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科研进展

昆明植物所在“一科一属”植物新颖次生代谢产物研究中取得新进展

文章来源:植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室  |  发布时间:2019-04-18  |  作者:胡坤  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  结构新颖天然产物的发现往往伴随着结构确证方面的挑战,同时,由于化合物含量、物化性质等因素,适合于单晶X-射线衍射实验的晶体常不易获得。因而,在近期针对重要药用植物类群——五味子科和香茶菜属(“一科一属”)植物新颖次生代谢产物的研究中,中国科学院昆明植物研究所重要类群植物化学及功能研究团队多次将量子化学计算(核磁共振参数与手性光学性质)这一工具运用于化合物构造与构型的确定中。此外,为进一步佐证由量子化学计算所确定的化学结构,研究团队又引入了量化质子间距离分析方法(quantitative interproton distance analysis),该方法此前主要被用以进行构象分析(如J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 1027–1033,即NAMFIS方法),而Craig P. Butts等研究者则将该方法运用于天然产物的结构解析(如J. Org. Chem., 2012, 77, 1489–1496Nature, 2017, 547, 436–440等)。针对香茶菜属植物二萜与五味子科植物三萜的研究则进一步表明,量子化学计算与量化质子间距离分析方法的联用,在天然产物刚性分子与中等柔性分子的结构确证中具有较大的应用价值。以下为几个具体研究实例: 

  1. 黑老虎根中含芳环新颖三萜的发现: 

  黑老虎(K. coccinea)是一种重要的传统中草药,其常被用于治疗风湿性关节炎、产后腹痛淤血等病症。在本研究组此前对黑老虎的研究中,已发现6种新颖的三萜骨架,它们生源上均来自于羊毛甾烷型三萜。值得一提的是,以往对于黑老虎的研究均针对其茎叶,而在本研究中,研究团队幸运地获得了黑老虎的根,并在对该样品的化学成分研究中发现了3个结构新颖的三萜类化合物,neokadcoccitanes A–C13)。其中,化合物1具有14(13→12):28(14→8)-二迁移-3,4-裂环-羊毛甾烷型三萜新颖骨架,且D环芳构化而形成四取代苯环(已报道的羊毛甾烷三萜中,仅有三个化合物骨架结构中存在苯环,且均位于B环),化合物23分别具有新颖的25,26,27-三降-14(13→12)-迁移-3,4-裂环-羊毛甾烷与30--14(13→12)-迁移-3,4-裂环-羊毛甾烷型骨架。由于孤立手性中心的存在、NOESY相关缺失或具有误导性、氢谱信号重叠等原因,化合物1的立体构型难以确定、且存在8种可能的立体异构体(1a1h),尽管量子化学NMR化学位移计算结合DP4+分析支持1e为正确结构,但无法给出确定无疑的结论。进而,通过对其中4种立体异构体进行量化质子间距离分析,使1e的正确性得到了进一步佐证。对以上三个化合物的生物活性筛选发现,化合物1对胶质诱导的家兔血小板聚集具有抑制作用。以上研究成果以“Synergistic use of NMR computation and quantitative interproton distance analysis in the structural determination of neokadcoccitane A, a rearranged triterpenoid featuring an aromatic ring D from Kadsura coccinea为题发表于Organic Chemistry Frontiers杂志。徐厚朝硕士生和胡坤博士为该文章的并列第一作者,普诺·白玛丹增研究员为该文章的通讯作者。 

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  2. 毛萼香茶菜中新颖二萜的发现: 

  毛萼香茶菜(I. eriocalyx)为广泛分布于我国西南地区的多年生草本或灌木,在民间多被用以治疗咽喉痛、流感等。本研究组在此前对该种植物的研究中,已发现若干个“明星分子”,如eriocalyxin BActa Botanica Yunnanica, 1982, 4, 407–411)、maoecrystal VOrg. Lett., 2004, 6, 4327–4330)等。在本次对采集自玉溪澄江县的毛萼香茶菜的研究中,发现了一个新颖的具有4,5-裂环-3,5-环合-7,20-环氧-对映-贝壳杉烷型二萜骨架的化合物,maoeriocalysin A1),该化合物具有独特的5/6/6/5环系;此外,还发现了三个罕见的9,10-裂环-对映贝壳杉烷型二萜,maoeriocalysins B–D24),其中,化合物4由于C-1/C-7C-7/C-20间各自形成氧桥而使其呈现出独特的笼状结构。化合物14的化学结构均通过量子化学NMR化学位移计算及量化质子间距离分析得到确证。对以上化合物进行活性筛选后发现,化合物2具有一定的乙酰胆碱酯酶抑制活性,并对二磷酸腺苷(ADP)与花生四烯酸(AA)诱导的家兔血小板聚集具有一定的抑制作用。以上研究成果以“Maoeriocalysins A–D, four novel ent-kaurane diterpenoids from Isodon eriocalyx and their structure determination utilizing quantum chemical calculation in conjunction with quantitative interproton distance analysis”为题发表于Organic Chemistry Frontiers杂志。杨谦博士生和胡坤博士为该文章的并列第一作者普诺·白玛丹增研究员为该文章的通讯作者。 

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  3. 川藏香茶菜中新颖二萜及杂二萜的发现: 

  川藏香茶菜(I. pharicus)主要分布于四川西北部与西藏南部,在民间主要被用以杀虫及治疗眼部炎症性疾病。在对采集自拉萨的川藏香茶菜的研究中,共发现了21个二萜类化合物,其中12个为新化合物。值得一提的是,pharicusin A1)为一个由7,20-环氧-对映-贝壳杉烷二萜与苯甲酰片段形成的C27杂二萜,pharicusin B2)具有15,16,17-三降-7,20-环氧-对映-贝壳杉烷新颖骨架,而pharicusin C4)则是首个7,20-环氧-对映-阿替生烷型二萜。以上化合物的结构均通过波谱分析确定,其中化合物23的绝对构型通过单晶X-射线衍射实验及量子化学旋光(ORD)计算确定。对以上部分化合物进行了针对五株人类肿瘤细胞(HL-60SMMC-7721A-549MCF-7SW-480)的细胞毒活性筛选后发现,化合物910131618对上述肿瘤细胞株均表现出显著的细胞毒活性(IC50 0.37~6.03 μM)。以上研究成果以“Structurally diverse diterpenoids from Isodon pharicus为题发表于Organic Chemistry Frontiers杂志,胡正喜博士为该文章的第一作者,普诺·白玛丹增研究员和张勇慧教授为该文章的共同通讯作者。 

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