​Hypermonins A and B 来源于金丝桃的新PPAP类化合物

?咱?在飞、 2007-01-23 14:35:10 热度:8731°C

文章介绍

从藤黄科金丝桃属植物金丝桃(Hypericum monogynum)的干燥茎叶中分离得到两个新的PPAPs类化合物,hypermonin A (1)和hypermonin B (2),均具有独特的十氢茚[1,7-bc]呋喃环骨架(图1)。这些化合物是一对在C-5位置上具有相反构型的亲合分子。它们的结构,包括它们的绝对构型,是通过广泛的光谱分析和电子圆二色性(ECD)计算确定的。提出了一种合理的12的生物合成途径。化合物1对皮质酮诱导的PC12细胞损伤具有显着的保护作用。

图1 化合物12的结构式

背景介绍

天然多环多异戊烯基取代间苯三酚类化合物(Polycyclic Polyprenylated AcylPhloroglucinols,简称PPAPs)是一类具有聚酮和异戊烯基复合生源途径的特殊结构天然产物;也是藤黄科植物独有的特征性化学成分。目前已报道的天然 PPAPs 类化合物约250个左右,多具有植物次生代谢产物中少见的桥环、螺环和金刚烷等复杂、刚性的核心骨架。由于其结构新颖,生物活性独特,近年来在国际上广受关注。然而这类化合物彼此间理化性质差异极小,导致分离纯化难度极大;同时由于其多为油状,对结构的确定、尤其是绝对构型的确定带来困难,进而限制这类天然产物深度研究的推进。

在不断寻找具有生物活性的ppap中,研究者最近报道了多花藤中一系列具有良好细胞毒性活性的新型ppap。作为本研究计划的一部分,作者对金丝桃的化学成分进行了研究,分离出了两种新的ppap, hypermonins A(1)和B(2)(图1),这是第一批含有不寻常的十氢茚十酮[1,7-bc]呋喃环体系的6- norppap。在此,报道了这两种化合物的分离、结构解析和神经保护作用。

提取分离

用甲醇在80°C下提取8 Kg金丝桃植物干燥茎叶,在减压条件下对组合MeOH提取物进行浓缩,得到粗提物(1.5 Kg)。用乙酸乙酯进行萃取。乙酸乙酯层(500 g)经过硅胶柱(石乙—氯甲)洗脱得10个馏分fractions (A–I)。Fraction C (17.5 g)用ODS柱分离划分7个馏分fractions (C1-C7)。Fraction C6 (4.3 g)经Sephadex LH-20分离得12个馏分subfractions (C6-1–C6-12)。最后,经半制备液相分离得化合物1 (5 mg, tR = 23.2 min)和2 (2.5mg, tR = 29.1 min)。

结构鉴定

Hypermonin A(1)分子式为C32H40O4,有13个不饱和度。红外光谱清晰地显示出羟基(3390 cm-1)、羰基(1707和1653 cm-1)和芳香族(1598和1448 cm-1)的吸收带。化合物1的氢谱显示5个苯基质子信号δH 7.60 (2H, d, J = 7.8 Hz), 7.49 (1H, t, J = 7.8Hz), and 7.38 (2H, t, J = 7.8 Hz);三个双键质子信号δH 5.19 (1H, t, J = 7.2 Hz), 5.04 (1H, dd, J = 13.8,6.6 Hz), and 5.02 (1H, dd, J = 13.8, 6.6 Hz)。13C NMR数据和DEPT实验显示了32个碳共振,包括7个甲基碳,4个亚甲基,10个次甲基(8个烯碳),11个季碳(6个烯碳,2个羰基碳)。进一步分析化合物1的一维核磁共振表明1是连有未取代苯基、α,β-不饱和羰基和三个异戊二烯基的PPAP类化合物。上述官能团占据了10个不饱和度,剩下的3个不饱和度,表明化合物1是三环化合物。用二维核磁共振谱分析了1的平面结构(图2)。在1H–1H COSY谱上观察到4个自旋系统H-7/H2-8/H-9/H2-10, H-16/H2-17/H-18,H2-22/H-23, and H-29/H-30/H-31。在HMBC谱上,OH-5 (δH 5.56)与C-1 (δC 57.8), C-4 (δC 179.1), C-5 (δC 82.0), andC-7 (δC 52.1)有相关表明C-1, C-4和C-7通过C-5连接。此外,H2-22与C-1, C-2, C-5和C-10;H2-10与C-1, C-2和C-5的HMBC相关表明C-2, C-5, C-10和C-22均与C-1相连。此外,通过将这些数据与文献中针对PPAP报道的数据进行比较,发现了在C-3处带有苯甲酰基部分的α,β-不饱和羰基(δC197.1、179.1和109.5)的特征信号。因此,在上述碎片的基础上形成了A环和B环。两个甲基通过季碳(C-11)与A环连接,这一点通过H3-12和H3-13与C-7和C-11的HMBC相关性得到验证。这个特征烯醇碳C-4(δC 179.1)和C-11,以及剩余的一个不饱和度表明存在4,11-γ-呋喃环,即C环。确定了具有独特十氢茚[1,7-bc]呋喃环骨架的6-norPPAP结构,另外,H2-22与C-1和C-2的HMBC相关以及H3-25和H3-26与C-23 (δC 122.1)和C-24(δC 131.0)的HMBC相关表明C-1连有异戊烯基,另一个1,5-dimethylhexa-1,4-diene连在C-9位是由H3-15与C-9, C-14和C-16以及H3-20和H3-21与C-18和C-19确定的,至此,也就确定了化合物1的平面结构。ROESY实验确定了1的相对构型。OH-5与H-7、H-22b以及H-7与Me-15、Me-12的ROESY交叉峰较强,说明这些组为共平面的,随机指定为α构型。因此,C-1和C-9上的两个异戊烯基侧链是α构型的,而H-9被固定为β构型。

图2 化合物1的2D-NMR

化合物2的分子式与化合物1相同,为C32H40O4。2的1D-NMR谱与1几乎相同,除了C-5碳的化学位移。进一步比较13C NMR数据发现化合物2中的C-5 (δC 82.5)和化合物1的C-5 (δC 80.7),说明化合物21应该是一对在C-5位置上构型相反的立体异构体。二维核磁共振数据证实了2的结构和相对构型。特别地,OH-5/Me-13, Me-12/H-7α和Me-15/H-7α的NOE相关表明OH-5是β构型。由此确定了化合物2的结构。

化合物12的绝对构型由含时密度泛函理论电子圆二色性(TDDFT-ECD)计算确定。在B3LYP/6-311G*水平上使用密度泛函理论(DFT)方法比较了实验和计算的ECD光谱。测量的CD光谱与计算的ECD光谱吻合良好(图3)。因此,12的立体中心的绝对构型分别为1S、5R、7R、9S和1S、5S、7R、9S。

图3 化合物12的ECD计算结果

接着,作者推测了化合物1和2的生合成途径(图4)。

图4 化合物12的生合成途径

活性测试

考虑到PPAPs已被报道具有抗抑郁作用,通过MTT方法检测化合物12对皮质酮诱导的PC12细胞损伤的保护作用,因为这种作用与抗抑郁活性有关。如图5所示,在20 μM时,化合物1对PC12细胞具有显着的保护作用,细胞存活率为65.0%,而化合物2不具有活性。

图5 化合物1的活性测试结果

总结

从藤黄科金丝桃属植物金丝桃(Hypericum monogynum)的干燥茎叶中分离得到两个新的PPAPs类化合物,hypermonin A (1)和hypermoninB (2),均具有独特的十氢茚[1,7-bc]呋喃环骨架。这些化合物是一对在C-5位置上具有相反构型的立体异构体。推测的生物合成途径中的醛醇反应可能是造成这一现象的原因。此外,化合物1在20 μM时对PC12细胞的诱导损伤具有明显的保护作用,而2则无效。OH-5的构型可能是活性差异的原因。这是首次报道的一种来自金丝桃的新型PPAP,显示出显着的神经保护活性,这与抗抑郁活性有关。

含时密度泛函理论电子圆二色性(TDDFT-ECD)引入TDDFT,契合了计算时间与计算精度。可通过计算软件得到化合物的预测ECD谱图。TDDFT-ECD应用时十分直观、明了,即先通过TDDFT计算得到根据待定化合物的优势构象所预测的ECD谱图,再将它与待定化合物的实测ECD谱图进行比对,如果两者吻合度高则说明预测时所选取的优势构象的构型是待定化合物的绝对构型。

本文于2018年1月15日在线发表于RSC旗下期刊Organic & Biomolecular Chemistry上

Zeng Yan Rong和Yi Ping为共同一作,通讯作者为郝小江研究员和苑春茂研究员,贵州医科大学、中国科学院贵州省天然产物化学重点实验室和中国科学院昆明植物研究所为共同通讯单位。

文章地址:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ob/c8ob00650d

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