多环杂环醌中孤对电子键长压缩效应（CELP）及其抗癌活性关联研究

《Computer Methods and Programs in Biomedicine》：A study on bond length compression effect of lone pair electrons in polycyclic heterocyclic quinones

本文系统研究了多环杂环醌（PHQ）中孤对电子压缩效应（CELP）和共价基团压缩效应（CECG）对C-H键长的调控机制，通过晶体结构解析、NBO分析和1H NMR验证，首次揭示了二者协同作用对分子构象的影响，并证实空间构象与活性氧（ROS）生成能力及抗癌活性呈正相关，为抗癌药物设计提供了新视角。

　　

Section snippets

Synthesis

本研究合成了两类多环杂环醌（PHQ）衍生物。参照Bittner及我们前期工作的方法，使1,4-萘醌（1）与O-苄基羟胺盐酸盐反应生成2-氨基-1,4-萘醌（2）。随后，根据Yu报道的方法及我们前期工作，化合物2在元素硫和NaHCO₃存在下与醛反应，得到PHQ衍生物3。化合物3经NBS溴化后生成化合物4。

Crystal structure of this work

本研究获得了化合物5a的晶体结构（图3），晶体数据详见支撑文件。图3显示季鏻盐晶体中磷原子连接三个相同的取代苯基。若每个C-P单键可自由旋转，季鏻盐基团（⁺P(C₆H₄-OCH₃)₃）在¹³C NMR谱中应仅显示4个芳香碳信号，但实际观察到11个信号，表明分子内旋转受限，暗示空间构象存在特异性约束。

Conclusion

多环杂环醌（PHQ）分子因其共面结构存在多种原子间排斥作用。孤对电子压缩效应（CELP）表现为N（或O）原子孤电子对邻近C-H共价键键长的压缩，该效应通常不破坏分子共面性，但会增大相关H原子的¹H NMR化学位移（δ值）。类似地，共价基团压缩效应（CECG）也通过空间作用压缩C-H键，二者均属于非经典氢键（improper H-bonding）范畴，可通过δ值差异进行区分。