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本论文用量子化学方法研究了新型苝醌类光敏剂(PQP)——菌生素(HMB)及其类似物的分子内氢传递(IHT)反应，以及它的IHT与PQP光敏活性之间的关系。 近年来发现苝醌类光敏剂具有优良的光致生物活性，有望发展成为新一代光疗药物以治疗肿瘤、爱滋病等顽症。PQP的活性中心是苝醌，由于独特的分子结构，无论在基态和激发态都存在分子内质子传递过程，有时也称为分子内氢传递过程。研究表明这一过程对PQP保持光敏活性具有至关重要的影响，是PQP保持良好的光敏活性的根源。 然而，由于PQP分子大多具有一个以上的IHT模式，体系过于复杂，给理论和实验研究、光谱解析带来了很大的困难。特别是竹红菌素和金丝桃蒽酮的结构类似，它们的IHT的特性应该相同或相似，而实验却发现二者无论IHT特性还是光敏机制都有本质的区别。甚至到目前为止，连哪一个质子发生了IHT都没有明确的结论。 菌生素是我国首次发现并进行研究的天然化合物，由于该化合物可由生物发酵方法制得，同其他PQP相比有更大的经济意义和实用价值；更重要的是HMB只有一个分子内氢键，氢传递模式简单，是研究PQP IHT反应及其光敏活性不可多得的实验和理论研究对象，对HMB的研究将有利于对IHT本质和光敏机制的深入理解。 本论文首先从小分子9-HPO和naphthazarin出发，分析了共轭体系IHT的特点，探讨了合适的理论方法。然后分别研究了HMB及其母体等9种模型化合物的IHT过程，结果和PQ作了对比。最后我们还对金丝桃葸酮及其质子解离产物作了密度泛函计算，为解释竹红菌素和金丝桃蒽酮之间的差异、阐述PQP的光致生物活性的作用机制奠定了理论基础。 在计算方法上，用PCModel、Chem3D软件中的分子力学方法优化分子的结构得到初始构型，然后用Gaussian 98程序进行量子化学计算。在优化的过程中，按照方法由低到高的顺序，先进行AM1半经验计算，再用HF从头计算方法对各平衡构型及过渡态进行结构优化，并计算频率以验证过渡态。激发态的计算采用了Gaussian中的组态相互作用方法(CIS)，对于HYP激发态的半经验计算采用了Mopac程序。 本论文的主要结论如下： 1、通过对HMB及9种模型化合物的计算发现：此类体系的能量和IHT势垒主要由其共振模式决定，侧链、侧环的影响较小。顺式IHT的势垒为33.4～41.6kJ／mol，反式IHT的势垒为15.99-24.77kJ／mol，反应势垒低于一般的化学反应，所以HMB分子中存在着快速的IHT。IHT的势垒与氢电荷的变化、氢原子的位移呈较好的线性关系。 2、IHT可导致PQP分子的异构化，使HMB、PQ等有独特的基态、激发态势能面。 在基态时，顺式构型的共振模式较多，能量比反式构型低门．45 kJ／mol，为优势 构型；而在单重激发态时，反式构型的能量比顺式构型低 33．sl kJ／mol，为优势 构型。并且单重激发态的势垒也比基态低，只有 6．3 skJ／mol，这使 HMB激发态 IHT的效率更高。3、对HMB活性中心的单重激发态结构进行三重态的单点能计算发现：在IHT反应 前后的稳定构型时，三重态的能量低于单重态的能量；而在氢传递的过渡态时， 三重态的能量高于单重态的能量，所以单重激发态IHT的势能面和三重态的势 能面存在等能点。在发生激发态IHT时，分子容易沿IHT的势能曲线在等能点 转入能量更低的三重激发态，从而提高HMB的三重态量子产率。这一规律同样 适用于其它 PQP分子，这是 IHT在 PQP光敏活性中作用的一个方面。另一方面， IHT的存在使 PQP解离到溶液中的质子增多，从而可以酸化其环境，使PQP增 加了一条光敏途径。4、竹红菌素和金丝桃恿酮的IHT特性和光敏机制存在较大差异的主要原因是二者 IHT的方式并不相同。竹红菌素的IHT发生在分子长轴两端的羟基和碳基之间， IHT需要整个分子共振的参与，势垒相对较高，反应的时间常数也较大。而金丝 桃葱酮的IHT是在质子解离之后发生在侧位羟基和氧负离子之间，该IHT不需 要分子共振的协同，并且HYP中两个氧原子之间的距离也小于竹红菌素羟基氧 和碳基氧之间的距离，所以金丝桃恿酮的1＊T势垒低，速度快。刃5、多环共轭结构、独特的势能面和 IHT反应、分子的非平面结构是 PQP光敏活性 的结构基础。多环共轭结构使PQP可以吸收合适波长的光达到激发态；独特的 势能面结构使光致互变异构即激发态IHT高效率地进行，提高三重态的量子产 率，并且促进质子解离而酸化环境；非平面的结构可以抑制荧光的发生。6、由于在两种构型之间的转化只需要一个质子传递就可以发生，所以 PQP的光敏 活性并不依赖于多个质子传递的协同作用。对naphthazdrin的计算发现：在基态 和激发态的单质子传递势垒分别为57．18 kJ／mol和 16．11 kJ／mol，而双质子传递 需要的能量分别为 100．．55 kJ／mol和 37．58 hi／mol，所以通常情况下分子只发生单 质子传递。HMB虽然只有一个分子内氢键；IHT tR式也只有一种，但是它的IHT 的势垒、氢原子的位移、电荷变化等都和竹红菌素十分类似，实验也证明其有光 敏活性。