珊瑚中五環(huán)半縮醛甾體的結(jié)構(gòu)解析

吳嘉誠(chéng)，林嘉莉，廖贛莉，廖小健，徐石海

(暨南大學(xué) 化學(xué)系，廣東 廣州 510632)

珊瑚中五環(huán)半縮醛甾體的結(jié)構(gòu)解析

吳嘉誠(chéng)，林嘉莉，廖贛莉，廖小健，徐石海*

(暨南大學(xué) 化學(xué)系，廣東 廣州 510632)

為研究珊瑚Sinulariasp.中五環(huán)半縮醛甾醇的分離與結(jié)構(gòu)，運(yùn)用普通色譜及高效液相色譜等色譜方法對(duì)珊瑚Sinulariasp.中五環(huán)半縮醛甾醇化合物進(jìn)行分離純化，通過(guò)分析該化合物的核磁共振譜與質(zhì)譜確定其平面結(jié)構(gòu)，測(cè)定并比較圓二色光譜計(jì)算值確定化合物的立體構(gòu)型。結(jié)果從珊瑚Sinulariasp.中首次分離純化得到結(jié)構(gòu)獨(dú)特的五環(huán)半縮醛甾醇化合物(8R,9S,10R,13R,14S,17R,18R,20S,22R)-膽甾-1,4-二烯-18-乙酰基-22-氧-3-酮-18，22-環(huán)縮醛。

珊瑚；五環(huán)半縮醛甾醇；結(jié)構(gòu)解析

珊瑚屬于腔腸動(dòng)物門，其所生存的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中生物物種十分豐富，各種生物之間對(duì)食物和空間的競(jìng)爭(zhēng)激烈。研究發(fā)現(xiàn)，珊瑚所產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物在自衛(wèi)防御系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。生活在珊瑚礁環(huán)境中的柳珊瑚、軟珊瑚等低等無(wú)脊椎動(dòng)物具有排斥海藻生長(zhǎng)，防止其它生物特別是污損生物附著的能力，多年來(lái)一直是化學(xué)家和藥物學(xué)家研究的熱點(diǎn)之一[1-2]。Sinularia屬短指軟珊瑚為珊瑚蟲(chóng)綱(Anthozoa)、八放珊瑚亞綱(Octocorallia)、海雞冠目(或稱軟珊瑚目、Alcyona- cea)、海雞殖亞目(Akyoniina)、海雞冠科(Alcyoniid化)。據(jù)報(bào)道Sinularia屬約有185個(gè)物種，其中涉及天然產(chǎn)物研究的有50多種，發(fā)現(xiàn)的次級(jí)代謝產(chǎn)物以甾醇、萜類、聚酮為主，這些次級(jí)代謝產(chǎn)物具有廣泛的生物活性，如抗腫瘤、抗炎、抗附著、抑菌等，因此該屬軟珊瑚引起了國(guó)內(nèi)外許多研究者的關(guān)注[3-12]。為進(jìn)一步從珊瑚Sinulariasp.中發(fā)現(xiàn)抗腫瘤及抗海洋污損活性化合物，本課題組對(duì)珊瑚Sinulariasp.的活性成分進(jìn)行了系統(tǒng)分離、分析、結(jié)構(gòu)鑒定及活性測(cè)試，對(duì)從珊瑚Sinulariasp.中首次分離得到的結(jié)構(gòu)特殊的五環(huán)半縮醛甾體進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。該化合物對(duì)藤壺(Balanus amphitrite)幼蟲(chóng)顯示出較弱的抑制附著活性，EC50值為20.3 μg/mL；同時(shí)該化合物對(duì)人體宮頸癌細(xì)胞株(HeLa)具有較弱的抑制活性，IC50值為16.3 μg/mL[13]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材 料

樣品珊瑚Sinulariasp.于2014年5月采自中國(guó)湛江硇洲島，種屬由荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)Rob van Soest教授鑒定。標(biāo)本現(xiàn)保存于暨南大學(xué)化學(xué)系有機(jī)化學(xué)教研室，編號(hào)為2014-06。

1.2 儀器及測(cè)定條件

5-X國(guó)產(chǎn)顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，溫度計(jì)未校正；MAT95XP高分辨質(zhì)譜儀；VG ZAB-HS液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀；日本電子JASCO J-180 型圓二色譜儀；1H NMR、13C NMR用Bruker-500型核磁共振波譜儀(德國(guó)Bruker公司)測(cè)定，以四甲基硅烷(TMS)為內(nèi)標(biāo)。1H NMR測(cè)定采用BBO多核正相液體探頭，頻率500 MHz；13C NMR測(cè)定采用BBO多核正相液體探頭，頻率125 MHz，以CDCl3(氘代氯仿)為溶劑。

1.3 樣品制備

將新鮮的珊瑚Sinulariasp.樣品(濕重5 kg)粉碎后，用95%乙醇浸提30 d，濃縮，重復(fù)3次，再用三氯甲烷-甲醇(體積比1∶1)浸提15 d，濃縮，重復(fù)2次，合并提取液，減壓濃縮得褐色浸膏，將濃縮浸膏用乙酸乙酯萃取，萃取液濃縮得到乙酸乙酯相45 g。將乙酸乙酯相過(guò)常壓硅膠柱層析，先用極性逐漸增加的石油醚-乙酸乙酯(100∶0～0∶100)體系進(jìn)行梯度洗脫，再用極性逐漸增加的乙酸乙酯-甲醇(100∶0～ 0∶100)體系進(jìn)行梯度洗脫。從石油醚-乙酸乙酯(體積比70∶30)洗脫液中得白色粉末，經(jīng)HPLC純化得到單體化合物(12 mg)。

2 結(jié)果與討論

2.1 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)HRESIMS[(m/z477.299 3[M + Na]+)(計(jì)算值為:477.299 4)譜，確定化合物的分子式為C29H42O4,具有9個(gè)不飽和度。

化合物的紫外光譜在245 nm處有最大吸收，紅外光譜在 1 663、 1 635 cm-1處有較強(qiáng)吸收，提示該化合物含有α,β-不飽和酮基。分析其13C NMR(圖1)及DEPT譜，推導(dǎo)該化合物具有甾體骨架[11]。該化合物含有5個(gè)甲基、8個(gè)亞甲基、11個(gè)次甲基及5個(gè)季碳信號(hào)；具有9個(gè)不飽和度，其中甾體骨架4個(gè)環(huán)具有4個(gè)不飽和度，兩個(gè)雙鍵δC155.8、127.5，δC123.9、169.1及兩個(gè)羰基δC186.4、169.7；共8個(gè)不飽和度，還有1個(gè)不飽和度可能是分子中存在另一個(gè)環(huán)。分析13C NMR與1H NMR圖發(fā)現(xiàn)，與正常的甾醇骨架相比，該化合物缺少18位的甲基及22位的亞甲基信號(hào)，但多出1個(gè)縮醛碳δC93.6及縮醛氫δH5.69信號(hào)，推斷此分子含有1個(gè)縮醛環(huán)，因此推測(cè)該化合物是一個(gè)具有五環(huán)半縮醛的甾體骨架。

圖1 化合物的13C NMR 譜(CDCl3,125 MHz)Fig.1 13C NMR spectrum(CDCl3,125 MHz) of the compound

2.2 NMR 信號(hào)歸屬

圖2 化合物的主要1H-1H COSY 和 HMBC相關(guān)Fig.2 Key 1H-1H COSY and HMBC correlations of the compound

1H NMR譜 和COSY譜顯示有3個(gè)ABX自旋體系的(三組)烯基氫信號(hào)存在， 化學(xué)位移分別為δH7.04(d,J=10.0 Hz)、6.22(dd,J=2.0,10.0 Hz) 和6.06(br. w),同時(shí)13C NMR 低場(chǎng)區(qū)有信號(hào)δC155.8、127.5、186.4、123.9和169.7存在,進(jìn)一步表明分子中含有1，4-二烯-3-酮單元[13]。分析1H NMR譜(表1)，提示分子中含有2個(gè)單峰甲基信號(hào)，化學(xué)位移分別為:δH1.22(s) 和2.18(s)； 3個(gè)雙峰甲基信號(hào)，化學(xué)位移分別為:δH0.79(d,J=7.0 Hz)、0.87(d,J=6.5 Hz) 和 0.88(d,J=6.5 Hz)；同時(shí)還有1個(gè)具有三重峰連氧次甲基δH3.54(m) 和1個(gè)單峰連氧次甲基δH5.69(s)。分析該化合物的HMBC譜圖，發(fā)現(xiàn)如下明顯的相關(guān)關(guān)系: H-18(δH5.69) 與C-12(δC30.9)/C-13(δC45.4)/C-14 (δC54.3)/C-17(δC53.2)/C-28(δC169.4)(圖2)，提示C-18是1個(gè)縮醛碳原子，乙酰化發(fā)生在C-18位的羥基上。另外，1H-1H COSY 相關(guān)譜；以及HMBC 譜中C-22(δC78.2) 與 H-20(δH1.83,m)/H-21(δH0.79,d,J=7.0 Hz)/H-23(δH1.34,m)均有相關(guān)，提示C-22是1個(gè)連氧碳。進(jìn)一步研究HMBC圖譜發(fā)現(xiàn)，H-18(δH5.69) 與 C-22(δC78.2)明顯相關(guān),再結(jié)合化合物的分子式與不飽和度,推斷該化合物是一個(gè)結(jié)構(gòu)新穎的五環(huán)甾醇，第5個(gè)新環(huán)是C-18 和C-22 之間通過(guò)1個(gè)氧原子相連而形成的1個(gè)新的四氫吡喃環(huán)，據(jù)此建立了該化合物的平面結(jié)構(gòu)[15]。

表1 化合物的1H NMR(500 MHz) 和 13C NMR(75 MHz) 數(shù)據(jù)(CDCl3溶劑)Table 1 1H NMR(500 MHz) and 13C NMR(75 MHz) data of compound in CDCl3

*HMBC correlations are from proton(s) stated to the indicated carbon

圖3 化合物的主要NOESY 相關(guān)Fig.3 Key NOESY correlations of the compound

圖4 化合物的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算CD譜圖Fig.4 Experimental and calculated CD spectra for the compound

2.3相對(duì)立體結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)NOESY 譜確定了化合物的相對(duì)立體構(gòu)型(圖3)。H-8(δH1.67,m) 與H-18(δH5.69,s)/H-19(δH1.22,s);以及H-14(δH1.14,m) 與H-17(δH1.64,m) 均有明顯的NOE相關(guān)，表明A/B/C/D環(huán)之間均為反式駢合相連。H-18/H-21之間的NOE相關(guān)信號(hào)表明這些基團(tuán)處于同一面上， H-18(δH6.27,s) 與H-22之間沒(méi)有NOE 相關(guān)信號(hào)，所以推測(cè)該化合物的相對(duì)立體構(gòu)型為8R*,9S*,10R*,13R*,14S*,17R*,18R*,20S*,22R*。

2.4 絕對(duì)立體結(jié)構(gòu)的確證

分子的絕對(duì)構(gòu)型用量子化學(xué)方法分析得到，通過(guò)比較模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得到的CD譜圖來(lái)推測(cè)化合物的絕對(duì)構(gòu)型，該方法已成功應(yīng)用于有機(jī)化合物尤其是天然產(chǎn)物絕對(duì)構(gòu)型的解析[16-17]。采用 TDDFT方法，在 B3LYP/6-31G(d) 水平上計(jì)算得到化合物的CD 譜圖。計(jì)算結(jié)果表明，該化合物的計(jì)算CD 和實(shí)驗(yàn)CD曲線非常相似(圖 4)。所以，化合物的絕對(duì)構(gòu)型為8R,9S,10R,13R,14S,17R,18R,20S,22R。

3 結(jié) 論

利用相色譜技術(shù)首次從珊瑚Sinulariasp.中分離純化得到五環(huán)半縮醛甾醇化合物，通過(guò)核磁共振譜與質(zhì)譜分析、測(cè)試并計(jì)算其ECD確定此化合物為(8R,9S，10R，13R,14S,17R,18R,20S,22R)-膽甾-1,4-二烯-18-乙酰基-22-氧-3-酮-18，22-環(huán)縮醛。該化合物體外對(duì)人體宮頸癌細(xì)胞株(HeLa)具有較弱的抑制作用，通過(guò)進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)修飾，可能為海洋新藥研究提供先導(dǎo)化合物分子模型[13]。

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Structural Analysis of a Pentacyclic Hemiacetal Steroid Isolated from Coral Sinularia sp.

WU Jia-cheng，LIN Jia-li,LIAO Gan-li，LIAO Xiao-jian，XU Shi-hai*

(College of Chemistry and Materials Science,Jinan University,Guangzhou 510632,China)

A pentacyclic hemiacetal steroid was isolated and purified by chromatography with silica gel,Sephadex LH-20 column as well as HPLC.Its plane structure was identified by nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR spectra)and mass spectrometry.By determining and comparing the calculated values of CD,it is determined that the structure of the compound is(8R,9S,10R,13R,14S,17R,18R,20S,22R)-cholesta-1,4-dien-18-al,22-hydroxy-3-oxo-,cyclic 18,22-(acetyl acetal).The compound was isolated fromSinulariasp.for the first time.

coral;pentacyclic hemiacetal steroid;structure elucidation

2017-05-22；

2017-07-25

國(guó)家自然科學(xué)基金(41376155，21672084)；廣東省自然科學(xué)基金(2016A030310095)；廣州市科技項(xiàng)目(201704030042)；暨南大學(xué)科研培育與創(chuàng)新基金研究項(xiàng)目(21616113)

*

徐石海，博士，教授，研究方向:有機(jī)化學(xué)，Tel:020-85221346，E-mail: txush@jnu.edu.cn

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.11.018

O656.4；O621.4

A

1004-4957(2017)11-1397-04