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红花栝楼种子的化学成分研究

2023-10-08李怡洁汤俊瑜周瑾荣

关键词:栝楼核磁羰基

李怡洁,张 梁,汤俊瑜,周瑾荣,王 杨,2**

(1.云南大学 资源植物研究院,云南 昆明 650504;2.云南开放大学 化学工程学院,云南 昆明 650500)

栝楼属(Trichosanthes)是葫芦科(Cucurbitaceae)中较大的一个属,中国分布有41 种8 个变种[1].据《云南植物志》记载,云南省共有栝楼属植物26 种,多分布于云南红河、文山及西双版纳等地.栝楼属植物中有多个种均可入药,具有较好的药用价值,其中应用较多的是栝楼(Trichosanthes kirilowii)和双边栝楼(Trichosanthesrosthornii),其具有改善心血管系统,祛痰止咳、降血脂、降血糖、抗溃疡、抗菌、抗肿瘤等[2-7]作用.本属化学成分研究也多集中在这两种植物上,其富含萜及其苷类、黄酮及其苷类、甾体及其苷类、苯丙素、生物碱以及蛋白质及氨基酸等[8-14]类型化合物.但是很多在民间药用的栝楼属植物未见其化学成分研究报道,比如红花栝楼(Trichosanthes rubriflos).

红花栝楼(T.rubriflos),葫芦科栝楼属多年生草质藤本植物,生于海拔150~1 540 m 的山谷密林、山坡疏林及灌丛中.分布于印度东北部、缅甸、泰国等地区,国内主要分布于广东、广西、贵州、云南等省区.红花栝楼具有一定的药用价值,其根味微苦,性寒,具有清热化痰、消肿止痛等功效,用于治疗肺热咳嗽、胸闷胸痛、便秘、疟疾、疮疖肿毒等[15-16].其种子作为药物使用,在民间也有丰富的药用实践[17].

目前未见对红花栝楼(T.rubriflos)各部位化学成分的研究报道.本文旨在综合利用各种分离提取技术对产自于云南省西双版纳傣族自治州景洪市的红花栝楼种子的次生代谢产物进行分离纯化和鉴定,从中分离得到了4 个化合物,其中7,24-二氧代-10α-葫芦烷-5,25-二烯-3β-醇(1)、葫芦烷-5,25-二烯-3β,24-二醇(2)为新化合物、(反式)-11-甲氧基-11-氧代十一烷-2-烯酸(3)为新的天然产物,(12S,13S,Z)-12-羟基十八烷基-9-烯-13-内酯(4)是首次从栝楼属植物中分离得到,目前仅见1 篇只含氢谱数据的早期文献,本文全面地报道它的氢碳核磁数据,这也是首次对红花栝楼种子化学成分的报道.

1 材料与方法

IKA RV8 旋转蒸发仪[艾卡(广州)仪器设备有限公司],SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司),薄层层析硅胶板GF254(青岛海洋化工有限公司),硅胶(青岛海洋化工有限公司),Sephadex LH-20 凝胶(美国GE 公司),1260 Infinity Ⅱ 分析型高效液相色谱(安捷伦科技有限公司),1260 Infinity Ⅱ 制备型高效液相色谱(安捷伦科技有限公司),核磁共振波谱用Bruker AM-600 型(Bruker,德国)核磁共振仪测定,TMS 为内标.乙腈(色谱纯,美国TEDIA 试剂公司),水(娃哈哈公司),其他试剂(上海星可高纯度试剂公司):丙酮、石油醚、乙醇等有机溶剂均为工业纯,经重蒸后使用,显色剂为H2SO4(10%)的乙醇溶液.

样品红花栝楼种子于2019 年6 月采自云南省西双版纳傣族自治州景洪市,经云南大学王跃华教授鉴定为葫芦科栝楼属红花栝楼(T.rubriflos)种子,标本存放于中国科学院西双版纳热带植物园,标本号为WY20171129.

2 提取与分离

取红花栝楼(T.rubriflos)种子干燥粗粉3.1 kg,加入10 倍量70%乙醇,回流提取3 次(2,2,2 h),过滤后合并滤液,减压浓缩得样品浸膏1 850 g.浸膏采用硅胶柱层析以石油醚-丙酮(体积比100∶0→0∶100)进行梯度洗脱,将其粗分为10 个组分(Fr.1~Fr.10).

组分Fr.4 经硅胶柱层析以石油醚-丙酮(体积比9∶1)洗脱,分为3 个组分(Fr.4-1~Fr.4-3).Fr.4.1经过多次硅胶柱色谱、凝胶柱色谱分离纯化,最后通过制备高效液相色谱分离得到化合物4(4 mg),洗脱条件为水-乙腈(体积比70∶30→0∶100),流速为4.0 mL/min,检测波长205、220 nm.

组分Fr.5 经硅胶柱层析以石油醚-丙酮(体积比8∶2)洗脱,分为7 个组分(Fr.5.1~Fr.5.7).Fr.5.1经过多次硅胶柱色谱、凝胶柱色谱分离纯化,最后通过制备高效液相色谱分离得到化合物1(3 mg),洗脱条件为水-乙腈(体积比70∶30→0∶100),流速为4.0 mL/min,检测波长205、220 nm.

组分Fr.5.2 经过多次硅胶柱色谱、凝胶柱色谱分离纯化,最后通过制备高效液相色谱分离得到化合物3(5 mg),洗脱条件为水-乙腈(体积比75∶25→0∶100),流速为4.0 mL/min,检测波长205、220 nm.

组分Fr.5.3 经过多次硅胶柱色谱、凝胶柱色谱分离纯化,最后通过制备高效液相色谱分离得到化合物2(21 mg),洗脱条件为水-乙腈(体积比0∶100→0∶100),流速为4.0 mL/min,检测波长205、220 nm.

3 结构鉴定

化合物1 白色粉末,通过正离子模式高分辨质谱确定了其分子式为C30H46O3(m/z477.333 6[M+Na]+,理论计算值477.334 5),不饱和度为8.1H NMR 谱含(表1)有一个烯氢单峰:δH6.10 (1H,br s,H-6),一组末端烯信号:δH5.75,5.94 (各1H,br s,H-26),一个连氧次甲基氢信号:δH3.66 (1H,t-like,J=3.0 Hz,H-3),一个烯甲基单峰:δH1.87 (3H,br s,H-27),此外在高场区还检测到5 个单峰甲基和一个双峰甲基信号.它的13C NMR 谱中共检测到30个碳信号,包括两个α,β-不饱和酮羰基碳信号:δC202.8 (s,C-7)与202.7 (s,C-24),4 个烯碳信号:δC168.8(s,C-5)、δC126.0(d,C-6)、δC144.5(s,C-25)、δC124.3(t,C-26),一个连氧次甲基碳信号:δC76.7(d,C-3),剩下23 个信号均为高场区脂族碳.根据上述氢碳核磁信号特征,结合分子式不饱和度,提示该化合物应是一个四环三萜,且结构中含有两个α,β-不饱和酮官能团.考虑到栝楼属(Trichosanthes)植物富含葫芦烷型三萜,调研相关文献发现该化合物的核磁特征与曾从栝楼中分离到的7-oxo-10α-cucurbitadienol 相似度高[18],经核磁数据比较,它们的信号差异仅来源于C-17 侧链部分.通过仔细分析1H-1H COSY、HSQC、HMBC 以及NOESY 谱,进一步复核并证实了上述推断.在HMBC 谱中观察到前述烯甲基(H-27)以及末端烯氢信号(H-26)同时与一个不饱和羰基碳[δC202.7 (s,C-24)]有相关(图1),揭示化合物1 的C-17 位侧链末端是一个甲基丙烯酰基片段.H-3 的峰形及耦合常数(t-like,J=3.0 Hz)提示其处于平伏键,在NOESY 谱中H-3 与CH3-28/29 均有较强相关(图1),表明H-3 为α取向,与7-oxo-10α-cucurbitadienol 一致[19].因而,化合物1被解析为:7,24-二氧代-10α-葫芦烷-5,25-二烯-3β-醇(7,24-dioxo-10α-cucurbita-5,25-dien-3β-ol).化学结构式如图2 所示.

图1 化合物1~3 关键的HMBC,1H-1H COSY,NOESY 相关Fig.1 The key HMBC,1H-1H COSY,NOESY of compounds 1-3

图2 化合物1~4 结构Fig.2 Chemical structures of compounds 1-4

表1 化合物1 和2 的1H NMR(600 MHz)和13C NMR(150 MHz)数据(CDCl3)Tab.1 1H NMR(600 MHz) and 13C NMR(150 MHz) data of compounds 1 and 2(CDCl3)

化合物2 白色粉末,通过正离子模式高分辨质谱确定了其分子式为C30H50O2(m/z465.370 2[M+Na]+,理论计算值465.370 9),不饱和度为6.它的红外光谱在3 430、3 070 cm-1以及3 050 cm-1处有吸收峰,分别为羟基与烯氢的伸缩振动.1H NMR 谱中(表1)检测到一个烯氢信号:δH5.58 (1H,br d,J=5.7 Hz,H-6)、一组末端烯信号:δH4.83,4.93/4.92 (各1H,br s,H-26)、2 个连氧次甲基氢信号:δH4.01 (1H,t-like,J=6.4 Hz,H-24)与3.47 (1H,tlike,J=2.8 Hz,H-3)、一个烯甲基单峰:δH1.72 (3H,br s,H-27),此外在高场区还检测到5 个单峰甲基和一个双峰甲基信号.它的13C NMR 谱中共检测到30 个碳信号,包括4 个烯碳信号:δC147.7/147.4(s,C-25),141.2 (s,C-5),121.5 (d,C-6),110.9/111.4 (t,C-26),2 个连氧的次甲基碳信号:δC76.6 (d,C-3)与76.3/76.7 (d,C-24),剩下24 个碳信号均为高场区的脂肪族碳信号.根据上述核磁信号特征,并结合分子式不饱和度以及来源于栝楼属,推测该结构为含有两个双键的葫芦烷型三萜.该化合物核磁特征与化合物1 具有较高的相似度,经核磁数据比较,它们的主要差异在于化合物2 多了一个仲醇(δC76.3/76.7 (d,C-24))、无羰基信号.在HMBC 谱中观察到前述烯甲基 (H-27) 以及末端烯氢信号 (H-26)同时与一个连氧次甲基碳[δC76.3/76.7 (d,C-24)]有相关(图1),证实末端双键与C-24 相连.在1H-1H COSY 谱中观察到H-6/H2-7/H-8 相关(图1),表明C-7 位是亚甲基,而非化合物1 的羰基基团.在NOESY 谱中观察到H-3 与CH3-28/29 均有较强相关(图1),H-3 的峰形及耦合常数提示其处于平伏键,与化合物1 相同.通过全面分析1H-1H COSY、HSQC、HMBC 以及NOESY 谱,进一步复核了上述结构推断.因而,化合物2 被解析为:葫芦烷-5,25-二烯-3β,24-二醇(cucurbita-5,25-diene-3β,24-diol),化学结构式如图2 所示.需要特别注意的是,C-17位侧链末端有若干碳信号成对出现,根据积分值比例约55∶45,这表明C-24 羟基的两种构型是共存的.这组差向异构体性质非常接近,制备型色谱未能成功分离,当前以不可分离的C-24 差向异构体混合物形式(inseparable epimers)分离到.

化合物3 无色油状物,通过正离子模式高分辨质谱确定了其分子式为C12H20O4(m/z251.125 5[M+Na]+,理论计算值251.126 0),含有3 个不饱和度.它的红外光谱在1 739 cm-1与1 697 cm-1处有强吸收峰,为羰基官能团的伸缩振动.1H NMR 谱中(表2)检测到一组反式烯氢信号δH7.06 (1H,dt,J=15.6,7.0 Hz,H-3)与5.82 (1H,d,J=15.6 Hz,H-2)、一个甲氧基信号δH3.67 (3H,s,H-1’),此外在高场区还检测到7 个亚甲基的脂肪族氢信号.它的13C NMR 谱中(表2)共检测到12 个碳信号,包括2 个羰基碳:δC174.3 (s,C-11)与170.5 (s,C-1),2 个烯碳:δC152.2 (d,C-3)与120.4 (d,C-2),一个甲氧基碳:δC51.5 (q,C-1’),以及高场区的7 个脂肪族碳信号.2 个羰基与一个双键占据了3 个不饱和度,因而该结构没有环存在.在HMBC 谱中观察到甲氧基氢信号与一个羰基碳[δC174.3 (s,C-11)]相关(图1),表明化合物3 的结构中含有一个饱和的羧酸甲酯片段.此外,2 个反式烯氢信号与另一个偏高场一些的羰基碳[δC170.5 (s,C-1)]相关,证实了α,β-不饱和羧酸片段的存在.考虑到还剩7 个亚甲基信号,说明该化合物拥有一个长直链状的结构,它的1H-1H COSY 相关信号(图1)进一步验证了上述结构推断.因而化合物3 的结构被确立为:(反式)-11-甲氧基-11-氧代十一烷-2-烯酸[(E)-11-methoxy-11-oxoundec-2-enoic acid],化学结构式如图2 所示.经SciFinder 数据库检索,它是一个新的天然产物,虽有几篇合成文献提及该结构,但未见报道它的核磁数据.

表2 化合物3 的1H NMR(600 MHz)和13C NMR(150 MHz)数据(CDCl3)Tab.2 1H NMR(600 MHz) and 13C NMR(150 MHz) data of compound 3(CDCl3)

化合物4 C18H32O3,白色针晶.1H NMR (600 MHz,CDCl3):δH5.64 (1H,ddd,J=10.8,9.8,5.9 Hz,H-9),5.49 (1H,dt-like,J=10.8,7.6 Hz,H-10),4.93(1H,m,H-13),3.65 (1H,br d,J=10.5 Hz,H-12),2.51(1H,m,H-2a),2.38 (1H,m,H-2b),2.29 (1H,m,H-11a),2.24 (1H,m,H-8a),2.17 (1H,m,H-11b),1.86(1H,m,H-3a),1.78 (1H,m,H-8b),1.64~1.74 (2H,m,H-14),1.58 (1H,m,H-3b),0.88 (3H,t,J=6.7 Hz,H-18).13C NMR (150 MHz,CDCl3):δC173.5 (C-1),133.2 (C-9),125.4 (C-10),75.4 (C-13),71.7 (C-12),33.1 (C-2),31.6 (C-16),30.4 (C-11),29.2 (C-14),26.7(C-7),26.5 (C-15),26.2 (C-4),25.5 (C-6),25.0 (C-5),24.8 (C-8),24.6 (C-3),22.5 (C-17),14.0 (C-18).目前仅见一篇只含氢谱数据的早期文献[19],经鉴定化合物4 为(12S,13S,Z)-12-羟基十八烷基-9-烯-13-内酯.

4 结论

采用各种波谱技术对所得化合物进行了结构鉴定,从红花栝楼(T.rubriflos)种子中分离得到4个化合物,分别鉴定为7,24-二氧代-10α-葫芦烷-5,25-二烯-3β-醇(1)、葫芦烷-5,25-二烯-3β,24-二醇(2)、(反式)-11-甲氧基-11-氧代十一烷-2-烯酸(3)、(12S,13S,Z)-12-羟基十八烷基-9-烯-13-内酯(4).其中化合物1、2 为新化合物,3 为新的天然产物.化合物4 是首次从栝楼属植物中分离得到,目前仅见一篇只含氢谱数据的早期文献,本文全面地发表它的氢碳核磁数据,具有一定的学术价值.本研究不仅丰富了栝楼属植物的化合物类型,还可为红花栝楼的进一步开发利用提供科学依据.

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