鼠李素和鼠李素—3—O—葡萄糖苷抗氧化活性的计算研究

金能智+齐燕姣+杨娟+者建武++赵志威

摘 要：黄酮类化合物因具有广谱的药理活性和较低的毒性而有很高的药用价值。鼠李素及其糖类化合物是具有较高的生物活性的黄酮类化合物之一，有很高的药用价值。该文以鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷为目标化合物，运用Gaussian09软件密度泛函理论（DFT）中B3LYP方法在6-311G（d，p）基组水平上从分子的总能量、前线分子轨道、酚羟基解离能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。研究发现，鼠李素抗氧化活性及清除自由基的能力较鼠李素-3-O-葡萄糖苷强，这是由于鼠李素-3-O-葡萄糖苷中的C3位引入糖苷使分子失去了酚羟基，引入的糖苷不参与前线分子轨道的形成，不具有消除自由基活性的作用，导致抗氧化活性降低，只对分子的极性有一定的影响。这对研究黄酮类化合物的抗氧化机理、活性和设计新的抗氧化剂等方面都具有非常重要的借鉴意义。

关键词：鼠李素 分子模拟 抗氧化 自由基

中图分类号：O641.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0079-03

黄酮类化合物是一类在自然界中常见的且存在较多的天然有机化合物[1]，具有广谱的药理活性和较低的毒性，对很多疾病的治疗起到非常重要的作用，对一些癌症也有非常强的治疗活性[2]，具有很高的药用价值。黄酮类化合物具有清除自由基和减少自由基的产生、抗脂质过氧化等作用[3]。

鼠李素（Rhamnetin）及其糖类化合物是具有较高的生物活性的黄酮类化合物之一，在医药方面都有非常好的药效及功效[4]。因此，研究鼠李素及其糖类化合物的抗氧化活性，对于研究黄酮类化合物的抗氧化活性、中药中主要药效小分子的筛选及药物分子设计等方面都具有非常重要的科研价值。

该文以鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷为目标化合物，从分子总能量、前线分子轨道及其轨道能级分析、酚羟基解离能BDE等方面探讨鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷的抗氧化性活性，为研究黄酮类化合物抗氧化性的机理、设计新的抗氧化剂等提供科学依据。

1 材料与方法

该文在运用Gaussian09软件中密度泛函理论的 B3LYP方法[5]在6-311G（d，p）基组水平上对鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷（Rhamnetin， Rhamnetin-3-O-glucosid）进行量化计算。

2 结果与分析

2.1 分子总能量

鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷的总能量如表1所示，鼠李素>鼠李素-3-O-葡萄糖苷。说明由于引入糖苷，鼠李素-3-O-葡萄糖苷化合物分子能量降低了，这可能是分子的共轭效应使能量降低。

2.2 前线分子轨道及其轨道能级分析

根据量子化学的前线轨道理论[6]，能量差△E（LUMO-HOMO）反映了电子从HOMO向LUMO跃迁需要的能量大小，能级差越小，越易参与化学反应。表2为鼠李素及鼠李素-3-O-葡萄糖苷最高占据轨道能及其最低空轨道。

由表2可知，鼠李素的能级差△E（LUMO-HOMO）小于鼠李素-3-O-葡萄糖苷，鼠李素的HOMO较高，说明其提供电子的能力较强，发生化学反应的活性及抗氧化活性要高于鼠李素-3-O-葡萄糖苷。

为研究不同位置的羟基对鼠李素抗氧化活性的影响，选取了鼠李素4个不同位置、鼠李素-3-O-葡萄糖苷3个不同位置的羟基作为进攻自由基来研究它的抗氧化活性。表3为鼠李素自由基的最高占据轨道能和最低空轨道能和其能级之差，表4为鼠李素-3-O-葡萄糖苷自由基的最高占据轨道能和最低空轨道能和其能级之差。

由表3可知，鼠李素△E（失去C3-OH羟基H）<△E（失去C3'-OH羟基H）≈△E（失去C4-OH羟基H）<△E（失去C5-OH羟基H），所以活性较强的羟基是C3-OH。由表4可知，鼠李素-3-O-葡萄糖苷△E（失去C3'-OH羟基H）<△E（失去C4'-OH羟基H）<△E（失去C5-OH羟基H），由此可知失去C3'-OH羟基活性较强。

2.3 酚羟基解离能BDE分析

解离能（bond dissociation energy， BDE）可以用来视为化学键强弱的判据，酚羟基O-H键较弱时，BDE的值越小，与自由基反应时也就比较容易断键，清除自由基的能力越强，抗氧化活性越高；反之，则抗氧化活性越低。该文针对鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷不同C位脱去自由基，利用文献方法[7]计算得到小分子化合物的酚羟基解离能BDE。

BDE=Esr+Ehr-Es

Es、Ehr、Es分别为化合物自由基的能量、氢原子的能量和各化合物的能量。

表5和表6分别列出了鼠李素和鼠李素-3-O-葡萄糖苷自由基的相关能量和酚羟基解离能。结果表明，鼠李素的自由基各组的酚羟基解离能要比鼠李素-3-O-葡萄糖苷小，说明鼠李素自由基抗氧化活性较高，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较高，-5OH的自由基的酚羟基解离能最大，说明其O-H键较强，自由基的抗氧化活性较弱。鼠李素-3-O-葡萄糖苷自由基中3'位和4'位的O-H抗氧化活性较强，-5OH抗氧化能力最弱。

3 结论与讨论

该文从分子总能量、前线分子轨道及其轨道能级分析、酚羟基解离能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。研究结果显示，鼠李素的分子总能量大于鼠李素-3-O-葡萄糖苷，鼠李素的能级差△E（LUMO-HOMO）小于鼠李素-3-O-葡萄糖苷。说明鼠李素提供电子的能力较强，发生化学反应的活性及抗氧化活性、除自由基的能力强于鼠李素-3-O-葡萄糖苷。鼠李素中C5位羟基活性较弱，C3羟基活性较强，是发生清除自由基反应的最大活性位。鼠李素-3-O-葡萄糖苷中C5羟基活性较弱，C3'羟基活性较强，是发生清除自由基反应的最大活性位，这是由于鼠李素-3-O-葡萄糖苷中的C3位引入糖苷使分子失去了酚羟基，引入的糖苷不参与前线分子轨道的形成，不具有消除自由基活性的作用，影响了分子的整体活性，导致抗氧化活性降低，只对分子的极性有一定的影响。

参考文献

[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.天然药物化学[M].北京：人民卫生出版社，1988：

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[4] 滕丹，栾新尧.异鼠李素的药效学研究进展[J].中医药临床杂志，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，段连运.结构化学基础[M].4版.北京：北京大学出版社，2014.

[7] 张鑫，杨英杰.黄芪异黄酮类化合物抗氧化活性的密度泛函数理论研究[J].化学研究与应用，2012，11（24）：1662-1669.