槲皮素锑的合成、表征及生物活性研究*

2023-12-15冯亚莉马杰祎孙帅豪翟广玉

化学与粘合 2023年6期

冯亚莉，马杰祎，孙帅豪，从洋，翟广玉

（郑州工业应用技术学院药学与化学工程学院，河南郑州 451100）

0 引言

锑及其化合物的用途广泛。三氧化锑具有阻燃性，是很好的防火材料。沙发，窗帘，地毯常常喷涂三氧化锑阻燃涂料，以避免着火。它还是优良的白色颜料，常用在陶瓷、橡胶、油漆及化工产业。安全火柴头含有三硫化锑，用作引燃剂。含锑合金耐腐蚀、强度高、耐磨性能好，是生产蓄电池极板、化工管道、电缆包皮、制造轴承的理想材料。由于锑及其化合物在环境中普遍存在，环境中锑的污染也日益严重[1]。人体及动物可以经过水、空气、食品、皮肤接触和呼吸等途径接触到环境中的锑[2]。锑是一种有毒的危险物质，不仅影响植物而且还危害动物与人体[3]。锑中毒常表现为胃肠不适，如恶心、呕吐、腹泻；呼吸困难、肺尘病、皮肤斑点（锑斑）、痛风、肾功能衰竭等。锑在环境中的污染，应引起人们的高度重视[4]。

槲皮素（Quercetin，图1）是植物中分布很广的黄酮类化合物，广泛存在于蔬菜、水果、中草药和许多饮料（茶、咖啡、红酒和果汁）中[5]。槲皮素具有广泛的生物活性，能祛痰、止咳、平喘、降低血压、减少毛细血管脆性、降血脂、扩张冠状动脉、增加冠脉血流量等[6]；槲皮素是天然的抗氧化剂[7]，具有抗炎[8]、抗病毒[9]、降糖[10]和抗癌[11-13]作用。槲皮素具有C6-C3-C6 碳骨架的苯并（γ）- 吡喃酮结构，由两个苯环A 和B 组成，并通过三碳吡喃环C 连接。在槲皮素分子中，B 环存在邻二酚结构，A 环有间二酚结构，C 环有一个烯醇式羟基酮结构，槲皮素的这些特殊结构使其很容易与金属离子形成稳定的配合物。研究表明，槲皮素与某些金属形成配合物后生物活性和药理作用明显增强。故近年来对槲皮素金属配合物的研究逐渐增多[14-15]。

图1 槲皮素的结构Fig. 1 The structure of quercetin

螯合治疗是减缓重金属中毒的首选疗法。螯合剂能与引起中毒的重金属离子牢固地结合成螯合物，从体内排泄出去，达到解毒的目的。槲皮素是一个非常好的重金属离子螯合剂[16]，能与许多金属离子螯合成稳定的螯合物。经常食用一些含有槲皮素黄酮类的食物，如苹果、洋葱、茶叶、银杏、荞麦等，可清除体内的自由基，使机体免受自由基的损伤，对降低人体内重金属离子的含量起着重要的作用。

本文介绍了槲皮素锑的合成方法，并对其结构进行了表征，研究了抗自由基的能力。

1 实验

1.1 药品和仪器

药品：槲皮素，上海阿拉丁公司；三氯化锑，（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；DPPH（1,1- 二苯基-2- 三硝基苯肼），上海阿拉丁公司；其它试剂均为分析纯。

仪器：iS10 FT-IR 型红外光谱仪（美国尼高力，KBr 压片）；超导核磁共振仪，400 MHz 型（德国Brucker 公司，DMSO-d6，TMS 为内标）；UV-2550 型紫外- 可见分光光度计（日本岛津公司）；德国耐驰(Netzsch)STA 409 PC/PG 差热分析仪；RE-52AA 型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）。

1.2 实验过程

参照文献[17] 的方法并改进。取1 mmol（302 mg）槲皮素，加入25 mL 甲醇，搅拌使完全溶解。加入预先溶于25 mL 甲醇中的三氯化锑[1 mmol Sb-Cl3·H2O(230 mg)]溶液，用适量甲醇钠调节pH=8.5。在电热磁力搅拌器上加热，控制在76 ℃，回流反应6 h。用TLC 监控反应进程，待反应完成，过滤，滤液在旋转蒸发仪上蒸干，得棕黄色固体，用甲醇冲洗3次，真空干燥，得深棕黄色固体，收率63%。

槲皮素锑是棕黄色固体粉末，不溶于丙酮、乙酸乙酯等，可溶于甲醇、乙醇、DSMO 等。

1.3 清除DPPH 自由基实验

1×10-4mol/L 的DPPH 溶液的配制：精密称取10 mg DPPH，置于250 mL 容量瓶中，加入少量无水乙醇，待溶解后再用无水乙醇定容至刻度，混匀，避光，置于冰箱保存。供试液的配制：精密取各样品适量，以乙醇为溶剂，分别配制100 mg/L,80 mg/L,60 mg/L，40 mg/L，20 mg/L 的待测溶液。参照文献[18]的方法并改进，精确吸取不同浓度的样品溶液1 mL，分别与3 mL 1×10-4mol/L 的DPPH 溶液混合，避光放置30 min，在517 nm 处测吸光度Ay。以相应溶剂代替样品作为空白对照，吸光度为As，相应样品溶液的吸光度为A0。DPPH 自由基清除活性按下式计算：

Ay－1 mL 样品溶液与3 mL DPPH 溶液混匀后的吸光度值；

As－1 mL 乙醇溶液与3 mL DPPH 溶液混匀后的吸光度值；

A0－1 mL 样品溶液与3 mL 乙醇溶液混匀后的吸光度值。

2 结果与讨论

2.1 紫外光谱分析

若通过氧原子与4- 位羰基划一条线，可将槲皮素结构分成两部分，左侧部分可看成苯甲酰的衍生物，右侧部分可看作肉桂酰的衍生物。槲皮素的紫外光谱可以解析为两部分。在长波区375 nm 吸收带，为肉桂酰基生色团产生，为带Ⅰ，带I 属于π→π*（B 环）电子跃迁；在短波区255 nm 吸收带，由苯甲酰生色团产生，为带Ⅱ，属于n →π*（A 环）电子跃迁。

基于GIS技术，对荣成市资源环境承载力评价，结果显示，荣成市土地资源环境基础性评价为可载，基于水资源系统的综合承载状态判定为临界，基于生态条件与环境质量系统的综合承载状态判定为可载。应继续推进土地资源节约集约利用，提升综合承载力，促进水资源供需平衡。在综合分区规划引导过程中，以区域资源环境承载力评价为基础，合理引导，立足保障，促进科学发展，提高资源环境综合承载力，使人口、资源与环境协调发展，获取最大的社会、经济和生态效益。

比较槲皮素与槲皮素锑的紫外光谱发现，与文献[19]报道一致。带I 从375 nm 移到391 nm，红移了16 nm。带II 从255 nm 移到265 nm，红移了10 nm。槲皮素形成配合物后，特征吸收峰发生了红移，这可能是由于形成配合物后，共轭体系扩大所致[20]。

图2 槲皮素和槲皮素锑的紫外光谱Fig. 2 The UV spectra of quercetin and quercetin-Sb complex

2.2 红外光谱分析

槲皮素分子主要官能团红外吸收峰分别是：羟基υ(-OH)3 408.74 cm-1；υ(C=O)1 663.10 cm-1；苯环骨架振动频率υ(C=C)1 610.89 cm-1，1 521.88 cm-1。

图3 槲皮素的红外光谱Fig. 3 The IR spectrum of quercetin

槲皮素锑配合物主要官能团红外吸收峰分别是：羟基υ(-OH)3 385.65 cm-1；υ(C=O)1 651.57cm-1；苯环骨架振动频率υ(C=C)1 595.53 cm-1，1 512.20cm-1。

图4 槲皮素锑的红外光谱Fig. 4 The IR spectrum of quercetin-Sb

现在把槲皮素和槲皮素锑的主要红外光谱数值分别列于表1。

表1 槲皮素和槲皮素锑主要官能团的红外吸收频率[21]Table 1 The IR absorption frequency of principal functional groups of quercetin and quercetin-Sb complex

表2 槲皮素和槲皮素锑的氢谱Table 2 The hydrogen spectrum of quercetin and quercetin-Sb complex

表3 槲皮素锑的热分析Table 3 The thermogravimetric analysis of quercetin-Sb complex

通过表1 的数据比较可以发现：

（1）槲皮素的υ（-OH）3 408.74 cm-1，在配合物中移动到3 385.65 cm-1处，峰变得较宽，说明在配合物中有结晶水的存在。

（2）槲皮素的υ（C=O）出现在1 663.10 cm-1，当形成配合物后该振动频率是1 651.57 cm-1，羰基的吸收峰红移了12 cm-1，这说明配合物在羰基处形成了配位键。

（3）υ（C-O-C）振动频率从1 262.46 cm-1移至1 268.50 cm-1，配合物中此峰向高波数稍有移动，这进一步说明吡喃环中的氧原子没有参与配位。

（4）槲皮素C3-OH 弯曲振动吸收峰在1 382.03 cm-1，配合物红移至1 356.76 cm-1，红移了25.27 cm-1，这说明在C3-OH 处有配位键的生成。

（5）槲皮素中苯环的特征吸收峰分别是：1 610.89 cm-1、1 168.97 cm-1、1 104.70 cm-1。在配合物中苯环的特征吸收峰分别是：1595.53cm-1、1166.63cm-1、1 010.04 cm-1。数值基本上没有发生变化，这说明形成配合物后，对苯环的结构并没有破坏。

（6）υ（Sb-O）伸缩振动峰在638.29 cm-1的出现，说明了金属配位键的形成[22]，而槲皮素没有此峰。

2.3 槲皮素锑的氢谱

槲皮素1H-NMR 谱中每个氢原子的归属：有5个亚甲基信号，δH7.66（B 环碳2′上的氢）、δH7.53（B 环碳6′上的氢）、δH6.88（B 环碳5′上的氢）、δH6.39（A 环碳8 上的氢）、δH6.17（A 环碳6 上的氢）。槲皮素羟基的信号分别是，δ-OH12.48（A 环碳5羟基上的氢）、δ-OH10.77（A 环碳7 羟基上的氢）、δ-OH9.58（C 环碳3 羟基上的氢）、δ-OH9.35（B 环碳4′羟基上的氢）、δ-OH9.29（B 环碳3′羟基上的氢）[23]。

槲皮素锑1H-NMR 谱中每个氢原子的归属：有5 个亚甲基信号，δH7.68（B 环碳2′上的氢）、δH7.55（B 环碳6′上的氢）、δH6.67（B 环碳5′上的氢）、δH6.52（A 环碳8 上的氢）、δH6.31（A 环碳6 上的氢）。槲皮素锑羟基的信号分别是，δ-OH12.56（A 环碳5 羟基上的氢）、δ-OH11.03（A 环碳7 羟基上的氢）、δ-OH9.35 （B 环碳4′羟基上的氢）、δ-OH8.30（B 环碳3′羟基上的氢）[23]。

由上述氢谱数据可知，槲皮素锑中3-OH 上的氢消失，而其它4 个羟基（5-OH，7-OH，3'-OH，4'-OH）上的氢依然存在，这说明槲皮素的3 位羟基和4 位羰基上的氧与锑离子配位。这与紫外光谱和红外光谱数据是一致的。

2.4 槲皮素锑的热差分析

通过加热可引起化合物物理化学的变化，伴随放热和吸热以及质量的变化。而通过热重分析，可以了解配合物的稳定性与结构[24-25]。在静态空气气氛，升温速度为10 ℃/min，差热量程为100 V，测定温度范围从室温到710 ℃。

图5 示差热重分析图Fig. 5 The thermogravimetric analysis of quercetin-Sb complex

配合物的DSC 曲线上呈现出吸热和放热峰与热重分析一致。大约在91.6 ℃的吸热峰对应于配合物的脱水过程。在279.3 ℃附近的放热峰对应于槲皮素锑的第一步分解，对应质量损失为36.44%。在515.3 ℃附近的放热峰对应于残余有机物的氧化分解，对应质量损失为40.11%。最后剩余的残渣是氧化锑。对槲皮素锑的热分析显示出2 种不同方式的裂解即脱水和分解。在低于91.6 ℃时，失重率为7.48%，与4 个水分子的量相对应；当加热到115.2 ℃时，槲皮素锑配合物开始分解。

在Sb2O3中Sb 含量=2Sb/ Sb2O3=2×121.7/(121.7×2+16×3)×100%=83.5%。

在槲皮素锑中锑含量（实验值）=（15.97%×83.5%）×100%=13.33%。

在槲皮素锑中锑含量（理论值）=121.7/905.7×100%=13.437%。

通过热差分析知道在槲皮素锑配合物中含有1个Sb 原子，4 个结晶水。通过紫外、红外、氢谱和热差分析可以判断槲皮素锑可能的结构为：

图6 槲皮素锑的结构Fig. 6 The structure of quercetin-Sb complex

2.5 槲皮素锑体外清除DPPH 自由基的作用

DPPH 在有机溶剂中是一种稳定的自由基，其乙醇溶液在517 nm 处有最大吸收，当有自由基清除剂存在时，由于DPPH 自由基的单电子被配对，从而使得在517 nm 处的吸光度减小，因此该法常被用来评价样品的抗氧化能力[15]。从图7 可见，槲皮素和槲皮素锑都随着浓度的增大，对DPPH 自由基的清除率也增大，但是很明显槲皮素与锑离子形成配合物后，其对DPPH 自由基的清除能力是降低的。根据实验结果，进一步说明槲皮素在与锑配位后，其清除DPPH 自由基能力降低，这可能是形成配合物后，羟基的数目减少，使其接受质子的能力降低引起的。