理论教育 研究结果:类视黄醇微乳体系的瞬态光化学与光生物学

研究结果:类视黄醇微乳体系的瞬态光化学与光生物学

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:激光闪光光解和脉冲辐解两种技术被广泛应用于研究类视黄醇的光化学行为,旨在探讨该类物质的光反应机理。脉冲辐解实验结果表明[66],视黄醇乙酸酯阳离子自由基与视黄基碳正离子的瞬态吸收非常相近,它们在590nm附近均有一个很强的特征吸收峰,因此,当光异裂和光电离同时发生时,很难区分二者的光反应产物。

研究结果:类视黄醇微乳体系的瞬态光化学与光生物学

激光闪光光解和脉冲辐解两种技术被广泛应用于研究类视黄醇的光化学行为,旨在探讨该类物质的光反应机理。

(1)视黄醇

在不同极性的溶剂中,激光闪光光解视黄醇能够引起视黄醇发生光电离、光异裂、光激发等反应。视黄醇的光电离反应生成视黄醇阳离子自由基(Retinol radical cation),而其光异裂反应则生成视黄基碳正离子(Retinyl carbocation)(图1-2)[64,65]。这两种瞬态产物具有非常接近的特征吸收峰,它们的最大吸收波长都是在580~590nm之间。视黄醇能够同时发生光电离和光异裂反应,两种反应的比例受溶剂类型和激发光强度的影响,在中等极性(如乙腈、四氢呋喃和丙醇)或者高极性溶剂中,视黄醇发生单光子的光异裂反应,而在氯化的溶剂中,视黄醇倾向于发生光电离现象[65]。视黄醇阳离子自由基具有较强的反应活性,它能够与β-胡萝卜素和有机胺发生电子转移反应,与卤族阴离子发生加成反应,也可以与吡啶及其衍生物,维生素C等发生反应[64,66,67]。在激光闪光光解研究过程中,通过直接的光激发,能够观察到视黄醇单线态的生成(λmax≈450nm)[65]。通过能量转移的方法,Sykes和Truscott确定了视黄醇三重激发态的瞬态特征吸收峰(λmax≈400nm),估算了其三重激发态能(140~150kJ/mol)[68]

(2)视黄醇酯类

图1-2 视黄醇乙酸酯的光异裂反应(www.daowen.com)

激光闪光光解视黄醇乙酸酯也能够发生光激发,光异裂和光电离反应,反应类型受溶剂极性的影响很大[65,69,70]。视黄醇乙酸酯的光激发反应产生相应的激发三线态(λmax≈405nm)[69,70];光异裂反应是光激发产生的激发单线态发生离子型的光解离,脱去乙酸根阴离子,生成视黄基碳正离子的过程(图1-2)[70,71]。在无水溶剂中,观察不到视黄醇乙酸酯发生光电离的证据,但是,水的加入能够逐渐改变视黄醇乙酸酯的光反应类型,当视黄醇乙酸酯的甲醇溶液加入水时,会观察到水合电子的生成,说明视黄醇乙酸酯发生了光电离反应[69]。脉冲辐解实验结果表明[66],视黄醇乙酸酯阳离子自由基与视黄基碳正离子的瞬态吸收非常相近,它们在590nm附近均有一个很强的特征吸收峰,因此,当光异裂和光电离同时发生时,很难区分二者的光反应产物。

(3)视黄酸

在347nm激光的直接激发下,全反式视黄酸在甲醇中能够发生光激发和双光子光电离反应,分别得到相应反应产物:三重激发态(λmax≈440nm)、阳离子自由基(λmax≈590nm)和溶剂化电子[69]。脉冲辐解实验表明,全反式视黄酸阳离子自由基能够与疏水性的β-胡萝卜素发生电子转移反应,也能够与水溶性的维生素C发生反应[67,69];在浓度较大的情况下,所产生的阳离子自由基还能与基态分子发生聚合反应[72]

(4)视黄醛

视黄醛是参与视觉活动的一个主要因素,视网膜对外界光线的感应牵涉到11-顺式-视黄醛和全反式视黄醛之间的光异构化[43]。这一光异构化过程可能是经过视黄醛激发单线态或者三重态实现的[73]。为此,许多人使用激光闪光光解和脉冲辐解技术对全反式视黄醛的激发三重态进行了大量的研究。全反式视黄醛的三重态最大吸收波长随着溶剂的变化在445nm和480nm之间波动[73-77],其三重态激发能被确定在159kJ/mol附近[75]。视黄醛激发三重态是一个具有氧化活性的瞬态产物,在乙腈体系中,它可以通过抽氢或者电子转移的途径与四甲基对苯二胺、对苯二酚、甲基对苯二酚、2,3-二甲基对苯二酚和三甲基对苯二酚进行反应,它们的双分子反应速率常数随着还原剂的氧化还原电势的增加而变小[77]。目前,没有实验表明在直接的光激发下视黄醛能够发生光电离反应生成相应的阳离子自由基,但是通过脉冲辐解技术,可以得到视黄醛阳离子自由基和视黄醛阴离子自由基[66,72,78]

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