全 文 :国家中药材 GAP基地产川芎挥发油
化学成分的 GCMS分析
吴 琦,杨秀伟
(北京大学 药学院 天然药物学系 天然药物及仿生药物国家重点实验室,北京 100083)
[摘要] 目的:研究国家中药材GAP基地“川芎GAP都江堰示范基地”种植川芎挥发油的化学成分,为其质
量控制和标准制定提供科学依据。方法:采用水蒸气蒸馏法提取挥发油,GC毛细管柱色谱法进行分析,归一化法
测定其相对含量,气相色谱质谱联用技术辅助人工检索鉴定其化学成分。结果:检出142个色谱峰,鉴定了62个
化合物,占挥发油总量的8736%。总结了川芎挥发油中苯酞类化合物及其衍生物的质谱裂解规律,主要存在侧链
断裂脱烯/烃和开环脱水再脱羰基两个电子轰击裂解途径。并以此为依据,推测了4,5二氢3,1′二羟基3戊基苯
酞的结构。结论:“川芎GAP都江堰示范基地”种植川芎挥发油的主要化学成分为苯酞类化合物及其衍生物;4,5
二氢3,1′二羟基3戊基苯酞为新的化合物。
[关键词] 川芎;中药材GAP基地;挥发油;4,5二氢3,1′二羟基3戊基苯酞;气相色谱质谱
[中图分类号]R284.1 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)03027606
[收稿日期] 20071005
[通讯作者] 杨秀伟,Tel:(010)82805106,62070317,Email:
xwyang@bjmu.edu.cn
中药川芎为伞形科藁本属植物川芎 Ligusticum
chuanxiongHort.的根茎,系传统中药,苏颂谓:川芎
“关、陕、蜀川、江东山中多有之,而以蜀川为胜”。
川芎药用始载于《神农本草经》,并收载于历版《中
国药典》。李时珍称川芎为“血中气药”。川芎性
温,味辛,微苦,归肝、胆、心包经,具有活血行气、祛
风止痛之功效;主治血瘀气滞所致月经不调、痛经经
闭,肝郁气滞而致血行不畅的胸胁疼痛、头痛,风寒
湿痹,跌打肿痛等疾病[1];临床主要用于治疗心脑
血管、呼吸系统、泌尿系统及妇科等方面的疾病。现
代药理学研究表明:川芎挥发油有明显的解热作用,
可使家兔下丘脑组织中5羟色胺和多巴胺含量增
高[2]。药代动力学研究表明:川芎挥发油小鼠腹腔
注射和灌胃给药其体存量的表观药动学过程均符合
一室开放模型,灌胃给药的绝对生物利用度为
6002%[3];大鼠鼻腔给药血药达峰时间较快、吸收
迅速、起效时间短[4];应用毒效学方法测定小鼠灌
胃及腹腔注射川芎挥发油的表观药动学参数,腹腔
注射和灌胃给药其体存药量的表观药动学过程均符
合一室开放模型,灌胃给药的相对生物利用度为
1750%[5]。川芎挥发油中的藁本内酯、新蛇床子内
酯 (neocnidilide)和正丁烯基苯酞等对安息香酸有
透皮吸收促进作用[6]。头痛灵口服液主要由川芎
蒸馏液组成,对偏头痛具有治疗作用。因此,川芎挥
发油是川芎的药效组分之一。关于川芎挥发油化学
成分的研究报道较多[79],作为国家中药材规范化种
植(GAP)基地中药质量评价系统性研究的一部分,
本研究报道“川芎 GAP都江堰示范基地”种植川芎
挥发油化学成分的研究。
1 仪器和材料
GC-MS条件 美国 Finnigan公司 TRACEMS
2000型气相色谱质谱联用(GCMS)仪,Xcalibur工
作站NIST标准质谱图库。DB-5(5%苯基聚硅氧
烷)MS型弹性石英毛细管柱(025mm ×30m,
025μm)。升温程序:起始柱温50℃,维持3min,
以8℃·min-1升温至180℃;再以5℃· min-1升
温至240℃。进样口温度270℃;载气高纯氦气,流
速10mL·min-1;分流比进样,分流比1∶40;进样
量03μL。接口温度250℃;EI电离;电子能量70
eV;离子源温度200℃;溶剂延迟时间0min;质量
扫描范围m/z35~450;扫描速度2000amu·s-1。
川芎药材于2007年5月下旬采自国家中药材
GAP基地“川芎 GAP都江堰示范基地”,经北京大
学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室杨秀
伟教授鉴定为伞形科藁本属植物川芎L.chuanxiong
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的干燥根茎。凭证标本(No.20070701)存放在北京
大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室。
2 方法
2.1 挥发油的制备 称取已粉碎至24目数的生药
川芎粉末100g,按固液比1∶5加入蒸馏水500mL,
浸泡4h后按2005年版《中国药典》一部附录方法
(不加二甲苯)进行水蒸气蒸馏,至馏出液无油珠止
(约4h),得淡黄色透明状挥发油07mL,收油率为
07%;无水硫酸钠干燥,备用。
2.2 挥发油化学成分分析 对总离子流图中的
各峰经质谱扫描后得到质谱图,通过 Xcalibur工作
站NIST标准质谱图库进行检索,结合有关文献进行
人工检索和解析,并查对有关质谱资料,从基峰相对
丰度等几个方面进行直观比较,确认各化合物;通过
Xcalibur工作站数据处理系统,按峰面积归一化法
计算各化合物在挥发油中的百分含量。
3 结果
3.1 色谱峰的确认和含量 在上述优化的试验条件
下进行川芎挥发油的 GCMS分析,共分离出142个
色谱峰,鉴定了62个化合物,相对含量见表1。
表1 川芎挥发油化学成分组成
No.t/min 化合物名称 相对分子质量 分子式 相对含量/%
1 188 2,2二甲氧基丙烷 2,2dimethoxypropane 104 C5H12O2 076
2 325 1,1二甲氧基2甲基丙烷1,1dimethoxy2methylpropane 118 C6H14O2 072
3 628 α侧柏烯 αthujene 136 C10H16 004
4 645 左旋石荠鑀烯 (-)orthodene 136 C10H16 012
5 733 β水芹烯 βphelandrene 136 C10H16 103
6 769 β蒎烯 βpinene 136 C10H16 019
7 786 α乙基2已烯醛 αethyl2hexenal 126 C8H14O 005
8 807 α水芹烯 αphelandrene 136 C10H16 005
9 831 4蒈烯4carene 136 C10H16 023
10 837 3乙基4甲基戊醇 3ethyl4methyl1pentanol 130 C8H18O 005
11 847 对伞花烯 pcymene 134 C10H14 043
12 858 α柠檬烯 αlimonene 136 C10H16 007
13 862 β侧柏烯 βthujene 136 C10H16 011
14 919 γ松油烯 γterpinene 136 C10H16 098
15 977 δ松油烯 δterpinene 136 C10H16 086
16 986 苯乙烯 styrene 132 C10H12 004
17 1005 β芳樟醇 βlinalool 154 C10H18O 014
18 1059 顺式2对薄荷烯1醇 cis2pmenthen1ol 154 C10H18O 009
19 1094 反式2对薄荷烯1醇 trans2pmenthen1ol 154 C10H18O 022
20 1124 6丁基1,4环庚二烯6butyl1,4cycloheptadiene 150 C11H18 106
21 1173 4松油醇 4terpineol 154 C10H18O 477
22 1181 对伞花烯8醇 pcymen8ol 150 C10H14O 013
23 1198 α松油醇 αterpineol 154 C10H18O 052
24 1373 黄樟醚 safrole 162 C10H10O2 096
25 1410 对乙烯基愈疮木酚 pvinylguaiacol 150 C9H10O2 414
26 1449 γ榄香烯 γelemene 204 C15H24 037
27 1470 1,3环己二烯1,2二甲酸酐1,3cyclohexadiene1,2dicarboxylicanhydride 150 C8H6O3 095
28 1479 对丁香酚 peugenol 164 C10H12O2 025
29 1488 苯正戊酮 nvalerophenone 162 C11H14O 051
30 1507 间苯二酚安息香酸单酯 resorcino1benzoate 214 C13H10O3 038
31 1520 橙花醇乙酯 nerolacetate 196 C12H20O2 019
32 1535 3癸烯2醇3decen2ol 156 C10H20O 028
33 1547 β榄香烯 βelemene 204 C15H24 051
34 1560 甲基丁香酚 methyleugenol 178 C11H14O2 372
35 1612 荜橙茄烯 cubenene 204 C15H24 099
36 1646 β金合欢烯 βfarnesene 204 C15H24 029
37 1688 白菖烯 calarene 204 C15H24 024
38 1701 环癸烯 cyclodecene 204 C15H26 016
39 1705 α金合欢烯 αfarnesene 204 C15H24 018
40 1716 左旋β芹子烯 (-)βselinene 204 C15H26 395
41 1725 γ古芸烯 γgurjunene 204 C15H24 164
42 1850 匙叶桉油烯醇 spathulenol 220 C15H24O 195
43 1865 左旋蓝桉醇 (-)globulol 222 C15H26O 032
44 1882 1双环[4.1.0]庚烷7基1戊酮1bicyclo[4.1.0]hept7yl1pentanone 180 C12H20O 062
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续表1
No.t/min 化合物名称 相对分子质量 分子式 相对含量/%
45 1902 8βH雪松烷8醇8βHcedran8ol 222 C15H26O 032
46 1934 八氢3甲基1H2苯骈吡喃 octahydro3methyl1H2benzopyran 154 C10H18O 086
47 1961 2,2′,4′三甲基1苯基丙酮2,2′,4′trimethylpropiophenone 176 C12H16O 322
48 1997 正丁烯基苯酞 butylidenephthalide 188 C12H12O2 586
49 2003 4,5二氢3β丁基苯酞4,5dihydro3βbutylphthalide 192 C12H16O2 628
50 2022 4,5二氢3α丁基苯酞 4,5dihydro3αbutylphthalide 192 C12H16O2 225
51 2122 Z藁本内酯 Zligustilide 190 C12H14O2 2108
52 2193 E藁本内酯 Eligustilide 190 C12H14O2 442
53 2203 3,1′二羟基3丁基苯酞3,1′dihydroxy3butylphthalide 222 C12H14O4 077
54 2309 正十六醇1hexadecanol 242 C16H34O 129
55 2439 棕榈酸 palmiticacid 256 C16H32O2 097
56 2492 棕榈酸乙酯 ethylhexadecanoate 286 C16H36O2 052
57 2522 4,5二氢3,1′二羟基3丁基苯酞4,5dihydro3,1′dihydroxy3butylphthalide 224 C12H16O4 083
58 2553 4,5二氢3,1′二羟基3戊基苯酞4,5dihydro3,1′dihydroxy3pentylphthalide 238 C13H18O4 196
59 2719 亚油酸 linoleicacid 280 C18H32O2 050
60 2728 油酸 oleicacid 280 C18H34O2 024
61 2768 亚油酸乙酯 ethyllinoleate 308 C20H36O2 062
62 2779 油酸乙酯 ethyloleate 310 C19H36O2 011
从表1结果,已鉴定的化合物占挥发油总量的
8736%,相对含量最高的化合物类群为8个苯酞类
化合物,分别为:正丁烯基苯酞、4,5二氢3β丁基苯
酞、4,5二氢3α丁基苯酞、Z藁本内酯、E藁本内
酯、3,1′二羟基3丁基苯酞、4,5二氢3,1′二羟基
3丁基苯酞和4,5二氢3,1′二羟基3戊基苯酞。
3.2 新化合物 根据化合物的质谱裂解规律,推测
了一个新化合物的结构,确定为4,5二氢3,1′二羟
基3戊基苯酞(4,5dihydro3,1′dihydroxy3pen
tylphthalide)。
4 讨论
4.1 川芎挥发油的主要生物活性化学成分 从表
1结果,8个苯酞类化合物合计相对含量占挥发油总
量的4345%。因此,川芎挥发油中的主要化学成
分为苯酞类化合物。文献[10,11]报道丁基苯酞对
血栓性脑缺血和偏头痛有预防和治疗作用,提示苯
酞类化合物是川芎活血行气、临床上用于治疗心脑
血管疾病的有效成分。
4.2 川芎中苯酞类化合物的质谱特征和新化合物
的结构推断 正丁烯基苯酞是川芎中苯酞类化合物
的基本结构,质谱裂解首先从侧链开始,失去侧链饱
和烃片段后给出基峰碎片 m/z159。其可能的裂解
途径如图1,碰撞裂解的两个主要途径为:侧链断裂
脱烯基和开环脱水再脱羰基。
在GCMS色谱图上,保留时间(tR)为2003和
2022min的2个色谱峰有基本相同的质谱图。但
是,各碎片峰丰度不同,基峰亦不同,分别为 m/z
108和m/z79。经查阅文献[8],应为4,5二氢3
图1 正丁烯基苯酞可能的裂解途径
丁基苯酞。两者的相对百分含量分别为628%和
225%,从分子稳定性上考虑,tR2003min的色谱
峰应为4,5二氢3β丁基苯酞,tR2022min的色谱
峰应为4,5二氢3α丁基苯酞。其质谱裂解亦首先
从侧链开始,见图2,3。
图2 4,5二氢3β丁基苯酞的质谱图和可能的裂解途径
图3 4,5二氢3α丁基苯酞可能的裂解途径
在GCMS色谱图上,tR2122,2193min的 2
个色谱峰有基本相同的质谱图,经查阅文献[7],应
为藁本内酯。两者的相对含量分别为 2108%,
442%,参照有关文献[12],天然的 Z藁本内酯的
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含量高于E藁本内酯;且分离得到的皆为Z藁本内
酯[13]。因此,推断tR2122min的色谱峰应为 Z藁
本内酯,tR2193min的色谱峰应为 E藁本内酯。
Z藁本内酯质谱裂解亦首先从侧链开始,碰撞裂解
的两个主要途径为:侧链断裂脱烯基和开环脱水再
脱羰基见图4,5。
图4 Z藁本内酯可能的裂解途径
图5 E藁本内酯可能的裂解途径
在GCMS色谱图上,tR2203min色谱峰的质
谱,与文献[7]报道的3,1′二羟基3丁基苯酞的一
致。裂解从侧链开始,但不是丁基的完全断裂,而是
伴随失去羟基后再失去 m/z12,给出 m/z193碎片
峰;随后是呋喃氧环开裂,进行逐级裂解,见图 6。
侧链裂解驱动母核呋喃氧环开裂,分子结构脆弱,易
断裂,给出m/z55为基峰。
图6 3,1′二羟基3丁基苯酞的质谱图和
可能的裂解途径
在 GCMS色谱图上,tR2522min色谱峰的质
谱如图7,与文献[7]报道的4,5二氢3,1′二羟基
3丁基苯酞的一致。裂解途径与3,1′二羟基3丁
基苯酞的类似,但侧链邻羟基失去后转化为较稳定
结构,给出m/z180为基峰。
图7 4,5二氢3,1′二羟基3丁基苯酞的
质谱图和可能的裂解途径
在GCMS色谱图上,tR2553min色谱峰的质
谱如图8,与3,1′二羟基3丁基苯酞和4,5二氢
3,1′二羟基3丁基苯酞的质谱图比较,有许多类似
或相同的碎片峰,m/z179或180以后的断裂几乎是
相同的。经逆向连接,确定该化合物的结构为4,5
二氢3,1′二羟基3戊基苯酞(4,5dihydro3,1′di
hydroxy3pentylphthalide),该化合物为一新的化合
物,C3和C1′的立体构型没有确定,需要通过核磁
共振波谱法的 H3和 H1′的耦合常数来确定其相
对构型,其他方法确定其绝对构型。详细的结构研
究将另行报道。
图8 4,5二氢3,1′二羟基3戊基苯酞
的质谱图和可能的裂解途径
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上述川芎挥发油中苯酞及其衍生物质谱裂解规律的
总结,为采用GCMS法分析生药川芎、川芎饮片、含
有川芎中药复方等中苯酞及其衍生物的定性分析提
供了依据;亦为质谱库收载这些化合物的质谱信息
提供了数据。同时,上述规律的总结,为新化合物
4,5二氢3,1′二羟基3戊基苯酞的结构推断提供
了科学依据。该新化合物的发现,丰富了川芎化学
结构多样性的内容;含有丰富苯酞及其衍生物化学
成分的传统中药当归和藁本等中是否亦含有该新化
合物的研究工作正在进行中。
[参考文献]
[1] 中国药典 [S].一部.2005:28.
[2] 杨金蓉,李祖伦,胡 荣,等.川芎挥发油解热作用及其对家兔下
丘脑5HT、DA含量的影响[J].中药药理与临床,2003,19(2):17.
[3] 潘 嘉,王家葵,王一涛.药效学方法测定川芎挥发油药动学
参数[J].中药药理与临床,1999,15(2):13.
[4] 潘 嘉,潘晓鹃,张白嘉,等.药效学方法测定川芎挥发油鼻
腔给药的药动学参数[J].医药导报,2006,25(10):977.
[5] 潘 嘉,王家葵,王一涛.毒效学方法测定川芎挥发油药动学
参数[J].中药药理与临床,1999,15(1):18.
[6] NambaT,SekiyaK,KadotaS,etal.Studiesonthebathswith
crudedrug:Theefectsofsenkyuextractsasskinpenetrationen
hancer[J].YakugakuZasshi,1992,112(9):638.
[7] 李桂生,马成俊,李香玉,等.藁本内酯的稳定性研究及异构
化产物的GCMS分析[J].中草药,2000,31(6):405.
[8] 肖永庆,李 丽,游小琳,等.川芎化学成分研究[J].中国中
药杂志,2002,27(7):519.
[9] 洪 鹰,季 芳.川芎中挥发性化学成分的研究[J].中国药
业,2003,12(6):31.
[10] 杨秀伟.中药成分的吸收、分布、代谢、排泄、毒性与药效
[M].北京:中国医药科技出版社,2006:260.
[11] 谢秀琼,詹 珂,尹蓉莉,等.川芎挥发油的研究进展[J].时
珍国医国药,2007,18(6):1508.
[12] 杨 帆,肖远胜,章飞芳,等.当归化学成分的 HPLCMS/MS
分析[J].药学学报,2006,41(11):1078.
[13] 金灯萍,彭国平,陆晓峰.川芎中藁本内酯对照品的制备[J].
中草药,2006,37(1):64.
[14] 苗爱东,梁乾德,刘 勇,等.SPEHPLC制备色谱法从当归挥
发油中分离纯化Z藁本内酯 [J].中药材,2005,28(9):778.
GCMSanalysisofessentialoilfromrhizomesofLigusticum
chuanxiongcultivatedinGAPBaseforChineseMedicinalMaterialsofChina
WUQi,YANGXiuwei
(StateKeyLaboratoryofNaturalandBiomimeticDrugs,DepartmentofNaturalMedicines,
SchoolofPharmaceuticalSciences,PekingUniversity,Beijing100083,China)
[Abstract] Objective:ToanalyzetheconstituentsoftheessentialoilextractedfromtherhizomesofLigusticumchuanxiong.
cultivatedin“GAPbaseforChinesemedicinalmaterialsofChina”(GAPdemonstrativebaseofL.chuanxiong.inDujiangyanCityof
China),andtoprovidescientificfoundationforthequalitycontrolandstandardestablishmentofones.Method:Theessentialoilwas
extractedbywatersteamdistilationandseparatedbyGCcapilarycolumnchromatography.Thecomponentsweredeterminedwithnor
malizationmethod,andidentifiedbyGCMSandcoartificialsearches.Result:Onehundredfortytwochromatographicpeakswerei
solated,amongthemsixtytwocomponentswereidentified,whichwascomposedof8736% ofthetotalessentialoil.Themassfrag
mentationrulesofphthalidesanditsderivativesintheessentialoilweresummarized,whichprimarilyunderwenttwoelectronimpact
fragmentationpathways:sidechaincleavagewithlossesofalkenes/alkanesandringopeningwitheliminationofH2Ofolowedbylosses
ofCO.Onthebasisoftheserules,theplanestructureof4,5dihydro3,1′dihydroxy3pentylphthalideasanewcompoundwasde
termined.Conclusion:ThemaincomponentsoftheessentialoilextractedfromtherhizomesofL.chuanxiongcultivatedin“GAP
DemonstrativeBaseofL.chuanxionginDujiangyanCityofChina”werephthalidesanditsderivatives.4,5Dihydro3,1′dihydroxy3
pentylphthalidewasanewcompound.
[Keywords] rhizomeofLigusticumchuanxiong;GAPbaseforChinesemedicinalmaterialsofChina;essentialoil;4,5di
hydro3,1′dihydroxy3pentylphthalide;GCMS
[责任编辑 王亚君]
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