改善拟人参皂苷元DQ水溶性的4种羧酸衍生物的合成研究

高连丛，朱双含，张馨妍，韩柳*

（1. 吉林医药学院 药学院，吉林；2. 海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口）

0 引言

人参为百草之王，在我国有着重要的药用价值和文化价值，人参皂苷是人参的主要化学成分，具有抗肿瘤，改善心肌缺血，免疫调节，降血糖，抗休克，保肝，镇静安神等作用[1-2]，按皂苷元结构不同主要分为达玛烷型（Dammarane）、齐墩果酸型（Oleanane）、奥克梯隆型（Ocotillol）这三种类型[3]。拟人参皂苷元DQ是一种新型奥克梯隆型人参皂苷元，其化学结构式见图1，近年来，人们对其研究较多，杨洁[4]利用了荧光光谱法研究拟人参皂苷元DQ与牛血清蛋白的相互作用，采取取代实验确定在BSA上的结合位点。于晨[5]研究了在急性心急缺血损伤方面拟人参皂苷元的保护作用，以NBT标本染色法测量心肌梗死范围，结果表明拟人参皂苷元可以使急性心肌缺血大鼠血清LDH活性明显降低。韦春晟[6]等利用大鼠全胚胎培养方法判断拟人参皂苷元DQ对大鼠胚胎是否具有胚胎毒性作用，对其安全性做出初步评价。随着研究的深入，人们发现由于拟人参皂苷元DQ结构中3个羟基基团的存在，使得会产生分子间氢键，使拟人参皂苷元DQ的分子结合的非常紧密，水溶性较低，无法制成注射剂应用在临床上，导致用药不便，且由于水溶性差，导致生物利用度较低，所以针对水溶性的问题展开研究。目前国内外在对增加水溶性的结构修饰研究较少，本实验旨在通过引入一些亲水性基团（如引入羧基）进行修饰，改善皂苷水溶性，使拟人参皂苷元DQ更好的溶在水中，提高制剂的开发，进而改善拟人参皂苷元DQ在临床上的用药方法，使用药更加便捷，用药人群更加广泛，为提高人参皂苷的产业竞争力奠定基础。

图1 拟人参皂苷元DQ的化学结构式

1 仪器与试剂

旋转蒸发仪（上海圣科仪器设备有限公司），磁力搅拌器（上海力辰科技有限公司），恒温水浴锅（东京立基凯有限公司），调温热风枪（昆山正富机械工业有限公司），电子天平（电子天平），丁二酸酐（国药集团化学试剂有限公司，20180129），邻苯二甲酸酐（天津市大茂化学试剂厂，85-44-9），顺丁烯二酸酐（天津市永大化学试剂有限公司，9011-13-6），戊二酸酐（国药集团化学试剂有限公司，20180212），石油醚60-90（辽宁泉瑞试剂有限公司，20181018），乙酸乙酯（乙酸乙酯，141-78-6），二氯甲烷（辽宁泉瑞试剂有限公司，20180625），三乙胺（天津市大茂化学试剂厂，121-44-8），无水硫酸钠（辽宁泉瑞试剂有限公司，20180125），甲醇（天津市大茂化学试剂厂，67-56-1），正丁醇（辽宁泉瑞试剂有限公司，20180201），活性氧化铝（国药集团化学试剂有限公司，20161027），二水甲酸钠（国药集团化学试剂有限公司，20180112），乙醇95%（天津市致远化学试剂有限公司，083010），娃哈哈纯净水（吉林娃哈哈食品有限公司）。

2 合成方法

2.1 拟人参皂苷元DQ丁二酸衍生物的合成

称取0.5g拟人参皂苷元DQ（1当量，1.050mmol）溶于预先干燥的10.33mL 1，2-二氯甲烷中，然后在室温下加入1.033mL三乙胺和0.6415g丁二酸酐（6当量，6.3mmol）。反应混合物在室温下搅拌96h，同时利用TLC实时监测反应进程。待反应结束后，取30mL纯净水分三次洗涤混合物，合并有机层，将有机层在硫酸钠上干燥，并在真空中浓缩，得到粗产品Ⅰ。

2.2 拟人参皂苷元DQ邻苯二甲酸衍生物的合成

称取0.5g拟人参皂苷元DQ（1当量，1.050mmol）溶于预先干燥的10.33mL1，2-二氯甲烷中，然后在室温下加入1.033mL三乙胺和0.933g邻苯二甲酸酐（6当量，6.3mmol）。反应混合物在室温下搅拌72h，同时利用TLC实时监测反应进程。待反应结束后，取30mL纯净水分三次洗涤混合物，合并有机层，将有机层在硫酸钠上干燥，并在真空中浓缩，得到粗产品Ⅱ。

2.3 拟人参皂苷元DQ顺丁烯二酸衍生物的合成

称取0.5g拟人参皂苷元DQ（1当量，1.050mmol）溶于预先干燥的10.33mL1，2-二氯甲烷中，然后在室温下加入1.033mL三乙胺和0.618g顺丁烯二酸酐（6当量，6.3mmol）。反应混合物在室温下搅拌72h，同时利用TLC实时监测反应进程。待反应结束后，取30mL纯净水分三次洗涤混合物，合并有机层，将有机层在硫酸钠上干燥，并在真空中浓缩，得到粗产品Ⅲ。

2.4 拟人参皂苷元DQ戊二酸衍生物的合成

称取0.5g拟人参皂苷元DQ（1当量，1.050mmol）溶于预先干燥的10.33mL1，2-二氯甲烷中，然后在室温下加入1.033mL三乙胺和0.7188g戊二酸酐（6当量，6.3mmol）。反应混合物在室温下搅拌96h，同时利用TLC实时监测反应进程。待反应结束后，取30mL纯净水分三次洗涤混合物，合并有机层，将有机层在硫酸钠上干燥，并在真空中浓缩，得到粗产品Ⅳ。

2.5 由羧酸衍生物制备钠盐的方法

取化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（1.2当量）分别溶解在预先干燥的1M甲醇中，然后分别在室温下加入甲酸钠（1当量）。反应混合物在室温下搅拌5小时，同时利用TLC实时监测反应进程，反应结束后将混合物在真空中浓缩得到粗产品1-4。

3 分离与纯化

3.1 化合物Ⅰ的分离纯化

将粗品A以石油醚：乙酸乙酯（1：1.5）为洗脱剂进行柱层析分离，得到纯品Ⅰ 243mg。

3.2 化合物Ⅱ的分离纯化

将粗品Ⅱ以石油醚：乙酸乙酯（1:1.5）为洗脱剂进行柱层析分离，得到纯品Ⅱ 261mg。

3.3 化合物Ⅲ的分离纯化

将粗品Ⅲ以二氯甲烷：甲醇（20:1）为洗脱剂进行柱层析分离，得到纯品Ⅲ 233mg。

3.4 化合物Ⅳ的分离纯化

将粗品Ⅳ先分别以石油醚：乙酸乙酯（7:1）、石油醚：乙酸乙酯（5:1）、石油醚：乙酸乙酯（3:1）、石油醚：乙酸乙酯（2.5:1）、石油醚：乙酸乙酯（1.5:1）为洗脱剂进行柱层析分离，得到纯品Ⅳ 215mg。

3.5 新钠盐的分离

将粗产品1-4采用硅胶柱层析法，从纯乙酸乙酯到纯甲醇作洗脱剂对粗产品进行色谱分析，得到纯产物1a-4a。

4 结构鉴定

4.1 化合物Ⅰ的结构鉴定

化 合 物Ⅰ正 离 子 ESI-MS（m/z）：577.41[M＋H]＋，推断该化合物的相对分子质量为576.40，结合13C-NMR和1H-NMR图，确定化合物Ⅰ的分子式为C34H56O7。结合化合物Ⅰ的13C化学位移与Chemdraw模拟，确定某些基团位置，以此推测化新化合物的结构。13C NMR(126 MHz, Pyr) δ175.00(C-34),δ172.65(C-31),δ86.78(C-24),δ85.72(C-20),δ80.84(C-3),δ71.10(C-12),δ70.38(C-25),δ56.22(C-5),δ52.22(C-14),δ50.63(C-9),δ49.84(C-13),δ48.44(C-17),δ40.03(C-8),δ38.71(C-4),δ38.24(C-1),δ37.21(C-10),δ35.03(C-7),δ32.87(C-15),δ32.46(C-32),δ31.76(C-33),δ30.41(C-11),δ30.07(C-22),δ28.84(C-27),δ28.13(C-23),δ27.78(C-28),δ27.33(C-2),δ27.02(C-26),δ25.58(C-21),δ24.06(C-16),δ18.48(C-6),δ18.38(C-30),δ16.81(C-19),δ16.52(C-29),δ15.57(C-18)。化合物Ⅰ的13C NMR中170-180位移处均有两个峰，按照各类化合物13C化学位移可知此处是羧基与酯键的位置，可以判断在拟人参皂苷元DQ上加入了丁二酸酐，通过与拟人参皂苷元DQ的谱图作对比，确定化合物Ⅰ的化学结构式如图2-A。

4.2 化合物Ⅱ的结构鉴定

化合物Ⅱ正离子 ESI-MS（m/z）：625.41[M＋H]＋，推断该化合物的相对分子质量为624.40，结合13C-NMR和1H-NMR图，确定化合物Ⅱ的分子式为C38H56O7。结合化合物Ⅱ的13C化学位移与Chemdraw模拟，确定某些基团位置，以此推测化新化合物的结构。13C NMR (126 MHz, Pyr)δ170.25(C-38),δ168.61(C-31),δ134.55(C-34),δ134.38(C-35),δ131.07(C-32),δ131.02(C-37)，δ129.67 (C-36),δ129.05 (C-33),δ 86.78 (C-24), δ85.72 (C-20), δ82.39 (C-3), δ71.10 (C-12), δ70.38 (C-25), δ56.35 (C-5),δ52.21 (C-14), δ50.64 (C-9), δ49.83 (C-13), δ48.44 (C-17), δ40.04(C-8), δ38.78 (C-4), δ38.42 (C-1), δ37.23 (C-10), δ35.03(C-7), δ32.87 (C-15), δ32.46 (C-11), δ31.74 (C-22),δ28.84 (C-27), δ28.27 (C-23), δ27.78 (C-28), δ27.33 (C-2),δ27.02(C-26), δ25.57(C-21), δ23.68(C-16), δ18.47(C-6)，δ18.38(C-30), δ16.89 (C-19),δ16.45 (C-29), δ15.55 (C-18)。化合物Ⅱ的13C NMR中170-180位移处均有两个峰，按照各类化合物13C化学位移可知此处是羧基与酯键的位置，可以判断在拟人参皂苷元DQ上加入了邻苯二甲酸酐，通过与拟人参皂苷元DQ的谱图作对比，确定化合物Ⅱ的化学结构式如图2-B。

4.3 化合物Ⅲ的结构鉴定

化 合 物Ⅲ正 离 子 ESI-MS（m/z）：575.39[M＋H]＋，推断该化合物的相对分子质量为574.39，结合13C-NMR和1H-NMR图，确定化合物Ⅲ的分子式为C34H54O7。结合化合物Ⅲ的13C化学位移与Chemdraw模拟，确定某些基团位置，以此推测化新化合物的结构。13C NMR (126 MHz, Pyr)δ168.09(C-34),δ165.79(C-31),δ132.20(C-32),δ128.66(C-33),δ86.45(C-24),δ85.40(C-20),δ81.55(C-3),δ70.77(C-12),δ70.05(C-25),δ55.96(C-5),δ51.89(C-14),δ50.30(C-9),δ49.51(C-13),δ48.12(C-17),δ39.71(C-8),δ38.41(C-4),δ37.97(C-1),δ36.87(C-10),δ34.69(C-7),δ32.54(C-15),δ32.13(C-11),δ31.44(C-22),δ28.51(C-27),δ27.76(C-23),δ27.46(C-28),δ27.01(C-2),δ26.70(C-26),δ25.26(C-21),δ23.46(C-16),δ18.14(C-6),δ18.05(C-30),δ16.49(C-19),δ16.15(C-29),δ15.23(C-18)。化合物Ⅲ的13C NMR中170-180位移处均有两个峰，按照各类化合物13C化学位移可知此处是羧基与酯键的位置，可以判断在拟人参皂苷元DQ上加入了顺丁烯二酸酐，通过与拟人参皂苷元DQ的谱图作对比，确定化合物Ⅲ的化学结构式如图2-C。

4.4 化合物Ⅳ的结构鉴定

化 合 物Ⅳ正 离 子 ESI-MS（m/z）：591.42[M＋H]＋，推断该化合物的相对分子质量为590.42，结合13C-NMR和1H-NMR图，确定化合物Ⅳ的分子式为C35H58O7。结合化合物Ⅳ的13C化学位移与Chemdraw模拟，确定某些基团位置，以此推测化新化合物的结构。13C NMR (126 MHz,Pyr) δ175.52(C-35),δ173.01(C-31),δ86.78(C-24),δ85.72(C-20),δ80.61(C-3),δ71.11(C-12), δ70.38(C-25),δ56.17(C-5),δ52.22(C-14),δ50.65(C-9),δ49.84(C-13),δ48.45(C-17),δ40.04(C-8),δ38.72(C-4),δ38.17(C-1),δ37.22(C-10),δ35.03(C-34),δ34.24(C-32),δ34.06(C-7),δ32.87(C-15),δ32.47(C-11),δ31.76(C-22),δ28.84(C-27),δ28.15(C-23),δ27.78(C-28),δ27.32(C-2),δ27.03(C-26),δ25.58(C-21),δ24.08(C-16),δ21.33(C-33),δ18.50(C-6),δ18.39(C-30),δ16.80(C-19),δ16.54(C-29),δ15.57(C-18)。化合物Ⅳ的13C NMR中170-180位移处均有两个峰，按照各类化合物13C化学位移可知此处是羧基与酯键的位置，可以判断在拟人参皂苷元DQ上加入了戊二酸酐，通过与拟人参皂苷元DQ的谱图作对比，确定化合物Ⅳ的化学结构式如图2-D。

图2 拟人参皂苷元DQ 4种羧酸衍生物的化学结构式

5 溶解度实验

根据2015版药典规定，进行溶解度实验，称取研成细粉的供试品或量取液体供试品，于25°C ±2°C-定容量的溶剂中，每隔5分钟强力振摇30秒钟；观察30分钟内的溶解情况，如无目视可见的溶质颗粒或液滴时，即视为完全溶解。

经过溶解度检测，五种化合物溶解度实验结果见表1。

表1 五种化合物的溶解情况

6 讨论与结论

水溶性低不仅会使拟人参皂苷元DQ难以制成注射剂，在药物进入体内后的分布，代谢等药代动力学方面都会收到影响，水溶性很差也会使拟人参皂苷元DQ在体内的生物利用度较低，使拟人参皂苷元DQ虽然有很好的要药理活性，但却无法在临床上完全发挥出它的价值。本实验利用改变分子上的羟基，使羟基与酸反应生成酯键，并且四种酸都是环状酸，在反应中均会发生开环反应，使拟人参皂苷元DQ上不仅能够加入酯键，还能加入羧酸。羧酸也会使化合物的水溶性提高，并且羧酸与甲酸钠反应可以成羧酸盐，能够更好的改善拟人参皂苷元DQ的水溶性，并且与加入助溶剂相比，这种方法更加安全，可靠。通过本文的相关研究，为进一步深入研究拟人参皂苷元DQ的药理活性和制剂开发奠定了基础，也为改变人参皂苷水溶性的方法提供了新思路。