黑沙蒿黃酮抗氧化性能的構(gòu)效關(guān)系分析

楊怡萌, 黎 可, 姜顯瓊, 陳聰梅, 王 強(qiáng)*

(1. 重慶第二師范學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院, 重慶 400067; 2. 重慶第二師范學(xué)院 脂質(zhì)資源與兒童日化品協(xié)同創(chuàng)新中心, 重慶 400067;3. 國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心, 深圳 518055)

黑沙蒿為菊科植物,全草均可入藥[1],具有抗氧化、降血糖、降膽固醇、消炎止血等藥用功效[2].黑沙蒿主要含有多糖類(lèi)、黃酮類(lèi)、揮發(fā)油類(lèi)和三萜類(lèi)物質(zhì),其中黃酮類(lèi)化合物是發(fā)揮抗氧化作用的主要活性成分[3].現(xiàn)有文獻(xiàn)表明,黃酮類(lèi)化合物的抗氧化作用主要通過(guò)氫轉(zhuǎn)移機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)[4-7],即黃酮化合物中的酚羥基與自由基發(fā)生抽氫反應(yīng)生成較穩(wěn)定的半醌式自由基,從而終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng),起到抗氧化的作用.然而,由于自由基作為高活性中間體在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很難捕捉,使得單一通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行抗氧化機(jī)理的深入研究受到了限制.換句話(huà)說(shuō),從分子水平對(duì)黑沙蒿黃酮類(lèi)化合物通過(guò)清除自由基發(fā)揮抗氧化活性的作用機(jī)制仍然有待進(jìn)一步研究.

近年來(lái),實(shí)驗(yàn)工作者采用不同的實(shí)驗(yàn)手段對(duì)黑沙蒿等黃酮類(lèi)化合物的自由基清除活性進(jìn)行探索研究,如DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除活性測(cè)定法[8]、ATBS測(cè)定法[9]以及羥基/超氧陰離子自由基清除法[10-11]等.王勇等[12]以IC50值作為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用分光光度法研究了黑沙蒿中黃酮類(lèi)化合物清除·OH自由基的活性,并初步探討了黑沙蒿黃酮清除羥基自由基活性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系.Asres等[13]通過(guò)縱向?qū)Ρ炔煌?lèi)別的黃酮類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)及DPPH自由基清除活性,發(fā)現(xiàn)黃酮化合物的分子結(jié)構(gòu)直接決定了抗氧化活性的高低.不難看出,黃酮的分子結(jié)構(gòu)與其抗氧化性能之間具有明顯的相關(guān)性,但是,單一的實(shí)驗(yàn)研究中多數(shù)缺乏定量的理論解釋來(lái)具體闡明結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系以及抗氧化活性的內(nèi)在規(guī)律.

量子化學(xué)計(jì)算的快速發(fā)展為深入探索黑沙蒿黃酮抗氧化活性構(gòu)效關(guān)系提供了便捷,例如,齊婧敏等[14]基于密度泛函理論,采用B3LYP方法對(duì)黑沙蒿黃酮化合物進(jìn)行氣相優(yōu)化,并對(duì)其抗氧化作用進(jìn)行了分析.注意到B3LYP方法的經(jīng)典毋庸置疑,然而近年的研究中,科研工作者發(fā)現(xiàn)其計(jì)算精確度不夠理想[15-16],而M06-2X[17-18]密度泛函方法在黃酮類(lèi)化合物的自由基清除活性計(jì)算中備受好評(píng),例如Li等[19]運(yùn)用密度泛函M06-2X方法對(duì)比分析了13種黃酮化合物結(jié)構(gòu)與抗氧化活性的關(guān)系,通過(guò)羥基O—H鍵解離能的計(jì)算揭示了氫轉(zhuǎn)移機(jī)制是黃酮發(fā)揮抗氧化作用的優(yōu)勢(shì)路徑,并且計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值保持較高的一致性.

實(shí)驗(yàn)及量子化學(xué)計(jì)算的方法在黃酮類(lèi)化合物抗氧化活性的研究中發(fā)揮著同樣重要的作用,考慮到不同計(jì)算方法的差異性以及溶劑化效應(yīng)的影響,本文運(yùn)用M06-2X密度泛函方法進(jìn)行溶劑相優(yōu)化,對(duì)4種黑沙蒿黃酮的抗氧化活性進(jìn)行深入分析,在優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析、抽氫反應(yīng)的熱力學(xué)能量分析、NBO電荷分析的基礎(chǔ)之上,本文首次采用Multiwfn軟件[20]對(duì)黑沙蒿黃酮的自由基穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),通過(guò)自旋密度圖和酚羥基氧原子上的自旋密度值形象化對(duì)調(diào)控黃酮自由基穩(wěn)定性的因素進(jìn)行闡釋.最后,針對(duì)不同溶劑的極性對(duì)黑沙蒿黃酮抗氧化性能的影響也進(jìn)行了探索分析.希望通過(guò)本文的研究,提出調(diào)控黑沙蒿黃酮抗氧化性能的關(guān)鍵活性位點(diǎn)及分子結(jié)構(gòu)-抗氧化性能關(guān)系的內(nèi)在規(guī)律,同時(shí)為量子化學(xué)計(jì)算在天然黃酮抗氧化活性的構(gòu)效關(guān)系的探索中提供新的分析角度和思路,為天然黃酮抗氧化性能的深入研究與應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 計(jì)算方法

本文中所有的密度泛函計(jì)算結(jié)果都是在Gaussian 09上運(yùn)行[21],考慮到M06-2X方法在計(jì)算分子弱相互作用時(shí)精密度更高[22],以及近年來(lái)在黃酮化合物計(jì)算中被廣泛應(yīng)用,因此針對(duì)4種黑沙蒿黃酮,采用M06-2X方法在全電子基組6-31G(d)水平下,以SMD[23]為溶劑模型,以甲醇為溶劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,頻率的計(jì)算用于確定虛頻的數(shù)量,中間體的虛頻數(shù)為0.文中各物質(zhì)的熱力學(xué)能量描述用焓值表示.

基于黑沙蒿黃酮分子的優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算模擬,本文通過(guò)幾何構(gòu)型參數(shù)分析、抽氫反應(yīng)熱力學(xué)能量分析、NBO電荷分析、黃酮自由基穩(wěn)定性分析對(duì)黑沙蒿黃酮抗氧化活性的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行探究,并針對(duì)不同的溶劑(水、甲醇、乙醇)極性對(duì)黑沙蒿抗氧化活性的影響也進(jìn)行了對(duì)比分析,深入探討黑沙蒿黃酮抗氧化活性的構(gòu)效關(guān)系及內(nèi)在規(guī)律.其中,黃酮半醌式自由基的自旋密度圖是在Multiwfn軟件[20]下得到的.

2 結(jié)果與討論

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)分析現(xiàn)有文獻(xiàn)表明,黑沙蒿黃酮種類(lèi)較多[3,24-25],本文選擇4種具有代表性的黃酮分子(芫花素、羥基芫花素、芹菜素-7,4′-二甲醚、鼠李素),其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示,其中,黃酮ABC環(huán)對(duì)應(yīng)的位置如圖1(a)所示.

根據(jù)黃酮類(lèi)化合物的抗氧化作用機(jī)制,抗氧化性能的高低由酚羥基的O—H鍵斷裂發(fā)生抽氫的難易程度來(lái)決定,因此,酚羥基的O—H鍵長(zhǎng)是評(píng)價(jià)其抗氧化活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素,4種不同黑沙蒿黃酮的優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖2所示,優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示.

圖2 黑沙蒿黃酮化合物的優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖

表1 4種黑沙蒿黃酮化合物的酚羥基O—H鍵鍵長(zhǎng)及∠C—O—H鍵角

分析不同黑沙蒿黃酮分子的酚羥基O—H鍵,從表1中可以發(fā)現(xiàn),不同黃酮分子的酚羥基O—H鍵長(zhǎng)相差不大,主要分布在0.096 7～0.098 3 nm之間.其中,鼠李素C3上的O—H鍵最長(zhǎng)(0.098 3 nm),再橫向?qū)Ρ菴4′、C5、C3′位點(diǎn)酚羥基O—H鍵長(zhǎng)與其他4種黃酮化合物相差不大,另外,考慮到鼠李素的羥基數(shù)最多,初步推測(cè)鼠李素的抗氧化活性較高.以同樣的思路,不難發(fā)現(xiàn),羥基芫花素具有3個(gè)酚羥基活位點(diǎn),且C3′羥基的鍵長(zhǎng)與芫花素和芹菜素-7,4′-二甲醚中任意鍵長(zhǎng)相比更長(zhǎng)(0.097 1 nm對(duì)0.096 8 nm),因此,根據(jù)酚羥基O—H鍵長(zhǎng)的數(shù)據(jù)對(duì)比,初步認(rèn)為4種黑沙蒿黃酮的抗氧化活性高低依次為:鼠李素>羥基芫花素>芫花素>芹菜素-7,4′-二甲醚.

再次對(duì)比不同黑沙蒿黃酮分子的酚羥基C—O—H鍵角(表1),發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的鍵角是介于108°～110°范圍內(nèi),其中鼠李素C3—O—H的鍵角(103.4°)及羥基芫花素、鼠李素的C3′—O—H鍵角(約107°)相對(duì)較小,分析可能是由于鼠李素C3位點(diǎn)羥基中的氫原子與相鄰羰基中電負(fù)性較大的氧原子形成了弱的氫鍵作用(如圖2虛線所示)造成的.同樣地,鼠李素和羥基芫花素C3′的羥基與C4′羥基中的氧原子也可以通過(guò)形成分子內(nèi)氫鍵,使得C3′位點(diǎn)的O—H鍵被有所拉長(zhǎng),C3′—O—H鍵角有所壓縮.

2.2 抽氫反應(yīng)的熱力學(xué)能量分析根據(jù)黃酮類(lèi)化合物抗氧化作用機(jī)制,抽氫反應(yīng)的難易程度還可以從熱力學(xué)角度進(jìn)行分析,以實(shí)驗(yàn)測(cè)定常用的DPPH自由基為捕獲對(duì)象,對(duì)4種黃酮分子(Fl—OH)與DPPH·在甲醇溶劑下發(fā)生抽氫反應(yīng)[21-23](Fl—OH+DPPH·=Fl—O·+DPPH2)的反應(yīng)焓變進(jìn)行計(jì)算分析,結(jié)果如表2所示.可以看出,抽氫反應(yīng)為吸熱過(guò)程,因此,該過(guò)程所需能量越低,代表反應(yīng)越容易發(fā)生,自由基清除活性越高.

從表2中數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論:1) B環(huán)鄰位雙羥基的存在對(duì)抗氧化性能的提升影響顯著.通過(guò)對(duì)比4種黑沙蒿黃酮,發(fā)現(xiàn)鼠李素、羥基芫花素均含有3′,4′-雙羥基結(jié)構(gòu),當(dāng)C4′位點(diǎn)H原子解離后,自由基氧原子具有較高的電負(fù)性,與相鄰羥基中的H原子可以形成分子內(nèi)氫鍵,大大增加了產(chǎn)物自由基的穩(wěn)定性,使得鼠李素和羥基芫花素的C4′位點(diǎn)抽氫反應(yīng)焓較低(66.18和73.80 kJ/mol);另一方面,對(duì)于失去鄰位雙羥基結(jié)構(gòu)的芫花素而言,其C4′位點(diǎn)的抽氫反應(yīng)焓明顯增高(106.32 kJ/mol),進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論.2) B環(huán)羥基位點(diǎn)抗氧化活性最高,A環(huán)活性最低.4種黑沙蒿黃酮在A環(huán)上的C5—OH的抽氫反應(yīng)焓最高(>104 kJ/mol),抗氧化活性最低,而B(niǎo)環(huán)中C4′—OH是鼠李素、羥基芫花素、芫花素的最高活性位點(diǎn).3) 通過(guò)羥基位置和數(shù)量的綜合考慮,根據(jù)4種黑沙蒿黃酮抽氫反應(yīng)焓值的對(duì)比分析,得出其活性次序?yàn)?鼠李素>羥基芫花素>芫花素>芹菜素-7,4′-二甲醚.這一結(jié)論與上文結(jié)構(gòu)參數(shù)的結(jié)論保持一致,并與齊婧敏等[14]提出的抗氧化活性次序也保持一致.

表2 在甲醇溶劑中4種黑沙蒿黃酮不同羥基位點(diǎn)的抽氫反應(yīng)焓的計(jì)算值

2.3 NBO電荷分析基于熱力學(xué)能量分析,得出了4種黑沙蒿黃酮抗氧化性能的高低,為了從電子效應(yīng)分析其內(nèi)在成因,對(duì)黃酮酚羥基H原子的NBO電荷進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)黃酮發(fā)揮抗氧化性能是通過(guò)對(duì)自由基的捕獲,而這一過(guò)程是具有較高的電負(fù)性的原子通過(guò)與黃酮酚羥基的H原子結(jié)合而實(shí)現(xiàn),因此,黑沙蒿黃酮酚羥基H原子的NBO電荷高低是決定其抗氧化活性差異的內(nèi)在因素.由于自由基的作用位點(diǎn)氧或氮原子呈電負(fù)性,黃酮類(lèi)化合物中酚羥基上的H原子所帶正電荷越多(即NBO電荷越高)時(shí),越容易與該類(lèi)自由基發(fā)生結(jié)合,它的抗氧化性能越強(qiáng).于此,運(yùn)用優(yōu)化后的分子在M06-2X/6-31G(d)方法下進(jìn)行單點(diǎn)計(jì)算,得到4種黑沙蒿黃酮酚羥基H原子上的NBO電荷分布,如表3所示.

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)表2中抽氫反應(yīng)能量越低的羥基位點(diǎn),H原子的NBO電荷更高.即黑沙蒿黃酮酚羥基上H原子的NBO電荷與抽氫反應(yīng)焓的高低成反比關(guān)系.比如在羥基芫花素中,氫原子的NBO電荷表現(xiàn)為C4′(0.511 4)>C3′(0.509 1)>C5(0.492 2),代表其抽氫反應(yīng)的活性高低是C4′>C3′>C5,與熱力學(xué)能量分析結(jié)論(73.80比90.29比109.72 kJ/mol)保持一致.同樣的,芫花素、芹菜素-7,4′-二甲醚的H原子NBO電荷也與抽氫反應(yīng)能量的高低成反比關(guān)系,芫花素抽氫反應(yīng)焓值C5位點(diǎn)(110.34 kJ/mol)>C4′位點(diǎn)(106.32 kJ/mol),NBO電荷分布為C5(0.492 2)

表3 4種黑沙蒿黃酮酚羥基H原子上的NBO電荷分布

然而,值得注意的是,在鼠李素中,NBO電荷數(shù)最大的是C3號(hào)位羥基H原子,與抽氫反應(yīng)能量最低位點(diǎn)C4′這一結(jié)論有所出入,分析原因可能與該位置酚羥基上的H易與鄰位的羰基形成分子內(nèi)氫鍵,從而使負(fù)電荷更多地向羰基離域,使得C3—OH中氫原子的NBO電荷有所升高;另一方面,C3—OH在發(fā)生O—H鍵斷裂之后,其半醌式自由基失去了氫鍵的穩(wěn)定化作用,使得其從熱力學(xué)角度上有所升高,而C4′位點(diǎn)在發(fā)生O—H鍵斷裂后,其鄰位C3′—OH的分子內(nèi)氫鍵依然存在,使得C4′位點(diǎn)的半醌式自由基穩(wěn)定性依然較高,鼠李素最高活性位點(diǎn)的最終提出將結(jié)合黑沙蒿黃酮自由基的自旋密度分布情況在下文進(jìn)行分析.

此外,還發(fā)現(xiàn)不同的黑沙蒿黃酮中均表現(xiàn)出B環(huán)上羥基活性較高,A環(huán)C5—OH活性最低(約0.49),與上文抽氫反應(yīng)焓的結(jié)論保持一致,造成這一結(jié)果的原因可能是黑沙蒿黃酮分子中C環(huán)均含有不飽和羰基,它的存在一方面增強(qiáng)了B環(huán)的共軛作用,另一方面由于不飽和羰基的吸電子特性鈍化了A環(huán)上的羥基活性,而對(duì)B環(huán)的鈍化作用則不明顯.

2.4 自旋密度分析黃酮類(lèi)化合物自由基清除活性不僅取決于黃酮分子中羥基位點(diǎn)的給氫難易程度,更取決于產(chǎn)物黃酮自由基的穩(wěn)定性,單電子自旋密度分布是評(píng)價(jià)自由基穩(wěn)定性的重要指標(biāo).基于黑沙蒿黃酮分子優(yōu)化結(jié)構(gòu)的單點(diǎn)計(jì)算,運(yùn)用Multiwfn軟件[20]得到了4種黑沙蒿黃酮自由基的自旋密度分布圖.圖3顯示了自由基結(jié)構(gòu)中單電子的分布情況,而每一個(gè)原子上所標(biāo)出的數(shù)值,是對(duì)應(yīng)自旋密度大小(Alpha電子密度-Beta電子密度).

為了清晰可見(jiàn),以鼠李素為例,對(duì)比了不同羥基位點(diǎn)發(fā)生抽氫反應(yīng)后半醌式自由基的自旋密度圖,如圖3所示.根據(jù)上文鼠李素的抽氫反應(yīng)焓值和不同羥基H原子的電荷分布,發(fā)現(xiàn)C4′—OH相對(duì)于C3—OH位點(diǎn)表現(xiàn)出略低的反應(yīng)焓(66.18比70.83 kJ/mol),但NBO電荷分析中卻表現(xiàn)出C3—OH位點(diǎn)的氫原子的電荷更正(0.510 0比0.523 5),這一矛盾促使對(duì)鼠李素這2個(gè)位點(diǎn)的半醌式自由基的穩(wěn)定性差異先進(jìn)行剖析.通過(guò)自旋密度圖發(fā)現(xiàn),鼠李素—C4′—自由基(圖3(b))和鼠李素—C3—自由基(圖3(c))中單電子在B和C環(huán)均有離域,但是前者的離域程度更高,這一結(jié)論可以從羥基氧原子的自旋密度值得以驗(yàn)證;從鼠李素C4′—OH上的氫發(fā)生解離后,自旋密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C3—OH上氧原子的自旋密度值(0.290比0.313),說(shuō)明鼠李素—C4′—自由基單電子更多地從氧原子上離域到了相鄰原子上,使得自旋密度分布更加分散,自由基穩(wěn)定性更高.分析其內(nèi)在成因,可能是鼠李素C4′—OH在抽氫之后,與相鄰的C3′形成的分子內(nèi)氫鍵的穩(wěn)定化作用造成的.因此,認(rèn)為鼠李素的最高活性位點(diǎn)是C4′—OH,最高活性位點(diǎn)的提出要結(jié)合熱力學(xué)分析以及自由基產(chǎn)物的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)判.

圖3 鼠李素半醌式自由基的自旋密度分布圖

此外,還發(fā)現(xiàn)鼠李素4個(gè)不同羥基位點(diǎn)自由基中酚羥基氧原子的自旋密度數(shù)值高低次序?yàn)?C4′(0.290)

以同樣的研究思路,分別提出了其他3種黑沙蒿黃酮的最高活性位點(diǎn),如圖4所示.為了清晰可見(jiàn),將4種黑沙蒿黃酮的最高活性位點(diǎn)的自旋密度圖進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),4種黑沙蒿黃酮最高活性位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的自由基氧原子的自旋密度從低到高分別為;鼠李素C4′位點(diǎn)0.290(圖3(b))、羥基芫花素C4′位點(diǎn)0.304(圖4(a))、芫花素C4′位點(diǎn)0.337(圖4(b))、芹菜素-7,4′-二甲醚C5位點(diǎn)0.564(圖4(c)),該數(shù)值越低,即單電子離域越明顯,半醌式自由基穩(wěn)定性越強(qiáng),抗氧化活性越高,換句話(huà)說(shuō),黑沙蒿黃酮自由基氧原子的自旋密度分布與抗氧化性能成反比關(guān)系.

圖4 最高活性位點(diǎn)半醌式自由基自旋密度分布圖

此外,不難發(fā)現(xiàn)該趨勢(shì)與上文通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱力學(xué)能量分析提出的4種不同黑沙蒿活性位點(diǎn)的高低次序保持一致,即鼠李素>羥基芫花素>芫花素>芹菜素-7,4′-二甲醚,同樣含有分子內(nèi)氫鍵的鼠李素和羥基芫花素活性較高,說(shuō)明分子內(nèi)氫鍵是調(diào)控黑沙蒿黃酮自由基穩(wěn)定性及抗氧化性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素,B環(huán)4′—OH是黑沙蒿黃酮的關(guān)鍵活性位點(diǎn).

基于自旋密度的對(duì)比研究,認(rèn)為通過(guò)自旋密度分布判斷半醌自由基穩(wěn)定性這一分析角度,單一黃酮分子中最高活性位點(diǎn)的提出以及不同黃酮分子間最高活性位點(diǎn)的縱向?qū)Ρ染哂兄匾睦碚撘饬x,為從分子水平對(duì)黃酮類(lèi)化合物抗氧化活性構(gòu)效關(guān)系的分析提供了新思路.

2.5 溶劑極性對(duì)黑沙蒿黃酮抗氧化性能的影響分析為了進(jìn)一步分析不同溶劑極性對(duì)黑沙蒿黃酮抗氧化性能的影響,在水、乙醇兩種溶劑下,同樣運(yùn)用M06-2X/6-31G(d)方法對(duì)黑沙蒿黃酮在與DPPH自由基發(fā)生抽氫反應(yīng)(Fl—OH+DPPH·=Fl—O·+DPPH2)歷程的焓值進(jìn)行了計(jì)算分析,結(jié)果如表4所示.為了清晰可見(jiàn),將甲醇溶劑下的抽氫反應(yīng)焓(表2)與水、乙醇溶劑下的焓值(表4)進(jìn)行對(duì)比,并繪制成折線圖,不同顏色的曲線代表不同的溶劑下能量數(shù)據(jù),如圖5所示.

圖5 不同溶劑下黑沙蒿黃酮的抽氫反應(yīng)焓值對(duì)比圖

水(H2O)、甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)溶劑極性依次降低,根據(jù)表4和圖5的對(duì)比分析中,可以更加清晰地看出;在3種溶劑中各位點(diǎn)抽氫反應(yīng)焓值高低次序?yàn)?圓形曲線(水)>方形曲線(甲醇)>三角形曲線(乙醇),即隨著溶劑的極性減弱有利于黑沙蒿黃酮抗氧化性能的提升,這一結(jié)論與前人采用密度泛函理論研究黃芪黃酮[26]、白藜蘆醇[27]中溶劑極性對(duì)抗氧化活性影響的結(jié)論保持一致.此外,還發(fā)現(xiàn)溶劑化效應(yīng)的影響并未改變4種黑沙蒿黃酮的抗氧化次序以及最高活性位點(diǎn)的提出.即抗氧化次序依舊是鼠李素>羥基芫花素>芫花素>芹菜素-7,4′-二甲醚,其中B環(huán)的C4′位點(diǎn)依然是黑沙蒿黃酮的最高活性位點(diǎn).

表4 4種黑沙蒿黃酮在不同溶劑下的抽氫反應(yīng)焓計(jì)算值的對(duì)比分析

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于密度泛函理論,運(yùn)用M06-2X方法對(duì)黑沙蒿黃酮分子進(jìn)行溶劑相優(yōu)化計(jì)算,從幾何構(gòu)型參數(shù)分析、抽氫反應(yīng)熱力學(xué)能量分析、NBO電荷分析、黃酮自由基穩(wěn)定性分析等多角度對(duì)黑沙蒿黃酮抗氧化性能的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行探究,并針對(duì)不同的溶劑極性對(duì)黑沙蒿抗氧化活性的影響也進(jìn)行了對(duì)比分析,得出主要結(jié)論如下:

1) 4種黑沙蒿黃酮的抗氧化性能強(qiáng)弱次序?yàn)?鼠李素>羥基芫花素>芫花素>芹菜素-7,4′-二甲醚,其中鼠李素和羥基芫花素是主要活性成分.

2) 酚羥基的位置對(duì)黑沙蒿黃酮抗氧化性能的影響較為顯著,其中B環(huán)C4′—OH位為黑沙蒿黃酮的最高活性位點(diǎn),當(dāng)B環(huán)上存在鄰位雙羥基時(shí),由于形成分子內(nèi)氫鍵,使得黃酮分子的抗氧化活性能力顯著增強(qiáng);A環(huán)上的C5位羥基為活性最低位點(diǎn).

3) 黑沙蒿黃酮不同位點(diǎn)酚羥基上H原子的電荷分布與黑沙蒿黃酮抗氧化活性能力強(qiáng)弱成正比關(guān)系,H原子所帶正電荷越高,對(duì)自由基的捕捉越容易.

4) 黑沙蒿黃酮不同位點(diǎn)酚羥基上O原子的自旋密度分布與黑沙蒿黃酮抗氧化活性能力強(qiáng)弱成反比關(guān)系,單電子離域越明顯,半醌式自由基穩(wěn)定性越高,抗氧化活性越強(qiáng).通過(guò)自旋密度分布判斷半醌自由基穩(wěn)定性這一分析角度,單一黃酮分子中最高活性位點(diǎn)的提出以及不同黃酮分子間高活性位點(diǎn)的縱向?qū)Ρ染哂兄匾睦碚撘饬x.

5) 隨著溶劑的極性的減弱,黑沙蒿黃酮的抗氧化活性增強(qiáng),然而溶劑化效應(yīng)的影響并不改變4種黑沙蒿黃酮的抗氧化次序以及最高活性位點(diǎn).

綜上所述,本研究通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算的角度對(duì)4種黑沙蒿黃酮化合物抗氧化活性的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了深入討論,提出影響最高活性位點(diǎn)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)調(diào)控因素,并對(duì)溶劑極性對(duì)抗氧化活性的影響進(jìn)行對(duì)比分析,希望對(duì)黑沙蒿黃酮類(lèi)化合物抗氧化機(jī)制的深入理解提供幫助,為天然黃酮類(lèi)化合物抗氧化活性研究的應(yīng)用與發(fā)展奠定理論基礎(chǔ).

致謝重慶第二師范學(xué)院校級(jí)科研一般項(xiàng)目(KY202120C)和國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心提供的高斯09計(jì)算資源對(duì)本文給予了資助和幫助，謹(jǐn)致謝意.