类黄酮-类胡萝卜素醛二联体合成及其抗氧化机理和膜探针性质研究

The study is proposed to design and synthesize a series of flavonoid-carotenal dyad derivatives, and to explore their antilipooxidation mechanism and application as membrane fluorescent probe. By the use of steady-state and time-resolved spectroscopic methods, “the relationship between the intramolecular charge transfer (ICT) state and the antioxidation capability”, “the effect of the molecular constitution and structure on the antioxidation capability”, and “the fast kinetics of the reaction with reactive oxygen species” of dyad will be elucidated under the assistance of electrochemical and theoretical methods. By the use of polarized fluorescence spectroscopy and fluorescent microscopy imaging methods, the fluorescent response of dyad to the change of various environmental factors, such as pH, metal ions, polarity and the fluidity of the membrane will be determined. Combined with the molecular design, the structure-function relationship of target molecules will be eventually constructed, and the application as membrane fluorescent probe will be realized. This project will be helpful for the expansion and inspiration of the new application way of natural flavonoids and carotenoids.

本项目拟设计、合成系列类黄酮-类胡萝卜素醛二联体衍生物，研究其抗脂质氧化的分子机理及其用作新型生物膜探针的有效途径。通过稳态和时间分辨光谱手段，在电化学和理论计算辅助下，围绕“分子组成/结构”和“与活性氧物种的快速反应动力学”开展抗氧化分子机理研究，揭示二联体分子内电荷转移态与抗氧化能力之间的关系；通过偏振荧光光谱和荧光显微成像技术探测脂质体中二联体荧光对多种环境因素变化的响应(pH值，金属离子，极性，膜流动性等)，结合分子设计阐明构效关系，实现该类化合物作为脂膜荧光探针的应用。研究成果将有助于拓展天然抗氧化剂类黄酮和类胡萝卜素的应用范围、启发新的应用途径。

在脂质体这一非均相体系中，天然植物多酚和类胡萝卜素之间不仅存在普遍的协同抗氧化能力，还存在潜在的分子内协同抗氧化能力。为探究其分子内协同抗氧化的构-效关系，以及环境因素对其功能的影响规律，本项目拟设计、合成系列类黄酮-类胡萝卜素醛二联体衍生物，着重研究其抗脂质氧化的分子机理及其用作新型生物膜探针的有效途径。我们合成了三种具有不同共轭长度的大豆素-类胡萝卜素醛衍生物，系统探究了它们对水溶性及脂溶性自由基的清除效率及其与共轭长度的关系，发现二联体对自由基清除的二级速率常数的对数对代表二联体共轭体系长度的最大吸收峰位置对应的能级存在线性依赖关系，脂相中大豆素部分主要以“氢转移”的方式参与自由基清除反应；对比研究了几种类胡萝卜素在不同的脂-水混合体系中形成聚集体的结构及其激发态性质，探讨了类胡萝卜素聚集体的结构及其激发态性质与类胡萝卜素单体结构及脂-水体系组成之间的关系规律，发现脂-水混合体系中脂的结构组成、类胡萝卜素的结构、聚集体的制备条件等均会影响类胡萝卜素聚集体的结构，聚集体激发态性质研究表明其在光氧化损伤体系中具有特殊的保护机制；建立了用显微镜观察脂质体形貌变化动力学来评价抗氧化剂性能的方法，再结合电化学、动态光谱、理论计算等手段对脂质体中植物多酚和类胡萝卜素之间的协同抗脂质氧化的分子机制进行了更深和更广的探究；拓展了两种抗氧化-荧光双功能探针体系，对其抗氧化分子机制的研究在整理发表中。本项目执行对天然抗氧化剂在复杂非均相体系中抗氧化分子机制的研究从体系的设计合成、研究方法的丰富和拓展、以及未来的潜在应用方面均作出了积极的探索。