百蕊草中有效成分提取过程动力学模拟和结构鉴定

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天然产物长期以来都是新药开发的重要来源,中草药作为天然产物重要组成部分,被我国的中医文化发扬光大,为人类的生命健康做出了重大贡献。然而,由于中草药中有效成分种类繁多且结构复杂,大多数药用成分的作用机制尚不明确,因而频频受到西方科学界的质疑,难以进入欧美市场。因此,对这些药用成分进行基础研究是十分必要的。百蕊草作为一种重要的中草药,含有黄酮、生物碱等多种有效成分,许多成分被证实有药用价值,本工作主要研究对象是百蕊草中三类五种药物活性成分,即山奈酚、紫云英苷、槐果碱、白金雀儿碱和甘露醇,运用振动光谱与量子化学计算相结合的方法研究了它们的结构,以及采用动力学模拟研究了它们在乙醇水溶液中的溶解微观过程。使用傅里叶红外光谱仪和拉曼光谱仪分别检测山奈酚、紫云英苷、槐果碱和甘露醇的实际光谱。在气相模型中,运用密度泛函理论,在B3LYP/cc-pvtz水平上优化分子结构,并计算它们的能量和理论光谱,明确了它们的键角、键长、二面角等结构参数。结果表明:1.山奈酚分子是一种平面结构,有四种构象,不同之处在于分子中羟基的朝向不同,玻尔兹曼分布表明这四种构象以33.7%、28.1%、21.6%和16.6%的比例共存;2.紫云英苷中由于糖环的存在,其苷元(即山奈酚)部分不再为平面结构,得到五种构象,玻尔兹曼分布表明这五种构象以3.7%、50.1%、3.3%、37%和5.9%的比例共存;3.槐果碱有两种构象,均为A-椅式、B-椅式、C-椅式、D-船式,区别在于C/D环的稠合方式,一种为C/D-顺,另一种为C/D-反,玻尔兹曼分布表明这两种构型以13.8%、86.2%比例共存;4.白金雀儿碱的构型有两类,分别为5R7S9S13S和5S7R9R13R,前者有三种构象,区别在于A/B环和C/D环的稠合方式,分别为A/B-顺、C/D-顺,A/B-反、C/D-反,A/B-反、C/D-顺,后者有一种构象,所有的构象均为A-船式、B-椅式、C-椅式、D-椅式,这四种构象比例相同;5.甘露醇有两种构象,第一种构象能量较高不稳定,使得第二种构象成为优势构象,玻尔兹曼分布占比达99.88%。采用分子动力学方法,在GROMOS53A6力场下,分别模拟了五种药物分子团簇在乙醇水溶液中的溶解微观过程,结果显示,黄酮类药物山奈酚和紫云英苷的最佳溶剂浓度均为90%乙醇水溶液,最佳溶解温度分别为303.15 K和293.15 K;生物碱分子白金雀儿碱和槐果碱最佳溶剂浓度均为无水乙醇,最佳溶解温度分别为313.15 K和323.15K;甘露醇的最佳溶剂条件为纯水,最佳溶解温度为313.15 K。微观描述溶解过程可分为四个阶段:1.在溶剂分子作用下,团簇结构变松散;2.有单个药物分子脱离团簇;3.团簇解体为单个分子或多聚体;4.药物分子相互远离,完全分布在溶剂盒子之中。这三类分子中,溶解程度最高、效果最好的是生物碱类分子,甘露醇次之,最后是黄酮类分子。
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