玄参化学成分的HPLC睧SI睮T睺OF睲S分析

2016-05-26 18:42王静哲徐风刘震马立满尚明英刘广学蔡少青
中国中药杂志 2016年7期
关键词:苯丙同分异构分子离子

王静哲 徐风 刘震 马立满 尚明英 刘广学 蔡少青

[摘要]应用HPLCESIITTOFMS技术对玄参中化学成分进行定性分析。采用Kromasil 1005 C18色谱柱(46 mm×250 mm,5 μm),以乙腈01%甲酸溶液为流动相梯度洗脱;质谱使用ESI离子源,正离子与负离子模式下采集数据,通过分析质谱信息及元素组成,并参考相关文献数据,共指认了64个化合物;其中新化合物2个,4hydroxy6Omethylcatalpol和acetylangoroside C;玄参中首次报道的化合物17个,其中环烯醚萜苷类12个,苯丙素苷类3个,其他类2个。HPLCESIITTOFMS技术能快速准确地分析玄参中所含的主要成分,研究结果为阐明玄参的药效物质基础提供了依据。

[关键词]玄参;HPLCESIITTOFMS;环烯醚萜苷;苯丙素苷

[Abstract]This experiment was performed to establish a qualitative analysis on chemical constituents of Scrophulariae Radix by HPLCESIITTOFMS.The analysis was conducted on a C18 column (Kromasil 1005, 46 mm×250 mm, 5 μm) with 01% formic acidacetonitrile as the mobile phase for gradient elution; ESI ion source was used for mass spectra, and data were collected innegative and positive modes The results showed that 64 compounds from Scrophulariae Radix had been identified by analyzing negative ion mass data including element composition and by comparing with data from literature Two new compounds (4hydroxy6Omethylcatalpol and acetylangoroside C) and seventeen known compounds were detected from Scrophulariae Radix for the first time Seventeen known compounds included twelve iridoid glycosides, three phenylpropanoid glycosides and two other kind compounds This study will provide chemical basis for elucidation of the effective substance in the Scrophulariae Radix.

[Key words]Scrophulariae Radix; HPLCESIITTOFMS; iridoid glycosides; phenylpropanoid glycosides

doi:10.4268/cjcmm20160717

玄参为玄参科植物浙玄参Scrophularia ningpoensis Hemsl的干燥根[1]。玄参药用始载于《神农本草经》,性微寒,味甘、苦、咸,归肺、胃、肾经;其传统功效为凉血滋阴、泻火解毒[12]。玄参主要含有环烯醚萜苷、苯丙素苷、苯乙醇苷及多糖等化学成分[34];具有抗炎[56]、抗氧化[5]、免疫调节[78]、降血压[910]、抗动脉粥样硬化[1112]和神经保护[13]等药理作用。

为了全面认识玄参化学成分的组成,本研究采用LCMS联用技术,对玄参50%甲醇提取物的化学成分进行分析,为玄参药效物质基础研究奠定基础。

1 材料

11仪器

岛津Shimadzu LCESIITTOFMS液质联用仪(日本,岛津公司);MilliQ纯水机(美国,密理博MilliQ,Integral 3);1/10 万电子天平(德国,Sartorius, BP211D);小型粉碎机(北京弘荃翔和机械技术有限公司,RT02A);数码超声清洗器(昆山超声仪器有限公司,KQ500DE型)。

12 试剂

色谱纯甲醇(Fisher, Scientific, A4524);色谱纯乙腈(Fisher,lot 106246);色谱纯甲酸(ROE, zk3004);MilliQ超纯水。

13药材

玄参于2013年购于浙江省磐安县,经北京大学药学院尚明英副教授鉴定为玄参科植物浙玄参S ningpoensis的根,凭证标本(No7706)保存于北京大学药学院生药标本室。

2 方法

21 液相条件

Kromasil 1005 C18色谱柱(46 mm×250 mm,5 μm);Agilent Zorbax SBC18保护柱(46 mm×125 mm,5 μm);柱温为30 ℃。以01%甲酸水为流动相A,乙腈为流动相B 进行梯度洗脱,洗脱程序为0~10 min,0% B;10~20 min,0%~3%B;20~23 min,3% B;23~38 min,3%~8% B;38~45 min,8%~19% B;45~50 min,19% B;50~63 min,19%~27% B;63~73 min,27% B;73~83 min,27% ~55% B;83~93 min,55%~100% B。流速为10 mL·min-1,柱后分流02 mL·min-1进入质谱仪。进样量为10 μL。

22 质谱条件

质谱检测条件为ESI离子源;MS1~MS3检测范围m/z 50~1 000;离子累积时间20~30 ms;雾化气(氮气)流速15 L·min-1;曲型脱溶剂管和加热块温度200 ℃;CID能量50%;检测器电压,170 kV;干燥气(氮气)压力980 kPa;检测模式正、负离子切换检测。

23 供试品制备

玄参粉末(过40目筛)约10 g,精密称定,置具塞锥形瓶中,加入50%甲醇20 mL,密塞,超声处理(500 W,40 kHz)30 min,过022 μm微孔滤膜,即得供试品溶液。

24 HPLCESIITTOFMS分析

应用HPLCESIITTOFMS技术对玄参化学成分进行分析,根据飞行时间质谱正、负离子模式下测得的准分子离子峰,确定精确的相对分子质量,应用质谱分析软件计算分子组成,将理论值与实测值进行比较,结合多级碎片离子及相关文献数据推测玄参中化学成分的结构。在玄参提取物中共指认了64个化学成分,其中苯丙素类19个,环烯醚萜苷类41个,其他类4个。玄参提取液负离子模式下基峰色谱图,见图1,具体信息见表1。

25玄参中主要成分的质谱裂解规律及结构解析

251环烯醚萜苷类玄参中环烯醚萜苷类成分[15,42],在碰撞能的作用下,如果分子中含有苯丙素的结构时,首先会丢失苯丙素结构单元(酯键断裂),继而丢失葡萄糖基(糖苷键断裂),由于环烯醚萜苷元上有羟基的存在,会出现丢失水分子现象;除此之外环烯醚萜可能会发生开环和进一步裂解。

玄参中环烯醚萜苷类成分含有4种亚型,其中环戊烷型环烯醚萜苷类成分在碰撞能量作用下,发生酯键和糖苷键断裂后的母核离子为m/z 20108[M-H]-,其特征碎片离子为m/z 18307[M-H2O-H]-和m/z 16506[M-2H2O-H]-。

按照此规律,对20个环戊烷型环烯醚萜苷类成分P6,P12,P1417,P29,P32,P39,P40,P44,P47,P49,P50,P5355,P5758,P59进行了结构解析;其中P6(dihydroharpagide),P15(6Oβglucosylharpagide)和P12(6′Oβglucosylharpagide)及其同分异构体(P16和P17)为玄参中首次报道。

P6的结构确定:在负离子模式下一级质谱中给出准分子离子峰m/z 411149 0[M+HCOO]-和m/z 365144 0[M-H]-,预测其分子式为C15H26O10,预测误差为-438。二级质谱中可见m/z 347128 8[M-H2O-H]-,203093 5[M-glucosyl-H]-,179056 7,161048 1等碎片离子。根据以上数据并参考文献数据推测该化合物为哈巴苷的还原产物dihydroharpagide [18]。

P12[20],P15[21],P16,P17的结构确定:在负离子模式下一级质谱中可见P12和P15的准分子离子峰分别为m/z 571188 1[M+HCOO]-和m/z 571188 5[M+HCOO]-,预测其分子式为C21H34O15,预测误差分别为018,088,因此二者为同分异构体。其中P15负离子模式下二级质谱主要碎片为m/z 525182 5,323093 8,201074 0,183071 4,179059 3。其中m/z 201078 1为[M-2glucosyl-H]-,m/z 183071 4为[M-H-2glucosyl-H2O]-,以上2个碎片离子均为哈巴苷苷元的特征碎片离子,m/z 323093 0为[2glucosyl-H]-,m/z 179059 3[glucose-H]-,因此推测P15结构为harpagide苷元上连接2个相连的葡萄糖,经查阅文献推测该化合物为6′Oβglucosylharpagide[21]。而P12的二级质谱主要碎片与P15相似,但是没有m/z 3230930碎片离子,因此推测该化合物结构中的2分子葡萄糖不直接相连,经查阅文献推测该化合物为6Oβglucosylharpagide[20]。P16和P17在负离子模式下一级质谱中可以观测到其准分子离子峰分别为m/z 571186 9[M+HCOO]-和m/z 571186 2[M+HCOO]-,经高分辨数据预测其分子式均为C21H34O15,二级碎片离子可见m/z 32309,因此最终推测其均为6′Oβglucosylharpagide(P12)的同分异构体,见图2。

环戊烯型环烯醚萜苷类成分,发生酯键和糖苷键断裂后的母核离子为m/z 18307[M-H]-,其特征碎片离子为:m/z 16506[M-H2O-H]-和m/z 13506[M-H2O-CH2O-H]-,见图3。按照此规律,对10个环戊烯型环烯醚萜苷类成分P3P5,P7,P8,P10,P11,P13,P21,P56进行了结构解析。其中P4(6Oβglucosylaucubin)及其同分异构体(P7和P10),P5(6′Oβglucosylaucubin)及其同分异构体(P8,P11,P13)、P21(6Omethylaucubin)和P56(unduloside Ⅲ)为玄参中首次报道。

P5,P8,P11,P13结构的确定:在负离子模式下一级质谱中可见P5的准分子离子峰为m/z 553176 1[M+HCOO]-,预测其分子式为C21H32O14,预测误差为-235。负离子模式下二级质谱主要碎片为m/z 323098 1,183033 0,179056 3,161046 3。其中m/z 323098 1为[2glucosyl-H]-,m/z 183033 0为[M-H-2glucosyl]-,与[aucubin-H-glucosyl]-碎片一致,m/z 179056 3为[glucose-H]-,m/z 161046 3为[glucosyl-H]-。根据以上碎片离子信息推测该化合物中存在aucubin苷元及2个相连葡萄糖结构片段,结合文献数据推测该化合物为6′Oβglucosylaucubin[17]。P8,P11,P13在负离子模式下一级质谱中可见其准分子离子峰分别为m/z 553175 0[M+HCOO]-,553176 0[M+HCOO]-, 553174 9[M+HCOO]-,经高分辨数据预测其分子式均为C21H32O14,且二级碎片离子与P5碎片离子一致,因此推测其均为6′Oβglucosylaucubin(P5)的同分异构体,见图3。

P21结构的确定:在负离子一级质谱中可见准分子离子峰m/z 405138 1[M+HCOO]-,经高分辨质谱数据预测其分子式为C16H24O9,预测误差为-518。二级质谱主要碎片为m/z 197083 7,165048 8,135048 9。其中m/z 197083 7[aucubinglucosyl+CH2]-为[M-H-glucosyl]-,m/z 165048 8为[M-H-glucosyl-CH3OH]-, m/z 135048 9为[M-H-glucosyl-CH3OH-HCHO]-。根据上述质谱碎片信息推测该化合物中存在葡萄糖、甲氧基和醛基结构片段,结合相关文献报道,推测该化合物为6Omethylaucubin[2324]。

环氧环戊烷型环烯醚萜苷类,发生酯键和糖苷键断裂后的母核离子为m/z 21307[M-H]-,其特征碎片离子为m/z 195067 3[M-H2O-H]-和m/z 183067 7[M-CH2O-H]-,见图4。按照此规律,对10个环氧环戊烷型环烯醚萜苷类成分P1,P2,P1819,P27,P4546,P60,P62,P63进行了结构解析。其中P19 ( 3,4dihydromethylcatalpol )(玄参属),P27( premnacorymboside B ),P60 ( scrophuloside A5 ),P45( scrophuloside A2 )及其同分异构体(P46)均为玄参中首次报道,P2(4hydroxy6Omethylcatalpol)为新化合物。

P2结构解析:在负离子模式一级质谱中可见其准分子离子峰为m/z 439143 8[M+HCOO]-,经高分辨质谱数据预测其分子式为C16H26O11,预测误差为-433。负离子模式下二级质谱主要碎片为m/z 231088 8, 213078 2, 195026 0, 183061 6,163045 2。其中m/z 213078 2, 195026 0, 183061 6, 163045 2均为6Omethylcatalpol的特征碎片离子。该化合物与6Omethylcatalpol (P18)分子式( C16H24O10)相比多H2O,因此推测该化合物由6Omethylcatalpol中双键发生水合反应而来,即4hydroxy6Omethylcatalpol,见图4,5。

除此之外在玄参中发现一种变异环烯醚萜苷类,P9(ningpogoside A)。

252苯丙素苷类玄参中苯丙素苷类成分主要特点是由α,β不饱和苯丙酸如肉桂酸(M=148)、阿魏酸(M=194)、咖啡酸(M=180)和香豆酸(M=164)等,与葡萄糖(M=180)、鼠李糖(M=164)及阿拉伯糖(M=150)等构成苯丙素苷,同时糖结构上时有苯乙醇结构相连。苯丙素苷类在碰撞能的作用下,常发生苯丙素类结构单元中性丢失,继而丢失鼠李糖基(146),最后丢失阿拉伯糖基(132),见图6。根据以上苯丙素苷类多级质谱裂解规律,在玄参中共指认19个苯丙素苷类成分,分别为P20, P22, P24, P26, P30, P31, P3338, P4143, P48, P51, P52, P61。其中P26(6′Oferuloylsucrose), P37(sibirioside B), P61(diacetylmartynoside),P35(scrophuloside B2)及其同分异构体(P38)为玄参中首次报道,P51(acetylangoroside C)为新化合物。

P51结构解析:在负离子模式一级质谱中可见其准分子离子峰m/z 871284 8[M+HCOO]-,预测其分子式为C38H50O20,预测误差为-333。二级质谱主要碎片为m/z 783265 1, 765252 8, 649212 8, 589203 5, 607231 9, 461155 3, 329124 7。其中m/z 783265 1, 649212 8, 589203 5, 607231 9, 461155 3, 329124 7均为angoroside C(P41)的特征碎片离子;m/z 783265 1为[M-H-acetyl]-和m/z 765252 8为[M-H-acetyl-H2O]-,因此推测该化合物具有与angoroside C相似的结构并且有乙酰基,推测该化合物为angoroside C的乙酰化产物acetylangoroside C。同时可见碎片离子m/z 649212 8[M-H-feruloyl]-,m/z 461155 3[M-H-feruloyl-acetylrhamnosyl]-为m/z 649212 8中性丢失188(乙酰鼠李糖基)得到的碎片离子,因此推测乙酰化发生在鼠李糖基上,考虑到空间位阻,推测乙酰基连接位置为鼠李糖结构中2或3位的羟基,推测结构见图7。

253其他类成分鉴别除环烯醚萜苷和苯丙素苷类外,还指认了2个苯乙醇苷类P23(deferuloylangoroside C)和P28(phenethyl βprimeveroside)、1个苯甲醇苷类P25(phenylmethyl 6OαLarabinopyranosylβDglucopyranoside)和1个二萜类化合物P64(sugiol)。其中P25和P28为玄参中首次报道。

P25和P28的结构解析:在负离子模式一级质谱中可见P28准分子离子峰m/z 461166 0[M+HCOO]-,经高分辨质谱数据预测其分子式为C19H28O10,预测误差为-108。负离子模式二级质谱中主要碎片为m/z 149039 7[arabinose-H]-,为m/z 415155 7[M-H]-中性丢失266(苯乙醇和葡萄糖基相连的碎片离子),经查阅Scifinder数据库和相关文献报道推测P28为phenethyl βprimeveroside[30]。在负离子模式一级质谱中可见P25准分子离子峰m/z 401144 7[M-H]-,经高分辨质谱数据预测其分子式为C18H26O10,预测误差为-150 ppm。负离子模式二级质谱主要碎片为m/z 269101 4,161052 3,145105 4;其中m/z 269101 4为[M-H-arabinosyl]-,m/z 161052 3为[glucosyl-H]-,推测P25中也含有阿拉伯糖和葡萄糖结构片段;并且P25与P28分子式(C19H28O10)相差CH2;因此推测P25与P28为同系物,经查阅Scifinder数据库和相关文献报道推测该化合物为phenylmethyl 6OαLarabinopyranosylβDglucopyranoside[27]。

26玄参中首次报道的化合物在植物中的分布

在玄参中指认的64个化合物,除2个新化合物外,17个为玄参中首次报道。通过查阅文献,对17个化合物在植物中的分布进行了总结,见表2,其中13个化合物在玄参科其他植物中曾经报道过,其余4个化合物中P12(6Oβglucosylharpagide)和P15(6′Oβglucosylharpagide)存在于唇形科,P25(phenylmethyl 6OαLarabinopyranosylβDglucopyranoside)存在于忍冬科,P26(6′Oferuloylsucrose)存在于车前科植物中,该三科均为玄参科的近缘植物[43],见表2。

3结论与讨论

本研究采用HPLCESIITTOFMS技术对玄参化学成分进行分析,通过一级质谱中准分子离子峰和多级质谱中的碎片离子信息,并结合文献数据共指认玄参化学成分64个,包括苯丙素苷类19个、环烯醚萜苷类41个、其他类4个。玄参中首次报道的化合物19个;玄参科植物中首次报道化合物6个,分别为P2(4hydroxy6Omethylcatalpol), P12(6Oβglucosylharpagide), P15(6′Oβglucosylharpagide),P25(phenylmethyl 6OαLarabinopyranosylβDglucopyranoside), P26(6′Oferuloylsucrose),P51(acetylangoroside C), 其中P2和P51为新化合物。

玄参主要成分为苯丙素苷类和环烯醚萜苷类,本文鉴定的19个苯丙素苷类化合物结构相似,多为同系物,该类成分的结构特点为苯丙酸(如肉桂酸、阿魏酸和咖啡酸等)与葡萄糖、鼠李糖或蔗糖等缩合成苷(糖酯),其中8个化合物涉及同分异构体。在鉴定的41个环烯醚萜苷类化合物中,环戊烷型环烯醚萜苷类20个,均为harpagide与苯丙酸或葡萄糖缩合而成,其中15个化合物涉及同分异构体;环戊烯型环烯醚萜苷类10个,均为aucubin与苯丙酸和葡萄糖缩合而成,其中7个化合物涉及同分异构体;环氧环戊烷型环烯醚萜苷类10个,均为6Omethylcatalpol与苯丙酸、葡萄糖或苯乙醇等缩合而成,其中2个化合物互为同分异构体。研究结果表明玄参中含有众多的结构相似的化学成分,或为同分异构体,或为同系物,或为母核上连接葡萄糖数目和位置不同;因此玄参在发挥药效时,这些结构相似的化合物很有可能会产生叠加作用[44]。

通过HPLCESIITTOFMS技术快速准确地对玄参中复杂化学成分进行系统分析,丰富了玄参的化学成分信息,为玄参的药效物质基础研究提供了依据。

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[责任编辑丁广治]

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