CN103724309B - 一种补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物及合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物及合成方法,以补骨脂二氢黄酮甲醚为底物,采用黄曲霉ATCC?30899和雅致小克银汉霉CICC?40250为生物催化剂进行转化反应,经有机溶剂萃取和硅胶分离与纯化后得到在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物,本方法工艺步骤简单、安全性高、反应高效专一,本发明不仅克服了目前二氢黄酮类化合物衍生物化学制备方法中反应效率低、大量使用有机溶剂、产物分离纯化困难等问题,而且,制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚的羟基化衍生物是结构新颖的新化合物,对正常细胞有一定的促进增殖作用,表现出一定的抗肿瘤活性,水中的溶解度也有所增加。
Description
技术领域
本发明属于微生物制药及医药工程领域,尤其是一种补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物及合成方法。
背景技术
补骨脂二氢黄酮甲醚(Bavachinin)是一种二氢黄酮类化合物,其化学结构是在二氢黄酮骨架的A环7号位取代了一个甲氧基,A环6号位取代了一个异戊烯基。研究表明,该化合物具有抗氧化、抗细菌、抗真菌、抗炎、抗肿瘤、退热性、止痛等多种生物和药理活性。目前主要从天然植物Psoraleacorylifolia中分离得到,但由于较低的分离和纯化效率,生产成本较高,导致其临床应用受到极大限制。因此,通过结构修饰和改造获得结构多样的新化合物,是提高该化合物生物利用度的重要方法。
对于二氢黄酮类化合物,羟基基团的存在和位点与它的药理活性密切相关。但利用化学方法制备这类芳香族化合物的羟基化衍生物需要经过多个步骤,反应效率较低。由于C-H转化为C-OH的反应是许多芳香族化合物氧化代谢的关键特征,因此,可以通过微生物转化法实现这类化合物的一步羟基化。
目前,尚无利用微生物菌种制备补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物的生物合成方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物及合成方法,本方法具有反应条件温和、易于控制、无污染、目标产物产率高、分离纯化过程简单、成本低廉、安全性高等优点。
本发明实现目的的技术方案如下:
一种补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物,结构式如下:
一种补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物的方法,以补骨脂二氢黄酮甲醚为底物,采用黄曲霉ATCC30899或雅致小克银汉霉CICC40250为生物催化剂进行转化反应,获得在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物。
而且,步骤如下:
⑴生物催化剂的制备:无菌水制备浓度为105-108个/ml的生物催化剂的孢子悬浮液,以5%-15%的接种量接种于新鲜的发酵培养基中,26-30℃,120-200r/min培养12-48h,得到菌体发酵液;
⑵转化反应:向菌体发酵液中投入溶解的补骨脂二氢黄酮甲醚,26-30℃,120-200r/min培养24-120h后终止反应;
⑶产物的提取与精制:转化反应结束后,抽滤,分离菌丝体和发酵液,分别用有机溶剂萃取菌丝体和发酵液,合并萃取液,干燥,减压浓缩,浓缩后用硅胶色谱柱分离获得补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物。
而且,将步骤⑶获得的产物是利用有机溶剂通过重结晶得到补骨脂二氢黄酮甲醚在A环C2’,C3’位点形成两个羟基的转化产物的纯品。
而且,所述黄曲霉ATCC30899发酵培养采用的培养基组成g/L:葡萄糖5-30,玉米浆5-10,NaNO31-2,KH2PO41-2,K2HPO42-3,MgSO40.5-1,FeSO40.02-1,KCl0.5-1,pH7.0-8.0。
而且,所述雅致小克银汉霉CICC40250发酵培养采用的培养基组成g/L:葡萄糖5-30,玉米浆5-35,(NH4)2SO42-8,酵母粉1-4,pH4.0-6.0。
而且,所述补骨脂二氢黄酮甲醚投入的终浓度为:0.01-0.1g/L。
而且,所述的用于萃取处理的有机溶剂为乙酸乙酯、正丁醇、甲醇或乙酸丁酯。
而且,所述用于重结晶的有机溶剂为石油醚、丙酮、正己烷、乙腈或甲醇。
补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物作为制备抗肿瘤药物的应用。
本发明的有益效果和积极效果如下:
1、本发明提供了一种补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物的生物合成方法,本方法以补骨脂二氢黄酮甲醚为底物,采用黄曲霉ATCC30899或雅致小克银汉霉CICC40250为生物催化剂,转化生成在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物,本方法克服了现有化学方法制备这类羟基化衍生物过程中反应步骤多、反应效率低、产物分离纯化困难等缺点,具有目标产物产率高、分离纯化过程简单、成本低廉、无污染等优点,是首次利用微生物转化法对补骨脂二氢黄酮甲醚进行羟基化反应发明。
2、本发明制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物是结构新颖的新化合物,对正常细胞有一定的促进增殖作用,表现出一定的抗肿瘤活性,水中的溶解度也有所增加,不仅丰富了补骨脂二氢黄酮甲醚这类化合物作为药剂使用的剂型,而且也提高了其应用范围。
附图说明
图1为本发明中制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物,(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的高效液相色谱图。
图2为本发明中制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物,(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的高分辨质谱图。
图3为本发明中制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物,(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的1H-NMR谱图。
图4为本发明中制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物,(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的13C-NMR谱图。
图5为本发明中制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物,(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的红外光谱图。
图6为本发明中制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物,(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的X-单晶衍射谱图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中采用的底物补骨脂二氢黄酮甲醚的分子结构式如式I所示,最终制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的分子式如式II所示。其转化的化学反应式为:
本发明所用的黄曲霉(Aspergillusflavus)由美国典型微生物菌种保藏中心保存,编号为:ATCC30899。所述的雅致小克银汉霉由中国工业微生物菌种保藏中心保存,编号为:CICC40250。
下面通过具体实施实例进一步描述本发明。
实施例1
转化生成在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物的方法,其步骤为:本实施例利用黄曲霉(Aspergillusflavus)ATCC30899为生物催化剂,
⑴生物催化剂的制备:将黄曲霉(Aspergillusflavus)ATCC30899接种到琼脂斜面上(葡萄糖10,麦芽提取物10,蛋白胨1,琼脂20,pH自然,g/L)进行扩增培养,28℃恒温培养6d,菌丝表面呈现深黄绿色。无菌操作条件下向试管中倒入一定量的无菌水,用接种环刮下孢子,并将含孢子的悬浮液倒入事先灭过菌并盛有玻璃珠的三角瓶内,180r/min充分震荡5min,配成浓度为106个/ml的孢子悬浮液。将孢子悬浮液按照15%体积比接种到装有50ml发酵培养基(葡萄糖25,玉米浆8,NaNO31,KH2PO41,K2HPO42,MgSO40.5,FeSO40.05,KCl0.75,pH7.5,g/L)的250ml三角瓶中,置于旋转式摇床于180r/min,28℃培养36h,得到菌体发酵液。
⑵转化反应:向菌体发酵液中加入用无水乙醇溶解配制的浓度为1.69mg/mL的补骨脂二氢黄酮甲醚溶液500μL,底物的终浓度为0.0169mg/mL,继续摇床培养,180r/min,28℃培养72h后终止转化反应。
⑶产物的提取和精制:转化结束后,收集转化液,抽滤,分离菌丝体和转化液,分别用3倍体积的乙酸乙酯/正丁醇(V/V=9:1)萃取菌丝体和转化液3次,合并萃取液,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,浓缩后采用硅胶色谱柱分离产物,洗脱液为石油醚:二氯甲烷:丙酮=8:1:1。
⑷产物的纯度检测:采用HPLC对分离纯化后的产物纯度进行检测。具体条件为:色谱柱:Kromasil-C18(4.6mm×250mm,5μm);流动相:乙腈/水(V/V=80:20);进样量:20μL;流速:0.8mL/min;柱温:30℃;检测波长:254nm。结果见图1。由图1可知,转化产物的纯度达到98%以上,保留时间为2.804min。
⑸产物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的结构鉴定数据如下:
FT-ICR-MSm/z:373.02[M+H]+,分子式C21H24O6(见图2)
IR(KBr,νmax,cm-1):3445,1608,1562,1472。(见图5)
1HNMR(400MHz,acetone-d6):δ5.50(1H,s,OH),7.47(1H,s,H-5),7.02(2H,d,J=8.5Hz,H-2’,6’),6.66(2H,d,J=8.5Hz,H-3’,5’),5.80(1H,s,H-8),5.51(1H,dd,J=13.1,2.8Hz,H-2),3.67(1H,t,J=7.4Hz,H-2”),3.91(3H,s,OCH3),3.22(2H,d,J=7.4Hz,H-1”),3.26(1H,dd,J=16.5,13.1Hz,H-3b),2.67(1H,dd,J=16.7,2.9Hz,H-3a),1.73(3H,s,H-4”),1.26(3H,s,H-5”)。(见图3)
13CNMR(100MHz,acetone-d6):δ197.66(C-4),167.65(C-7),156.2(C-4’),158.58(C-9),76.4(C-3”),133.5(C-1’),128.7(C-2’,6’),130.9(C-5),114.87(C-6),89.7(C-2”),115.9(C-3’,5’),114.90(C-10),99.6(C-8),72.9(C-2),56.36(OCH3),48.8(C-3),22.1(C-1’),25.3(C-4”),19.3(C-5”)。(见图4)
与文献报道的底物补骨脂二氢黄酮甲醚的结构数据相比,分子量增加了34,推测底物分子插入了2个羟基。根据核磁共振的氢谱数据(见图3)可知,底物羟基化的位点发生在A环的2位和5位,其化学位移由底物的5.30和1.70分别调整为3.67和1.26。核磁共振的碳谱数据(见图4)也表明C-2”和C-3”的化学位移从底物的117.9和134.7分别调整为89.7和76.4。这说明,底物补骨脂二氢黄酮甲醚A环的C2”和C3”位上插入两个羟基基团。其结果与红外光谱数据(见图5)一致。
实施例2:
一种利用黄曲霉(Aspergillusflavus)ATCC30899为生物催化剂,转化生成在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物的方法,其步骤为:
⑴生物催化剂的制备:将黄曲霉(Aspergillusflavus)ATCC30899接种到琼脂茄子瓶中(葡萄糖20,麦芽提取物15,蛋白胨2,琼脂20,pH自然,g/L)进行扩增培养,30℃恒温培养4d,菌丝表面呈现黄绿色。无菌操作条件下向试管中倒入一定量的无菌水,用接种环刮下孢子,并将含孢子的悬浮液倒入事先灭过菌并盛有玻璃珠的三角瓶内,200r/min充分震荡5min,配成浓度为107个/ml的孢子悬浮液。将孢子悬浮液按照5%体积比接种到装有100ml发酵培养基(葡萄糖20,玉米浆10,NaNO30.5,KH2PO41,K2HPO42.5,MgSO41,FeSO40.08,KCl1,pH7.0)的500ml三角瓶中,置于旋转式摇床于200r/min,30℃培养36h,得到菌体发酵液。
⑵转化反应:向菌体发酵液中加入用二甲基亚砜溶解配制的浓度为8.0mg/mL的补骨脂二氢黄酮甲醚溶液2ml,底物的终浓度为0.08mg/mL,继续摇床培养,200r/min,30℃培养120h后终止转化反应。
⑶产物的提取和精制:转化结束后,收集转化液,抽滤,分离菌丝体和转化液,分别用5倍体积的乙酸乙酯/正丁醇(V/V=9:1)萃取菌丝体和转化液3次,合并萃取液,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,浓缩后采用硅胶色谱柱分离产物,洗脱液为石油醚:二氯甲烷:丙酮=8:1:1。
⑷产物的纯度检测:采用HPLC对分离纯化后的产物纯度进行检测,分析条件和实验结果同实施例1。
⑸产物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的单晶衍射数据。
⑹将得到纯度较高的转化产物进行单晶培养,使用石油醚、丙酮、正己烷、乙腈、甲醇等有机溶剂,并选择合适的析晶温度,最后得到黄色的针状晶体,大小为0.24mm×0.20mm×0.18mm。产物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的X-单晶衍射谱图见图6。其结果也证明黄曲霉ATCC30899对补骨脂二氢黄酮甲醚的A环C2”,C3”位进行了羟基化反应,与实施例1中的产物鉴定结果一致。
实施例3:
一种利用雅致小克银汉霉(Cunninghamellaelegans)CICC40250为生物催化剂,转化生成在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物的方法,其步骤为:
⑴生物催化剂的制备:将雅致小克银汉霉(Cunninghamellaelegans)CICC40250接种到琼脂斜面上(土豆200,葡萄糖10,琼脂20,pH自然,g/L)进行扩增培养,28℃恒温培养4d,菌丝呈稠密的白色棉絮状。无菌操作条件下向试管中倒入一定量的无菌水,用接种环刮下孢子,并将含孢子的悬浮液倒入事先灭过菌并盛有玻璃珠的三角瓶内,150r/min充分震荡5min,配成浓度为105个/ml的孢子悬浮液。将孢子悬浮液按照10%体积比接种到装有50ml发酵培养基(葡萄糖20,玉米浆25,(NH4)2SO45,酵母粉3,pH4.5,g/L)的250ml三角瓶中,置于旋转式摇床于150r/min,28℃培养36h,得到菌体发酵液。
⑵转化反应:向菌体发酵液中加入用二甲基甲酰胺溶解配制的浓度为1.69mg/mL的补骨脂二氢黄酮甲醚溶液1ml,底物的终浓度为0.0338mg/mL,继续摇床培养,150r/min,28℃培养48h后终止转化反应。
⑶产物的提取和精制:转化结束后,收集转化液,抽滤,分离菌丝体和转化液,分别用3倍体积的乙酸乙酯/正丁醇(V/V=9:1)萃取菌丝体和转化液3次,合并萃取液,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,浓缩后采用硅胶色谱柱分离产物,洗脱液为石油醚:二氯甲烷:丙酮=8:1:1。
⑷产物的纯度检测:采用HPLC对分离纯化后的产物纯度进行检测,分析条件和实验结果同实施例1。
⑸产物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的结构鉴定数据同实施例1。
实施例4:
一种利用雅致小克银汉霉(Cunninghamellaelegans)CICC40250为生物催化剂,转化生成在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物的方法,其步骤为:
⑴生物催化剂的制备:将雅致小克银汉霉(Cunninghamellaelegans)CICC40250接种到琼脂斜面上(土豆200,葡萄糖25,琼脂20,pH自然,g/L)进行扩增培养,30℃恒温培养3d,菌丝呈稠密的白色棉絮状。无菌操作条件下向试管中倒入一定量的无菌水,用接种环刮下孢子,并将含孢子的悬浮液倒入事先灭过菌并盛有玻璃珠的三角瓶内,200r/min充分震荡10min,配成浓度为108个/ml的孢子悬浮液。将孢子悬浮液按照5%体积比接种到装有100ml发酵培养基(葡萄糖25,玉米浆30,(NH4)2SO48,酵母粉3,pH6.0,g/L)的250ml三角瓶中,置于旋转式摇床于200r/min,30℃培养36h,得到菌体发酵液。
⑵转化反应:向菌体发酵液中加入用无水乙醇溶解配制的浓度为8.0mg/mL的补骨脂二氢黄酮甲醚溶液2ml,底物的终浓度为0.08mg/mL,继续摇床培养,180r/min,30℃培养96h后终止转化反应。
⑶产物的提取和精制:转化结束后,收集转化液,抽滤,分离菌丝体和转化液,分别用5倍体积的乙酸乙酯/正丁醇(V/V=9:1)萃取菌丝体和转化液3次,合并萃取液,无水Na2SO4干燥,减压浓缩,浓缩后采用硅胶色谱柱分离产物,洗脱液为石油醚:二氯甲烷:丙酮=8:1:1。
⑷产物的纯度检测:采用HPLC对分离纯化后的产物纯度进行检测,分析条件和实验结果同实施例1。
⑸产物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的单晶衍射数据同实施例1。
药理活性分析:
产物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮的药理活性分析。
利用MTT法分析转化产物对乳腺癌细胞MCF-7、肝癌细胞HepG-2、喉癌细胞Hep-2、宫颈癌细胞Hela、肺腺癌A549细胞和正常细胞(人脐静脉内皮细胞HUVEC)的体外抑制活性,并与同剂量下的底物补骨脂二氢黄酮甲醚和紫杉醇(阳性对照)进行比较。
实验方法:分别取0.25%胰酶蛋白消化生长状态良好的肿瘤细胞和正常细胞,用含10%胎牛血清的DMEM培养液配成单细胞悬液,调整好细胞浓度,接种于96孔板中,每孔200μL,并使每孔含3×104~5×104个细胞。将96孔板放入CO2孵箱,在37℃、5%CO2条件下培养24h,之后实验组每孔加入0.2μL配置好浓度梯度的药物溶液,使得孔内药物终浓度分别为0.1,0.5,2.5,12.5,62.5μmol/L;溶剂对照组加入0.2μLDMSO;阳性对照组加入0.2μL与给药组相对应浓度的紫杉醇溶液,以上每孔分别设置3个平行孔。之后继续以相同条件条件下培养72h。每孔加入20μLMTT溶液(5mg/mL),继续孵育4h,终止培养。用1mL注射器小心吸尽孔内培养液,再向每孔中加入100μLDMSO,轻微振荡10min,使用酶标仪在570nm波长处测定各孔光吸收值(OD值),并重复测定三次,计算平均值。利用下面公式计算化合物对肿瘤细胞的生长抑制率。
表1三种化合物对正常细胞的抑制作用
*:抑制率为正时代表化合物对正常细胞有抑制生长作用,抑制率为负时代表化合物对正常细胞有促进增殖作用。
表2三种化合物对不同肿瘤细胞的IC50值
从实验结果(表1和表2)可知,在0.1-62.5μmol/L的剂量范围内,产物对正常细胞(人脐静脉内皮细胞HUVEC)均表现出促进增殖作用,对肿瘤细胞表现出一定的抑制活性。
综上所述,本发明制备得到的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物(S)-6-((R)-2,3-双羟基-3-甲基丁烷)-2-(4-羟苯基)-7-甲氧基色满-4-酮是一种对正常细胞具有促进增殖作用,对肿瘤细胞具有抑制生长作用的新化合物。
Claims (5)
1.一种制备补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物的方法,其特征在于:以补骨脂二氢黄酮甲醚为底物,采用黄曲霉ATCC30899或雅致小克银汉霉CICC40250为生物催化剂进行转化反应,获得在补骨脂二氢黄酮甲醚A环C2”,C3”位点形成两个羟基的衍生物;所述衍生物的结构式如下:
所述方法的步骤如下:
⑴生物催化剂的制备:无菌水制备浓度为105-108个/ml的生物催化剂的孢子悬浮液,以5%-15%的接种量接种于新鲜的发酵培养基中,26-30℃,120-200r/min培养12-48h,得到菌体发酵液;
⑵转化反应:向菌体发酵液中投入溶解的补骨脂二氢黄酮甲醚,26-30℃,120-200r/min培养24-120h后终止反应;所述补骨脂二氢黄酮甲醚投入的终浓度为:0.01-0.1g/L;
⑶产物的提取与精制:转化反应结束后,抽滤,分离菌丝体和发酵液,分别用有机溶剂萃取菌丝体和发酵液,合并萃取液,干燥,减压浓缩,浓缩后用硅胶色谱柱分离获得补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物;所述的用于萃取处理的有机溶剂为乙酸乙酯、正丁醇、甲醇或乙酸丁酯,所述用于重结晶的有机溶剂为石油醚、丙酮、正己烷、乙腈或甲醇。
2.根据权利要求1所述的制备补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物的方法,其特征在于:所述黄曲霉ATCC30899发酵培养采用的培养基组成g/L:葡萄糖5-30,玉米浆5-10,NaNO31-2,KH2PO41-2,K2HPO42-3,MgSO40.5-1,FeSO40.02-1,KCl0.5-1,pH7.0-8.0。
3.根据权利要求1所述的制备补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物的方法,其特征在于:所述雅致小克银汉霉CICC40250发酵培养采用的培养基组成g/L:葡萄糖5-30,玉米浆5-35,(NH4)2SO42-8,酵母粉1-4,pH4.0-6.0。
4.根据权利要求1所述的制备补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物的方法,其特征在于:将步骤⑶获得的产物是利用有机溶剂通过重结晶得到补骨脂二氢黄酮甲醚在A环C2’,C3’位点形成两个羟基的转化产物的纯品。
5.权利要求1所述制备的补骨脂二氢黄酮甲醚羟基化衍生物作为制备抗肿瘤药物的应用。
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