反玉米素的結(jié)構(gòu)及其紅外光譜性質(zhì)的指認(rèn)研究

杜旭升　蒲曉亞

摘要

[目的]將振動(dòng)光譜（紅外光譜）試驗(yàn)研究技術(shù)與理論研究方法相結(jié)合， 較詳細(xì)地探討反玉米素的幾何構(gòu)型和紅外光譜數(shù)據(jù)。[方法] 采用理論化學(xué)計(jì)算的方法，得到玉米素的以上2個(gè)穩(wěn)定合理幾何構(gòu)型和相關(guān)的分子振動(dòng)光譜數(shù)據(jù)。以阿拉丁公司的反玉米素為樣品， 采用溴化鉀壓片的方法在PerkinElmer Spectrum 100型傅立葉變換紅外光譜儀測定了其紅外光譜， 同時(shí)借助模擬計(jì)算結(jié)果，對各個(gè)紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行指認(rèn)。[結(jié)果] 從鍵長特點(diǎn)和電荷分布的角度，指出了順式構(gòu)型和反式構(gòu)型具有不同生物化學(xué)活性的微觀因素。同時(shí)，確定反玉米素的振動(dòng)類型與屬性。[結(jié)論] 該研究有助于對反玉米素的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 紅外光譜；指認(rèn)；反玉米素

中圖分類號 S121 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 0517-6611（2014）13-03782-02

Abstract [Objective] Combining research technique of vibrational spectrum （infrared spectroscopy） with theoretical research approaches， geometry configuration and infrared spectroscopy data were analyzed in detail. [Method] The geometries and FTIR property of the transzeatin and ciszeatin were obtained by using the theoretical chemical calculation method. FTIR experiments were conducted using a PerkinElmer Spectrum 100 infrared spectrometer for the transzeatin via the KBr disk method. The results of IR spectroscopy of the transzeatin were simply identified under the aiding of theoretical calculation data. [Result] From the aspects of bond length characteristics and charge distribution， the transzeatin and ciszeatin had microfactors of different biological and chemical activities. Meanwhile， the vibration types and attributes of zeatin were determined. [Conclusion] The research contributed to the further research of zeatin.

Key words FTIR spectroscopy； Identification； Zeatin

玉米素又稱玉米因子，是從玉米嫩籽中分離出的第一種存在于高等植物中的天然細(xì)胞分裂素，屬嘌呤衍生物。按照空間微觀結(jié)構(gòu)，玉米素有順式構(gòu)型和反式構(gòu)型2種結(jié)構(gòu)。其中的反式構(gòu)型就是具有生物活性功能的反玉米素，其化學(xué)名稱為6-反式-4-羥基-3-甲基-丁-2-烯基氨基嘌呤，也可命名為6-（反-4-羥基-3-甲基-2-丁烯氨基）嘌呤或N-6-（反-4-羥基-異戊烯）腺嘌呤[1]。在20世紀(jì)反玉米素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與組成被確定后，其人工合成就有報(bào)道[2]。后來，Letham等[3]改進(jìn)了合成方法，得到純的反玉米素，但是產(chǎn)率僅為1.5%。1986年，Einset[4]以獼猴桃或其他木本植物中的N6-異戊烯腺嘌呤為原料，報(bào)道了反玉米素的生物合成。反玉米素通常為白色針狀結(jié)晶，熔點(diǎn)208～210 ℃，可溶于水和乙二醇。它能對某些水果誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)，也能對某些微生物促進(jìn)細(xì)胞分裂，在樹葉的剪口和一些苔類中能促進(jìn)芽苞的形成；在某些植物中，激發(fā)通過蒸發(fā)而造成水分損失；在土豆中，刺激塊莖的形成；此外，還在某些種類的海藻中刺激其生長，對藍(lán)莓莖段芽誘導(dǎo)的影響較顯著[5]，因而具有重要的生物活性功能。近年來，它被廣泛應(yīng)用于促進(jìn)愈傷組織發(fā)芽、座果和延緩葉片發(fā)黃。另外，反玉米素對一些作物種子處理后可促進(jìn)發(fā)芽，對苗期處理有促進(jìn)生長的作用。因而，玉米素在種子、食品原料與生物技術(shù)、農(nóng)林生產(chǎn)研究領(lǐng)域具有重要的價(jià)值[6-15]，對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的深入研究顯得尤為必要。筆者試圖將振動(dòng)光譜（紅外光譜）試驗(yàn)研究技術(shù)與理論研究方法相結(jié)合，較詳細(xì)地探討反玉米素的幾何構(gòu)型和紅外光譜數(shù)據(jù)，以更進(jìn)一步揭示其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。

1 材料與方法

反式和順式玉米素的幾何結(jié)構(gòu)采用理論方法B3LYP/631G[16-17]進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化得到，并且在同水平上進(jìn)行頻率分析，確定它為穩(wěn)定合理的幾何構(gòu)型，并且得到它們的化學(xué)鍵振動(dòng)頻率，分析其紅外光譜數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)研究方面，以阿拉丁公司的反玉米素為樣品，以溴化鉀壓片的方法用Spectrum 100型傅立葉變換紅外光譜儀（美國Perkin Elmer 公司）測定其紅外光譜，得到其紅外光譜圖。將理論計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)測定結(jié)果進(jìn)行對比，以對各個(gè)紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行指認(rèn)，確定其振動(dòng)類型與屬性。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米素的結(jié)構(gòu)及電荷分布

圖1a、b分別給出B3LYP/631G方法理論計(jì)算得到的反式玉米素和順式玉米素的空間幾何構(gòu)型。頻率分析計(jì)算結(jié)果表明，這2個(gè)結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同時(shí)，表1、2中列出了一些重要的化學(xué)鍵長參數(shù)和原子的Mulliken電荷布居。從表1可以看出反式玉米素和順式玉米素的幾何構(gòu)型，特別是化學(xué)鍵長參數(shù)存在一定程度的差異，如在反式構(gòu)型中C4C5、C5C6、C6O和OH的鍵長分別是1.347 5、1.514 3、1.466 0 和0.979 6 。這明顯小于順式構(gòu)型中C4C5、C5C6、C6O和OH的鍵長?？梢?，在順式構(gòu)型和反式構(gòu)型中，電子在原子間的分布有所不同。這也預(yù)示著整個(gè)分子中，電荷的分布也是不同的。這與表2中給出的Mulliken電荷布居數(shù)值和圖2中電荷分布情況一致。因而，反式玉米素和順式玉米素往往會(huì)表現(xiàn)出不同的分子極性和不同的化學(xué)生物學(xué)活性，如反式玉米素中的C4=C5雙鍵鍵長比順式結(jié)構(gòu)中的大，說明反式玉米素中的C=C雙鍵更容易發(fā)生親電加成反應(yīng)。

3 結(jié)論

玉米素分子有順式構(gòu)型和反式構(gòu)型2種分子結(jié)構(gòu)，而其中的反式構(gòu)型具有重要的生物活性功能。采用理論計(jì)算的方法得到玉米素的2個(gè)穩(wěn)定、合理幾何構(gòu)型，并且對比分析了鍵參數(shù)和原子Mulliken電荷布居。從鍵長特點(diǎn)和電荷分布的角度，指出順式構(gòu)型和反式構(gòu)型具有不同生物化學(xué)活性的微觀因素。對反式玉米素分子的振動(dòng)頻率進(jìn)行計(jì)算分析，并且對關(guān)鍵化學(xué)鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰進(jìn)行歸屬，同時(shí)以阿拉丁公司的反玉米素為樣品，采用溴化鉀壓片的方法在Spectrum 100型傅立葉變換紅外光譜儀測定其紅外光譜，從試驗(yàn)角度得到其紅外光譜數(shù)據(jù)，將理論計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)測定結(jié)果進(jìn)行對比，對各個(gè)紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行指認(rèn)，借助理論計(jì)算結(jié)果，準(zhǔn)確確定其振動(dòng)類型與屬性。該工作有助于對反玉米素

的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。

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