黃頂菊是一種侵入中國的外來植物，國外對黃頂菊的研究多集中于光合生理特性與 C4 途徑演化等方面，而關于黃頂菊提取物的研究相對較少，已有報道黃頂菊的提取物具有殺蟲、殺菌和抗病毒活性和除草活性。李建強等從黃頂菊中分離得到的具有較高除草活性的成份，其結構為 4 － \\(2 －氨基丙酰胺基\\) －3，4，5，6，7，8，9，10 － 八氫 － 5，6，8 － 三羥基 －3 － 甲基異香豆素，這種成份屬于香豆素類化合物。香豆素類化合物廣泛分布于傘形科、菊科、蕓香科、豆科、?？?、薔薇科、茜草科、茄科等天然植物中。香豆素及其衍生物在醫藥領域中的研究與應用異?；钴S，特別是用于抗癌藥物的開發。

香豆素是重要的農藥中間體，Deshmuk 等發現羥甲香豆素的一溴、三溴取代的衍生物具有高效殺滅埃及伊蚊初孵幼蟲的作用。香豆素是一種重要的異株克生化合物，呋喃香豆素具有很高的除草活性，濃度在 10－ 9mol / L 時可抑制野芥菜等雜草種子萌發; Timothy 等從薰衣草中分離出香豆素和 7 － 甲氧基香豆素對一年生黑麥草有抑制作用; Sanghamitra 等以香豆素為模板合成的 4 － 羥甲基 －7 － 取代香豆素對綠豆有抑制作用;Apostolakos 等發現香豆素對鬼針草和稗草有抑制作用，能夠抑制植物纖維素合成。

由于藥物的活性、作用機理與藥物的分子結構和構象有密切的關系，因此通過量子化學計算可以從理論上對藥物的活性部位進行分析。我們采用量子化學中 DFT 方法計算了 8 種含香豆素類化合物的電荷分布、前線軌道能級和軌道主要成分，探討了這類化合物的量化參數與生物活性之間的關系，并為進一步改造藥物結構提供理論依據。表 1 給出了香豆素類化合物的基本結構:

1、 計算方法

采用量子化學 B3LYP 方法，在6 －31G 基組水平上，對8 種化合物分子進行全參數優化，得到各物質的結構與能量，并在同一水平上進行振動頻率計算均為正值，證明它們是所得優化構型在對應勢能面上的穩定點。全部計算工作用 Gaussian03程序完成。

2、 結果與討論

2. 1 NBO 電荷布局分析

表 2 列出了目標化合物的部分原子的 NBO 電荷分布，從結果來看，這些數據顯示化合物的負電荷主要集中在苯環，可能與受體的正電性區域相結合。正電荷主要集中在吡喃環，可能與受體負電性區域相結合。從表中的電荷分布來看，結構的改變引起了電荷較大的改變。從 1 ～3 號分子，由于苯環上的氫原子被吸電子的羥基，乙酰氧基，乙?；〈?，C\\(7\\) 上正電荷增加很多。從藥物效果上看，1 ～3 號分子藥效較低，苯環的正電荷越多，分子生物活性越低。根據活性數據可以看出，當苯環C\\(5\\) 負電荷越多，C\\(8\\) 正電荷越多時，分子的生物活性相對較大，所以設計新的藥物分子時，應該考慮 C\\(5\\) 和 C\\(8\\) 上所連基團的電子效應，以減少 C\\(8\\) 上的電荷分布，同時保證 C\\(5\\)上的負電荷量。

2. 2 分子的前線軌道能量分析及其分布

根據分子軌道理論，最高占有軌道和最低空軌道對活性的影響最大，活性分子與受體生物大分子的相互作用主要發生在兩者的前沿分子軌道附近。EHOMO是分子最高占據軌道能級，與分子給電子能力有關; ELUMO是分子最低占據軌道能級，與分子接受電子的能力有關。對于農藥分子而言，EHOMO過低或 EHOMO過高都意味著分子本身的活性太強，進入生物體內很容易被代謝或與其他受體作用，使得藥物作用難以控制，因此農藥分子的 EHOMO或 EHOMO值應有合適的預期估計值。

從表 3 的數據來看，化合物 1 的 ELUMO能級相對最高，而化合物的 ELUMO能級越高越不容易接受電子，這類藥物分子與受體作用時，不可能是藥物分子接受受體提供的電子; 另一方面，化合物1 的 EHOMO能級最高，而 EHOMO能級越高其供電子能力越強，造成分子供電子能力過強，導致活性太強，從而易被代謝或與其他受體作用。這一理論分析結果與試驗值符合。生物活性測試結果顯示化合物 5，8 有較高的生物活性，通過量子化學計算，這些分子具有較低的 EHOMO能級，農藥分子可以較穩定給出電子，因此香豆素類農藥與受體作用時，可能是由農藥分子向受體提供電子，形成電子轉移配合物，發揮藥效。

為了更加形象直觀地了解前沿分子軌道的分布，本研究計算并得到了幾種化合物的 HOMO 和 LUMO 軌道圖 \\(圖 1，圖2\\) 。由圖可以清楚地看到軌道的組成和在空間的分布。由圖中可看出，HOMO 軌道主要由苯環及吡喃環中氧原子和 3，4 碳原子組成，表明主要的供電部位是苯環及吡喃環中 3，4 碳原子的這二個部分?；衔镏械难踉由想m然帶有較大的電荷，但在HOMO 中所占的比例很小，難以發揮給電子的作用，因此它很可能是通過氫鍵與受體結合。從最低空軌道\\(LUMO\\) 來看，化合物 8 與其它化合物相比，苯環中碳原子及附近取代基的貢獻與其他分子的有明顯的區別，最低空軌道的主要成分的差異造成化合物8 的 EHOMO能級相對較高，不易接受電子; 而其他化合物的 EHOMO能級相對不算太高，可能容易與非靶標化合物反應，從而影響農藥化合物對靶標化合物的活性。苯環的取代基種類和位置的不同對化合物除草活性有很大的影響。

3、 結 論

通過對香豆素類化合物的計算與分析，我們可以得到以下結論:\\(1\\) HOMO 和 LUMO 軌道的性質是影響化合物活性的主要因素;\\(2\\) 香豆素類農藥與受體作用時，可能是由農藥分子向受體提供電子，形成電子轉移配合物，發揮藥效;\\(3\\) 苯環上的取代基及苯環中 C\\(8\\) 電荷分布影響這類化合物的除草活性。