类黄酮金属配合物的合成和抗氧化分子机理研究

Oxidative stress induced by excessive reactive oxygen radicals in living organisms has been associated with human aging and with the incidences of certain diseases and symptoms. Scavenging oxidative radicals and terminating radical-initiated chain reactions are believed to be the predominant antioxidant mechanism for antioxidants. Recently, it has been reported that flavonoid-metal comlexes exibit higher biological activity in scavenging reactive oxygen radicals than their parent flavonoids. The molecular mechanism of flavonoid-metal complexes as antioxidants and the underlying structure-reactivity relationship, have been attacting increasing research interests, and have become one of crucially scientific issues in the relevant research fields. In this proposal, time-resolved optical spectroscopy combined with quantum chemical calculations will be employed to elucidate reactive sites (metal ion and phenolic hydroxyl), reaction mechanism (electron transfer and hydrogen atom transfer), intermediates and, eventually, structure-reactivity relationship, which will shed light on understanding the antioxidation mechanism, and on providing experimental supports and theoretical hits for the development of new antioxidants.

生物体内过量的活性氧自由基所导致的氧化胁迫与多种疾病和症状的发生有关。清除自由基、中止自由基引发的链反应是抗氧化剂最主要的抗氧化作用机制。已往的研究显示类黄酮金属配合物具备清除活性氧自由基等生物活性，而且抗氧化性能显著强于母体类黄酮化合物。目前，关于类黄酮金属配合物的抗氧化机理研究成为相关领域的新热点，研究类黄酮金属配合物的抗氧化反应分子机理，从而阐明其构效关系是相关研究的关键科学问题之一。本项目拟合成一系列结构关联的类黄酮金属配合物，采用时间分辨光谱等实验手段并结合量子化学计算，系统考察类黄酮金属配合物的自由基分子反应机理，包括反应位点（金属离子和酚羟基）、反应类型（电子转移和氢转移）和反应中间体等，并由此揭示类黄酮金属配合物抗氧化活性的构效关系。该项目的研究成果将有助于加深对类黄酮金属配合物抗氧化机理的认识，为发展新型抗氧化剂提供实验依据和理论指导。

大多数类黄酮金属配合物较母体类黄酮化合物有优异的抗氧化活性，但基于分子水平的增强机制尚不清楚。本项目采用时间分辨光谱等实验手段并结合量子化学计算，系统考察了类黄酮化合物与二价金属离子（包括铜、锌和碱金属离子等）生成的配合物的自由基分子反应机理并揭示了金属离子增强类黄酮抗氧化活性的构效关系规律。主要研究结果包括：（i）1：1类黄酮金属配合物中金属离子的拉电子作用增强了类黄酮化合物的酸性，进而增强电子转移或氢转移能力而显著提高自由基清除活性，(ii)1:2配合物中若两个配体对称分布则会抵消金属离子的拉电子作用，使自由基清除活性改变不大；但若两配体在空间非共面交错分布，一方面金属离子的拉电子作用会增强类黄酮配体的电子转移或氢转移能力，另一方面会增加自由基加合的反应途径，导致自由基清除活性显著增强；(iii) 金属离子与类黄酮化合物的配合位点受pH控制，易发生pH耦合的金属离子交换配位；当金属离子与抗氧化活性较弱的酚羟基配位，而通过拉电子增强抗氧化活性原本较强的酚羟基的活性，自由基清除活性增强更为显著。本项目的研究结果为发展安全、高效的新型抗氧化剂及其在食品加工和疾病预防中的应用提供实验依据和理论指导。