川芎中内酯类化合物的质谱学规律

曾 志，谢润乾，张 涛，谭丽贤，庾秀英

（1.华南师范大学化学与环境学院，广东 广州 510631；2.Faculty of Bioresource Sciences，Akita Prefectural University，Akita 010-0195，Japan；3.华南师范大学光电材料与技术研究所，广东 广州 510631）

川芎中内酯类化合物的质谱学规律

曾 志1，2，谢润乾1，张 涛2，3，谭丽贤1，庾秀英1

（1.华南师范大学化学与环境学院，广东 广州 510631；2.Faculty of Bioresource Sciences，Akita Prefectural University，Akita 010-0195，Japan；3.华南师范大学光电材料与技术研究所，广东 广州 510631）

质谱学在中药药效物质的结构确定中起至关重要的作用，对每一个化合物质谱的确切解释需要对每一个质谱的关键裂解过程具有足够的了解。本研究报道了川芎中具有不饱和侧链与饱和侧链内酯类化合物的质谱学规律。质谱特征峰［M＋－29］和［M＋－42］表明了从这些内酯类化合物的分子离子分别失去不饱和侧链上的末端烷基－C2H5和－C3H6基团，这是川芎中具有不饱和侧链内酯类化合物（如（Z）-藁本内酯、（E）-藁本内酯、丁烯基酞内酯和川芎内酯I）的典型质谱特征；质谱特征峰［M＋－57］显示了从这些内酯类化合物的分子离子失去饱和侧链－C4H9基团，这是川芎中具有饱和侧链内酯类化合物（如丁基酞内酯和川芎内酯A）的典型质谱特征。

质谱；裂解；中药；川芎；内酯；结构

中药川芎是伞形科植物川芎（Ligusticum chuanxiongHort.）的干燥根茎，主产于四川和重庆。川芎性温味辛，具有活血行气、祛风止痛的作用，用于跌扑肿痛、风湿痹痛等症［1－2］。近年来，已有超临界 CO2萃取［3－4］，水蒸气蒸馏法［5］，溶剂提取法［6］等对川芎中的药效物质进行提取的相关报道。川芎中的药效物质主要有丁基酞内酯、丁烯基酞内酯、川芎内酯A、（Z）-藁本内酯、（E）-藁本内酯和川芎内酯I等［7－8］，这些内酯类化合物的分子结构主要采用质谱和核磁共振技术来鉴定。采用GC/MS技术鉴定川芎中内酯类化合物的化学结构时，由于一些内酯类化合物未经鉴定或未收入质谱数据库，除应用质谱数据库进行质谱检索外，还需要应用这些内酯类化合物的质谱裂解规律进行推断。陈耀祖等［9］根据当归提取物中藁本内酯的质谱裂解规律对其结构进行了推测，而川芎提取物中其它内酯类化合物（如丁基酞内酯、丁烯基酞内酯、川芎内酯A和川芎内酯I）的质谱裂解规律及结构推测尚未见报道。曾志等［10－16］已开展了挥发性成分和中药药效物质的质谱和色谱研究。本研究报道川芎中内酯类化合物的质谱学规律。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

川芎：产自四川都江堰，由广州三先合诚生物科技有限公司提供，经鉴定为Ligusticum chuanxiongHort.的干燥根茎。

HA-121-50-01型超临界 CO2提取装置由两个解析釜进行二级分离。Finnigan Trace 2000型气相色谱仪，Finnigan Trace DSQ质谱检测器：美国Finnigan公司产品。

1.2 超临界CO2提取

取一定量粉碎的川芎药材投入萃取釜中，分别对萃取釜、分离釜I、分离釜II及贮藏罐进行加热或冷却。当萃取釜温度达到35℃、分离釜I的温度65℃、分离釜II的温度40℃时，打开CO2气瓶充入CO2流体；当萃取釜压力达到30 MPa、分离釜I和分离釜II的压力为6MPa时，开始循环提取，CO2流量约20kg/h。提取1.5 h后，将分离釜I和分离釜II出料口得到的提取物合并，得棕黄色油状物，收率为7.60%。

1.3 GC/MS分析

1.3.1 色谱条件 DB-5MS柱（30m×0.25 mm×0.25μm）；进样口温度280℃；接口温度250℃；载气为氦气，流速1mL/min；柱前压80 kPa，分流比30∶1；程序升温：60℃保持5min，以3℃/min升至270℃，保持10min。

1.3.2 质谱条件 EI电离方式，电子能量70 eV，离子源温度180℃，离子流200μA，扫描质量范围m/z50～500。

2 结果与讨论

2.1 川芎中具有不饱和侧链内酯类化合物的质谱学规律

在应用GC/MS技术研究中药药效物质时，可以通过检索相应的质谱数据库来初步确定其化学结构。然而，由于数据库自身收录的质谱数据不一定齐全，少数质谱图与检索质谱数据库的质谱图有一定差异，检索的相似度不高，这些物质仅按质谱数据库检索出的化合物为鉴定依据可能会出现差错。在这种情况下，需要应用质谱学规律和文献质谱数据进一步确证这些物质的化学结构［17－21］。应用 GC/MS技术对中药川芎超临界CO2提取物进行研究时，鉴定出6个内酯类化合物，其化学结构式示于图1，质谱图示于图2。

图1 丁基酞内酯（a），丁烯基酞内酯（b），（Z）-藁本内酯（c），（E）-藁本内酯（d），川芎内酯 A（e）和川芎内酯I（f）的化学结构式Fig.1 The structures of butylphthalide（a），butylidene phthalide（b），（Z）-ligustilide（c），（E）-ligustilide（d），senkyunolide A（e）and senkyunolide I（f）

图2 丁基酞内酯（a），丁烯基酞内酯（b），（Z）-藁本内酯（c），（E）-藁本内酯（d），川芎内酯A（e）和川芎内酯I（f）的质谱图Fig.2 The mass spectra of butylphthalide（a），butylidene phthalide（b），（Z）-ligustilide（c），（E）-ligustilide（d），senkyunolide A（e）and senkyunolide I（f）

2.1.1 （Z）-藁本内酯（c）和（E）-藁本内酯（d）

化合物c和化合物d具有相同的质谱数据，但两个化合物的保留时间分别为43.86min和45.81min，其 相 对 含 量 分 别 为 47.12% 和1.72%。如图3所示，化合物c的质谱中分子离子峰为m/z190［M＋］，而在GC/MS质谱数据库中，该分子离子峰为2-（2-呋喃基亚甲基）-6-甲基－环己酮（相对分子质量190），这两者的质谱图有较大差别，其相似度仅为16%。两者的质谱除分子离子峰相同，都出现碎片峰m/z120和m/z55，化合物c的质谱中丰度较高的m/z161和m/z105碎片峰在2-（2-呋喃基亚甲基）-6－甲基－环己酮的质谱中没有出现。因此可以推测化合物c不是2-（2-呋喃基亚甲基）-6-甲基－环己酮。文献［22］报道，（Z）-藁本内酯是川芎中含量较高的药效物质，而未见报道在川芎中检测到2-（2-呋喃基亚甲基）-6-甲基－环己酮。故可推测化合物c为（Z）-藁本内酯。

图3 化合物c（a）和2-（2-呋喃基亚甲基）-6-甲基－环己酮（b）的质谱图比较Fig.3 The mass spectra comparison of compound c（a）and 2-（2-furanylmethylene）-6-methyl-cyclohexanone（b）

如图4所示，在化合物c的质谱图上，碎片离子峰m/z161是分子离子失去－C2H5［M＋－29］同时五元内酯环开裂形成的碎片峰；m/z148峰则是分子离子失去－C3H6［M＋－42］同时五元内酯环开裂的碎片离子峰；m/z133峰为分子离子失去－C2H5后再失去［CO］［M＋－29－28］的碎片离子，它再经重排失去另一个［CO］形成m/z105碎片峰。化合物c的主要碎片峰m/z190［M＋］、161、148、133、105、77与文献［22－23］中（Z）-藁本内酯的质谱一致，推断化合物c为（Z）-藁本内酯［9］。

图4 （Z）-藁本内酯主要质谱碎片的可能裂解途径Fig.4 Possible fragmentation pathway of main fragments of（Z）-ligustilide

由于（Z）-藁本内酯是川芎中的主要药效物质，其含量较高［23］，与其具有相同质谱的化合物d可能是它的异构体（E）-藁本内酯。如果要精确区别（Z）-藁本内酯和（E）-藁本内酯异构体的结构，还必须使用两者对照品的核磁共振数据或者相同条件下的色谱保留时间来确定。

2.1.2 丁烯基酞内酯（b） 化合物b的分子离子峰为m/z188［M＋］。其质谱图给出的碎片离子峰m/z159是分子离子失去－C2H5［M＋－29］同时五元内酯环结构开裂形成的；碎片离子峰m/z146是分子离子失去－C3H6［M＋－42］同时五元内酯环结构开裂的结果；碎片离子峰m/z131与分子离子失去－C2H5后再失去［CO］［M＋－29－28］相对应，碎片峰m/z131经过重排后失去另一个［CO］形成碎片峰m/z103。因此可以推测化合物b为丁烯基酞内酯。它的主要质谱碎片峰裂解过程示于图5。

图5 丁烯基酞内酯主要质谱碎片的可能裂解途径Fig.5 Possible fragmentation pathway of main fragments of butylidene phthalide

2.1.3 川芎内酯I（f） 化合物f的质谱图中，其分子离子峰为m/z224［M＋］。质谱图给出的碎片离子峰m/z195是分子离子失去－C2H5［M＋－29］同时五元内酯环结构开裂形成的；碎片离子峰m/z180是分子离子失去－C3H6再失去H2［M＋－42－2］同时五元内酯环结构开裂的结果；碎片离子峰m/z165与分子离子失去－C2H5后再失去［CO］和H2［M＋－29－28－2］相对应。化合物f的主要质谱碎片峰裂解机理示于图6。因此可以推测化合物f为川芎内酯I。

2.2 川芎中具有饱和侧链内酯类化合物的质谱学规律

2.2.1 丁基酞内酯（a） 化合物a的质谱图显示分子离子峰m/z190［M＋］。从分子离子峰失去饱和烷基侧链－C4H9［M＋－57］同时五元内酯环结构开裂得到主要碎片峰m/z133，碎片峰m/z105是碎片峰m/z133再失去［CO］形成的。因此可以推测化合物a为丁基酞内酯，其质谱裂解规律示于图7。

2.2.2 川芎内酯A（e） 化合物e的质谱图给出分子离子峰m/z192［M＋］。从分子离子峰失去饱和烷基侧链－C4H9［M＋－57］同时五元内酯环结构开裂得到主要碎片峰m/z135，碎片峰m/z107是碎片峰m/z135再失去［CO］形成的。因此可以推测化合物e为川芎内酯A，其质谱裂解规律示于图8。

2.3 川芎中内酯类化合物的质谱数据

丁基酞内酯的 EI-MS：m/z（相对强度）190（3），133（100），105（28），77（12），51（2）。

丁烯基酞内酯的EI-MS：m/z（相对强度）188（20），159 （100），146 （36），131 （34），103（28），77（16），55 （4）。

（Z）-藁本内酯的 EI-MS：m/z（相对强度）190（66），161 （100），148 （93），133 （26），105（62），79（24），77 （25），55（31）。

（E）-藁本内酯的 EI-MS：m/z（相对强度）190（59），161 （100），148 （93），133 （26），105（66），79（26），77（27），55（32）。

川芎内酯 A的EI-MS：m/z（相对强度）192（21），135（4），107（100），79（24），77（20），57（4）。

川芎内酯I的EI-MS：m/z（相对强度）224（27），195 （1），180 （100），165 （22），151 （48），95（21），77（8），55（18）。

川芎中内酯类化合物丁基酞内酯，丁烯基酞内酯，（Z）-藁本内酯，（E）-藁本内酯，川芎内酯 A和川芎内酯I的质谱对应关系列于表1。

图6 川芎内酯I主要质谱碎片的可能裂解途径Fig.6 Possible fragmentation pathway of main fragments of senkyunolide I

图7 丁基酞内酯主要质谱碎片的可能裂解途径Fig.7 Possible fragmentation pathway of main fragments of butylphthalide

图8 川芎内酯A主要质谱碎片的可能裂解途径Fig.8 Possible fragmentation pathway of main fragments of senkyunolide A

表1 具有不饱和侧链的内酯如丁烯基酞内酯（b），（Z）-藁本内酯（c），（E）-藁本内酯（d），川芎内酯I（f）与具有饱和侧链的内酯如丁基酞内酯（a），川芎内酯A（e）的质谱对应关系Table 1 The corresponding correlation of mass spectra（m/z）between lactones with unsaturated side chain such as phthalide（b），（Z）-ligustilide（c），（E）-ligustilide（d），senkyunolide I（f）and lactones with saturated side chain such as butylphthalide（a），butylidenesenkyunolide A（e）

3 结论

3.1 川芎中具有不饱和侧链内酯类化合物的质谱特征

川芎中具有不饱和侧链内酯类化合物的质谱典型特征为从分子离子分别失去不饱和侧链上的末端烷基－C2H5和－C3H6基团形成特征峰［M＋－C2H5］和［M＋－C3H6］。由于碎片离子峰可以形成共轭大π键，具有不饱和侧链内酯类化合物从分子离子失去不饱和侧链上的末端烷基－C2H5，形成质谱中的基峰［M＋－C2H5］，这些内酯类化合物的其他特征峰为［M＋－C2H5－CO］。（Z）-藁本内酯和（E）-藁本内酯的质谱图中相应的特征峰分别为m/z161［M＋－C2H5］，m/z148［M＋－C3H6］，m/z133［M＋－C2H5－CO］。丁烯基酞内酯的质谱中相应的特征峰分别为m/z159［M＋－C2H5］，m/z146［M＋－C3H6］，m/z131 ［M＋－C2H5－CO］。川芎内酯I的质谱中相应的特征峰分别为m/z195 ［M＋－C2H5］，m/z180 ［M＋－C3H6－H2］，m/z165［M＋－C2H5－CO－H2］。

3.2 川芎中具有饱和侧链内酯类化合物的质谱特征

川芎中具有饱和侧链内酯类化合物的质谱典型特征为从分子离子失去饱和侧链－C4H9基团形成特征峰［M＋－C4H9］，这些内酯类化合物的其他特征峰为［M＋－C4H9－CO］。丁基酞内酯的质谱中相应的特征峰分别为m/z133［M＋－C4H9］，m/z105 ［M＋－C4H9－CO］。川芎内酯A的质谱中相应的特征峰分别为m/z135［M＋－C4H9］，m/z107 ［M＋－C4H9－CO］。

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The Regular Patterns of Mass Spectrometry of Lactones fromLigusticumchuanxiongHort.

ZENG Zhi1，2，XIE Run-qian1，ZHANG Tao2，3，TAN Li-xian1，YU Xiu-ying1
（1.School of Chemistry and Environment，South China Normal University，Guangzhou510631，China；2.Faculty of Bioresource Sciences，Akita Prefectural University，Akita010-0195，Japan；3.Institute of Opto-electronic Materials and Technology，South China Normal University，Guangzhou510631，China）

Mass spectrometry plays a crucial role in the structure elucidation of those effective substances from traditional Chinese medicine.Secure interpretation of the mass spectrum of each compound requires an adequate understanding of the key fragmentation process of the mass spectrum.In this paper，the regular patterns of mass spectrometry of lactones with unsaturated side chain and with saturated side chain fromLigusticumchuanxiongHort.were reported.The diagnostic peaks at［M＋－29］and［M＋－42］show the molecular ion of the lactones losses a－C2H5group and a－C3H6group，respectively，the terminalalkyl groups from the unsaturated side chain.They are typical characteristic of the mass spectra of the lactones with unsaturated side chain fromLigusticumchuanxiongHort.，such as（Z）-ligustilide，（E）-ligustilide，butylidene phthalide and senkyunolide I.The characteristic peak at［M＋－57］displays the molecular ion of the lactones losses a－C4H9group from the saturated side chain.This is typical characteristic of the mass spectra of the lactones with saturated side chain fromLigusticumchuanxiongHort.，such as butylphthalide and senkyunolide A.

mass spectrometry；fragmentation；traditional Chinese medicine；Ligusticum chuanxiongHort.；lactones；structure

O 657.63

A

1004-2997（2011）05-0293-08

2011-01-23；

2011-06-27

广东省科技计划重大专项（No.A 301020101），广东省自然科学基金（No.01142）资助

曾 志（1962～），男，湖南岳阳人，博士，教授，从事天然产物化学和质谱学研究。E-mail：zhizeng＠scnu.edu.cn