低聚木素的体外合成及其生物活性的研究

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木素是植物体内最丰富的芳香族化合物,木素作为最大的生物质来源之一,其生物活性已引起了人们的关注。工业木素的生物活性的研究已有很多,但是合成木素的生物活性方面的研究才刚刚起步。虽然人工合成的木素脱氢聚合物(DHP)与天然木素有一定差别,但是几乎所有木素的特征结构均已在DHP中得到验证。其次DHP的性质能通过聚合条件的改变而进行调控,在一定程度上能代替各类天然木素进行木素综合性能的研究。本文利用异丁香酚作为木素前驱物,在漆酶的催化氧化下聚合形成DHP,然后利用不同溶剂对DHP进行提纯分级得到四个组分,即石油醚可溶组分(F1),乙醚可溶组分(F2)、乙醇可溶组分(F3)以及丙酮可溶组分(F4)。利用DPPH法和ABTS法对四个组分的抗氧化性进行了测定,通过滤纸片扩散法表征其抗菌性,并从构-效关系的角度来分析了抗氧化性和抗菌性的根源。利用FT-IR、CP/MAS固体13C NMR、液体13C NMR和GPC对DHP的化学结构和分子量进行分析。FT-IR的结果表明DHP具有明显的G型木素结构且其与裸子植物(银杏)磨木木素的结构相似。13C NMR的结果表明DHP的结构单元主要为β-5、β-O-4、β-β、β-1和5-5。GPC的结果表明DHP四个组分的分子量大小为F4>F3>F2>F1。F1、F2、F3和F4对DPPH自由基的半抑制浓度IC50%分别为10.29、8.03、17.39和26.09(g/l)/(g/l)DPPH·,表明F2是四个组分中最有效的成分。然而ABTS+自由基的结果表明F1的抗氧化性要高于F2。提纯分离石油醚组分中的主要成分,MS和13C NMR分析结果表明其为具有β-5结构的二聚体。自由基清除能力实验表明该二聚体会延缓DPPH自由基的清除。乙酰化实验表明低聚木素中游离酚羟基含量会极大影响其对自由基清除能力,同时,在自由基的清除实验中ABTS+自由基被认为会与木素中游离酚羟基以外的其他基团反应。DHP的抗菌性由抑菌圈的大小来评价。抑菌实验结果表明F1和F2能有效地抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长,而F3和F4对两种受试菌均无抑制作用。具有抑菌性的组分经柱色谱分离后得到九个成分(Z1Z9),利用液体13C NMR和APCI-MS对Z1Z9的分子量和结构信息进行分析。MS分析结果表明:这些组分中均含有β-5结构。Z1为β-5结构的二聚体,而Z2为含有醛基的β-5型二聚体。Z3和Z4主要成分均为β-5型三聚体,而Z4中有更多的(β-5)-(β-O-4)型三聚体。Z5中β-O-4结构较多,为(β-O-4)-(β-5)-(β-O-4)的四聚体。Z6和Z7均为三、四、五聚体的混合物,其四聚体具有(β-1)-(β-5)-(4-O-5)结构。Z8和Z9中含有更多的缩合型结构,Z8为(5-5/β-O-4)型三聚体,而Z9为(β-5)-(5-5/β-O-4)型四聚体。13C NMR分析结果表明进一步证实了上述Z1Z9的化学结构。抑菌实验表明二聚体具有明显的抑制两种受试菌生长的作用,而三聚体及以上对大肠杆菌无明显抑制作用。对金黄色葡萄球菌的抑菌性与分子量无关。醛基等含氧基团和碳碳双键会影响DHP的抗菌性。DHP合成过程中含氧基团和醚键的生成会减弱其的抗菌性,而β-5结构的生成会增强其抗菌性。
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