6,7-二羟基香豆素的分子光谱性质及药理活性研究.doc

6，7-二羟基香豆素的分子光谱性质及 药理活性研究細 賑 SB南华大学期刊社南华大学化学化工学院摘要：选择Y狼把草药物成分6, 7-二羟棊香豆素分子为研宂对象，通过密度泛函理论 方法探宂了基态分子构型的电荷分布、振动频率、核磁共振、拉曼、圆二色等光 谱性质.其结果与实验结果基本一致，相对误差较小.我们通过对分子前沿轨道、 分子能量、Fukui函数、二级微扰能及NBO分析等进行了详细的计算，推导出6, 7-二羟基香豆素分子以供电子性质为主，其酯基与酚羟基为分子类药理活性位 点.这些结果连同分子能量数据，系统地为6, 7-二羟基香豆素分子的活性做丫 理论解释，为后续实验的设计发挥了积极的指导意义.关键词：6 7-二羟基香豆素;狼把草;密度泛函;药理活性;DRFT方法;作者简介：龙威(1983-),男，湖南湘潭人，南华大学教师、期刊社编辑，中 级职称，在读博士.主要从事分子药理活性和催化新材料及应用的研 宄.E-mail:usclw2013@yeah. net.收稿日期：2017-03-20基金：衡阳市科技局项B (2015KJ09)Molecular Spectral Properties and Pharmacological Activities Research of 6， 7-DihydroxycoumarinLong Wei Huang Yinfei Li Ziyan Fu Zhipeng Zu Xiu Tang KaiJournal Research Institute，University of SouthChina; School of Chemistry and ChemicalEngineering， University of South China;Abstract：6，7~Dihydroxycoumarin in wolf grass was selected as the study object, and the spectral properties of the ground state molecular structure, vibration frequency, nuclear magnetic resonance, Raman, round dichroism were investigated by density functional theory. The experimental results were agreed well with the calculations, and the relative error was very small. We calculated the molecular front orbital, molecular energy, Fukui function, the second-order perturbation energy and NBO analysis, the electronic properties of 6，7-dihydroxycoumarin were clarified. The ester group and the phenolic hydroxyl group are molecular pharmacological active sites. Both these results and the molecular energy data can explain the activity of 6，7~dihydroxycoumarin systematically, also the positive guiding significance order to the design of subsequent experiments was important.Keyword：6， 7-dihydroxycoumarin; wolf grass; density functional; pharmacological activity; DRFT method;Received： 2017-03-20随着人类社会高速发展的需要，药物的合成及应用在人们生产生活中显得越来 越重耍.环境污染的加剧导致了生物种群随环境随之改变，人类遭受更多更新的 疾病的挑战，如:禽流感、癌症、脊髓灰质炎、霍乱、脑膜炎、登革热等[1-3]. 许多重大疫情疾病来势汹涌，人类的身体无法立即产生众多抗体，现代医疗水 平发展的步伐也跟不上疾病扩散和传播的节奏，这就给药物的开发和运用产生 丫巨大的责任和义务U1.传统型的中草药成分还有丰富的特殊化学物质，我国 传统的中医就是提取草药活性成分来治愈病人.随着科技的高速发展，众多中草 药成分的神秘面纱一一被揭开，比如:菊粉、百合、青蒿素等，已经在全球医疗、 医学、药学上发挥了重要的作用.狼把草Bidens tripartita L是一种特殊的菊科一年生草本植物中医上又 名鬼叉、鬼针、鬼刺等，其外貌如图1所示，它主要集中生长在我国东北松嫩平 原草甸、盐碱化较高的湖边，在我国各省的部分地带也均有它生长的痕迹.农业 上，它属于优势植物物种，具有较强的适应能力，生命力非常旺盛.农学和生态 学上，狼把草的牛.长能较大地破坏局部牛.态环境.闫小红等M通过实验发现狼把草提取物对黄花草木樨、北美车前、胜红蓟和鸡眼草等4种植物种子萌发和幼 苗生讼发挥了明显的抑制作用，其对胜红蓟幼苗根长的抑制性最高可达60. 92%; 周兵等m提出人狼把草作为外来入侵植物对生物种群冇明显的破坏性作用，其 入侵作用的大小关系是:茎〉花序〉根〉叶，这表明狼把草有非常强大的生命活力. 张彩莹等m则认为大狼把草能较快地吸收水中的氮、磷等元素，从而发挥了对 猪场废水中污染物的强净化作用，亦可推广用于畜禽养殖废水的净化.由此可见, 狼把草的生命力旺盛，其农业推广价值巨大.药理学上，狼把草用于药物的合成和制备，在临床上发挥了较大的作用［9-12］. 经过注射狼把草提取物，病人有镇静、降低血压、增大心跳振幅等疗效.狼把草 提取物主要用于治疗支气管炎、肺结核、咽喉炎、扁桃体炎、痢疾、丹毒等疾病. 狼把草亦有养阴润肺、清热解毒的疗效，分析其主耍成分有鞣质、木犀草素及 6，7-二羟基香豆素等.杨文远等利用反相高效液相色谱法测定了狼把草中 的木犀草素，发现了一种木犀草素的高效分离和测定的优质色谱方法.其中，狼 把草所含的6, 7-二羟基香豆素在医学上被认为具备抗高血压、抗癌症等特异疗 效，但其分离方法复杂、工序环节繁多，导致提纯率并不高，故直接利用狼把草 作为药物原料制备特定功能的药物是当今社会上通用的做法图1狼把草植物的实体图 下载原图（a）整株形貌（b）花朵（c）叶（d）药物部分狼把草的巨大药理活性虽然引起了科学界的关注，但其加工和提纯程度复杂，化学研宄的手段遇到了较大的困难，临床上对其药物的解释也不很清楚，所以， 狼把草的研宄还处于初期阶段1^1.在分子结构和活性的量化研宄方面，我们之 前已树立了一定的基础［16-18］.本文巧妙地利用先进的量子化学中密度泛函方 法，从分子结构和活性理论上进行了模拟计算，力求从理论高度上对狼把草活 性成分6, 7-二羟基香豆素进行认识和探究，且这方面在国内外报道仍是一片空 白，故木项研究具有重要的理论指导意义.1研究方法分子构型的设计在Gaussian View程序［19］及Chem Bio Office软件［20］中完成, 分子构型、红外光谱ir、核磁共振氢立曼光谱、紫外可见光光函计算全 部在Gaussian 03程序［21］中完成.计算中选择密度泛函中的经典B3LYP方法， 基组水平为6-311+g, d （p），由于分子中所有原子为非金属原子，所以无需考 虑赝势，但所有计算均是考虑PCM模型（溶剂为水）.根据过渡态理论模型，基 态的分子构型优化后均匹配进行丫 Freq的振动分析验证，所有的频率均为正值， 表明我们选择的计算对象是势能而上稳定的点.频率计算的相对校正因子为 0.960 3，相对能量的计算均考虑了零点能校正能误差.考虑概念密度泛函方法 在预测化学反应活性和局域选择性方面，无论是在理论上还是在实践上，都是 非常有效的［22］.在DFRT框架中，全局性反应活性指数如化学势P和化学硬度 H可分别表示为：式中:E为体系的总能量，N是体系的电子总数，v为外部势能，u可定义为电 负性 x 的负值.根据 Mulliken 原理［23］，p =-x =- (i+A) /2.而 Pearson［24］ 认为，n =I-A,其中I和A分别是第一电离势和电子亲和势.根据Koopman的闭 壳层理论，I&-E,醐，A&-E圓，其中E„,为分子最高占据轨道能量，EkUM0为分子 最低空轨道能量.Parr和IJu等拉虹人提出了亲电性指数o，o=u/2n,及亲 核力差值指数aEn=-A+ co = (u + n) /2 n ,亲电力差值指数AEe=I+o)= ( p- n ) /2n.定域反应活性指数应用Fukui函数位虹分别是电子密度P (r)对电子数N的一阶微商.因为 ：由于Fukui函数是非连续性的，运用有限差分近似方法简化亲电Fukui函数 、亲核Fukui函数 ，可以获得:，在式中PN (r)、pNh (r)、PN+1 (r)分别是中性分子、阳离子和阴离子的电子密度［27］.主要的计算工作在南平大学微型计算服务器上完成，部分 计算借助了中科院超算远程计算格点Ggrid服务完成，部分图像处理借助 Multiwfn 3. 3程序［28］进行分析和绘制.2结果与讨论2.1分子构型分析基态分子的构型如图2所示，6, 7-二羟基香豆素分子的化学式为C9H60.b英文名 称为 6，7-dihydroxycoumarin, CAS:305-01-1, (a)为分子的立体结构，(b)为 分子中的原子编号(11原子除外).我们不难发现整个分子是由一个苯环和酯环 结合构成的，左边苯环上有2个邻位酚羟基，右边环类有酯基和C=C双键，这种 分子中存在着高度的不饱和结构，依据原子编号，我们将构型优化计算得到的 键长、键角、二面角数据列于表1.阁2 6, 7-二羟基香豆素的分子结构和原子编号 下载原阁表1的数据表明：左部苯环内的相邻碳原子之间键长主要集中在0.140 run处，这 与苯环A碳碳键长几乎相同;右边环状结构中C-C的键长比单键长，C-C的键 长比单键短而属于双键的典型特征，体现了右边六元环并非规则的平面型结构， 酯基和碳碳双键的和互影响导致右边出现了扭曲形的分子结构;键角数据中 O—C—C的键角为115.8 ,这明显小于120 ,而C—C—C的键角为124. 1 , 这些都进一步说明了扭曲式的结构.二面角C一C一C一C的角度为-179.9，二 面角C一C一C一0的角度为-0. 1，表明丫右边的六元环虽然扭曲但仍然与左边 的苯环基本共平面;二面角C一0一C一C的角度力0. 1，二面角C一C一C一C的 角度为-0.1，表明了右边的六元环还是基本共平面的，只是发生了平面内的 一定程度的扭曲.因此，整个分子基木属于平面型的结构，只是右边六元环出现 了平面内的扭曲.2.2红外光谱与振动分析为了验证计算结果的可靠性，我们取基态的分子构型进行了频率振动计算，发 现全部的振动频率均为正值，表明所得到的势能面最低点是稳定可信的.振动分 析所得的红外光谱如图3所示，远红外区在波长为3 577.2 cm和3 621.2 cm 处出现的微小的振动峰，归属于两个酚羟基中O-H键的伸缩振动，3 000 cm处 的微小振动吸收峰为C-11键的伸缩振动；中红外区波长在1 768.6、1 563.2、1 279. 1和1 196.4 cm处出现了较强的振动吸收。