1,2,3,5,6,7-六羥基-9,10-蒽醌的合成及其抗氧化活性研究

雷 響, 張閩峰, 胡可欣, 柯 宇, 鄭德勇

(福建農(nóng)林大學(xué) 材料工程學(xué)院,福建 福州 350002)

蒽醌類化合物是許多中藥的有效成分,具有抗癌、抗炎、抗菌、抗氧化和抗糖尿病等生物活性。9,10-蒽醌是天然蒽醌類化合物的基本母核,在大黃、虎杖、雷公藤等藥材中均有存在[1]。例如,蘆薈素聯(lián)合低濃度順鉑應(yīng)用具有增強抑制B16-F10惡性黑色素瘤細(xì)胞增殖的作用[2],從雞矢藤莖中分離得到的1, 3-二羥基-2-甲氧基蒽醌和地皮酚可作為治療人和動物葡萄球菌感染的前瞻性候選藥物[3],從野燈心草提取的2-羥基-3-甲基蒽醌和1, 8-二羥基- 6-甲氧基-3-甲基蒽醌具有降血糖活性[4]。鑒于蒽醌類化合物在醫(yī)藥及化工領(lǐng)域的重要作用,有研究者開發(fā)了Friedel-Crafts反應(yīng)、Michael反應(yīng)、Diels-Alder反應(yīng)、Heck反應(yīng)、羰-烯反應(yīng)和蒽環(huán)氧化反應(yīng)等合成途徑[5]。目前,國內(nèi)外研究人員對蒽醌類化合物的文獻(xiàn)綜述和相關(guān)研究較多的集中在蒽醌液晶相材料方面,并取得了較多成果。Bisoy等[6-8]在微波輔助下利用濃硫酸催化沒食子酸自縮合反應(yīng)合成了六羥基蒽醌(Rufigallol)及其衍生物；而后在堿性條件下將柔性鏈引入Rufigallol結(jié)構(gòu)中,合成了2個系列的六羥基蒽醌衍生物,均是良好的室溫盤狀液晶。Zhang等[9]合成了2個新的蒽醌-四苯基乙烯衍生物,其具有六方柱狀中間相,并表現(xiàn)出較低的相變溫度和較寬的中間相溫度范圍,是一種很好的制備新型熒光柱狀液晶的方法。另一方面,多羥基蒽醌衍生物的生物活性也逐漸受到研究者關(guān)注,但是對蒽醌類化合物抗氧化活性方面的研究鮮見報道。Winter等[10]研究了一系列多羥基蒽醌類化合物對惡性瘧原蟲的抑制活性,結(jié)果表明：Rufigallol具有最有效的抑制惡性瘧原蟲活性的作用,為Rufigallol作為一種簡單、廉價的抗瘧藥物提供了支持。沒食子酸是五倍子的主要有效成分,結(jié)構(gòu)中含有的3個毗鄰酚羥基使其具有廣泛生物活性,對其結(jié)構(gòu)的修飾也多以保護(hù)或利用酚羥基為出發(fā)點[11-13]。本研究以沒食子酸為原料,以甲烷磺酸替代濃硫酸作為溶劑和催化劑,在酸性條件下通過Friedel-Crafts?；磻?yīng)一步合成了六羥基蒽醌,并測試了其對ABTS自由基、DPPH自由基和超氧陰離子自由基的清除能力,以期開發(fā)一種條件溫和、環(huán)境友好的六羥基蒽醌的合成方法,進(jìn)一步加快蒽醌類化合物在醫(yī)藥及化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

沒食子酸、甲烷磺酸、甲醇、L-抗壞血酸(Vc)、冰醋酸、鄰苯三酚、 4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)、三羥甲基氨基甲烷(Tris)、 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、 2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基苯并噻唑- 6-磺酸)二銨鹽(ABTS)等,均為分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

UVmini-1280紫外-可見光(UV-vis)分光光度計,島津儀器(蘇州)有限公司；Vertex 70型傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)分析儀,AVANCE NEO 600型核磁共振譜(NMR)儀,德國布魯克光譜儀器公司；KQ- 400DE數(shù)控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司；SCIENTZ-18N型冷凍干燥機,寧波新芝生物科技股份有限公司；1260- 6520B系列LC-QTOF-MS高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)儀,安捷倫科技(上海)有限公司。

1.2 產(chǎn)物合成

沒食子酸在甲烷磺酸作用下發(fā)生Friedel-Crafts自縮合反應(yīng)生成1,2,3,5,6,7-六羥基-9,10-蒽醌,合成路徑見圖1。

圖1 1,2,3,5,6,7-六羥基-9,10-蒽醌的合成路徑Fig.1 Synthetic route of 1, 2, 3, 5, 6, 7-hexahydroxy-9, 10-anthraquinone

在具有溫度計的雙口圓底燒瓶中加入沒食子酸3.402 4 g(20 mmol)和甲烷磺酸12.98 mL(200 mmol),磁力攪拌加熱至80 ℃,反應(yīng)8 h。反應(yīng)結(jié)束后,冷卻至室溫,將反應(yīng)液傾入100 mL冰水混合物中即析出橙紅色固體,抽濾,濾餅用熱水(30 mL×3)洗至中性,得粗品；粗品用乙醇重結(jié)晶,得紅色針狀晶體,-40 ℃冷凍干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物。

1.3 產(chǎn)物分析與表征

1.3.1UV-vis光譜分析 以甲醇為空白對照,在200～550 nm范圍內(nèi)掃描目標(biāo)產(chǎn)物的紫外吸收光譜；配制濃度為1 mmol/L的沒食子酸、紫外線吸收劑4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)和六羥基蒽醌儲備液,儲備液稀釋10倍后,用1 cm比色皿分別測定最大吸收波長處的吸光度(A),根據(jù)下式計算摩爾吸光系數(shù)[14]。

A=ε×l×c

式中：A—吸光度；ε—摩爾吸光系數(shù),L/(cm·mol)；l—吸收層厚度,cm；c—吸光物質(zhì)的濃度,mol/L。

1.3.2產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征 將干燥的樣品與溴化鉀按質(zhì)量比1 ∶100研磨壓片,分析產(chǎn)物的FT-IR光譜,掃描波數(shù)范圍400～4 000 cm-1；將10 mg樣品充分溶解于0.9 mL氘代DMSO中,在25 ℃下測定樣品的1H NMR 和13C NMR譜。

1.3.3LC-MS分析 色譜條件：Thermo C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),柱溫為室溫,流動相為CH3OH/2%冰醋酸(體積比50 ∶50)水溶液,分析時間40 min,流速0.8 mL/min,檢測波長278 nm,進(jìn)樣量10 μL。MS條件：Agilent 6520B系列四級桿飛行時間質(zhì)譜儀,離子源為電噴霧(EIS),含正離子和負(fù)離子模式,m/z為100～1 000,樣品溶液濃度為1 mmol/L。

1.4 體外抗氧化活性實驗

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)物分析與表征

2.1.1紫外光譜分析 由紫外光譜(圖2)可知,六羥基蒽醌分別在293、 345和435 nm處有吸收峰。與全球范圍內(nèi)使用率最高的紫外吸收劑4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)相比較,六羥基蒽醌具有更寬紫外吸收范圍(260～480 nm)。完全覆蓋了對皮膚傷害最大的UVB波段(280～320 nm),六羥基蒽醌在最大吸收波長293 nm處的摩爾吸光系數(shù)(ελmax)達(dá)到3.25×104L/(cm·mol),是OMC(1.52×104L/(cm·mol))的2倍多,有望開發(fā)成為一種性能優(yōu)良的UVB波段紫外吸收劑,預(yù)示了其在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用前景[18]。

圖2 沒食子酸和六羥基蒽醌的紫外光譜Fig.2 UV spectra of gallic acid and hexahydroxy anthraquinone

2.2 體外抗氧化活性結(jié)果

2.2.1ABTS+·清除率 由圖3(a)可知,沒食子酸和六羥基蒽醌對于清除ABTS+·均具有明顯效果,二者清除ABTS+·的半數(shù)抑制濃度(IC50)分別為23.8和42.1 μmol/L(Vc的IC50值為76.4 μmol/L)；當(dāng)樣品濃度為125 μmol/L時,二者對ABTS+·清除率均達(dá)到90%以上,而相同濃度下Vc對ABTS+·清除率為76.4%?？梢?沒食子酸和六羥基蒽醌對于ABTS+·清除能力均強于Vc[19，22]。

圖3 沒食子酸和六羥基蒽醌對不同自由基的清除能力Fig.3 The Scavenging ability of gallic acid and hexahydroxy-anthraquinone to different free radicals

2.2.2DPPH·清除率 從圖3(b)可以看出,沒食子酸和六羥基蒽醌對DPPH·都有較好的清除能力,二者清除DPPH·的IC50值分別為36.8和39.4 μmol/L。對比而言,沒食子酸清除DPPH·的能力稍強于六羥基蒽醌,但二者對DPPH·的清除效果明顯優(yōu)于Vc(IC50值為72.3 μmol/L)。當(dāng)樣品濃度為125 μmol/L時,二者對DPPH·清除率均達(dá)到90%以上[23]。

圖4 鄰苯三酚自氧化速率和抑制氧化速率(25 μmol/L)Fig.4 Autooxidation rate and inhibition oxidation rate of pyrogallol(25 μmol/L)

3 結(jié) 論

3.1以沒食子酸為原料,甲烷磺酸為溶劑和催化劑,通過Friedel-Crafts酰基化反應(yīng)一步合成了化合物1,2,3,5,6,7-六羥基-9,10-蒽醌,其結(jié)構(gòu)經(jīng)紅外光譜、氫譜、碳譜和質(zhì)譜確證。

3.2合成產(chǎn)物兼具對UVB段強吸收特性(ελmax=3.25×104L/(cm·mol))和良好的體外抗氧化活性,其清除ABTS自由基和DPPH自由基的能力高于Vc、略低于沒食子酸,而對超氧陰離子自由基的清除能力高于Vc和沒食子酸,有望開發(fā)在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用。