1,2,3,5,6,7-六羟基-9,10-蒽醌的合成及其抗氧化活性研究

雷 响, 张闽峰, 胡可欣, 柯 宇, 郑德勇

(福建农林大学 材料工程学院,福建 福州 350002)

蒽醌类化合物是许多中药的有效成分,具有抗癌、抗炎、抗菌、抗氧化和抗糖尿病等生物活性。9,10-蒽醌是天然蒽醌类化合物的基本母核,在大黄、虎杖、雷公藤等药材中均有存在[1]。例如,芦荟素联合低浓度顺铂应用具有增强抑制B16-F10恶性黑色素瘤细胞增殖的作用[2],从鸡矢藤茎中分离得到的1, 3-二羟基-2-甲氧基蒽醌和地皮酚可作为治疗人和动物葡萄球菌感染的前瞻性候选药物[3],从野灯心草提取的2-羟基-3-甲基蒽醌和1, 8-二羟基- 6-甲氧基-3-甲基蒽醌具有降血糖活性[4]。鉴于蒽醌类化合物在医药及化工领域的重要作用,有研究者开发了Friedel-Crafts反应、Michael反应、Diels-Alder反应、Heck反应、羰-烯反应和蒽环氧化反应等合成途径[5]。目前,国内外研究人员对蒽醌类化合物的文献综述和相关研究较多的集中在蒽醌液晶相材料方面,并取得了较多成果。Bisoy等[6-8]在微波辅助下利用浓硫酸催化没食子酸自缩合反应合成了六羟基蒽醌(Rufigallol)及其衍生物；而后在碱性条件下将柔性链引入Rufigallol结构中,合成了2个系列的六羟基蒽醌衍生物,均是良好的室温盘状液晶。Zhang等[9]合成了2个新的蒽醌-四苯基乙烯衍生物,其具有六方柱状中间相,并表现出较低的相变温度和较宽的中间相温度范围,是一种很好的制备新型荧光柱状液晶的方法。另一方面,多羟基蒽醌衍生物的生物活性也逐渐受到研究者关注,但是对蒽醌类化合物抗氧化活性方面的研究鲜见报道。Winter等[10]研究了一系列多羟基蒽醌类化合物对恶性疟原虫的抑制活性,结果表明：Rufigallol具有最有效的抑制恶性疟原虫活性的作用,为Rufigallol作为一种简单、廉价的抗疟药物提供了支持。没食子酸是五倍子的主要有效成分,结构中含有的3个毗邻酚羟基使其具有广泛生物活性,对其结构的修饰也多以保护或利用酚羟基为出发点[11-13]。本研究以没食子酸为原料,以甲烷磺酸替代浓硫酸作为溶剂和催化剂,在酸性条件下通过Friedel-Crafts酰基化反应一步合成了六羟基蒽醌,并测试了其对ABTS自由基、DPPH自由基和超氧阴离子自由基的清除能力,以期开发一种条件温和、环境友好的六羟基蒽醌的合成方法,进一步加快蒽醌类化合物在医药及化妆品领域的应用。

1 实 验

1.1 材料与仪器

没食子酸、甲烷磺酸、甲醇、L-抗坏血酸(Vc)、冰醋酸、邻苯三酚、 4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、 2,2-联氮-二(3-乙基苯并噻唑- 6-磺酸)二铵盐(ABTS)等,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

UVmini-1280紫外-可见光(UV-vis)分光光度计,岛津仪器(苏州)有限公司；Vertex 70型傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析仪,AVANCE NEO 600型核磁共振谱(NMR)仪,德国布鲁克光谱仪器公司；KQ- 400DE数控超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司；SCIENTZ-18N型冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司；1260- 6520B系列LC-QTOF-MS高效液相色谱质谱联用(LC-MS)仪,安捷伦科技(上海)有限公司。

1.2 产物合成

没食子酸在甲烷磺酸作用下发生Friedel-Crafts自缩合反应生成1,2,3,5,6,7-六羟基-9,10-蒽醌,合成路径见图1。

图1 1,2,3,5,6,7-六羟基-9,10-蒽醌的合成路径Fig.1 Synthetic route of 1, 2, 3, 5, 6, 7-hexahydroxy-9, 10-anthraquinone

在具有温度计的双口圆底烧瓶中加入没食子酸3.402 4 g(20 mmol)和甲烷磺酸12.98 mL(200 mmol),磁力搅拌加热至80 ℃,反应8 h。反应结束后,冷却至室温,将反应液倾入100 mL冰水混合物中即析出橙红色固体,抽滤,滤饼用热水(30 mL×3)洗至中性,得粗品；粗品用乙醇重结晶,得红色针状晶体,-40 ℃冷冻干燥得到目标产物。

1.3 产物分析与表征

1.3.1UV-vis光谱分析 以甲醇为空白对照,在200～550 nm范围内扫描目标产物的紫外吸收光谱；配制浓度为1 mmol/L的没食子酸、紫外线吸收剂4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)和六羟基蒽醌储备液,储备液稀释10倍后,用1 cm比色皿分别测定最大吸收波长处的吸光度(A),根据下式计算摩尔吸光系数[14]。

A=ε×l×c

式中：A—吸光度；ε—摩尔吸光系数,L/(cm·mol)；l—吸收层厚度,cm；c—吸光物质的浓度,mol/L。

1.3.2产物结构表征 将干燥的样品与溴化钾按质量比1 ∶100研磨压片,分析产物的FT-IR光谱,扫描波数范围400～4 000 cm-1；将10 mg样品充分溶解于0.9 mL氘代DMSO中,在25 ℃下测定样品的1H NMR 和13C NMR谱。

1.3.3LC-MS分析 色谱条件：Thermo C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),柱温为室温,流动相为CH3OH/2%冰醋酸(体积比50 ∶50)水溶液,分析时间40 min,流速0.8 mL/min,检测波长278 nm,进样量10 μL。MS条件：Agilent 6520B系列四级杆飞行时间质谱仪,离子源为电喷雾(EIS),含正离子和负离子模式,m/z为100～1 000,样品溶液浓度为1 mmol/L。

1.4 体外抗氧化活性实验

2 结果与分析

2.1 产物分析与表征

2.1.1紫外光谱分析 由紫外光谱(图2)可知,六羟基蒽醌分别在293、 345和435 nm处有吸收峰。与全球范围内使用率最高的紫外吸收剂4-甲氧基肉桂酸-2-乙基己酯(OMC)相比较,六羟基蒽醌具有更宽紫外吸收范围(260～480 nm)。完全覆盖了对皮肤伤害最大的UVB波段(280～320 nm),六羟基蒽醌在最大吸收波长293 nm处的摩尔吸光系数(ελmax)达到3.25×104L/(cm·mol),是OMC(1.52×104L/(cm·mol))的2倍多,有望开发成为一种性能优良的UVB波段紫外吸收剂,预示了其在化妆品领域的应用前景[18]。

图2 没食子酸和六羟基蒽醌的紫外光谱Fig.2 UV spectra of gallic acid and hexahydroxy anthraquinone

2.2 体外抗氧化活性结果

2.2.1ABTS+·清除率 由图3(a)可知,没食子酸和六羟基蒽醌对于清除ABTS+·均具有明显效果,二者清除ABTS+·的半数抑制浓度(IC50)分别为23.8和42.1 μmol/L(Vc的IC50值为76.4 μmol/L)；当样品浓度为125 μmol/L时,二者对ABTS+·清除率均达到90%以上,而相同浓度下Vc对ABTS+·清除率为76.4%。可见,没食子酸和六羟基蒽醌对于ABTS+·清除能力均强于Vc[19，22]。

图3 没食子酸和六羟基蒽醌对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 从图3(b)可以看出,没食子酸和六羟基蒽醌对DPPH·都有较好的清除能力,二者清除DPPH·的IC50值分别为36.8和39.4 μmol/L。对比而言,没食子酸清除DPPH·的能力稍强于六羟基蒽醌,但二者对DPPH·的清除效果明显优于Vc(IC50值为72.3 μmol/L)。当样品浓度为125 μmol/L时,二者对DPPH·清除率均达到90%以上[23]。

图4 邻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 结 论

3.1以没食子酸为原料,甲烷磺酸为溶剂和催化剂,通过Friedel-Crafts酰基化反应一步合成了化合物1,2,3,5,6,7-六羟基-9,10-蒽醌,其结构经红外光谱、氢谱、碳谱和质谱确证。

3.2合成产物兼具对UVB段强吸收特性(ελmax=3.25×104L/(cm·mol))和良好的体外抗氧化活性,其清除ABTS自由基和DPPH自由基的能力高于Vc、略低于没食子酸,而对超氧阴离子自由基的清除能力高于Vc和没食子酸,有望开发在化妆品领域的应用。