研究探讨怎样得到自由基波谱的ESR参数

<p>研究探讨怎样得到自由基波谱的ESR参数</P> <p>Pick to: with cyclic voltammetry study of typical plant flavonoids in ethanol water system of mercury film electrode in the cathodic reduction process and in non aqueous system DMF on Pt electrode cathodic reduction behavior. In ethanol water system only a 1 reduction peaks, in the DMF system of 2 reduction peaks, respectively corresponding to the first electrons and second electron reduction. Electron spin resonance ( ESR ) and electrochemical device combined with in situ detection, the first time it has been produced in the process of reduction of the one-electron reduction of free radical intermediates -- the ESR signal and the fine spectrum. Through measuring and calculation has been related to free radical of ESR parameters the. G factor 2.006; hyperfine coupling constants are respectively 2.78, 1.61 and 0.60Gs.</P> <p>摘　要:用循环伏安法研究典型植物黄酮化合物在乙醇-水体系中汞膜电极上的阴极还原过程及在非水体系DMF中铂电极上的阴极还原行为.在乙醇-水体系中只出现1个还原峰,在DMF体系中出现2个还原峰,分别对应于第1个电子和第2个电子的还原.电子自旋共振波谱仪(ESR)与电化学装置联用进行就地检测,首次得到了还原过程中产生的单电子还原中间体——自由基的ESR信号及精细波谱.通过测定和计算得到了有关自由基的ESR参数.g因子为2.006;超精细耦合常数分别为2.78,1.61和0.60Gs. <p> </P> <p>关键词:黄酮化合物;循环伏安;电子自旋共振;自由基; ESR参数 <p> </P> <p>黄酮化合物(flavone)普遍存在于植物的根、茎、叶、花、果实的细胞组织中,调节植物的生长.黄酮化合物在酶的作用下进行氧化-还原反应,提供植物生长所需的能量. 3,3′,4′,5,7-五羟基黄酮广泛存在于可食用植物中,具有抗氧化作用[1],可以节制植物和动物体内抗坏血酸的氧化,在动物体内具有抗病毒作用[2,3],也是某些癌肿的有效抑制剂[4].尽管生物氧化-还原过程是酶催化的复杂体系,但与电化学体系的许多过程颇为相似,密切相关[5].对黄酮化合物的极谱研究表明[6,7],在宽pH范围的乙醇-水(体积比为1∶1)体系中,得到的每一个极谱波均是羰基2-电子不可逆还原,反应速率在酸性介质中受控于羰基的表面质子化过程.但没有检测到还原过程中单电子还原活性中间体——自由基信号.作者应用循环伏安法研究3,3′,4′,5,7-五羟基黄酮在乙醇-水体系中汞膜电极上的阴极还原行为及其pH的影响;并研究在非水体系DMF溶液中铂电极上的还原行为.电子自旋共振波谱与电化学装置联用,首次检测到了还原过程中产生的单电子还原活性中间体——自由基信号.在DMF体系中的峰Ⅰ和峰Ⅱ电位范围内进行电解还原,得到了完全相同的ESR精细波谱,并得到了自由基波谱的ESR参数. <p> </P> <p>1.实验部分<BR>1.1　仪器与试剂<BR>CHI660A电化学工作站(美国);HM-20E数字pH计(日本);JES-FE3X型ESR波谱仪(日本JE-OL公司); JES-EL-20型电解池(日本JEOL公司).<BR>3, 3′,4′,5,7-五羟基黄酮(CP)经两次重结晶提纯后测定熔点.非水溶剂用0.4 nm分子筛干燥.水为普通蒸馏水加高锰酸钾在石英容器中进行二次蒸馏.电解溶液实验前均通以高纯氮气(99.99%)20min以上.循环伏安实验温度(298.0±0.1)K.所有电位值都是相对于饱和甘汞电极而言.<BR>1.2　乙醇-水体系中的循环伏安<BR>3,3′,4′,5,7-五羟基黄酮难溶于水,但溶于醇.选用乙醇-水(体积比为1∶1)作溶剂,分别用0.4mol/L(LiOH+HAc)溶液和0.4mol/L(LiOH+H3PO4)溶液调节pH值并作为支持电解质.当溶液的pH>9.6时,溶液不稳定,选pH=5.8～8.0.汞膜电极作为工作电极.<BR>1.3　非水溶剂DMF体系中的循环伏安<BR>用DMF(二甲基甲酰胺)做溶剂,以0.1 mol/L的TBAB(四丁基溴化铵)作为支持电解质,铂电极作为工作电极.<BR>1.4　自由基检测<BR>ESR波谱仪与电化学装置联用就地检测还原过程中的自由基信号.处于ESR谐振腔内的石英玻璃管作为电解池(EL-20型),管内装有两根平行的铂丝作为研究电极和辅助电极,饱和甘汞电极置于电解池外并加套管隔膜避免水渗入非水研究体系。 <p> </P> <p>2.结果和讨论<BR>2.1　乙醇-水体系中的循环伏安<BR>循环伏安扫描图中只出现一个不可逆还原峰,在高扫描速度时,也没有观察到相应的氧化峰.当pH升高时还原峰的半峰电位EP/2负移,半峰电位与pH关系呈线性变化,斜率为Ep/2/pH,如图1所示(浓度3 mmol/L,扫描速度200 mV/s).电流函数(ip/V)则与扫描速度V呈非线性关系,并随扫描速度增加而下降,如图2所示(浓度3 mmol/L,pH=6.58).<BR>由此可知,阴极发生的电化学还原过程包含耦合化学反应,pH对还原半峰电位的影响,表明耦合化学反应即是质子化过程. pH升高,阴极还原的难度增加.<BR>2.2　非水溶剂DMF体系中的循环伏安<BR>3, 3′,4′,5,7-五羟基黄酮在铂电极上的循环伏<BR>安图出现两个还原峰,高扫描速度时(500 mV/s)出现了与峰Ⅰ对应的阳极氧化峰,峰高随扫描速度提高而增加.说明分子中羰基的还原分两步进行,峰Ⅰ对应于第1个电子的还原,峰Ⅱ对应于第2个电子的还原,同时伴随着耦合化学反应——质子化过程.而第1个电子还原后的产物即为含有未成对电子的活性中间体——自由基粒子.<BR>2.3　自由基的ESR波谱<BR>对上述DMF体系进行电解还原,在循环伏安图峰Ⅰ电位,ESR波谱仪检测到了自由基信号及精细波谱.在还原电位-1.650～-2.250 V范围内得到了完全相同的ESR精细波谱,如图3所示,浓度为3 mmol/L.说明在循环伏安图峰Ⅰ和峰Ⅱ的电位范围内,电解还原产生的是一种自由基粒子.然而,由于阴极和阳极同处于ESR谐振腔中,故设计下述实验以排除阳极干扰.①将处于谐振腔内的阳极加聚四氟乙烯套管,在电位-2.000 V时电解2 min,即检测到相同的ESR信号.②相反,屏蔽处于谐振腔内的阴极,进行阳极电解超过20 min仍未检测到任何ESR信号.<BR>如以DMSO作溶剂进行电解还原,也检测到了<BR>完全相同的ESR信号和精细波谱.由此可确定所检<BR>测到的自由基信号是由阴极还原产生的.<BR>2.4　自由基的ESR参数确定<BR>对所测得的自由基进行如下研究:采用Mn(Ⅱ)标准记录波谱[8],求得g因子为2.006.自由基的ESR信号波谱总宽度为4.96Gs.在3,3′,4′,5,7-五羟基黄酮分子中,只有氢原子是磁性核.自由基精细波谱中的8条线高度接近,可认为是由3个不等性的氢原子核参与耦合.其超精细耦合常数分别为aH8=2.78Gs(8位氢),aH6=1.61Gs(6位氢),aH4=0.60Gs(4位氢),其中4位氢属于羰基得第1个电子还原并发生后续质子化反应而形成羟基中的氢. <p> </P> <p>3.结　论<BR>①通过循环伏安研究可知,3, 3′,4′,5,7-五羟基黄酮的阴极还原过程,包括后续质子化反应.在DMF体系中有两个还原峰,分别对应于第1个电子和第2个电子的还原.<BR>②ESR波谱仪与电化学装置联用就地检测,首次检测到了阴极还原过程中产生的单电子还原产物——自由基的ESR信号.得到了自由基波谱的ESR参数. <p> </P> <p>参考