结合血红素铁，但是后者不置换组氨酸配体，也不会使酶 活化。为了确定置换组氨酸是否是使鸟昔酸环化酶活化的重要条件，研究者们用 其它具有不同配位优选性的金属卟啉来替换该酶的血红素基团，例如，c o ( i i ) 卟啉与血红素相比更不喜欢同时结合n o 和组氨酸。研究发现，跟天然的酶一样， 含c 。( 1 1 ) 卟啉的类似物在结合n o 时也被活化。相反，m n ( ii ) 卟啉的类似物能 够同时结合n 0 和组氨酸，却不能因结合n o 而被活化。鸟苷酸环化酶结合n o 后 的形体在隔绝空气时十分稳定，但是在空气巾渐渐失活。失活是跟被结合的n o 氧化成硝酸根和亚铁m 红素氧化成高铁血红素有关。这意味着，这个反应可能使 酶征体内失效。 2 4n o 分子在昆虫吸i f i t l j 、t 的作用 第一章一氧化氮与酚类化合物的反应研究研究进展 阿里桑那大学的一批研究者报告说，至少有一类血红蛋白可以可逆地结合和 释放n 0 。吸血昆虫在吸血时用这类酶来扩张猎物的血管。这些蛋白质的血红素 里的铁是高铁而不是亚铁，它对n o 的结合常数远小于亚铁血红素。因此，在生 理条件下，n o 能够从络合物里解离出来。同大学的昆虫化学家则发现在两类 不同的昆虫，臭虫和锥鼻虫的唾液里发现了一类叫做n i t r o p h o r i n 的化合物。在 p i 为5 5 ( 唾液值) 时，n o 结合牢固，当p h 为6 3 5 ( 其猎物的血液值) 时n o 结合松驰。d h 值改变引起的n o 结合与释放的现象有助于确保昆虫得到足够的 血。鉴于这两类昆虫的蛋白质相去甚远，它们可能彼此无关地用同一种方法来增 加它们吸血的效率。 2 5n 0 和超氧离子的反应 n o 的另一重要生物学反应是它与超氧离子矿反应，反应的可能产物是过氧 亚硝酸根离子0 n 0 0 。在生理p h 值下，该离子的半衰期为卜2 秒，因此从未在细 胞间检出该产物。过氧亚硝酸根离子被认为是人体有炎症、中风、心脏病和风湿 病引起大量细胞和组织毁坏的原因。它们在巨噬细胞里的受控生成是巨噬细胞能 够杀死癌细胞和入侵的微生物的重要原因。怀俄明大学的研究者用生物拟态法合 成了过氧亚硝酸的四甲基铵盐。合成反应是计量的，在液氨里进行，以保证超氧 离子在溶液中存在，并可避免生成亚硝酸根和硝酸根的副产物。研究者们用谱学 方法和简单的反应来探究过氧亚硝酸根离子的基本性质，例如它的基态究竟是顺 式的还是反式的，返两种构型之间转化的能阈有多大，以及它和硝酸根的异构化 反应等。他们发现，当标记的过氧亚硝酸根在”0 标记的水中分解时，生成的硝 酸根含有1 1 ”0 。由此可见，该反应绝不是简单的异构化反应。 第一章一氧化氮与酚类化台物的反应研究研究进展 第三节一氧化氮与酚类化合物的反应 3 1 一氧化氮的电子性质 n 0 为一双原子分子，分子量3 0 。根据分子轨道原理及其分子含有奇数个 电子，它具有顺磁性。其共振有如下形式( s c h e m e1 ) ，即n o 是一个稳定的自 由基分子。 h = b n = o 一内= 6 一n - = o s c h e m e l 作为一种自由基分子，它易与溶液中的o ：及其它活性物作用，而无法直接 用e s r 检到其顺磁共振信号。n o 作为一种自由基，可以捕截其它自由基或诱导 产生的自由基，这一结论已被许多实验结果证明( s c h e m e2 ) 1 8 - 2 0 。 n o o h 2 c 2 n o z 。l o = n c h 2 n 。_ 二生o ：n c h 逸6 n ：c h n o ： 0 c h 。旦c h c h 2 - s c h 3 3 n o c h ，一c h h 2 h 3 c n c s , - c h 3 2 o s c h e m e 2 从n o 的共振形式还可推测n o 自由基具有亲电和亲核两重性。 3 2n o 与酚类化合物的反应 酚类化合物如o t 一生育酚、儿茶酚等，大多具有抗氧化的活性。一些激素类 化合物也含有酚羟基，如肾上腺素。酚类衍生物是有机化台物中一个庞大的复合 家族。由r | 其羟基的高反应性和其吞噬自由基的能力，这些化合物具有抗氧化 活性的潜力。人们可以把这些化合物分为两类：类黄酮化合物( 果皮、籽、梗的 提取物) 和非类黄酮化合物( 细胞液泡的提取物) 。类黄酮化合物组成低分子量 第一章一氧化氮与酚类化台物的反应研究研究进展 的多酚基；它们可再分为黄酮、黄酮醇和黄烷酮。类黄酮化合物具有多种生物作 用，由于其螯合的特性，已被证实具有抗炎症、抗变态反应、抗病毒和抗癌症特 性。研究酚类化合与n o 的反应具有重要的意义1 2 1 1 1 2 “。 在完全绝氧的条件下，n o 不与酚类化合物发生反应。在催化量的o ：的存 在下酚类化合物首先形成酚氧自由基r o ，它是一个共振稳定的结构，可以经偶 联，重排，得到不同的产物。 00 根据反应过程和产物的不同，可以将一氧化氮( 包括一氧化氮释放剂，如 n o + b f 4 等) 与酚类化合物的反应分为取代反应和氧化反应等。 3 2 1 取代反应 研究表明，n o 与苯酚类化合物的发生硝化反应时，发现新的反应硝化产物 与芳环上取代基的位置有关【3 0 l ： ( 1 ) 当酚羟基的对位没有取代基的时候，主要产物是对硝基化合物，但是 与1 萘酚反厦的，得到的是大量的2 硝基萘酚和少量的1 ，4 一萘醌。 ( 2 ) 当酚羟基对有取代基时，得到的是2 一硝基化合物。 有关一氧化氮与简单的酚类化合物的反应报道很多。 1 9 9 9 年，s u s a n ay e n e s 等人 2 2 】用简单的取代酚类化合物与一氧化氮反应，得 到了硝基取代的产物。 r 膨洲一r 赅芝。 c h 2 c h ( n h 2 ) c o o h 在2 ，6 - - 二：甲基苯酚和l 一奈酚与一氧化氮的反应中，除了硝基取代产物外， 还仃哑硝基取代的产物；现。 h。 一 第一章一氧化氨与酚类化合物的反应研究研究进展 哎h r 众h 趟q r = n oo r n 0 2 r = n oo rn 0 2 在与羟基取代的苯并毗喃化合物在反应中，在得到硝基取代产物的同时，还 得到了开吡喃环的产物。 n 0 ：舻秽? 。沁ow o 动m e o , , r , 绅七o 芦 2 0 0 1 年，p c o t e l l e 等人在研究咖啡酸时发现，咖啡酸可以与一氧化氮反应 生成硝基取代产物【”i 。 o h o 、p 丫c h o + h o 八厶n 0 2 + 2 0 0 4 年，d a c o g a n 等人报道了酚类化合物可以与一氧化氮反应，生成双 硝化产物【2 4 】。 洲 o h n 0 2 下面是2 0 0 2 年报道酚类化合物与一氧化氮发生硝化反应的一个例子二5 钾 一 第一章一氧化氮与酚类化合物的反应研究研究进展 贮9 洲一e t o ，c n h b , z 科l k - 办洲n 0 2 日岛c 八 一 2 3 2 2 氧化反应 1 9 8 5 年，h e n r yw a 1 t l a n d 等人发现如下的对苯二酚衍生物与一氧化氮会 发生氧化反应生成醌【2 ( ；】。 n ob f 4 2 0 0 0 年，d s b o h l e 等人【2 7 1 对2 ，6 一二叔丁基苯酚的4 一位取代的衍生物 在甲醇钠作用f 与一氧化氮的反应进行了研究，发现酚羟基被氧化，4 一位上了 氮氧取代基。 r b u t i n a o m e b u l l ：丛q o r = m e ，m e o ，m e o c h 2 ，e t 4 一位为二甲氨基甲基时，则被氧化消去。 i n a o m e n o o 0 n n a 而4 ，4 一二苯甲烷则发生了氧化分解 日。 b u l b u 上l 一 o o n o h b u t n o - - h 耻、 。钍。 nn、 旷卫 洲今洲 审 鼬 第一章一氧化氮与酚类化合物的反应研究研究进展 b u t n a o m e mn o y 虬叫。u v + 0 n n a 3 2 3 其它反应 日本一些科学家发现了以下反应【2 8 】 h + 一n a b u t n - o - - h 。，廖o z c n 。m 慧t m s c 一- - c o e t 。，廖。夕o 。 1 9 9 5 年，m a r c od i s c h i a 研究了n o 与抗氧化剂一生育酚 ( v e ，一t o c o p h e r 0 1 ) 的反应，得到了开环产物2 和缩还产物31 2 9 1 。他指出， 化合物3 的形成是经历了一个缩环步骤，就像m m a t s u o 3 0 l 做过的经由 e p o x y t o c o p h c y l q u i n o n e 的反应生成化合物4 一样。该反应说明，某些抗氧化剂 ( a n t i o x i d a n t ) 能像清除生物体内其他自由基一样地清除n o 。 c 1 6 h 3 3 型里 o ，肘 o h+ o 2 34 带 b 第一章一氧化氮与酚类化台物的反应研究研究进展 第四节一氧化氮与其它化合物的反应 4 1 一氧化氮与碳碳双键的的反应 早在1 9 5 6 年，b r o w n l 3 1 1 就很深入地研究了一氧化氮与烯烃的反应。他通过 对n o 与异丁烯的反应的研究指出：n o 在痕量氧存在条件下( 也即有少量n 0 2 ) ， 经自由基反应机理得到硝基、亚硝基取代或二者共存的产物。并认为该反应是由 n o 气体中存在的少量n 0 2 引发的。 h 。盎瞵。2 一芦0 2 + 一。2 n o 与异丁烯的反应 后来，k o r t h 3 2 i 等人利用取代醌迸行自旋捕截n o 与烯烃反应中间体，比较 有说服力地证明该类反应是由n 0 2 引发的自由基反应。在一氧化氮与烯烃的反 应中，n 0 2 和0 ：的量对反应有很大影响。 n o 与多烯类化台物反应时，由n o ：引发的自由基的未成对电子在整个体系 中离域而加强r 其稳定性。s b j o n a t h a n 等人认为n o 与多烯( 如2 ， 5 - d i m e t h y l h e x e 2 ，4 - d i e n e ) 反应时，会生成氮氧自由基口l 。 k 沁一一沁 n o 第一章一氧化氮与酚类化台物的反应研究研究进展 4 2 一氧化氮与碳氮双键的反应 吨手 0 2 南 1 9 7 2 年，w i l d s m i t h 等人b 们研究了n o 与简单腙的反应，c = n 键断裂，生 成羰基化合物。 r 2 文r 1n n h 2 坐lr ：人r 1 n hn 。上lr 2 匙 肟分子中也有亚胺键，d a n z i g ，o h m c 等人【3 5 j 在6 0 、7 0 年代对有强碱( 如 n a o m e ) 存在时n o 与肟的反应作了深入的研究，产物主要为含n 2 0 2 存在的盐。 ，o h n p 如h 静晶n e oe n no m e s i n n a 硝 a r 罱一。 占e 1 9 9 8 年，j o s e p h ，a h r a b i e 3 6 1 等人首次研究了n o 与席夫碱( s c h i f fb a s e ) 的 反应，并提出了可能的反应机理。 邺叫忙昌囝 从底物的结构分析，席大碱碳氨双键发生极化，氮原子带部分负电荷。n o 作为亲电试剂进攻氮原子。 向 西 七诚辛叭 ，+ e 一 | 蓦i 叫一n 一 第一章一氧化氮与酚类化合物的反应研究研究进展 p 1 一n n n o i ：n o 酽忙鬻。 一镯一o - 一享 4 3n o 与胺类化合物的反应 j n a g a n o 等人报道 3 7 】 3 8 1 ，在苯溶液中，n o 与伯胺反应得到三氮烯衍生物。 十 一 r r - n h r - n i n i 2 n o r o 仲胺与n o 的反应 i 生成含。n ：o 二基团的盐l ”】。 第一章一氧化氨与酚类化合物的反应研究研究进展 z r 、n r 哗r 、妒h z r 紫r 汗斯酯是一种被广泛研究的仲胺类化合物，i t o h 等人用1 4 种二氢的吡啶衍生物 作反应底物，研究了与n o 的反应，得到了相应的芳香化的吡啶衍生物】。 1 9 9 6 年，t a k a s h ii t o h 等人在催化量的氧存在下用n o 和多种苯胺反应，得 到脱氨基的产物，反应在无氧时不进行 4 0 1 0 2 n o h n o l - 1 n 2 0 3 n x + h n o z + n 0 2 d n h 2 上l ld 尚叫且0 。 4 4 n o 与酰胺的反应 b e n z e n e 1 9 9 6 年，c o l l e t 等人1 4 1 】发现了n o 能与n 酰胺( 1 ) 的一氨基酸反应，而形成 环内酯，中间产物为2 。n o 没有取代羧基位的n h ，这是一个值得思考与讨 论的问题。该实验很有创意氨基酸为起始原料，先转化成氨酰胺，再与n o 成氨基酸环内酯。如果起始原料用手性氦基酸的话，那么生成的环内酯也应该 是有手性的。 r r - 葑俨o h 2 0 c 叟h 2 r o y c 纣小 n v n 卫2 一r y 村v r n o n 2 + h 2 0 一 ：o 4 5 n o 与活性碳氡的反应 n o 也可与某些c 的活性氢反应，如n o 与丙二酸酯活性h 的反应和 与某些芳基的一h 的反应删 。转 r 一 o rr 人 眦 第一章一氧化氮与酚类化台物的反应研究研究进展 4 6n o 与其它化合物的反应 4 6 1 n o 与核酸碱基的反应 n a o m e n a 0 m e h n v c ! 驴e o l n 2 0 2 n a g n 纷 为了深入了解n o 对d n a 、r n a 损伤的本质，人们首先对n o 与核酸碱的 反应进行了研究。1 9 9 5 年，n a g a n o 等人【4 4 】研究了微量氧气存在时n o 与核酸碱 基的反应，发现生成了脱氨基产物。无氧时二者之间很难发生反应。 s u b s t r a t e p r o d u c t y i e l d 肠 n o + 0 2 n o 9 92 8 5 o 2 8o i n o s i n e 9 9 x a n t h o s i n e8 1 躯ne 0妒崤卅c o o e e m m 2 c h k o ，户c 肼 o o 寸一 悯 。玲焱。义。氍。僻。文。 鸯。玲 第一章一氧化氨与酚类化台物的反应研究研究进展 c y t i d i n e u r i d i n e4 7 1 9 9 9 年，s u z u k i 等人1 4 5 】从脱氧胞苷与n o 的反应产物中分离出了脱氨基之前的 中间体重氮盐，使人们对n o 与核酸的反应有了更多的了解。 t a b l e1 - 1r e a c t i o no fn u c l e i ca c i db a s e sa n dn u c l e o s i d e w i t h n o + o zs y s t e m r - n ，h r - n ，n o _ 坠r n _ 2 0 h 些- - i = = = = ；i = = 2 一；= = 、h、h、h r - n ，n 刊些r n 刊字竺 一r 一 ：兰：， r 戈；n 二垫i 爵：竺竺坠r o h 4 6 2 n o 与苄基氰的反应 a r n o l d 报道1 4 6 1 在碱性条件下，苄基氰与n o 反应形成双二氮蓊盐，在酸性 条件卜会分解成n o 和n ：o 。 h n , 岛o m e 映y o m e 鼍半。大- - 峨n 2 0 2 n n a a 卫h 朋仙。 第一章一氧化氮与酚类化台物的反应研究研究进展 参考文献 1 g a r t h w a i t e ，j ；g a r t h w a i t e ，g ：p a l m c r , r m ；e ta 1 e u r ，p h a r m a c 0 1 1 9 8 只1 7 2 , 4 1 3 4 1 7 2 n i r o o m a n d ，f ；f e r r i g e ，a gm o n c a d e ，s n a t u r e , 1 9 8 7 , 3 2 7 ：5 2 4 3 ，孙k 凯，黄远桂烈导影1 9 9 6 ，4 ：5 3 4 r a c h m i l e w i t z , d ；k a m e l i ，f ；e l i a k i m ，r e 1 a 1 ，g u t 1 9 9 4 j3 5 ：1 3 9 4 5 f u r c h g o t tr f ；z a w a d s i k i ，j vn a t u r e1 9 8 0 , 2 8 8 ；3 7 6 m i l b o u r n e ，e a ；b y g r a v e ，el c e l lc a l c i u m1 9 9 5 , 1 8 ：2 0 7 7 w a r r e n ，j b ；p e n s ，eb r a d y , aj b c a r d i o v a s e cr e s 1 9 9 4 , 2 8 ( 1 ) ：2 5 8 l i ，wj ；j i a ，g + l ；q i n ，t j f o u r t hm i l m e d u n i v 2 0 0 3 ，2 4 (