杜會(huì)靜,史海明,王夢月,彭崇勝,李曉波
上海交通大學(xué)藥學(xué)院,上海 200240
土木香(Inula helenium L.)系菊科旋覆花屬多年生草本植物,主產(chǎn)于我國河北,浙江、山西、陜西、甘肅、河南、四川及新疆等地亦產(chǎn)[1],目前也有人工栽培;土木香根(Radix Inulae L.)供藥用,具有健脾和胃,行氣止痛之功效,用于治療胸肋及脘腹脹痛、嘔吐瀉痢、胸肋挫傷、岔氣作痛、胎動(dòng)不安等癥[2]。
從20世紀(jì)60年代開始,國內(nèi)外學(xué)者對土木香進(jìn)行的化學(xué)成分研究結(jié)果表明,其主要含倍半萜類成分;現(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)其提取物以及部分化合物具有治療心血管、糖尿病以及抗過敏和抗真菌等多種活性[3]。Konishi等人在對從土木香中分離得到的7個(gè)倍半萜類化合物進(jìn)行體外抑制細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),這些化合物可以顯著抑制MK-1、HeLa和B16F10細(xì)胞株的增殖,并推測11,13-去氫內(nèi)酯基團(tuán)與其抗腫瘤活性有關(guān)系[4]。Spiridonov等人在研究俄羅斯民族藥用植物和植物提取物時(shí)發(fā)現(xiàn),土木香根的乙醇提取物及土木香內(nèi)酯和異土木香內(nèi)酯對淋巴瘤細(xì)胞Raji增殖有顯著的抑制作用[5]。于峰、李勇等人在研究土木香中不同結(jié)構(gòu)的倍半萜類化合物抑制腫瘤細(xì)胞增殖活性發(fā)現(xiàn),異土木香內(nèi)酯對U251SP細(xì)胞、HLE細(xì)胞和MM1-CB等腫瘤細(xì)胞增殖顯示較強(qiáng)的抑制活性[6,7]。
基于此,本文以從土木香根中分離得到的異土木香內(nèi)酯和土木香內(nèi)酯為原料進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾,采用體外抑制人肝癌細(xì)胞(HepG2細(xì)胞)增殖實(shí)驗(yàn)對得到的結(jié)構(gòu)修飾產(chǎn)物進(jìn)行活性研究,初步探討這些衍生物結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系,為進(jìn)一步研究開發(fā)土木香提供理論指導(dǎo)。
Waters Q-TOF MS Premier型質(zhì)譜儀;Bruker AM-400型核磁共振儀測定,TMS為內(nèi)標(biāo);XT顯微熔點(diǎn)儀測定,溫度未經(jīng)校正。
青島海洋化工公司GF254薄層色譜硅膠;所用試劑及溶劑均為分析純或化學(xué)純。
在實(shí)驗(yàn)室前期研究基礎(chǔ)上[8,9]得到土木香內(nèi)酯和異土木香內(nèi)酯的混合物粗品60 g,經(jīng)10%硝酸銀硅膠柱層析,石油醚:丙酮 (100∶3~100∶10)溶劑系統(tǒng)梯度洗脫,得化合物1(白色固體,35 g)和化合物2(白色固體,20 g)。
化合物 1:1H NMR(CDCl3)δ:6.13(1H,d,J=2.0 Hz,H-13),5.58(1H,d,J=2.0 Hz,H-13),4.76(1H,d,J=1.6 Hz,H-15),4.49(1H,m,H-8),4.44(1H,d,J=1.6 Hz,H-15),2.97(1H,m,H-7),2.34(1H,m,H-5),2.20(1H,m,H-9),2.00(1H,m,H-6),1.48 ~1.62(6H,m,H-1,H-2,H-3),1.39(1H,m,H-9),1.25(1H,m,H-6),0.83(3H,s,14-CH3),以上數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[10]一致,故化合物 1 鑒定為異土木香內(nèi)酯。
化合物 2:1H NMR(CDCl3)δ:6.20(d,1H,J=2.0 Hz,H-13),5.61(d,1H,J=2.0 Hz,H-13),5.15(d,1H,J=4.4 Hz,H-6),4.82(m,1H,H-8),3.58(m,1H,H-7),2.45(m,1H,H-4),2.11(dd,1H,J=2.8,2.8 Hz,H-9),1.54(m,1H,H-9),1.41 ~ 1.42(m,6H,H-1,H-2,H-3),1.20(s,3H,14-CH3),1.09(d,3H,J=7.6 Hz,15-CH3),以上數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[10]一致,故化合物2鑒定為土木香內(nèi)酯。
以從土木香根中分離得到兩個(gè)化合物異土木香內(nèi)酯(1)和土木香內(nèi)酯(2)作為起始化合物,分別經(jīng)還原、環(huán)氧化、加成、雙鍵轉(zhuǎn)移反應(yīng),合成得到11個(gè)倍半萜內(nèi)酯類衍生物。結(jié)構(gòu)修飾路線見圖1。
1.4.1 11α,13-二氫異土木香內(nèi)酯 (1a)和 11α,13-二氫土木香內(nèi)酯(2a)的制備
圖1 結(jié)構(gòu)修飾路線Fig.1 Synthetic routes of structural modification
異土木香內(nèi)酯232 mg(1 mmol),NiCl2·6H2O 48 mg(0.15 mmol),NaBH475 mg(2 mmol)和無水甲醇5 mL加至10 mL兩口瓶中,攪拌,室溫反應(yīng)。TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液以飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)至中性,以乙酸乙酯萃取三次,合并有機(jī)相。有機(jī)相經(jīng)水洗、干燥后,除去溶劑,殘余物經(jīng)10%AgNO3硅膠柱層析分離得到白色固體 (1a)198 mg,收率 85.3%,Rf=0.48,展開劑:石油醚-丙酮 (3∶1)。
以土木香內(nèi)酯為原料,采用相同的方法合成11α,13-二氫土木香內(nèi)酯 (2a)189 mg,收率 81.5%,Rf=0.48,展開劑:石油醚-丙酮 (3∶1)。
1.4.2 4,15β-環(huán)氧異土木香內(nèi)酯 (1b)和5α,6α-環(huán)氧土木香內(nèi)酯(2b)的制備
異土木香內(nèi)酯 60 mg(0.25 mmol),m-CPBA 115 mg(0.66 mmol)和三氯甲烷5 mL至10 mL兩口瓶中,攪拌,室溫反應(yīng)。TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液分別以5%NaHCO3溶液、飽和氯化鈉溶液各洗三次,水洗,無水硫酸鈉干燥,除去溶劑,殘余物經(jīng)柱層析分離得到白色固體(1b)43 mg,收率71.6%,Rf=0.52,展開劑:石油醚-丙酮 (3∶1)。
以土木香內(nèi)酯為原料,采用相同的方法合成5α,6α-環(huán)氧土木香內(nèi)酯 (2b)169.3 mg,收率 83.2%,Rf=0.54,展開劑:石油醚-丙酮 (3∶1)。
1.4.3 13β甲氧基甲基異土木香內(nèi)酯 (1c)和13α甲氧基甲基異土木香內(nèi)酯(1d)的制備
異土木香內(nèi)酯58 mg(0.25 mmol),NaOMe 27 mg(0.50 mmol),甲醇5 mL 至10 mL 兩口瓶中,攪拌,室溫反應(yīng)。TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸去反應(yīng)液中甲醇,以乙酸乙酯萃取三次,合并有機(jī)相。有機(jī)相水洗,無水硫酸鈉干燥后,除去溶劑,殘余物以薄層制備板分離,得到白色固體(1c)21 mg和白色固體 (1d)18 mg,收率分別為36.2%和31.0%,Rf(1c)=0.65,Rf(1d)=0.60,展開劑:石油醚-丙酮 (3∶1)。
化合物1c和1d僅從1H NMR中難以區(qū)別11位氫的空間立體結(jié)構(gòu),本文又分別對兩個(gè)化合物進(jìn)行了NOE測試加以區(qū)分。通過照射13位氫信號(hào),化合物1c中14位甲基有增益,確定其11位氫為α構(gòu)型;化合物1d中14位甲基未見增益,故確定其11位氫為β構(gòu)型(構(gòu)型見圖1)。
以土木香內(nèi)酯為原料,采用相同的方法合成13β甲氧基甲基土木香內(nèi)酯 (2c)19 mg和13α甲氧基基土木香內(nèi)酯 (2d)9 mg,收率分別為32.8%和17.2%,Rf(2c)=0.65,Rf(2d)=0.60,展開劑:石油醚-丙酮(3∶1)。NOE測試方法確定兩者立體結(jié)構(gòu),確定化合物2c的11位氫為α構(gòu)型,確定化合物2d的11位氫為β構(gòu)型(構(gòu)型見圖1)。其中化合物2d未見有文獻(xiàn)報(bào)道。
1.4.4 Alloalantolactone(2e)的制備
土木香內(nèi)酯50 mg(0.22 mmol),三氟醋酸5 mL,三氯甲烷5 mL至20 mL兩口瓶中,室溫?cái)嚢璺磻?yīng)。TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后向體系中加適量水,以飽和碳酸氫鈉溶液中和,三氯甲烷萃取三次,合并有機(jī)相,水洗,無水硫酸鈉干燥,除去溶劑,薄層制備板分離得到無色油狀物(2e)15 mg,收率20%,Rf=0.65,展開劑:石油醚-丙酮 (3∶1)。
1.4.5 5,8a-dimethyl-3-methylene-3a,7,8,8a,9,9ahexahydro-3H Naphtho[2,3-b]furan-2-one(2f)和 4-Hydroxy-4a,5-dimethyl-3-methylene-3a,4,4a,5,6,7,9,9a-octahydro-3H Naphtho[2,3-b]furan-2-one(2g)的制備
5α,6α-環(huán)氧土木香內(nèi)酯 (2b)45 mg,20% 草酸10 mL至于20 mL兩口瓶中,回流攪拌反應(yīng)。TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液冷卻至室溫,以飽和碳酸氫鈉溶液中和,三氯甲烷萃取三次,合并有機(jī)相,水洗,無水硫酸鈉干燥,除去溶計(jì)算值劑,殘余物以薄層制備板分離得到白色固體 (2f)10 mg和無色晶體 (2g)9 mg,收率分別為22.2%和20.0%,Rf(2f)=0.65,Rf(2g)=0.60,展開劑:石油醚-丙酮 (3∶1)。
化合物1a mp/℃:134.0~136.5;HRESI-MS m/z[M+H]+:235.1702(理論值:235.1698);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:4.78(1H,d,J=1.5 Hz,H-15a),4.48(2H,d,J=1.5 Hz,H-15b,H-8),2.79(1H,m,H-11),2.39(1H,m,H-7),2.38(1H,m,H-5),2.17(1H,dd,J=16,16 Hz,H-9),1.99(1H,m,H-6),1.44(1H,dd,J=4.5,4.5 Hz,H-9),1.09 ~1.63(6H,m,H-1,H-2,H-3),1.21(3H,d,J=7.2 Hz,13-CH3),1.13(1H,m,H-6),0.80(3H,s,14-CH3)。
化合物1b mp/℃:126.0~128.5;HRESI-MS m/z[M+H]+:249.1488(理論值:249.1491);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:6.06(1H,d,J=4.6 Hz,H-13),5.52(1H,d,J=4.6 Hz,H-13),4.44(1H,m,H-8),2.87(1H,m,H-7),2.63(1H,dd,J=1.2,1.6 Hz,H-15),2.51(1H,d,J=3.6 Hz,H-5),2.16(1H,m,H-15),1.85(1H,m,H-9),1.66(1H,m,H-6),1.09 ~1.69(6H,m,H-1,H-2,H-3),1.31(1H,m,H-9),1.17(1H,m,H-6),0.87(3H,s,14-CH3)。
化合物1c mp/℃:97.0~98.0;HRESI-MS m/z[M+H]+:265.1800(理論值:265.1804);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:4.76(1H,d,J=1.2 Hz,H-15),4.74(1H,m,H-8),4.45(1H,d,J=1.2 Hz,H-15),3.70(1H,m,H-13),3.62(1H,m,H-13),3.35(3H,s,13-OCH3),2.55(1H,m,H-7),2.42(1H,m,H-11),2.33(1H,m,H-5),1.99(1H,m,H-9),1.81(1H,m,H-6),1.30 ~1.61(6H,m,H-1,H-2,H-3),1.26(1H,m,H-9),1.21(1H,m,H-6),0.82(3H,s,14-CH3)。
化合物1d mp/℃:120.0~124.5;HRESI-MS m/z[M+H]+:265.1794(理論值:265.1804);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:4.78(1H,d,J=1.2 Hz,H-15),4.48(2H,m,H-8,H-15),3.77(1H,m,H-13),3.60(1H,m,H-13),3.39(3H,s,13-OCH3),3.07(1H,m,H-7),2.55(1H,m,H-11),2.34(1H,m,H-5),2.17(1H,m,H-9),1.81(1H,m,H-6),1.30 ~1.61(6H,m,H-1,H-2,H-3),1.27(1H,m,H-9),1.22(1H,m,H-6),0.81(3H,s,14-CH3)。
化合物2a mp/℃:120.0~122.5;HRESI-MS m/z[M+K]+:273.1461(理論值:273.1467);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:5.17(1H,d,J=3.0 Hz,H-6),4.74(1H,m,H-8),3.02(1H,m,H-7),2.87(1H,m,H-11),2.49(1H,m,H-4),2.10(1H,dd,J=3.0,3.0 Hz,H-9),1.54-1.58(4H,m,H-2,H-3),1.24(3H,s,14-CH3),1.22(3H,d,J=6.9 Hz,13-CH3),1.20-1.50(3H,m,H-1,H-9),1.13(3H,d,J=7.5 Hz,15-CH3)。
化合物2b mp/℃:150.5~154.0;HRESI-MS m/z[M+H]+:249.1493(理論值:249.1491);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:6.42(1H,d,J=1.0 Hz,H-13),5.79(1H,d,J=1.0 Hz,H-13),4.69(1H,m,H-8),3.69(1H,m,H-7),2.91(1H,d,J=1.0 Hz,H-6),1.91(1H,m,H-9),1.60(1H,m,H-9),1.35 ~1.83(7H,m,H-1,H-2,H-3,H-4),1.14(3H,s,14-CH3),1.09(1H,d,J=5.0 Hz,H-15)。
化合物 2c oil;HRESI-MS m/z[M+H]+:265.1784(理論值:265.1804);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:5.18(1H,d,J=3.6 Hz,H-6),4.87(1H,m,H-8),3.73(1H,m,H-13),3.64(1H,m,H-13),3.36(3H,s,13-OCH3),3.00(1H,m,H-7),2.51(1H,m,H-11),2.45(1H,m,H-4),2.06(1H,dd,J=3.2,3.2 Hz,H-9),1.41 ~ 1.87(6H,m,H-1,H-2,H-3),1.22(3H,s,14-CH3),1.12(1H,m,H-9),1.12(3H,d,J=7.6 Hz,15-CH3)。
化合物 2d oil;HRESI-MS m/z[M+H]+:265.1795(理論值:265.1804);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:5.23(1H,d,J=2.4 Hz,H-6),4.76(1H,m,H-8),3.75(1H,m,H-13a),3.52(1H,m,H-13b),3.40(3H,s,13-OCH3),3.17(2H,m,H-7,H-11),2.51(1H,m,H-4),2.11(1H,dd,J=3.2,3.2 Hz,H-9),1.41 ~1.86(6H,m,H-1,H-2,H-3),1.13(1H,m,H-9),1.23(3H,s,14-CH3),1.14(3H,d,J=7.6 Hz,15-CH3)。
化合物 2e oil;HRESI-MS m/z[M+H]+:233.1536(理論值:233.1542);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:6.24(1H,d,J=2.4 Hz,H-13a),5.60(1H,d,J=1.6 Hz,H-13b),4.49(1H,m,H-8),3.05(1H,m,H-7),2.80(1H,m,H-6),1.96(3H,m,H-6,H-3),1.74(2H,d,J=6.8 Hz,H-9),1.66(3H,s,15-CH3),1.61-1.66(2H,m,H-2),1.47(2H,m,H-1),1.08(3H,s,14-CH3)。
化合物2f mp/℃:108.5~110.5;HRESI-MS m/z[M+H]+:231.1377(理論值:231.1385);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:6.25(1H,d,J=1.6 Hz,H-13),5.69(1H,d,J=1.6 Hz,H-13),5.64(1H,m,H-3),5.34(1H,d,J=4.8 Hz,H-6),4.88(1H,m,H-8),3.76(m,1H,H-7),2.22(1H,dd,J=1.6,2.4 Hz,H-9),2.05(1H,m,H-1),1.60(1H,m,H-9),1.52(1H,d,J=6.4 Hz,H-1),1.37(2H,m,H-2),1.26(3H,s,15-CH3),1.04(3H,s,14-CH3)。
化合物2g mp/℃:100.5~102.5;HRESI-MS m/z[M+H]+:249.1503(理論值:249.1491);1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:6.35(1H,d,J=3.2 Hz,H-13),5.71(1H,d,J=2.4 Hz,H-13),5.64(1H,m,H-1),4.70(1H,m,H-8),4.00(1H,d,J=6.4 Hz,H-6),3.27(1H,m,H-7),2.64(1H,dd,J=7.6,7.6 Hz,H-9),2.27(1H,m,H-9),1.95 ~2.01(3H,m,H-4,H-2),1.49(2H,m,H-3),1.02(3H,d,J=7.8 Hz,15-CH3),0.98(3H,s,14-CH3)。
以HepG2細(xì)胞(人肝癌細(xì)胞)為測試細(xì)胞株,采用MTT法[11],以異土木香內(nèi)酯 (1)和土木香內(nèi)酯(2)為對照組,對11個(gè)目標(biāo)化合物進(jìn)行抗腫瘤活性測定,結(jié)果見表1?;衔?b、2b對HepG2細(xì)胞增殖的抑制活性分別大于起始化合物異土木香內(nèi)酯和土木香內(nèi)酯,其余結(jié)構(gòu)修飾產(chǎn)物抑制HepG2細(xì)胞增殖活性均小于起始化合物,抑制作用大小依次為1b>1 >1a>1c,1d;2b >2 >2f>2g>2e>2a,2c,2d。
表1 結(jié)構(gòu)修飾物對HepG2細(xì)胞的抑制增殖活性Table 1 Inhibitory activities of derivatives of compounds 1 and 2 against HepG2 cancer cells
結(jié)合活性測試結(jié)果,對異土木香內(nèi)酯(1)的修飾可以得出以下結(jié)論:1)11,13-去氫五元內(nèi)酯環(huán)基團(tuán)是抑制腫瘤增殖活性的必需基團(tuán),還原11位雙鍵為單鍵或甲氧甲基均會(huì)導(dǎo)致活性的大幅下降;2)4,15位的雙鍵經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾為環(huán)氧基團(tuán)后抑制腫瘤增殖活性有所增加。對土木香內(nèi)酯(2)的修飾可以得出以下結(jié)論:1)11,13-去氫五元內(nèi)酯環(huán)基團(tuán)是抑制腫瘤增殖活性的必需基團(tuán),任何的改動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致活性的大幅降低,這給我們提示此類化合物修飾的過程中五元不飽和內(nèi)酯環(huán)是不可改變的;2)4,5位的雙鍵變?yōu)榄h(huán)氧基團(tuán)后活性有所增加,但是任何影響雙鍵電子排布的因素都會(huì)導(dǎo)致活性的下降(例如在3位形成與其共軛結(jié)構(gòu)),改變雙鍵為單鍵或雙鍵打開形成6位羥基也會(huì)導(dǎo)致活性大幅下降。
從以上分析可以看出,對于土木香內(nèi)酯類化合物的結(jié)構(gòu)修飾,應(yīng)保留11,13-去氫內(nèi)酯的結(jié)構(gòu),通過修飾3位以及5位的雙鍵使其形成環(huán)氧鍵來增加其抑制腫瘤細(xì)胞增殖活性。這將對今后該類化合物的結(jié)構(gòu)修飾具有一定的指導(dǎo)意義。
從天然產(chǎn)物中尋找生物活性成分并開發(fā)成新藥,或以其為先導(dǎo)化合物經(jīng)過半合成或結(jié)構(gòu)修飾得到更有效的藥物,是新藥研發(fā)的切實(shí)可行的途徑[12]。4,15β-環(huán)氧異土木香內(nèi)酯 (1b)和5α,6α-環(huán)氧土木香內(nèi)酯 (2b)在土木香藥材中含量很低,但具有較好的抗腫瘤細(xì)胞增殖活性,通過本研究可以方便快捷的得到這兩個(gè)化合物,這將為土木香藥材的應(yīng)用開發(fā)提供指導(dǎo)方向。
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