鼠李素和鼠李素—3—O—葡萄糖苷抗氧化活性的計算研究

金能智+齊燕姣+楊娟+者建武++趙志威

摘 要：黃酮類化合物因具有廣譜的藥理活性和較低的毒性而有很高的藥用價值。鼠李素及其糖類化合物是具有較高的生物活性的黃酮類化合物之一，有很高的藥用價值。該文以鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷為目標化合物，運用Gaussian09軟件密度泛函理論（DFT）中B3LYP方法在6-311G（d，p）基組水平上從分子的總能量、前線分子軌道、酚羥基解離能BDE等方面全面分析了鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷的抗氧化活性。研究發現，鼠李素抗氧化活性及清除自由基的能力較鼠李素-3-O-葡萄糖苷強，這是由于鼠李素-3-O-葡萄糖苷中的C3位引入糖苷使分子失去了酚羥基，引入的糖苷不參與前線分子軌道的形成，不具有消除自由基活性的作用，導致抗氧化活性降低，只對分子的極性有一定的影響。這對研究黃酮類化合物的抗氧化機理、活性和設計新的抗氧化劑等方面都具有非常重要的借鑒意義。

關鍵詞：鼠李素 分子模擬 抗氧化 自由基

中圖分類號：O641.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0079-03

黃酮類化合物是一類在自然界中常見的且存在較多的天然有機化合物[1]，具有廣譜的藥理活性和較低的毒性，對很多疾病的治療起到非常重要的作用，對一些癌癥也有非常強的治療活性[2]，具有很高的藥用價值。黃酮類化合物具有清除自由基和減少自由基的產生、抗脂質過氧化等作用[3]。

鼠李素（Rhamnetin）及其糖類化合物是具有較高的生物活性的黃酮類化合物之一，在醫藥方面都有非常好的藥效及功效[4]。因此，研究鼠李素及其糖類化合物的抗氧化活性，對于研究黃酮類化合物的抗氧化活性、中藥中主要藥效小分子的篩選及藥物分子設計等方面都具有非常重要的科研價值。

該文以鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷為目標化合物，從分子總能量、前線分子軌道及其軌道能級分析、酚羥基解離能BDE等方面探討鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷的抗氧化性活性，為研究黃酮類化合物抗氧化性的機理、設計新的抗氧化劑等提供科學依據。

1 材料與方法

該文在運用Gaussian09軟件中密度泛函理論的 B3LYP方法[5]在6-311G（d，p）基組水平上對鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷（Rhamnetin， Rhamnetin-3-O-glucosid）進行量化計算。

2 結果與分析

2.1 分子總能量

鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷的總能量如表1所示，鼠李素>鼠李素-3-O-葡萄糖苷。說明由于引入糖苷，鼠李素-3-O-葡萄糖苷化合物分子能量降低了，這可能是分子的共軛效應使能量降低。

2.2 前線分子軌道及其軌道能級分析

根據量子化學的前線軌道理論[6]，能量差△E（LUMO-HOMO）反映了電子從HOMO向LUMO躍遷需要的能量大小，能級差越小，越易參與化學反應。表2為鼠李素及鼠李素-3-O-葡萄糖苷最高占據軌道能及其最低空軌道。

由表2可知，鼠李素的能級差△E（LUMO-HOMO）小于鼠李素-3-O-葡萄糖苷，鼠李素的HOMO較高，說明其提供電子的能力較強，發生化學反應的活性及抗氧化活性要高于鼠李素-3-O-葡萄糖苷。

為研究不同位置的羥基對鼠李素抗氧化活性的影響，選取了鼠李素4個不同位置、鼠李素-3-O-葡萄糖苷3個不同位置的羥基作為進攻自由基來研究它的抗氧化活性。表3為鼠李素自由基的最高占據軌道能和最低空軌道能和其能級之差，表4為鼠李素-3-O-葡萄糖苷自由基的最高占據軌道能和最低空軌道能和其能級之差。

由表3可知，鼠李素△E（失去C3-OH羥基H）<△E（失去C3'-OH羥基H）≈△E（失去C4-OH羥基H）<△E（失去C5-OH羥基H），所以活性較強的羥基是C3-OH。由表4可知，鼠李素-3-O-葡萄糖苷△E（失去C3'-OH羥基H）<△E（失去C4'-OH羥基H）<△E（失去C5-OH羥基H），由此可知失去C3'-OH羥基活性較強。

2.3 酚羥基解離能BDE分析

解離能（bond dissociation energy， BDE）可以用來視為化學鍵強弱的判據，酚羥基O-H鍵較弱時，BDE的值越小，與自由基反應時也就比較容易斷鍵，清除自由基的能力越強，抗氧化活性越高；反之，則抗氧化活性越低。該文針對鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷不同C位脫去自由基，利用文獻方法[7]計算得到小分子化合物的酚羥基解離能BDE。

BDE=Esr+Ehr-Es

Es、Ehr、Es分別為化合物自由基的能量、氫原子的能量和各化合物的能量。

表5和表6分別列出了鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷自由基的相關能量和酚羥基解離能。結果表明，鼠李素的自由基各組的酚羥基解離能要比鼠李素-3-O-葡萄糖苷小，說明鼠李素自由基抗氧化活性較高，消除自由基的活性大。鼠李素自由基中-3OH的自由基抗氧化活性較高，-5OH的自由基的酚羥基解離能最大，說明其O-H鍵較強，自由基的抗氧化活性較弱。鼠李素-3-O-葡萄糖苷自由基中3'位和4'位的O-H抗氧化活性較強，-5OH抗氧化能力最弱。

3 結論與討論

該文從分子總能量、前線分子軌道及其軌道能級分析、酚羥基解離能BDE等方面研究鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷的抗氧化活性。研究結果顯示，鼠李素的分子總能量大于鼠李素-3-O-葡萄糖苷，鼠李素的能級差△E（LUMO-HOMO）小于鼠李素-3-O-葡萄糖苷。說明鼠李素提供電子的能力較強，發生化學反應的活性及抗氧化活性、除自由基的能力強于鼠李素-3-O-葡萄糖苷。鼠李素中C5位羥基活性較弱，C3羥基活性較強，是發生清除自由基反應的最大活性位。鼠李素-3-O-葡萄糖苷中C5羥基活性較弱，C3'羥基活性較強，是發生清除自由基反應的最大活性位，這是由于鼠李素-3-O-葡萄糖苷中的C3位引入糖苷使分子失去了酚羥基，引入的糖苷不參與前線分子軌道的形成，不具有消除自由基活性的作用，影響了分子的整體活性，導致抗氧化活性降低，只對分子的極性有一定的影響。

參考文獻

[1] Bors W，Heller W，Michel C，et al.Flavonoids as antioxidants： Determination of radical-scavenging efficiencies[J].Methods in Enzymology，1990，186（1）：343-355.

[2] Yokozawa T，Dong E，Liu ZW，et al. Antioxidative activity of flavones and flavonols in vitro[J].Phytotherapy Research，1997，11（6）：446-449.

[3] 王憲楷.天然藥物化學[M].北京：人民衛生出版社，1988：

272-275.

[4] 滕丹，欒新堯.異鼠李素的藥效學研究進展[J].中醫藥臨床雜志，2016（4）：593-596.

[5] Becke AD.Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange[J].Journal of Chemical Physics，1993，98（7）：5648-5653.

[6] 周公度，段連運.結構化學基礎[M].4版.北京：北京大學出版社，2014.

[7] 張鑫，楊英杰.黃芪異黃酮類化合物抗氧化活性的密度泛函數理論研究[J].化學研究與應用，2012，11（24）：1662-1669.