姜黃素衍生物的合成及抗氧化活性的研究

臧永軍，陳乃富，陳艷君，姜雪萍,2

(1.皖西學院 生物與制藥工程學院，安徽 六安 237012；2.皖西學院 中藥研究與開發(fā)工程技術研究中心，安徽 六安 237012)

姜黃素衍生物的合成及抗氧化活性的研究

臧永軍1，陳乃富1，陳艷君1，姜雪萍1,2

(1.皖西學院 生物與制藥工程學院，安徽 六安 237012；2.皖西學院 中藥研究與開發(fā)工程技術研究中心，安徽 六安 237012)

以姜黃素為原料，分別與布洛芬、丁香酸反應，合成2種新的姜黃素單酯衍生物，其結構經1H-NMR和MS確證。并通過DPPH法測定它們清除自由基的能力，結果顯示：合成的兩種衍生物均保留了原有的抗氧化活性，其中姜黃素-丁香酸單酯在較高濃度時對自由基的清除能力要強于姜黃素本身。

姜黃素；合成；單取代衍生物；抗氧化

姜黃素(Curcumin)是一種天然多酚類化合物，研究表明姜黃素具有抗氧化、抗腫瘤、抗菌、抗炎等多種生物活性[1]，其分子結構簡單且對稱，在體內基本無毒，來源豐富，被認為是一種具有開發(fā)前景的天然化合物[2]。但由于姜黃素的水溶性較差，在體內的生物利用度低，直接影響其在藥品和食品領域中的應用[3]。所以以姜黃素為先導化合物，對其進行結構修飾，引入相應的藥效、藥動基團合成姜黃素衍生物，以增加其水溶性和生物活性成為近些年來研究的熱點[4]。文獻報道[5]，姜黃素的兩個酚羥基對其生物活性有重要影響，其單取代衍生物因保留了一端游離的酚羥基，一方面可以保持或增強姜黃素的相關活性，另一方面引入的基團可改善其理化性質，彌補其藥動學的不足。為此，本文設計合成2種姜黃素的單酯衍生物，并采用DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)法研究其抗氧化活性，以期獲得理化性質更優(yōu)、抗氧化活性更高的新化合物。

1 實驗材料

1.1 儀器

WRS-1B數(shù)字熔點儀(上海索光光電技術有限公司)，溫度計未經校正；Varian-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Trace DSQ FINNIGSN型質譜儀；TU-1901型紫外可見光分光光度計(北京普析通用儀器設備有限公司)；FA1004型電子天平(上海精科天平)等。

1.2 試劑

實驗所需的姜黃素、布洛芬、丁香酸、二氯甲烷、吡啶、氯化亞砜、無水乙醇、乙酸乙酯、二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)等均為國產市售分析純試劑。

2 實驗方法

2.1 姜黃素衍生物的制備

2.1.1 姜黃素-布洛芬單酯的合成(1)

參照文獻[6-7]，冰浴條件下，在裝有溫度計、回流管和攪拌子的150 mL三口燒瓶中加入布洛芬1.03 g (5 mmol)，吡啶1滴，緩慢加入4 mL氯化亞砜，然后置70 ℃油浴中恒溫攪拌反應2 h。反應完后，減壓蒸除未反應的氯化亞砜，留置備用。向另一150 mL三口瓶中加入姜黃素1.84 g(5 mmol)，冰鹽浴條件下緩慢加入吡啶0.8 mL(10 mmol)，然后滴加上述反應液。滴加完后控溫0 ℃攪拌反應，TLC監(jiān)測反應進程。反應完成后，往反應瓶中加20 mL無水乙醇加熱回流，過濾，得黃色油狀物，經硅膠柱層析[硅膠200～300目，V(石油醚)∶V(乙酸乙酯) = 5∶1)]，得黃色固體1.6 g，收率為57.2%(以姜黃素計)。數(shù)據(jù)表征：m.p. 102～104 ℃;1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ: 0.93 (d, 6H,J=4.0 Hz), 1.63 (d, 3H,J=4.0 Hz), 1.87～1.90 (m, 1H), 2.49 (d, 2H,J=4.0 Hz), 3.77 (s, 3H), 3.95 (s, 3H), 4.00 (d, 1H,J=4.0 Hz), 5.83 (s, 1H), 7.34(d, 2H,J=8.0 Hz), 7.16(d, 2H,J=8.0 Hz),7.60(d, 1H,J=12.0 Hz), 7.62(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.49(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.53(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.94(d, 1H,J=8.0 Hz), 6.96(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.06(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.11(d, 1H,J=8.0 Hz)；ESI-MS(m/z): 556.7{[M+1]+}。經1H-NMR和MS分析鑒定，數(shù)據(jù)與目標分子相符。

2.1.2 姜黃素-丁香酸單酯的合成(2)

圖1 姜黃素-布洛芬單酯的合成

圖2 姜黃素-丁香酸單酯的合成

參照文獻[8]，稱取姜黃素1.84 g(5 mmol)，加入30 mL二氯甲烷溶解后，加入DCC 1.03 g(5 mmol)和催化量的DMAP，攪拌0.5 h，加入丁香酸1.5 g(7.5 mmol)，常溫下反應24 h，TLC監(jiān)測大多數(shù)原料反應完。反應液用20 mL飽和食鹽水洗滌2次，有機層用無水硫酸鎂干燥，過濾，減壓蒸除二氯甲烷，得黃色固體，經硅膠柱層析[硅膠200～300目，V(石油醚)∶V(乙酸乙酯) = 2∶1)]，得黃色固體1.4 g，產率52.4%(以姜黃素計)。數(shù)據(jù)表征：m.p. 122～124 ℃;1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ: 3.89 (s, 3H), 3.94 (s, 3H), 4.00(s, 6H), 5.86 (s, 1H), 6.03 (s, 1H), 3.95 (s, 3H), 4.00 (d, 1H,J=4.0 Hz), 5.86 (s, 1H), 6.03s, 1H), 6.50(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.59(d, 1H,J=12.0 Hz), 7.62(d, 1H,J=12.0 Hz), 7.64(d, 1H,J=12.0 Hz), 6.95(d, 2H,J=4.0 Hz),7.08(s, 1H), 7.50(s, 2H), 7.54(d, 1H,J=4.0 Hz), 7.14(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.22(d, 1H,J=8.0 Hz), 7.19～7.23(m, 2H)；ESI-MS(m/z)：548.6{[M+1]+}。經1H-NMR和MS分析鑒定，數(shù)據(jù)與目標分子相符。

2.2 DPPH法抗氧化活性測試

2.2.1 1×10-4mol/L DPPH溶液的配制

準確稱取1 mg DPPH，用適量無水乙醇溶解后，轉入100 mL容量瓶中，用無水乙醇定容至刻度，輕搖混勻，低溫避光保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2.2 樣品測量

以乙醇為溶劑，分別配制5×10-5mol/L、10×10-5mol/L、20×10-5mol/L、40×10-5mol/L、80×10-5mol/L、160×10-5mol/L的姜黃素和待測樣品溶液。參照文獻[9-11]方法，稍有改進，量取2 mL DPPH溶液，分別與2mL不同濃度的樣品溶液混合，避光37 ℃放置30 min，在519 nm處測吸光度As。DPPH自由基清除率P計算如下：

P(%) =[1-(As-Ay)/A0]× 100%

其中，Ay為2 mL樣品溶液與2 mL乙醇混勻后的吸光度；A0為2 mL乙醇溶液與2 mL DPPH溶液混勻后的吸光度。

3 結果與討論

3.1 衍生物的合成

3.1.1 姜黃素-布洛芬單酯的合成

在1的合成中，布洛芬分子中有一個羧基，可以與SOCl2反應生成活性更高的酰氯，然后將酰氯直接與姜黃素成酯，反應操作方便，轉化率高。由于姜黃素結構中含有2個酚羥基，因此合成單取代的產物比雙取代的產物難度更大。實驗中需嚴格控制布洛芬的用量、反應溫度及反應時間，因此實驗研究了此三種變量對產物收率的影響。

3.1.1.1 布洛芬用量對收率的影響

對原料配比進行了考察，結果見表1。由表1可知，當布洛芬用量低于姜黃素用量時，產物收率較低，實驗中發(fā)現(xiàn)姜黃素的剩余量較多，因此可適當增加布洛芬的用量；當姜黃素與布洛芬物質的量比達到1∶1時，單酯產物收率明顯增加；隨著反應物布洛芬用量的增加，當n(姜黃素):n(布洛芬)為1∶1.2時，單酯產物收率降低，實驗中發(fā)現(xiàn)雙酯副產物生成量增加。由此初步判斷，其原料最佳配比為n(姜黃素):n(布洛芬)為1∶1，有利于單酯化目標產物的生成。

表1 布洛芬用量對收率的影響

布洛芬用量=n(布洛芬)∶n(姜黃素)，其他條件同2.1.2。

3.1.1.2 反應溫度對收率的影響

酰氯是一種較為活潑的?；噭?，若反應溫度過高，會生成多取代產物等雜質，且反應液顏色變黑，造成單取代收率降低且產物分離困難。故對實驗溫度進行考察，結果見表2，-15 ℃溫度較低，大量原料未反應，20 ℃溫度過高，副產物增多，影響產物的收率，故初步確定0 ℃效果較佳。

表2 反應溫度對收率的影響

其他條件同2.1.2。

3.1.1.3 反應時間對收率的影響

考察了反應時間對收率的影響，如表3，反應時間過短，則大量原料未反應，故收率低。當時間超過40 min后，收率無明顯增加現(xiàn)象，甚至因雙取代產物增加而導致單取代產物收率下降。故初步判定40 min為最佳反應時間。

表3 反應時間對收率的影響

其他條件同2.1.2。

3.1.2 姜黃素-丁香酸單酯的合成

合成2時，由于丁香酸分子同時中含有羧基和酚羥基，如將丁香酸酰化會發(fā)生自身酯化反應。故采用DCC為縮合劑，DMAP為催化劑直接縮合，反應條件較為溫和，由于丁香酸酚羥基兩側含有甲氧基，產生的位阻作用不利于其參與反應，避免自身酯化。實驗中發(fā)現(xiàn)丁香酸的用量對目標化合物影響較大，如表4，丁香酸用量較少時，大量原料未反應，用量較多時，雙取代產物增加，因此選擇1.5當量的丁香酸。而反應的時間及溫度對該步反應影響較小。

表4 丁香酸用量對合成姜黃素-丁香酸單酯的影響

丁香酸用量=n(丁香酸)∶n(姜黃素)，其他條件同2.1.3。

3.2 DPPH法抗氧化活性測試

根據(jù)2.2方法，測得A0為0.847，樣品濃度及樣品在不同濃度下所測得的Ay和As值見表5。

表5 不同濃度樣品清除DPPH·實驗的吸光度

由表5中數(shù)據(jù)，計算出清除率，并做出濃度-清除率關系圖，見圖3，分別為姜黃素和兩種衍生物在6種倍數(shù)濃度下對DPPH·的清除作用的分布圖。由圖可見三種物質均有較好的DPPH·清除能力，且在測試的濃度范圍內，先是清除率均隨濃度的增加呈明顯上升趨勢；當被測樣品濃度超過40×10-5mol/L時，隨著濃度的增加，曲線趨于平緩，說明對DPPH·的清除已達到飽和，此時三者的清除率分別為：姜黃素丁香酸單酯92.68%，姜黃素85.23%，姜黃素布洛芬單酯80.80%。其中姜黃素-布洛芬單酯在實驗濃度內，對DPPH·的清除率都低于姜黃素，表明其抗氧化能力較姜黃素有所減弱；姜黃素-丁香酸單酯在2.5×10-5mol/L、5×10-5mol/L其清除率與姜黃素相當，而當濃度約超過10×10-5mol/L后對DPPH·的清除能力明顯要強于姜黃素本身，表明在較高濃度時黃素-丁香酸單酯對DPPH·的清除能力較姜黃素增加。

結果表明在純化學體系中對DPPH·的清除作用強度順序為姜黃素丁香酸單酯>姜黃素>姜黃素布洛芬單酯。這可能是因為丁香酸分子中含有兩個給電子的甲氧基和一個酚羥基，增加了整個分子的電子云密度，從而增加了其清除自由基的作用[12]。而布洛芬取代分子沒有該類基團，且減小了整個分子的水溶性，使其抗氧化作用減弱。目前關于姜黃素及其衍生物抗氧化性比較的報道還比較少，其具體的構效關系及機制有待進一步研究。

圖3 姜黃素和兩種衍生物對DPPH自由基的清除作用

4 結論

綜上所述，本文通過二步?；ê涂s合法分別得到姜黃素-布洛芬單酯和姜黃素-丁香酸單酯，收率分別為57.2%和52.4%，其化學結構經1H-NMR和MS確證。并對該類化合物清除DPPH·的活性進行了研究，通過對比實驗，發(fā)現(xiàn)兩種衍生物對DPPH·都具有較好的清除能力。其中姜黃素-丁香酸單酯在較高濃度時對DPPH·的清除能力當清除率明顯要強于姜黃素本身。提示姜黃素酚羥基單取代的衍生物的抗氧化活性可能會優(yōu)于姜黃素，為進一步深入研究奠定了基礎。

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SynthesisandAntioxidantActivitiesofCurcuminDerivatives

ZANG Yongjun1，CHEN Naifu1，CHEN Yanjun1，JIANG Xueping1,2

(1.SchoolofBiologyandPharmaceuticalEngineering,WestAnhuiUniversity,Lu’an237012,China;2.CenterofTraditionalChinesemedicineR﹠D,WestAnhuiUniversity,Lu’an237012,China)

Curcumin monoester derivatives were synthesized with syringate, ibuprofen and curcumin. The structure of the target products were confirmed by1H-NMR and MS. And their abilities to scavenge DPPH free radical were evaluated. The results revealed that both of them exhibited antioxidant activities. The scavenging activity of DPPH of curcum-syringate derivative was stronger than that of curcumin in high concentration．

curcumin; synthesis; monoester derivatives; antioxidant

R284

A

1009-9735(2017)05-0077-04

2017-04-07

安徽省教育廳一般項目(KJ103762015B16)；皖西學院自然科學基金青年項目(WXZR201613)。

臧永軍(1990-)，男，安徽六安人，助教，碩士，研究方向：天然產物合成與修飾；通信作者：陳乃富(1962-)，男，安徽六安人，教授，碩士生導師，研究方向：中藥生物技術、中藥資源與質量研究。