毛大丁草化学成分的研究
2021-11-25赵晨旭孙彦君黄云峰邹忠梅
赵晨旭, 高 哈, 孙彦君, 黄云峰, 张 涛, 邹忠梅
(1.河南中医药大学,河南 郑州 450046;2.中国医学科学院&北京协和医学院,药用植物研究所,北京 100193;3.广西中医药研究院中药资源研究所,广西 南宁 530022)
毛大丁草GerberapiloselloidesCass.为菊科大丁草属植物,该属植物在全球约80种,主要分布在非洲,次为亚洲东部[1],我国约有20种,主要分布于云南、西藏、广西等省区。毛大丁草是傣族、白族、彝族等14个民族的常用药,具有宣肺止咳、发汗利水、行气活血的功效,主治伤风咳嗽、腹水胀痛、跌打损伤等症[2-3],同时它是多种验方和民族药配方(如“骨痨汤”“吉贝咳喘汤”等)的重要组成[4]。此外,壮族、侗族等将该植物作为香料,用以烹制肉类;苗族、水族将毛大丁草研磨与三叉苦根茎混合使用制作酒曲,用以发酵酿酒,以此提升酒的味道[5]。国内外对毛大丁草的化学成分研究的报道表明其主要含有香豆素类、萜类、黄酮类、甾醇类等,但已有成分研究多侧重于挥发油类成分的GC-MS分析[6],现代药理研究表明该植物具有抗肿瘤、血管舒张、抗氧化、镇咳祛痰、提高免疫等多种活性[7-9]。但总体来看目前对其化学成分的研究较少,为丰富该植物中化学成分的结构类型,进一步明确其药效物质基础,指导临床应用,本实验对毛大丁草95%乙醇提取物的化学成分进行系统研究,从其石油醚萃取部位分离得到12个化合物,其中化合物1~4均为光学对映异构体组成的外消旋体,化合物5~8为首次从大丁草属植物中分离得到,化合物9~12为首次从该植物中分离得到,首次报道了化合物1的单晶数据。
1 材料
UV2501紫外分光光度仪(日本Shimadzu公司);Bio-Rad FTS-65A红外光谱仪(美国Bio-Rad公司);Bruker AM 600型核磁共振仪(瑞士Bruker公司);LTQ Orbitrap XL Mass(美国Thermo公司);Waters 2535型semi-PHPLC(配置2489型UV检测器)(美国Waters公司);YMC-Pack ODS-A色谱柱、YMC-Pack ODS-A色谱柱(10 mm× 250 mm,5 μm,日本YMC公司);Chiralpak®IBN-5手性柱(4.6 mm× 250 mm,5 μm,日本Daicel corporation公司);Buchi Heating Both Ⅱ490型旋转蒸发仪(瑞士Buchi公司);柱色谱用硅胶(60~80目、100~200目、200~300目)、薄层色谱用硅胶GF254(青岛海洋化工厂);Sephadex LH-20(瑞典GE Healthcare公司);真空隔膜泵(德国ILMVAC公司);SHB-B型循环水式真空泵(郑州长城科工贸有限公司);JY02S型紫外分析仪(北京君意设备有限公司)。色谱甲醇、乙腈(美国Thermo Fisher公司);常规用试剂均为分析纯(北京化工厂)。
毛大丁草于2019年11月采自广西省玉林市,经广西中医药研究院中药资源研究所黄云峰研究员鉴定为菊科大丁草属植物毛大丁草GerberapiloselloidesCass.干燥全草。标本(SCI-NCL006379-1)现存于中国医学科学院药用植物研究所国家中药化合物库。
2 提取与分离
毛大丁草全草30 kg,粉碎后用95%乙醇加热回流提取2次,每次2 h,合并提取液,减压浓缩得95%乙醇总浸膏2.1 kg,分别用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、水进行萃取,得到石油醚部位Fr.A(171 g)、乙酸乙酯部位Fr.B(1 067 g)、正丁醇部位Fr.C(287 g)、水部位Fr.D(343 g)。
取石油醚部位Fr.A(171 g)进行硅胶柱分离,以石油醚-二氯甲烷(100∶0~0∶100)梯度洗脱,通过TLC合并相似成分得到Fr.A1(63 g)、Fr.A2(45 g)、Fr.A3(28 g)共3个流分。Fr.A3(28 g)经硅胶柱,以石油醚-二氯甲烷(10∶0~0∶10)梯度洗脱,通过TLC合并得到Fr.A3.1(2.6 g)、Fr.A3.2(1.6 g)、Fr.A3.3(2.4 g)、Fr.A3.4(1.4 g)、Fr.A3.5(12 g)共5个亚组分。Fr.A3.1经Sephadex LH-20 CH3OH-CH2Cl2(3∶7)洗脱,经重结晶得化合物5(200 mg)、8(51 mg);Fr.A3.2重结晶得化合物12(150 mg);Fr.A3.3经Sephadex LH-20 CH3OH-CH2Cl2(1∶1)洗脱,重结晶得化合物6(83 mg)、7(300 mg);Fr.A3.4经HPLC制备(85%甲醇)得到Fr.A3.4.1~A3.4.5共5个组分,Fr.A3.4.3(300 mg)在二氯甲烷-甲醇(1∶1)的溶剂中析出晶体,得化合物4(120 mg),经手性柱正己烷-异丙醇(90∶10)分析可得到一对对映异构体4a/4b;Fr.A3.4.4(220 mg)经HPLC制备(70%乙腈)及重结晶纯化得化合物2(45 mg);经手性柱正己烷-异丙醇(80∶20)分析可得到一对对映异构体2a/2b;Fr.A3.4.5(60 mg)通过HPLC半制备(70%乙腈)分离纯化得化合物3(3 mg),经手性柱正己烷-异丙醇(85∶15)分析可得到一对对映异构体3a/3b。Fr.A3.5(12 g)经硅胶柱以石油醚-乙酸乙酯系统(100∶0~1∶1)洗脱,经TLC合并得到Fr.A3.5.1~A3.5.9,Fr.A3.5.1(300 mg)经HPLC半制备(70%乙腈)及重结晶得化合物1(10 mg),经手性柱正己烷-异丙醇(90∶10)分析可得到一对对映异构体1a/1b;Fr.A3.5.4(600 mg)经HPLC制备(85%甲醇)及 HPLC半制备(77%乙腈)分离纯化得化合物9(33 mg);Fr.A3.5.5(400 mg)经HPLC半制备(65%乙腈)分离纯化得化合物10(7 mg)、11(12 mg)。
3 结构鉴定
化合物1:白色方晶(二氯甲烷-甲醇)。HR-ESI-MSm/z:311.163 2[M + H]+(理论值311.164 7),提示化合物分子式C20H22O3。1H-NMR(500 MHz,Chloroform-d)δ:7.00(1H,d,J=7.4 Hz,H-6),7.31(1H,dd,J=8.2,7.4 Hz,H-7),7.16(1H,d,J=8.2 Hz,H-8),3.03(1H,d,J=9.5 Hz,H-9),2.66(1H,dd,J=9.5,7.5 Hz,H-10),1.82(1H,m,H-12a),2.06(1H,m,H-12b),1.64(1H,m,H-13a),1.77(1H,m,H-13b),2.45(1H,t,J=7.5 Hz,H-14),2.71(3H,s,16-CH3),1.52(3H,s,17-CH3),1.42(3H,s,18-CH3),0.88(3H,s,19-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:163.2(C-2),103.3(C-3),161.6(C-4),115.2(C-4a),136.8(C-5),127.4(C-6),130.5(C-7),115.2(C-8),154.0(C-8a),36.3(C-9),37.7(C-10),86.6(C-11),39.7(C-12),26.1(C-13),47.0(C-14),39.6(C-15),23.7(C-16),27.5(C-17),33.9(C-18),17.7(C-19)。以上数据与文献[10]报道基本一致,对化合物1进行旋光测定,其值接近于0,表明化合物1为外消旋体,用手性柱对其分析,得到一对对映异构体(1a/1b),比例为1∶1,故鉴定为gerbeloid 11a/11b。尽管gerbeloid 11a和11b的相对构型和绝对构型已通过NOESY和圆二色谱(CD)确定,但单晶数据未有报道。本文首次报道其混晶数据。
所获晶体为斜方晶(0.29 mm×0.25 mm×0.23 mm),培养溶剂为二氯甲烷-甲醇(1∶1),晶体数据为C20H22O3,M=310.38,T=111.4 K,空间群是P-1,晶胞参数a=9.330 4(5)Å,b=9.822 3(6)Å,c=9.846 4(5)Å,α=107.981(5)°,β=106.435(5)°,γ=101.815(5)°,V=779.90(7)Å3,Z=2,ρ=1.322 mg/mm3,μ(Cu Kα)=0.699 mm-1;最终一致因子[I>2σ(I)]:R1=0.044 3,和wR2=0.123 8;一致性因子R1=0.046 5,wR2=0.126 0;Flack参数为N。最后,单晶数据提交保存至Cambridge Crystallo-graphic Data Centre(CCDC)数据库,CCDC号为2071358。
图1 化合物1的X衍射线晶体结构
化合物2:黄色油状。HR-ESI-MSm/z:311.163 4[M + H]+(理论值311.164 7),提示化合物分子式C20H22O3。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:6.97(1H,d,J=7.5 Hz,H-6),7.29(1H,dd,J=8.3,7.5 Hz,H-7),7.08(1H,d,J=8.3 Hz,H-8),3.48(1H,dd,J=6.0,4.8 Hz,H-9),6.31(1H,dq,J=4.8,1.2 Hz,H-10),1.89(1H,m,H-12a),1.94(1H,m,H-12b),1.35(1H,m,H-13a),1.87(1H,m,H-13b),1.71(1H,ddd,J=12.0,6.0,3.0 Hz,H-14),2.79(3H,s,16-CH3),1.63(3H,s,17-CH3),1.45(3H,s,18-CH3),1.35(3H,s,19-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:160.4(C-2),99.2(C-3),180.4(C-4),121.4(C-4a),140.4(C-5),127.5(C-6),131.3(C-7),115.0(C-8),154.3(C-8a),30.2(C-9),120.7(C-10),134.1(C-11),29.6(C-12),20.2(C-13),40.1(C-14),83.2(C-15),22.5(C-16),23.4(C-17),25.4(C-18),25.1(C-19)。以上数据与文献[10]报道基本一致,对化合物2进行旋光测定,其值接近于0,表明化合物2为外消旋体,用手性柱对其分析,得到一对对映异构体(2a/2b),比例为1∶1,故鉴定为gerbeloid 5a/5b。
化合物3:黄色油状。HR-ESI-MSm/z:311.163 5[M + H]+(理论值311.164 7),提示化合物分子式C20H22O3。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:6.97(1H,d,J=7.5 Hz,H-6),7.29(1H,dd,J=8.3,7.5 Hz,H-7),7.12(1H,d,J=8.3 Hz,H-8),3.45(1H,t,J=6.0 Hz,H-9),6.28(1H,dq,J=6.0,1.2 Hz,H-10),1.96(1H,m,H-12a),2.02(1H,m,H-12b),1.37(1H,m,H-13a),1.94(1H,m,H-13b),1.81(1H,ddd,J=12.0,6.0,3.0 Hz,H-14),2.66(3H,s,16-CH3),1.69(3H,s,17-CH3),1.55(3H,s,18-CH3),1.38(3H,s,19-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:162.2(C-2),103.3(C-3),160.6(C-4),115.1(C-4a),136.7(C-5),127.3(C-6),130.4(C-7),114.9(C-8),153.8(C-8a),30.9(C-9),120.5(C-10),135.1(C-11),29.9(C-12),20.5(C-13),39.5(C-14),80.4(C-15),23.6(C-16),23.6(C-17),25.9(C-18),25.3(C-19)。以上数据与文献报道[10]基本一致,对化合物3进行旋光测定,其值接近于0,表明化合物3为外消旋体,用手性柱对其分析,得到一对对映异构体(3a/3b),比例为1∶1,故鉴定为gerbeloid 6a/6b。
化合物4:黄色油状。HR-ESI-MSm/z:311.163 2[M + H]+(理论值311.164 7),提示化合物分子式C20H22O3。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:7.05(1H,d,J=7.5 Hz,H-6),7.36(1H,t,J=8.3,7.5 Hz,H-7),7.15(1H,d,J=8.3 Hz,H-8),3.23(1H,dd,J=10.8,7.2 Hz,H-9),6.34(1H,dq,J=7.2,1.8 Hz,H-10),2.17(2H,m,H-12),1.45(1H,m,H-13a),1.86(1H,m,H-13b),1.71(1H,ddd,J=12.6,10.8,2.4 Hz,H-14),2.86(3H,s,16-CH3),1.68(3H,s,17-CH3),1.53(3H,s,18-CH3),1.25(3H,s,19-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:162.0(C-2),98.6(C-3),180.1(C-4),121.7(C-4a),140.7(C-5),127.7(C-6),131.4(C-7),115.1(C-8),154.6(C-8a),32.7(C-9),122.2(C-10),133.6(C-11),31.4(C-12),24.5(C-13),45.9(C-14),85.1(C-15),22.7(C-16),23.2(C-17),27.0(C-18),20.1(C-19)。以上数据与文献[10]报道基本一致,对化合物4进行旋光测定,其值接近于0,表明化合物4为外消旋体,用手性柱对其分析,得到一对对映异构体(4a/4b),比例为1∶1,故鉴定为gerbeloid 7a/7b。
化合物5:白色针晶(二氯甲烷-甲醇)。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:0.88(3H,d,J=7.3 Hz,23-CH3),0.73(3H,s,24-CH3),0.87(3H,s,25-CH3),1.01(3H,s,26-CH3),1.05(3H,s,27-CH3),1.18(3H,s,28-CH3),1.00(3H,s,29-CH3),0.95(3H,s,30-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:22.3(C-1),41.5(C-2),29.7(C-3),58.2(C-4),42.1(C-5),41.3(C-6),18.2(C-7),53.1(C-8),37.4(C-9),59.4(C-10),35.6(C-11),30.5(C-12),39.7(C-13),38.3(C-14),32.7(C-15),36.0(C-16),30.0(C-17),42.8(C-18),35.3(C-19),28.2(C-20),32.4(C-21),39.2(C-22),6.8(C-23),14.6(C-24),17.9(C-25),20.2(C-26),18.6(C-27),32.1(C-28),31.8(C-29),35.0(C-30)。以上数据与文献[11]报道基本一致,故鉴定为木栓烷。
化合物6:白色针晶(二氯甲烷-甲醇)。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:4.48(1H,dd,J=11.0,5.3 Hz,H-3),2.05(3H,s,-CH3CO),0.85(6H,s,23,28-CH3),0.83(6H,s,24,28-CH3),1.03(3H,s,27-CH3),0.97(3H,d,J=6.8 Hz,29-CH3),0.91(3H,d,J=6.8 Hz,30-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:38.6(C-1),23.8(C-2),81.1(C-3),37.9(C-4),55.5(C-5),18.4(C-6),33.5(C-7),41.8(C-8),50.9(C-9),37.2(C-10),21.5(C-11),24.1(C-12),49.4(C-13),42.1(C-14),31.9(C-15),20.2(C-16),140.0(C-17),49.9(C-18),41.8(C-19),27.6(C-20),136.2(C-21),26.5(C-22),28.1(C-23),16.5(C-24),16.4(C-25),18.4(C-26),15.0(C-27),19.2(C-28),21.4(C-29),22.1(C-30),21.2(CH3CO-),171.2(CH3CO-)。以上数据与文献[12]报道基本一致,故鉴定为hop-17(21)-en-3β-yl acetate。
化合物7:白色针晶(二氯甲烷-甲醇)。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:4.68(1H,d,J=2.0 Hz,H-29a),4.61(1H,d,J=2.0 Hz,H-29b),3.21(1H,dd,J=11.5,4.8 Hz,H-3),1.68(3H,s,30-CH3),1.02(3H,s,26-CH3),0.97(3H,s,23-CH3),0.94(3H,s,27-CH3),0.82(3H,s,25-CH3),0.79(3H,s,28-CH3),0.72(3H,s,24-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:38.9(C-1),29.9(C-2),79.2(C-3),39.0(C-4),55.4(C-5),18.5(C-6),34.4(C-7),41.0(C-8),50.6(C-9),37.3(C-10),21.1(C-11),25.3(C-12),38.2(C-13),43.0(C-14),27.6(C-15),35.7(C-16),43.2(C-17),48.4(C-18),48.1(C-19),151.1(C-20),30.0(C-21),40.2(C-22),28.1(C-23),15.5(C-24),16.3(C-25),16.1(C-26),14.7(C-27),18.2(C-28),109.5(C-29),19.5(C-30)。以上数据与文献[13]报道基本一致,故鉴定为羽扇豆醇。
化合物8:白色粉末。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:2.32(2H,dd,J=7.6 Hz,H-2),1.64(2H,m,H-3),1.26(24H,brs)为一系列CH2质子信号,0.88(3H,t,J=7.1 Hz,16-CH3),8.56(1H,brs,-COOH);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:178.3(C-1),41.0(C-2),34.0(C-3),32.1(C-4),29.7(C-5),29.7(C-6),29.6(C-7),29.6(C-8),29.5(C-9),29.4(C-10),29.3(C-11),29.2(C-12),29.1(C-13),24.9(C-14),22.8(C-15),14.3(C-16)。以上数据与文献[14]报道基本一致,故鉴定为十六烷酸。
化合物9:黄色油状。HR-ESI-MSm/z:311.163 9[M-H]-(理论值311.164 7),提示化合物分子式C20H24O3。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:6.97(1H,d,J=7.5 Hz,H-6),7.32(1H,t,J=8.3,7.5 Hz,H-7),7.13(1H,d,J=8.3 Hz,H-8),4.85(1H,q,J=6.6 Hz,H-9),1.68(1H,m,H-11a),1.88(1H,m,H-11b),1.90(1H,m,H-12a),2.00(1H,m,H-12b),5.06(1H,t,J=6.6 Hz,H-13),2.62(3H,s,15-CH3),1.42(3H,d,J=6.6 Hz,16-CH3),1.27(3H,s,17-CH3),1.60(3H,s,18-CH3),1.53(3H,s,19-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:166.6(C-2),109.2(C-3),160.1(C-4),112.2(C-4a),136.3(C-5),126.1(C-6),131.4(C-7),114.7(C-8),156.0(C-8a),89.1(C-9),46.3(C-10),38.2(C-11),23.5(C-12),123.8(C-13),131.8(C-14),21.4(C-15),15.9(C-16),19.1(C-17),25.7(C-18),17.6(C-19)。以上数据与文献[15]报道基本一致,故鉴定为cycloisobrachycoumarin。
化合物10:无色油状。HR-ESI-MSm/z:285.184 7[M-H]-(理论值285.185 5),提示化合物分子式C19H26O2。1H-NMR(500 MHz,Chloroform-d)δ:2.97(2H,t,J=7.0 Hz,H-3),6.72(1H,d,J=7.5 Hz,H-6),7.25(1H,dd,J=8.3,7.5 Hz,H-7),6.82(1H,d,J=8.3 Hz,H-8),11.59(1H,brs,8a-OH),2.58(3H,s,9-CH3),2.44(2H,q,J=7.0 Hz,H-1′),5.13(1H,tq,J=7.0,1.1 Hz,H-2′),1.97(2H,dd,J=8.0,5.0 Hz,H-4′),2.06(2H,m,H-5′),5.07(1H,tq,J=7.0,1.4 Hz,H-6′),1.67(3H,s,8′-CH3),1.59(3H,s,9′-CH3),1.63(3H,s,10′-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:44.7(C-3),208.8(C-4),122.5(C-4a),138.8(C-5),122.5(C-6),134.2(C-7),116.5(C-8),161.9(C-8a),24.4(C-9),23.5(C-1′),123.3(C-2′),136.9(C-3′),39.8(C-4′),26.7(C-5′),124.3(C-6′),131.6(C-7′),25.8(C-8′),17.8(C-9′),16.2(C-10′)。以上数据与文献[16]报道基本一致,故鉴定为mutisiphenone A。
化合物11:黄色油状。HR-ESI-MSm/z:285.185 0[M-H]-(理论值285.185 5),提示化合物分子式C19H26O2。1H-NMR(500 MHz,Chloroform-d)δ:2.97(2H,dd,J=23.4,15.2 Hz,H-3),6.71(1H,d,J=7.5 Hz,H-6),7.21(1H,dd,J=8.3,7.5 Hz,H-7),6.79(1H,d,J=8.3 Hz,H-8),10.38(1H,brs,8a-OH),2.52(3H,s,9-CH3),4.96(2H,ddd,J=17.9,10.8,1.0 Hz,H-1′),5.83(1H,dd,J=17.9,10.8 Hz,H-2′),1.49(2H,m,H-4′),1.89(2H,q,J=7.5 Hz,H-5′),5.05(1H,tq,J=7.5,1.5 Hz,H-6′),1.15(3H,s,8′-CH3),1.65(3H,s,9′-CH3),1.56(3H,s,10′-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:53.5(C-3),208.6(C-4),125.1(C-4a),137.7(C-5),123.2(C-6),133.5(C-7),116.0(C-8),159.6(C-8a),23.9(C-9),112.1(C-1′),145.9(C-2′),41.0(C-3′),41.1(C-4′),23.0(C-5′),124.5(C-6′),131.7(C-7′),23.5(C-8′),25.8(C-9′),17.7(C-10′)。以上数据与文献[17]报道基本一致,故鉴定为norbrachycourmarin。
化合物12:白色针晶(二氯甲烷-甲醇)。1H-NMR(600 MHz,Chloroform-d)δ:1.18(3H,s,28-CH3),1.05(3H,s,27-CH3),1.00(6H,s,26,29-CH3),0.95(3H,s,23-CH3),0.88(3H,s,30-CH3),0.87(3H,s,25-CH3),0.72(3H,s,24-CH3);13C-NMR(150 MHz,Chloroform-d)δ:22.4(C-1),41.7(C-2),213.4(C-3),58.3(C-4),42.3(C-5),41.4(C-6),18.8(C-7),53.2(C-8),37.6(C-9),59.6(C-10),35.5(C-11),28.3(C-12),39.4(C-13),38.4(C-14),30.6(C-15),36.1(C-16),32.5(C-17),42.9(C-18),35.7(C-19),30.1(C-20),32.9(C-21),39.8(C-22),14.8(C-23),7.0(C-24),18.4(C-25),18.1(C-26),20.4(C-27),31.9(C-28),35.2(C-29),32.2(C-30)。以上数据与文献[17]报道基本一致,故鉴定为木栓酮。
4 讨论
本实验对毛大丁草全草的石油醚部位进行分离鉴定,得到12个化合物,其中,4个化合物为首次从该植物中分离得到,化合物9~12为首次从该植物中分离得到。香豆素类为大丁草属植物的特征性成分,该类化合物具有良好的抗癌、抗菌、降糖、抗氧化、抗病毒、抗HIV等药理活性[18]。化合物1~4显示有降糖的活性,可能与α-葡萄糖苷酶和PTP1B的抑制活性相关[10]。此外,推测毛大丁草石油醚部位可能含有较多如1~4类型香豆素类化合物,均为一对光学异构体组成的外消旋体,需用相关手性柱做进一步的手性拆分,以确定其绝对构型。鉴于其化学成分的复杂性和药理活性的多样性,需要做深入的植物化学研究,以期发现更多结构新颖的化合物,为后续展开相关生物活性研究提供物质基础,也为该植物资源的开发利用提供重要的科学依据。