第23卷 第5期2003
年10月北京理工大学学报
T ran sacti on s of Beijing In stitu te of T echno logy
V o l . 23 N o. 5O ct . 2003
文章编号:100120645(2003) 0520649203
植物黄酮的阴极还原及自由基检测
吕桂琴1, 郑传明1, A . B . 维什尼科夫2
(11北京理工大学理学院化学系, 北京 100081; 21俄罗斯门捷列夫化工大学化学系, 莫斯科)
摘 要:用循环伏安法研究典型植物黄酮化合物在乙醇2DM F 中铂电极上的阴极还原行为Ζ在乙醇2水体系中只出现1个还原峰, 在DM F 体系中出现2, 分别对应于第
1个电子和第2个电子的还原Ζ电子自旋共振波谱仪(, 中产生的单电子还原中间体——自由基的ESR ESR 参数Ζ
g 因子为21006; 超精细耦合常数分别为2178, 1161和0Ζ
关键词:黄酮化合物; 循环伏安; ; 中图分类号:O 646 A
-Reduction Behav iour of Flavone and
M easurem en t of Free Rad icals
112
LU Gu i 2qin , ZH EN G Chuan 2m ing , A . B . V esheneakov
(11D epartm en t of Chem istry , Schoo l of Science , Beijing In stitu te of T echno logy , Beijing 100081, Ch ina ; 21D epartm en t of Chem istry , M o skva D . M endeleev U n iversity of Chem ical T echno logy , M o skva , R u ssia )
, 4′, 5, 72Abstract :E lectro 2reducti on of 3, 3′p en tahydroxyl flavone w as studied u sing cyclic vo ltamm etry .
In ethano l 2w ater so lu ti on on ly one p eak w as ob served w h ile in DM F tw o p eak s
w ere found , each p eak co rresponding to a one 2electron reducti on . ESR sp ectro scop y techn ique . H yp erfine structu res w as app lied in situ to the study of the flavone j o in tly w ith the electro lysis
of ESR sp ectrum of the electrochem ically generated free radical of flavone in DM F w ere ob served fo r the first ti m e . R elative p aram eters of the ESR signals w ere ob tained th rough calcu lati on . T he
g 2facto r w as found to be 21006, differen t hyp erfine coup ling con stan ts w ere 2178, 1161and
0160Gs .
Key words :flavone ; cyclic vo ltamm etry ; ESR ; free radical ; p aram eters of ESR
黄酮化合物(flavone ) 普遍存在于植物的根、
茎、叶、花、果实的细胞组织中, 调节植物的生长Λ黄酮化合物在酶的作用下进行氧化2还原反应, 提供植物生长所需的能量Λ3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮广泛存在于可食用植物中, 具有抗氧化作用[1], 可以节制植物和动物体内抗坏血酸的氧化, 在动物体内具有抗病毒作用[2, 3], 也是某些癌肿的有效抑制剂[4]Λ尽管生物氧化2还原过程是酶催化的复杂体系, 但与电化学体系的许多过程颇为相似, 密切相关[5]Λ对黄酮化合物的极谱研究表明[6, 7], 在宽pH 范围的乙醇2
收稿日期:20020828
作者简介:吕桂琴(1961-) , 女, 副教授ΖE 2m ail :L JH 409@bit . edu . cn Ζ
650北京理工大学学报第23卷
水(体积比为1∶1) 体系中, 得到的每一个极谱波均是羰基22电子不可逆还原, 反应速率在酸性介质中受控于羰基的表面质子化过程Λ但没有检测到还原过程中单电子还原活性中间体——自由基信号Λ作者应用循环伏安法研究3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮在乙醇2水体系中汞膜电极上的阴极还原行为及其pH 的影响; 并研究在非水体系DM F 溶液中铂电极上的还原行为Λ电子自旋共振波谱与电化学装置联用, 首次检测到了还原过程中产生的单电子还原活性中间体——自由基信号Λ在DM F 体系中的峰 和峰 电位范围内进行电解还原, 得到了完全相同的ESR 精细波谱, 并得到了自由基波谱的ESR 参数Λ
2 结果和讨论
211 乙醇2水体系中的循环伏安
循环伏安扫描图中只出现一个不可逆还原峰, 在高扫描速度时, 也没有观察到相应的氧化峰Λ当pH 升高时还原峰的半峰电位E P 2负移, 半峰电位与
2 pH 关系呈线性变化, 斜率为E p pH , 如图1所示(浓度3mm o l L , 扫描速度200mV s ) Λ电流函数
(i p V ) 则与扫描速度V , 并随扫描, 23mm o l L , pH =58) 1 实验部分
111 仪器与试剂
CH I 660A (220E 数字
pH 计(型波谱仪(日本JE 2OL 公司) ; 220型电解池(日本JEOL
公司) Λ
3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮(CP ) 经两次重结晶提纯后测定熔点Λ非水溶剂用014nm 分子筛干燥Λ水为普通蒸馏水加高锰酸钾在石英容器中进行二次蒸馏Λ电解溶液实验前均通以高纯氮气(99199%) 20m in 以上Λ
循环伏安实验温度(29810±011) K Λ所有电位值都是相对于饱和甘汞电极而言Λ112 乙醇2水体系中的循环伏安
3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮难溶于水, 但溶于醇Λ选用乙醇2水(体积比为1∶1) 作溶剂, 分别用014mo l O H +L (L i O H +HA c ) 溶液和014mo l L (L i
H 3PO 4) 溶液调节pH 值并作为支持电解质Λ当溶液的pH >916时, 溶液不稳定, 选pH =518～810Λ汞膜电极作为工作电极Λ
113 非水溶剂DM F 体系中的循环伏安
用DM F (二甲基甲酰胺) 做溶剂, 以011m o l L 的TBAB (四丁基溴化铵) 作为支持电解质, 铂电极作为工作电极Λ114 自由基检测
ESR 波谱仪与电化学装置联用就地检测还原过程中的自由基信号Λ处于ESR 谐振腔内的石英玻璃管作为电解池(EL 220型) , 管内装有两根平行的铂丝作为研究电极和辅助电极, 饱和甘汞电极置于Λ
图1 pH 与还原半峰电位的影响
. pH F ig . 1 -E p 2vs
图2 电流函数与扫描速度的关系
F ig . 2 Current functi on vs . scan rate
由此可知, 阴极发生的电化学还原过程包含耦
合化学反应, pH 对还原半峰电位的影响, 表明耦合化学反应即是质子化过程ΛpH 升高, 阴极还原的难度增加Λ
212 非水溶剂DM F 体系中的循环伏安
3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮在铂电极上的循环伏安图出现两个还原峰, 高扫描速度时(500mV s ) 出现了与峰 对应的阳极氧化峰, 峰高随扫描速度提高而增加Λ说明分子中羰基的还原分两步进行, 峰 对应于第1个电子的还原, 峰 对应于第2个电子的还原, 同时伴随着耦合化学反应——质子化过程Λ
第5期吕桂琴等:
植物黄酮的阴极还原及自由基检测651
而第1个电子还原后的产物即为含有未成对电子的活性中间体——自由基粒子Λ213 自由基的ESR 波谱
对上述DM F 体系进行电解还原, 在循环伏安图峰 电位, ESR 波谱仪检测到了自由基信号及精细波谱Λ在还原电位-11650～-21250V 范围内得到了完全相同的ESR 精细波谱, 如图3所示, 浓度为3mm o l L Λ说明在循环伏安图峰 和峰 的电位范围内, 电解还原产生的是一种自由基粒子
Λ
3 结 论
①通过循环伏安研究可知, 3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮的阴极还原过程, 包括后续质子化反应Λ在DM F 体系中有两个还原峰, 分别对应于第1个电子和第2个电子的还原Λ
②ESR 波谱仪与电化学装置联用就地检测, 首次检测到了阴极还原过程中产生的单电子还原产物——自由基的ESR 信号ΛESR 参数Λ
] .
Selecti on of theo retical param eter
scavenging activity of an ti ox idan ts on free radicals [J ]. J Am O il Chem Soc , 1998, 75(12) :621-623.
[2] H arbone J B . 黄酮类化合物[M ]. 戴伦凯译. 北京:科
学出版社, 1983.
. H arbone J B , T he flavones [M ]. D ai L unkai tran sl
图3 自由基的ESR 波谱
F ig . 3 ESR spectro scopy of the electro 2reducti on
generated free radical
Beijing :Science P ress , 1983. (in Ch inese )
[3] 刘丽娟, 刘银燕, 杨晓虹. 葱属植物甾体化合物及黄酮
化合物的研究进展[J ]. 中国药学杂志, 2000, 35(6) :
367-370.
L iu L ijuan , L iu Y inyan , Yang X iaohong . Studies and p rogress on stero idal compounds and flavono ids of genu s allium [J ].
Ch inese Pharm aceu tical Jou rnal ,
2000, 35(6) :367-370. (in Ch inese )
[4] Grazian i Y , Chayo th R . R egu lati on of cyclic amp level
and syn thesis of DNA RNA and p ro tein by quercetin in eh rlich ascites tumo r cells [J ]. B i ochem Pharm aco l 2ogy , 1979, 28(3) :397-403.
[5] Bock ris J OM , D razic D M . E lectrochem ical science
[M ]. N ew Yo rk :T alo r and F rancistld , 1972. [6] D ah iya H P , Bannerjee N R .
R educti on of 5, 72
di m ethoxyflavanoe at dropp ing m ercu ry electrode [J ]. Indian J Chem Sect , 1978, 16A (6) :534-537. [7] Д, ТериглазовНМ, калистщратоваЕФюкавкинаНА.
[J ]. ХПолярографическоеисследованиефлавоноидовиммя
, 1978(8) :1028-1031. ГетероциклСоедин[8] 徐广智. 电子自旋共振波谱原理[M ]. 北京:科学出版
然而, 由于阴极和阳极同处于
ESR 谐振腔中,
故设计下述实验以排除阳极干扰Λ①将处于谐振腔内的阳极加聚四氟乙烯套管, 在电位-21000V 时电解2m in , 即检测到相同的ESR 信号Λ②相反, 屏蔽处于谐振腔内的阴极, 进行阳极电解超过20m in 仍未检测到任何ESR 信号Λ
如以DM SO 作溶剂进行电解还原, 也检测到了完全相同的ESR 信号和精细波谱Λ由此可确定所检测到的自由基信号是由阴极还原产生的Λ214 自由基的ESR 参数确定
对所测得的自由基进行如下研究:采用M n ( ) 标准记录波谱[8], 求得g 因子为21006Λ自由基的ESR 信号波谱总宽度为4196Gs Λ在3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮分子中, 只有氢原子是磁性核Λ自由基精细波谱中的8条线高度接近, 可认为是由3个不等性的氢原子核参与耦合Λ其超精细耦合常数分别为H H H a 8=2178Gs (8位氢) , a 6=1161Gs (6位氢) , a 4=0160Gs (4位氢) , 其中4位氢属于羰基得第1个电
社, 1980.
. Xu Guangzh i Ch inese )
P rinci p le of electron sp in resonance
spectro scopy [M ]. Beijing :Science P ress , 1980. (in
子还原并发生后续质子化反应而形成羟基中的氢Λ
第23卷 第5期2003
年10月北京理工大学学报
T ran sacti on s of Beijing In stitu te of T echno logy
V o l . 23 N o. 5O ct . 2003
文章编号:100120645(2003) 0520649203
植物黄酮的阴极还原及自由基检测
吕桂琴1, 郑传明1, A . B . 维什尼科夫2
(11北京理工大学理学院化学系, 北京 100081; 21俄罗斯门捷列夫化工大学化学系, 莫斯科)
摘 要:用循环伏安法研究典型植物黄酮化合物在乙醇2DM F 中铂电极上的阴极还原行为Ζ在乙醇2水体系中只出现1个还原峰, 在DM F 体系中出现2, 分别对应于第
1个电子和第2个电子的还原Ζ电子自旋共振波谱仪(, 中产生的单电子还原中间体——自由基的ESR ESR 参数Ζ
g 因子为21006; 超精细耦合常数分别为2178, 1161和0Ζ
关键词:黄酮化合物; 循环伏安; ; 中图分类号:O 646 A
-Reduction Behav iour of Flavone and
M easurem en t of Free Rad icals
112
LU Gu i 2qin , ZH EN G Chuan 2m ing , A . B . V esheneakov
(11D epartm en t of Chem istry , Schoo l of Science , Beijing In stitu te of T echno logy , Beijing 100081, Ch ina ; 21D epartm en t of Chem istry , M o skva D . M endeleev U n iversity of Chem ical T echno logy , M o skva , R u ssia )
, 4′, 5, 72Abstract :E lectro 2reducti on of 3, 3′p en tahydroxyl flavone w as studied u sing cyclic vo ltamm etry .
In ethano l 2w ater so lu ti on on ly one p eak w as ob served w h ile in DM F tw o p eak s
w ere found , each p eak co rresponding to a one 2electron reducti on . ESR sp ectro scop y techn ique . H yp erfine structu res w as app lied in situ to the study of the flavone j o in tly w ith the electro lysis
of ESR sp ectrum of the electrochem ically generated free radical of flavone in DM F w ere ob served fo r the first ti m e . R elative p aram eters of the ESR signals w ere ob tained th rough calcu lati on . T he
g 2facto r w as found to be 21006, differen t hyp erfine coup ling con stan ts w ere 2178, 1161and
0160Gs .
Key words :flavone ; cyclic vo ltamm etry ; ESR ; free radical ; p aram eters of ESR
黄酮化合物(flavone ) 普遍存在于植物的根、
茎、叶、花、果实的细胞组织中, 调节植物的生长Λ黄酮化合物在酶的作用下进行氧化2还原反应, 提供植物生长所需的能量Λ3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮广泛存在于可食用植物中, 具有抗氧化作用[1], 可以节制植物和动物体内抗坏血酸的氧化, 在动物体内具有抗病毒作用[2, 3], 也是某些癌肿的有效抑制剂[4]Λ尽管生物氧化2还原过程是酶催化的复杂体系, 但与电化学体系的许多过程颇为相似, 密切相关[5]Λ对黄酮化合物的极谱研究表明[6, 7], 在宽pH 范围的乙醇2
收稿日期:20020828
作者简介:吕桂琴(1961-) , 女, 副教授ΖE 2m ail :L JH 409@bit . edu . cn Ζ
650北京理工大学学报第23卷
水(体积比为1∶1) 体系中, 得到的每一个极谱波均是羰基22电子不可逆还原, 反应速率在酸性介质中受控于羰基的表面质子化过程Λ但没有检测到还原过程中单电子还原活性中间体——自由基信号Λ作者应用循环伏安法研究3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮在乙醇2水体系中汞膜电极上的阴极还原行为及其pH 的影响; 并研究在非水体系DM F 溶液中铂电极上的还原行为Λ电子自旋共振波谱与电化学装置联用, 首次检测到了还原过程中产生的单电子还原活性中间体——自由基信号Λ在DM F 体系中的峰 和峰 电位范围内进行电解还原, 得到了完全相同的ESR 精细波谱, 并得到了自由基波谱的ESR 参数Λ
2 结果和讨论
211 乙醇2水体系中的循环伏安
循环伏安扫描图中只出现一个不可逆还原峰, 在高扫描速度时, 也没有观察到相应的氧化峰Λ当pH 升高时还原峰的半峰电位E P 2负移, 半峰电位与
2 pH 关系呈线性变化, 斜率为E p pH , 如图1所示(浓度3mm o l L , 扫描速度200mV s ) Λ电流函数
(i p V ) 则与扫描速度V , 并随扫描, 23mm o l L , pH =58) 1 实验部分
111 仪器与试剂
CH I 660A (220E 数字
pH 计(型波谱仪(日本JE 2OL 公司) ; 220型电解池(日本JEOL
公司) Λ
3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮(CP ) 经两次重结晶提纯后测定熔点Λ非水溶剂用014nm 分子筛干燥Λ水为普通蒸馏水加高锰酸钾在石英容器中进行二次蒸馏Λ电解溶液实验前均通以高纯氮气(99199%) 20m in 以上Λ
循环伏安实验温度(29810±011) K Λ所有电位值都是相对于饱和甘汞电极而言Λ112 乙醇2水体系中的循环伏安
3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮难溶于水, 但溶于醇Λ选用乙醇2水(体积比为1∶1) 作溶剂, 分别用014mo l O H +L (L i O H +HA c ) 溶液和014mo l L (L i
H 3PO 4) 溶液调节pH 值并作为支持电解质Λ当溶液的pH >916时, 溶液不稳定, 选pH =518～810Λ汞膜电极作为工作电极Λ
113 非水溶剂DM F 体系中的循环伏安
用DM F (二甲基甲酰胺) 做溶剂, 以011m o l L 的TBAB (四丁基溴化铵) 作为支持电解质, 铂电极作为工作电极Λ114 自由基检测
ESR 波谱仪与电化学装置联用就地检测还原过程中的自由基信号Λ处于ESR 谐振腔内的石英玻璃管作为电解池(EL 220型) , 管内装有两根平行的铂丝作为研究电极和辅助电极, 饱和甘汞电极置于Λ
图1 pH 与还原半峰电位的影响
. pH F ig . 1 -E p 2vs
图2 电流函数与扫描速度的关系
F ig . 2 Current functi on vs . scan rate
由此可知, 阴极发生的电化学还原过程包含耦
合化学反应, pH 对还原半峰电位的影响, 表明耦合化学反应即是质子化过程ΛpH 升高, 阴极还原的难度增加Λ
212 非水溶剂DM F 体系中的循环伏安
3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮在铂电极上的循环伏安图出现两个还原峰, 高扫描速度时(500mV s ) 出现了与峰 对应的阳极氧化峰, 峰高随扫描速度提高而增加Λ说明分子中羰基的还原分两步进行, 峰 对应于第1个电子的还原, 峰 对应于第2个电子的还原, 同时伴随着耦合化学反应——质子化过程Λ
第5期吕桂琴等:
植物黄酮的阴极还原及自由基检测651
而第1个电子还原后的产物即为含有未成对电子的活性中间体——自由基粒子Λ213 自由基的ESR 波谱
对上述DM F 体系进行电解还原, 在循环伏安图峰 电位, ESR 波谱仪检测到了自由基信号及精细波谱Λ在还原电位-11650～-21250V 范围内得到了完全相同的ESR 精细波谱, 如图3所示, 浓度为3mm o l L Λ说明在循环伏安图峰 和峰 的电位范围内, 电解还原产生的是一种自由基粒子
Λ
3 结 论
①通过循环伏安研究可知, 3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮的阴极还原过程, 包括后续质子化反应Λ在DM F 体系中有两个还原峰, 分别对应于第1个电子和第2个电子的还原Λ
②ESR 波谱仪与电化学装置联用就地检测, 首次检测到了阴极还原过程中产生的单电子还原产物——自由基的ESR 信号ΛESR 参数Λ
] .
Selecti on of theo retical param eter
scavenging activity of an ti ox idan ts on free radicals [J ]. J Am O il Chem Soc , 1998, 75(12) :621-623.
[2] H arbone J B . 黄酮类化合物[M ]. 戴伦凯译. 北京:科
学出版社, 1983.
. H arbone J B , T he flavones [M ]. D ai L unkai tran sl
图3 自由基的ESR 波谱
F ig . 3 ESR spectro scopy of the electro 2reducti on
generated free radical
Beijing :Science P ress , 1983. (in Ch inese )
[3] 刘丽娟, 刘银燕, 杨晓虹. 葱属植物甾体化合物及黄酮
化合物的研究进展[J ]. 中国药学杂志, 2000, 35(6) :
367-370.
L iu L ijuan , L iu Y inyan , Yang X iaohong . Studies and p rogress on stero idal compounds and flavono ids of genu s allium [J ].
Ch inese Pharm aceu tical Jou rnal ,
2000, 35(6) :367-370. (in Ch inese )
[4] Grazian i Y , Chayo th R . R egu lati on of cyclic amp level
and syn thesis of DNA RNA and p ro tein by quercetin in eh rlich ascites tumo r cells [J ]. B i ochem Pharm aco l 2ogy , 1979, 28(3) :397-403.
[5] Bock ris J OM , D razic D M . E lectrochem ical science
[M ]. N ew Yo rk :T alo r and F rancistld , 1972. [6] D ah iya H P , Bannerjee N R .
R educti on of 5, 72
di m ethoxyflavanoe at dropp ing m ercu ry electrode [J ]. Indian J Chem Sect , 1978, 16A (6) :534-537. [7] Д, ТериглазовНМ, калистщратоваЕФюкавкинаНА.
[J ]. ХПолярографическоеисследованиефлавоноидовиммя
, 1978(8) :1028-1031. ГетероциклСоедин[8] 徐广智. 电子自旋共振波谱原理[M ]. 北京:科学出版
然而, 由于阴极和阳极同处于
ESR 谐振腔中,
故设计下述实验以排除阳极干扰Λ①将处于谐振腔内的阳极加聚四氟乙烯套管, 在电位-21000V 时电解2m in , 即检测到相同的ESR 信号Λ②相反, 屏蔽处于谐振腔内的阴极, 进行阳极电解超过20m in 仍未检测到任何ESR 信号Λ
如以DM SO 作溶剂进行电解还原, 也检测到了完全相同的ESR 信号和精细波谱Λ由此可确定所检测到的自由基信号是由阴极还原产生的Λ214 自由基的ESR 参数确定
对所测得的自由基进行如下研究:采用M n ( ) 标准记录波谱[8], 求得g 因子为21006Λ自由基的ESR 信号波谱总宽度为4196Gs Λ在3, 3′, 4′, 5, 72五羟基黄酮分子中, 只有氢原子是磁性核Λ自由基精细波谱中的8条线高度接近, 可认为是由3个不等性的氢原子核参与耦合Λ其超精细耦合常数分别为H H H a 8=2178Gs (8位氢) , a 6=1161Gs (6位氢) , a 4=0160Gs (4位氢) , 其中4位氢属于羰基得第1个电
社, 1980.
. Xu Guangzh i Ch inese )
P rinci p le of electron sp in resonance
spectro scopy [M ]. Beijing :Science P ress , 1980. (in
子还原并发生后续质子化反应而形成羟基中的氢Λ