全 文 ：水飞蓟宾构象的理论研究
徐为人1, 2, 刘成卜13 , 王建武1α
(11 山东大学化学与化工学院, 山东 济南　250100; 　21 天津药物研究院, 天津　300193)
摘　要: 目的　水飞蓟宾 R R R R 对映体分子中存在多个可变的二面角, 可以产生许多立体构象, 旨在从理论上寻找
其合理构象。方法　采用二面角系统搜索后, 结合AM 1 方法确定主要构象, 以B 3L YPö6231G3 方法优化构型后,
在B 3L YPö3221G 水平计算了振动频率和热力学参数。结果　得到了各二面角的分布情况, 找出了主要的局部构
象, 明确了C92C11 和C182C22 旋转主要引起分子构象变化, 4 种主要构象能量差异较小, 都有存在的可能性, 二面
角 C192C182C222C32 和 C82C92C112C16 变化的能量曲线表明, C92C11 旋转的能垒很小, 受 C19 的羟甲基影响,
C182C22 旋转能垒较大。结论　水飞蓟宾 R R R R 对映体主要以 4 种构象的形式存在。
关键词: 水飞蓟宾; 构象搜索; 密度泛函方法
中图分类号: R 28411　　　文献标识码: A 　　　文章编号: 0253 2670 (2004) 04 0375 04
Theoretica l study on conforma tion of s ilyb in in
XU W ei2ren1, 2, L IU Cheng2bu1, W AN G J ian2w u1
(11 Schoo l of Chem istry and Chem ical Enginnering, Shandong U niversity, J inan 250100, Ch ina;
21 T ian jin Inst itu te of Pharm aceu tical R esearch, T ian jin 300193, Ch ina)
Key words: silyb in in; confo rm at ion search; den sity funct ion theo ry (D FT )
　　水飞蓟宾 (silyb in in, silyb in ) 是菊科植物水飞
蓟 S ily bum m a rianum Gaertn. 果实中的一种黄酮
成分, 具有保肝、降血脂、抗氧化等诸多药理活性, 是
世界公认疗效确切的保肝药物。但由于难溶于水, 口
服生物利用度很低, 实验上采用了多种方法增加其
体内的吸收程度, 如成盐、Β环糊精包合、脂质体、卵
磷酯复合等, 目前的研究还层出不穷[1～ 4 ]。随着分子
模拟方法发展和计算机能力的提高, 水飞蓟宾与各
种辅料相互作用的理论模拟已有一定的可行性, 可
帮助寻找更合理的药物处理方法, 以增加人体的吸
收。但在开展理论模拟之前, 无法回避水飞蓟宾真实
构象的问题, 不同的构象可能具有完全不同的生物
性质。因此, 首先开展了其构象的研究。文献报道,
水飞蓟宾由一对光学对映体 R R R R 2enan t iom er 和
R R S S 2enan t iom er 组成[5, 6 ] , 结构式见图 1, 由于光
学对映体在对应的位置是对称的, 故以其中一个对
映体R R R R 对映体进行研究。
1　计算方法
111　构象搜索: 以 H yperchem 软件的 Confo rm a2
t ional search 模块, 采用MM 力场, 对二面角 C82
C92C112C16, C192C182C222C32, C292C3020352 R R R R 2对映体R R R R 2enan tiom erR R S S 2对映体R R S S 2enan tiom er图 1　水飞蓟宾的化学结构F ig11　Chem ica l structures of silybin inH 57, C22C12O 242H 48, C22C32O 252H 49, C322C312C332C34, C72C82O 232H 47 和O 202C192C212O 27 进行系统搜索, 接受在最低能量 6 kcalömo l 以内的构象, 并统计了所有接受构象的二面角分布。112　分子构象的优化: 取 40 个低能构象, 分子以半经验法AM 1 初步优化, 发现主要存在两类构象, 一
·573·中草药　Ch inese T radit ional and H erbal D rugs　第 35 卷第 4 期 2004 年 4 月
α 收稿日期: 2003208212
作者简介: 徐为人 (1965- ) , 男, 江苏吴江人, 天津药物研究院研究员, 山东大学化学与化工学院博士研究生, 主要从事抗菌药物的结构设
计和活性评价工作。　T el: (022) 23003529　Fax: (022) 23006861　E2m ail: xw r@ tj1cnun inet1net3 通讯作者　T el: (0531) 8361398　Fax: (0531) 8367764　E2m ail: cb liu@ sdu1edu1cn
类是由 C92C11 和 C182C22 旋转引起的环的翻转,
变化很大, 另一类是环上的羟基、甲氧基或羟甲基在
局部的变化, 由于氢键的存在, 这些局部构象只存在
一种明显的低能构象, 因此主要有 4 种构象存在。以
Gau ssian98 软件分别在B 3L YPö3221G 和B 3L YPö
6231G 两个水平对 4 种构象进行了优化, 采用软件
默认的收敛标准 (M edium )。
113　分子转动的计算: 为了考察分子中三部分环之
间 C92C11 和 C182C22 两个单键的旋转情况, 以上
步优化的结构为起点, 分别考察了单键旋转 360°的
能量变化, 间隔为 30°。计算是以Gau ssian98 软件在
B 3L YPö6231G 水平上进行。
114 　 分 子 振 动 分 析: 以 Gau ssian98 软 件 在
B 3L YPö6231G 水平优化结构的基础上, 采 用
B 3L YPö3221G 水平计算了各分子构象的振动和热
力学参数, 并经零点振动能较正能量 E0 和经温度校
正的内能 (U )、焓 (H )、自由能 (G)。在平衡状态下, 4
种主要的构象之间是两两平衡的, 可以通过热力学
方程: ∃G0= - R T 1nK p (K p 为平衡常数) 计算各种
构象之间的相对比例, 如果忽略其他构象的概率, 则
根据它们之间的相对比例可以计算各自的概率。
2　结果
211　低能构象的搜索结果: 采用系统搜索法, 共搜
索到了 416 个构象, 其能量与最低能量构象相差 6
kcalömo l 以内。对二面角的分布情况统计的结果见
表 1。相联在C1, C3, C30 羟基对应的二面角C22C12
O 242H 48, C22C32O 252H 49 和C292C302O 352H 57 分
别出现与苯环共平面的 2 个分布, C8 位的羟基对应
的二面角C72C82O 232H 47 受所在环活动的影响, 可
以出现在 3 个位置, C19 的羟甲基和C31 甲氧基对
应的二面角 O 172C182C192O 20 和 C72C82C92O 10
都有三个分布存在, 三部分环状结构之间存在两个
转动的单键C92C11 和C182C22, 它们的转动各形成
2 个分布, 考虑上面所有分布的排列组合, 应该存在
864 种构象。但仔细分析可以发现, 除了三部分环状
结构之间的转动, 其他的二面角变化都只能引起局
部的构象变化, 影响范围较少, 在低能构象的基础
上, 分别改变局部结构, 以半经验法AM 1 优化, 发
现只有一种局部构象组合能量最低, 这样得到了三
部分环状结构之间转动形成的 4 种主导构象。
212　各种构象的优化: 为了更准确地计算构象, 进
一步以密度泛函方法B 3L YP 在 3221G 和 6231G 水
平上优化了该 4 种构象的构型 (见图 2) , 每种
构象对应的键长和键角没有变化, H 472H 49的距离
表 1　水飞蓟宾RRRR 异构体构象搜索的结果
Table 1　Conformational search ing results
of silybin RRRR isomer
二面角
分布 1
角度ö
(°)
概率ö
%
分布 2
角度ö
(°)
概率ö
%
分布 3
角度ö
(°)
概率ö
%
C82C92C112C16 　7612 4619 - 10316 5311 - -
C192C182C222C32 7316 5216 - 10519 4714 - -
C22C12O 242H 48 17919 5015 - 012 4915 - -
C22C32O 252H 49 17117 5314 - 017 4616 - -
C72C82O 232H 47 17011 2911 6715 3611 - 6218 3419
C292C302O 352H 57 17610 5812 010 4118 - -
C322C312O 332C34 15611 3317 015 5610 - 12812 1013
O 202C192C212O 27 17310 3217 6018 3319 - 5612 3314
及二面角C82C92C112C16, C192C182C222C32, O 202
C192C212O 27 和 C322C312O 332C34 的数据见表 2。
4 种构象中, H 472H 49 两个羟基质子之间的距离比
较稳定, 在 0138～ 01382 nm 范围。O 26 在它们二者
之间, 与它们分别形成分子内氢键。另外, O 23 与
H 50,O 33 与H 57 之间也形成了分子内氢键, 由于分
子内氢键的存在使得体系的能量明显下降, 相应的
羟基得以固定, 处在比较合理的位置。二面角C322
C312O 332C34 接近 0°, 表明C31 位的甲氧基与相邻
的苯环共平面, 处在合理的空间。O 202C192C212O 27
为约 56°, 说明羟乙基与相邻的环不在一个平面, 由
于其羟基上的质子H 50 能与O 23 形成氢键, 该羟乙
基所处的位置也是能量比较低的。D FT 的计算结果
支持了上面AM 1 方法局部优化的结果。
表 2　水飞蓟宾异构体的不同构象的主要
二面角和氢键相关的原子间距离
Table 2　D ihedra l angles and atom distances for relevan t
hydrogen bond of d ifferen t conformation s of
silybin RRRR isomer
R R R R 21 R R R R 22 R R R R 23 R R R R 24
H 472H 49önm 　01381 　01381 　01381 　01381
O 232H 50önm 01224 01225 01225 01224
O 332H 57önm 01208 01207 01207 01208
C82C92C222C32ö(°) 8519 9012 - 8510 - 8612
C192C182C222C32ö(°) - 10515 7417 7411 - 10416
O 202C192C212O 27ö(°) 5610 5614 5616 5611
C322C312O 332C34ö(°) - 013 016 013 014
　　二面角 C82C92C112C16 和 C192C182C222C32
的旋转分别可以形成 2 种比较稳定的存在状态, 2
种状态之间二面角几乎差 180°, 它们的组合使
R R R R 对映体分别存在 4 种构象具体的几何构型。
从其能量 (表 3) 来看, 由于差异较小, 这 4 种构象都
有可能存在。
·673· 中草药　Ch inese T radit ional and H erbal D rugs　第 35 卷第 4 期 2004 年 4 月
R R R R 21 R R R R 22
R R R R 23 R R R R 24
图 2　水飞蓟宾RRRR 异构体的原子标号
F ig12　A tom ic labels of silybin RRRR isomer
表 3　水飞蓟宾异构体的不同构象的能量和热力学参数 (B3LY PY 3-21G)
Table 3　Energ ies and thermodynam ics parameters of d ifferen t conformation of silybin RRRR isomer (B3LY PY 3-21G)
构　象 E U H G 相对概率ö%
R R R R 21 - 1 7081209 76 - 1 7081184 95 - 1 7081184 00 - 1 7081263 83 　　　514
R R R R 22 - 1 7081211 53 - 1 7081186 74 - 1 7081185 80 - 1 7081265 63 3615
R R R R 23 - 1 7081211 91 - 1 7081187 17 - 1 7081186 23 - 1 7081265 85 4610
R R R R 24 - 1 7081210 53 - 1 7081185 76 - 1 7081184 81 - 1 7081264 59 1211
213　构象间转换的能量分析: 图 3 中的 4 条曲线分
别代表了以不同构象为起点, 旋转某个二面角的能
量变化曲线。为了简化计算, 旋转二面角 C82C92
C112C16 时, 固定二面角 C192C182C222C32 在 75°
或 - 105°2 种状态; 同样, 旋转二面角 C192C182
C222C32 时, 固定二面角 C82C92C112C16 在 86°
或- 86°2 种状态。结果表明, 旋转二面角 C82C92
C112C16 所需的能量很低, 不管二面角 C192C182
C222C32 在 75°还是 - 105°, 能垒在 5 kcalömo l 以
内。而旋转二面角 C192C182C222C32 时, 由于 C19
上的羟乙基的影响, 旋转一周, 分别在 60°和 240°附
近存在大于 20 kcalömo l 的能垒, C82C92C112C16
所处的位置没有影响。推测在正常溶液或气态下二
面角C82C92C112C16 可以旋转。
214　各种构象的热力学分析: 为了进一步考察各种
构象存在的可能性, 在D FT (B 3L YPö6231G3 )方法
优化结构的基础上, 以B 3L YPö3221G3 水平计算了
各构型的振动频率, 得到了热力学参数 (表 2) ,
R R R R 对映体以第 3 种构象为主存在, 二面角C192
C182C222C32 和 C82C92C112C16 分别为 7411°和
- 85°, 存在的概率约 46%。
图 3　二面角旋转对能量的影响
F ig13　Inf luence of d ihedra l angles rotation on energ ies
3　结论
采用二面角搜索的方法得到了各二面角的分布
情况, 以AM 1 比较了局部的构象变化的能量情况,
固定了局部构象, 得到了水飞蓟宾R R R R 对映体中
由环之间单键旋转引起的 4 种主要构象, 进一步以
密度泛函方法在B 3L YPö6231G3 水平上优化了构
型, 它们的差异较小, 都有可能存在, 最主要构象的
·773·中草药　Ch inese T radit ional and H erbal D rugs　第 35 卷第 4 期 2004 年 4 月
二面角C192C182C222C32 和C82C92C12C16 分别为
7411°和- 85°。
References:
[ 1 ]　Sch riew er H , Rauen H M 1 T he effect of silym arin2N 2
m ethylglucam ine salt and silyb in2dihem isuccinate on (1214C) 2
acetate inco rpo ration in rat liver lip ids [J ]1 A rz neim it2
telf orsch , 1976, 26 (2) : 23522381
[ 2 ]　Barzagh i N , C rem a F, Gatti G, et a l1 Pharm acok inetic stud2
ies on IdB 1016, a silyb in2pho sphatidylcho line comp lex, in
healthy hum an sub jects [J ]1 E u r J D rug M etab P harm a2
cok inet, 1990, 15 (4) : 33323381
[ 3 ]　A rcari M , B ram billa A , B randt A , et a l1 A new inclusion comp lex of silyb in in and beta2cyclodex trins: in v itro disso lu2t ion k inetics and in v ivo abso rp tion in comparison w ith tradi2t ional fo rm ulations [J ]1 B oll Ch im F arm , 1992, 131 ( 5) :20522091[ 4 ]　M aheshw ari H , A garw al R , Patil C, et a l1 P reparation andpharm aco logical evaluation of silyb in in lipo som es [J ]1A rz neim ittelf orsch , 2003, 53 (6) : 42024271[ 5 ]　A rnone A , M erlin i L , Zanaro tt i A 1 Constituen ts of S ily bumm arianum 1 Structu re of iso silyb in and tereochem istry of sily2b in [J ]1 J Chem S oc Chem Comm un , 1979, 16: 69626971[ 6 ]　L o tter H , W agner H 1 Stereochem istry of silyb in [J ]1 ZN atu rf orsch C , 1983, 38C (526) : 33923411
刺异叶花椒根中木脂素类成分
陶朝阳1, 陈万生13 , 张卫东2, 孙连娜1, 郑水庆1, 乔传卓1α
(11 第二军医大学药学院 生药学教研室, 上海　200433; 　21 第二军医大学药学院 天然药物化学教研室, 上海　200433)
　　芸香科植物刺异叶花椒 Z an thoxy lum d im or2
p hop hy llum H em sl1 var1 sp in if olum R ehd1 et
W ils. 的根或根皮, 称为见血飞、散血飞、黄椒、刺三
加等。具有祛风散寒, 活血舒筋、镇痛的功效[1 ]。为了
更好地阐明其化学成分, 笔者对刺异叶花椒进行了
系统的化学成分研究, 现报道其根中 5 个木脂素类
化合物的分离和鉴定结果。
1　仪器与材料
ZM D 83- 1 型电热熔点测定仪, H itach i275-
50P 红外分析仪, V arian M A T - 212 型质谱仪,
B ruker- specko sp in A C- 300P 型核磁共振仪 (300
M H z) , 低压硅胶柱色谱硅胶和H PTL C 板为青岛海
洋化工厂生产。刺异叶花椒于 1998 年 11 月采自贵
州省关岭县, 经第二军医大学药学院生药学教研室
乔传卓教授鉴定为芸香科植物刺异叶花椒 Z 1 d i2
m orp hop hy llum H em sl1 var1 sp in if olum R ehd1 et
W ils. 。
2　提取与分离
取刺异叶花椒干燥根 18 kg 粉碎, 85% 乙醇冷
浸, 得浸膏1 900 g, 以硅藻土拌样, 依次用石油醚,
CHC l3, E tOA C 及 n2BuOH 洗脱, 取 CHC l3 部分浸
膏 102 g, 进行反复低压柱色谱分离, 用石油醚2丙酮
(30∶1～ 1∶1) 梯度洗脱, 得化合物É (130 m g) , Ê (63 m g) , Ë (18 m g) , Ì (20 m g) , Í (300 m g)。3　结构鉴定化合物É : 无色针晶 (CHC l3) , mp 120 ℃～ 121℃。分子式: C 20H 18O 6。光谱数据对照文献[2 ] , 化合物É 鉴定为细辛素。化合物Ê : 无色针晶 (CHC l3) , mp 122 ℃～ 123℃。分子式: C 20H 18O 6。光谱数据对照文献[2 ] , 化合物Ê 鉴定为芝麻素。化合物Ë : 无色针晶 (CHC l3) , mp 163 ℃～ 164℃。分子式: C20H 20O 6。E I2M S m öz : 356 (M + ) , 203,178, 161, 149, 135, 131, 122。 IR ΜKB rm ax cm - 1: 3 450,2 860, 1 600, 1 510, 1 450, 1 040。1H 2NM R (DM SO 2d6 ) ∆: 4191 (1H , d, J = 6 H z, H 27′) , 4162 (1H , d, J =619 H z, H 27) , 2187～ 3136 (2H , m , 8, H 28′) , 3159～3183 (2H , m , H e29, 9′) , 3198～ 4119 (3H , m , H a29,9′) , 6190～ 7126 ( 6H , m , H 2A r ) , 5198 ( 2H , s, 2OCH 2O ) , 3190 (3H , s, 2OCH 3)。 13C2NM R (DM SO 2d6) ∆: 14815 (C23) , 14814 (C23′) , 14716 (C24) , 14715(C24′) , 13615 (C21) , 13014 (C21′) , 12010 (C26) ,11918 (C26′) , 11615 (C22) , 11018 (C22′) , 10815 (C25) , 10710 (C25′) , 10115 (2OCH 2O 2) , 8810 (C27′) ,8214 (C27) , 7115 (C29) , 7010 (C29′) , 5515 (C28′) ,5016 (C28) , 5610 (2OCH 3)。对照文献[2 ]化合物Ë 鉴
·873· 中草药　Ch inese T radit ional and H erbal D rugs　第 35 卷第 4 期 2004 年 4 月
α 收稿日期: 2003206216
作者简介: 陶朝阳 (1973- ) , 男, 2002 年毕业于第二军医大学药学院, 生药学博士, 研究方向为中药活性成分研究。3 通讯作者