乌头碱等中药有效成分质谱行为的量子化学研究

论文摘要

基于天然产物的中医药学具有重要临床价值和深刻的科学内涵。近年来备受关注。生物碱是天然产物中具有生物活性的重要一类。电喷雾电离（ESI）质谱（包括串联质谱）技术是一种快速、灵敏地分析乌头碱的分析方法之一。量子化学计算方法越来越多地应用于分析,解释和预测质谱,尤其是串联质谱的结果。本论文通过量子化学计算探讨分析乌头碱等生物碱电喷雾串联质谱碎片稳定性、断裂规律、乌头碱在溶液中的水解机理及多肽的疏水性,为寻找生物活性结构及有效中间体提供理论依据,可为中药新药开发提供一种新的思路和方法,为中药现代化的快速发展提供新的理论基础和指导。研究工作主要包括以下四部分内容。1、运用量子化学计算手段,研究小檗碱质谱学特征,探讨质谱碎裂机理。小檗碱是从中药黄连、黄柏等药材中提取的生物碱类药物,是最为常用且疗效确切的抗菌素之一,但从小檗碱质谱解离机理并结合质谱方法从分子水平上对小檗碱的反应性进行量子化学计算尚未见报道。本文针对小檗碱分子进行量子化学计算,研究质谱碎片结构特点及稳定性规律,探讨可能的质谱碎裂机理,从而为研究其构效关系及药物分子全合成提供理论依据,也说明了量子化学半经验,从头算,密度泛函等理论计算方法,在研究微观反应机理等问题时,起到了实验无法替代的作用。2、乌头碱类生物碱电喷雾串联质谱数据对于分析该类化合物的生物活性及毒性提供了实验依据。本文利用量子化学方法对乌头类生物碱这类较大体系分子在低能碰撞诱导解离（CID）质谱条件下的断裂规律予以较合理的解释。用ab initio HF/6-31G*方法优化六种乌头类生物碱结构,通过结合能分析,电荷密度分析等方法,计算结果指出在该生物碱中最先脱去C8羧基,其次为C14苯甲酰基和N乙基/甲基,与实验一致。电荷密度分析,指出以乙酸的形式脱去C8羧基之后C8与C15之间形成双键,转变成烯醇式结构,进而转化成酮式,然后缩环脱去CO分子;从理论上预测了连在C1,C18,C6,C16上的四种甲氧基中最先以甲醇的形理论式脱去的是连在C16上的甲氧基。质谱实验数据结合量子化学计算,探讨乌头类生物碱电喷雾串联质谱碎片稳定性及其断裂规律,这表明电喷雾串联质谱中乌头碱类化合物经多次碰撞所产生的统计结果与量子化学计算结果较好地相符,从而可以架起乌头碱类构效关系的桥梁。3、含乌头碱类生物碱中药的煎煮、炮制过程中,酯水解反应是非常重要的关键环节。本文讨论了10-OH中乌头碱及其在苯甲酸酯链和乙酸酯链发生水解反应生成的中间体的稳定性。选取苯甲酸甲酯,乙酸甲酯,取代环己烷双酯衍生物等简化模型,系统分析它们的水解反应历程。从水解反应的中间体和过渡态分析,可以使人们清楚地了解到乌头碱C8位上乙酰基和C14位上苯甲酰基水解的水解反应顺序为乙酸基首先水解,与相应的乌头碱质谱研究得到的断裂规律一致。利用量子化学方法得到详细的水解反应的机理,为深入研究中药的煎煮、炮制过程的典型化学反应提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 一、引言
• 二、中药的化学基础研究
• （一） 中药化学的含义
• （二） 中药活性成分的研究
• （三） 中药新药研制的途径
• （四） 中药现代化的含义
• （五） 中药复方的研究
• （六） 中药有效部分的药理活性筛选和现代科学技术分析鉴定
• 三、传统中药黄连的最新研究进展
• （一） 药理作用
• （二） 临床应用
• （三） 黄连中生物碱的提取、分离与鉴定
• 19二萜生物碱的研究进展'>四、乌头碱型C₁₉二萜生物碱的研究进展
• （一） 乌头碱及其类似物的毒性和药理活性
• （二） 乌头碱及其类似物的分离和检测
• 19去甲二萜生物碱结构的多样性'>（三） C₁₉去甲二萜生物碱结构的多样性
• 五、本论文的意义
• 参考文献
• 第二章 质谱学概论
• 一、引言
• 二、质谱仪器简介
• （一） 样品导入系统
• （二） 离子化源
• （三） 质量分析器
• （四） 检测器
• （五） 数据处理与控制
• （六） 显示器
• （七） 质谱仪器的发展趋势
• 三、“软电离”技术
• （一） 基质辅助激光解吸/电离（MALDI）
• （二） 大气压电离（API）
• 四、“软电离”质谱技术的应用
• （一） 生物大分子的分子量测定
• （二） 结构分析
• （三） 非共价复合物的研究
• 参考文献
• 第三章 量子化学计算方法
• 一、分子轨道理论
• （一） 闭壳层分子的 HFR 方程
• （二） 开壳层分子的 HFR 方程
• 二、密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）
• 三、量子化学计算方法的应用
• （一） 分子几何结构
• （二） 体系总能量、结合能与分子稳定性
• （三） 分子轨道与电子光谱
• （四） 原子净电荷分布与非线性光学性质
• （五） 电子自旋与磁性质
• （六） 振动频率与红外拉曼振动圆二色谱
• 参考文献
• 第四章 小檗碱质谱碎片稳定性分析及碎裂机理的量子化学研究
• 一、引言
• 二、小檗碱类生物碱的质谱实验数据
• 三、计算模型与方法
• 四、结果与讨论
• （一） 母分子离子（体系1）平衡几何分析
• （二） M52 解离过程碎片稳定性分析及苯基醚氧键断键规律研究
• （三） M53 氢解离过程的分析
• 五、结论
• 参考文献
• 第五章 乌头碱类生物碱电喷雾串联质谱行为及碎片离子稳定性的量子化学计算
• 一、引言
• 二、乌头碱类生物碱的质谱断裂规律
• 三、计算模型与方法
• 四、计算结果与讨论
• 8,C₁₄和N 位取代基脱去规律'>（一） C₈,C₁₄和N 位取代基脱去规律
• （二） 缩环脱去 CO 分子过程的研究
• （三） 4 种甲氧基的断裂规律
• 五、结论
• 参考文献
• 第六章 乌头碱在溶液中的水解机理的理论分析
• 一、引言
• 二、计算模型和方法
• 三、结果与讨论
• （一） 10-OH 中乌头碱水解中间体的稳定构型
• （二） 10-OH 中乌头碱水解反应历程分析
• 四、结论
• 参考文献
• 第七章 多肽疏水性的量子化学分析
• 一、引言
• 二、实验部分
• 三、结果与讨论
• （一） 材料的选择
• （二） 单组分体系
• （三） 多组分体系
• 四、多肽分子疏水性的理论化学研究
• （一） 多肽分子的系统优化
• （二） 分子内电荷分布对疏水性的影响
• （三） 分子内取代基结合能对分子疏水性的影响
• 五、结论
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文及著作情况
• 致 谢