全 文 ：竹红菌甲素的延迟荧光和异构体
的吸收光谱 *
马俊宁 蒋丽金 张曼华 虞 群
( 甲 国科学院感光化学研究所 , 北京 /
关镇词 竹红菌甲素 、延迟荧光 、 激发三重态 、 吸收光谱
C H : O C H ,
C H : O C O C H
O H
· `
O
竹红菌甲素
竹红菌甲素 ( H yP oc r e il n A , 以下简称甲素 )不仅是 一 种
有效的光疗药物 1[ , 而且是一种很好的光敏剂 `刘 . 对甲素的吸收
光谱和荧光性质已做了初步研究 .3L 们 . 甲素激发三重态性质的研
究还未见报道 . 本文通过 甲素延迟荧光的研究测定了甲素的磷
光寿命 , 估计 了甲素激发三重态能量的范 围 . 此外还报道了甲
素立体异构体的吸收光谱的差别 .
一 、 实 验
延迟荧光用毫微秒级闪光光解仪 . 激发波长为 , 3 2 n m , 检测波长为 6 0 0n m , 激光能量 为
咚o m J (超过 50 m J 时 甲素分解 , 延迟荧光消失 ) . 吸收光谱用 日立 5 7 型分光光度计测试 .
竹红菌甲素由云南大理制药厂提供粗品 , 使用前在丙酮中重结晶两次 . 无水乙醇 ( A R )使
用前重蒸 , 并经光谱测试无千扰杂质 .
侧延迟荧光所用溶液经相同气流量的高纯氮除氧 30 m 、 n 后立即侧试 .
二 、 结果 与 讨 论
1
. 甲素的延迟荧光 延迟荧光是 分子的一种光物理性质 , 其发射波长和形状与荧光相
同 , 寿命与磷光相近 .
产生内源延迟荧光的机理有两种 `5J : 一是两个激发三重态 ( T : 态 )的分子之间发生 T 一 T
湮灭 ,使其中一个分子跃迁到第一激发单重态 (S : 态 ) 再发荧光 ,这种荧光称为 P一型延迟荧
光 . 另一种是 T : 态的分子从环境中吸收热能并跃迁至 s ` 态而发荧光称 为 E一型延迟荧光 .
A
一匕 *lA , *lA 二竺; 3*;A
3A
.
+ ,*A 兰与 :*A
*lA纽 A + 加 {P一型延迟荧光 , *sA 丛
:
*A
*lA 丛 A + 加 E一型延迟荧光 。
用闪光光解仪检测到甲素的一个新的发射光谱 ,它的光谱特性与延迟荧光完全相同 , 因此
确认是甲素的延迟荧光 .
E 一型延迟荧光强度 ( I D F ) 与溶液吸收的光 强 ( 1 . ) 成正比 , 而 P一型延迟荧光的强度与
本文 1 9 8 8 年 1 月 26 日收到 . 19 8 8 年 6 月 2 日收到修改稿 .
. 国家自然科学基金资助项目 .
第 ` 期 科 学 通 报
此 成正比闭 . 利用这个差别可以确定甲素产生延迟荧光的机理 . 因条件所限 , 1 . 难以准确婀
定。 以下推导证明 1 . 可以用 ( 1一 l丁 J ) 代替 , 其中 A 为溶液在激发波长处的吸光度 .
由比尔定律 A 一 109 1。八 一 。 c l , 得 I 一 10 1 0一 ` .
被溶液吸收的光强为 I一 I。 一 I 一 10 l( 一 10一 才 ) .
当人射光强 I。 不变时 , I。 与 ( 1一 10一才 ) 成正比 . 控制甲素浓度的变化在 1 0一 ` m ol · 1一 ,
的稀溶液范围内 , 用较强的光照射 , 侧量一系列甲素浓度不同的绝对乙醉溶液的延迟荧光强
度 . 数据列于表 1 . 儿 , 与 ( 1一 1『通 ) 和 ( 1一 10 一 d ) , 的关系曲线如图 1和图 2 所示 .
表 1 不同浓度甲素溶液的延迟荧光强度
才 , 3 2 n m 丫 10 ,
10 一 ( 6 0 0 n 口 ) 只 10 一 ’
( l一 10一流 ) x x o .
( 1一 10 一月 ) , 只 1 0 ,
4
。
5
1 1
。
8
9
。
8
9
。
7
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J 8
,
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0
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O 2 10 12 14 盆6 王8 0 2 4 e 5 10 一2一而一而
( l一 10 一月 ) x 10蕊
( -一 。 一月 ) 2 x 10 .
图 I l n ,与 ( l一 1 0 一 A )的关系曲线 图 2 1。 ,与 ( l一 J ^ ) ,的关系曲线
图 1 和图 2 表明 , 儿 , 与 1 . 成正比 ,而与 此 是曲线关系 . 所以甲素是通过热活化机制
产生延迟荧光 (即 E一型延迟荧光 ) . 延迟荧光的寿命由下式计算伙
I
,
~ I
o e 一 ,/ , .
取对数: In l , 一 nI l 。 一 t / : ,
其中 I , 为相应时间 , 时的延迟荧光强度 ; I。 为激发时的延迟荧光强度 , 此处为常数 . 表 2
为甲素的绝对乙醉溶液 ( .6 4 x 10一 ` m ol · 1一 ` ) 在不同时间的延迟荧光强度 . 以 nI l , 对 一 t 作
图 , 直线斜率的倒数即为 介 , . 用最小 二乘法计算直线的斜率 为 .0 23 , 相关系数为 .0 ” , 则
rn
, 一兴 一 4 . 3 , 5 .一 ` 0 . 2 3
文献中一般测量 nI , 随 1 . 的变化 , 本文用 ( l一 1 0一勺 代替 .I 也得到了很好的结果 .
延迟荧光与分子的 T : 态有紧密的联系 . E一型延迟荧光的寿命与磷光寿命相等 , s : 态与
T
: 态之间的能量差比较小以有利于 T : 态的分子跃迁到 5 : 态 , 一般 △ E 一 21 ~ 42 kJ ·
m ol
一 ` 1,] . 所以甲素的磷光寿命为 4 . 3 脚 . 从吸收光谱和荧光光谱测得甲素的 s : 态能量为
Z o l k J
·
m o l一 , 因而甲素 T . 态能量应在 15 9 ~ 1 8 0 k J · m o l一 , 之间 .
科 学 通 报 [ 9 8 9 年
表 2不同时间的延迟荧光强度
,
(拜 : )
I n , X 10一 J
I n IO F
4
。
0
1 3
。
7
9
。
5
14
.
8
I
。
2
7
。
l
激发三重态能量 ( E T ) 和磷光寿命 ( : p ) 对于任何一种光敏物质都是重要的光物理参
数 . 检测磷光对于这两个参数的测定是最方便的方法 , 但甲素不发射磷光 . 其他方法如测
0S
一 T , 吸收和磷光激发光谱等明 , 因条件苛刻而难以实现 . H e ks t r oe t or 曾用 T 一 T 吸收碎灭
法估测一些化合物的 E T 值 8tJ ,这些分子的 E T 都较低 . 这种方法对甲素也是可行的 , 但不如
延迟荧光法简便 , 而且要求碎灭机理只是三重态之间的能量转移 .
一些具有光敏活性的天然色素如尾胞素〔91 和弗莱菌素l0L ,等与甲素有相同的共扼体系 , 它
们的 T : 态性质的研究至今 未见报道 . 这些化合物可能同样具有延迟荧光 , 本文的研究结果
对这些化合物具有参考价值 .
2
. 甲案异构体的吸收光错 甲素在可见区有三个吸收带 , 分别称为 。 带 、 b 带和 “ 带 .
甲素的荧光激发光谱中 b 带和 “ 带与吸收光谱相 同 , a 带却分为两个峰 (图 3 和图 4 ) . 这个
差异始终没有满意的解释 .
尾胞素`, , 的共扼体系与甲素相同 , 但侧链不同 . 在室温下能分离出两个酚经基和醒锣基
位置不同的异构体 . 任何一个异构体的溶液加热后都得到两个异构体的混合物 . 甲素却没有
得到这两个异构体 , 但以下两个事实证明甲素在溶液中存在异构平衡 : ( l) 典型的酮型和酚
型质子的化学位移分别在约 6 和 7 p pm 附近 , 而甲素 , 位和 8位质子的化学位移为 .6 5 7 p p m ,
正好在两者之间 ; ( 2 ) 甲素乙酸化产物的分离和鉴定得到了两个异构体 H DI 和 H D 2 .
0 OO C C H
C H
: C 0 0 0
C H , 0
C H o o
CH
3 0
C H , 0
0 0 0 C C H二 C H oC 0 0 0
H D I H D Z
O
-二 H O O H一 O
C H j O
C H 3 0 一 ~ . . . . 曰 . J匕. 加, . . . . ~ . . . . . . . . . . . . . .
己决 : O
CH
, 0
Q一 HO
H A压
O H
’ 二 Q
H A Z
第 ` 期
甲素在碱性溶液中酚径基解离为负离子 , 两个异构体不能互变 ,此时吸收光谱的 : 带分为
侧翔长禽袱毋
b 全
招O 分O 弱 0 60 0 4 0 0 4 0
之 (n功 )
图 3 甲素在无水乙醇中的吸收光谱 图 峪
4 8 0 5 20 5 0
J (n m )
甲素的荧光激发光谱
两个峰 (图 , ) , 分别在 4 60 和 4 72n m . 在液氮温度下 , 达不到互变异构所需的活化能 , 两个异
构体之间也不能互变 , : 带也分为两个峰 (图 5 ) , 吸收波长分别为 4 60 和 4 7 6 n m .
荧光激发光谱反映 分子的 s : 态性质 . H A I
6
1勺
.0
0 .’
铃 0 . 5
O`妞月.0.
4 0 0 50 0
图 ,
( l )
孟 ( n m )
甲素的可见吸收光谱
7 7 K ; ( 2 )碱性溶液
和 H A Z之间的互变速度比荧光发射速度慢得多 ,
所以激发光谱中 : 带裂分为两个峰应 分 别 属 于
H A I 和 H A Z。 吸收光谱的扫描速度慢于异构体
的互变速度 , 只能看到异构体的混合吸收 . 只有
当异构平衡被破坏时才能观察到两个异构体吸收
光谱的差别 .
由于七元环的张力 , 甲素的立体结构是一种
扭曲的形式叨 . H A Z 的 la 和 1a2 之间的双键 由
俞 于七元环的扭曲被削弱 , 使芜环的共扼程度下降 ,
而 H A I 中 a6 和 a7 之间的双键受七元环影响较
小 . 所以 H A I 的 : 带应在长波 ( 4 7 6 n m ) , 并且
消光系数较大 ; H A Z 的 : 带吸收波长较短 ( 4 60
n m )
.
H D Z 的 。 带比 H D I 蓝移 4 n m l1[ ,这一事实支持了我们的分析 .
H D I 和 H D Z 的吸收光谱中 b带和 C 带的消失以及在碱性溶液中甲素的 b 带和 “ 带有
较大红移等表明 b , 。 带的产生应归因于酚径基的助色作用 .
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