槲皮素與鉻(III)配合物合成及光譜分析

雷克林

（襄樊學(xué)院 化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院，湖北 襄樊 441053）

槲皮素與鉻(III)配合物合成及光譜分析

雷克林

（襄樊學(xué)院 化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院，湖北 襄樊 441053）

利用槲皮素與鉻鹽在無水乙醇中回流加熱，用三乙醇胺調(diào)節(jié) PH至中性得到產(chǎn)物. 合成配合物用紅外光譜、紫外光譜對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，推測出螯合位置發(fā)生在槲皮素 3-羥基與 4-羰基及3'，4'-羥基處. 并采用TU—1900雙光束紫外可見分光光度計研究一系列不同濃度溶液的吸光度，通過摩爾比法確定Cr3+與槲皮素的配位比為1:1和2:1.

槲皮素；鉻；配位比

槲皮素（Quercetin，Qu，3，5，7，3'，4'-五羥基黃酮，3，5，7，3'，4'-pentahydroxyflavone）廣泛存在于植物界，是膳食中最常見的類黃酮化合物之一，具有較強的抗氧化性能. 槲皮素抗氧化作用的研究已引起國內(nèi)外學(xué)者的高度重視. 槲皮素藥理作用廣泛，具有降血壓、調(diào)血脂、擴張冠狀動脈、抗血小板聚集、抗炎、抗過敏、抗氧自由基和抗心律失常等多種生物活性及藥理作用[1]. 槲皮素對金屬離子具有強烈的螯合作用[2-3]. 槲皮素與稀土及其它金屬離子配位后，其抗氧化活性、抗癌活性和抗病毒活性均有所改變. 對于槲皮素與金屬離子如 Al (III)、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)和Sn (II)等配合物的熒光光譜及其抗氧化活性等方面已有報道[4-9].

圖1 槲皮素分子結(jié)構(gòu)示意圖

鉻是生命必需的微量元素，Cr(III)具有維持機體正常的糖代謝和脂類代謝等作用，缺乏時會發(fā)生兩種物質(zhì)的代謝紊亂，形成高血脂癥、糖尿病、動脈硬化性心腦血管等疾病. 文獻(xiàn)[10]報道Cr(III)與槲皮素配合物的抗氧化性增強，但對于螯合機理和配位比報道尚未成熟.

圖2 槲皮素與金屬配位的幾種可能形式

爭議較大的是螯合位置的選擇，5-羥基與3- 羥基配位均有報道過. 從槲皮素的分子結(jié)構(gòu)(圖1)可以得知，分子上的一個羰基氧和五個羥基氧都能提供孤電子對，都具有一定的配位能力. 因此，多個氧原子與金屬離子配位可能會有不同結(jié)果，見圖 2，并影響槲皮素的金屬配位活性及其生物活性功能.

槲皮素與過渡金屬元素能形成多種金屬配合物.大致可分為 3類[11-13]：①[M2L·(H2O)4]Cl2；②ML2·.nH2O(n=2或3)；③ML3·6H2O. 因此配合物的分子結(jié)構(gòu)也有3種模型(見圖3).

本文采用紫外分光光度法研究了槲皮素與Cr形成配合物的配位條件、配位比、穩(wěn)定常數(shù)，并初步探討了它們的配位作用方式，提出了槲皮素Cr配合物的分子結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步研究其藥理活性和尋找新型、高效、低毒的槲皮素配合物提供初步的實驗依據(jù).

圖3 槲皮素金屬配合物的三種結(jié)構(gòu)模型

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

IRPrestige-21型紅外光譜儀(日本島津精密儀器公司)；85-2A恒溫磁力攪拌器(鞏義市英峪予華儀器廠)；DEF—6020型真空干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)；TU—1900雙光束紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；970CRT熒光分光光度儀(上海分析儀器).

槲皮素(生化試劑)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；三氯化鉻，洛陽市化學(xué)試劑廠；硝酸鉻，中國醫(yī)藥(集團(tuán))上?；瘜W(xué)試劑公司；三乙醇胺，天津市化學(xué)試劑廠；無水乙醇，天津市天力化學(xué)試劑有限公司. 以上均為分析純.

1.2 實驗方法

1.2.1合成

槲皮素與氯化鉻反應(yīng)：將1.5g(約5.0mmol)槲皮素與30ml乙醇加入三頸燒瓶中，在60℃下加熱回流90分鐘，使其溶解. 將659mg(約2.48mmol)CrCl3·6H2O溶于少量乙醇后，加入上述三頸燒瓶中，在65℃下加熱回流反應(yīng)六個小時，緩慢滴加三乙醇胺，待溶液pH為7～8時，即有大量棕黃色沉淀生成，放置冷卻至室溫. 離心，分別用蒸餾水和95%乙醇洗滌，60℃真空干燥，即得棕黃色粉末狀固體.

槲皮素與硝酸鉻反應(yīng)：將1g(約3.3mmol)槲皮素和0.66gCr(NO3)3·9H2O(1.6mmol)同上方法反應(yīng).

1.2.2紅外光譜

在紅外燈照射下，按照1:100比例添加固體產(chǎn)物與KBr，充分研磨后壓片，進(jìn)行紅外光譜測定. 結(jié)果如圖4—6.

1.2.3 紫外光譜

分別將槲皮素和產(chǎn)物溶于無水乙醇中，配制濃度為0.0002mol/L的溶液. 取兩個50ml容量瓶，分別加入10ml槲皮素與產(chǎn)物溶液，定容，進(jìn)行紫外光譜測定. 結(jié)果如圖7、圖8.

1.2.4 熒光光譜

用無水乙醇配制一系列不同濃度的槲皮素及配合物溶液，室溫下掃描槲皮素及其鉻配合物的熒光光譜.

1.2.5 摩爾比法

設(shè)鉻離子和槲皮素的濃度分別為CM，CR，固定槲皮素的濃度，改變金屬離子的濃度，可得到一系列CR/ CM值不同的溶液. 分別對各溶液進(jìn)行光譜掃描得吸收曲線如圖9. 在選定波長下測定各溶液的吸光度，以吸光度A對CR/CM作圖得圖10.

2 結(jié)果與討論

2.1紅外光譜分析

圖4 槲皮素紅外光圖譜

圖5 槲皮素與三氯化鉻配合物紅外圖譜

圖6 槲皮素與硝酸鉻反應(yīng)配合物紅外圖譜

紅外圖譜及特征峰比較結(jié)果顯示：1)槲皮素的羰基振動頻率1662.64cm-1，兩種槲皮素鉻配合物羰基振動頻率1622.13cm-1，1629.85cm-1，向低波數(shù)分別移動了40.51cm-1和32.79cm-1，可見槲皮素的4-羰基參與了配位；2)配合物苯環(huán)體系的V(C= C)為1598.99cm-1，相對于槲皮素的V(C=C)為1612cm-1向低波數(shù)方向移動了14cm-1. 共軛體系的延長，新環(huán)生成，影響苯環(huán)共軛體系；3)配合物和槲皮素的V(C-O-C)相比，變化較小，也表明了C環(huán)上的氧并未與金屬離子發(fā)生作用；4)配合物在518.85cm–1、516.9cm-1出現(xiàn)了V(Cr-O)，說明有金屬配位鍵的生成；5)槲皮素鄰羥基變角振動頻率為右移，說明鄰位羥基有參加配位；6)配合物中3-OH變角振動頻率左移20cm-1，說明配合物中3-OH參加了配位.

表1 槲皮素及其鉻配合物紅外光譜峰值比較

2.2 紫外光譜分析

槲皮素在255nm和375nm有兩個吸收峰，如圖7，分別屬于π→π*(A環(huán))電子躍遷和π→π*(B環(huán))電子躍遷，分別對應(yīng)兩個生色團(tuán)：255nm吸收帶由苯甲酰色團(tuán)產(chǎn)生，為Ⅰ帶，375 nm吸收帶由肉桂酰生色團(tuán)產(chǎn)生，為Ⅱ帶；其存在的羥基為酚羥基或烯醇式羥基，容易作為供體與 Cr(Ⅲ)形成配位. 從槲皮素鉻配合物的UV-Vis數(shù)據(jù)可知，槲皮素與鉻配合物在455nm處有吸收峰，如圖8，吸收帶Ⅱ紅移了80cm-1而吸收帶Ⅰ幾乎沒有紅移，表明A環(huán)上的5-OH和7-OH不參與配位. 而B環(huán)上的3'，4'-鄰羥基可能與金屬離子發(fā)生了配位作用. 不同部位的官能團(tuán)配位能力大小為：3'，4'-鄰羥基 > 3-OH～4-CO > 5-OH～7-OH， 所以槲皮素金屬配合物主要以構(gòu)型a(見圖3)存在. 從電子結(jié)構(gòu)角度分析，5-OH不參與配位主要是由于它的質(zhì)子酸性比3-OH低，并且當(dāng)4-CO和3-OH配位后會對5-OH產(chǎn)生空間位阻效應(yīng).

圖7 槲皮素紫外光譜圖

圖8 配合物紫外光譜圖

2.3 熒光光譜分析

槲皮素本身有微弱的熒光，其激發(fā)波長為500nm，發(fā)射波長為535nm. 槲皮素與鉻形成配合物后使槲皮素原有熒光碎滅，其原因可能是槲皮素形成鉻配合物后使其共軛體系增大，加速了能量之間的傳遞. 2.4摩爾比法測配位比

由圖9可知，隨著鉻離子溶度的增加，反應(yīng)溶液吸光度在375nm處的吸光度逐漸減少，而在455nm處逐漸增加. 當(dāng)鉻離子與槲皮素摩爾比小于1時，在413nm處有一個等吸收點. 表明兩種物質(zhì)在相互競爭，且生成一種螯合物. 最后，375nm處的吸收峰幾乎消失，取而代之的是455nm處的吸收峰.

圖9 不同摩爾比Cr3+與槲皮素螯合后溶液的吸收曲線

如圖10當(dāng)加入的配位體Qu還沒有使Cr定量轉(zhuǎn)化為Cr(Qu)n時，曲線處于近似直線階段；當(dāng)加入的金屬離子Cr已使Qu定量轉(zhuǎn)化為Cr(Qu)n并稍有了過量時，曲線便出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；加入的Cr繼續(xù)過量，曲線便成水平直線. 轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)的摩爾比數(shù)便是配合物的組成比. 結(jié)果表明，配合物在455nm處吸光度隨摩爾比變化曲線轉(zhuǎn)折點分別發(fā)生在摩爾比為1:1和2:1處，即(Cr): n(Qu)=1:1和(Cr): n(Qu)=2:1.說明Cr(III)與槲皮素的配比為1:1和2:1.

圖10 配合物在455nm處吸光度隨摩爾比變化曲線

3 結(jié)語

1) 本文分別用氯化鉻和硝酸鉻在無水乙醇中合成槲皮素與鉻金屬配合物，紅外光譜分析得到幾乎雷同光譜圖，即配合物性質(zhì)幾乎完全相同.

2) 進(jìn)行了紅外光譜、紫外光譜、熒光光譜分析，可得知槲皮素為3-羥基、4-羰基和3'，4'-鄰羥基參與配位.

3) 通過摩爾比法測得配合物中Cr(Ⅲ)與槲皮素比值為1:1和2:1，結(jié)構(gòu)如圖11所示.

圖 11 配合物結(jié)構(gòu)

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Quercetin and Chromium (III) Complexes Synthesis and Spectral Analysis

LEI Ke-lin
（School of Chemical Engineering and Food Science, Xiangfan University, Xiangfan 441053, China）

In this paper, the quercetin and chromium salts were refluxed in anhydrous ethanol to be precipitated, with pH neutral adjusted with triethanolamine. Using infrared spectroscopy, ultraviolet spectroscopy to characterize the structure of the synthesized complex, it shows that the chelating position was in quercetin 3-hydroxyd and 4-carbonyl and 3', 4'-hydroxy department. And then with TU-1900 double beam UV-Vis spectrophotometer, absorbance of the solution with different concentration were measured, and the molar ratio of Cr3+ and quercetin determined, which was 1:1 and 2:1.

Quercetin; Cr; Molar ratio

O657.15

A

1009-2854(2010)08-0024-05

2010-07-18

雷克林(1966— ), 女, 湖北襄樊人, 襄樊學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院教授.

徐 杰）