反玉米素的结构及其红外光谱性质的指认研究

杜旭升　蒲晓亚

摘要

[目的]将振动光谱（红外光谱）试验研究技术与理论研究方法相结合， 较详细地探讨反玉米素的几何构型和红外光谱数据。[方法] 采用理论化学计算的方法，得到玉米素的以上2个稳定合理几何构型和相关的分子振动光谱数据。以阿拉丁公司的反玉米素为样品， 采用溴化钾压片的方法在PerkinElmer Spectrum 100型傅立叶变换红外光谱仪测定了其红外光谱， 同时借助模拟计算结果，对各个红外光谱数据进行指认。[结果] 从键长特点和电荷分布的角度，指出了顺式构型和反式构型具有不同生物化学活性的微观因素。同时，确定反玉米素的振动类型与属性。[结论] 该研究有助于对反玉米素的进一步开发应用。

关键词 红外光谱；指认；反玉米素

中图分类号 S121 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）13-03782-02

Abstract [Objective] Combining research technique of vibrational spectrum （infrared spectroscopy） with theoretical research approaches， geometry configuration and infrared spectroscopy data were analyzed in detail. [Method] The geometries and FTIR property of the transzeatin and ciszeatin were obtained by using the theoretical chemical calculation method. FTIR experiments were conducted using a PerkinElmer Spectrum 100 infrared spectrometer for the transzeatin via the KBr disk method. The results of IR spectroscopy of the transzeatin were simply identified under the aiding of theoretical calculation data. [Result] From the aspects of bond length characteristics and charge distribution， the transzeatin and ciszeatin had microfactors of different biological and chemical activities. Meanwhile， the vibration types and attributes of zeatin were determined. [Conclusion] The research contributed to the further research of zeatin.

Key words FTIR spectroscopy； Identification； Zeatin

玉米素又称玉米因子，是从玉米嫩籽中分离出的第一种存在于高等植物中的天然细胞分裂素，属嘌呤衍生物。按照空间微观结构，玉米素有顺式构型和反式构型2种结构。其中的反式构型就是具有生物活性功能的反玉米素，其化学名称为6-反式-4-羟基-3-甲基-丁-2-烯基氨基嘌呤，也可命名为6-（反-4-羟基-3-甲基-2-丁烯氨基）嘌呤或N-6-（反-4-羟基-异戊烯）腺嘌呤[1]。在20世纪反玉米素的化学结构与组成被确定后，其人工合成就有报道[2]。后来，Letham等[3]改进了合成方法，得到纯的反玉米素，但是产率仅为1.5%。1986年，Einset[4]以猕猴桃或其他木本植物中的N6-异戊烯腺嘌呤为原料，报道了反玉米素的生物合成。反玉米素通常为白色针状结晶，熔点208～210 ℃，可溶于水和乙二醇。它能对某些水果诱导单性结实，也能对某些微生物促进细胞分裂，在树叶的剪口和一些苔类中能促进芽苞的形成；在某些植物中，激发通过蒸发而造成水分损失；在土豆中，刺激块茎的形成；此外，还在某些种类的海藻中刺激其生长，对蓝莓茎段芽诱导的影响较显著[5]，因而具有重要的生物活性功能。近年来，它被广泛应用于促进愈伤组织发芽、座果和延缓叶片发黄。另外，反玉米素对一些作物种子处理后可促进发芽，对苗期处理有促进生长的作用。因而，玉米素在种子、食品原料与生物技术、农林生产研究领域具有重要的价值[6-15]，对其结构和性质的深入研究显得尤为必要。笔者试图将振动光谱（红外光谱）试验研究技术与理论研究方法相结合，较详细地探讨反玉米素的几何构型和红外光谱数据，以更进一步揭示其结构与性质。

1 材料与方法

反式和顺式玉米素的几何结构采用理论方法B3LYP/631G[16-17]进行计算优化得到，并且在同水平上进行频率分析，确定它为稳定合理的几何构型，并且得到它们的化学键振动频率，分析其红外光谱数据。在试验研究方面，以阿拉丁公司的反玉米素为样品，以溴化钾压片的方法用Spectrum 100型傅立叶变换红外光谱仪（美国Perkin Elmer 公司）测定其红外光谱，得到其红外光谱图。将理论计算结果和试验测定结果进行对比，以对各个红外光谱数据进行指认，确定其振动类型与属性。

2 结果与分析

2.1 玉米素的结构及电荷分布

图1a、b分别给出B3LYP/631G方法理论计算得到的反式玉米素和顺式玉米素的空间几何构型。频率分析计算结果表明，这2个结构均为稳定结构。同时，表1、2中列出了一些重要的化学键长参数和原子的Mulliken电荷布居。从表1可以看出反式玉米素和顺式玉米素的几何构型，特别是化学键长参数存在一定程度的差异，如在反式构型中C4C5、C5C6、C6O和OH的键长分别是1.347 5、1.514 3、1.466 0 和0.979 6 。这明显小于顺式构型中C4C5、C5C6、C6O和OH的键长。可见，在顺式构型和反式构型中，电子在原子间的分布有所不同。这也预示着整个分子中，电荷的分布也是不同的。这与表2中给出的Mulliken电荷布居数值和图2中电荷分布情况一致。因而，反式玉米素和顺式玉米素往往会表现出不同的分子极性和不同的化学生物学活性，如反式玉米素中的C4=C5双键键长比顺式结构中的大，说明反式玉米素中的C=C双键更容易发生亲电加成反应。

3 结论

玉米素分子有顺式构型和反式构型2种分子结构，而其中的反式构型具有重要的生物活性功能。采用理论计算的方法得到玉米素的2个稳定、合理几何构型，并且对比分析了键参数和原子Mulliken电荷布居。从键长特点和电荷分布的角度，指出顺式构型和反式构型具有不同生物化学活性的微观因素。对反式玉米素分子的振动频率进行计算分析，并且对关键化学键的伸缩振动吸收峰进行归属，同时以阿拉丁公司的反玉米素为样品，采用溴化钾压片的方法在Spectrum 100型傅立叶变换红外光谱仪测定其红外光谱，从试验角度得到其红外光谱数据，将理论计算结果和试验测定结果进行对比，对各个红外光谱数据进行指认，借助理论计算结果，准确确定其振动类型与属性。该工作有助于对反玉米素

的进一步开发应用。

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