橙皮素-7-芸香糖苷金属配合物的柱上合成机理及产物生物活性研究

摘要

根据中药有效成分的配位化学学说，中药中有效成分可以是有机成分，也可以是无机成分，更有可能是两者的配合物。传统中药应满足“高效、速效和长效”，“剂量小、毒副作用小”和“科学化、现代化和国际化”的发展要求。因此，开发中药配合物新药是中药新药研制的新思路，而研究能耗低、无环境污染、简单高效的新工艺合成生物效价高、构效关系明确且安全无毒的配合物新药则是传统中药早日国际化和市场化的关键。 本课题系统研究了橙皮苷-铜配合物的合成、结构和功能性，在溶液配位体系中建立预测配位反应最佳工艺参数的模型方程，提出并实践了一种新的合成工艺和新的反应机理，即离子交换层析柱上配合物药物的分离反应一体化法合成机理。论文的具体研究工作和创新之处摘要如下： 以农业废弃物陈皮为原料，设计正交拉丁方实验，确定了超声波强化的“碱提酸析”法制备橙皮苷的提取和结晶工艺参数，提高了该法提取橙皮苷的得率，提高结晶产物纯度。该工艺反应容易控制，原料易得，对该样品的实验室制备及工业化生产具有重要的实用价值。 通过静态吸附实验和动态洗脱实验，从15种树脂中筛选出大孔树脂D296，既能有效富集碱性提取液中的高浓度橙皮苷，又能有效被Cl<'->再生；在流速3 BV/h，树脂床体积40 ml，pH11.5和橙皮苷浓度2.0 g/L的条件下，树脂利用度高达81％，平衡吸附量大于200 mg/mL湿树脂。因此，离子交换树脂不仅能处理橙皮苷含量低的中性废水溶液或醇溶液，还能直接处理橙皮苷浓度高的碱性提取液。 研究了D296静态分离碱液中橙皮苷的吸附性能、工艺条件、热力学和动力学。结果表明：pH为11.5，浓度为2.43 g/L的橙皮苷水溶液适于用小粒径的D296树脂在60℃下浓缩；吸附过程符合Freundish等温吸附式，是一级反应，60℃下反应活化能为23.45kJ/mol，速率常数为k60℃=7.7x10<'-5>s<'-1>；离子交换是主要的吸附形式，交换反应是自发的、熵增加的吸热反应；橙皮苷空间构型和分子量对交换反应特性有影响。 结合全略微分重叠计算和平衡分析，研究了橙皮苷—Cu(Ⅱ)配合物的配位模式。结果表明，橙皮苷是二齿配体，以4-羰基和5-OH与铜配位成2:1的配合物，配合物相对稳定常数lgK是8.05，反应时5-OH裂解释放H<'+>到介质中。通过响应面分析法优化反应条件，结果表明：反应温度44.4℃、pH值8.5和反应时间31 min时，橙皮苷的最大转化率为77.67％。响应面分析得到的模型方程可解释程度高，失拟度小，能有效分析配位反应过程，预测不同条件下的转化率。 本文还提出了离子交换柱上橙皮苷分离与配合反应的一体化设想，并成功合成出橙皮苷．铜配合物。最优工艺条件是60℃、30％甲醇、0.2 mol/LCu<'2+>和洗脱液流速2 mL/min。反应机理在于：基于软硬酸碱理论，树脂相中橙皮苷阴离子和溶液相中Cu<'2+>间存在静电引力，容易发生配位，改变糖苷的分子状态和疏水状态，再生剂阴离子接近交换剂活性基团的阻碍减小，可经过Nerst层实现离子交换，并与橙皮苷阴离子电子云重叠，产生促进橙皮苷解析的排斥力，在柱上实现离子交换反应和配位反应的同步发生。分离反应一体化工艺合成橙皮苷金属配合物简单可行，成本低廉，不污染环境，为配合物药物的产业化及市场推广提供理论和应用基础，为同类糖衍生物的开发开辟了新途径。采用原子吸收分光光度法(AAS)、元素分析(EL)、电子光谱(UV-Vis)、振动光谱(IR)、核磁共振谱(<'1>H-NMR)、热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和量子化学的分子力学优化，研究了配合物结构和性质。结果表明：配合物分子式是C<,56>H<,66>O<,30>Cu·6H<,2>O，熔点是223℃(软化范围的中间值)，在70％(v/v)甲醇中溶解度是1.23 g/L；配位后配体从晶体转变成有一定结晶度的无定形体；Cu<'2+>和4个O原子组成四方锥并位于锥顶；电子吸收带Ⅱ从284 nm红移至296 am；在1640 cm<'-1>的羰基振动吸收峰移至1620 cm<'-1>；<'-1>H-NMR中5-OH的质子位移12.016 ppm消失；最高衍射峰处2e从15.7°移至19.24°。这些进一步证实配位反应发生在橙皮苷的4-羰基和5-OH，配位后Cu元素形态发生了改变。其中部分数据还未见相关文献报道，研究过程可为类似配合物的结构表征提供方法借鉴。 活性试验证实，橙皮苷与Cu(Ⅱ)配位后，其OH清除活性变化不大，DPPH·和O<,2>-清除活性明显提高；配合物抑制G<'+>和G<'->菌能力比橙皮苷强，供试菌种中金黄色葡萄球菌(G<'->)对配合物最敏感；全略微分重叠(CNDO)计算结果表明，在脂质过氧化体系中配位效应是橙皮苷起抗氧化作用的一个主要根据；计算还预测，新橙皮苷二氢查耳酮是五种橙皮苷衍生物中抗氧化活性最好的模型分子。研究结果可为橙皮苷配合物用作功能性食品添加剂或保健药物提供理论依据和实践参考，还可为配合物新药开发提供借鉴。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

第二章陈皮中橙皮苷的超声法提取和结晶

第三章橙皮苷分离树脂筛选和交换柱特性研究

第四章D296分离橙皮苷的动力学和热力学

第五章橙皮苷与铜的配位模式和反应条件

第六章橙皮苷—铜配合物的柱上合成工艺与机理研究

第七章橙皮苷-铜配合物的结构表征

第八章橙皮苷及其铜配合物的抑菌活性比较

第九章橙皮苷及其铜配合物抗氧化活性比较

第十章橙皮苷及其衍生物抗氧化活性的机理分析

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢