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阿魏酸具有抗氧化、抗肿瘤、预防脂质过氧化和抗衰老等方面的生理活性,它存在于多种药用植物中,但含量极低,资源有限,不能满足市场的需求,因此阿魏酸及其衍生物的合成成为研究的热点。通过量子化学理论计算分析研究阿魏酸衍生物的结构与抗氧化活性之间的关系,可以有效减少结构筛选的盲目性,对阿魏酸系列抗氧化剂合成和开发具有重要的指导意义。本文采用密度泛函(DFT)B3LYP方法和从头算HF两种方法对阿魏酸母体分子的几何结构、红外、拉曼振动光谱以及1H/13C-NMR进行了计算。在此基础上,以阿魏酸为母体,设计了6个系列阿魏酸衍生物共27个化合物,采用密度泛函方法对它们的结构与抗氧化活性进行了研究,获得了它们的中性分子、自由基、阳离子自由基的稳定构型和能量。模拟研究了两种不同的抗氧化机理—氢原子转移机制和电子伴随质子转移机制,以及表征抗氧化活性的两个最重要的参数—键解离焓(BDE)和电离势(IP)。选择合成了第1系列的5个化合物,并采用DPPH法测定了它们的抗氧化活性,通过实验结果与理论计算相结合,分析了阿魏酸衍生物的结构与抗氧化活性之间的关系。相关研究获得了以下重要结论：(1)阿魏酸母体分子计算结果表明,采用B3LYP和HF两种不同方法优化得到的几何结构基本一致,分子结构中主要原子和苯环一起构成了大的共轭体系。采用HF方法计算得到的频率值比用B3LYP方法得到的高10%左右,对在B3LYP方法下计算得到的红外和拉曼振动频率进行合理的理论归属并与SDBS数据库实验数据进行比较,发现计算得到的红外和拉曼振动频率与实验测定结果符合较好。采用B3LYP计算得到的1H/13C-NMR化学位移和实验值之间存在一定的误差,分子间形成氢键可能对氢谱的化学位移带来较大的误差,碳谱相对于氢谱而言误差较小。总的来看计算值与实验值有较好的一致性,表明密度泛函(DFT)B3LYP方法和从头算HF两种方法用于阿魏酸分子的几何结构的研究具有较好的可靠性。(2)阿魏酸系列衍生物计算结果表明,5位引入吸电子基团BDE和IP增大,引入给电子基团BDE和IP减小,但乙酰基在两种机制中表现出相反的特性,BDE变化规律为FA-3>FA-2>FA-5>FA-1>FA-4>FA-6>FA-11>FA-7,IP变化规律为FA-2>FA-5>FA-3>FA-4>FA-1>FA-7>FA-6>FA-11；随着末端酯链的延长,BDE和IP减小,BDE和IP变化规律均为FA-1>FA-22>FA-23>FA-24>FA-25>FA-26；邻位含孤对电子基团的引入,BDE和IP减小,BDE变化规律为FA-1>FA-8>FA-7>FA-10>FA-9,IP变化规律为FA-1>FA-7>FA-8>FA-9>FA-10；分子中存在延伸的共轭链,BDE和IP减小,BDE和IP变化规律均为FA-18>FA-1>FA-17；端链上引入醇羟基、烷基和酯基时,BDE和IP减小,引入醛基和羧基时,BDE和IP增大,BDE和IP变化规律均为FA-19>FA-1>FA-22>FA-20>FA-21；苯环上引入醚链,BDE和IP减小,但是醚链长度的改变对BDE和IP影响很小,BDE和IP变化规律FA-1>FA-14>FA-15>FA-16>FA-17>FA-18>FA-19。化合物的BDE和IP越小,抗氧化活性越强。(3)以香草醛为原料合成了5-溴香草醛和5-硝基香草醛2个中间体,再分别以香草醛、5-溴香草醛、5-硝基香草醛、3,5-二甲氧基-4-羟基苯甲醛和间甲氧基苯甲醛与丙二酸发生knoevenagel缩合反应,合成5个阿魏酸及其衍生物,产率在55%-75%左右,用’H-NMR验证了它们的结构。(4)采用DPPH法测定合成的5个化合物的抗氧化活性结果为：FA-1、FA-5、FA-2、FA-11清除DPPH自由基的IC5o值分别是33.15、55.24、1802、23.66μmol·L-1,FA-27不能清除DPPH·,5个化合物清除DPPH能力的大小顺序为：FA-11>FA-1>FA-5>FA-2>FA-27。表明酚羟基是抗氧化活性的重要基团,苯环上给电子的引入增强抗氧化活性,吸电子基团减弱抗氧化活性。综上所述,说明密度泛函理论可以有效揭示阿魏酸及其衍生物的分子结构与抗氧化活性之间的构效关系,对于抗氧化剂的合成与性能评价具有重要的指导作用。