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1、-范文最新推荐- 新叶黄素衍生物的分子设计和结构优化 摘要：本文综述了新叶黄素衍生物的分子设计及结构优化的研究进展，设计比较了十多种新叶黄素衍生物的分子结构。本利用ISIS Draw 软件构建表2.1的15个新的叶黄素衍生物分子的2D结构，利用Chem3D软件建分子3D结构，利用GMESS软件的相应模块选取从头计算的HF方法（3-21G）进行全优化。采用分子力学，量子化学计算和静电势计算等方法，对所设计的新叶黄素类衍生物的电子结构特征及其结构与活性关系进行了初步的探讨。关键词：叶黄素; 衍生物 分子优化 结构设计6062The molecular optimization, and struc
2、tural design of new lutein derivativesAbstract: In this paper, a new molecular lutein derivatives and structural design optimization studies progress, designed to compare a dozen new lutein derivatives molecular structure.In this paper, On the basis of ISIS Draw Table 2.1 of the software build 11 ne
3、w 2D structure of the molecule lutein derivatives , Chem3D software to build 3D molecular structures,and the appropriate software modules GMESS Select ab initio HF method (3-21G) ,i have this structures optimized. By using molecular mechanics, quantum chemistry calculations and electrostatic potenti
4、al calculation methods i have done some prelimiinay study abou the design of a new class of derivatives of the electronic structure and relationship of lutein characteristics and structure-activity .Key words: Lutein, Derivative, Molecular Optimization, Structural Design.目录第1章绪论51.1概述51.2叶黄素生物功能71.2
5、.1叶黄素是维生素A的前体71.2.2叶黄素能增强免疫功能7 3.13化合物13的计算结果1373.14化合物14的计算结果1393.15化合物15的计算结果1413.16化合物分子前沿轨道能级差分析143第4章叶黄素衍生物的紫外可见吸收光谱性质146第5章结论152参考文献153致谢156第一章 绪论1.1概述叶黄素在自然界广泛存在，1831年,Berzelius1从秋天的叶片中分离提取出黄色的极性色素，并命名为“叶黄素”。随着生物物理技术的发展，人们通过色谱分析的方法分离出一系列的天然色素，并命名为“叶黄素衍生物”。它们具有共同的化学结构特征
6、，分子中心都是多烯键的聚异戊二烯长链，以此为基础，通过末端的环化、氧的加入或键的旋转及异构化等方式产生出很多衍生物。目前，已知的叶黄素的成员大概有600多种2。叶黄素3(Xanthophylls)是类萜化合物的一种，分子中含有氧功能团的衍生物及其酯类，是一类碳氢化台物(Carotenes)及其它们的氧化衍生物。它们由8个类异戊二烯单位组成。这些类异戊二烯单位的连接和排列在分子中心是反向的，两个中间的甲基处于l，6一位关系，其余的非末端甲基处于1，5一关系。所有叶黄素形式上都可在含有1个共扼双建碳链的番茄红素(Lycopene)基础结构上通过氧化、氢化、脱氢、环化，以及碳架的重排、降解而衍生获得
7、。一些叶黄素是链状的如蕃茄红素(非环化C40H56，结构如图1-1所示)。图1-1番茄红素基础结构(非环化C40H56)叶黄素(Xanthophylls)分子中含一个或多个氧原子，形成羟基、羰基、甲氧基或环氧化物( )结构等,氧键的性质决定其光谱吸收带4。 现以B一胡萝素的2个酮基衍生物角黄素(Canthaxanthin，图1-2)和2个羟基，2 个酮基衍生物虾青素(Astanxanthin，图1-3)表示。 1.2.2叶黄素能增强免疫功能生物体内的免疫系统有2种主要的功能7：首先是能保护机体免受细菌、病毒等侵染性病原物引起的疾病，其次是能抑制癌细胞，预防癌细胞的生长。现在了解除叶黄素外，番茄
8、红素以及斑婺黄素等也能增强机体对感染的抵抗能力，增进免疫机能。在人体实验中，尤以老年人，叶黄素可以减缓由衰老引起的免疫能力下降的问题。1.2.3叶黄素具有抗氧化剂的功能叶黄素能减少自由基对细胞遗传物质(DNA，RNA)和细胞膜(如蛋白质，脂质和碳水化合物)的损伤8。在生物系统中有羟基自由基，烷氧自由基，过氧自由基单线态氧，氮氧自由基，过氧氮氧自由基和半配自由基等。这些氧自由基都带有不成对的电子，这些电子非常活浚，它们能使自由基与环境中的其他物质形成致癌物。自由基能损伤细胞，细胞膜及其组成导致蛋白质损伤、酶失活、膜脂过氧化、碳水化合物和核酸损伤8。已经测出机体在衰老过程中，患病及炎症过程中体内的
9、自由基增加，叶黄素能抑制自由基的产生，可以缓延衰老和预防癌症。1.2.4叶黄素对预防癌症的功能叶黄素能预防食道癌。如对菲律宾、加拿大和中国的食道癌患者的调查都证明叶黄素能产生缓解作用。也曾用叶黄素素治疗口腔癌症的高危险者。9用叶黄素治疗口腔粘膜白斑病，可以使该病得以缓解。但叶黄素的摄入量对大肠癌或盲肠癌的抑制却没有得到明确的证明。Gerster10用75—200例流行病研究证实，发现血浆中叶黄素含量低的人(即低水果和蔬菜摄入者)与癌症危险性的增加呈一定相关性。1.3叶黄素的结构与性质1.3.1叶黄素的结构叶黄素是一种含氧类胡萝卜素11，其中文习惯命名为叶黄素，英文习惯命名是Lute
10、in，中文系统命名为3，3’二羟基-ß,a一胡萝卜素，英文系统命名为3,3-dihydroxy-ß,a-carotene。分子式：C40H5602。分子量：56888。叶黄素分子有一个相同的基本结构：一个十八碳原子的共轭长链相连接的两个六元碳环结构，它主要有两类：胡萝卜素（carotenes）和叶黄素类（Xantho-phylls），前者是不含氧的类胡萝卜素的总称，后者是含氧类胡萝卜素的总称，包括叶黄素（lute-in）、玉米黄质、a-胡萝卜素、隐黄质、紫黄质、辣椒红素等。叶黄素分子的C40链含多个共轭双键结构，由于烯键的存在在理论上可以存在多个几何异构体。
11、叶黄素全反式异构体的分子结构详见图1-4 1.5叶黄素的应用叶黄素是一种广泛存在于蔬菜、 花卉、 水果与某些藻类生物中的含氧类类胡萝卜素。叶黄素又名植物黄体素， 它是玉米、蔬菜、水果、花卉等植物色素的主要组分。甘蓝、 羽衣甘蓝、 菠菜等深绿色叶菜以及金盏花、万寿菊等花卉中的叶黄素含量最为丰富； 南瓜、桃子、辣椒、芒果、柑桔中也含有丰富的可以在人体内自动转化成叶黄素的叶黄素前体—— 叶黄素酯。叶黄素对心血管疾病、 白内障以及老年视黄斑变性等疾病具有十分特殊功效， 其抗氧化性能可以抵御游离基在人体内造成的细胞与器官损伤， 并可防止因机体衰老引发的心血管硬化、 冠心病和肿瘤疾
12、病。愈来愈多的流行病学调查和实验研究结果表明，摄入叶黄素可以降低癌症的发生率。美国食品与药物管理局早在1995年即已批准叶黄素作为食品补充剂用于食品饮料， 以丰富其营养价值。美国农业部目前虽尚未给叶黄素制定膳食推荐量,但叶黄素醋于2002年已被FD A 认定为GRAS物质。叶黄素与维生素C、赖氛酸等常用食品添加剂一样可直接添加到食品中, 因它耐热性能较好, 营养、无害, 对预防人体衰老有良好效果, 故叶黄素及叶黄素醋在美国市场上十分畅销。美国2004年调查结果显示, 叶黄素类食品、低糖食品、防心血管疾病食品等是功能性食品发展趋势。叶黄素的应用价值主要体现在如下几个方面:首先是其绚丽的黄色和极强
13、的着色性能，可作为一种良好的食品着色剂；其次，存在于人眼中的叶黄素，能大量吸收近于紫外光的蓝光，从而使视黄斑及视网膜减少损害，因此叶黄素具有良好的护眼保健功能；此外，叶黄素还具有较强的猝灭自由基能力，是良好的抗氧化剂。由此可见，叶黄素是一种集营养保健、着色及抗氧化于一体的多功能天然产品。 叶黄素可以极大降低太阳直射产生的眩光对于人眼的刺激同时过滤掉对人眼损伤最严重的蓝色光线，从而保护视网膜免受氧化损伤和光污染，预防老年性黄斑变性和白内障等眼科疾病23。人体中摄入的叶黄素分布于眼睛的两个部分分别为视网膜黄斑区以及晶状体，叶黄素是人眼中唯一存在的类胡萝卜素，有证据表明叶黄素可以保护光接收器或者延迟
14、与年龄有关的视黄斑衰退24。动物研究数据表明食用叶黄素有保护视网膜的作用，实验验证视黄醛叶黄素可以保护由光刺激引起的光感受器细胞死亡。1995 年美国 美国 FDA(Food AndDrugAdministrati on) 就已经批准叶黄素作为食品增效剂应用用于食品饮料，2006年6月，在日内瓦举行的63 界食品添加剂专家委员会（JECFA），食品农业组织/世界健康组织（FAO/WHO）以及食品添加剂专家委员会（JECFA）三个组织联合完成了一项毒理学评价，会议建立了一组叶黄素的每日允许摄入量（ADI）,叶黄素的每日允许摄入量 2mg/kg 。翟鹏贵25等对万寿菊提取物缓解视疲劳作用的人体试食
15、实验效果观察，结果表明万寿菊提取物能改善眼胀、眼干涩等视疲劳症状，并能提高远视力和明视持久度水平，而且明视持久度的提高率为（11.21 ± 8.12）% 。花青素具有抗氧化的作用26，可以防止眼部的脂质过氧化缓解假型近视，阻止轻度近视的进一步发展。花青素同样可以促进视紫红素的再生，增加睫状肌的血流量，消除视疲劳改善视神经细胞的功能，增强眼睛对较暗光线和变化光线的适应能力。随着深入研究花青素，人们发现花青素不仅有助于糖尿病型白内障的预防和治疗,而且可以通过抗氧化机制缓解人体全身及眼部的疲劳症状。刘春民等采用双盲法研究了花青素对近视青少年视疲劳及视力的影响27，结果表明花青素能有效缓解由视疲劳引起的眼胀、眼痛、畏光、眼干涩和视物模糊等症状，同时能够改善近视和轻度近视的远视力，有效率达 77.12% 。周淡宜28等研究越橘提取物复合维生素 A 视疲劳的改善能力，经过 30d 的试食实验研究表明受试者的视疲劳症状明显减轻，明视持久度提高（13.23 &plusm
