全 文 :中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 43 卷 第 4 期 2012 年 4 月
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苍耳化学成分的分离与鉴定
胡冬燕 1,杨顺义 1,袁呈山 2,韩广田 2,沈慧敏 1*
1. 甘肃农业大学草业学院,甘肃 兰州 730070
2. 兰州大学 功能有机分子化学国家重点实验室,甘肃 兰州 730000
摘要:目的 对苍耳 Xanthium sibiricum 地上部分的化学成分进行分离和鉴定。方法 采用硅胶柱色谱、制备薄层色谱、MCI
凝胶色谱和 Sephadex LH-20 柱色谱等方法对其化学成分进行分离纯化,应用现代波谱技术 ESI-MS、1H-NMR、13C-NMR 对
化合物的结构进行鉴定。结果 从苍耳中分离得到了 7 个倍半萜类化合物,分别为苍耳农(1)、苍耳亭(2)、3-cycloheptene-
1-acetic acid(3)、xanthinosin(4)、inusoniolide(5)、5-azuleneacetic acid(6)、2-hydroxy xanthinosin(7)。结论 化合物 1
为新化合物,命名为苍耳农,化合物 3、6、7 为首次从苍耳植物中分离得到,化合物 5 为首次从苍耳属植物中分离得到,其
中化合物 2 的量较丰富(0.1%),为开发新型植物源杀菌剂奠定了基础。
关键词:苍耳;倍半萜;苍耳农;苍耳亭;inusoniolide
中图分类号:R284.1 文献标志码:A 文章编号:0253 - 2670(2012)04 - 0640 - 05
Isolation and identification of chemical constituents in Xanthium sibiricum
HU Dong-yan1, YANG Shun-yi1, YUAN Cheng-shan2, HAN Guang-tian2, SHEN Hui-min1
1. College of Pratacultural Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
2. State Key Laboratory of Applied Organic Chemistry, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
Abstract: Objective To study the chemical constituents in the aerial part of Xanthium sibiricum. Methods Compounds were
isolated by repeated silica gel, preparative TLC, MCI, and Sephadex LH-20 column chromatography. Their structures were identified
by their spectroscopic data. Results Seven compounds of susquiterpene were isolated and identified as xanthnon (1), xanthatin (2),
3-cycloheptene-1-acetic acid (3), xanthinosin (4), inusoniolide (5), 5-azuleneacetic acid (6), and 2-hydroxy xanthinosin (7),
respectively. Conclusion Compound 1 is a new compound named xanthnon, componds 3, 6, and 7 are obtained from this plant for the
first time, and compound 5 is yielded from the plants in Xanthium L. for the first time. Among them, compound 1 accounts for 0.1% of
the acrial part of X. sibiricum and has the potential to be exploited as a novel bactericide.
Key words: Xanthium sibiricum Patrin ex Widder; sesquiterpene; xanthnon; xanthatin; inusoniolide
苍耳 Xanthium sibiricum Patrin ex Widder 为菊
科(Compositae)苍耳属植物,苍耳属植物全世界
约有 25 种,我国有 3 种及 1 个变种[1]。苍耳具有很
强的抗逆性和强适应性,为农牧业生产中的防除对
象,而且在我国分布广泛,尤其是在我国北方资源
丰富[1]。近年来,冯俊涛[2-3]、李玉平[4]、何静[5]等
相继对其抑菌活性进行了初步研究,发现在离体条
件下苍耳提取物对部分重要农作物病原菌有较强的
活性,但没有做进一步的研究。杨顺义[6]、张帆[7]、
王旭[8]等发现苍耳植株丙酮提取物对植物病原菌番
茄灰霉、辣椒丝核、黄瓜枯萎、黄瓜黑星等病菌具
有较强的抑制作用,并且苍耳提取物对菜青虫、蚜
虫、玉米象等农业害虫也有很好的灭虫效果[9],具
有较高的研究价值和开发利用前景。
许多学者对苍耳植物进行了化学成分研究,发
现该植物所含化学成分主要为挥发油、倍半萜内酯
和苷类,果实还富含不饱和脂肪油,其中倍半萜内
酯类为主要活性成分,苷类、毒蛋白、氢醌为毒性
成分[10]。前期对苍耳的研究中已经明确了苍耳丙酮
提取物对常见植物病原真菌具有很强的抑菌活性,
尤其对番茄灰霉病菌,但一直未明确具体的活性成
分。本实验主要对含有抑菌活性物质的苍耳丙酮提
收稿日期:2012-01-05
基金项目:甘肃省农业生物技术研究与应用开发项目(GNSW-2004-08);甘肃省教育厅基金项目(032-06)
作者简介:胡冬燕(1984—),女,硕士研究生,研究方向为生物农药的开发与应用。
*通讯作者 沈慧敏 Tel: (0931)7632260 E-mail: ndshm@gsau.edu.cn
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取物进行分离纯化,从中得到 7 个化合物,分别鉴
定为苍耳农(xanthnon,1)、苍耳亭(xanthatin,2)、
3-cycloheptene-1-acetic acid(3)、xanthinosin(4)、
inusoniolide(5)、5-azuleneacetic acid(6)、2-hydroxy
xanthinosin(7)。其中,化合物 1 为新化合物,命
名为苍耳农,化合物 3、6、7 为首次从苍耳植物中分
离得到,化合物 5 为首次从苍耳属植物中分离得到。
1 仪器与材料
Bruker AV—400 型核磁共振仪;薄层色谱硅胶
GF254、柱色谱硅胶(200~300、300~400 目)均
为青岛海洋化工厂产品;MCI(日本三菱化学品公
司);Sephadex LH-20(德国默克公司);实验所用
试剂均为分析纯。
苍耳 2010 年 7 月采集于甘肃农业大学试验地,
由甘肃农业大学草业学院袁继承实验师鉴定为菊科
植物苍耳 Xanthium sibiricum Patrin ex Widder,标本
(编号 201007XA)保存于甘肃农业大学草业学院农
药学实验室。
2 提取与分离
称取自然干燥的苍耳地上部分 8 kg,适当粉碎
后,用丙酮冷浸提取 3 次,每次 3 d,浓缩得 400 g
浸膏。将该浸膏用水混悬后氯仿萃取 3 次,回收溶
剂得氯仿部分 260 g。
取氯仿萃取物经硅胶(200~300 目)柱色谱,
石油醚-丙酮(100∶1→2∶1)梯度洗脱,TLC 检测
合并得到 6 个组分 Fr. 1(42 g)、Fr. 2(37 g)、Fr. 3
(25 g)、Fr. 4(28 g)、Fr. 5(40 g)、Fr. 6(35 g)。
Fr. 1~3 主要为小极性的蜡状物和谷甾醇,故未分
离。Fr. 4 先经硅胶(200~300 目)柱色谱,石油醚-
丙酮(60∶1→2∶1)梯度洗脱,合并相同流分后经
Sephadex LH-20 柱色谱,再经 MCI 凝胶色谱,水-
甲醇(2∶1→1∶4)梯度洗脱,合并相同流分,最
后分别进行反复硅胶(300~400 目)柱色谱分离得
到化合物 3(200 mg)、4(63 mg)和 5(70 mg);
Fr. 5 经硅胶(200~300 目)柱色谱后,析出固体,
用石油醚-丙酮重结晶,得化合物 2(8 g),Fr. 5 剩
下的部分经 TLC 检测并合并相同流分,先用
Sephadex LH-20 柱色谱,然后分别用 MCI 凝胶色谱
(水-甲醇 2∶1→1∶3)进行梯度洗脱,合并相同流
分,最后经反复硅胶(300~400 目)柱色谱得化合
物 1(9 mg)、6(5 mg)和 7(6 mg)。
3 结构鉴定
化合物 1:无色油状物,在紫外(254 nm)灯
下呈暗荧光,遇 5%硫酸-乙醇溶液加热氧化时显土
黄色斑点,HR-ESI-MS 给出其分子式为 C15H22O4
(m/z 计算值 267.159 1,实测值 267.158 6 [M+H]+),
不饱和度为 5。红外光谱显示出在 3 378 cm−1 处的
-OH 特征吸收峰,1 760 cm−1 处的共轭五元内酯环
的羰基吸收峰。化合物 1 的 1H-NMR 谱给出 2 个双
峰甲基信号 δH 1.17 (H-14), 1.23 (H-15);1 个环外双
键亚甲基信号 δH 5.45 (H-13), 6.17 (H-13);3 个连氧
的次甲基信号 δH 3.47 (H-3), 3.63 (H-4), 4.28 (H-8)。
13C-NMR 谱和 DEPT 谱给出下列信息:2 个甲基信
号 δC 18.6 (C-14), 19.8 (C-15);4 个亚甲基信号 δC
25.9 (C-6), 36.6 (C-9), 45.2 (C-2), 118.5 (C-13);6 个
次甲基信号 δC 34.4 (C-10), 48.1 (C-7), 70.3 (C-4),
74.3 (C-3), 82.1 (C-8), 124.9 (C-5);3 个季碳信号包
括 1 个不饱和内酯的羰基碳 δC 170.0 (C-12),2 个
双键季碳 δC 139.7 (C-11), 144.7 (C-1)。根据 1H-1H
COSY 谱,H-14 与 H-10 相关,H-10 与 H-9 相关,
H-9 与 H-8 相关,H-8 与 H-7 相关,H-7 与 H-6 相
关,H-6 与 H-5 相关,可以得到如下片段:14CH3-
10CH-9CH2-8CH-7CH-6CH2-5CH;根据 HSQC 谱进行
C、H 归属,δC 74.3 为 C-3,δC 70.3 为 C-4,又因
H-15 与 H-4 相关,H-4 与 H-3 相关,H-3 与 H-2 相关,
可以得到以下片段: 15CH3-4CH-3CH-2CH2。结合
HMBC 谱,H-13 与 C-12, 7 相关,H-5 与 C-2, 10, 7
相关,H-8 与 C-6 相关,H-9 与 C-7, 1, 14 相关;H-10
与 C-2, 8, 5 相关;H-15 与 C-3 相关;H-14 与 C-1 相
关。根据这些相关,可以将化合物 1 的几个片段连
接,另外,根据分子式将 C-8 与 C-12 以内酯相连,
从而化合物 1 的平面结构得以确定为裂环的愈创木
烷型倍半萜[11-12]。H-7与H-8较大的耦合常数12.5 Hz
表明 H-7 与 H-8 位于环的不同侧,即若 H-7 为 α-取
向,则 H-8 为 β-取向;在 NOE 实验中,照射 H-8 时
H-14,H-9 有增益且 H-14>H-9,说明 H-14 与 H-8
在同侧为β-取向,至此化合物1的结构被确定(图1),
命名为 xanthnon,相关光谱数据见表 1。
图 1 化合物 1 的结构和主要相关
Fig. 1 Structure and key correlations of compound 1
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表 1 化合物 1 的 13C-NMR、1H-NMR 和 HMBC 数据 (CD3OD)
Table 1 13C-NMR, 1H-NMR, and HMBC data of compound 1 (CD3OD)
位置 δC δH HMBC
1 144.7 -
2 45.2 2.15 (1H, m, H-2a); 2.30 (1H, m, H-2b) 4
3 74.3 3.47 (1H, m, H-3)
4 70.3 3.63 (1H, m, H-4)
5 124.9 5.68 (1H, dd, J = 3.3, 8.7 Hz, H-5) 2, 7, 10
6 25.9 2.09 (1H, m, H-6a), 2.54 (1H, m, H-6b) 1, 8, 11
7 48.1 2.53 (1H, m, H-7) 5
8 82.1 4.28 (1H, dt, J = 3.0, 12.5Hz, H-8) 6
9 36.6 1.81 (1H, dt, J = 3.8, 12.3 Hz, H-9a), 2.26 (1H, m, H-9b) 1, 7, 14
10 34.4 2.65 (1H, m, H-10) 2, 5, 8
11 139.7 -
12 170.0 -
13 118.5 5.45, 6.17 (2H, d, J = 3.1 Hz, H-13) 12, 7
14 18.6 1.17 (3H, d, J = 7.5 Hz, H-14) 1
15 19.8 1.23 (3H, d, J = 6.3 Hz, H-15) 3
化合物 2:无色块状晶体(石油醚-丙酮),C15H18O3。
mp 114 ℃,ESI-MS m/z: 247.3 [M+H]+。13C-NMR
(100 MHz, CDC13) δ: 144.4 (C-1), 148.3 (C-2), 124.4
(C-3), 198.2 (C-4), 138.0 (C-5), 26.9 (C-6), 47.2 (C-7),
81.2 (C-8), 36.4 (C-9), 28.9 (C-10), 139.0 (C-11),
169.5 (C-12), 118.6 (C-13), 18.6 (C-14), 27.6 (C-15);
1H-NMR (400 MHz, CDC13) δ: 7.07 (1H, d, J = 16.1
Hz, H-2), 6.20 (1H, d, J = 16.1 Hz, H-3), 6.29 (1H, dd,
J = 9.1, 3.3 Hz, H-5), 2.80 (1H, ddd, J = 16.7, 9.1, 2.5
Hz, H-6a), 2.20 (1H, ddd, J = 16.7, 12.2, 3.3 Hz,
H-6b), 2.56 (1H, dt, J = 12.2, 2.6 Hz, H-7), 4.29 (1H,
dt, J = 12.2, 2.6 Hz, H-8), 2.38 (1H, ddd, J = 12.8, 3.9,
2.6 Hz, H-9b), 1.85 (1H, dt, J = 12.8, 3.9 Hz, H-9a),
3.08 (1H, m, H-10), 6.20 (1H, d, J = 3.3 Hz, H-13a),
5.49 (1H, d, J = 3.3 Hz, H-13b), 1.16 (3H, d, J = 7.4
Hz, H-14), 2.30 (3H, s, H-15)。以上光谱数据与文献
报道一致[13-14],故鉴定合物 2 为苍耳亭。
化合物 3:无色油状物,C15H22O3。ESI-MS m/z:
251.2 [M+H]+。1H-NMR (400 MHz, CDC13) δ: 5.42
(1H, dd, J = 3.5, 9.3 Hz, H-5), 2.26 (1H, m, H-6a),
2.09 (1H, dd, J = 9.3, 14.5 Hz, H-6b), 2.54 (1H, m,
H-7), 2.30 (1H, m, H-10), 6.29 (1H, brs, H-13a), 5.65
(1H, brs, H-13b), 1.11 (3H, d, J = 7.3 Hz, H-14), 2.17
(3H, s, H-15);13C-NMR (100 MHz, CDC13) δ: 147.3
(C-1), 33.4 (C-2), 42.7 (C-3), 209.0 (C-4), 122.6 (C- 5),
32.7 (C-6), 39.4 (C-7), 31.5 (C-8), 33.8 (C-9), 37.1
(C-10), 146.2 (C-11), 172.4 (C-12), 124.7 (C-13), 16.3
(C-14), 30.0 (C-15)。以上数据与文献报道一致[14-15],
故鉴定化合物 3 为 3-cycloheptene-1-acetic acid。
化合物 4:无色油状物,C15H20O3。ESI-MS: m/z
271.3 [M+Na]+。1H-NMR (400 MHz, CDC13) δ: 5.52
(1H, dd, J = 8.7, 3.1 Hz, H-5), 2.47 (1H, m, H-6a),
2.02 (1H, m, H-6b), 4.24 (1H, dt, J = 12.4, 2.8 Hz,
H-8), 1.77 (1H, m, H-9a), 2.30 (1H, m, H-9b), 5.45
(1H, d, J = 3.2 Hz, H-13a), 6.16 (1H, d, J = 3.2 Hz,
H-13b), 1.14 (3H, d, J = 7.2 Hz, H-14), 2.17 (3H, s,
H-15);13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ: 146.3 (C-1),
34.4 (C-2), 42.7 (C-3), 208.0 (C-4), 121.6 (C-5), 26.0
(C-6), 48.2 (C-7), 82.0 (C-8), 37.0 (C-9), 34.0 (C-10),
139.8 (C-11), 170.1 (C-12), 118.5 (C-13), 18.5 (C-14),
30.0 (C-15)。以上光谱数据与文献报道一致[14,16],
故鉴定化合物 4 为 xanthinosin。
化合物 5:无色油状物,C15H20O3。ESI-MS m/z:
249.4 [M+H]+。13C-NMR (100 MHz, CDC13) δ:
146.0 (C-1), 33.1 (C-2), 41.7 (C-3), 207.7 (C-4), 123.7
(C-5), 81.4 (C-6), 47.7 (C-7), 30.8 (C-8), 23.9 (C-9),
37.5 (C-10), 140.0 (C-11), 170.2 (C-12), 118.7 (C-13),
15.7 (C-14), 30.0 (C-15) ; 1H-NMR (400 MHz,
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CDC13) δ: 2.32 (2H, m, H-2), 2.56 (2H, m, H-3), 5.65
(1H, d, J = 2.2 Hz, H-5), 4.71 (1H, dd, J = 10.3, 2.2
Hz, H-6), 2.50 (1H, m, H-7), 6.12 (1H, d, J = 3.2 Hz,
H-13a), 5.43 (1H, d, J = 3.1 Hz, H-13b), 1.06 (3H, d,
J = 7.5 Hz, H-14), 2.14 (3H, s, H-15)。以上光谱数据
与文献报道一致[17],故鉴定化合物5为 inusoniolide。
化合物 6:无色油状物,C15H24O3。ESI-MS m/z:
253.4 [M+H]+。1H-NMR (400 MHz, CDC13) δ: 1.92
(1H, m, H-1), 1.72 (1H, m, H-2a), 1.46 (1H, m, H-2b),
2.05 (1H, m, H-3a), 1.37 (1H, m, H-3b), 3.72 (1H, t, J =
8.8 Hz, H-4), 1.76 (1H, dd, J = 14.5, 2.5 Hz, H-6a), 1, 50
(1H, dd, J = 14.5, 12.0 Hz, H-6b), 2.82 (1H, m, H-7),
1.87 (1H, m, H-8a), 1.62 (1H, m, H-8b), 1.65 (2H, m,
H-9), 1.89 (1H, m, H-10), 6.26 (1H, brs, H-13a), 5.63
(1H, brs, H-13b), 0.98 (3H, d, J = 7.0 Hz, H-14), 0.92
(1H, s, H-15);13C-NMR (100 MHz, CDC13) δ: 44.4
(C-1), 23.4 (C-2), 29.0 (C-3), 78.9 (C-4), 44.8 (C-5), 40.3
(C-6), 34.2 (C-7), 31.2 (C-8), 33.6 (C-9), 34.5 (C-10),
147.0 (C-11), 172.0 (C-12), 124.4 (C-13), 16.8 (C-14),
16.9 (C-15)。以上光谱数据与文献报道一致[18],故鉴
定化合物 6 为 5- azuleneacetic acid。
化合物 7:无色油状物,C15H20O4。ESI-MS m/z:
265.3 [M+H]+。1H-NMR (400 MHz, CDC13) δ: 4.50
(1H, dd, J = 9.6, 1.4 Hz, H-2), 2.73 (1H, dd, J = 17.2,
9.6 Hz, H-3a), 2.62 (1H, dd, J = 17.2, 2.7 Hz, H-3b),
5.86 (1H, dd, J = 9.2, 3.2 Hz, H-5), 2.55 (1H, ddd, J =
15.1, 9.2, 2.2 Hz, H-6a), 2.11 (1H, ddd, J = 15.1, 12.0,
3.2 Hz, H-6b), 2.44 (1H, m, H-7), 4.31 (1H, dt, J =
12.5, 2.9 Hz, H-8), 2.32 (1H, dt, J = 13.1, 3.4 Hz,
H-9b), 1.71 (1H, dt, J = 12.4, 3.4 Hz, H-9a), 2.82 (1H,
m, H-10), 6.16 (1H, d, J = 3.3 Hz, H-13a), 5.45 (1H,
d, J = 3.3 Hz, H-13b), 1.19 (3H, d, J = 7.4 Hz, H-14),
2.22 (3H, s, H-15);13C-NMR (100 MHz, CDC13) δ:
148.3 (C-1), 73.9 (C-2), 48.7 (C-3), 209.1 (C-4), 123.7
(C-5), 25.2 (C-6), 48.2 (C-7), 82.2 (C-8), 36.9 (C-9),
29.8 (C-10), 139.4 (C-11), 169.9 (C-12), 118.5 (C-13),
19.3 (C-14), 30.9 (C-15)。以上光谱数据与文献报道
一致[13],故鉴定化合物 7 为 2-hydroxy xanthinosin。
4 讨论
本实验对含有抑菌活性物质的苍耳丙酮提取物
的化学成分进行了分离鉴定,共得到 7 个倍半萜类
化合物。其中,化合物 2 苍耳亭的量较丰富,Benoit
等[19]以两性霉素 B 为阳性对照,证实了苍耳亭对白
色念珠菌(ATCC 66-390),光滑念珠菌(LMA
9061085)和烟曲霉菌(CBS 113-26)的抑制活性。
初步的构效关系研究表明,α, β 不饱和 γ 内酯是抑
菌的重要官能团,边链的亲水亲油性质可能通过影
响该化合物对真菌细胞壁的通透性而影响其活性的
大小。化合物 4、7 也具有抗 Candida albicans、C.
glabrata、Aspergillus fumigatus 等真菌活性[20],而对
化合物 5 和 6 的活性研究报道较少。除化合物 3 外,
都含有 α, β 不饱和 γ 内酯官能团,研究表明它是生
物活性的一个主要功能团[19, 21],因此推测苍耳抑菌
活性物质中抗植物病原真菌的活性物质可能是含有
α, β 不饱和 γ 内酯的倍半萜类物质,但具体物质基
础仍有待深入研究。
参考文献
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