四种甘草黄酮化合物捕获体内自由基反应机理的理论研究

摘要

生物体本身具有自由基清除系统，由于自由基产生过多或自由基清除系统出现故障就会导致体内自由基过量累积，由此会引发疾病和加速机体老化。因此，寻找天然高效的自由基清除剂便成为了该领域研究的热点。甘草黄酮类化合物是一类广泛存在于甘草中的天然抗氧化剂，具有较好的抗氧化活性。探明甘草黄酮类化合物捕获体内自由基的反应机理，对甘草中天然抗氧化剂活性的研究具有非常重要的意义。
　　本文采用密度泛函理论，研究了四种甘草黄酮类化合物即甘草素、异甘草素、乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获体内·OH、·OOH和·OOCl3C三种活性氧自由基的微观反应机理。在M06-2X/6-311+G(d，p)水平下，优化了抽氢和加成反应通道的稳定点几何构型，得到了各反应通道的热力学参数和动力学参数，并获得了各反应通道的势能面信息。计算结果表明:甘草素和异甘草素捕获体内·OH和·OOCl3C活性氧自由基时，各活性位点的反应吉布斯自由能均小于零，反应能自发进行，而在捕获体内·OOH活性氧自由基时，反应不能自发进行;乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获体内·OH、·OOH和·OOCl3C三种活性氧自由基时，除乌拉尔醇C环上的C3通道在捕获·OOH活性氧自由基时反应不能自发进行以外，其他通道的反应均可自发进行。
　　本文采用SMD溶剂化模型，计算了溶剂化效应对反应的影响。确定了甘草素、异甘草素、乌拉尔醇和新乌拉尔醇四种甘草黄酮类化合物分别捕获体内三种活性氧自由基的反应机理和反应活性位点。研究结果表明:甘草素通过抽氢反应捕获体内·OH、·OOH和·OOCl3C三种活性氧自由基，甘草素B'环上的羟基反应通道是主要反应活性位点。异甘草素通过加成反应和抽氢反应捕获体内三种自由基，加成反应通道是优势反应通道，连接两个苯环的碳-碳双键上的C1位点是主反应活性位点。在捕获体内三种活性氧自由基时，异甘草素C1位点的反应活性优于甘草素B'4位点的反应活性。乌拉尔醇和新乌拉尔醇通过抽氢反应捕获体内·OH、·OOH和·OOCl3C三种活性氧自由基，乌拉尔醇在捕获体内三种自由基时，主要反应活性位点分别位于C3、A4和B6位点，新乌拉尔醇在捕获体内三种自由基时，主要反应活性位点分别位于C'4、C'3和B'2位点。
　　通过本文的研究，明确了甘草素、异甘草素、乌拉尔醇和新乌拉尔醇四种甘草黄酮类化合物捕获体内自由基的微观反应机理，得到了实验研究难以捕获的势能面信息，为进一步筛选甘草中高活性的天然黄酮类自由基清除剂提供了可靠的理论依据，为甘草药物的开发应用和工艺技术的进步提供了支撑。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题的研究现状和选题思路

1．3 课题的主要内容和来源

第2章 计算方法理论基础简介

2．1 薛定谔方程

2．2 密度泛函理论

2．3 内禀反应坐标理论

2．4 过渡态理论

2．4．1 传统过渡态理论

2．4．2 正则变分过渡态理论

2．4．3 改进变分过渡态理论

第3章 甘草素和异甘草素捕获·OH的反应机理

3．1 引言

3．2 计算方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 甘草素和异甘草素与·OH反应稳定点的几何构型优化

3．3．2 甘草素和异甘草素与·OH反应的过渡态

3．3．3 甘草素和异甘草素捕获·OH的反应机理

3．3．4 甘草素和异甘草素捕获·OH能力的比较

第4章 甘草素和异甘草素捕获·OOH的反应机理

4．1 引言

4．2 计算方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 甘草素和异甘草素与·OOH反应稳定点的几何构型优化

4．3．2 甘草素和异甘草素与·OOH反应的过渡态

4．3．3 甘草素和异甘草素捕获·OOH的反应机理

4．3．4 甘草素和异甘草素捕获·OOH能力的比较

4．4 本章小结

第5章 甘草素和异甘草素捕获·OOCl3C的反应机理

5．1 引言

5．2 计算方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 甘草素和异甘草素与·OOCl3C反应稳定点的几何构型优化

5．3．2 甘草素和异甘草素与·OOCl3C反应的过渡态

5．3．3 甘草素和异甘草素捕获·OOCl3C的反应机理

5．3．4 甘草素和异甘草素捕获·OOCl3C能力的比较

5．4 本章小结

第6章 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OH的反应机理

6．1 引言

6．2 计算方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 乌拉尔醇和新乌拉尔醇与·OH反应稳定点的几何构型优化

6．3．2 乌拉尔醇和新乌拉尔醇与·0H反应的过渡态

6．3．3 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OH的反应机理

6．3．4 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OH能力的比较

6．4 本章小结

第7章 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OOH的反应机理

7．1 引言

7．2 计算方法

7．3 结果与讨论

7．3．1 乌拉尔醇和新乌拉尔醇与·OOH反应稳定点的几何构型优化

7．3．2 乌拉尔醇和新乌拉尔醇与·OOH反应的过渡态

7．3．3 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OOH的反应机理

7．3．4 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OOH能力的比较

7．4 本章小结

第8章 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OOCl3C的反应机理

8．1 引言

8．2 计算方法

8．3 结果与讨论

8．3．1 乌拉尔醇和新乌拉尔醇与·OOCl3C反应稳定点的几何构型优化

8．3．2 乌拉尔醇和新乌拉尔醇与·OOCl3C反应的过渡态

8．3．3 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OOCl3C的反应机理

8．3．4 乌拉尔醇和新乌拉尔醇捕获·OOCl3C能力的比较

8．4 本章小结

结论

创新点及后续工作

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢