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薇甘菊根的化学成分研究



全 文 :书薇甘菊根的化学成分研究
*
徐巧林1,2 王洪峰1 谢海辉2
(1. 广东省林业科学研究院,广东 广州 510520;2. 中国科学院华南植物园,广东 广州 510650)
摘要 为探讨薇甘菊( Mikania micrantha) 根的化感活性物质,应用色谱技术对其化学成分进行研究,分
离得到了 8 种化合物,通过光谱分析,分别鉴定为苯甲酸、2-羟基苯甲醛、尿苷、尿嘧啶、甲基-α-D-呋喃果糖
苷、乙基-β-D-呋喃果糖苷、乙基-α-L-阿拉伯糖苷及甲基-β-D-阿拉伯糖苷,均为首次从薇甘菊中分离获得。
关键词 薇甘菊; 根; 化学成分; 苯甲酸; 糖苷
中图分类号:S765. 3 文献标识码:A 文章编号:1006 - 4427(2014)01 - 0006 - 05
Chemical Constituents from Roots of Mikania micrantha
XU Qiaolin1,2 WANG Hongfeng1 XIE Haihui2
(1. Guangdong Academy of Forestry,Guangzhou,Guangdong 510520,China;
2. South China Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou,Guangdong 510650,China)
Abstract To explore potential allelochemicals from roots of Mikania micrantha,chemical investigation was
carried out using chromatographic technique and consequently eight compounds were obtained. On the basis of
spectroscopic analysis,they were identified as benzoic acid,2-hydroxybenzaldehyde,uridine,uracil,methyl-α-D-
fructofuranoside,ethyl-β-D-fructofuranoside,ethyl-α-L-arabinofuranoside,and methyl-β-D-arabinofuranoside. All
the compounds were obtained from M. micrantha for the first time.
Key words Mikania micrantha;roots;chemical constituents;benzoic acid;alkyl glucosides
薇甘菊(Mikania micrantha)学名小花假泽兰,为菊科(Asteraceae)假泽兰属(Mikania)植物,是世界性的
入侵植物,也是我国公认的最有危害性的林业有害植物之一。薇甘菊原产地为加勒比、中南美洲以及墨西
哥,现广泛分布于太平洋岛屿以及包括中国南部在内的东南亚地区[1]。薇甘菊生长非常迅速,可产生蔓生
茎攀援缠绕于其他乔灌木植物上,致使其他植物难以进行光合作用而死亡,因而被称为“植物杀手”,已成为
近年来危害广东省森林生态系统的主要害草[2-3]。
化感作用被认为是外来植物重要的入侵策略[4]。从薇甘菊的地上部分分离得到的 4 个倍半萜二酮和 1
个黄酮葡萄糖苷对多种植物显示出化感作用[5-6],表明薇甘菊的快速蔓延与其向周围释放化感物质密切相
关。此外,薇甘菊具有发达的根系,其水浸提物显示出抑制薏苡(Coix lacryma-jobi)种子萌发和幼苗生长的
活性[7]。但目前对于薇甘菊根化学成分的研究较少,仅报道了少量的百里香酚类与二萜类化合物[8-9]。为
了进一步明确薇甘菊根的化感物质基础,本项目对薇甘菊根的化学成分进行了研究,并报道其分离方法和结
构鉴定结果。
1 材料与方法
1. 1 材料
6 广 东 林 业 科 技 2014 年第 30 卷第 1 期
* 基金项目:国家自然科学基金资助项目(31070473 和 31270575)。
第一作者:徐巧林(1986-),博士,主要从事天然产物活性成分研究,E-mail:qlxu@ sinogaf. cn。
通信作者:谢海辉(1964-),研究员,博士生导师,主要从事天然产物化学研究,E-mail:xiehaih@ scbg. ac. cn。
薇甘菊根于 2011 年 11 月采自广东省广州增城区区郊,凭证标本(No. 111128)存放于中国科学院华南
植物园植物化学研究组实验室。
柱层析正相硅胶为青岛海洋化工厂生产;反相硅胶 ODS 为日本 Nomura Chemical Co. Ltd. 生产;凝胶
Sephadex LH-20 为瑞典 Amersham Biosciences 公司生产;反相硅胶层析板为德国 Merck 公司生产;正相硅胶
层析板为烟台黄务硅胶开发试验厂生产;显色方法为喷洒硫酸铈(1 g)、浓硫酸(10 mL)和蒸馏水(90 mL)混
合溶液,烘烤。
1. 2 仪器
旋转蒸发仪用 Eyela Rotary Evaporator N-1000 (日本 Tokyo Rikakikai Co. Ltd.生产);高效液相分析与半
制备高效液相色谱仪用 LC-6AD /RID-10A (日本 Shimadzu公司生产),色谱柱为 YMC-Pack ODS (250 mm ×
4. 6 mm,250 mm ×20 mm i. d.);ESIMS 用 API 2000 LC /MS /MS (美国 Applied Biosystems公司生产),甲醇为
溶剂,直接进样测定;1H NMR和13 C NMR 用 Bruker DRX-400 型超导核磁共振仪测定(瑞士 Bruker 公司生
产),以四甲基硅烷(TMS)为内标。
1. 3 提取和分离
薇甘菊鲜质量 4 050. 0 g,分别用 5 倍量和 4 倍量 55%乙醇浸泡提取,每次 3 d,合并滤液,减压浓缩后得
棕黑色糖浆状物 266. 1 g。将提取物 264. 5 g 经正相硅胶 (100 ~ 200 目,3 000. 0 g)柱层析,氯仿—甲醇
(9∶ 1 ~ 5∶ 5)梯度洗脱,每份收集 600 mL,经 TLC检测合并后得到 F1 ~ F14 组分。
F1 组分 5. 98 g经过反相硅胶柱层析,甲醇—水系统(10 ∶ 90 ~ 2 ∶ 98)洗脱,共得到 F1-1 ~ F1-20 组分。
F1-1 组分经过反复凝胶柱,用甲醇洗脱,分别得到化合物 4 (5. 0 mg,0. 000 1%)和 7 (4. 5 mg,0. 000 1%)。
F3 组分 4. 39 g经过反相硅胶柱层析,甲醇—水系统(10∶ 90 ~ 2∶ 98)洗脱,TLC 检测合并后得到 F3-1 ~
F3-17 亚组分。F3-1 亚组分先经过凝胶柱,一部分再用 HPLC 制备,甲醇—水(20 ∶ 80)作为流动相,流速 5
mL /min,得到化合物 3(11. 0 mg,0. 000 3%),剩下部分经过进一步的凝胶柱和正相硅胶柱层析,得到化合物
6 (70. 3 mg,0. 0017%);F3-6 亚组分经凝胶柱,用甲醇洗脱,得到化合物 2 (12. 1 mg,0. 000 3%)。
F6 组分 16. 0 g经过正相硅胶柱层析,氯仿—甲醇(9∶ 1 ~ 5∶ 5)梯度洗脱,每份收集 500 mL,经 TLC 检测
合并后得到 F6-1 ~ F6-10 组分。F6-4 组分 0. 49 g 经凝胶柱和正相硅胶柱层析,得到化合物 5 (190. 8 mg,
0. 004 7%)。
F9 组分 9. 22 g经过正相硅胶柱层析,氯仿—甲醇(9∶ 1 ~ 5∶ 5)梯度洗脱,每份收集 500 mL,经 TLC 检测
合并后得到 F9-1 ~ F9-43 组分。F9-5 组分 0. 20 g 经正相硅胶柱层析,得到化合物 8(20. 3 mg,0. 000 5%)。
F9-21 组分 2. 50 g经过反相硅胶柱层析,甲醇—水(10∶ 90 ~ 98∶ 2)系统洗脱得到 F9-21-1 ~ F9-21-29。F9-21-
18 经过凝胶柱,用甲醇洗脱,得到化合物 1 (19. 3 mg,0. 000 5%)。
除上述 4 个组分外,其余 10 个组分进行分离后,尚未得到纯的单体化合物,故在此不予列出。
1. 4 结构鉴定
对提取分离后得到的 8 个化合物进行结构鉴定,结果见图 1。
图 1 化合物 1 ~ 8 的化学结构
7徐巧林等: 薇甘菊根的化学成分研究
苯甲酸(Benzoic acid,化合物 1)白色粉末;ESI-MS m/z:(pos.)145[M + Na]+,267[2M + Na]+,(neg.)
157[M + Cl]-,121[M - H]-;1H NMR(400 MHz,MeOD)δ 8. 05(2H,d,J = 7. 2 Hz,H-2,6),7. 57(1H,t,J =
7. 3 Hz,H-4) ,7. 48(2H,t,J = 7. 0 Hz,H-3,5) ;13 C NMR(100 MHz,MeOD)δ 131. 8(C-2,6),129. 3(C-4) ,
129. 3(C-1) ,127. 8(C-3,5)。光谱数据与参考文献[10]报道的一致。
2-羟基苯甲醛(2-Hydroxybenzaldehyde,化合物 2)白色粉末;ESI-MS m/z:(pos.)145[M + Na]+,267
[2M + Na]+,(neg.)121[M - H]-,157[M + Cl]-;1H NMR(400 MHz,MeOD)δ 9. 86(1H,s,-CHO),8. 14
(1H,d,J = 7. 2 Hz,H-6) ,8. 08(1H,br s,H-7) ,7. 45(1H,d,J = 7. 8 Hz,H-3) ,7. 25(1H,dd,J = 8. 0,1. 5 Hz,
H-4) ,7. 22(1H,dd,J = 7. 7,1. 2 Hz,H-5) ;13C NMR(100 MHz,MeOD)δ 187. 4(C-7),139. 7(C-2) ,125. 0(C-
4) ,123. 6(C-6) ,122. 4(C-1) ,120. 1(C-5) ,113. 1(C-3)。光谱数据与参考文献[11]报道的一致。
尿苷(Uridine,化合物 3)白色粉末;ESIMS m/z:(pos.)267[M + Na]+,(neg.)243[M-H]-,279[M +
Cl]-;1H NMR(600 MHz,MeOD)δ 8. 00(1H,d,J = 8. 1 Hz,H-6),5. 89(1H,d,J = 4. 6 Hz,H-1) ,5. 69(1H,
d,J = 8. 1 Hz,H-5) ,4. 16(2H,dt,J = 9. 7,5. 1 Hz,H-5) ,4. 01 ~ 3. 98(1H,m,H-4) ,3. 82(1H,dd,J = 12. 2,
2. 7 Hz,H-3) ,3. 72(1H,dd,J = 12. 2,3. 1 Hz,H-2) ;13 C NMR(150 MHz,MeOD)δ 166. 4(C-4),152. 7(C-
2) ,142. 9(C-6) ,102. 9(C-5) ,90. 8(C-1) ,86. 6(C-4) ,75. 9(C-3) ,71. 5(C-2) ,62. 4(C-5)。光谱数据与
参考文献[12]报道的一致。
尿嘧啶(Uracil,化合物 4)白色粉末;ESI-MS m/z:(pos.)111[M - H]-,147[M + Cl]-;1H NMR(600
MHz,MeOD)δ 7. 46(1H,d,J = 7. 7 Hz,H-6),5. 68(1H,d,J = 7. 7 Hz,H-5) ;13 C NMR(150 MHz,MeOD)δ
167. 5(C-4),153. 7(C-2) ,143. 7(C-6) ,101. 9(C-5)。光谱数据与参考文献[13]报道的一致。
甲基-α-D-呋喃果糖苷(Methyl-α-D-fructofuranoside,化合物 5)白色粉末;ESI-MS m/z:(pos.)217[M +
Na]+,411[2M + Na]+,(neg.)229[M + Cl]-;1H NMR(400 MHz,C5D5N)δ 4. 26(1H,dd,J = 11. 8,4. 5 Hz,
H-6a),4. 32(1H,d,J = 11. 7 Hz,H-1a) ,4. 35(1H,d,J = 11. 7 Hz,H-1b) ,4. 38(1H,dd,J = 11. 7,4. 5 Hz,
H-4) ,4. 60(1H,m,H-5) ,4. 96(1H,dd,J = 11. 8,4. 5 Hz,H-6b) ,4. 96(1H,d,J = 10. 6 Hz,H-3) ,3. 53(3H,
s,-OMe) ;13C NMR(100 MHz,C5D5N)δ 109. 5(C-2),85. 0(C-5) ,83. 3(C-3) ,78. 9(C-4) ,63. 1(C-6) ,
61. 9(C-1) ,49. 3(-OCH3)。光谱数据与参考文献[14]报道的一致。
乙基-β-D-呋喃果糖苷(Ethyl-β-D-fructofuranoside,化合物 6)白色粉末;ESI-MS m/z:(pos.)231[M +
Na]+,439[2M + Na]+,(neg.)243[M + Cl]-,207[M - H]-;1H NMR(400 MHz,C5D5N)δ 5. 19(1H,d,J =
8. 1 Hz,H-3),4. 88(1H,t,J = 7. 9 Hz,H-4) ,4. 60(1H,m,H-5) ,4. 35(1H,dd,J = 11. 7,3. 3 Hz,H-6a) ,
4. 21(1H,dd,J = 11. 5 ,3. 5 Hz,H-6b) ,4. 18(1H,dd,J = 11. 5 Hz,H-1a) ,4. 11(1H,dd,J = 11. 5 Hz,H-1
b) ,3. 86(2H,q,J = 7. 8 Hz,-CH2),1. 13(3H t,J = 7. 0 Hz,-CH3);
13 C NMR(100 MHz,C5D5N)δ 106. 2(C-
2),84. 3(C-5) ,79. 4(C-3) ,77. 8(C-4) ,65. 0(C-6) ,63. 6(C-1) ,57. 9(-CH2),16. 7(-CH3)。光谱数据
与参考文献[14]报道的一致。
乙基-α-L-阿拉伯糖甘(Ethyl-α-L-arabinofuranoside,化合物 7)白色粉末;ESI-MS(pos.)m/z:201[M +
Na]+,379[2M + Na]+,(neg.)213[M + Cl]-,177[M - H]-;1H NMR(400 MHz,MeOD)δ 4. 87(1H,d,J =
1. 8 Hz,H-1),3. 95(1H,m,H-2) ,3. 92(1H,m,H-3) ,3. 84(1H,m,H-4) ,3. 77(1H,dq,J = 9. 1,7. 1 Hz,H-
1a) ,3. 74(1H,dd,J = 11. 7,3. 3 Hz,H-5a) ,3. 63(1H,dd,J = 11. 9,5. 3 Hz,H-5b) ,3. 49(1H,dq,J = 9. 1,7. 1
Hz,H-1b) ,1. 20(3H,t,J = 7. 0 Hz,-CH3);
13C NMR(150 MHz,MeOD)δ 109. 3(C-1),85. 3(C-4) ,83. 6(C-
2) ,78. 7(C-3) ,64. 3(-CH2),63. 1(C-5) ,15. 6(-CH3)。光谱数据与参考文献[15]报道的一致。
甲基-β-D-阿拉伯糖苷(Methyl-β-D-arabinofuranoside,化合物 8)白色粉末;ESI-MS m/z:(pos.)187[M +
Na]+,351[2M + Na]+,(neg.)199[M + Cl]-,163[M - H]-;1H NMR(400 MHz,MeOD)δ 4. 17(1H,d,J =
8. 0 Hz,H-1),4. 01(1H,t,J = 7. 8 Hz,H-3) ,3. 80(2H,dd,J = 12. 6,3. 9 Hz,H-5a) ,3. 72(1H,d,J = 11. 8
Hz,H-2) ,3. 66(1H,dd,J = 11. 9,7. 0 Hz,H-5b) ,3. 61(1H,d,J = 11. 8 Hz,H-4) ,3. 40(3H,s,-OMe) ;13 C
NMR(150 MHz,MeOD)δ 105. 4(C-1),83. 7(C-4) ,78. 9(C-2) ,77. 4(C-3) ,64. 9(C-5) ,61. 7(-OMe)。光
谱数据与参考文献[16]报道的一致。
8 广 东 林 业 科 技 2014 年第 30 卷第 1 期
2 结果与讨论
薇甘菊根的 55%乙醇提取物经正相硅胶柱色谱、反相硅胶 ODS 柱色谱、凝胶 Sephadex LH-20 柱色谱及
HPLC制备分离,得到 8 种化合物。通过光谱分析及与参考文献数据对照,分别鉴定为苯甲酸(化合物 1)、2-
羟基苯甲醛(化合物 2)、尿苷(化合物 3)、尿嘧啶(化合物 4)、甲基-α-D-呋喃果糖苷(化合物 5)、乙基-β-D-
呋喃果糖苷(化合物 6)、乙基-α-L-阿拉伯糖苷(化合物 7)、甲基-β-D-阿拉伯糖苷(化合物 8),均为首次从薇
甘菊植物中分离获得。
据报道,苯甲酸是公认的化感物质,不仅对萝卜(Raphanus sativus)和白菜(Brassica pekinensis)种子萌发、
幼苗生长及抗氧化酶活性有明显的抑制作用[17-18],还能打破番茄(Lycopersicon esculentum)根部保护酶系统原
有的平衡造成根系的膜质过氧化[19]。苯甲酸具有的抗病原菌和杀线虫活性已被大量研究证实,其在酸性条
件下,对黄瓜(Cucumis sativus)疫霉病菌、水稻(Oryza sativa)纹枯病菌等多种植物病原真菌表现出较高的抑
制活性[20-21];欧阳革成等[22]研究发现,用高浓度苯甲酸溶液处理的松材线虫在短期内即全部死亡。
此外,苯甲酸对酪氨酸酶具有抑制作用[23],酪氨酸酶在昆虫生成外骨骼的重要阶段及其蜕皮时的糅化
过程中起重要作用。酪氨酸酶抑制剂通过破坏昆虫体内的酪氨酸酶及糅化过程,能够有效地抑制昆虫的成
熟及繁育[24],起到杀虫的效果。本研究结果为阐明薇甘菊的入侵机制,探讨薇甘菊的综合利用,尤其是作
为植物源的生物农药提供了化学基础。
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