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GC-MS analysis of essential oil from rhizomes of Ligusticum chuanxiong cultivated in GAP Base for Chinese Medicinal Materials of China

国家中药材GAP基地产川芎挥发油化学成分的GC-MS分析



全 文 :国家中药材 GAP基地产川芎挥发油
化学成分的 GCMS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8736%。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]10015302(2008)03027606
[收稿日期] 20071005
[通讯作者] 杨秀伟,Tel:(010)82805106,62070317,Email:
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
6002%[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
1750%[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[79],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(GCMS)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(025mm ×30m,
025μm)。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10mL·min-1;分流比进样,分流比1∶40;进样
量03μL。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07mL,收油率为
07%;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 GCMS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 188 2,2二甲氧基丙烷 2,2dimethoxypropane 104 C5H12O2 076
2 325 1,1二甲氧基2甲基丙烷1,1dimethoxy2methylpropane 118 C6H14O2 072
3 628 α侧柏烯 αthujene 136 C10H16 004
4 645 左旋石荠鑀烯 (-)orthodene 136 C10H16 012
5 733 β水芹烯 βphelandrene 136 C10H16 103
6 769 β蒎烯 βpinene 136 C10H16 019
7 786 α乙基2已烯醛 αethyl2hexenal 126 C8H14O 005
8 807 α水芹烯 αphelandrene 136 C10H16 005
9 831 4蒈烯4carene 136 C10H16 023
10 837 3乙基4甲基戊醇 3ethyl4methyl1pentanol 130 C8H18O 005
11 847 对伞花烯 pcymene 134 C10H14 043
12 858 α柠檬烯 αlimonene 136 C10H16 007
13 862 β侧柏烯 βthujene 136 C10H16 011
14 919 γ松油烯 γterpinene 136 C10H16 098
15 977 δ松油烯 δterpinene 136 C10H16 086
16 986 苯乙烯 styrene 132 C10H12 004
17 1005 β芳樟醇 βlinalool 154 C10H18O 014
18 1059 顺式2对薄荷烯1醇 cis2pmenthen1ol 154 C10H18O 009
19 1094 反式2对薄荷烯1醇 trans2pmenthen1ol 154 C10H18O 022
20 1124 6丁基1,4环庚二烯6butyl1,4cycloheptadiene 150 C11H18 106
21 1173 4松油醇 4terpineol 154 C10H18O 477
22 1181 对伞花烯8醇 pcymen8ol 150 C10H14O 013
23 1198 α松油醇 αterpineol 154 C10H18O 052
24 1373 黄樟醚 safrole 162 C10H10O2 096
25 1410 对乙烯基愈疮木酚 pvinylguaiacol 150 C9H10O2 414
26 1449 γ榄香烯 γelemene 204 C15H24 037
27 1470 1,3环己二烯1,2二甲酸酐1,3cyclohexadiene1,2dicarboxylicanhydride 150 C8H6O3 095
28 1479 对丁香酚 peugenol 164 C10H12O2 025
29 1488 苯正戊酮 nvalerophenone 162 C11H14O 051
30 1507 间苯二酚安息香酸单酯 resorcino1benzoate 214 C13H10O3 038
31 1520 橙花醇乙酯 nerolacetate 196 C12H20O2 019
32 1535 3癸烯2醇3decen2ol 156 C10H20O 028
33 1547 β榄香烯 βelemene 204 C15H24 051
34 1560 甲基丁香酚 methyleugenol 178 C11H14O2 372
35 1612 荜橙茄烯 cubenene 204 C15H24 099
36 1646 β金合欢烯 βfarnesene 204 C15H24 029
37 1688 白菖烯 calarene 204 C15H24 024
38 1701 环癸烯 cyclodecene 204 C15H26 016
39 1705 α金合欢烯 αfarnesene 204 C15H24 018
40 1716 左旋β芹子烯 (-)βselinene 204 C15H26 395
41 1725 γ古芸烯 γgurjunene 204 C15H24 164
42 1850 匙叶桉油烯醇 spathulenol 220 C15H24O 195
43 1865 左旋蓝桉醇 (-)globulol 222 C15H26O 032
44 1882 1双环[4.1.0]庚烷7基1戊酮1bicyclo[4.1.0]hept7yl1pentanone 180 C12H20O 062
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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 1902 8βH雪松烷8醇8βHcedran8ol 222 C15H26O 032
46 1934 八氢3甲基1H2苯骈吡喃 octahydro3methyl1H2benzopyran 154 C10H18O 086
47 1961 2,2′,4′三甲基1苯基丙酮2,2′,4′trimethylpropiophenone 176 C12H16O 322
48 1997 正丁烯基苯酞 butylidenephthalide 188 C12H12O2 586
49 2003 4,5二氢3β丁基苯酞4,5dihydro3βbutylphthalide 192 C12H16O2 628
50 2022 4,5二氢3α丁基苯酞 4,5dihydro3αbutylphthalide 192 C12H16O2 225
51 2122 Z藁本内酯 Zligustilide 190 C12H14O2 2108
52 2193 E藁本内酯 Eligustilide 190 C12H14O2 442
53 2203 3,1′二羟基3丁基苯酞3,1′dihydroxy3butylphthalide 222 C12H14O4 077
54 2309 正十六醇1hexadecanol 242 C16H34O 129
55 2439 棕榈酸 palmiticacid 256 C16H32O2 097
56 2492 棕榈酸乙酯 ethylhexadecanoate 286 C16H36O2 052
57 2522 4,5二氢3,1′二羟基3丁基苯酞4,5dihydro3,1′dihydroxy3butylphthalide 224 C12H16O4 083
58 2553 4,5二氢3,1′二羟基3戊基苯酞4,5dihydro3,1′dihydroxy3pentylphthalide 238 C13H18O4 196
59 2719 亚油酸 linoleicacid 280 C18H32O2 050
60 2728 油酸 oleicacid 280 C18H34O2 024
61 2768 亚油酸乙酯 ethyllinoleate 308 C20H36O2 062
62 2779 油酸乙酯 ethyloleate 310 C19H36O2 011
  从表1结果,已鉴定的化合物占挥发油总量的
8736%,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(4,5dihydro3,1′dihydroxy3pen
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4345%。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GCMS色谱图上,保留时间(tR)为2003和
2022min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628%和
225%,从分子稳定性上考虑,tR2003min的色谱
峰应为4,5二氢3β丁基苯酞,tR2022min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GCMS色谱图上,tR2122,2193min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 2108%,
442%,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tR2122min的色谱峰应为 Z藁
本内酯,tR2193min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GCMS色谱图上,tR2203min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 GCMS色谱图上,tR2522min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GCMS色谱图上,tR2553min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(4,5dihydro3,1′di
hydroxy3pentylphthalide),该化合物为一新的化合
物,C3和C1′的立体构型没有确定,需要通过核磁
共振波谱法的 H3和 H1′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GCMS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]
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GCMSanalysisofessentialoilfromrhizomesofLigusticum
chuanxiongcultivatedinGAPBaseforChineseMedicinalMaterialsofChina
WUQi,YANGXiuwei
(StateKeyLaboratoryofNaturalandBiomimeticDrugs,DepartmentofNaturalMedicines,
SchoolofPharmaceuticalSciences,PekingUniversity,Beijing100083,China)
[Abstract] Objective:ToanalyzetheconstituentsoftheessentialoilextractedfromtherhizomesofLigusticumchuanxiong.
cultivatedin“GAPbaseforChinesemedicinalmaterialsofChina”(GAPdemonstrativebaseofL.chuanxiong.inDujiangyanCityof
China),andtoprovidescientificfoundationforthequalitycontrolandstandardestablishmentofones.Method:Theessentialoilwas
extractedbywatersteamdistilationandseparatedbyGCcapilarycolumnchromatography.Thecomponentsweredeterminedwithnor
malizationmethod,andidentifiedbyGCMSandcoartificialsearches.Result:Onehundredfortytwochromatographicpeakswerei
solated,amongthemsixtytwocomponentswereidentified,whichwascomposedof8736% ofthetotalessentialoil.Themassfrag
mentationrulesofphthalidesanditsderivativesintheessentialoilweresummarized,whichprimarilyunderwenttwoelectronimpact
fragmentationpathways:sidechaincleavagewithlossesofalkenes/alkanesandringopeningwitheliminationofH2Ofolowedbylosses
ofCO.Onthebasisoftheserules,theplanestructureof4,5dihydro3,1′dihydroxy3pentylphthalideasanewcompoundwasde
termined.Conclusion:ThemaincomponentsoftheessentialoilextractedfromtherhizomesofL.chuanxiongcultivatedin“GAP
DemonstrativeBaseofL.chuanxionginDujiangyanCityofChina”werephthalidesanditsderivatives.4,5Dihydro3,1′dihydroxy3
pentylphthalidewasanewcompound.
[Keywords] rhizomeofLigusticumchuanxiong;GAPbaseforChinesemedicinalmaterialsofChina;essentialoil;4,5di
hydro3,1′dihydroxy3pentylphthalide;GCMS
[责任编辑 王亚君]
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