雷 響, 張閩峰, 胡可欣, 柯 宇, 鄭德勇

(福建農(nóng)林大學(xué) 材料工程學(xué)院,福建 福州 350002)

蒽醌類化合物是許多中藥的有效成分,具有抗癌、抗炎、抗菌、抗氧化和抗糖尿病等生物活性。9,10-蒽醌是天然蒽醌類化合物的基本母核,在大黃、虎杖、雷公藤等藥材中均有存在[1]。例如,蘆薈素聯(lián)合低濃度順鉑應(yīng)用具有增強(qiáng)抑制B16-F10惡性黑色素瘤細(xì)胞增殖的作用[2],從雞矢藤莖中分離得到的1, 3-二羥基-2-甲氧基蒽醌和地皮酚可作為治療人和動(dòng)物葡萄球菌感染的前瞻性候選藥物[3],從野燈心草提取的2-羥基-3-甲基蒽醌和1, 8-二羥基- 6-甲氧基-3-甲基蒽醌具有降血糖活性[4]。鑒于蒽醌類化合物在醫(yī)藥及化工領(lǐng)域的重要作用,有研究者開發(fā)了Friedel-Crafts反應(yīng)、Michael反應(yīng)、Diels-Alder反應(yīng)、Heck反應(yīng)、羰-烯反應(yīng)和蒽環(huán)氧化反應(yīng)等合成途徑[5]。目前,國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)蒽醌類化合物的文獻(xiàn)綜述和相關(guān)研究較多的集中在蒽醌液晶相材料方面,并取得了較多成果。Bisoy等[6-8]在微波輔助下利用濃硫酸催化沒食子酸自縮合反應(yīng)合成了六羥基蒽醌(Rufigallol)及其衍生物；而后在堿性條件下將柔性鏈引入Rufigallol結(jié)構(gòu)中,合成了2個(gè)系列的六羥基蒽醌衍生物,均是良好的室溫盤狀液晶。Zhang等[9]合成了2個(gè)新的蒽醌-四苯基乙烯衍生物,其具有六方柱狀中間相,并表現(xiàn)出較低的相變溫度和較寬的中間相溫度范圍,是一種很好的制備新型熒光柱狀液晶的方法。另一方面,多羥基蒽醌衍生物的生物活性也逐漸受到研究者關(guān)注,但是對(duì)蒽醌類化合物抗氧化活性方面的研究鮮見報(bào)道。Winter等[10]研究了一系列多羥基蒽醌類化合物對(duì)惡性瘧原蟲的抑制活性,結(jié)果表明：Rufigallol具有最有效的抑制惡性瘧原蟲活性的作用,為Rufigallol作為一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)的抗瘧藥物提供了支持。沒食子酸是五倍子的主要有效成分,結(jié)構(gòu)中含有的3個(gè)毗鄰酚羥基使其具有廣泛生物活性,對(duì)其結(jié)構(gòu)的修飾也多以保護(hù)或利用酚羥基為出發(fā)點(diǎn)[11-13]。本研究以沒食子酸為原料,以甲烷磺酸替代濃硫酸作為溶劑和催化劑,在酸性條件下通過Friedel-Crafts?；磻?yīng)一步合成了六羥基蒽醌,并測(cè)試了其對(duì)ABTS自由基、DPPH自由基和超氧陰離子自由基的清除能力,以期開發(fā)一種條件溫和、環(huán)境友好的六羥基蒽醌的合成方法,進(jìn)一步加快蒽醌類化合物在醫(yī)藥及化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

沒食子酸、甲烷磺酸、甲醇、L-抗壞血酸(Vc)、冰醋酸、鄰苯三酚、 4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)、三羥甲基氨基甲烷(Tris)、 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、 2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基苯并噻唑- 6-磺酸)二銨鹽(ABTS)等,均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

UVmini-1280紫外-可見光(UV-vis)分光光度計(jì),島津儀器(蘇州)有限公司；Vertex 70型傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)分析儀,AVANCE NEO 600型核磁共振譜(NMR)儀,德國(guó)布魯克光譜儀器公司；KQ- 400DE數(shù)控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司；SCIENTZ-18N型冷凍干燥機(jī),寧波新芝生物科技股份有限公司；1260- 6520B系列LC-QTOF-MS高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)儀,安捷倫科技(上海)有限公司。

1.2 產(chǎn)物合成

沒食子酸在甲烷磺酸作用下發(fā)生Friedel-Crafts自縮合反應(yīng)生成1,2,3,5,6,7-六羥基-9,10-蒽醌,合成路徑見圖1。

圖1 1,2,3,5,6,7-六羥基-9,10-蒽醌的合成路徑Fig.1 Synthetic route of 1, 2, 3, 5, 6, 7-hexahydroxy-9, 10-anthraquinone

在具有溫度計(jì)的雙口圓底燒瓶中加入沒食子酸3.402 4 g(20 mmol)和甲烷磺酸12.98 mL(200 mmol),磁力攪拌加熱至80 ℃,反應(yīng)8 h。反應(yīng)結(jié)束后,冷卻至室溫,將反應(yīng)液傾入100 mL冰水混合物中即析出橙紅色固體,抽濾,濾餅用熱水(30 mL×3)洗至中性,得粗品；粗品用乙醇重結(jié)晶,得紅色針狀晶體,-40 ℃冷凍干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物。

1.3 產(chǎn)物分析與表征

1.3.1UV-vis光譜分析 以甲醇為空白對(duì)照,在200～550 nm范圍內(nèi)掃描目標(biāo)產(chǎn)物的紫外吸收光譜；配制濃度為1 mmol/L的沒食子酸、紫外線吸收劑4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)和六羥基蒽醌儲(chǔ)備液,儲(chǔ)備液稀釋10倍后,用1 cm比色皿分別測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度(A),根據(jù)下式計(jì)算摩爾吸光系數(shù)[14]。

A=ε×l×c

式中：A—吸光度；ε—摩爾吸光系數(shù),L/(cm·mol)；l—吸收層厚度,cm；c—吸光物質(zhì)的濃度,mol/L。

1.3.2產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征 將干燥的樣品與溴化鉀按質(zhì)量比1 ∶100研磨壓片,分析產(chǎn)物的FT-IR光譜,掃描波數(shù)范圍400～4 000 cm-1；將10 mg樣品充分溶解于0.9 mL氘代DMSO中,在25 ℃下測(cè)定樣品的1H NMR 和13C NMR譜。

1.3.3LC-MS分析 色譜條件：Thermo C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),柱溫為室溫,流動(dòng)相為CH3OH/2%冰醋酸(體積比50 ∶50)水溶液,分析時(shí)間40 min,流速0.8 mL/min,檢測(cè)波長(zhǎng)278 nm,進(jìn)樣量10 μL。MS條件：Agilent 6520B系列四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜儀,離子源為電噴霧(EIS),含正離子和負(fù)離子模式,m/z為100～1 000,樣品溶液濃度為1 mmol/L。

1.4 體外抗氧化活性實(shí)驗(yàn)

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)物分析與表征

2.1.1紫外光譜分析 由紫外光譜(圖2)可知,六羥基蒽醌分別在293、 345和435 nm處有吸收峰。與全球范圍內(nèi)使用率最高的紫外吸收劑4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)相比較,六羥基蒽醌具有更寬紫外吸收范圍(260～480 nm)。完全覆蓋了對(duì)皮膚傷害最大的UVB波段(280～320 nm),六羥基蒽醌在最大吸收波長(zhǎng)293 nm處的摩爾吸光系數(shù)(ελmax)達(dá)到3.25×104L/(cm·mol),是OMC(1.52×104L/(cm·mol))的2倍多,有望開發(fā)成為一種性能優(yōu)良的UVB波段紫外吸收劑,預(yù)示了其在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用前景[18]。

圖2 沒食子酸和六羥基蒽醌的紫外光譜Fig.2 UV spectra of gallic acid and hexahydroxy anthraquinone

2.2 體外抗氧化活性結(jié)果

2.2.1ABTS+·清除率 由圖3(a)可知,沒食子酸和六羥基蒽醌對(duì)于清除ABTS+·均具有明顯效果,二者清除ABTS+·的半數(shù)抑制濃度(IC50)分別為23.8和42.1 μmol/L(Vc的IC50值為76.4 μmol/L)；當(dāng)樣品濃度為125 μmol/L時(shí),二者對(duì)ABTS+·清除率均達(dá)到90%以上,而相同濃度下Vc對(duì)ABTS+·清除率為76.4%。可見,沒食子酸和六羥基蒽醌對(duì)于ABTS+·清除能力均強(qiáng)于Vc[19，22]。

圖3 沒食子酸和六羥基蒽醌對(duì)不同自由基的清除能力Fig.3 The Scavenging ability of gallic acid and hexahydroxy-anthraquinone to different free radicals

2.2.2DPPH·清除率 從圖3(b)可以看出,沒食子酸和六羥基蒽醌對(duì)DPPH·都有較好的清除能力,二者清除DPPH·的IC50值分別為36.8和39.4 μmol/L。對(duì)比而言,沒食子酸清除DPPH·的能力稍強(qiáng)于六羥基蒽醌,但二者對(duì)DPPH·的清除效果明顯優(yōu)于Vc(IC50值為72.3 μmol/L)。當(dāng)樣品濃度為125 μmol/L時(shí),二者對(duì)DPPH·清除率均達(dá)到90%以上[23]。

圖4 鄰苯三酚自氧化速率和抑制氧化速率(25 μmol/L)Fig.4 Autooxidation rate and inhibition oxidation rate of pyrogallol(25 μmol/L)

3 結(jié) 論

3.1以沒食子酸為原料,甲烷磺酸為溶劑和催化劑,通過Friedel-Crafts?；磻?yīng)一步合成了化合物1,2,3,5,6,7-六羥基-9,10-蒽醌,其結(jié)構(gòu)經(jīng)紅外光譜、氫譜、碳譜和質(zhì)譜確證。

3.2合成產(chǎn)物兼具對(duì)UVB段強(qiáng)吸收特性(ελmax=3.25×104L/(cm·mol))和良好的體外抗氧化活性,其清除ABTS自由基和DPPH自由基的能力高于Vc、略低于沒食子酸,而對(duì)超氧陰離子自由基的清除能力高于Vc和沒食子酸,有望開發(fā)在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用。