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  波谱学杂志   2021, Vol. 38 Issue (1): 101-109.  DOI: 10.11938/cjmr20202862
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廖怀玉, 韩红园, 陈飞, 等. 苦皮藤中两个新的β-二氢沉香呋喃型化合物的NMR数据解析[J]. 波谱学杂志, 2021, 38(1): 101-109. DOI: 10.11938/cjmr20202862.
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LIAO Huai-yu, HAN Hong-yuan, CHEN Fei, et al. An NMR Study on Two New β-Dihydroagrofuran Compounds in Celastrus angulatus Maxim[J]. Chinese Journal of Magnetic Resonance, 2021, 38(1): 101-109. DOI: 10.11938/cjmr20202862.
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基金项目

"重大新药创制"科技重大专项(2018ZX09711001-008-004)

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张海艳, Tel: 0371-55935563, . E-mail: haiyanhai6828_cn@sina.com
杨静, Tel: 18039119299, E-mail: candy.yjing@163.com

文章历史

收稿日期:2020-09-28
在线发表日期:2020-11-16
苦皮藤中两个新的β-二氢沉香呋喃型化合物的NMR数据解析
廖怀玉 1,2, 韩红园 2, 陈飞 2, 张海艳 2, 杨静 1, 赵天增 2     
1. 河南中医药大学, 河南 郑州 450046;
2. 河南省科学院 天然产物重点实验室, 河南 郑州 450002
摘要: 从南蛇藤属植物苦皮藤中分离出两个新的β-二氢沉香呋喃型化合物:1β, 2β, 15-三乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丁酰氧基-9β-苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃(化合物)和1β, 15-二乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丙酰氧基-2β, 9β-二苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃(化合物).通过核磁共振(NMR,包括1H NMR、13C NMR、DEPT、1H-1H COSY、NOESY、HSQC、HMBC)技术对化合物所有的1H和13C NMR信号进行了全归属和详细解析.
关键词: 核磁共振(NMR)    南蛇藤属    β-二氢沉香呋喃    苦皮藤    
An NMR Study on Two New β-Dihydroagrofuran Compounds in Celastrus angulatus Maxim
LIAO Huai-yu 1,2, HAN Hong-yuan 2, CHEN Fei 2, ZHANG Hai-yan 2, YANG Jing 1, ZHAO Tian-zeng 2     
1. Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China;
2. Key Laboratory of Natural Products, Henan Academy of Science, Zhengzhou 450002, China
Abstract: Two new β-dihydroagrofuran compounds, 1β, 2β, 15-triacetoxy-8α-(α-methyl)-butanoyloy-9β-benzoxy-4α, 6α- dihydroxy-β-dihydroagrofuran (compound ) and 1β, 15-diacetoxy-8α-(α-methyl)-propionyloxy-2β, 9β-dibenzoxy-4α, 6α- dihydroxy-β-dihydroagrofuran (compound ), were isolated from Celastrus angulatus Maxim. The chemical shifts of the two new compounds were assigned by one- and two-dimensional nuclear magnetic resonance (NMR) techniques. Their structures were elucidated.
Key words: nuclear magnetic resonance (NMR)    Celastrus L.    β-dihydroagrofuran    Celastrus angulatus Maxim    
引言

苦皮藤(Celastrus angulatus Maxim)是卫矛科南蛇藤属植物,别名马断肠、苦树皮、老虎麻等,以根或根皮入药,性苦、平、有小毒,具有清热利湿,杀虫之功效[1].苦皮藤中含有倍半萜、三萜、黄酮、生物碱、皂苷等化学成分[2-5],其中β-二氢沉香呋喃型化合物是南蛇藤属植物的特征化合物.现代研究表明,该类化合物具有抗阿尔兹海默症、抗肿瘤、抗结核、抗炎、抗HIV、杀虫等多种功效[6-13].苦皮藤不仅具有药用价值,还可作为纸张、人造棉、工业油的原材料,亦具有较高的观赏价值.

本研究从苦皮藤中分离得到两个新的β-二氢沉香呋喃型化合物,分别是1β, 2β, 15-三乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丁酰氧基-9β-苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃(化合物)和1β, 15-二乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丙酰氧基-2β, 9β-二苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃(化合物),均为首次从自然界中分离得到.本文对化合物和化合物的核磁共振(NMR)谱图进行了测定,通过1D NMR和2D NMR技术[14-21]对该化合物所有的1H NMR和13C NMR信号进行了归属和解析.化合物和化合物的化学结构如图 1所示.

图 1 化合物和化合物的化学结构 Fig. 1 Structures of compound and compound
1 实验部分 1.1 仪器与试剂

1H NMR、13C NMR、DEPT、1H-1H COSY、HSQC和HMBC谱图均在Bruker DPX 400型NMR谱仪上测定,使用5 mm正向检测探头;Waters 600型高效液相色谱仪,Waters 2489检测器;Anton Paar MCP200型全自动控温型旋光仪;Agilent 1290 Infinity Ⅱ-6545型超高效液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱联用仪;Fisher甲醇为色谱纯,甲醇、石油醚、乙酸乙酯等试剂为分析纯.

1.2 样品的提取与分离

苦皮藤根皮2.0 kg采集自陕西宝鸡,经河南农业大学朱长山教授鉴定为Celastrus angulatus Maxim.将其粉碎,每次以3倍量石油醚80 ℃下回流提取2 h,共提取3次,合并提取液,过滤,减压浓缩成浸膏(76 g);浸膏用体积浓度为80%的甲醇水溶液溶解、石油醚萃取除杂,甲醇水溶液的部分减压浓缩得浸膏42 g;此浸膏使用甲醇溶解,硅胶拌样,上硅胶柱,用石油醚: 乙酸乙酯(V石油醚: V乙酸乙酯=10:1~3:7)进行梯度洗脱,其中8:2洗脱部位经半制备高效液相色谱(采用RP-18色谱柱,VMeOH: VH2O=65:35等度洗脱,检测波长为232 nm)制备纯化后得到化合物(16 mg)和化合物(11 mg).

1.3 实验条件

样品溶于CDCl3,以四甲基硅烷(TMS)为内标(δH 0.00,δC 0.0).1H核和13C核的工作频率分别为400.132 MHz和100.577 MHz,实验温度为25℃,谱宽分别为9 980.04 Hz和25 125.69 Hz.二维谱包括2D梯度场1H-1H COSY、1H-13C HSQC、1H-13C HMBC及1H-1H NOESY谱,均采用标准脉冲程序.化合物1H-1H COSY的F2(1H)和F1(1H)维的谱宽为3 591.95 Hz和3 601.19 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×128,累加次数为16;DEPT135的谱宽为25 125.63 Hz;1H-13C HSQC的F2(1H)和F1(13C)维的谱宽分别为3 591.95 Hz和19 118.22 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×128,累加次数为64;1H-13C HMBC的F2(1H)和F1(13C)维的谱宽分别为3 591.95 Hz和19 118.48 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×128,累加次数为256.NOESY的F2(1H)和F1(1H)维的谱宽分别为4 201.68 Hz和4 201.68 Hz,采样数据点阵t2×t1=2 048×128,累加次数为64.化合物1H-1H COSY的F2(1H)和F1(1H)维的谱宽为3 591.95 Hz和3 601.20 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×128,累加次数为16;DEPT的谱宽为25 125.63 Hz;1H-13C HSQC的F2(1H)和F1(13C)维的谱宽分别为3 591.95 Hz和19 118.33 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×128,累加次数为32;1H-13C HMBC的F2(1H)和F1(13C)维的谱宽分别为3 591.95 Hz和19 118.33 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×128,累加次数为64.NOESY的F2(1H)和F1(1H)维的谱宽分别为3 591.95 Hz和3 601.18 Hz,采样数据点阵t2×t1=1 024×128,累加次数为144.

2 结果与讨论 2.1 化合物Ⅰ的结构解析

化合物为淡黄色固体.$[\alpha ]_D^{20} = + 0.726$(c = 0.280 0 g/100 mL,MeOH).采用电喷雾离子源的高分辨质谱(HR-ESI-MS)谱图(图S1,本文附件材料均可扫描文章首页OSID码,或在文章网络版查看)显示分子式为C33H44O13,在正离子检测模式测得质荷比(m/z)为671.267 0的加钠离子峰([M+Na]+),与C33H44O13Na的精确分子量671.267 4一致.

根据碳原子化学位移(图S2)规律,δC 24.3(伯碳)、26.3(伯碳)、30.1(伯碳)、50.7(季碳)、72.2(季碳)、84.6(季碳)、91.5(季碳)分别为4-OH-β-二氢沉香呋喃型倍半萜多醇脂类化合物C-14、C-13、C-12、C-10、C-4、C-11、C-5的特征峰[17-21];因此,初步认为化合物属该类型化合物.δC 169.4、169.6、170.3在乙酰氧基的羰基碳化学位移范围,δC 175.4在异戊酰氧基的羰基碳化学位移范围,δC 165.7在苯甲酰氧基的羰基碳化学位移范围.

1H-1H COSY谱图(图S3,S4)指出,δH 5.38(1H, m)与δH 5.47(1H, d, J=3.3 Hz)相关,δH 5.38与δH 2.01(1H, m)、2.10(1H, m)相关,δH 2.01与δH 2.10相关,可证明δH 5.47、5.38、2.01、2.10分别归属于H-1、H-2、H-3a、H-3b;δH 5.22(1H, m)与δH 2.56(1H, brd, J=3.0 Hz)相关,δH 2.56与δH 5.63(1H, dd, J=3.0/9.8 Hz)相关,δH 5.63与δH 6.08(1H, d, J=9.8 Hz)相关,可证明δH 5.22、2.56、5.63、6.08分别归属于H-6、H-7、H-8、H-9;δH 4.73(1H, d, J=13.3 Hz)与δH 4.79(1H, d, J=13.3 Hz)相关,可证明δH 4.73、4.79分别归属于H-15a、H-15b.根据1H-13C HSQC谱图(图S5,S6)显示,δC 75.0、67.4、41.2、76.9、53.7、73.4、75.3、61.5分别归属于C-1、C-2、C-3、C-6、C-7、C-8、C-9、C-15.

1H-13C HMBC谱图(图S7)指出,δC 169.6与δH 5.47(H-1)、δC 169.4与δH 5.38(H-2)、δC 170.3与δH 4.73(H-15a)和δH 4.79(H-15b)、δC 175.4与δH 5.63(H-8)、δC 165.7与δH 6.08(H-9)相关,确认取代基OAc(δC 169.6)处于C-1位、OAc(δC 169.4)处于C-2位、OAc(δC 170.3)处于C-15位、Oipet(δC 175.4)处于C-8位、OBz(δC 165.7)处于C-9位.

由C-15化学位移为δC 61.5,推断C-9取代基为β-取代;H-8与H-9之间偶合常数为9.8 Hz,表明H-8和H-9均为直立氢,观看Dreiding模型,H-8为β-H,H-9为α-H,因此C-8取代基为α-取代[13-15].NOESY相关(图 2,图S8)指出,δH 5.47(H-1)与δH 6.08(H-9)相关,δH 5.22(H-6)与δH 5.63(H-8)、δH 1.79(H-14)、δH 4.73(H-15a)、δH 4.79(H-15b)相关,δH 1.79(H-14)与δH 4.73(H-15a)、δH 4.79(H-15b)相关,加之H-1与H-2之间偶合常数为3.3 Hz,因此,化合物为1β, 2β, 15-三乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丁酰氧基-9β-苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃[1β, 2β, 15-triacetoxy-8α-(α-methyl)-butanoyloy-9β-benzoxy-4α, 6α-dihydroxy-β-dihydroagrofuran].化合物的NMR详细数据见表 1.

图 2 化合物的NOESY相关() Fig. 2 NOESY correlations () of compound
表 1 化合物的NMR数据归属(CDCl3) Table 1 NMR assignments for compound in CDCl3
2.2 化合物Ⅱ的结构解析

化合物为白色固体.$[\alpha ]_D^{20} = + 49.172$(c=0.485 0 g/100 mL,MeOH).HR-ESI-MS谱图(图S9)显示分子式为C37H44O13,在正离子检测模式下采集到m/z=719.267 5的加钠离子峰[M+Na]+,与C37H44O13Na的精确分子量719.267 4一致.

根据碳原子化学位移(图S10)规律,δC24.5(伯碳)、26.3(伯碳)、30.1(伯碳)、50.5(季碳)、72.1(季碳)、84.6(季碳)、91.5(季碳)分别为4-OH-β-二氢沉香呋喃型倍半萜类化合物C-14、C-13、C-12、C-10、C-4、C-11、C-5的特征峰[17-21],初步认为化合物属该类型化合物.δC169.7、170.4在乙酰氧基的羰基碳化学位移范围,δC 175.9在异丁酰氧基的羰基碳化学位移范围,δC165.5、165.7在苯甲酰氧基的羰基碳化学位移范围.

1H-1H COSY谱(图S11,S12)中,δH 5.62(1H, d, J=3.4 Hz)与δH 5.66(1H, m)相关,δH 5.66与δH 5.62、2.20(2H, m)相关,可证明δH 5.62、5.66、2.20分别归属于H-1、H-2、H-3;δH 5.22(1H, brd, J=4.9 Hz)与δH 2.59(1H, brd, J=3.3 Hz)相关,δH 2.59与δH 5.67(1H, dd, J=3.3/9.8 Hz)相关,δH 5.67与δH 6.12(1H, d, J=9.8 Hz)相关,可证明δH 5.22、2.59、5.67、6.12分别归属于H-6、H-7、H-8、H-9;δH 4.75(1H, d, J=13.1 Hz)与δH 5.09(1H, d, J=13.1 Hz)相关,可知δH 4.75、5.09分别归属于H-15a、H-15b.根据1H-13C HSQC谱图(图S13,S14)可知,δC 74.8、68.2、41.3、77.2、53.6、73.6、75.4、62.1分别归属于C-1、C-2、C-3、C-6、C-7、C-8、C-9、C-15.

1H-13C HMBC谱图(图S15)指出,δC 169.7与δH 5.62(H-1)、δC 170.4与δH 4.75(H-15a)和5.09(H-15b)、δC 175.9与δH 5.67(H-8)、δC 165.5与δH 5.66(H-2)、δC 165.7与δH 6.12(H-9)相关,可以确定OAc(δC 169.7)处于C-1位、OAc(δC 170.4)处于C-15位、OiBu(δC 175.9)处于C-8位、OBz(δC 165.5)处于C-2位、OBz(δC 165.7)处于C-9位.

由C-15化学位移为δC 62.1,可推断C-9取代基OBz为β-取代;H-8与H-9之间偶合常数为9.8 Hz,表明H-8与H-9均为直立氢,观看Dreiding模型,H-8为β-H,H-9为α-H,因此,C-8取代为α-取代[13-15].NOESY相关(图 3,图S16)指出,δH 5.62(H-1)与δH 6.12(H-9)相关,δH 2.59(H-7)与δH 1.64(H-12)相关,δH 1.84(H-14)与δH 4.75(H-15a)和5.09(H-15b)相关,加之H-1与H-2之间偶合常数为3.4 Hz,可知H-1、H-2、H-9处于同侧,为α-取向,C-1、C-2、C-9上取代基均位于β-位;δH 5.22(H-6)与δH 5.67(H-8)相关,可知H-6、H-8处于同侧,为β-取向,C-6、C-8位取代基位于α-位.因此,化合物结构为:1β, 15-二乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丙酰氧基-2β, 9β-二苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃[1β, 15-diacetoxy-8α-(α-methyl)-propionyloxy-2β, 9β-dibenzoxy-4α, 6α-dihydroxy-β-dihydroagrofuran].化合物的NMR详细数据见表 2.

图 3 化合物的NOESY相关() Fig. 3 NOESY correlations () of compound
表 2 化合物的NMR数据归属(CDCl3) Table 2 NMR assignments for compound in CDCl3
3 结论

本文首次从自然界中分离得到两个新型化合物:1β, 2β, 15-三乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丁酰氧基-9β-苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃(化合物)和1β, 15-二乙酰氧基-8α-(α-甲基)-丙酰氧基-2β, 9β-二苯甲酰氧基-4α, 6α-二羟基-β-二氢沉香呋喃(化合物).通过HR-ESI-MS谱图确定了化合物和化合物的分子式及其精确分子量;综合利用1D NMR和2D NMR技术,分别对化合物和化合物1H NMR与13C NMR信号进行了详细解析和归属,通过偶合常数、季碳、伯碳等特征峰化学位移确定其β-二氢沉香呋喃型化合物结构骨架,应用HMBC谱确定取代基位置,取代构型可根据C-15化学位移及NOESY谱判断,其解析特征为今后β-二氢沉香呋喃型化合物的结构研究提供了参考依据.

致谢 郑州大学分析测试中心的朱卫国及康建勋两位老师帮助进行核磁共振仪样品测试,河南省科学院化学研究所的赵俊宏老师帮助进行质谱样品测试,在此特致谢意!

利益冲突  无

附件材料附录

图S1  化合物的HR-ESI-MS谱.

图S2  化合物的DEPT谱.

图S3  化合物1H-1H COSY谱.

图S4  化合物1H NMR谱.

图S5  化合物1H-13C HSQC谱.

图S6  化合物13C NMR谱.

图S7  化合物1H-13C HMBC谱.

图S8  化合物1H-1H NOESY谱.

图S9  化合物的HR-ESI-MS谱.

图S10  化合物的DEPT谱.

图S11  化合物1H-1H COSY谱.

图S12  化合物1H NMR谱.

图S13  化合物1H-13C HSQC谱.

图S14  化合物13C NMR谱.

图S15  化合物1H-13C HMBC谱.

图S16  化合物1H-1H NOESY谱.


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