（应用化学专业论文）槲皮素铬（Ⅲ）离子络合物结构及抗氧化性研究.pdf

槲皮素铬( i i i ) 离子络合物结构及抗氧化性研究 摘要 活性氧是指在生物体内与氧代谢有关的含氧自由基和易形成自由基的过氧 化物的总称。活性氧具有极高的反应活性，在生命活动中起着十分重要的作用。 一方面，活性氧自由基参与了许多生命过程，对维持机体的新陈代谢具有不可忽 视的作用；另一方面，它们又会通过氧化反应攻击生命大分子及各种细胞器，造 成机体损伤，加速机体的衰老进程并诱发各种疾病。研究表明，人体摄入外源抗 氧化剂可以清除体内多余的自由基，且对多种与自由基有关的疾病有改善、治疗 作用，因此，关于抗氧化剂的研究正逐渐成为医学等相关领域所关注的热点。槲 皮素作为一种重要的天然黄酮醇抗氧化物，因其多方面生物活性而广泛用于医 药、食品等领域。文献表明槲皮素可通过氢原子转移机理发挥其抗氧化作用，此 外还可以通过与金属离子的络合来降低金属离子发生f e n t 伽反应的活性，从而减 少羟基自由基的产生，达到抗氧化的目的。 本文以槲皮素铬( i l i ) 离子络合物为研究对象，通过理论与实验相结合的方 法研究了络合物的结构，抗氧化性及抗氧化机理。全文主要内容分为三个部分， 现将作者所做工作及贡献简述如下： ( 1 ) 通过实验证实了铬( i i i ) 离子能够发生类f c n t 彻反应产生羟基自由基并导 致2 脱氧核糖及d n a 的氧化损伤。在此基础上测定了槲皮素对这一过程的抑制 作用，从表观上明确了槲皮素是一种较强的自由基清除剂和抗氧化剂，为后续研 究打下最初的基础。 ( 2 ) 实验合成了槲皮素铬( i i i ) 离子络合物并采用红外、紫外等方法进行结构 鉴定。采用量子化学中的密度泛函理论( d 踟方法计算了二者在不同位点络合形 成的各个可能结构的总能量( 1 e ) 及结合能( b e ) ，通过比较、分析确定了络合物的 络合位点及反应物形态，从而为该类络合物结构及性能研究等奠定了理论基础。 ( 3 ) 在对络合物结构研究的基础上进一步分析其抗氧化性能。首先通过 r e s e a r c h e so nt h es t m c t u 北a n da n t i o x i d a n ta c t i v i t yo f q u e r c e t i n - c r ( i i i ) i o nc o m p l e x a b s t r a c t r e a c t i v co x y g e ns p e c i e s ( r o s ) i n c l l i d eo x y g e ni h er a d i c a l sa n dp e r o x i d e s r e l a t e dt 0o x y g e nm e 词b o l i s mi nv i v o r o sp l a ya ni m p o r t 觚tr o l ei nt h ev i t a la c t i v i t y f o rt a k i n gp a ni nm 锄yv i t a lp r o c c s s e s 卸dm a i n t a i n i n gt h e 瑚a lm e t a b o l i s m ， h o w e v e r t h e yc 锄a l a t t a c kb i o m o l e c i l l a 璐锄do r g 锄e l l e s ，w h i c hw i l lr e 跚l ti n o r g a i l i s mo x i d a t i v cd a m a g c s 衄dc 0 璐e q u e n t l yc a u m 勰yd i s e 弱骼r e s e a r c h e ss h o w t h a tt l l ee x o g e n o u s 锄t i o x i d 龃t s x t w or e a c t 锄t s ，l a y i n gaf o u n d a t i f o rt h ef i i r t h e rs t u d i e s ( 3 ) 1 n h e 锄t i o x i d 锄ta c t i v i t yo fq n e f c e t i n c “i i i ) i o nc o m p l e xi s 觚a l y z e db 弱e d 伽t h es t m c t u r a ls t l l d i e s f i r s t l y d p p hm d i c a l 删e n g i n g 锄a l y s i si sp e 哟册e dt 0 c o m p a r et h er a d i c a ls c j l v e n g i n ga b i l i t yo fq u e r c e 恤锄dq u e r c e t i n - c r ( i i di 锄c o m p l e x ho r d e ft 0c o m p l e m e mt h ce x p e r i m e n t a ls t t i d y ，d f tm e t h o di sa p p l i e dt 0c o m p u t e t h eb o n dd i s s o c i a t i 伽e n t h a l p y ( b d e ) 柚di 0 n i z a t i p o t e n l i a l ( i p ) o fq u e 溉t i i l 锄d q u e r c c t i n c r ( i i i ) i 彻c o m p l e xt 0 姗p a 他t h e i r 锄t i o x i d 锄ta c t i v i t i e s ，a l t 0m a k e s u r et h e i ra n t i o x i d a n tm e h a n i s m s k 对w o r d s ：q u e f c e t i n 一嘣i i i ) i 仰c o m p l ，d f rm e t h o d ，c h e l a t i n gs i t c 觚t i o x i d 枷 m e d h a n i s m 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北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进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：纽：宰茎 指导教师签名： ! 憋 明唔年月ff 日 易矿另年歹月77 日 西北大学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，本论文不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它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已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 第一章文献综述 1 1 自由基及氧化作用 1 蓁雪蓁薹瞄旨替茧i 9 ；鹱 霎蓁吁i 叭雪霆冀囊翼! 譬耋i i 蠢霪i 星雾萁嘉笮砀任量匿噶；嘴舯。z 暇计羹酯羹二卑 韵罐镉蓊蓁5 维蒋瑶l 。囊薹楚季鬟理皤疆二蠼猜涵蓁惟錾拿墓蓁薹基耋蓁| 靛! 翮 渤羹耪羹氍糍型；! 开臼鞭靼琴傲噬圉薹骡l 薹翼4 薹。蚕雾蓁氧萋些雾i 覆型霎薹妇 ! 塞薹c l j 砷脚赢蓁薹蔼! 霎囊萎= l ；蓟韵薹篓懋l 蓬 、基因表达等有 着密切的关系【5 6 】。 在正常情况下，生物体体内的活性氧自由基是处于不断产生与清除的动态平 衡之中。但如果体内自由基产生过多或清除过慢，它们又会通过氧化反应攻击生 命大分子物质及各种细胞器，造成机体在分子水平、细胞水平及组织器官水平的 各种损伤，加速机体的衰老进程并诱发各种疾病。自由基对人体的损害主要有三 个方面：一、使细胞膜被破坏；二、使血清抗蛋白酶失去活性；三、损伤基因导 致细胞变异的出现和蓄积。许多疾病如炎症，肿瘤、衰老、血液病，以及心、肝、 肺、皮肤等各方面疑难疾病的发生机理与体内自由基产生过多或清除自由基能力 下降有着密切的关系。研究表明，自由基可引起蛋白质、d n a 等生物大分子氧 化损伤【 2 1 ，从而导致各种癌症、炎症、贫血、心脑血管疾病、动脉硬化、衰老 以及z h e i m e r 等疾病的发生【1 4 2 。 1 2抗氧化研究 生物体体内不断地进行着氧化反应，且都是通过自由基历程进行的。正常情 况下，机体的氧化与抗氧化生理活动处于一种动态平衡，体内自由基不断产生但 又不断被清除，不会由于活性氧水平升高而导致机体的氧化应激。但在某些情况 下，如外源化合物刺激、电离辐射或机体自身患病或衰老的状态下，会出现由于 机体活性氧水平升高而导致的病理现象。生物体可自行产生数种抗氧化酶，它们 是机体对抗过氧化物( 自由基) 的第一道防线，可以在过氧化物产生之时即刻发挥 作用，利用氧化还原作用将过氧化物转换为毒害较低或无害的物质。但人体抗氧 化酶的产量会随着年龄的增加而、减少，所以需要其他外源抗氧化物质的协助才能 避免自 子，形成连锁反应，从而不断形成新的自由基： 1 1 3 自由基及氧化作用对生物分子的损伤 活性氧自由基是生物体内正常代谢产物，体内一定水平的活性氧在维持生命 活动中起着非常重要的作用。少量的自由基对维持机体的新陈代谢具有非常重要 的作用，研究表明，活性氧自由基参与了许多重要的生命过程，与细胞增殖、分 化、凋亡、肿瘤的诱发与抑制、肌肉收缩、神经传导、细胞吸附、基因表达等有 着密切的关系【5 6 】。 在正常情况下，生物体体内的活性氧自由基是处于不断产生与清除的动态平 衡之中。但如果体内自由基产生过多或清除过慢，它们又会通过氧化反应攻击生 命大分子物质及各种细胞器，造成机体在分子水平、细胞水平及组织器官水平的 各种损伤，加速机体的衰老进程并诱发各种疾病。自由基对人体的损害主要有三 个方面：一、使细胞膜被破坏；二、使血清抗蛋白酶失去活性；三、损伤基因导 致细胞变异的出现和蓄积。许多疾病如炎症，肿瘤、衰老、血液病，以及心、肝、 肺、皮肤等各方面疑难疾病的发生机理与体内自由基产生过多或清除自由基能力 下降有着密切的关系。研究表明，自由基可引起蛋白质、d n a 等生物大分子氧 化损伤【 2 1 ，从而导致各种癌症、炎症、贫血、心脑血管疾病、动脉硬化、衰老 以及z h e i m e r 等疾病的发生【1 4 2 。 1 2 抗氧化研究 生物体体内不断地进行着氧化反应，且都是通过自由基历程进行的。正常情 况下，机体的氧化与抗氧化生理活动处于一种动态平衡，体内自由基不断产生但 又不断被清除，不会由于活性氧水平升高而导致机体的氧化应激。但在某些情况 下，如外源化合物刺激、电离辐射或机体自身患病或衰老的状态下，会出现由于 机体活性氧水平升高而导致的病理现象。生物体可自行产生数种抗氧化酶，它们 是机体对抗过氧化物( 自由基) 的第一道防线，可以在过氧化物产生之时即刻发挥 作用，利用氧化还原作用将过氧化物转换为毒害较低或无害的物质。但人体抗氧 化酶的产量会随着年龄的增加而、减少，所以需要其他外源抗氧化物质的协助才能 避免自由基的伤害。大量研究表明，人体摄入 x 剂包括山奈酚和白黎芦醇等。 1 2 2 3 络合机理 生物体内的游离金属离子，如f e 2 + ，能够通过f c n t o n 反应催化h 2 0 2 生成羟基 自由基，从而导致相邻分子的损伤，而一些抗氧化剂能够络合游离的金属离子而 减少羟基自由基的产生，从而减少自由基对生物分子的损伤。大部分抗氧化剂都 是通过氢原子转移或电子伴随质子转移机理实现抗氧化功能的，而部分酚类抗氧 化剂具有较强的金属络合能力，除了氢原子转移或电子转移外，还可以通过络合 机理发挥其抗氧化作用，如槲皮素等。 1 3c r ( i ) 原子的生理功能及其对生物体的损伤 铬元素属于v i b 族过渡金属元素，位于元素周期表的第2 4 位，原子量为 5 1 9 9 6 。铬原子的电子排布为1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 5 4 s 1 ，其结构的最外层只有1 个电 子，次外层却有5 个电子，在一定条件下最外层和次外层的电子都可能失去而 成为正离子，所以铬元素在化合物中表现为9 种氧化态，有实际意义的仅3 种：+ 2 价、+ 3 价和+ 6 价，其中以三价铬和六价铬最为稳定、常见并广泛应用于工业之 中，对环境和人体都具有不可忽视的影响。其他几种价态的铬很不稳定，独立存 在时间较短【3 5 ，蚓。本文主要以叫i i i ) 为研究对象。 1 3 1c r ( i i d 的生理功能 在铬的几种价态中，c i i ) 对生物体的毒性最大，其化合物大多是人体的强 致癌物质。而c “i i i ) 对生物体的毒性相对较小，且是人体维持正常生命活动必不 可少的微量元素之一【3 5 d 7 l 。s c h w a 亿和m e n s 【3 8 1 于1 9 5 9 年提出c r ( i i i ) 是葡萄糖 耐量因子( g l u c o s et o l e m c cf j a c t o r g 【 f ) 中心活性成分，之后国内外大量研究证实 c r ( i i i ) 是正常糖和脂肪代谢必需的微量元素，且与糖尿病有着密切的关系1 3 9 删。 程南【4 2 l 等发现糖尿病患者的空腹血铬和血铬面积明显低于健康人，血铬与病程 成反比，尿铬与病情成正比。冯晋【4 3 】等发现糖尿病患者的血清铬较健康人明显 偏低，铬水平与血糖呈负相关，且有合并症者比无合并症者的血清铬水平明显 降低。r a j p a t h a k 【删等对若干例糖尿病患者、患有心血管疾病的糖尿病患者以及 5 凋亡【5 9 】等等。 槲皮素还可以通过与金属离子的络合发挥其抗氧化性和生物功能，研究表 明，槲皮素可与多种金属离子形成络合物，且许多络合物具有比槲皮素更强的抗 氧化及抗癌性【删。 1 5 计算化学及高斯程序简介 1 5 1 计算化学的概念及内容1 删 计算化学( c o m p u t a t i o n a lc h e m i s t 忉又称为理论化学( t h c o r c t i c a lc h e m i s t 劝或 分子模拟( m o l e c l l l a rm o d e l i n g ) ，它是根据基本的物理化学理论( 主要为量子化学) 以大量的数值运算方式来探讨化学系统的性质。例如以量子化学计算来解释实验 上各种化学现象，帮助化学家以较具体的概念来了解、分析观察到的结果；预测 未知或不易观测的化学系统，提供进一步研究的方向。此外，计算化学也常被用 来验证、测试、修正、或发展较高层次的化学理论。同时，更为准确或有效率计 算方法的开发创新也是计算化学领域中非常重要的一部分。 计算化学以量子化学为理论基础，其方法主要包括分子力学( m o l 咖l a r m e c h 锄i c s ，m m ) 法、从头算( a bh i t i 0c a l c l l l a t i o n s ) 方法、半经验方法( s e m i 锄p i r i c a l m e t h o d s ) 、密度泛函理论( d e n s i t yf u n c t i 册n e o r y ，d 兀) 和分子动力学计算 ( m o l e c l l l a rd ) r l l 锄i 璐c a l c u l a t i o n s ) 。 1 5 1 1 分子力学( m o l e c u l 盯m e c h a n i 岱，m m ) 法 分子力学( m o l e c i l l a rm e c h 孤i c s ) 法，又叫力场方法( f 0 蛾f i e l dm e t h o d ) 或经验 方法( e m p i r i c a lm e t h o d ) ，目前广泛地用于计算分子的构象和能量，是分子模拟中 计算能量的两种主要计算方法之一，主要通过原子的位置来计算体系能量，与量 子力学相比可大大节约计算时间因而可用于计算包含上万粒子数目的体系【叫。 这一方法的产生可以追溯到d h a n d r c w s i 叫的工作( 1 9 3 0 年) ，其基本思想是： 在分子内部，化学键都有“自然”的键长值和键角值。分子要调整它的几何形状( 构 象) ，以使其键长值和键角值尽可能接近自然值，同时也使非键作用处于最小的 状态。在某些有张力的分子体系中，分子的张力可以计算出来。但直到1 9 4 6 年， t l h i l l i 删才提出用v 觚d e rw a a l s 作用能和键长、键角的变形能来计算分子的能 7 量，以优化分子的空间构型。同时，d o s t r o - v s k v 和w e s t e i m e r 【6 7 期】成功地用比较 方便的方式处理各种卤素原子参与的s n 2 反应速率，得到了比较令人满意的结 果。至此，分子力学的思想和方法就建立起来了。虽然w e s t e i m e r 的有关计算表 明，分子力学可以说明分子的构象、能量等一些性质，但在4 0 年代分子力学并 没有得到发展。直到5 0 年代以后，随着电子计算机的发展，用分子力学来确定 和理解分子的结构和性质的研究才越来越多，直到这时，才可以说分子力学已成 为结构化学研究的重要方法之一。2 0 世纪6 0 年代u 劬n 【7 0 】提出了c f f ( c 0 n s i s t 如tf 0 r o ef i e l d ) ，它属于现代的分子力场，即所谓“经验势函数力场 ， 是在假定的一套势函数的框架内把体系的能量描述成所有内坐标与原子对的函 数。近几年来，随着现代技术的发展和应用，特别是计算机技术的发展，分子力 学法也发展得非常迅速，迄今为止，分子力场已经有几十个之多。力场参数的个 数在1 0 1 0 0 间的力场有m m l 、c f f 、m m 2 等，参数的个数大于1 0 0 的力场 有m m 3 、c f f 9 4 、m m 4 等。分子力学法己不仅能处理一般的中小分子，而且能 处理大分子体系。甚至在其他的一些领域，如生物化学、药物设计、配位化学中， 都有了广泛的应用。 1 5 1 2 从头算( a bi n i t i oc a l c i l l a t i o n s ) 方法 a bi i i i t i o 是拉丁文“从头 的意思，从头算方法也称h a r t r e e f 0 c k 方法，它 从量子力学第一性原理出发，通过自洽迭代求解薛定谔方程( s c h 6 d i n g c r e q u a t i o n ) ，可以预测材料的各种微观性质。从头算方法是一种近似的量子力学计 算法，它引入了若干近似，如中心力场近似( c e n t r a lf i e l da p p r o x i m a t i o n ) 、非相对 论近似、b o m o p p e i l l l e i n l e r 绝热近似等等【7 1 - 7 4 1 。我们知道，当分子的电子数大 于1 时是不可能精确求解薛定谔方程的，必须引入一些近似方法。根据近似程度 的不同形成了一系列的量子化学理论模型，如组态相互作用( c i ) 理论、多组态相 互作用( m r c i ) 理论【7 5 1 、耦合簇( c o u p l e d c l u s t e r ，c c ) 理论【7 6 ，明和多体微扰( m p ) 理论【7 8 】等。h a n r e e k ( h f ) 方法尽管考虑了电子之间的时间平均相互作用， 但没有考虑电子间的瞬时相关作用，对体系的能量往往估计过高。于是，人们考 察从头算法的“单组态和单参考态”立足点的缺陷，长期致力于组态相互作用和多 参考态计算的探索，许多方法如多体微扰理论( m p 2 m p 6 ) 、耦合簇理论( c c s d 、 8 c c s d ) 和多组态相互作用( m r c i ) 理论等都不同程度地考虑了电子的相关效 应，部分目前已经程序化，并被编进了商业化的软件包而得到了广泛的应用。但 由于计算量的大幅度增加，目前仍限于中小分子的计算1 7 9 j 。 1 5 1 3 半经验方法( s e m i e m p i r i c a lm e t h o d s ，s e ) 从头算方法仅适用于对于中小分子的计算，而在实际计算大分子时，只能采。 用各种半经验和经验的模拟方法。量子化学半经验方法主要用于有机分子的计 算，包括m n d 0 、c n d o 、a m l 、p m 3 【8 0 彤】等。与从头算法类似，半经验方法 也是以求解薛定谔方程为基础，不同的是半经验方法引入了更多的近似，且某些 在从头算法中必须计算的复杂积分，在半经验法中无须精确计算。此外，半经验 方法是建立在理论与实验相结合的基础之上的，它以薛定谔方程为基础，同时根 据实验值来拟定参数。半经验量子化学方法实质上是在量子理论框架下的一种 插值方法【洲，它从量子力学代数本征方程出发，用比较简单的含参数的公式计 算方程中的矩阵元；选择一组分子作为样本进行计算，通过计算结果同实验值 的拟合来确定有关参数。 半经验方法相对经验方法虽然计算量有所增加，但是它考虑了电子的作用， 可以给出从头计算方法所能提供的各种功能，诸如电子结构、光学性质等等， 而且有些半经验方法采用直接或迭代矩阵对角化，使得并行计算成为可能，这 有望大大提高其计算效率，因此受到了人们的极度重视。然而由于其相关参数 是根据实验结果由第一性原理方法拟合得来的，因此往往需要针对具体问题拟 合参数，也就是说参数的可移植性较差，如果没有足够的实验数据可以用来拟 合参数，就很难用它来研究更多的新体系。 1 5 1 4 密度泛函理论( d e n s i t 多f u n c t i o n1 1 h c 0 d f t ) 密度泛函理论与从头算方法及半经验方法类似，也是建立在求解薛定谔方程 的基础之上，与二者不同的是，密度泛函理论并不以波函数作为体系的基本物 理量，而是通过粒子密度来描述体系基态的物理性质【6 1 】。 密度泛函理论代表了处理电子相关效应的另一条途径。它的理论基础早在 2 0 世纪6 0 年代就已经奠立i 笳，8 6 j ，但是直到1 9 8 8 年包含梯度校正的交换关联势 9 的引入才使它的计算精度大大提耐7 5 1 ，今天d f r 方法在精度上已经和m p 2 方法 相媲美( 甚至更好) 。对具有一定多参考特征的过渡金属化合物和自由基分子，d f r 方法能给出较传统的单组态电子相关方法更可靠的描述。由于d f t 方法广泛的 准确性、适用性和计算上的经济性，它已经成为人们计算分子的基态电子结构的 首选理论方法。 随着研究体系复杂度的增加，必须对大分子的电子结构进行理论计算。然而。 密度泛函理论的计算量仅接近于h f 方法的计算量，所以在密度泛函理论发展的 同时，相应的数值计算方法的发展也非常迅速。基于实空间网格1 8 7 1 的方法从古 老的有限差分( f d ) 、有限元( f e ) 到新兴的小波分析( w a v e l e t ) i 船】都被用来实现密 度泛函理论的数值计算。与此同时，线性标度的密度泛函理论算法日趋成熟， 它是通过改进算法和计算技巧来实现对大分子计算的一种方法【8 9 舛1 ，使得通过 密度泛函理论研究诸如生物大分子之类的体系成为可能。随着密度泛函理论本 身及其数值方法的发展，它的应用越来越广泛，一些新的应用领域和研究方向 不断涌现。目前，理论研究者正在发展和创建多参考态电子相关、激发态和相对 论效应的新理论，探索密度泛函理论中新型的交换相关泛函，建立新的多层次不 同精度的组合型计算方法，不仅使大分子体系结构的优化设计和功能模拟计算成 为可能，而且具有可靠的预测性。 1 5 1 5 分子动力学计算( m o l e c i l l 盯d y n 锄i c sc a l c u l a t i o n s ，m d ) 分子动力学是现代凝聚态理论研究应用最普遍的方法之一，该方法主要是依 靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系综中抽 取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系 的热力学量和其他宏观性质。m d 计算的核心是选择合适的力场，即在系统中引 入简单数学模型来描述原子问的结合、弯曲和二面角势及原子问的范德华力和静 电作用，并预设实验数据或模型参数进行计算。利用该方法既可得到原子的运动 轨迹，也可在计算过程中对平衡或非平衡系统的微观细节进行研究，因此被广泛 应用于研究各种物理、化学问题【9 5 ，9 6 j 。m d 的计算过程给定了体系的总能量，因 此适用于对微正则系综的模拟计算，另外由于分子动力学计算过程始终是时间的 函数，因此一些与时间有关的宏观量如扩散系数的模拟必须应用分子动力学。在 实际应用中，经常把分子动力学方法和蒙特卡罗方法联合使用。 分子动力学方法是基于力场的，它存在着严重的缺陷。首先它忽略了电子极 化效应；此外，该方法无法描述化学键形成或断裂的本质问题m 。为了解决上 述问题，r c 盯和m p a 玎i n e l l o 【9 8 】于1 9 8 5 年提出从头计算分子动力学方法( a b i n i t i om o l e c i l l a rd y n 锄i c s ，朋m d ) ，这一方法成功的将分子动力学( m d ) 方法和密 度泛函理论( d 踟有机的结合起来，在现代新材料的设计以及电子结构的计算等 方面具有及其广泛的用途【矧。 1 5 2 高斯程序简介1 帆n 1 】 g 卸s s i 锄程序是进行分子轨道从头算、半经验计算和密度泛函计算使用最广 泛的量子化学软件。本文中所有的计算所采用的均为g a u s s i 觚0 3 程序，g a u s s i 觚 0 3 是g 硼s s i a n 系列电子结构程序的最新版本。它在化学、化工、生物化学、物 理化学等化学相关领域方面的功能都进行了增强。g a u s s i 锄0 3 程序可用来预测 气相和液相条件下，分子和化学反应的许多性质，包括：分子的能量和结构、过 渡态的能量和结构、振动频率、红外和拉曼光谱( 包括预共振拉曼) 、热化学性质、 成键和化学反应能量、化学反应路径、分子轨道、原子电荷、电多极矩、n m r 屏 蔽和磁化系数、自旋自旋耦合常数、振动圆二色性强度、电子圆二色性强度、g 张量和超精细光谱的其它张量、旋光性、振动转动耦合、非谐性的振动分析和 振动转动耦合、电子亲和能和电离势、极化和超极化率( 静态的和含频的) 、各向 异性超精细耦合常数、静电势和电子密度。计算可以对体系的基态或激发态执行。 可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。因此，g 种s s i 锄0 3 程序可以作为功 能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机 理，势能曲面和激发能等等。 本文计算过程中主要采用了半经验的a m l 方法和基于第一性原理的b 3 l y p 方法组合方法，在对研究体系进行了结构优化的基础上进一步计算分子的单点 能、结合能、0 h 键分裂焓等，从而研究了分子的电子结构性质。 【4 1 】x g u 觚，j j m a t t e ，p kk u ，e ta 1 ，z 肌饥2 0 ，1 3 0 ( 5 ) ，1 2 7 4 【4 2 】程南征，胡晓林，姜桂荣，考齐学报1 9 8 7 ，9 ( 3 ) ，2 6 5 【4 3 】冯晋光，李亚玉，于艳梅，考券学报1 9 9 7 ，1 9 ( 4 ) ，4 5 8 【删s r a j p a t h a k ，e b r i m m ，t i j ，c ta 1 ，历印b 娜c 口陀2 0 舛，2 7 ( 9 ) ，2 2 1 1 【4 5 】刘大星，闰祥华，王修德，要角馐萄噤杀2 5 ，2 2 ( 6 ) ，5 5 6 【4 6 】s d en o m ，ke w e n e d l a l l n ，工诈劬绷脚1 9 8 9 ，7 ，1 6 8 【4 7 】t c t s o u ，j ly 锄g 劬绷f - 肋咖z 觑f e ，口c 砌麒1 6 ，1 0 2 ，1 3 3 【4 8 】w q i ，r j r e i t e r ，d x 1 h ，lc m 锄c h e s t e r ，aw s i u ，j j g a r c 斌z j h p 口f r 强2 伽o ，2 9 ，5 4 【4 9 】s b u 蚰a r d t ，r j r e i t d x t 如，r h 枷e l 如d ，j c a b 阳玛m u t 删k ， 砌丘z 曰f d 西绷q 朋b 幻正2 l ，3 3 ，7 7 5 【5 0 】w q i ，r j r e i t e r ，d x t 姐，j j g 删a ，lc m 明c h e s t c r ，m 曲矾，n i l 【 j r c a l v o ，勖访d 儿砌正心限2 0 ，1 0 8 ( 5 ) ，3 9 9 【5 1 】t c t s o u ，c lc h e n ，t y i j u ，j y 觚g c 口r c 咖卵纽1 9 9 6 ，1 7 ( 1 ) ，1 0 3 【5 2 】e j rm i d d l e t o n ，c k 觚d a s w 锄i ，t c n e o h a r i d e s ，j 蛔，m 口c d 己j 己既2 0 ，5 2 ( 4 ) ，6 7 3 【5 3 】m c 矗r d e n 弱，m m 棚c r ，vc b l a l l k ，lp - r o g i l 氓b 加侈础凸跳，2 晰， 1 4 ，2 9 6 6 【5 4 】py a 0 ，a n u s s l e r li j u ，lh ，es 0 n g ，as c h i 咖e i c r n n u s s l e r zh 甲口f 2 7 ，3 ，1 9 【5 5 】j c l c e ，j m ，j kp 破，gh c h u n g ，ys j 觚g ，五砸刀尺鳃2 0 0 3 ，2 9 1 ， 3 8 6 【5 6 】ai m o r a l e s ，c vs 丘l l c h e z ，j m s s 觚d o v a l ，j e g i d 0 ，p m a y o m l ，m 八 a 话v a l o ，m et a g a 玎0 ，j m l v o 码f p b 跚i o c a n a l ，彪劬绷砌渤己2 0 嘶，4 4 ， 2 0 9 2 【5 7 】c a n g e l o l l i ，j ee s p e n c e r ，e l e o n c i l l i ，只lb i a g i ，s h r e l i a ，召切c ，i 西喇包 2 7 ，8 9 ，7 3 【5 8 】s l u 锄g a r 锄，u k u k o n g 、，i r i y a p 锄，ep a k d e e c h o t c ，vk u k o n g v i r i y a p 锄，p p a 衄a n g p e t c h ，融锄绷己2 7 ，4 5 ，4 4 8 1 4 【5 9 】王箭，张鹏辉，涂植光，筹三羁医走笋蝴：2 7 ，2 9 ( 1 9 ) ，1 8 5 2 【删j z h o u ，l 慨l g ，j iw 锄g 姐dn t a n g ，胁万s f 砌忍胁凸硎2 l ，2 6 ，5 7 【6 1 】c 肺s t 叩h e rj c r 锄e r “e s s e n t i a l so fc 0 m p u t a t i o n a lc h c m i s t 巧n c o r i e s 柚d m o d e l s ( 2 n de d i t i o n ) ”，砌以珊正秒s 6 船工磁2 4 【6 2 】f r a l l kj e n s e n ，“l i l t r o d u c t i o nt oc 0 m p u t a t i o n a lc h e m i s 仃y ( 2 n de d i t i o n ) ”，- ，咖l m 姆勋埘碰。2 7 【6 3 】d a v i dc y 0 u n g ，“c 0 m p u t a t i o n a lc h e m i s 仃y ：ap m c i i c a lg u i d ef o ra p p l 灿g t c c l l i l i q u e st or e a l w b r l dp r o b l e m s ”，砒开珊厶秒勋眠2 1 【6 4 】吉青，杨小震，纪学透赧2 0 帖，2 ，1 1 1 【6 5 】d h a m d r c w s ，助肛胍1 9 3 0 ，3 6 ，5 4 4 【6 6 】t lh i l l ，zc a 绷p j 咖1 9 4 6 ，1 4 ，：4 6 5 【6 7 】i d 0 s t r 0 v s k y ，z 劬吼s 钯1 9 4 6 ，1 7 3 ，1 【6 8 】lh w e s t h e 咖e r z 劬e 耽p 1 ) 慢1 9 4 7 ，1 5 ，2 5 2 【6 9 】lh w c s t h e 姗e r ，z 砌1 劬绷s ：d c1 9 5 0 ，7 2 ，1 9 【7 0 】au f 沁n ，s w a 体h e l ，zc e ，1 用b 棍1 9 6 8 ，4 9 ，5 1 1 6 【7 1 】徐光宪，黎乐民，王德民，“量子化学( 中册) ”，群学出版社1 9 鲫，6 7 8 【7 2 】d r h a n r c e ，m c 白所6 姚昭砌记妣1 9 2 8 ，2 4 ，8 9 【7 3 】vf o c k z p h y s i k ，1 9 3 0 ，6 1 ，1 2 6 【7 4 】m b 0 m ，kh u 柚g ，“d ) ，i l 锄i c a ln e o r yo fc r ) r s t a ll a t t i c c s ”，0 咖以踟f v e 船砂 n 譬，1 9 5 4 【7 5 】1 n k v i n e ，“q u a n t u mc h e m i s t f i f t he d i t i o n ”，跏如船钞? n 跏玎c e 拙珥 觑c2 0 【7 6 】gd p u r y i s ，r j b a n l e n ，z 劬锨助肛1 9 8 2 ，7 6 ( 4 ) ，1 9 1 0 【7 7 】kr a g l l a v a c h a r i ，g w 1 - m c l 【s ，j ap 0 p l e ，m h e a d g o r d o n ，国绷珊肛l 绒 1 9 8 9 ，1 5 7 ，4 7 9 【7 8 】k r a g h a v a c h a i i ，j b a n d e r s o n ，z 瑚坶凸绷1 ”6 ，1 0 0 ( 3 1 ) ，1 2 9 6 0 【7 9 】黎书华，江元生，“量子化学领域的一些前沿问题和发展趋势”，新世纪的 物理化学( 梁文平等主编) ，剥发路版荭2 0 舛 【8 0 】m j s d e w 码e qz 加b i s c h ，e eh e a l y z 砌既劬明1 勋c1 9 8 5 ，1 0 7 ， 3 9 0 2 【8 1 】m j s d c w 码w n i c l ，z 彳m 靠劬e 胍勋塞塞攀囊篓i 伽：生蓁藿。 ；圣 ! 蓁羹囊霎萋l 曩萋蚕享；孽妻孽l 耋i 囊囊薹塞i ! 耋t i 5 薹霞琴童季塞耋! 羹妻耋耋? i 霎圉雾雪。雾墓主蔓委；雾囊枣嘲墓蘸i 霎雾雾薹；兰冀；囊篁； ! 蓁薹l 抚础薹i 锄荔菇；2 阐落眸1 j 理逦强湖塑；囊霉酹薏笮蠢| 羹 i 蜇 i 鍪窭笔粪箩螽鼋囊i 薹蓁霎耋。羹鬟羹钊蓁囊妻薹雩i 芒耋损越严重。当体系中含有自由基清 除剂时，清除剂与脱氧核糖竞争与自由基反应，从而保护脱氧核糖或d n a 免受 损伤，溶液颜色变浅，即吸光值会有所降低【1 2 l 。根据吸光度下降大小可以测出 自由基清除剂对2 脱氧核糖及d n a 氧化损伤的保护作用。 1 0 o 8 枷56007800 w a v e l e n g t l l ( 胁) 图2 12 脱氧核糖( 曩) 及d n a 受羟基自由基攻击后在酸性条件下与硫代巴比妥酸 反应生成物的光谱扫描图 fi g 2 - li r y ：- v 缸a b s o r p t i o ns p e c t n l mo f l 卫p u 5 峪u n d e ra c i d i c n d i a o n 2 3 试剂、仪器及实验方法 2 3 1 实验试剂 2 脱氧核糖( d r ) 、鱼精d n a 、山奈酚、芹菜素购于s i 舯a 公司； 槲皮素购于陕西慧科生物有限公司； c lc 1 3 6 h 2 0 、磷酸氢二钠( n a 2 h p 0 4 ) 、磷酸二氢钠斜a h 2 p 0 4 ) 、三氯乙酸( t c a ) 双 氧水( h 2 0 2 ) 、v c 购于西安化学试剂公司； 硫代巴比妥酸a ) 购自国药集团化学试剂有限公司。所用试剂均为分析纯。 19 6 4 2 o o o o o x s t e f a v gi j u ，al i 弱h e i l l 【0 ，ep i s k o r z ，i k 0 m a r o m i ，r i m a n i n ，d j f 0 x ，t k e i t h ，m a 砧一工丑h 锄，c yp e n g a n 粕a y a l 【l 【a 吼m c h a l l a c o m b e ，pm wg i l l ， b j o h n s o n ，w c h e n ，m w w b n g ，c g 0 n z a l e z ，j 八p o p l e ，g a u s s l 谢0 3 ， r e v i s i o nb 0 5 ，g 她s s i 孤，l i i c p i t t s b u r j 曲，p 2 3 【1 0 1 】厄蹦s c h ，m j 硒s c h ，gw 1 - m c k s ，“g a u s s i 姐0 3u s e r sr e 舶n c c m a n u a l 、，r c r s j 伽7 0 ”，g 4 淞，函一加cm a r c h2 3 1 7 第二章铬( i i i ) 对d n a 的损伤及槲皮素保护作用的研究 2 1 引言 过渡金属元素广泛地分布于自然界之中，其中有些元素还存在于生物体系 中。如f c 、z n 、c u 、m n 等元素是生命活动正常进行不可缺少的重要物质，人 体若缺乏这些元素将会导致多种疾病的产生。但是，过量地摄入这些元素同样会 对人体产生极其不利的因素。这是因为，过量的金属离子会在体内发生一种类 f c n t o n 反应的化学反应【1 ，2 】： 2 0 2 7 + 2 h + ? h 2 0 2 + 0 2 h 2 0 2 + m n + ? m ( n + 1 卜+ o h + o h ? 这一反应所产生的羟自由基o h 是人体内存在的主要氧自由基的一种，可进攻生 物大分子引起蛋白质、脂质以及d n a 等的氧化损伤，从而导致一系列疾病。如 心脑血管疾病、糖尿病、癌症、衰老等都与羟自由基对机体的损伤有密切关系。 铬( i i d 元素是人体必需的微量元素，对维持人体正常的生理功能有重要作 用，它可以参与糖代谢过程促进脂质代谢及蛋白质的合成对于人体的生长发 育起着促进作用【3 。5 1 。但是体内过量的铬( i i i ) 元素的累积同样会促进f t o n 反应 的发生，产生大量的o h ，从而引起机体损伤以及各种疾病的产生【每1 。 研究表明，使用外源抗氧化剂可有效地清除体内多余的自由基，避免或减少 自由基氧化作用对人体的损伤。与合成抗氧化剂相比，天然抗氧化剂因其安全、 毒性小的特点而受到人们更多的关注与重视。槲皮素作为一种高效、无毒、价廉 的天然黄酮类抗氧化物，具有很重要的应用价值和发展前景。本文以体外抗氧化 体系为模型，测定了c r ( i i i ) 离子对脱氧核糖及d n a 的损伤作用，同时测定了槲 皮素对其保护作用，并与山奈酚、芹菜素的保护作用进行比较，为该类物质的抗 氧化研究提供了一定的实验依据。 2 2 实验原理 金属离子发生f e n t o n 反应产生的羟基自由基能够进攻2 脱氧核糖或d n a 分 子造成分子的损伤。图2 1 为2 脱氧核糖及d n a 受羟基自由基攻击后的反应产 物丙二醛( m d a ) 在酸性条件下与硫代巴比妥酸反应后生成物( t h i o b a r b i t u r i ca c i d 1 8 r c a c t i v es u b s t 狮c c s ，t b a r s ) 在4 0 0 - 8 0 0 i i m 范围内的光谱扫描图。由图可知，2 脱氧核糖与d n a 受f c n t o n 反应产生的羟基自由基攻