药学学报  2022, Vol. 57 Issue (5): 1440-1443     DOI: 10.16438/j.0513-4870.2021-1574   PDF    
引用本文
ZHOU Wen-ting, GONG Zhi-wei. A new ent-kauranoid from rhizomes of Canna generalis[J]. Acta Pharmaceutica Sinica, 2022, 57(5): 1440-1443.  
周文婷, 龚志伟. 大花美人蕉根中1个新的对映-贝壳杉烷型二萜类化合物[J]. 药学学报, 2022, 57(5): 1440-1443.  
大花美人蕉根中1个新的对映-贝壳杉烷型二萜类化合物
周文婷, 龚志伟     
武汉科技大学化学与化工学院, 湖北 武汉 430081
收稿日期: 2021-11-04; 修回日期: 2021-12-15
基金项目: 国家自然科学基金项目(51608400); 煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室开放基金项目(WKDM202108)
*通讯作者: 龚志伟, Tel: 13971688623, Email: gongzhiwei@wust.edu.cn
摘要: 采用硅胶柱色谱、高效液相色谱等方法对大花美人蕉根的乙醇提取物中的化学成分进行分离纯化, 并运用现代波谱学手段鉴定化合物结构。从中分离得到2个对映-贝壳杉烷型二萜类化合物, 鉴定为(5R, 8S, 9S, 10R, 13R)-2-酮-对映-贝壳杉-15-烯-17-酸(1) 和(4R, 5S, 8S, 9S, 10S, 13R)-19-羟基-对映-贝壳杉-15-烯-17-酸(2), 化合物1为新化合物, 化合物2为首次从大花美人蕉根中分离得到。
关键词: 大花美人蕉    根    对映-贝壳杉烷型二萜    分离鉴定    
A new ent-kauranoid from rhizomes of Canna generalis
ZHOU Wen-ting, GONG Zhi-wei     
School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
Abstract: Two ent-kauranoids were isolated from the ethanol extraction of rhizomes of Canna generalis (Cannaceae), and were purified by various technologies, including silica gel and high performance liquid chromatography, and their structures were determined by modern spectroscopy techniques as (5R, 8S, 9S, 10R, 13R)-2-oxo-ent-kaur-15-en-17-oic acid (1) and (4R, 5S, 8S, 9S, 10S, 13R)-19-hydroxy-ent-kaur-15-en-17-oic acid (2). Compound 1 is a new ent-kauranoid, and compound 2 is obtained from rhizomes of Canna generalis for the first time.
Key words: Canna generalis    rhizome    ent-kauranoids    isolation and identification    

美人蕉属(Canna) 植物具有叶片粗犷、花色娇艳、花期长、易于栽培等优点, 被广泛应用于园林绿化, 是热带及亚热带常见的观花植物; 其中美人蕉(Canna indica L.) 的根茎具有清热利湿、舒筋活络功效, 主治黄疸肝炎、风湿麻木、外伤出血等[1]。美人蕉品种大多可归类为美人蕉、柔瓣美人蕉、粉美人蕉、大花美人蕉及兰花美人蕉等5个种系和杂交种系[2]。目前, 美人蕉属植物的研究主要集中在吸附重金属、污水土壤修复及其化感作用上, 其化学成分及生物活性研究主要集中在美人蕉这一品种上[3-7], 其他品种研究较少。大花美人蕉(C. generalis) 为美人蕉属植物在园林上应用的一个主要品种, 根茎的化学成分有脂肪醇、甾醇、酚类、黄酮类及糖苷类等[8, 9], 其根提取物能改善硫酸葡聚糖钠盐诱导的结肠炎, 具有一定抗炎活性[9]。为了深入开发大花美人蕉的药用价值, 对其化学成分进行了进一步研究。除了之前报道的8个已知化合物[8], 还从大花美人蕉根的乙醇提取物中分离得到2个二萜类化合物, 经多种波谱技术鉴定为(5R, 8S, 9S, 10R, 13R)-2-酮-对映-贝壳杉-15-烯-17-酸(1) 和(4R, 5S, 8S, 9S, 10S, 13R)-19-羟基-对映-贝壳杉-15-烯-17-酸(2), 结构见图 1。化合物1为新化合物, 化合物2为首次从大花美人蕉根中分离得到。

Figure 1 Chemical structures of compounds 1 and 2
结果与讨论

化合物1为白色粉末, $ {\left[\alpha \right]}_{\mathrm{D}}^{20} $ -15.5 (c 0.04, MeOH); UV (MeOH) λmax (log ε): 236 (2.50) nm; 1H NMR (600 MHz, CDCl3) 和13C NMR (150 MHz, CDCl3) 数据见表 1。HR-ESI-MS给出准分子离子峰m/z 317.210 9 [M+H]+ (计算值317.211 7), 结合13C NMR, 推测其分子式为C20H28O3, 不饱和度为7。化合物1的1H NMR谱(表 1) 显示, 低场区有1个单峰烯质子信号δH 6.65 (1H, s), 高场区有3个单峰甲基信号δH 1.07 (3H, s)、1.07 (3H, s)、0.89 (3H, s)。结合13C NMR和DEPT谱, 显示有3个甲基碳信号、7个亚甲基碳信号、4个次甲基碳信号和6个季碳信号。根据以上谱图信息, 推测化合物1为含有1个双键δC (155.3, 137.9)、1个羰基δC 169.3和1个酮基δC 211.4的对映-贝壳杉烷型二萜。通过分析HSQC和HMBC谱, 发现与已知二萜土槿丁酸(pseudolaric acid D) 的核磁数据[10, 11]相似, 区别在于, 化合物1比土槿丁酸少了1个C-18位的羟基信号, 多了1个酮基信号。HMBC谱(图 2) 显示, δH 2.54 (H-1a) 与δC 211.4 (C=O)、56.5 (C-3)、55.2 (C-5)、19.1 (C-20) 相关; δH 2.19 (H-3a) 与δC 211.4 (C=O)、55.2 (C-5)、39.1 (C-4)、23.3 (C-19) 相关; 可确定酮基连在C-2位[12]。此外根据HMBC谱, δH 6.65 (H-15) 与δC 169.3 (COOH)、42.9 (C-14)、40.4 (C-13)、37.8 (C-7) 相关; δH 2.11 (H-14a) 与δC 155.3 (C-15)、137.9 (C-16)、25.2 (C-12) 相关; δH 1.33 (H-9) 与δC 155.3 (C-15)、42.9 (C-14) 相关; 表明羰基连接在C-16的双键上。NOESY谱(图 2) 显示, H-5与H3-18、H-9相关, H-15与H-9相关, H-13与H-14b相关, H-1b (δH 1.94) 与H-9、H-5、H-3b (δH 2.28) 相关, 表明H3-18、H-5、H-9、H-13和H-15为β-H; H-3a (δH 2.19) 与H3-19、H3-20相关, H3-20与H-14a (δH 2.11)、H-1a (δH 2.54) 相关, 表明H3-19与H3-20为α-H。进一步, 发现计算ECD谱与实验ECD谱(图 3) 变化趋势一致, 从而确定了化合物1的绝对构型。因此, 化合物1的结构鉴定为(5R, 8S, 9S, 10R, 13R)-2-酮-对映-贝壳杉-15-烯-17-酸。

Table 1 The 1H (600 MHz) and 13C NMR (150 MHz) data of compound 1 in CDCl3

Figure 2 Key HMBC and NOESY correlations of compound 1

Figure 3 Experimental and calculated ECD spectra of compounds 1 (A, Shift = 11 nm) and 2 (B, Shift = -8 nm)

根据波谱分析, 并与已有文献[13, 14]数据进行比对, 化合物2与土槿丁酸区别在于羟基连接在C-19的甲基上。发现计算ECD谱与实验ECD谱(图 3) 变化趋势一致, 从而确定了化合物2的绝对构型。因此, 化合物2的结构鉴定为(4R, 5S, 8S, 9S, 10S, 13R)-19-羟基-对映-贝壳杉-15-烯-17-酸, 与文献[15]报道的化合物9 (19α-羟基-对映-贝壳杉烷-15-烯-17-酸) 结构相同, 但与其13位羟基构型(13S) 不同。

预实验中对化合物1和2进行了细胞毒活性测试, 遗憾的是, 在100 μmol·L-1浓度下对人肺癌细胞(A549)、人乳腺癌细胞(MCF-7) 的生长均未表现明显的抑制作用。据文献[15]报道, 化合物2在100 μmol·L-1浓度下对人膀胱癌细胞T-24有抑制作用(抑制率为20.34%), 对人卵巢癌细胞(SK-OV-3)、人宫颈癌细胞(HeLa)、人乳腺癌细胞(MCF-7) 及人胃癌细胞(BGC-823) 均未表现明显的抑制作用。

实验部分

UltiMate 3000液相色谱仪(美国Thermo Fisher公司), 配置VWD-3100紫外检测器, AcclaimTM 120 C18色谱柱(150 mm × 4.6 mm, 5 μm); Agilent 600 MHz DD2核磁共振波谱仪(美国Agilent公司), 以TMS为内标; Anton Paar MCP 500旋光仪(奥地利Anton Paar公司); Shimadzu UV-2600紫外光谱仪(日本Shimadzu公司); Agilent 6230 TOF LC-MS质谱仪(美国Agilent公司); Chirascan CD光谱仪(英国应用光物理公司)。柱色谱硅胶(青岛海洋化工有限公司); 薄层色谱(TLC) HSGF254硅胶板(烟台江友硅胶开发公司); 柱色谱反相硅胶Chromatorex C18 (MB100-40, 粒径40~75 μm, 日本富士化学公司); 分析纯甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯购买自天津市富宇精细化工有限公司; 色谱纯甲醇购买自国药集团化学试剂有限公司。

实验材料于2015年5月购于湖北省武汉市汉口北的四季美花木市场, 产地为武汉市蔡甸区, 由中国科学院华南植物园童毅华副研究员鉴定为大花美人蕉(Canna generalis)。标本(No.CG-201505) 存放于武汉科技大学化学与化工学院。

1 提取分离

去除美人蕉茎叶及须根, 处理后的美人蕉根切片晾干, 粉碎后得到粉末2.5 kg; 用5 L 95%乙醇溶液浸泡提取(2天× 3次), 接着用5 L 80%乙醇溶液浸泡提取(2天× 3次), 合并提取液后减压浓缩得无乙醇溶液2 L, 依次用石油醚、乙酸乙酯萃取, 减压浓缩后得到石油醚萃取物(24.2 g) 及乙酸乙酯萃取物(15.7 g)。石油醚萃取物经正相硅胶柱色谱分离, 以石油醚-乙酸乙酯(1∶0→1∶1) 梯度洗脱, TLC检查后合并得到10个组分(P1~P10)。P8 (0.9 g) 经反相硅胶柱色谱分离, 以甲醇-水(70∶30→90∶10) 梯度洗脱, TLC检查后合并得到6个亚组分(P8-1~P8-6)。P8-1经正相硅胶柱色谱分离, 以石油醚-乙酸乙酯(92∶8) 洗脱, 再经高效液相色谱制备, 甲醇-水(70∶30) 为流动相, 流速1 mL·min-1, 得到化合物2 (1.8 mg, tR = 15.5 min) 和1 (3.2 mg, tR = 19.4 min)。

2 计算ECD法

MMFF分子力场和DFT/TDDFT计算分别使用Spartan 14软件和Gaussian16程序。采用Spartan 14软件在MMFF力场下进行构象搜索。用Gaussian16程序B3LYP/6-31G (d) 水平下进行优化和震动计算。对低能量构象使用M06-2X/6-31G (d) 进行TDDFT计算。ECD谱由SpecDis程序生成。在298.15 K下, 根据每个构象的相对自由能进行玻尔兹曼分布, 根据甲醇溶液中每个构象的玻尔兹曼分布权重, 从低能量构象生成计算光谱。

3 结构鉴定

化合物1  白色粉末, 易溶于氯仿, $ {\left[\alpha \right]}_{\mathrm{D}}^{20} $ -15.5 (c 0.04, MeOH); HR-ESI-MS [M+H]+ m/z 317.210 9 (计算值317.211 7), 分子式为C20H28O3; UV (MeOH) λmax (log ε): 236 (2.50) nm; ECD (MeOH)/nm: 216 (∆ε -2.42)、239 (∆ε 17.00)、295 (∆ε -2.38)。1H NMR (600 MHz, CDCl3) 和13C NMR (150 MHz, CDCl3) 数据见表 1。

化合物2  白色粉末, 易溶于氯仿, $ {\left[\alpha \right]}_{\mathrm{D}}^{20} $ -26.8 (c 0.04, MeOH); HR-ESI-MS [M+H]+ m/z 319.229 1 (计算值319.227 3), 分子式为C20H30O3; UV (MeOH) λmax (log ε): 235 (2.74) nm; ECD (MeOH)/nm: 216 (∆ε -5.68)、238 (∆ε 18.48)。1H NMR (600 MHz, CDCl3) δH: 6.62 (1H, s, H-15), 3.73 (1H, d, J = 10.9 Hz, H-19a), 3.45 (1H, d, J = 10.9 Hz, H-19b), 2.93 (1H, m, H-13), 2.14 (1H, d, J = 10.6 Hz, H-14a), 1.86 (1H, dt, J = 13.0, 3.6 Hz, H-1a), 1.78 (1H, dt, J = 14.1, 3.6 Hz, H-3a), 1.67 (1H, m, H-7a), 1.58 (1H, m, H-2a), 1.57 (1H, m, H-5), 1.54~1.66 (4H, m, H-11, H-12), 1.47 (1H, dd, J = 10.7, 5.1 Hz, H-14b), 1.43 (1H, dq, J = 14.1, 3.5 Hz, H-2b), 1.30 (1H, m, H-7b), 1.08 (1H, d, J = 7.4 Hz, H-9), 1.05 (3H, s, H-20), 0.97 (3H, s, H-18), 0.95 (1H, m, H-3b), 0.80 (1H, td, J = 13.0, 3.7 Hz, H-1b); 13C NMR (150 MHz, CDCl3) δC: 169.5 (C-17), 156.1 (C-15), 137.5 (C-16), 65.6 (C-19), 56.5 (C-5), 50.8 (C-8), 47.0 (C-9), 43.2 (C-14), 40.6 (C-1, C-13), 39.8 (C-10), 38.8 (C-4, C-7), 35.7 (C-3), 27.2 (C-18), 25.5 (C-12), 19.2 (C-6), 18.6 (C-11), 18.3 (C-2, C-20)。以上数据与文献[15]报道的19α-羟基-对映-贝壳杉烷-15-烯-17-酸基本一致, 但是ECD实验及计算数据与文献报道不同, 所以化合物2鉴定为(4R, 5S, 8S, 9S, 10S, 13R)-19-羟基-对映-贝壳杉-15-烯-17-酸。

作者贡献: 周文婷负责分离纯化、谱图解析及文章的整理; 龚志伟通讯作者, 负责实验设计及稿件修改。

利益冲突: 作者声明不存在利益冲突。

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