C19-二萜生物碱

第1章 绪 论 自1833年盖革（P. L. Geiger）从欧乌头（Aconitum napellus L.）中分离出**个C19-二萜生物碱—乌头碱，至今，发现的天然C19-二萜生物碱近1000个，是数量*多的一类二萜生物碱。C19-二萜生物碱主要分布在毛茛科（Ranunculaceae）乌头属（Aconitum L.）和翠雀属（Delphinium L.）植物中，飞燕草属（Consolida L.）中也有分布。C19-二萜生物碱结构复杂，生物活性多样，具有镇痛、抗炎、强心、抗肿瘤等药理作用，备受人们关注。草乌甲素（bulleyaconitine A）、3-乙酰乌头碱（3-acetylaconitine）已开发为非成瘾性镇痛药应用于临床；中乌宁碱（mesaconine）为附子的强心活性成分，表现出极强的强心与抗心衰作用，正在进行临床前研究。为使读者全面了解C19-二萜生物碱，现从结构类型、新颖结构及特殊取代基、结构修正、结构修饰及化学合成、药理作用、核磁共振波谱特征六个方面进行简单总结。 1.1 结 构 类 型 C19-二萜生物碱根据骨架的差异及C(7)位上含氧取代基的有无，分为6个类型：乌头碱型（B1）、牛扁碱型（B2）、热解型（B3）、内酯型（B4）、7， 17-断裂型（B5）和重排型（B6）（Wang F P et al.，2010）。结构如图1.1所示。 图1.1 C19-二萜生物碱的分类 1. 乌头碱型（aconitine type，B1） 乌头碱型是C19-二萜生物碱中数量*多的一种类型，约500个。主要分布在乌头属植物中，翠雀属中偶有分布。该类型C(7)位上无含氧取代基，且C(6)位上的含氧取代基如羟基、甲氧基等多为α构型。乙酸酯、苯甲酸酯、藜芦酸酯、大茴香酸酯、肉桂酸酯等常连接在C(14)位，C(8)次之。氮原子上常有甲基、乙基、氢原子、醛基等取代或以亚胺、季铵盐形式存在。 2. 牛扁碱型（lycoctonine type，B2） 乌头碱型与牛扁碱型包含了绝大多数的C19-二萜生物碱，牛扁碱型在数量上仅次于乌头碱型，主要分布在翠雀属植物中。C(7)位上的含氧取代基是其主要结构特征，也是其与乌头碱型二萜生物碱的主要区别。另外，不同于乌头碱型二萜生物碱，牛扁碱型C(6)上含氧取代基多为β构型；邻氨基苯甲酸酯及其衍生物常连接在C(18)位，极少在C(8)或C(14)位上。此外，常见的取代基还有7， 8-亚甲二氧基，且该取代基仅存在于牛扁碱型结构类型中。 3. 热解型（pyro type，B3） 该结构类型的化合物约12个，全部存在于乌头属植物中。其生源上衍生于乌头碱型生物碱分子中C(8)—OAc的消除，具有Δ8(15)或C(15)=O结构。 4. 内酯型（lactone type，B4） 该结构类型的化合物约13个。由乌头碱型二萜生物碱C环中C(14)=O经Baeyer-Villiger氧化形成六元内酯。肖培根等（2006）曾对中国乌头属植物药用亲缘学关系进行了初步研究，发现内酯型二萜生物碱是甘青乌头系（Ser. Tangutica）与圆叶乌头系（Ser. Rotundifolia Steinb.）的特征性化学成分，并将其合称为内酯型二萜生物碱类群。 5. 7， 17-断裂型（7， 17-seco type，B5） 由乌头碱型二萜生物碱C(17)—C(7)键经Grob裂解，形成C(7)=C(8)键。裂解后，部分化合物进一步形成了 N—C(17)—O—C(3)氮杂缩醛结构，如化合物secoaconitine（1）；部分化合物保留了N=C(17)亚胺结构，如化合物secokaraconitine（2）。此外，该类型中部分化合物还具有N—C(17)—O—C(6)结构，根据二萜生物碱的生源关系认为是由C(6)α-OH进攻亚胺盐形成，如化合物franchetine（3）和francheline（4）（图1.2）。 图1.2 化合物1～10结构式 6. 重排型（rearranged type，B6） 该类型生物碱包括acoseptine和vilmoraconitine两种亚型。Acoseptine亚型是由含7， 8-邻二羟基牛扁碱型二萜生物碱经频哪醇（pinacol）重排而来，C(7)—C(17)键断裂，重排成C(8)—C(17)键，C(6)或C(7)位形成酮羰基。如化合物acoseptine（5）具有C(7)=O结构，puberuline C(6)具有C(6)=O结构。从黄草乌（A. vilmorinianum）中分离得到的vilmoraconitine（7）是首个发现的vilmoraconitine亚型结构，该亚型具有C(8)—C(9)—C(10)三元环结构，同类型的化合物还有aconitramine A（8）、vilmorine B（9）、vilmorine C（10）。 1.2 新颖结构及特殊取代基 1.2.1 新骨架C19-二萜生物碱 截至2020年，乌头属植物中发现的新骨架化合物结构如图1.3所示。新骨架化合物vilmorine A（11）、vilmotenitine A～B（12～13）是通过C(8)—C(9)键迁移为C(8)—C(10)键而形成的具有重排六元B环结构的C19-二萜生物碱。从黄草乌（A. vilmorinianum Kom.）中分离得到的11，是首个发现的该骨架类型化合物，且C(1)位上连有十分少见的β构型甲氧基（Yin T P et al.，2015）。Cai等（2015）从黄草乌的变种展毛黄草乌（A. vilmorinianum var. patentipilum W. T. Wang）中分离得到另外两种相同骨架类型化合物12和13。 图1.3 化合物11～19结构式 与常见的具有六元D环的C19-二萜生物碱不同，化合物hemsleyaconitine F（14）和hemsleyaconitine G（15）具有重排D环，C(8)—C(15)键断裂重排为C(9)—C(15)键，形成由C(9)、C(13)、C(14)、C(15)和C(16)组成的五元D环结构。14和15是Shen等（2011）从瓜叶乌头（A. hemsleyanum）根部分离得到的2个新型C19-二萜生物碱。 从翠雀（Delphinium grandiflorum L.）全草中发现的grandiflodine B（16），其N—C(19)键和C(7)—C(17)键断裂形成罕见的N—C(7)键（Chen N H et al.，2017）。 从宽裂北乌头［A. kusnezoffii var. gibbiferum (Reichb.)］中分离得到的kusnezosine A～C（17～19），其C(15)—C(16)键断裂酯化后形成具有内酯D环结构的二萜生物碱（Li Y Z et al.，2020）。 1.2.2 具有开环结构的C19-二萜生物碱 从保山乌头系（Ser. Bullatifolia W. T. Wang）保山乌头（A. nagarum Stapf）中分离得到的化合物nagarine A（20）、nagarine B（21）是具有D环开环结构的新颖C19-二萜生物碱，且其C(14)位无取代基也十分罕见。 Yin等（2019）提出这两种化合物的可能生源途径如图1.4所示。推测其前体化合物可能为C(15)位具有羟基的乌头碱型C19-二萜生物碱fuziline，经消除反应生成双键，形成中间体A。再经氧化反应，C(8)—C(15)键断裂使得形成具有D环开环结构的中间体B，经还原得20和21。李玉（2019）从乌头系（Ser. Inflata Steinb）植物乌头（A. carmichaelii Debx.）中也分离得到这两种化合物，进一步证实了该骨架类型的存在。20、21作为结构特殊的特征性成分，对乌头亚属及系的划分具有重要的参考价值。 图1.4 化合物20和21的结构式及可能的生源途径 1.2.3 含特殊取代基的C19-二萜生物碱 1. 氰基 目前发现的含氰基的二萜生物碱仅有2个。Carmichasine A（22）是首个发现的含有氰基的C19-二萜生物碱（图1.5）（Li Y et al.，2018），另一个为C20-海替生型二萜生物碱grandiflodine A。 图1.5 化合物22～31结构式 2. C(8)位氨基取代 C(8)位具有氨基取代基的天然C19-二萜生物碱较为少见，目前仅有四个：hemsleyatine（23）、kongboentine A（24）、lasianine（25）和14-anisoyl-lasianine（26）。从瓜叶乌头（A. hemsleyanum Pritz.）中分离得到的hemsleyatine是首个C(8)位具有氨基取代基的乌头碱型二萜生物碱（Zhou X L et al.，2003）。 3. 糖苷 糖基是近年来发现的新颖二萜生物碱取代基，自2016年首次发现含糖二萜生物碱以来，陆续已有10余个含有糖基取代基的二萜生物碱被报道。周先礼课题组从采自新疆地区的伊犁翠雀花（D. iliense Huth.）中发现的iliensine A（27）是首个含有肉桂酸葡萄糖基的牛扁碱型二萜生物碱（Zhang J F et al.，2016）。随后，石建功课题组从乌头侧根附子中发现四个具有L-阿拉伯吡喃糖和L-阿拉伯呋喃糖取代基的乌头碱型二萜生物碱aconicarmichoside A～D（28～31）（Meng X H et al.，2017）。2018年，该课题组又从附子中发现了另外八个含糖苷的C19-二萜生物碱（Guo Q L et al.，2018）。