基于密度泛函的茶多酚分子EGCG和GCG的光谱计算

摘要

茶多酚是绿茶中主要生化活性成分之一.选取茶多酚中含量较高,同时也是性质较活泼、功效较明显的表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)及其异构体没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)分子做红外光谱和紫外光谱的计算和研究.使用Gaussian软件,采用B3LYP密度泛函理论(DFT)在6-311g(d,p)基组水平上优化其几何构型.频率计算得到红外光谱后,再进行振动特征分析,可以看到在EGCG和GCG的红外光谱图中每个振动模式下所有基团振动的权重,结合谱图做出相应的振动归属和对比分析.发现:两分子红外谱图相似,分别在1711和1717 cm-1处为羰基的伸缩振动吸收峰,苯环上酚羟基的伸缩振动吸收峰集中在3500～3800 cm-1,1000～1600 cm-1的多个峰都有苯环面内弯曲振动参与,在1350和1280 cm-1附近吸收峰是亚甲基次甲基面内弯曲振动引起的,在500 cm-1以下吸收峰都为原子的面外弯曲振动.采用固相粉末压片法,使用IRPRESTIGE-21红外光谱仪测量了EGCG分子的红外光谱(400～4000 cm-1),对比理论计算的EGCG分子红外光谱各吸收峰位值,发现在固相中实际测得的EGCG分子的红外光谱与气相下的理论计算值基本吻合,理论计算值略微有些红移,原因可能是理论计算在气相条件下采用的势函数存在误差,相比于无分子相互作用力的气相,实际测量固相光谱的分子键强度比气相条件下要略大些.使用Gaussian软件,采用含时密度泛函理论(TD-DFT),选取乙醇作为溶剂,计算了EGCG分子的15个激发态,分析了激发态的组成和能级跃迁情况.计算所得的2个吸收峰分别位于229.3和276.4 nm处,主要对应p电子与苯环π键上电子形成的p-π共轭的电子跃迁及苯环、杂环上π→π跃迁.从分析振子强度得知,基态跃迁到S4,S5,S6和S12激发态为产生紫外光谱的主要原因,另外的激发态可能为禁阻跃迁,振子强度均小于0.01.上述计算值与使用UV-6100S型紫外分光光度计所测得的EGCG分子在乙醇溶剂中235.1和278.7 nm的最大吸收峰吻合,计算值略有蓝移,可能是茶多酚提取时或本身就带有弱碱性所致.该研究可为研究EGCG分子和GCG分子的性质和生物活性及茶多酚的抗氧化性提供理论参考.