一种灰毡毛忍冬二萜类化合物及其制备方法和抗农业真菌
用途
技术领域
本发明涉及天然产物领域。其特征是以灰毡毛忍冬(Lonicera macranthoidesHand.-Mazz.)的根为原料,通过天然产物化学方法提取分离,得到的一种新化合物,其骨架属于syn-海松烷型(syn-pimarane)二萜,该化合物对农业病原真菌具有较强抑制作用,可用于制备抗农业病原真菌药物。
背景技术
我国是农业大国,农药是防治农业病害的主要工具。传统化学农药通常选择性差、毒性大、残留时间长,在使用过程中存在农药残留严重、危害人畜健康、污染环境等问题。生物农药是指那些由植物提取物、微生物活体或微生物产生的代谢产物制成的具有农药属性的产品,由于源自生物,不论其组成和结构如何复杂,归根结底是由碳水化合物等经不同途径代谢而来,因而其组成通常是碳、氢、氧、氮四种元素,偶见其它元素。生物农药通常容易降解,进入自然界的碳、氮循环,对环境没有太多污染。开发高效低毒生物农药新品种对我国农业生产具有十分重要的意义。
海松烷型二萜为三环二萜,具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗菌等多种生物活性。尤其是,近年来研究表明syn-海松烷型二萜是水稻抗稻瘟病植保素,对稻瘟病菌有很好的抗菌活性,是一类很重要的抗菌素(Lee,C.W.,Yoneyama,K.,Takeuchi,Y.,Konnai,M.,Tamogami,S.,Kodama,O.,1999.Momilactones A and B in rice straw harvested atdifferent growth stages.Biosci.Biotech.Bioch.,63,1318–1320;Nozaki,H.,Hayashi,K.I.,Nishimura,N.,Kawaide,H.,Matsuo,A.,Takaoka,D.,2007.Momilactone A and B asallelochemicals from moss Hypnum plumaeforme:first occurrence inbryophytes.Biosci.Biotechnol.Biochem.,71,3127-3130.),引起了广泛关注。
发明内容
本发明目的是提供一种新的海松烷型二萜类化合物,以及其制备方法和在抗农业病原真菌药物中的用途。
本发明采用的技术方案是:一种下列结构式的新海松烷型二萜类化合物,命名为灰毡毛忍冬甲素(lonimacranthoidin A),其特征在于化学名为9,10-syn-2β,3β,15R,16-四羟基海松-7-烯,化学结构式为:
灰毡毛忍冬甲素(lonimacranthoidin A)。
进一步,所述的二萜类化合物灰毡毛忍冬甲素(lonimacranthoidin A),按如下方法制备:以灰毡毛忍冬(Lonicera macranthoides Hand.-Mazz.)的根为原料,经用5~6倍原料体积的醇、水或其混合物回流提取2-3次,每次1-2小时,合并提取液,合并提取液,减压浓缩至0.5-1.5倍原料量体积,按1:1~3体积加入石油醚和乙酸乙酯依次分别萃取;乙酸乙酯萃取物经柱层析分离而得。柱层析用担体选自硅胶、凝胶、反相硅胶中的一种或几种;有机溶剂包括甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯;提取温度低于100℃。
进一步,灰毡毛忍冬甲素对水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani)和小麦赤霉病菌(Fusarium graminearum)有效中浓度(EC50)分别为:20.07±4.90μg mL-1,62.86±23.51μgmL-1。本发明为抗农业病原真菌药物筛选提供了新的先导化合物。
附图说明
图1为化合物灰毡毛忍冬甲素(lonimacranthoidin A)的关键1H-1H COSY相关情况和HMBC相关情况。
图2为化合物灰毡毛忍冬甲素(lonimacranthoidin A)的X-射线单晶衍射图。
具体实施方式
实施例1:将晾干的灰毡毛忍冬根5kg切成0.2~0.3cm每段,加入6倍生药体积的95%乙醇,回流提取2次,每次2h,合并粗提液,70℃减压浓缩至0.5倍药材量体积,再按1:2体积依次加入石油醚和乙酸乙酯分别萃取3次,合并石油醚和乙酸乙酯萃取液,减压浓缩,得到石油醚萃取物14g和乙酸乙酯萃取物200g。取乙酸乙酯萃取物,用硅胶柱层析分段,以石油醚-乙酸乙酯(20:1)、石油醚-乙酸乙酯(10:1)、石油醚-乙酸乙酯(4:1)、石油醚-乙酸乙酯(1:1)溶液洗脱,合并组分相似的洗脱液,浓缩后得F2-1~F2-4共4个部分。再综合运用硅胶柱层析、凝胶LH-20柱层析、重结晶等方法,从F2-2部分分离得到化合物灰毡毛忍冬甲素(150mg),得率为0.003%。再综合运用各种波谱技术(MS,NMR,UV,IR)和X-射线单晶衍射技术,鉴定化合物灰毡毛忍冬甲素的结构。
化合物灰毡毛忍冬甲素的理化性质及波谱数据:化合物灰毡毛忍冬甲素为无色透明针状晶体(乙醇),TLC紫外无暗斑且斑点无荧光,香草醛-浓硫酸试液加热显紫色,放置后颜色变浅消失。Liebermann-Burchard反应阳性。溶于甲醇、丙酮,提示为萜类化合物。HR-ESI-MS(m/z):[M+H]+at m/z 361.2514(calculated:361.2510for[C20H34O4+H]+),结合13C-NMR和DEPT谱推断分子式为C20H34O4,分子量338,不饱和度为4。
化合物灰毡毛忍冬甲素的1H NMR显示其有一个双键氢信号δH 5.32(1H,m,H-7),4个甲基氢信号δH 0.78(3H,s,H3-17),δH 1.00(3H,s,H3-18),δH 1.08(3H,s,H3-19),δH 1.17(3H,s,H3-20),两个氧化亚甲基信号δH 3.70(1H,dd,J=2.7,11.1Hz,H-16a),δH 3.43(1H,dd,J=8.8,11.1Hz,H-16b),三个氧化次甲基信号δH 4.08(1H,q,J=3.4Hz,H-2),δH 3.11(1H,d,J=3.4Hz,H-3),δH 3.24(1H,dd,J=8.8,2.7Hz,H-15),以及其他重叠的亚甲基,次甲基信号(δH 1.30-2.10)。其13C-NMR和DEPT谱显示其有两个双键碳信号δC 121.0(C-7),δC137.8(C-8),四个甲基碳信号δC 18.6(C-17),δC 30.5(C-18),δC 18.0(C-19),δC 24.5(C-20),五个亚甲基碳信号δC 40.8(C-1),δC 24.4(C-6),δC 26.0(C-11),δC 35.3(C-12),δC46.5(C-14),一个氧化的亚甲基信号δC 63.8(C-16),两个次甲基信号δC 44.8(C-5),δC55.0(C-9),三个氧化的次甲基信号δC 72.9(C-2),δC 79.7(C-3),δC 82.1(C-15),以及三个季碳信号δC 39.1(C-4),δC 35.6(C-10),δC 40.4(C-13)。以上这些信息可以推测化合物I-1是拥有一个三取代的双键(△7)和四个羟基(OH-2,OH-3,OH-15,OH-16)的三环二萜。在1H-1HCOSY谱(图1)中,我们可以得到5个自旋体系:H-1/H-2/H-3;H-5/H-6/H-7;H-9/H-11/H-12;H-14;H-15/H-16。结合HMBC谱(图1)信号H3-17与C-12,C-13,C-14,C-15;H3-18与C-19,C-3,C-4,C-5;H3-19与C-18,C-3,C-4,C-5;H3-20与C-10,C-1,C-9,C-5;H-14与C-7,C-8,C-9,C-13,将5个自旋体系相连。通过2D-NMR进一步归属化合物灰毡毛忍冬甲素二萜片段的1H、13C-NMR数据(表1),发现该片段结构与已知化合物16-O-acetyldarutigenol(Wang,F.,Cheng,X.L.,Li,Y.J.,Shi,S.,Liu,J.K.,2009.ent-Pimarane diterpenoids from Siegesbeckiaorientalis and structure revision of a related compound.J.Nat.Prod.,72,2005-2008.)相似,其母核为海松烷型二萜。
表1.化合物灰毡毛忍冬甲素的核磁共振波谱数据
a.Data were measured at 300MHz for 1H and 75MHz for 13C in methanol-d4,δinppm,J in Hz
b.Overlapped signal,assignments were done by HSQC,HMBC,and COSYexperiments。
化合物灰毡毛忍冬甲素相对构型的确定,ROESY上显示H-2,H-3,H3-18,H-5相关,为了进一步确证灰毡毛忍冬甲素的结构,对其进行单晶X-射线衍射。其晶体结构如图2,与核磁波谱解析的结构一致。至此,化合物灰毡毛忍冬甲素的绝对构型已确定,命名为9,10-syn-2β,3β,15R,16-四羟基海松-7-烯(9,10-syn-2β,3β,15R,16-tetrahydroxypimar-7-ene)。
UPLC-HRESI-MS法测定化合物灰毡毛忍冬甲素的纯度,色谱条件为:色谱柱C18(Zorbax SB C18,4.6×100mm,1.8μm),柱温:25℃,流动相:乙腈-水(含0.1%甲酸)梯度洗脱(0~10min乙腈浓度由5%变化至10%,10~20min乙腈浓度为10%,20~40min乙腈浓度10%变化至23%,40~70min乙腈浓度由23%变化至38%,70~90min乙腈浓度由38%变化至50%,90~100min乙腈浓度为100%),流速:0.3mL min-1,进样量:5μl;质谱检测器为6530ESI Q-TOF MS(Agilent,USA),检测检测模式为阴离子,检测范围为m/z 100–1700。化合物灰毡毛忍冬甲素的保留时间为61.5min,按面积归一化法计算化合物灰毡毛忍冬甲素的纯度为98.9%。
实施例2:将晾干的灰毡毛忍冬根5kg切成0.2~0.3cm每段,加入5倍生药体积的甲醇,回流提取3次,每次1.5h,合并粗提液,50℃减压浓缩至0.5倍药材量体积,再按1:1体积依次加入石油醚和乙酸乙酯分别萃取3次,合并石油醚和乙酸乙酯萃取液,减压浓缩,得到石油醚萃取物16g和乙酸乙酯萃取物220g。再综合运用硅胶柱层析、凝胶LH-20柱层析、重结晶等方法,从乙酸乙酯萃取物中分离得到化合物灰毡毛忍冬甲素(160mg),得率为0.0032%,UPLC-HRESI-MS检测产物的纯度为98.8%。
实施例3:将晾干的灰毡毛忍冬根10kg切成0.2~0.3cm每段,加入6倍生药体积的80%甲醇/水,回流提取2次,每次2h,合并粗提液,50℃减压浓缩至1.5倍药材量体积,再按1:2体积依次加入石油醚和乙酸乙酯分别萃取5次,合并石油醚和乙酸乙酯萃取液,减压浓缩,得到石油醚萃取物和乙酸乙酯萃取物。再综合运用硅胶柱层析、凝胶LH-20柱层析、重结晶等方法,从乙酸乙酯萃取物中分离得到化合物灰毡毛忍冬甲素(315mg),得率为0.00315%,UPLC-HRESI-MS检测产物的纯度为98.4%。
实施例4:将晾干的灰毡毛忍冬根10kg切成0.2~0.3cm每段,加入5倍生药体积的水,回流提取3次,每次2h,合并粗提液,减压浓缩至1.5倍药材量体积,再按1:2体积依次加入石油醚和乙酸乙酯分别萃取3次,合并石油醚和乙酸乙酯萃取液,减压浓缩,得到石油醚萃取物和乙酸乙酯萃取物。再综合运用硅胶柱层析、凝胶LH-20柱层析、重结晶等方法,从乙酸乙酯萃取物中分离得到化合物灰毡毛忍冬甲素(304mg),得率为0.00304%,UPLC-HRESI-MS检测产物的纯度为98.1%。
实施例5:化合物灰毡毛忍冬甲素抗水稻纹枯病菌和小麦赤霉病菌活性测定。供试水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani)和小麦赤霉病菌(Fusarium graminearum)均为田间采集分离菌株。将化合物灰毡毛忍冬甲素和对照药剂甲基硫菌灵(mildothane)溶于DMSO,配制成浓度为10000μg/mL的母液,并用DMSO倍半稀释成7个系列浓度梯度待用。将母液或等体积DMSO加入加热融化并冷却至55℃的PSA培养基(马铃薯浸出液200g、琼脂16g、蔗糖20g、蒸馏水1000ml)中,混匀后倒入培养皿中制成含药平板,冷凝静置。用直径5mm的打孔器在预培养的菌落边缘打取菌碟,并接种至含药平板中间,重复3次。25℃恒温倒置培养至对照接近长满平板,十字交叉法测定菌落直径并计算抑制率。抑制率(%)=(对照菌落直径﹣加药处理菌落直径)/对照菌落直径×100。菌落直径=十字交叉法测定直径平均值-5mm。根据各浓度抑制率使用DPS v7.05计算毒力回归方程,得出化合物灰毡毛忍冬甲素的抑制有效中浓度(ED50)。测定结果如下表2。
表2.化合物灰毡毛忍冬甲素抗水稻纹枯病菌和小麦赤霉病菌活性(EC50,μg mL-1)
a.该值为平均标准偏差(±SD)。