（物理化学专业论文）白藜芦醇的量子化学研究.pdf

ab s t ract hf 助d o 盯 ofq uan t u mc h e m is 匀 h as卜 努 n 。 别 川tore ， 灯 c h r e s v . r at ro l atdi ffer 助 t b as is 鱿 朽 吞 3 1 q阅 1 g(d)， 卜 知十 c ( d ) 、 目】 g * ， c p 闷 g ) ld ， e !， i n c l碱吧旅 咖1剧 larg e o m e 州 es ande lec 如n icst rij c 幻 j res o p t i m i斌io no f re s v e r a lr o i， w ith h y d r o g . n比n dc o n s id e r e d ， 即d 分 叫 此 的 叮 助dth e n ” 叼y 咖 油 ( 1 民 凡 助阴 ) ， u v ( c i s ) . an is otro p 记h y 讲 币 n ec o u p l i邓 加仪 山 川 15 ( p r o p ) ， 卯妞 nliaie n e 咚 岁和 州 触 “ (p e s)sc an. 刻、 即喇m 曰 h y l 司 c o h o lw 川 已 r，and 曰 加 川 。 】) s im u l 水 。 目 c u lati叭 明d n m rsh i e ld i n g 妞 ns 0 rsand m agn el i c s 以e p lib i l i幼 低 二 i n 司 d iti 朋 加 m 。 !即 u 恤 g e o m e 州 。 5 . 】 即 加n ic 尔 月 加 r es ， 介 叫 叱 n c y叫 d伽 e 而司 y 洲 ics of 和ly datinhav e 卜 沈 n ca贻 u .创 目时山 心 b 3 l y p 洲 6 口 3 1 0 (d) leve l ofd f t. h y pe r 6 配geo m . 玄d esand e l即 七 o n ic s tl ” c l o r e s p a n 溯雍fs.c h 呢e d i 州b ut in 乐姗 卿 朋d 即坛d 姑 翻 口 “抽， 已 加翻9 说丘 。 mo p l im i乙 时 ionc a lc u l ati即成r e s v e 月 对 r o 弓 top e s u m 。 丘 比 拍 巧了 池p h arm 剐 10 91 司 俪cti o 氏amo n g w h ic h h y d 阳 g c n bo n d ( h bi ns i山m o l e c u le o f 代 s v e ra 。 。 1， h bbetwe e n 傲丫 e 圈m l 助d w 留 e 日 bbe栩“ n 代 ” 刀 e 门 盯 o l and m 毗y l al cohol， h b比 twee n n 岛 ， e 口 扮 0 且 洲dd 加 川 0 1 ) 抽 sb 沈 nc 目 c 川 成 目 in4c 巴 泌 sf 叫卿 叮 朋d山 e 而冈y n a ln ics ( in c lu d i n f 2 5 and 3 7 of心v e r at ro l d a 扭c 胡g ives o m e i n fo rmat io n a bout尚v e r 笼吐 r 0 1 in b edy. 5 伴 ct 川 mr . se ar c h吻 con tra 成expe行 m e 盯 ta l 沐d lgr e e ， 匆 门 训gwhic hi r即du vb as i喇ly 。 加5 15 忱 n t sol ven 城m e 山 y l 目 。 h o 卜w 以 盯 ， 即 d 曰 h ano i) 幼 m ul 毗 c al c ul 而ono 价阁 h 观e 出 记 翻e 卿 d a 相w h ic h can gi v e 叹fu 1 in fo n n a t io n fo r itsdi st i ll in g an d s e p 山 泊 t io n o f 犷 “ v e 日 戒 r o l in so lv 即 以m 日 h y l a lc o 卜 。 .， 钊 日 妞 几翻d . t h ano l)， 助d w a 沈 m 加ng et 恤 川 0 1 15 比“ e r for d 议ilh 明 八 ” v e m 汀 。 1 . p o te n l ia l e n e rgy s u 呼 如 e (p e s ) sc an o ffer e dm in i m um 卯t enlial撤 恻 s u rf 时 e 切 a x im a 】 h 吨e s 公 ” en m rshie ld in g 忱 ns o 岛助 d m 砚 笋 e t ic s o sc e p t i bi l it i esgot 丘 o m3 m e th 冈5 ( c o 盯 1 1彻 山s e t ofg a u g . t 口 口 s fo rm国 沁 n ， c s c 刀， s ingle g a 吃e o d 颐 氏朋d o 6 a 侧 m e 由 叼) ， 份 li abl. re s u lt i s fromn l日 山 必 1 即d m d t h n d 3 . a n iso t r 0 pi c h y pe币 necoupl i n g c o ns . 山 ts伊 r o p) of代 s v . 介 山 幻 1 0 玉r ed也 e pot e n 宜 1目 ， d e c 州 c 爪城朋d d . c 苗 c 血ldg 门 d 贻 爪at娜h n ucl池. 目 m 朋9 喃ic h pl a n a r d 豆 .毗 l es s 旧1 曲le. h y pe 币 n e ge o m el ri esan d e lo c tr o ” ic st ru c 奴 lr e s p ar an l e 仍 rs。 c b a 卿 d i而b ut in 肠en e 卿 明 d 和恤 d i s . m c e 即d 介 明 能” 叮即d th e 而冈 扣a m 毗 山协h a v e 加e n g 0 1 云 ” 功叩石 m i . 6 o n and 丘 已 q 业 n cycalcul硕onofpo卜 山t i氏50咐 咖 以 比 e mtop 代 活 ume th 。 ， latio n be tw创 m阮mand p 抽 口 汹 co !哈喇 加 幻 ctionofpo妙 山亡 沉 k 留w o rd引r e s v e ra t ro l poly d at l n q 少 川 tu m c h e m i s try 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学 有关保留、 使用学位 论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权南昌大李可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 文 作 者 签 名 : 外梅导 师 签 名 二 凉 孤 确 签 字 日 期 : 年 月 日签 字 晰” 7 年 少 月 如 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话 邮编 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人己 经发表或撰写过的研究成果， 也不包 含为获 得 南昌大学 或其他 教育 机构的学位或证书而使用过的材料.与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 妙 文 作 擎沁 签 字 跳 口 夕 年 ” 王 2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了 解南昌大学有关 保留、 使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅. 本人授权南昌大李可以将学 位论 文的全部或部分内 容编入有关数 据库 进行检索， 可以 采用影印 、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学 位 论 “ 作 者 签 “ 手 “ ，呀突 将 签字日期:年月日 导师签 名 ( 手写) : 签字日期:年月日 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话 邮编 第 1 章文献综述 第 1 章 文献综述 .1 白蔡芦醇的药理作用及 其提取分析情况简介 l l i 白蔡芦醇的药理作用 白葬芦 醇有降血脂作用， 还能使心脏收缩振幅增加，加强心肌收缩力，改 善循环，显著 增加冠脉流量， 用于治疗高血脂症。 对微循环的影响:白 葬芦醇 昔静注或直接涂敷均有扩张细动脉的作用，增加心搏出量和脉压差，在脉压差 增大的情况下，促进毛细血管流的恢复和毛细血管的开放，提高动物存活率， 对临床 休克的 防治有重要意义川 。 对血小 板聚集的影响:白 葬芦醇昔具 有影响二 磷 酸 腺 普( adp ) 和 前 列 腺 受 体 功 能 ， 抑 止c 矛 十 内 流. 可 以 治 疗 上 消 化 道出 血 12 ， 对呼吸系统，大黄素和白葬芦醇昔有镇咳平喘作用，临床用于治疗肺炎和慢性 支气管炎。抗病原微生物作用:大黄素、大黄素葡萄糖昔和白葬芦醇昔对金黄 色葡萄球菌和肺炎双球菌有抑止作用，其中白薄芦醉昔对导致顽癣、汉疙状癣 的深红色发癣菌、趾间发癣菌有很强的抑止作用，临床可用于治疗银屑病。 l l z 提取与分离 白 墓芦醇的提取由于所用植 物原料不同， 提取物的 组份也有所不同，除含 白葬芦醇外，大多还含有白薄芦醇昔、亚油酸、黄酮类、菇类、酚酸类、酒石 酸、单宁等多种组份，因此，为了提高白葬芦醇的纯度和收率，要选择合适的 溶剂， 还要对提取物进行一系列的 分离 纯化 14.5 1 。 1 . 1 . 2 . 1 渗滚 原 料粉末用95%( 质量分数) 的乙醇 渗流提取，减压回收溶剂， 用5 %( 质量 分 数 ) 酒 石 酸 溶 解 提 取 物 ， 酸 溶液 乙 醚 萃 取 得 提 取 物 161 。 1 . 1 . 2. 2 加热回流 加热回 流提取白 葬芦醇的溶剂有甲 醇、 95%( 质量分数) 乙醇、 无水乙 醉和 乙 酸乙酷; 对 提取液萃 取分离的 萃取剂有 石油 醚、 氯仿、 乙酸乙酩17.幻 。 提取液 第 1 章文献综述 经减 压浓缩后加 n acl 至饱和， 滤出 沉淀去除单宁和 脂肪酸， 滤液冰箱内 低温 ( -5 0 ) 处理后， 滤除 沉淀去 除酒石酸， 滤液用石油醚萃取， 萃取液含白 葬芦 醉， 萃余液 含黄酮 类物 质，萃取液 减压 蒸馏除去石油醚， 再用乙酸乙 酷萃取， 萃取 液含白 黎芦醇，萃余液含白 葬芦 醇昔，减压蒸 馏乙酸乙酷后即得白 黎芦醉 粗品。白 葵 芦醇是一种多酚类化合 物， 多酚类化合物的极 性强，它易 溶于极性 强的 溶剂， 因此， 用甲 醇或乙 醇提取效 果更好，即2 3 倍量甲 醇或乙醇回 流提 取 2 一 3次，提取液经水浴蒸馏后浓 缩;由 于提取液所含组份比较多， 应根据各 组分的极性不同，选择不同极性的溶剂进行提取，溶剂的选择是否合适，是决 定能否 提出 的关键，因此宜于采用极性由 小到大的萃取剂石油醚、氯仿、乙酸 乙酮 进行多次萃取来分离。一般常用石 油醚洗涤后， 40 减压浓缩至干， 千物 质溶于 等体积乙酸乙 酷和水中，白 葵芦 醇溶于乙 酸乙 酷。 1 . 1 . 3 纯化 纯化的目 的主要是对提取白 攀芦醇 粗品中 的白 攀芦醇顺反异构体以及白爹 芦醇昔 进行分离，以 获得产物反式白 爹 芦醉。白 爹芦醉的纯化目 前常采用硅 胶 柱色谱、薄 层色谱， 高效液相色谱. 由于多 酚类化合物极性强， 极性梯度洗脱， 即以 极 性不断增强的梯度， 从而使保留强 烈的 组分流出 速度逐步得到加 速; 使 用 流 动 相 为 二 元 体 系 ( 石 油 醚 ， 乙 酸 乙 酷 ) 也 易 于 对 顺反 异 构 体的 分 离 10 。 l 1 3 .l 色谱柱 色谱 柱色谱均采用硅胶h 作固 定 相， 用前在巧 0 2 0 0 活化， 硅胶的吸附 活性取决 于含水量， 实验表明 含水量 4ok 20 %( 质量分数) 的 硅胶柱效 高， 含水 量越低，活性越高， 但物质被吸附得太牢，以致不易被洗提下来，除了 吸附剂 的活性外，还要考虑样品的极性、溶 解度，白龚芦醇的强极性， 应选择活性较 低的吸附剂，因 此， 通常 采用含水量1 0% ( 质量分数 ) 左右的 硅胶， 溶剂的选择 应考虑吸附 力较弱的 溶剂，以 便吸附剂能 将样品自 溶液中 吸附出 来，如石油醚、 抓仿、 乙 酸乙 酷等， 通常以 混合溶剂 m勺 c o 刃h c13 梯度洗脱， 或以 石油醚和乙 酸 乙 酌 (9:l 5 : 5)梯 度 洗 脱 ， 粒 度 采 用 1 60 目 左 右 ， 流 速 在1 ， 0 1 .2 ml/m in ， 流速 不能 太快， 否则分离 效果不好， 梯度洗脱7 一8个组分， 收 集2 ， 3组分， 硅胶柱层析后，一般对收集组分还要通过重结晶进行进一步纯化。 第 宜 章 文献综述 l l 二2 薄层色谱 薄层 色谱常用的 薄层板 有metck 幻 s e lgel 印f254 和 c f 2 5 4 ， 吸附 剂常采 用 硅 胶h 、 聚酞胺。 展开剂的选择和柱色谱一样， 主要根据样品的极性、 溶解度和吸 附剂的活性等因素来考虑， 通常采用的展开剂有氯仿: 丙酮: 甲 酸: 水( 体积比 4 : 4 : 0 . 5 : 0 . 2) 、 正己 烷: 乙 酸乙 酷二 甲 酸 ( 体 积比 30: 10: 05)和3 %( 质量 分 数 )l 01 ， 甲 苯: 冰 醋 酸: 甲 醉 (3: 】 二 0 . 2 )t1. 1气 l l 3 ) 高 效逆流色 谱 逆流色谱是一种不用固态支撑体或载体的 液液分配色谱技术，采用这种具 有连续有效的分配分离技术， 用g s10a z高速逆流色谱仪， 上下相组成为 氯仿: 甲 醇: 水 仔: 3 : 2)， 进 样 量 2 52m g ， 流 速 为 2 . 。 翻 山 m in-l， 转 速 8 00rmin ， ，获 得较高的收率。 1. l 4 分析 目前，白黎芦醉的分析方法主要有高效液相色谱、气相色谱和毛细管电泳 法 t13 一 ，61 . l l :4 高效液相色谱( h p l c ) 法 h p l c法色谱柱有k 州 g2g 18( 5 彻 x 2 0 0 .几 m) 、 b o n 山 p az k218(5协 x z oo mm ) ， 流 速1 . z m l m in-l，紫 外 检 测 波 长 3 03 nln ， 在 5. gm in和16 . 1 min， 左 右 分 别 得到白 黎 芦 醇 昔 和白 葬 芦 醇112 。 novazp akcl 。 柱 ( 3 00协 x3 .9 腼 ，溶 剂 a 为1 0 % 的甲醇水溶液，溶剂b为9 0 % 的甲醇水溶液， 25min 内溶剂b从0 % 变化到90% ， 流速为o6 m l / min ， 紫外波长3 06nxn ， 在13.2 s min和157 5 m in 时 ， 分 别 得 到 反 式白 葬 芦 醇 昔 和 反 式白 葬 芦 醉 仍 。 色 谱 柱cl : ods (4. 6 皿 n x l 0 0 it 田 1 ) ， 5 卜 m ，以 c h 3 o h: 玩。( 4 0 : 6 0)为 流 动 相，检测 波 长 3 0 7 刊 旧 1，4 1 。 用cl。 反相h p l c测定葡萄中白黎芦醇的含量， 流动相用乙酸 : 甲醇: 水或水+ 乙 酸 + 乙 睛 ( 75: 5 : 2 0)混合 溶剂， 还 有报道 用 气 质联 用 ( g c + m s) 分析的 方 法， 并己 利用此法对3 0 0 多 种商品葡萄酒中白 契芦醇的 含量进行了 测定， 这些方法均 能很好的分离白葬芦醇与其顺式异构体。 1 . 1 . 4 . 2 固相微萃取( s p m e ) 法 s p me 法是近年来发展起来的一种新的无溶剂样品处理技术，s p m e 通过石 英纤维表面的高分子涂层时样品中的有机物分子 进行萃取和预富集， 在一个简 第 1 章文献综述 单的 过程中同时完成采样、 萃取、 富集、 进样， 提高了 分 析速度 和灵敏 度， s p m e 与g c 八 以 5联用对葡萄酒中反 式白 葬芦醇进行了 定量分析 u 7 】 。 即lc 是中药制剂 质量评价中常用的分析方法， 为了 适应g m p 管理与日 常检测的 要求， 理想hpl c 方法应具有流动相易于制备，分析时间短，样品不需预处理，利用白黎芦醇具 有 酚 轻 基 ， 在 较高 州值 呈 亲 水 状 态 ， 在 较 低 p h 值呈 疏 水 状 态， 调 整 流 动 相 的 ph 值， 并梯度洗脱， 将获得满 意结果。目 前， h p l c 用于白 黎 芦醇的分析， 样品需 要量大，步骤繁琐、耗时长，待测 组分损失严重;由于多酚类 化合物的极性强， 其样品预处理都比 较繁琐，需用有机溶剂进行萃取分离，萃取率和重现性还都 比 较低。g b 法用于白 葬芦醇的分析报道的 还不多， 采用气相色谱必须通 过衍生 化来降低分析物的极性，而酚经基的衍生化要求严格的无水条件。白葬芦醉丰 富的自 然资 源及其 优良 的生物活性， 提示人们大力开 发白葬芦醇及富含白黎芦 醇的植物具有重要的社会效益和经济效益。 南昌大学采用大孔吸附 树脂提取白 黎芦醇， 国内外少 有报道，成果己 获国 家发明专利。关于虎杖化学 成分的 提取和研究， 国内 外未见有量子化学方面的 研究报道。 1 之理论基础和计算方法 量子化学是应 用量子力学基本原理研究原子、 分子和晶 体的电子结构、化 学键性质、 分子间相互作用力、化学反应、 各种光谱、 波谱和电子能谱的理论 以 及无机和有机化合物、生物大分子和各种功能材料的 结构与性能关系的 一门 学科。 量子化学从1 92 7 年价i t l e r . londo n研究氢分 子的结 构开始， 五十多 年来 已 发展成为一门 独立的，同时也与化学各分支学科以 及物理、生物、计算数学 等互相渗透的 学科，在多 个领域如材料、能源、 环境、 化工生产以及激光技术 等中得到 广泛的应用。 多体理论是量子 化学的 核心问 题. n 个粒子构成的 量子体系的 性质原则上可 通过求 解 n粒子体系的 薛定谬方程得到体系的波函 数来描述。 量子化学中的核 心问题是求解分子体系的定态薛定愕方程: j 一 纷止 v : 一 生 二 v ， + 二 玉 玉 + : 上 一 : 纵甲 二 *2 .1) lz 丫m ，2 丫 韶凡丫与 灯、 第 1 章文献综述 然而，求解这个方程是相当困难的，目前仅对少数几个简单的体系如氢原子和 类氢离子体系得到了 精确的解。 对于多电子体系需要建立各种近似方法求解， 其中 最常用的近似方法是变分法和微扰理论以 及今年来发展起来的密度泛函理 论方法. 由 于组成分子体系的原子核的 质量比电 子的质量大 1 护 1 护倍，因 此分子 中的原子核的运动速度要比电子的运动速度慢的多，这就使得当核间进行任一 微小运动时，迅速运动的电子都能立刻进行调整，建立起与变化后的核力场相 对应的运动状态，即在任一确定的核排布下，电子都有相应的运动状态。 b o m 和御p e nheimer 依 据 上 述 物 理 思 想 115对 分 子 体 系 下 的 薛 定 愕 方 程(2 ， 1)进 行 处 理， 将分子中核的运动与电子运动分离开来，而把电子运动与原子核运动之间 的相互影响作为微扰，从而得到在某种固定核位置时体系的电子运动方程: 仁 ， v : + 二 兰 三多 生 十 ， 上 一 ， 习恻二 二 (e) ， ， 。2.2) 口 丫 漏气下份 订、 其中e 闭 代表在固定核时体系的电子能量，也被称为势能面。 l 2. 1分子轨道理论 分子轨道理论11 圳 是近四十年来发展最快的化学键理论，其核心是 h al 八 沈 一 fock r o t h a n 。方程。随着计算机计算速度和精度的不断 提高，从头算( ab 面ti o) 分 子 轨道理论得到 广 泛的 应 用。 l z. l i闭壳层分子的h r f 方程 闭壳层分子意味着分子中所有的电子均按自 旋相反的方式进行配对，即对 含有n个电子的分子体系，必须有n = n 1 2 个空间轨道，这n 个空间轨道记为 仲 ， ， 1 = 1， 2， 3，. .，. ， n /2 1表 示 为 行 列 式 波 函 数 形 式 : 甲 。 = 1o .马 ， ，双 2 ， 2，马 3， 2 八 ; 一 丸 ， 一 )，2气 ， 一:)， ， ，2 八 、 ， 丹刀 不 考 虑 磁 相 互 作 用 ， 体 系 的 h am iho n 量 可 表 示 为 :斤 = 艺 斤 1) + 艺宫 (i， j) 伸lt( 了 第 1 章文献综述 其中 ， 单 电 子 算符众 0 =一 场子 一 爹 互 ( n ， 2 留 气 代表原子核数目) ，双电 子算符 么 i， j) = 上 。 于 是 体 初能 量 可 以 表 示 为 : 今 : = 2军 ( ，*。习 。 ，) 嚣 2(。 ，。 ，!(，)一 )一(， ， !(、，)!。 j。 !) 2一 ， 如果将分子轨道表示为基函数的 线性组合，用变分法确定组合系数， 就得 到了roo 山 田 m方程。 选用的 基函 数， 既可以是正交的，也可以是非正交的。 常 用的基函数 有s l at c r 基函 数、 c 即5 5 基函 数或类氢函数。如果将分子轨道向 基函 数的完全集合展开， 会得到单粒子近似下的精确解， 但实际的计算只选取有限 个 基函 数。 假设 分子 轨道 用基函 数 集合粉，尸 一 1 禹 3，. :. m 形 式 展开: 。 ， = 艺， 才 ， 于 是( 2. 3)式 展 开 为 : : 二 组 艺 认、 * 艺艺 弘认外弓 脚一 例; 川 二 从 p . 几 .口 i j 其 中 系 数 c ， 是 满 足 空 间 轨 道 正 交 归 一 性 (o :。 ，卜 动 条 件 下 使 e 最 小 的 最 优 值 。 用 助 g m n g e 不 定 乘 因 子 方 法 ， 引 入 求 极 值 的 函 数 甲 = e 一 2 艺 ( ， ， ， ， ) ， 对 对 j 其变分求极值，则有: 砰= 留 一 2 艺 凡 咖 ， ， ) = 2 艺 艺 “ 分 “ 气 ， * 2艺 体 知 沙 ， 与十 弓 “ 加 * c ， 卜 伽 f !， 。 ) 一 二， ， )1 - 2 艺艺 1 二 1，之 m ) ( 2 .5 ) 其中 凡= 耘十 味， 二 呱十 艺( 艺 ，嘴 x z 伽 ， !兄 口 ) 一 0(i=1 ， 2 ， 二 ， 3n 一 6) ， 即 所 有 力 常 数 都 具 有 正 值 ， 拟 从该点出 发作任一 小位移都将导致体系能量升高。 相对应。 若势能面上的临界点 处有唯一的一 个负本征 值， 因此该区是与稳定体系构型 旦 1 0 呛 弋 ( j =1 ， 2 ， . ， 3 n 一6 :1 为) 则此一级临界点为 “ 鞍点” ， 其几何构型具有反 应过渡态的特征。 该负本征 值对应 于 体 系的 “ 虚 ” 的 正 则 振 动 频 率吟。 此 负 本 征 值 对 应 的 本 征向 量 绝 定了 反 应 体 系 翻越鞍点反 应途径的方向与对称性。由 于势能面上更高级临界点对于反 应机理 的 分析与 动力 学不甚重要，这里从略。 对于势能 面上的极大区，全部力 常数取 负 值， 体系 将不会处于该处， 故势能 面上的 极大区不具有如极小区和鞍点 等处 那么重要。 1 3 .选题的背景和意义 l 3 . 1 . 选题背景 量子化学是应用量子力学基本原理研究 原子、 分子和晶体的电子结构、化 学键 性质、分子间相互作用力、 化学反 应、 各种光 谱、波谱和电 子能谱的 理论 以及 无机和有 机化合物、生物大分子和各 种功能 材料的结构与性能关系的一门 学科。 量子化学从 1 927 年h d l 】 er l o n d o n研究氢分子的结构开始，五十多 年来 己 发展成为一门独立的，同 时也与 化学各分 支学科以 及物理、生物、计 算数 学 等互 相渗透的学科， 在多个领域如材料、能 源、 环境、 化工生产以 及激 光技术 等中得到广泛的应用。 第 1 章文献综述 l 3. 2 选题的意义 本文选白 龚芦醇及其葡萄 糖昔进行量子化学 研究。力 求在理论上解释它的 性质和功能，为进一步应用和研究提供实证和依据。进行不同溶剂中性质和行 为的 模拟计 算，可以 节省选择合 适溶剂 的时间，进行频 率红 外和拉曼 光谱计 算， 可以 与实验谱图 对照，优化表征结果。 计算相关的热力学 性质和磁学 性质，为 进一步开发临床应用提供依据。 l 1 3国内外相关研究工作进展 量 子化学产生于二十世纪初， 经历了价 键理论、 分子轨道理 论、 密度泛函 理论等不同阶段，同时形成了相应的 不同分 支。 现在密度泛函理论后来居上， 到20世 纪末， 其研究论文已 经大大超 过其它理论。 而各种理论和方 法相 结合使 用现己成为 潮流。我们采用密度泛函与 分子轨道理 论相结合的理论和方法用于 课题研究。 虎杖中化学成分的提取和 应用因 其广泛的医药用途已 在国内 外热烈 展开，并因其临床效果突出而引起广 泛应用。 应用量子化学方法进行虎杖化学 成分的研究国内外均未见报道。 l 1 4 研究内容及实验方案 1 3 .4 j 研究 依据 本课题采用分子轨道理论和密度泛函理论相结合的方法研究白薄芦 醇的 精 细结构特点、 热力学性质、 磁学性 质、 振动频率、 红外拉曼光谱、 激发态 ( 紫外 ) 、 势能面扫描、超精细祸合、氢键和溶剂模拟等等。理论依据是上述两种理论， 实验依据是己经由大孔树脂提取出白葵芦醇样品以及购买的纯品，可以进行对 照。 i j 4实验方 案 软 件: g 98程序包 方 法: hf ( 孙i f 、 u h f ) 和 d ft ( p 8 6 、 b 3 l y p 、 p w g l ) 基组:6 . 3 1 g 、6 一 3 1 1 *、3 一i g 、4 刁i g 路 径设计: 御t 、 f r e q、 s c rf( ip c 峋 、 s c a n 、 c is、 n m r 、 etc ) 收 敛条 件:q c、 石 g h t 、 珑口 ti ght 第 1 章文献综述 收敛 方法:改 变结构参数( 键参数: 键长， 键角， 二面角。 或者原 子编号) 、 基组 选择 ( 6- 3 l g 、3 一 z i g 、 l a n l z d z 、 l a n l z mb 、 c e p 碑 q、 e t c ) 计算内容:结构优化、溶剂模拟、磁性研究、热力学、静电场、频率，氢键、 光谱、超精细祸合、势能面扫描等等。 .肠 - 第2 章 白龚芦醇的几何结构和频率及势力学性质研究 第2章 白蔡芦醇的几何结构和频率及热力学性质研究 引言 虎 杖 中 含有 白 黎 芦 醇 163 1 、 白 葬 芦 醇 昔 冈等 化 学 成分 。 白 葬 芦 醇 有 如 下 诸 多 药理作用:降血脂， 使心脏收缩振幅增加，加强心肌收缩力，改善循环，显著 增加冠脉流量，用于治疗高血脂症:白 葵芦醇还能扩张细动脉， 对临床 休克的 防治有重要意义:白 葬芦醇还可以治疗上呼吸道出 血， 具有镇咳平喘作用;白 葬芦醇昔对导致顽癣、 汉疙状癣的深红色发癣菌、 脚趾发癣菌有很强的抗菌作 用， 临 床 可 用 于 治 疗 银 屑 病 165 1 . 对其 进 行量 子 化学 研究 ， 为 其 特 性 和 药 理 作 用 寻求实证和理论依据，白 藕芦醇的提取和应用国内 外己 经进行了大量研究， 但 应用量子化学方法进行 研究，未见报道。 本章重点研究了白葬芦醇的几何结构 优化和溶剂模拟，以期得到较好的精细结构特点和较好的提取溶剂。因为文献 报道较多的 是使用甲醇、乙醇做提取溶剂， 而中 药的使用又绝大多数情况是在 水 或乙 醇溶液中 进行的， 所以本文对这上述三种溶 剂进行了模拟计算，以 便进 行对比 分析， 探讨白黎 芦醇在溶剂中受 到的 物理化学作用阅。 2. 1 计算方法 首先用c h e n d ra w u l t r a s .0得到白 葬芦醇的分子结构图， 计算在ib m 2 26 型 服 务器上完成， 应用 c a 此si an高斯 98 程序包， 应用分子轨道理论和密度泛函理论， 在h 下 佰 一 31 9 ( d ) 网水 平 上 进 行 几 何 优 化 计 算 。 2. 2 结果讨论 2. 2. 1 分子几何结构 白要 芦醉的 分子结构和原子编号如图2 . 1 所 示。 经过几何优化计算得到白 葬 芦醇的优化坐标和初始力常数，以及它的多种极矩和能量数据。白黎芦醇几何 第 2 章 白龚芦醉的几何结构和频率及势力学性质研究 发 生了 转移，由 此破坏了 共扼体系。 在由 电荷 控制的 反应中， 原子的负电 荷越 多， 其受亲电试剂 进攻的 可能 性越大;反之， 原子的 正电 荷越多， 则受亲核 试 剂 进攻的 可能性也 越大 701。 这样的电荷分 布可能更利于 药物与体液之间的亲电 或者亲核作用。 z j白 蔡芦醇的频率及热力学研究 z j .1 2 5 时白募芦醇热力学计算 应用g 即5 5 1 即高斯9 8 程序 包， 采用分子轨 道理论， 在浮 p h 刀 6 . 3 1 + 9 ( d ) 伽t f 叫 水平 上进行计算， 得到白 黎芦醇的 热力 学数据，结果如表2. 2 2 . 5 所示: 第 3章 白葵芦醉的溶剂模拟研究 在溶剂中核排斥能水中 最低，甲 醇次之，乙 醇最高，说明水的强极化作用大大 降 低了核间排斥能，乙 醇的 极化作用最弱， 不能很大 程度降 低核间排斥能。朱 立 贤 175 1等在 虎 杖中 提 取白 冀 芦 醇 进 行了 不 同 溶 剂 的 对比 分 析， 即 乙 酸 乙 酷 萃 取 法、正丁醉萃取 法等， 正交实 验结果 说明乙 醇溶剂的 浓度是影响白葵芦醇提 取 结果的主要因素， 与本文计算结果相一致， 表 斗 2 溶荆 棋拟计算参妞 介b 脉3 ， z pe”md吧 r o f 加. 枕n t . im 目 0 . 口i c ” i a t io . 参数甲醉 h f ( a u) 半径 ( 翻 ): 总的溶荆接近面 溶剂空穴 偶极矩 ( 伪) 核吸引 能由响 哪) 核排斥艘h 州州 ， ” 溶剂中 核排斥能 h 山 七 . ， ) ? 肠 23 8 5 4 3 且 ! 7 7 义 场 7 .翻 . ! 79 e 刊 欢 21 6 2 9 翻 e +0 j x 1 ，0 7 1 7 丫 二 ， 一 日 肠 3 2 二 ， .， 肠 3 r l泪 t 二 8 .2 5 3 0 1 6 2 日 1 5 亘 0 5 2 ， 0 3 3 多 5 1 0 5 1 21 9 2 7 7 肠 忍 3 99 7 1 7 1 ， 3 3 胡 3 6 7 别 9 月 朔 e 刊 双 2 . 1 6 ， 5 7 l e 旬 3 x轰 ! j l 99 丫. ， ， 2 2 0 2 二 . 5 夕1 5 1 t o 卜氏 钊 月 7 j石 7 9 月 6 1 0 只 仍 3 3 5 1 仍 1 9 3 6 1 乙醉 . ， 肠 .2 3 7 ! 甘 1 一， 姻 日 】 仇翻 7 5 1 2 e 干 舰 2 6 1 ， 3 9 e 十 0 3 x 跳 : 以 3 6 v= 5 7 礴 2 5 2 5 .6 8 5 5 t o 卜9 . 】 月 吕 0 . 1 ， 9 9 5 5 1 仍 2 .0 3 3 3 5 1 0 5 1 .2 3 3 5 7 结论 溶剂 模拟研究的数据表明了白 苹芦醇 在溶剂中的电荷分布，能量等情况， 比 较 3种溶剂的数据可以得出使 用水和乙 醉的 混合溶剂更利于白 葵芦醇的提取 和应用。 第5 章白 湃芦醇超精细祸合常数计算 结构分析 表5 3一 雄静电 场悄 况的电 场强度 介b 眯丘3 它 1亡 。r o 成 时 沁卜幻 邵门 此 5 (a沁 m沁饰 重吩 口口 .口 口口. . .口. . .-. .幽喇. e le 心 廿 ;e 0 即妞e l 。 口 对 c f i. i d y c 翩让 扣 妞 n 幼 xzr el翻仁 i c 夕 勺 业 ” t 侧 e l ec七 icf ic 肠 d xyz 目 i c 1 4 砧60 倪的众025 1峨( 阅 9!z c ! 4 祠9刁. 阅宜 20 .加的0( 阅 心 1 3 c一4 砧60. 01 刀刁脸980以 姆5二 ! 4 74.刁. 仪 比 旧一加4 10 户 比 幻 ， ， c一 1 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