全 文 ：科 学 通 报
第 3 9卷 第 2期 C HI E NS E S C I E NC E BU LE I L T N1 9 9 4年 1 月
竹红菌甲素电子光谱新探讨来
王 大辉 张志义
(中国科学院生物物理研究所 ,北京 10 0 10 1)
关键词 竹红菌甲素 、 质子传递 、 互变异构化
竹细菌甲素 ( H y p ce er n in A ,简称 H A ) ,是从我国天然资源中提取的有效光敏色素 , 已应用
于临床治疗皮肤顽症 l[, 2〕 . 它是一种非醒类衍生物 (分子式 C 30 H 2刀 1。 ) . 作为外源醒 , 它有可能
发展成为抗癌药物闭 . 对它的电子光谱研究已有若干报道 〔4一 6〕 ,但仍有很多问题有待进一步探
讨 . 本文进一步研究了不同 H A 溶液在可见光区的电子光谱特征 ,提出了不同溶液 中 H A 分
子 内氢键改变导致 H A 分子在溶液中结构的变化 ,进而阐述了质子传递的异构化机制 .
1 材 料 和 方 法
1
.
1 试剂
竹红菌甲素由云南微生物研究所精制提供 ,二 甲基亚矾 ( D M S O )为美国 eB k er 公司产品
(光谱纯 ) , N , N 一二甲基甲酞胺 ( D M F ) 、 氯仿 、 丙酮 、 苯 、 乙醇 、 氢氧化钠均为国产分析纯试剂 ,
并经过预先测试 ,在可见光区无本底吸收和荧光 .
1
.
2 紫外可见光谱测试
用 日立 U 一 3 2 0 0 紫外可见分光光度计 ,在可见光区测吸收光谱 .
1
.
3 荧光光谱测试
用 日立 85 0 荧光分光光度计 ,狭缝宽度 E 二一 5 , E m ~ 5 ,用 E 二 一 4 80n m 激发 .
2 结 果 与 讨 论
H A 在可见光区的吸收光谱依使用 的溶剂而改变 . 在中性的弱极性有机溶液和含水
( 3 0%
,
V / V )有机溶液中 (如 D M S O + H ZO ) , 以及高浓度强极性有机溶液中 (如 D M F ) 中 , 有三
个 吸收带 ( I : , l 。 和 皿 。 ) . 而在碱性的含水有机溶液及低浓度强极性纯有机溶液 (如 D M F ,
D M S O )中呈现四个吸收带 ( I 。 , I 。 , 皿。 和 VI 。 )( 吸收值均大于 。 . 2) ,其中 I 。 带在该溶液条件
下又分为两个吸收峰 , 其中红侧 吸收峰较强 , 蓝侧的较弱 ,结果见表 1 . 在其它溶液条件下 aI
带不分裂 . 更有趣的是 , 在强极性有机溶液中 ( D M F ) ,当 H A 浓度由 5 x 1 0 一 ` m ol / L 降低到 1
X 1 0一 6m ol / L 以下 ,或者 H A 溶液 p H 值由中性变为碱性时 , 吸收峰 I 。 逐渐变为双峰 , 与此同
时 , I : (峰值 54 5n m )逐渐变成 vI : (峰值分别为 62 0 和 6 3 5n m ) ,并且峰位变化具有相似的等吸
光点 (表 1 , 图 1 和图 2) . 显然 ,这样大的峰位变化预示 H A 分子结构的改变 . 而后者 p H 值改
变引起的吸收峰位置的改变表明系统酸碱平衡发生了变化 , 而前者是由于溶液中 H A 浓度不
同引起分子的激发态结构改变川 . 二者虽反映了不同的机理 ,但它们都有共同的作用 , 即伴随
峰位 l 。 至 N : 的变化 ,分子 内氢键发生断裂或削弱 . 文献 [ 7 ]和本文荧光谱的结果表明 , 在强
极性 ( D M F )溶液中 ,激发单重 态 H A 与溶剂分子 ( D M F )之间有偶极一偶极相互作用 ( 2 . 6 x
4 1 86
.
8) /m ol )
,相应的荧光发射峰红移至 l 。 ( 6 4 0n m ) . 粘度实验观察到等发射点 , 说明 H A 激
1 9 93
一 0 5
一 0 6 收稿 , 19 9 3一 0 5一 1 7 收修改稿 .
国家自然科学基金资助项目 .
第 2期 科 学 通 报 1 7 3
表 1 A H溶液中可见光谱数据 (2。℃ )a )
溶 液 吸 收 峰 ( nm ) 荧 光 峰 (~)浓 度 (mo l/ L) 浓 度 m (o l/ L)
5 X1 0一 4I1 X 0一 6I X1 0一 5 I X1 0一 3 I X1 0一 6+ O H一
I。 1 .1 。 W 。 I。 I。 二。 I V。 1 e 1 e l。
HA/ DM F7 5 5 5 5 4 6 4 8 ( 4 60
,
4 8 0 ) 5 4 5 5 8 5 62 0 6 0 3 6 5 5 6 4 0 6 6 7
H A / DM S O 4 7 5 54 5 5 8 5 ( 4 6 0
,
4 8 0 ) 5 4 5 58 5 62 0 6 0 7 6 6 0 6 4 3 6 7 0
H A /抓仿 4 6 6 5 4 5 5 8 2 4 6 0 5 4 5 5 85 6 0 7 /
H A /丙酮 4 6 6 · 54 2 5 7 5 4 6 8 5 4 2 5 7 5 6 0 3 6 6 5
H A /苯 4 6 8 54 5 5 8 0 4 6 8 5 4 5 5 80 6 1 2 /
H A / 乙醉 4 68 5 4 5 5 8 0 4 6 0 5 4 0 5 80 6 0 3 6 6 5
H A /丙酮 + H ZO 4 65 5 4 1 5 8 1 4 6 5 54 1 5 8 1 6 0 7 6 6 3
H A / DM F + H ZO 4 7 6 5 4 5 5 8 0 4 6 6 5 5 0 5 8 5 6 0 3 6 6 7
H A /乙醇 + O H一 ( 4 6 0 , 4 7 6 ) 5 4 5 5 8 5 6 3 5 ( 4 6 0 , 4 7 6 ) 5 4 5 58 5 6 3 5 6 0 3 6 6 5
H A / DM F+ O H 一 ( 4 6 0 , 4 80 ) 5 5 0 5 8 5 6 3 5 ( 4 6 0 , 4 8 0 ) 5 50 58 5 6 3 5 6 0 1 6 6 7
H A / DM F + A C 4 7 5 54 3 5 8 3 4 7 5 5 4 3 5 8 3 6 0 1 /
a ) ( l )含水溶液中加 H 20 s o % ( v / V ) , ( 2 )碱性条件 ( O H 一 )为溶液中加入 N a O H , 将溶液调正到 p H 7 . 5一 8 . 0 , ( 3 )溶液加
A C 者为 p H 6 . Or
发态单体经扩散控制过程与基态溶剂分子形成了激基复合物 〔7〕 . 由于在浓度低于 s x l o 一 `
m ol / L 的稀溶液 ( D M F )中 , 它的形成与浓度无关 ,其吸收峰也有相应的红移 , 因而有些文献认
为是 “ 静态碎灭 ” 或“ 溶剂化激发分子 ” 8[, ’ 〕 . 可以预料 ,这一分子间的偶极 一 偶极作用会导致夕
2
.
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叫 . ` 几{一l m )
图 1 H A /乙醉 (l 只 1 0一 s m ol / L )溶液中吸收光谱
随 p H值的变化 .
溶液 p H值 : l— 6 . 5 , 2— 6 . 6 ; 3— 6 . 7 ;
4— 6 . 8 ; 5— 6 . 9 ; 6— 7 . 1 ; 7— 1 4 . 0
J 了n m
图 2 不同浓度 H A /D M F 溶液中的吸收光谱
1— I X l o一 6 (纵坐标 0 . 4 ) ; 2— l x l o 一 5 (纵坐 标1 . 0 ) ; 3— l x l o一峪 (纵坐标 1 . 2 ) ; 4— S X 1 0 一 4 (纵坐标 1 . 5 )
科 学 通 报 第 39卷
子内酚轻基和酿碳基之间氢键断裂或削弱 .而碱性条件下形成了氧负离子 ,显然与分子内氢
键断裂有关 . 吸收带 I 。 与 vI 。 相应的能量差的计算值为 6 . 7 x 4 1 86 . 8) /mo l ,恰好等于氢键的
键能 , 因而 I 。 带与氢键形成的相应结构有关 ,而 I 。 带消失 , N 。 带生成指示分子内氢键断裂 .
为了进一步证实这一判据 ,在含水的 D M F 溶液中 ,质子给体溶剂中以及酸性溶液中 ( p H 6 . 0)
重复上述实验 ,均得到完全一致的结果 , 即吸收谱的 w 。 带由于加入水 、 酸 、 质子给体试剂 (乙
醇 ) 以及加弱极性溶剂氯仿于 D M F 稀溶液中 , 都使 vI 。 带蓝移为 l 。 带 . 这种变化是可逆的 ,
加入碱或在上述氯仿和 D M F 的混合溶液中增加极性溶剂 D M F 的比例可使 I 。 带再度消失 ,
而 W 。 带恢复 . 显然 ,碱性条件下酚经基解离不利于分子内氢键形成 ,而提供质子则使分子内
氢键恢复 .
l
, 带是醒拨基与北环相互作用产生的 n 一二 ` 跃迁 . 因为象拨基那样的生色团产生的谱
带 , 当分子结构变化时在短波方向引进另外的谱带 , n 一二 ’ 跃迁产生的谱带经常留在原谱带位
置上 . 短波谱带的形成是由于形成了氢键 ,降低 了 n 轨道能量的缘故 l0[ 〕 . 这一理论与本实验
结果完全一致 ,从而进一步证明 I 。 带标志着分子内氢键的形成和 l 。 带的归属 . 在中性非极
性和弱极性溶剂中 ,不存在与溶剂形成分子间氢键 , 只能形成分子 内氢键 〔川 , 因而吸收光谱与
H A 在高浓度强极性有机溶液及其含水有机溶液中的情况相 同 , 即有 1 。 带而没有 W 。 带 . 致
于高浓度强极性 ( D M卞)溶液和它的含水溶液中是否存在 H A 分子间氢键以及 H A 与水形成
的分子间氢键还没有足够的实验证据 .
I
。 带为北酿大 汾 共扼体系的二二 ’ 跃迁 , 因而在可见光 区蓝侧有强吸收峰 , 众所周知 ,互
变异构体存在时 , 其吸收光谱随着溶液浓度和 p H 值而改变 sj[ . 实验结果表明 , 在强极性
( b M F )低浓度溶液中和碱性条件下都出现 w 二 吸收带 ,同时 1 . 带分为两个峰 ,这表明有两种
互变异构体 . 1 。 带中的较长波长的吸收峰 ( 4 80n m ) 吸收较强 , 是反式异构体的特征 , 而短波
方向的吸收峰 ( 4 6 0n m )吸收较弱 , 为顺式异构体特征峰 。 。 , ` 2〕 . 这与上述 N 。 带存在时分子内氢
键断裂相一致 . 因为只有当分子内氢键断裂时 (或削弱 )方能观察到两种互变异构体 , 当 I 。 带
出现时 W 。 带消失 , 同时 I 。 带变为单峰 . 出现 l : 带表明分子内氢键形成 ,这使分子内质子传
递加快 , 从而使异构化的速率也随之增高 , 于是两种互变异构体被 “ 平均化 ” , 因而 I 。 带变成
单吸收峰 . 从图 1和图 2 可以看出 H A 互变异构化也是随着溶液浓度和它的 p H 值的变化而
逐步改变 . 在强极性高浓度 D M F 溶液中 ,在不同浓度的弱极性有机溶液中以及中性含水体系
中 , 由于有分子 内氢键存在 ,发生快速 互变异构化 , 使其 I 。 带呈现单峰 , 相反 ,在低浓度强极
性 D M F ( D M SO ) 中以及在碱性条件下 ,氢键断裂 , 互变异构化减弱或消失 , I 。 带呈现两个吸收
峰 ,这与文献报道和核磁共振提供的结果一致 l[ 3〕 .
参 考 文 献
仁l 」 万象仪 、陈远腾 , 科学通报 , 2 98 0 , 2弓( 2 4 ) : 1 14 8一 1 14 9 ·
[ 2 〕 C h e n , W . 5 . , C h e n , Y . T . , W a n , X . Y . 。 t a z . , L i e b ig , A , n . 以 , . , 1 9 8 1 , 3 8 : 2 8 8 0一 18 5 5 .
〔 3 〕 W a g n e r , J . R . , V a n L i e r , J . E . , J o h n s t o n , L . J . et a l . , 尸无ot oc h e m . P人o t砧10 1 . , 1 9 9 0 , 5 2 : 3 5 5一 3 4 3 .
仁4 〕 蒋丽金 ,科学通报 , 1 9 9 0 ,书 ( 2 1 ) : 1 0 6 8一 1 61 6·
〔 5 〕 第五振军 、蒋丽金 、张曼华 , 中国科学 , B 辑 , 1 9 8 9 , (2) : 1 13 一 1 20 ·
〔 6 」 刘景瑶 、张曼华 、安静宜 ,感光科学与光化学 , 1 9 8 6 , l : 36 一 41 .
[ 7 〕 王大辉 、张志义 、 张过江等 , 科学通报 ,一9 93 , 3 8 ( 1 1 ) : 10 3 2一 1 0 3 6 ·
〔 8 」 黄量 、 于德泉编著 ,紫外光谱在有机化学中的应用 , 科学出版社 , 1 98 8 , 2 5 5一2 81 .
〔 9 」 J . K . K . 罗哈吉一慕克吉著 , 丁革非等译 , 光化学基础 , 科学出版社 , 19 91 , 12 3一 13 .4
[ 10 」 R . M . 西尔弗斯坦等著 ,姚海文等译 ,有机化合物光谱鉴定 , 科学出版社 , 19 82 , 2 06 一 220 .
「1 1」 陈国珍等编著 ,紫外可见分光光度法在若干方面的应用 ,原子能出版社 ,北京 , 19 83 , 3 09 一 3 15 .
[ 1 2〕 谈天编 ,谱学方法在有机化学中的应用 ,高等教育出版社 ,北京 , 1 98 5 , 2 .7
[ 2 3〕 第五振军 、蒋丽金 、张曼华等 , 科学通报 , 29 8 9 , 3 4 ( 1 4 ) : 1 0 7 3一 1 0 7 6 ·