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β-蜕皮甾酮衍生物前导化合物的合成、分离及鉴定

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江西农业大学学报2013,35(3):615—619 http://xuebao.jxau.edu.cn E—mail:ndxb7775@sina.eom Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis I3;一蜕皮甾酮衍生物前导化合物的 合成、分离及鉴定 陈丽秋,迟德富 ,李晓灿,宇 佳 (东北林业大学生命科学学院,黑龙江哈尔滨150040) 摘要:以13一蜕皮甾酮为反应物,利用不同催化剂对8一蜕皮甾酮的邻位羟基进行异丙叉化反应,获得3种B一 蜕皮甾酮的环氧化合物:20一ECD 2,3:20,22一diacetonide、20一ECD 20,22一diacetonide和20一ECD 2,3一di_ acetonide。与磷钼酸相比,对甲基苯磺酸吡钠啶盐是甾醇类激素比较理想的异丙叉化反应的催化剂,通过一个 反应可以同时获得3种环氧产物;同时利用薄层层析检测筛选出分离蜕皮甾醇类物质的最佳流动相为氯仿和 甲醇,其中氯仿:甲醇(8:1)分离得到20一ECD 2,3:20,22一diacetonide;氯仿:甲醇(4:1)分离得到20一ECD 20,22一diacetonide;氯仿:甲醇(2:1)分离得到20~ECD 2,3一diacetonide。 关键词:B一蜕皮甾酮;先导化合物;环氧化合物 中图分类号:R917 文献标志码:A 文章编号:1000—2286(2013)03—0615—05 Synthesis,Separation and Identiicatfion of the Lead Compound of Derivatives of 13一hydr0xyecdys0ne CHEN Li-qiu,CHI De—fu ,LI Xiao—can,YU Jia (College of Life Sciences,Northeast Forestry University,Ha’erbin 150040,China) Abstract:In this experiment,three kinds of epoxides of B—hydroxyecdysone were synthesized by using the B—hydroxyecdysone as the reactant and different catalysts to make the epoxidation of the vicinal hydroxyl groups of B—hydroxyecdysone,which were 20一ECD 2,3:20,22一diacetonide,20一ECD 20,22一diacetonide and 20一ECD 2,3一diacetonide.Compared with phospho—molybdic acid,pyridinium P—t0luenesulph0nate , was the best eatlysta.Three kinds of epoxides could be synthesized at the same time through an epoxidation re- action.Meanwhile,the best mobile phases to separate ecdysis was found by the way of thin—layer chromatogra— phy(TLC),which were methanol and chloroform 20一ECD 2,3:20,22一diacetonide,20一ECD 20,22一diace— tonide and 20一ECD 20,22一diacetonide could be isolated respectively,in proportion of 8:1,4:1 and 2:1. Key words:B—hydroxyecdysone;lead compound;epoxide B一蜕皮甾酮(又称为p一蜕皮激素、20一OH一蜕皮激素或2O—OH一蜕皮甾酮)是一类多羟基甾 酮类化合物,存在于昆虫和多种植物中 。在目前的报道中表明:已从160多种植物中检测出含有多羟 基甾酮类化合物,这些化合物都具有蜕皮活性,其中120多种蜕皮甾酮类似物的分子结构已经得到证 实。这些已证实的化合物为植物源蜕皮激素衍生物分子结构的获得,及人工合成具有高活性的蜕皮激 素衍生物提供了直接的理论依据 J。到目前为止已经有很多研究表明,现已鉴定出来的120多种蜕皮 甾酮类似物中,有多种化合物对昆虫具有比20一羟基蜕皮甾酮更高效调节蜕皮作用,或具有更高效的杀 虫作用 。但是,多羟基蜕皮甾酮类似物在昆虫体内及植物中含量都比较低 J。虽然,目前已有从植物 修回日期:2013—04~03 收稿日期:2012—12—23 基金项目:国家林业公益性行业科研专项(201004003—7)和黑龙江省科技攻关项目(GB08B202—03和GB09B203—4) 作者简介:陈丽秋(1984一),女,研究生,主要从事植物源杀虫剂的提取分离纯化研究; 通讯作者:迟德富,男,教 授,E—mail:q100320115@126.tom。 ・616・ 江西农业大学学报 第35卷 中成功提取B一蜕皮甾酮衍生物的相关报道 』,但是,这些方法在应用于工业生产时需要经过组织培养 和添加诱导剂等多道工序,另外B一蜕皮甾酮类似物的结构复杂,提取过程中极易在酸、碱、酶和热的作 用下分解,从而使获得物提取成本高昂、且杂质成分复杂,不利于产出物的后续应用 J。因此有必要利 用化学修饰的方法获得B一蜕皮甾酮的衍生物。目前已有研究人员成功合成p一蜕皮甾酮的乙酸酯类 衍生物和含氮类杂环衍生物,并通过生测鉴定出B一蜕皮甾酮的22位羟基是p一蜕皮甾酮发挥高蜕皮 活性的的功能基团l8]。而本文是以B一蜕皮甾酮(20一ECD)作为反应原料,利用脱水剂对蜕皮甾酮的 邻位羟基进行化学修饰得到3种关键性的蜕皮甾酮衍生物的先导化合物。这3种先导化合物将蜕皮甾 酮的活跃羟基选择性地进行保护,以利于其他基团的修饰,定向的合成其他植物蜕皮甾酮衍生物,为以 后研究药理活性及其构效关系奠定基础。 1材料与方法 1.1仪器设备和实验材料 BrukerARX一:300型核磁共振分析仪测定(TMS内标);LC—MSD—Trap—SL型质谱仪测定;旋转蒸 发仪。 B一蜕皮甾酮(购于福州日冕科技开发有限公司、纯度为98%);甲醇、氯仿、乙酸乙酯、丙酮等均为 天津永大化学试剂有限公司生产的分析纯试剂;薄层分析用硅胶GF254(青岛海立信精细硅胶化工有限 公司);快速柱层析所用硅胶为H60(青岛海立信精细硅胶化工有限公司)。 1.2合成方法 -1o] 1.2.1 20一ECD 2,3:20,22一diacetonide合成方法 在于燥的反应瓶中加入p一蜕皮甾酮110 mg (0.208 mmo1)B一蜕皮甾酮,加人干燥丙酮30 mL(相对密度0.784 5 g/mL,约0.416 too1),搅拌下加入 磷钼酸10 mg(约0.045 1 mmo1),反应物在室温条件下不断搅拌,每隔10 min取样1次,用薄层层析板 检测反应进程。待用薄层层析检测,显示不出B一蜕皮甾酮的特定条带时,在反应液中加入0.12 molfL 的碳酸氢钠溶液终止反应,混合液用氯仿萃取3次,有机相经饱和食盐水洗并收集有机相,将得到的有 机相再经过水洗后用无水硫酸钠干燥过夜,减压蒸出溶剂。 1.2.2 20一ECD 20,22一diacetonide和20一ECD 2,3一diacetonide的合成方法 将110 mg (0.208 mmo])B一蜕皮甾酮溶解在1.0 mL的甲醇中,再加入干燥丙酮30 mL和对甲基苯磺酸钠吡啶盐 10 mg,混合物在室温条件下不断搅拌,每隔10 min取样1次,用薄层层析板检测反应进程。待在薄层 层析板上检测到香草醛显色条带数量不再增加并且B一蜕皮甾酮特征条带不再发生变化时,向反应液 中加人水20 mL终止反应,用氯仿萃取3次,再将有机相经水洗,饱和食盐水洗,无水硫酸钠干燥过夜 后,减压蒸出溶剂。 1.3分离方法 1.3.1流动相的检测参照相关文献[4,7]将石油醚、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、甲醇等5种化合物,按一 定比例配制成16种展开剂(详细配比见表1),从中优化出B一蜕皮甾酮类物质的最适展开剂:将分别 用磷钼酸和对甲基苯磺酸钠吡啶盐脱水剂脱水得到的两种反应产物的浓缩液分别用Linomat 5自动点 样,薄层层析板的规格为10 cm×10 cm,点样量为5 ,将点好样的薄层层析板分别放人不同比例的展 开剂中展开,待溶剂前沿至95 mm,取出晾干, l%香草醛一浓流酸溶液显色,105 烘3 rain, 表1展开剂组分及比例 Tab.1 Composition and proportion of mobile phase 拍照保存,同时根据Rf值优化展开剂。 1.3.2硅胶柱层析硅胶在烘箱中活化2 h, 展开剂组分 Composition of mobile phase 展开剂比例 Proportion of mobile phase 干燥器中冷却到室温,用流动相充分浸泡,超声 脱气,重力沉降法装柱,用流动相洗出硅胶中的 杂质并平衡,将分别用磷钼酸和对甲基苯磺酸 钠吡啶盐脱水剂脱水得到的两种浓缩液分另4加 入到已经平衡好的硅胶柱中,在不同比例的流 动相中展开,用薄层层析板跟踪流出液的成分,将在薄层层析板上同一位置上显示单一斑点的流出液合 第3期 陈丽秋等:8一蜕皮甾酮衍生物前导化合物的合成、分离及鉴定 ・617・ 并,旋转蒸发仪蒸出溶剂,真空干燥器中干燥浓缩液,得到纯白色的固体物质。 1.4结构检测 利用 HNMR和MS表征物质结构: HNMR在BrukerARX一300型核磁共振分析仪测定,以CDCI 为溶剂,TMS为内标,样品浓度:约 25 mg/mL,温度20~25 oC, HNRM的观察频率分别为300 MHz。 ' ● 2研究结果 2.1薄层层析 用磷钼酸作为B一蜕皮甾酮异丙叉化反应的催化剂时,反应终止的反应液经过薄层层析板显色可 显示两条条带,其中展开距离最短的为没有参与反应的B一蜕皮甾酮,用氯仿:甲醇(1:8)作洗脱剂洗 脱、收集留样并干燥后可以获得20一ECD 2,3:20,22一diacetonide纯品(得率约为5O.51%±0.50%), 而用对甲基苯磺酸钠吡啶盐做为B一蜕皮甾酮的异丙叉化反应的催化剂,通过检测反应进程,发现当反 应进行1 h后,反应液在薄层层析板上可以显示4条带,其中展开距离最短的为没有反应的p一蜕皮甾 酮,用氯仿:甲醇(8:1)作为洗脱剂洗脱、收集留样并干燥后可以获得白色的20一ECD 2,3:20,22一di— acetonide纯品(得率约为24.35%±0.50%);用氯仿:甲醇(4:1)作为洗脱剂洗脱、收集留样并干燥后可 以获得纯白色的20一ECD 20,22一diacetonide纯品(得率约为31.26%-4-0.50%);用氯仿:甲醇(2:1)作 为洗脱剂洗脱、收集留样并干燥后可以获得纯白的20一ECD 2,3一diacetonide的纯品(得率约为32.49%± 0.50%),由此可见,通过适当的控制反应进程,以甲基苯磺酸钠吡啶盐作为13一蜕皮甾酮异丙叉化反应 的催化剂可以同时获得13一蜕皮甾酮的3种关键性的异丙叉化合物,这3种环氧化合物可以作为合成 其它种蜕皮甾酮衍生物的前导化合物。此外,这3种前导化合物也是进行蜕皮甾酮类衍生物化学合成 的必经路径,因此本实验重点研究这3种前导化合物的合成方法及分离技术,从中优化出既可以减少物 料的损失又可以减少操作步骤,并且适用于工业生产的工艺方法。 表2甾酮类物质在l6种展开剂中展开时的 值 Tab.2 Rf value of sterone analogues among 16 developing solvent 2.2 甾酮类物质在16种展开剂中展开时的 值 如表2所示:在石油醚和丙酮、乙酸乙酯和丙酮作为展开剂 展开蜕皮甾酮类物质,展开效果差;以 乙酸乙酯、甲醇作为展开剂展开4种物质时,R厂的值都介于0.1~0.8,4种物质问 值的差值介于0.09 ~0.13,有分离现象,但是 值比较接近,不易将4种物质完全分离开,当用乙酸乙酯和甲醇作为洗脱 剂洗脱时,20一ECD 20,22一diacetonide和20一ECD 2,3:20,22一diacetonide同时被洗脱下来;以氯仿和 甲醇作为展开剂时4种物质问 值的差值比较大且差值介于0.16~0.37,分离效果较好,优化得出以 氯仿:甲醇(8:1)作为流动相洗脱时可分离得到20一ECD 2,3:20,22一diacetonide,以氯仿:甲醇(4:1) 作为流动洗脱开可分离得到20一ECD 20,22一diacetonide,以氯仿:甲醇(2:1)作为流动洗脱可分离得到 20一ECD 2,3一diacetonide。 2.3利用MS、 HNMR对分离得到的物质结构表征结果 对照组(20.ECD)的数据显示:HR—ESI—MS(m/z):503.8[M+Na] ,表明其分子量为480,同时 20一ECD从表3可看出, HNMR谱中出现甾醇类物质特有峰值信号,证实表征蜕皮激素衍生物结构的验 证体系可以应用。20一ECD 2,3:20,22一diacetonide:HR—ESI—MS(m/z):583.30[M+Na] ,表明其分 ・6l8・ 江西农业大学学报 第35卷 Tab.3 Data representation 编号 Number 名称 Name 结构 Structure 表征方法 Characterieation techniques 结果 Results MS m/z:503.8[M+Na] 6:1.03,1.18,1.34,1.34,1.58(s,各 3H,.CH3×5), MS 20一ECD HNMR 2.94(t,1H,H—l7), 3.55(m,1H.H一9), 3.93(dd。1H一22) 4.22(brs,lH,H一31, 4.17(m,1H,1H一2), 5.83d,lH,(d:2.2,H一7) MS rn/z:583.30[M+Na]’ 6:0.79,0.99,0.12,1.26,1.28(s,各 3H,一CH3×5), 20 ECD 2 2,3:20,22一 MS 1.33,1.42,1.33,1.50(.>C(Me)2) 2.27(t,1H,H一17), 2.75(m,lH,H一5), 3.65(dd,1H.22) diacetonide HNMR 4.28(brs,1H,H一31, 4.23(m,1H,H一2), 5.83d,1H,(d=2.2,H一7) MS m/z:543.98『M+Na]’ 6:0.80,0.99,1.17,1.24,1.26(s,各 3H。一CH3×51 l-3l、1.42 20一ECD 20,22一 MS HNMR ( C(Me)2), 2.99(m,1H,H一5), 2.38(m,lH,H一17), 3.63(m,lH,H.22), 3.90(m,lH,H一2), diacetonide 4.06(m,1H,H一3), 5.86(d,1H,d=2.1,H一7) MS m/z:543.64[M+Nal 8:0.87,0.99,1.24,1.26,1.49(s,各 20一ECD 4 2,3一 MS HNMR 3H.一CH3×51. 1.38,1.57( C(Me)2), diacetonide O 2.82(t,1H,H一5), 3.88(brs,1H,H一22) 4.21(bsr,lH,H一2), 4.23(m,1H,H一3), 5.83(d,1H,d=2,H一7) 第3期 陈丽秋等:B一蜕皮甾酮衍生物前导化合物的合成、分离及鉴定 ・619・ 子量为560,20一ECD 2,3:20,22一diacetonide的 HNMR谱与20一ECD的。HNMR谱相比较,不但出现 甾醇类物质特有的峰值,而且还出现了4个峰值为8:1.33、1.42、1.33、1.50的特殊峰,这4个峰值范围 \ 是一,C(Me)2中一CH3基团的峰值范围,因此可以证实该物质为:20一ECD 2,3:20,22一diacetonide;20 / ECD 20,22一diacetonide HR—ESI—MS(m/z):543.98[M+Na] ,表明其分子量为517,20一ECD 20, \ 22一diacetonide的 HNMR谱与20一ECD的 HNMR谱相比较,6值在0.7~1.6有7个峰,其中5个峰值 为一CH 基团峰值范围内,其他两个峰值,为一个 C(Me) 基团中两个一CH,的峰值,此外将20一 / ECD 20,22一diacetonide的 HNMR谱与2一ECD 2,3:20,22一diacetonide的 HNMR谱相比较,在6值为 3.63处出现一个峰值,8值出现位移,由3.93变为3.63,由此证实22位结构发生环氧化反应;20一ECD 2,3一diacetonide:HR—ESI—MS(m/z):543.64[M+Na] ,表明其分子量为517。20一ECD 2,3一diace— tonide的。HNMR谱与20一ECD的。HNMR谱相比较,在8值为3.88和3.93处,都出现一个峰值,且位 移差距小,证实在22位没有发生结构变化,而在8值为1.38和1.57处出现两个峰,这两个峰值归属 \ \ C(Me) 的峰值特征,由此可以确定在p一蜕皮甾酮的2、3位引人 ,C(Me) 基团,证实其该物质 / / 的结构应该为20一ECD 2,3一diacetonide。 3讨论 磷钼酸作为脱水剂只能合成一种B一蜕皮甾酮的环氧产物即2,3:20,22一diacetonide。相比较,本文 尝试用对甲基苯磺酸钠吡啶盐作为B一蜕皮甾酮的异丙叉化反应催化剂,通过实时控制反应进程,可以同 时获得B一蜕皮甾酮的3种关键性的异丙叉化合物,即可以减少物料的损失又可以大大减少操作步骤。 闰竞宇等 ]的研究表明可以采用丙酮、乙酸乙酯作为展开剂,分离结果可行。但在本实验中通过 展开剂的优化,发现石油醚和丙酮、乙酸乙酯和丙酮展开剂的极性小,很难分离甾酮类物质;而乙酸乙酯 和甲醇在分离这3种环氧化合物时,各物质的 值很接近,分离效果与氯仿和甲醇混合液相比不是很 理想;并最终确定氯仿和甲醇为分离甾酮类物质的最佳流动相。 蜕皮甾酮结构复杂,反应需要在温和的条件下进行,本研究曾试图利用强酸做脱水剂,结果失败,与 强酸反应蜕皮甾酮的结构将很快分解。且在试验过程中所用到的试剂必须经过干燥处理,试剂干燥是 影响试验结果的关键因素。 通过对蜕皮甾酮衍生物合成过程中的关键中间体的合成过程和分离过程的优化,获得一种高效、简 单、经济的合成蜕皮甾酮衍生物中间体的合成、分离技术及纯化的方法。通过化学修饰提高蜕皮甾酮衍 生物活性的是一个不断突破和改进的过程,因此利用化学修饰的手段获得高活性蜕皮甾酮衍生物还有 很大的研究空间。本文重在尝试寻找在B一蜕皮甾酮分子结构中4个邻位羟基环氧化处理的同时为进 一步获得更多活性的蜕皮甾酮衍生物奠定基础。 参考文献: [1]胥秀英,郑一敏,王龙.植物蜕皮激素的研究进展[J].生物学杂志,2005,22(2):12—14. 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