姜黄素衍生物的合成及抗氧化活性的研究

臧永军，陈乃富，陈艳君，姜雪萍,2

(1.皖西学院 生物与制药工程学院，安徽 六安 237012；2.皖西学院 中药研究与开发工程技术研究中心，安徽 六安 237012)

姜黄素衍生物的合成及抗氧化活性的研究

臧永军1，陈乃富1，陈艳君1，姜雪萍1,2

(1.皖西学院 生物与制药工程学院，安徽 六安 237012；2.皖西学院 中药研究与开发工程技术研究中心，安徽 六安 237012)

以姜黄素为原料，分别与布洛芬、丁香酸反应，合成2种新的姜黄素单酯衍生物，其结构经1H-NMR和MS确证。并通过DPPH法测定它们清除自由基的能力，结果显示：合成的两种衍生物均保留了原有的抗氧化活性，其中姜黄素-丁香酸单酯在较高浓度时对自由基的清除能力要强于姜黄素本身。

姜黄素；合成；单取代衍生物；抗氧化

姜黄素(Curcumin)是一种天然多酚类化合物，研究表明姜黄素具有抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗炎等多种生物活性[1]，其分子结构简单且对称，在体内基本无毒，来源丰富，被认为是一种具有开发前景的天然化合物[2]。但由于姜黄素的水溶性较差，在体内的生物利用度低，直接影响其在药品和食品领域中的应用[3]。所以以姜黄素为先导化合物，对其进行结构修饰，引入相应的药效、药动基团合成姜黄素衍生物，以增加其水溶性和生物活性成为近些年来研究的热点[4]。文献报道[5]，姜黄素的两个酚羟基对其生物活性有重要影响，其单取代衍生物因保留了一端游离的酚羟基，一方面可以保持或增强姜黄素的相关活性，另一方面引入的基团可改善其理化性质，弥补其药动学的不足。为此，本文设计合成2种姜黄素的单酯衍生物，并采用DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)法研究其抗氧化活性，以期获得理化性质更优、抗氧化活性更高的新化合物。

1 实验材料

1.1 仪器

WRS-1B数字熔点仪(上海索光光电技术有限公司)，温度计未经校正；Varian-400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Trace DSQ FINNIGSN型质谱仪；TU-1901型紫外可见光分光光度计(北京普析通用仪器设备有限公司)；FA1004型电子天平(上海精科天平)等。

1.2 试剂

实验所需的姜黄素、布洛芬、丁香酸、二氯甲烷、吡啶、氯化亚砜、无水乙醇、乙酸乙酯、二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)等均为国产市售分析纯试剂。

2 实验方法

2.1 姜黄素衍生物的制备

2.1.1 姜黄素-布洛芬单酯的合成(1)

参照文献[6-7]，冰浴条件下，在装有温度计、回流管和搅拌子的150 mL三口烧瓶中加入布洛芬1.03 g (5 mmol)，吡啶1滴，缓慢加入4 mL氯化亚砜，然后置70 ℃油浴中恒温搅拌反应2 h。反应完后，减压蒸除未反应的氯化亚砜，留置备用。向另一150 mL三口瓶中加入姜黄素1.84 g(5 mmol)，冰盐浴条件下缓慢加入吡啶0.8 mL(10 mmol)，然后滴加上述反应液。滴加完后控温0 ℃搅拌反应，TLC监测反应进程。反应完成后，往反应瓶中加20 mL无水乙醇加热回流，过滤，得黄色油状物，经硅胶柱层析[硅胶200～300目，V(石油醚)∶V(乙酸乙酯) = 5∶1)]，得黄色固体1.6 g，收率为57.2%(以姜黄素计)。数据表征：m.p. 102～104 ℃;1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ: 0.93 (d, 6H,J=4.0 Hz), 1.63 (d, 3H,J=4.0 Hz), 1.87～1.90 (m, 1H), 2.49 (d, 2H,J=4.0 Hz), 3.77 (s, 3H), 3.95 (s, 3H), 4.00 (d, 1H,J=4.0 Hz), 5.83 (s, 1H), 7.34(d, 2H,J=8.0 Hz), 7.16(d, 2H,J=8.0 Hz),7.60(d, 1H,J=12.0 Hz), 7.62(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.49(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.53(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.94(d, 1H,J=8.0 Hz), 6.96(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.06(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.11(d, 1H,J=8.0 Hz)；ESI-MS(m/z): 556.7{[M+1]+}。经1H-NMR和MS分析鉴定，数据与目标分子相符。

2.1.2 姜黄素-丁香酸单酯的合成(2)

图1 姜黄素-布洛芬单酯的合成

图2 姜黄素-丁香酸单酯的合成

参照文献[8]，称取姜黄素1.84 g(5 mmol)，加入30 mL二氯甲烷溶解后，加入DCC 1.03 g(5 mmol)和催化量的DMAP，搅拌0.5 h，加入丁香酸1.5 g(7.5 mmol)，常温下反应24 h，TLC监测大多数原料反应完。反应液用20 mL饱和食盐水洗涤2次，有机层用无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸除二氯甲烷，得黄色固体，经硅胶柱层析[硅胶200～300目，V(石油醚)∶V(乙酸乙酯) = 2∶1)]，得黄色固体1.4 g，产率52.4%(以姜黄素计)。数据表征：m.p. 122～124 ℃;1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ: 3.89 (s, 3H), 3.94 (s, 3H), 4.00(s, 6H), 5.86 (s, 1H), 6.03 (s, 1H), 3.95 (s, 3H), 4.00 (d, 1H,J=4.0 Hz), 5.86 (s, 1H), 6.03s, 1H), 6.50(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.59(d, 1H,J=12.0 Hz), 7.62(d, 1H,J=12.0 Hz), 7.64(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.95(d, 2H,J=4.0 Hz),7.08(s, 1H), 7.50(s, 2H), 7.54(d, 1H,J=4.0 Hz), 7.14(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.22(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.19～7.23(m, 2H)；ESI-MS(m/z)：548.6{[M+1]+}。经1H-NMR和MS分析鉴定，数据与目标分子相符。

2.2 DPPH法抗氧化活性测试

2.2.1 1×10-4mol/L DPPH溶液的配制

准确称取1 mg DPPH，用适量无水乙醇溶解后，转入100 mL容量瓶中，用无水乙醇定容至刻度，轻摇混匀，低温避光保存备用。

2.2.2 样品测量

以乙醇为溶剂，分别配制5×10-5mol/L、10×10-5mol/L、20×10-5mol/L、40×10-5mol/L、80×10-5mol/L、160×10-5mol/L的姜黄素和待测样品溶液。参照文献[9-11]方法，稍有改进，量取2 mL DPPH溶液，分别与2mL不同浓度的样品溶液混合，避光37 ℃放置30 min，在519 nm处测吸光度As。DPPH自由基清除率P计算如下：

P(%) =[1-(As-Ay)/A0]× 100%

其中，Ay为2 mL样品溶液与2 mL乙醇混匀后的吸光度；A0为2 mL乙醇溶液与2 mL DPPH溶液混匀后的吸光度。

3 结果与讨论

3.1 衍生物的合成

3.1.1 姜黄素-布洛芬单酯的合成

在1的合成中，布洛芬分子中有一个羧基，可以与SOCl2反应生成活性更高的酰氯，然后将酰氯直接与姜黄素成酯，反应操作方便，转化率高。由于姜黄素结构中含有2个酚羟基，因此合成单取代的产物比双取代的产物难度更大。实验中需严格控制布洛芬的用量、反应温度及反应时间，因此实验研究了此三种变量对产物收率的影响。

3.1.1.1 布洛芬用量对收率的影响

对原料配比进行了考察，结果见表1。由表1可知，当布洛芬用量低于姜黄素用量时，产物收率较低，实验中发现姜黄素的剩余量较多，因此可适当增加布洛芬的用量；当姜黄素与布洛芬物质的量比达到1∶1时，单酯产物收率明显增加；随着反应物布洛芬用量的增加，当n(姜黄素):n(布洛芬)为1∶1.2时，单酯产物收率降低，实验中发现双酯副产物生成量增加。由此初步判断，其原料最佳配比为n(姜黄素):n(布洛芬)为1∶1，有利于单酯化目标产物的生成。

表1 布洛芬用量对收率的影响

布洛芬用量=n(布洛芬)∶n(姜黄素)，其他条件同2.1.2。

3.1.1.2 反应温度对收率的影响

酰氯是一种较为活泼的酰化试剂，若反应温度过高，会生成多取代产物等杂质，且反应液颜色变黑，造成单取代收率降低且产物分离困难。故对实验温度进行考察，结果见表2，-15 ℃温度较低，大量原料未反应，20 ℃温度过高，副产物增多，影响产物的收率，故初步确定0 ℃效果较佳。

表2 反应温度对收率的影响

其他条件同2.1.2。

3.1.1.3 反应时间对收率的影响

考察了反应时间对收率的影响，如表3，反应时间过短，则大量原料未反应，故收率低。当时间超过40 min后，收率无明显增加现象，甚至因双取代产物增加而导致单取代产物收率下降。故初步判定40 min为最佳反应时间。

表3 反应时间对收率的影响

其他条件同2.1.2。

3.1.2 姜黄素-丁香酸单酯的合成

合成2时，由于丁香酸分子同时中含有羧基和酚羟基，如将丁香酸酰化会发生自身酯化反应。故采用DCC为缩合剂，DMAP为催化剂直接缩合，反应条件较为温和，由于丁香酸酚羟基两侧含有甲氧基，产生的位阻作用不利于其参与反应，避免自身酯化。实验中发现丁香酸的用量对目标化合物影响较大，如表4，丁香酸用量较少时，大量原料未反应，用量较多时，双取代产物增加，因此选择1.5当量的丁香酸。而反应的时间及温度对该步反应影响较小。

表4 丁香酸用量对合成姜黄素-丁香酸单酯的影响

丁香酸用量=n(丁香酸)∶n(姜黄素)，其他条件同2.1.3。

3.2 DPPH法抗氧化活性测试

根据2.2方法，测得A0为0.847，样品浓度及样品在不同浓度下所测得的Ay和As值见表5。

表5 不同浓度样品清除DPPH·实验的吸光度

由表5中数据，计算出清除率，并做出浓度-清除率关系图，见图3，分别为姜黄素和两种衍生物在6种倍数浓度下对DPPH·的清除作用的分布图。由图可见三种物质均有较好的DPPH·清除能力，且在测试的浓度范围内，先是清除率均随浓度的增加呈明显上升趋势；当被测样品浓度超过40×10-5mol/L时，随着浓度的增加，曲线趋于平缓，说明对DPPH·的清除已达到饱和，此时三者的清除率分别为：姜黄素丁香酸单酯92.68%，姜黄素85.23%，姜黄素布洛芬单酯80.80%。其中姜黄素-布洛芬单酯在实验浓度内，对DPPH·的清除率都低于姜黄素，表明其抗氧化能力较姜黄素有所减弱；姜黄素-丁香酸单酯在2.5×10-5mol/L、5×10-5mol/L其清除率与姜黄素相当，而当浓度约超过10×10-5mol/L后对DPPH·的清除能力明显要强于姜黄素本身，表明在较高浓度时黄素-丁香酸单酯对DPPH·的清除能力较姜黄素增加。

结果表明在纯化学体系中对DPPH·的清除作用强度顺序为姜黄素丁香酸单酯>姜黄素>姜黄素布洛芬单酯。这可能是因为丁香酸分子中含有两个给电子的甲氧基和一个酚羟基，增加了整个分子的电子云密度，从而增加了其清除自由基的作用[12]。而布洛芬取代分子没有该类基团，且减小了整个分子的水溶性，使其抗氧化作用减弱。目前关于姜黄素及其衍生物抗氧化性比较的报道还比较少，其具体的构效关系及机制有待进一步研究。

图3 姜黄素和两种衍生物对DPPH自由基的清除作用

4 结论

综上所述，本文通过二步酰化法和缩合法分别得到姜黄素-布洛芬单酯和姜黄素-丁香酸单酯，收率分别为57.2%和52.4%，其化学结构经1H-NMR和MS确证。并对该类化合物清除DPPH·的活性进行了研究，通过对比实验，发现两种衍生物对DPPH·都具有较好的清除能力。其中姜黄素-丁香酸单酯在较高浓度时对DPPH·的清除能力当清除率明显要强于姜黄素本身。提示姜黄素酚羟基单取代的衍生物的抗氧化活性可能会优于姜黄素，为进一步深入研究奠定了基础。

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SynthesisandAntioxidantActivitiesofCurcuminDerivatives

ZANG Yongjun1，CHEN Naifu1，CHEN Yanjun1，JIANG Xueping1,2

(1.SchoolofBiologyandPharmaceuticalEngineering,WestAnhuiUniversity,Lu’an237012,China;2.CenterofTraditionalChinesemedicineR﹠D,WestAnhuiUniversity,Lu’an237012,China)

Curcumin monoester derivatives were synthesized with syringate, ibuprofen and curcumin. The structure of the target products were confirmed by1H-NMR and MS. And their abilities to scavenge DPPH free radical were evaluated. The results revealed that both of them exhibited antioxidant activities. The scavenging activity of DPPH of curcum-syringate derivative was stronger than that of curcumin in high concentration．

curcumin; synthesis; monoester derivatives; antioxidant

R284

A

1009-9735(2017)05-0077-04

2017-04-07

安徽省教育厅一般项目(KJ103762015B16)；皖西学院自然科学基金青年项目(WXZR201613)。

臧永军(1990-)，男，安徽六安人，助教，硕士，研究方向：天然产物合成与修饰；通信作者：陈乃富(1962-)，男，安徽六安人，教授，硕士生导师，研究方向：中药生物技术、中药资源与质量研究。