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• 近几年, 我们对部分中药的化学成分及其生物活性展开了再研究, 如乌灵菌粉^[1]、银杏叶^[2]、川木通^[3]、茺蔚子^[4]和食凉茶^[5]等, 从中发现并鉴定了一批结构新颖、生物活性独特的天然化合物.姜黄(Curcuma longa L.)为姜科(Zingiberaceae)姜黄属(Curcuma)植物, 系多年生草本植物, 一般株高1~1.5 m, 根茎发达, 根粗壮, 末端膨大呈块根^[6].该植物主要生长于我国广东、广西、云南、福建和台湾等省区; 在东亚及东南亚地区亦被广泛栽培.姜黄喜温暖湿润气候、阳光充足和雨量充沛的环境, 怕严寒霜冻及干旱积水.姜黄根茎可作中药姜黄使用, 多数在12月中下旬进行采摘, 少数在次年2、3月份采挖^[6].对姜黄属植物的药用记载始于《唐本草》:其可行气破瘀, 通经止痛.前人对姜黄化学成分研究显示, 该植物含有多种类型的化学成分, 主要为姜黄素、姜烯和姜黄酮类化合物^[7].最近亦有文献报道从中分离得到若干个新的没药烷型(bisabolane-type)倍半萜类化合物(turmerones A~D)^[8].由此可见姜黄中倍半萜类成分仍值得深入挖掘.为更好的开发利用这一中药, 本论文对购自安徽亳州中药材市场的姜黄切片95%乙醇提取物中石油醚萃取部分的倍半萜类成分进行了研究, 从中分离得到2个新(1和2)和1个已知(3, 芳姜黄酮)的没药烷型倍半萜(图 1).

  图 1

  

  图 1.  化合物1~3的结构

  Figure 1.  Chemical structures of compounds 1~3

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  1.   结果与讨论

  化合物1为无色油状物, 根据其HR-ESIMS(准分子离子峰为m/z 257.1513 [M+Na]⁺, 计算值为257.1512)和¹³C NMR数据推断它的分子式为C₁₅H₂₂O₂.该分子式表明1的结构中有5个不饱和度.在其IR光谱中, 1681 cm^－1处吸收带显示1的结构中存在α, β-不饱和酮等官能团.分析其¹H NMR数据, 可知1的结构中有3个单峰甲基信号(δ 2.17, br s, Me-13; 1.92, br s, Me-12; 1.72, br s, Me-15)和1个双峰甲基信号(δ 0.92, d, J＝7.2 Hz, Me-14), 2个三取代烯氢质子信号(δ 6.30, br s, H-10; 5.58, br s, H-3).其¹³C NMR谱显示有15个碳信号, 可归属为4个甲基碳, 2个亚甲基碳, 6个次甲基碳[包含2个与氧相连的叔碳(δ 85.3和75.4)以及2个烯碳(δ 121.1和120.7)], 2个双键季碳(δ 156.9和138.9)和1个羰基碳(δ 201.4).以上数据表明1和从姜黄中分离得到的没药烷型倍半萜2, 8-epoxy-5-hydroxybisabola-3, 10-dien-9- one^[9]的结构非常相似, 二者的区别仅在于1中的C-5不连有羟基; 由分子量结合2D-NMR数据分析可确定化合物1的平面结构如图 2所示.

  图 2

  

  图 2.  化合物1主要COSY和HMBC相关

  Figure 2.  Key observed COSY and HMBC correlations of compound 1

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  化合物1的相对构型可通过分析相关质子的偶合常数以及NOESY谱加以确定. H-8 (δ 4.51)/H-6β (δ 1.51), H-8/H-7 (δ 2.41), H-6β/H-7之间明显的NOE相关表明H-8, H-7和H-6β的空间取向处于结构的同侧; 同时, H-1 (δ 1.91)/H-2 (δ 4.63), H-1/Me-14 (δ 0.92), H-2/Me-14之间明显的NOE相关则表明H-1, H-2和Me-14处于结构的另一侧(如图 3所示).化合物1的绝对构型最终通过分析它的圆二色谱(ECD)得到确定.由于1的手性中心C-8与α, β-不饱和酮这个发色团相邻, 其ECD谱图中248 nm处显示出一个由π-π*电子跃迁引起的正的Cotton效应, 与文献中天然化合物boscartols H和I中相应的Cotton效应^[10]对比, 可推测出C-8的绝对构型为S.综上, 1的绝对构型可确定为1R, 2S, 7R, 8S.

  图 3

  

  图 3.  化合物1的关键NOE相关(a)和圆二色谱图(b)

  Figure 3.  Key observed NOE correlations (a) and ECD spectrum (b) of 1 (in MeOH)

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  化合物2为无色油状, 高分辨质谱显示该化合物准分子离子峰为m/z 257.1511 [M+Na]⁺, 推测其分子式为C₁₅H₂₂O₂.同化合物1一样, 2的氢谱上亦有3个单峰烯甲基信号(δ 2.22, br s, Me-13; 1.94, br s, Me-12; 1.63, br s, Me-15)和2个三取代烯氢质子信号(δ 6.19, br s, H-10; 5.31, br s, H-3).与1不同的是, 化合物2仅有1个连氧次甲基信号(δ 4.57, s, H-8), 但出现一对末端双键烯氢质子信号(δ 5.21, br s, H-14a; 5.14, br s, H-14b).化合物2碳谱亦有15个碳信号, 可归属为3个甲基碳, 4个亚甲基碳(包含一个在δ 115.0的末端双键上的亚甲基碳), 4个次甲基碳[包含1个与氧相连的叔碳(δ 82.1)以及2个烯碳(δ 120.4和119.1)], 3个双键季碳(δ 159.6、152.3和133.9)和1个羰基碳(δ 198.6).以上数据表明化合物2和同属植物C. xanthorrhiza中分离得到的没药烷型倍半萜β-atlantone非常相似^[11], 两者不同之处在于化合物2中C-8位引入一羟基.化合物2的平面结构可由2D-NMR谱图推断如图 4所示.通过分析其偶合常数可确定2中C-1的相对立体构型: H-1与H-6b之间较大的偶合常数(J＝11.9 Hz)表明H-1处于直立键上(如图 1所示).本文曾尝试通过改良的Mosher方法^{[12, 13]}来确定C-8的绝对构型, 但未获成功.另外化合物2的ECD谱图几乎呈一条直线, 因此2的构型暂未能得以确定.

  图 4

  

  图 4.  化合物2主要COSY和HMBC相关

  Figure 4.  Key observed COSY and HMBC correlations of compound 2

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  文献报道从姜黄中分离得到的芳姜黄酮[(+)-(S)-ar-turmerone, 3]这类没药烷型倍半萜类化合物具有抗炎^[14]、抗蛇毒^[15]和灭蚊^[16]等生物活性, 本文分离得到的新化合物的生物活性正在评估之中.

  2.   实验部分

  2.1   仪器与试剂

  比旋光采用Rudolph Autopol Ⅵ旋光仪测定; 紫外和红外分别采用日立U-2900E双光束分光光度仪和Thermo Scientific Nicolet iS5傅里叶变换红外光谱仪测定; 核磁共振谱采用Bruker Avance Ⅲ 400和600 MHz核磁共振仪测定, 化学位移以δ表示并以残余溶剂峰作为参照; 低分辨质谱采用Agilent 1100 series质谱仪测定, 高分辨质谱采用AB Sciex TripleTOF 5600质谱仪测定, 半制备型高效液相色谱仪为Shimadzu液相配备LC-20AT四元泵系统和SPD-M20A型DAD检测器, 半制备型色谱柱为SunFire ODS column (5 μm, 250 mm×10 mm; 流速: 3.0 mL/min); 正相柱层析硅胶规格为100~200目(烟台牟平区康必诺化学试剂厂和青岛海洋化工厂分厂); 薄层层析板(TLC)规格为GF₂₅₄/0.25 mm(烟台牟平区康必诺化学试剂厂); 分析纯溶剂95%乙醇、甲醇、乙酸乙酯、石油醚等购自于上海化学试剂公司, 色谱级甲醇从北京百灵威科技有限公司采购, 氘代试剂由Sigma-Aldrich生产; 薄层层析显色剂为10% H₂SO₄/EtOH (V/V) (120 ℃烘烤).

  姜黄(Curcuma longa L.)干燥根茎切片于2016年12月5日采购自安徽亳州药材市场, 由本文作者之一唐宇博士鉴定.标本存于复旦大学药学院天然药化教研室(标本编号: No. 20161205).

  2.2   提取与分离

  姜黄干燥根茎切片(5 kg)经粉碎后用95%乙醇室温冷浸提取5次(5 L/次), 合并提取液后减压浓缩得粗提物1.25 kg(半干).用蒸馏水/甲醇(V:V＝1:1)将粗提物超声混悬, 随后用石油醚萃取五次(3 L/次)得到石油醚部分浸膏160 g.该部分浸膏经100~200目硅胶柱层析分离, 以石油醚:乙酸乙酯(V:V＝20:1~0:1)进行梯度洗脱, 得到9个组分(Fr.1~Fr.9). Fr.1 (1.34 g)采用半制备高效液相制备得化合物3 (151 mg, t_R＝15.0 min, MeOH-H₂O, V:V＝80:20, 3 mL/min).组分Fr.2 (2.1 g)经半制备型HPLC进一步分离, 以80%的甲醇水(流速: 3 mL/min)等度洗脱得到两个组分(Fr.2.1和Fr.2.2).随后Fr.2.1 (105 mg)经半制备高效液相分离得到化合物1 (15 mg, t_R＝10.1 min, MeOH-H₂O, V:V＝80:20, 3.0 mL/min).化合物2 (13 mg)则从Fr.2.2 (230 mg)中以75%甲醇水(t_R＝14.9 min, 3.0 mL/min)经半制备高效液相色谱分离得到.其余粗组分(Fr.3~Fr.9)经TLC、¹H NMR和HPLC分析, 未发现有感兴趣的化学成分(注:姜黄素等非倍半萜类成分不是本文所关注的研究内容).

  Turmerone E (1):无色油状物; [α]_D²⁰ -23 (c 0.2, MeOH); UV (MeOH) λ_max [log ε/(L·mol^－1·cm^－1)]: 240 (3.94) nm; ECD (c 2.3×10^－3 mol/L, MeOH) λ_max [Δε/(L·mol^－1·cm^－1)]: 248 (+2.01); IR (film) ν_max: 3448, 2962, 2924, 1681, 1615, 1446, 1379, 1225, 1098 cm^-1; ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 6.30 (br s, H-10), 5.58 (br s, H-3), 4.63 (br s, H-2), 4.51 (d, J＝6.9 Hz, H-8), 2.41 (m, H-7), 2.17 (br s, Me-13), 1.92 (br s, Me-12), 1.92 (m, H₂-5), 1.92 (m, H-1), 1.73 (m, H-6α), 1.72 (br s, Me-15), 1.51 (m, H-6β), 0.92 (d, J＝7.2, Me-14); ¹³C NMR (CDCl₃, 150 MHz) δ: 201.4 (C-9), 156.9 (C-11), 138.9 (C-4), 121.1 (C-10), 120.7 (C-3), 85.3 (C-8), 75.4 (C-2), 43.8 (C-1), 41.3 (C-7), 28.0 (C-12), 27.8 (C-5), 23.7 (C-6), 23.7 (C-15), 21.0 (C-13), 14.9 (C-14); HR-ESIMS calcd for C₁₅H₂₂O₂Na [M+Na]⁺ 257.1512, found 257.1513.

  Turmerone F (2):无色油状物; [α]_D²⁰+3.9 (c 0.18, MeOH); UV (MeOH) λ_max [log ε/(L·mol^－1·cm^－1)]: 204 (3.69) nm; IR (film) ν_max: 3358, 2922, 2852, 1654, 1631, 1377, 1030 cm^-1; ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 6.19 (br s, H-10), 5.31 (br s, H-3), 5.21 (br s, H-14a), 5.14 (br s, H-14b), 4.57 (s, H-8), 2.22 (s, Me-13), 2.08 (dddd, J＝11.9, 11.9, 5.1, 2.7 Hz, H-1), 2.05 (m, H-5a), 1.94 (s, Me-12), 1.94 (m, H-5b), 1.88 (m, H-2a), 1.85 (m, H-6a), 1.82 (m, H-2b), 1.63 (br s, Me-15), 1.49 (dddd, J＝11.9, 11.9, 11.9, 5.7 Hz, H-6b); ¹³C NMR (CDCl₃, 150 MHz) δ: 198.6 (C-9), 159.6 (C-11), 152.3 (C-7), 133.9 (C-4), 120.4 (C-3), 119.1 (C-10), 115.0 (C-14), 82.1 (C-8), 34.9 (C-1), 32.4 (C-2), 30.6 (C-5), 29.6 (C-6), 28.0 (C-12), 23.4 (C-15), 21.4 (C-13); HR-ESIMS calcd for C₁₅H₂₂O₂Na [M+Na]⁺ 257.1512, found 257.1511.

  (+)-(S)-ar-turmerone (3):无色油状物; [α]_D²⁰+69.1 (c 1.0, CHCl₃) [lit.^[17] [α]_D²⁹+63.7 (c 1.0, CHCl₃)]; ECD (c 2.3×10^－3 mol/L, MeOH) λ_max [Δε/(L·mol^－1·cm^－1)]: 237 (+1.90); ¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz) δ: 7.13 (br d, J＝8.0 Hz, H-2 and H-6), 7.10 (br d, J＝8.0 Hz, H-3 and H-5), 6.04 (br s, H-10), 3.30 (m, H-7), 2.72 (dd, J＝15.8, 6.1 Hz, H-8a), 2.62 (dd, J＝15.8, 8.3 Hz, H-8b), 2.31 (s, Me-15), 2.12 (s, Me-13), 1.87 (s, Me-12), 1.25 (d, J＝6.9 Hz, Me-14); ¹³C NMR (CDCl₃, 100 MHz) δ: 199.8 (C-9), 155.0 (C-11), 143.7 (C-1), 135.5 (C-4), 129.1 (C-3 and C-5), 126.6 (C-2 and C-6), 124.1 (C-10), 52.7 (C-8), 35.3 (C-7), 27.6 (C-13), 22.0 (C-14), 20.9 (C-15), 20.7 (C-12); ESIMS m/z: 217 [M+H]⁺.

  辅助材料(Supporting Information)   新化合物1和2的1D/2D NMR、ECD和高分辨质谱谱图; 化合物3的1D NMR和ECD谱图.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.

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  图 1  化合物1~3的结构

  Figure 1  Chemical structures of compounds 1~3

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  图 2  化合物1主要COSY和HMBC相关

  Figure 2  Key observed COSY and HMBC correlations of compound 1

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  图 3  化合物1的关键NOE相关(a)和圆二色谱图(b)

  Figure 3  Key observed NOE correlations (a) and ECD spectrum (b) of 1 (in MeOH)

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  图 4  化合物2主要COSY和HMBC相关

  Figure 4  Key observed COSY and HMBC correlations of compound 2

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