文章信息
- 普德兵, 高嫄, 李蓉涛, 李海舟
- PU De-bing, GAO Yuan, LI Rong-tao, LI Hai-zhou
- 美登木属植物中木栓烷型三萜的结构及其13C NMR波谱特征
- Structures and 13C NMR Features of Friedelane Triterpenoid Compounds in Maytenus: A Review
- 波谱学杂志, 2014, 31(3): 437-447
- Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2014, 31(3): 437-447
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文章历史
收稿日期: 2013-09-26
收修改稿日期: 2014-07-18
卫矛科(Celastraceae)美登木属植物全世界约有300种,分布于亚洲、非洲和美洲的热带及亚热带,其中以南美洲分布最多[1].我国美登木属植物约30种以及1变种,主要分布在长江以南各省,尤其云南分布最多[2].
上世纪60年代,美国国立卫生研究院癌症研究中心(NCI)从非洲塞内加尔的齿叶美登木(Maytenus serrata)中分离到美登木素(maytansine)类抗癌活性非常高的大环内酯类化合物,由于其较好的活性而受到广泛关注.传统上美登木并不是我国传统中药,直到我国植物资源普查时在云南等地也发现多种同属植物,并且其生药提取物具有一定抗肿瘤作用,现在也作为民间药物使用[3, 4],首次记载于《新华本草纲要》中.美登木属植物作为药用资源进行开发利用,其根、茎、叶对人体肿瘤有明显的抑制作用,可治疗乳腺癌、消化道癌、淋巴肉癌、骨髓癌、慢性白血病等恶性肿瘤[5-9].对美登木属植物的化学研究已有大量的报道,从世界各地植物中分离到上百个化合物,其中以木栓烷型三萜数量最多,并有大量的文献表明其具有较好的抗肿瘤活性.本文对近年(1995~2013年)所发表的美登木属中木栓烷型三萜成分进行了整理,归纳其结构类型和13C NMR波谱特征.
1 美登木属植物中木栓烷型三萜的结构特征木栓烷型三萜是由30个碳构成的五环三萜,其生源途径是由角鲨烯经过环合形成齐墩果烷型五环三萜,再经过甲基位移形成木栓烷型三萜(参见图 1~3).在5个六元环中A/B,B/C,C/D环均为反式,D/E环多数是顺式(即H-18β).在此结构中一共有8个甲基,其中CH3-24,CH3-25,CH3-26,CH3-28都是β构型的角甲基,CH3-27是α构型的角甲基,在4位和20位上分别有一个和两个甲基. 3位常常有羟基取代且多数为α构型的羟基,有时羟基被氧化成羰基.
从美登木属植物分离到的木栓烷型三萜大多数A环或者A/B环都被芳香化.统计1995~2013年在美登木属植物中报道的49个木栓烷型三萜中只有7个是A环没有芳香化三萜(图 1),其余都被芳香化(图 2和图 3),其中包括6个多聚体(图 4).没有芳香化的木栓烷型三萜在C-2,C-3位常常被羰基或者羟基取代;化合物1和2在C-28和C-30之间生成内酯;化合物7的A环裂环,C-3与C-11形成内酯;化合物4和5在C-3和C-24之间形成醚.芳香化的木栓烷型三萜CH3-24脱去,形成降木栓烷型三萜, 有的化合物C-24和C-29同时降解形成二降、三降木栓烷型三萜;同时在2、3位有常常羟基或甲氧基取代,有时2位的羟基会被氧化成羰基.根据化合物的2位上取代基的不同,将芳香化木栓烷型三萜分为酚式芳香化(图 2)和醌式芳香化(图 3)两类. C-23和C-29常常被高度氧化成羧基,也会缩合形成酯基. 15, 16位偶尔会有羟基的取代,偶尔被还原形成双键,有时CH3-26从14位移到15位后形成Δ14(15).在C-21也会有羟基或者羰基的取代, 有时在C-20和C-21形成双键.
化合物序号 | 化合物名称 | 植物来源 | 文献 |
1 | maytenfolone | M. diversifolia | 15 |
2 | 3-oxo-D: A-friedooleanan-28, 30-olide | M. jelskii | 24 |
3 | 28-hydroxy-friedelane-1, 3-dione | M. macrocarpa | 16 |
4 | 3β, 24-epoxy-2α, 3α-dihydroxy-D: A-friedooleanan-29-oic acid methyl ester | M. jelskii | 24 |
5 | 2α-acetoxy-3β, 24-epoxy-3α-hydroxy-D:A-friedooleanan-29-oic acid methyl ester | M. jelskii | 24 |
6 | 3α-hydroxy-D:A-friedooleanan-28-oic acid | M. jelskii | 24 |
7 | 16β-hydroxy-pristimerin | M. salicifolia | 25 |
8 | amazonin A | M. amazonica | 11 |
9 | 22β-hydroxy-6-oxo-tingenol | M. amazonica | 11 |
10 | 23-nor-22-hydroxy-6-oxo-tingenol | M. amazonica | 11 |
11 | 3-methoxy-22β-hydroxy-6-oxo-tingenol | M. amazonica | 11 |
12 | macrocarpin B | M. macrocarpa | 13 |
13 | macrocarpin C | M. macrocarpa | 13 |
14 | 6-oxo-tingenol | M. canariensis | 10 |
15 | 3-methoxy-6-oxo-tingenol | M. canariensis | 10 |
16 | (8 S)-7, 8-dihydro-6-oxo-tingenol | M. amazonica | 12 |
17 | 23-nor-6-oxo-tingenol | M. amazonica | 12 |
18 | 3-methoxy-6-oxo-tingenol-23-oic Acid | M. retusa | 23 |
19 | macrocarpin A | M. macrocarpa | 13 |
20 | 4-hydroxy-23-nor-6-oxo-pristimerol (blepharotriol) | M. blepharodes | 14 |
21 | 3-methoxy-6-oxo-pristimerol | M. chubutensis | 22 |
22 | 6, 23-dioxo-7, 8-dihydro-pristimerol-23-oic Acid | M. retusa | 23 |
23 | 23-nor-blepharodol | M. retusa | 23 |
24 | amazonin B | M. amazonica | 11 |
25 | 23-oxo-isotingenone | M. amazonica | 12 |
26 | 22β-hydroxy-7, 8-dihydro-6-oxo-tingenol | M. amazonica | 11 |
27 | amazonin C | M. amazonica | 11 |
28 | isoblepharodol | M. blepharodes | 14 |
29 | 7-oxo-blepharodol | M. blepharodes | 14 |
30 | 6-oxo-iguesterol | M. canariensis | 10 |
31 | retusonine | M. retusa | 23 |
32 | 7, 8-dihydro-7-oxo-22β-hydroxy tingenone | M. amazonica | 11 |
33 | 7, 8-dihydro-22-β-hydroxy-tingenone | M. amazonica | 11 |
34 | (8 S)-7, 8-dihydro-7-oxo-tingenone | M. amazonica | 12 |
35 | (7 S, 8 S)-7-hydroxy-7, 8-dihydro-tingenone | M. amazonica | 12 |
36 | macrocarpin D | M. macrocarpa | 13 |
37 | 15α-hydroxy-21-oxo-pristimerine | M. catingarum | 17 |
38 | 15α-hydroxy-tingenone | M. vitis-idaea | 21 |
39 | 3, 4-seco-friedelan-3, 11-olide | M. robusta | 26 |
40 | 15-dihydro-pristimerin | M. vitis-idaea | 21 |
41 | Vitideasin | M. vitis-idaea | 21 |
42 | 20β-hydroxy-scutione | M. vitis-idaea | 21 |
43 | 7-oxo-7, 8-dihydro-scutione | M. retusa | 23 |
44 | xuxuarine Eα | M. blepharodes | 19 |
45 | scutionin αB | M. blepharodes, M. magellanica | 20 |
46 | 6′, 7′-dihydro-scutionin αB | M. blepharodes, M. magellanica | 20 |
47 | 6′β-methoxy-6′, 7′dihydro-scutionin αB | M. blepharodes, M. magellanica | 20 |
48 | triscutin A | M. scutioides | 18 |
49 | vitideasin | M. vitis-idaea | 21 |
2 美登木属植物中木栓烷型三萜的13C NMR特征 2.1 没有芳香化的木栓烷三萜的13C NMR特征
根据统计,这种类型的三萜只有7个(见图 1),分别是化合物1~7.其具有完整的木栓烷型骨架,在13C NMR谱中,一共有30个碳的信号,其中甲基8个(当甲基没有被取代时),29位甲基(处于e键)碳信号处于最低场δ 33.0~35.0. C-3被羰基取代时,由于屏蔽效应的影响,23位甲基碳信号处于最高场,化学位移值约为δ 6.8.当A环只有3位有羰基时(如:1),C-3的化学位移值为δ 212.8,C-2化学位移信号在δ 41.3,C-4化学位移值处于较低场约为δ 58.1;当1位和3位都有羰基取代时(如:3),dC-1 202.7、dC-3 204.0,C-2化学位移处于较低场,信号在δ 60.6. 2位上的羟基在δ 73.2~75.4之间. 3位上的半缩酮信号在δ 105.6~106.8,C-24成醚的信号在δ 72.2.当C-3和C-24形成醚以后(如:4,5)对C-4的影响较大,信号在dC-4 45.7~47.4. C-5的化学位移值约为δ 41.当28位甲基被氧化成-CH2OH时,信号dC-28 67.9,如果-CH2OH与C-30的羧基进行缩合形成酯基后化学位移值增大,位于dC-28 83.8,C-30的化学位移值约为δ 179.7.当C-28的羧基和C-30的羟基缩合成内酯时(如:1,2),信号dC-28 177.0、dC-30 79.7.当A环裂环后C-3和C-11形成内酯时(如:7),位于dC-3 175.6、dC-11 84.1,C-4的仲碳信号在δ 36.1.
2.2 A环芳香化的木栓烷型三萜的13C NMR特征A环芳香化的木栓烷型分为酚式芳香化和醌式芳香化两种类型.这两类化合物的A/B环结构差异较大,13C NMR特征也有很大的差别,而C/D/E环比较类似.这类化合物在5位上的甲基离去,形成降木栓烷型三萜,所以在13C NMR图谱上只有7个甲基的信号(当甲基没有被取代时),约在δ 5~35之间.有时23位和29位甲基也会降解,只有5个或6个甲基的信号.下面分别对酚式和醌式芳香化木栓烷型的A/B环、D环、E环的13C NMR特征值进行归纳总结.(由于C环上很少被取代,所以基本出现木栓烷型的13C NMR骨架特征).
2.2.1 酚式芳香化的木栓烷型三萜A/B环的13C NMR特征酚式芳香化的木栓烷型三萜的A环C-4上的取代基团变化较多,常常有甲基、醛基、羧基、羟基或者-H取代.不同取代基对A环上各个碳原子的13C NMR化学位移值都有不同的影响.取代基为甲基、醛基、羧基和-H时A环上的各个碳原子的化学位移值数据范围已总结在表 2中. C-4的取代基为羟基的只有一个化合物(即20),其A环上的各个碳原子信号见表 2.当C-6为羰基时,由于羰基与A环吸电子共轭,对A环碳上的化学位移值影响较大,对于C-4位上的取代基为-CH3的化合物(如:9,14,16,26,27,30)与C-4位上的取代基为-CH3而C-6位不是羰基的化合物(如:28)相比,C-2化学位移向低场移动10,位于δ 150左右;C-4化学位移向低场移动7,位于δ 129左右;C-5化学位移向高场移动3左右,位于δ 122左右;而C-10化学位移向低场移动10,位于δ 155左右;C-6羰基信号位于δ 200左右;C-23信号向低场移动3~5,C-23甲基信号位于δ 14左右.酚式芳香化的这类化合物的2,3位常常被氧化,被羟基和甲氧基取代,3位上的甲氧基信号化学位移值在δ 61±0.5(如:11和23).大多数化合物的6,7,8,9位也是常常被羰基、双键取代.当只有6,7位分别被羰基取代时(如:28,27),由C-6位的羰基与A环共轭,所以C-6的化学位移值处于较高场,为δ 200.0;而C-7的化学位移值由于没有共轭处于较低场,为δ 209.8.当6,7位都被羰基取代时(如:29),C-6,C-7的化学位移值为dC-6 182.3,dC-7 197.1.当C-6被羰基取代同时7,8位生成双键时(如:8,9,10,30),C-6,C-7,C-8的化学位移值分别在dC-6 185~189,dC-7 124~128,dC-8 170左右.当有6,7位生成双键时(如:24,25),化学位移值分别为dC-6 142.8,dC-7 115.7.当9,11位生成双键时(如:24,25),C-9和C-11的化学位移值为dC-9 129.5和dC-11 124.6.
编号 | C-4上的取代基团 | |||
-COOH | -CHO | -CH3, -H | -OH | |
C-1 | 112.7~118.2 | 108.0±1.0 | 103.2 | |
C-2 | 152.1~153.2 | 149.4, 143.9(Δ6(7)) | 140.9~150.1 | 149.5 |
C-3 | 153.4 | 148.3~149.6 | 140.2~142.4 | 128.5 |
C-4 | 107.8~109.5 | 114.2~117.8 | 122.0~129.1(-CH3), 113.2(H) | 148.8 |
C-5 | 115.5~119.5 | 122.9~124.4, 141.1(Δ6(7)) | 122.0~126.6 | 108.7 |
C-10 | 150.0~155.4 | 150.4~152.4, 129.5(Δ6(7)) | 142.4~155.8 | |
C-23 | 172.5~173.7 | 194.9~200.2 | 10.8~14.7(-CH3) | / |
注:表 2中,已对C-4上取代基不同,但是A环上同一碳原子的化学位移值范围相似的进行了合并. |
当化合物的5位和6位形成双键时,为了保证化合物的稳定性,2位上的羟基会转化成羰基,形成A环醌式结构.这类化合物的A环和B环的13C NMR的化学位移值常常由于C-7的取代基团不同而有差异.当C-7的取代基为羰基、羟基、-H和Δ7(8)时,A环和B环上的各个碳原子信号范围已总结在表 3中.当14位和15位形成双键并与Δ7(8)形成共轭(如:41,42,43)后,对7位和8位的化学位移影响较大,这类化合物与14位和15位不形成双键但有Δ7(8)的化合物相比,C-7的化学位移向低场移动4左右,大约在δ 121.5,C-8的化学位移向高场移动5~6,大约在δ 158.8. C-23甲基的信号位于δ 10左右.
编号 | C-7上的取代基团 | |
C=O, -OH, -H | Δ7(8) | |
C-1 | 119.0±1.0, 116.8(-H) | 119.8~120.0 |
C-2 | 181.1 | 178.0~178.4 |
C-3 | 146.0±1.0 | 146.0~146.3 |
C-4 | 117.5±1.0 | 116.7~117.5 |
C-5 | 141.1(C=O), 131.1±1.0(-OH, -H) | 127.5~127.9 |
C-6 | 131.5(C=O), 144.1(-OH, -H) | 133.5~134.9 |
C-7 | 200.0(C=O), 69.4(-OH), 29.3(-H) | 117.9~121.9 |
C-8 | 57.5±0.3(C=O), 53.3(-OH), 39.4(-H) | 158.6~168.6 |
C-9 | 41.5(C=O), 40.5(-OH), 37.4(-H) | 42.7~44.6 |
C-10 | 162.0±0.3(C=O, -OH), 157.6(-H) | 159.7~164.4 |
D环14,15,16位也常常被羟基和双键取代.当C-15被羟基取代时(如37,38)化学位移值在δ 73左右.当Δ14(15)与Δ7(8)共轭时(如:41,42,43),C-14和C-15的化学位移分别在dC-14 136和dC-15 128左右. Δ15(16)(如:40)的化学位移信号分别位于dC-15 129和dC-16 135左右.
2.2.4 E环的13C NMR特征当E环的C-21被羰基取代时(如:14,15,31)化学位移值约在δ 209~214之间,如果C-22同时被羟基取代(如:24,32,33),C-22的信号在d75~77左右,C-21的信号较低场,在δ 214左右.当C-29被氧化后缩合成-COOCH3时(如:37,39),C-29的信号在δ 178左右,而C-21羰基的化学位移处于较高场,在大约δ 209.当E环上只有C-29被取代时-COOCH3的信号分别是δ 178和δ 51左右(如:19~23,40,41).当E环上只有Δ20(21)被取代时(如:30),C-20,C-21的化学位移分别是在dC-20 134和dC-21 119左右.
3 结论随着对美登木属植物的研究,尤其是对其化学成分和抗肿瘤活性的研究,芳香化的木栓烷型三萜越来越多地被受学者们的关注,在对其进行结构解析的过程中13C NMR技术是最方便、最有效的方法.本文主要总结了近20年来从美登木属植物中分离到得木栓烷型三萜的结构特点,并且对这些化合物尤其是芳香化的木栓烷型三萜的13C NMR数据特征进行了归纳,这将会对以后这种类型化合物的结构解析有一定的指导意义.
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