光敏剂光敏活性的溶剂效应及光敏反应机理的理论研究

摘要

近年来研究发现一类羟基多元芳烃化合物苝醌类光敏剂(PQP)具有良好的光致生物活性,有望成为继血卟啉类光敏剂之后的一类新型光敏药物以治疗肿瘤、爱滋病等顽症. 前人推测这种光敏活性与该类药物的分子内氢传递有着内在的关系,从而主要对该药物的分子内氢传递过程进行了较为详尽的研究.研究发现氢传递过程存在势能面的交叉,并提出了这种交叉对该类物质的光敏活性有重要的意义;还对该类体系的分子内氢传递(IPT)机理以及取代基效应对该类体系分子内氢传递过程的影响进行了研究. 但在研究分子内氢传递过程中并未考虑溶剂效应的影响,因为实际的反应大都是在溶液中进行的,所以本论文采用Craussian98程序包中的极化连续模型(PCM)对花醌(PQ)及其取代物IPT过程的溶莉效应进行了研究,探讨了不同修饰基团在溶剂中对PQP光敏活性的影响及其规律,为设计合成新型优良光敏剂提供了理论基础. 得到的主要结果如下: (1)PQ在极性溶剂中的IPT势垒要比气相时低许多,所以更容易发生分子内氢传递;在极性溶剂中,PQ的IPT反应过程中各个态的偶极矩都比在气相时高:说明此类分子在极性溶剂中更容易发生分子内氢传递,溶剂极性越大越有利于这一反应的进行. (2)通过对PQ一系列取代物进行计算,发现在溶液中IPT势垒与迁移氢电荷变化和偶极矩变化呈现出良好的线性关系;通过计算PQ不同取代物的溶剂效应,发现在R<,4>位取代的取代物IPT势垒相对较小,所以我们可以通过在其R<,4>位上增加侧链或侧环的方法来降低苝醌类光敏剂的IPT势垒. 目前为止,我们虽然对苝醌类光敏剂分子内氢传递作了比较详尽的研究,但对其光敏机制的研究还有待于进一步的解决,根据光敏物质作用原理,采用密度泛函、含时密度泛函理论及连续介质模型(PCM)的方法对竹红菌甲素与氧气作用的光敏反应机制进行了研究.研究发现: (1)三线态的竹红菌甲素与氧分子之间可以发生能量传递从而产生单线态氧;(2)竹红菌甲素在溶液中存在三重态与三重态之间的电子转移反应丛而产生HA阴离子,产生的HA阴离子又可与氧分子发生电子转移产生超氧阴离子,从而发生了有氧参与的Ⅱ型反应机制;(3)三重态的竹红菌甲素不能被氧气直接氧化产生超氧阴离子. 我们还根据物质的光敏反应机制,对萘醌及其卤代物在无氧与有氧条件下光敏反应机制进行了研究.研究发现:(1)在无氧的环境中萘醌及其卤代物对DNA的损伤主要是来自于萘醌及其卤代物的阳离子;(2)在有氧的条件下萘醌及其卤代物的去激发能可以提供足够的能量与氧气之间发生能量转移产生单重态的氧;萘醌及其取代物的自动离子化反应只有在水溶液中两个三重态的分子之间才能进行,并且当萘醌被还原后,只有在水溶液中氧气的氧化能力才足以从萘醌负离子上夺取电子产生超氧阴离子.然而对于萘醌的卤代物在两种溶剂中均不会产生超氧阴离子自由基,所以卤素取代对光敏反应作用不是很大.

目录

文摘

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第一章引言

1.1论文工作的背景和意义

1.1.1光疗机制

1.1.2光疗药物

1.2研究现状及进展

1.2.1 PQP的分子内质子传递

1.2.2 PQP的结构修饰

1.3论文的研究内容及方案

1.3.1该研究领域中存在的问题

1.3.2研究内容及方案

参考文献:

第二章基本理论与计算方法

2.1分子模拟技术

2.1.1量子化学

2.1.2其它常用的分子模拟方法

2.2光化学基本原理

2.2.1激发态的光物理、光化学过程

参考文献:

第三章溶剂效应对苝醌类光敏剂IPT过程的影响

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果与讨论

3.3.1溶剂对PQ的影响

3.3.2取代基的溶剂效应

3.4结论

参考文献:

第四章 竹红菌甲素光敏反应机制的理论研究

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果与讨论

4.3.1竹红菌甲素的分子结构

4.3.2振动光谱

4.3.3激发态

4.3.4有氧气参与的反应

4.3.5竹红菌甲素的自动离子化

4.4结论

参考文献:

第五章萘醌及其卤代物的光化学活性

5.1引言

5.2计算方法

5.3结果与讨论

5.3.1萘醌及其卤代物的光物理化学活性

5.3.2萘醌及其卤代物的光敏反应机理

5.4结论

参考文献:

附录 硕士期间已发表和待发表的论文及参与的研究项目

致谢