从Scopolia tangutica的根中分离出一对新的大环亚精胺生物碱，（+）-（S）-scocycamide和（-）-（R）-scocycamide。它们的结构是通过光谱数据，电子圆二色性分析和化学合成确定的。它们具有独特的6/18稠合双环骨架，亚精胺和儿茶酚单元，代表了天然亚精胺生物碱的新亚型。还提出了合理的生物合成途径。它们抑制丁酰胆碱酯酶并表现出抗氧化能力，表明它们是对抗阿尔茨海默氏病和氧化的有益成分。
亚精胺生物碱在植物界很常见，它们在天然产物药物发现中具有重要意义，因为它们具有相当大的结构多样性和广泛的有益生物活性，包括抗氧化，抗炎，抗衰老，神经保护，抗阿尔茨海默病（AD），和抗肿瘤特性。作为一类稀缺的植物次生代谢产物，二咖啡酰亚精胺衍生物，其中咖啡酸衍生物和亚精胺通过酰胺键缀合，主要分布在茄科（Solanaceae）中。到目前为止，已发现19种二咖啡酰亚胺衍生物，其中只有两种是环化产物dicaffeoylspermidine。目前已经成功地从Scopolia tangutica（S.tangutica）中分离出5种二咖啡酰亚脒，它们属于茄科（Solanaceae）。最近，我们通过四极杆飞行时间串联质谱法的高效液相色谱法检测到7种新的二咖啡酰亚胺。但是，它们的精确结构尚未确定。通过不断努力寻找来自S.tangutica的结构独特的生物活性化合物，一对（+）-（S）-scocycamide和（-）-（R）-scocycamide具有独特的6/18稠合双环骨架与亚精胺和儿茶酚单元进行了分离和鉴定。它们的骨架明显不同于报道的环化产物和亚精胺衍生的生物碱，包括维霉素A-D，motoporamines，celacinine，dihydroperiphylline，inandenine，oncinotine，lunarine，lunaridine，codonocarpine，和isocodonocarpine.Scocycamide。在这项工作中，我们报告了（+）-（S）-scocycamide和（-）-（R）-scocycamide，以及它们的分离，结构阐明，合理的生物遗传途径，全合成和生物活性评估的详细信息。
将S.tangutica（50kg）的风干根用EtOH-H 2 O（95/5，v/v）回流。得到固相萃取富集生物碱，然后通过反相液相色谱，离子交换液相色谱和反相液相色谱依次纯化，得到scocycamide（65.4mg）。Scocycamide是含有两种对映体的外消旋混合物，即（+）-（S）-Scocycamide和（-）-（R）-Scocycamide。在光谱数据和电子圆二色性（ECD）分析的基础上阐明了它们的结构。
Scocycamide为无色粉末。其分子式为C25H33N3O6。天然scocycamide的红外光谱显示了羟基或NH（3400 cm-1）和羰基（1630 cm-1）基团的吸收。1H NMR谱显示5个芳香质子（δH6.60，dd，J=8.2,2.0Hz；6.64，s；6.71，d，J=2.0Hz；6.79，d，J=8.2Hz；6.98，s）和一个次甲基在δH4.48。此外，在13C，DEPT和HSQC光谱中揭示了25个碳共振，并被分配到10个亚甲基，5个芳族次甲基碳，1个烷基次甲基碳，7个未质子化芳族碳（δC130.7132.1136.3142.1142.1142.3和144.0）和两个酰胺羰基（δC174.7和175.3）。上述分析表明存在1,2,4,5-四取代的苯环和1,3,4-三取代的苯环。两个苯环和两个酰胺羰基化合物占11个DBE中的10个，因此剩余的一个可能需要在scocycamide中额外的环。
2D NMR光谱的综合分析允许构建scocycamide的假设平面结构（图1）。在1H-1H COSY光谱中观察到H2-2/H2-3/H2-4，H2-6/H2-7/H2-8/H2-9，H2-12/H-13，H2-14/H2-5和H-5”/H-6'，并分别标记为片段a-e。此外，H-2/C-16和H-15/C-16的HMBC相关性证实了片段a和d之间的连接。与H2-15相比，H2-2的低场化学位移表明该质子附着在NH基团上。类似地，片段b和c之间的连接通过HMBC实验中H-9/c-11和H-12/c-11的交叉峰来验证。基于H-6′-C-13和C-2′，H-13-C-1′和C-6′，H-3′-C-14和C-1′，H-14-C-1′，C-2′，C-2′和C-3′的HMBC相关性，将1,2,4,5-四取代苯环的C-1′和C-2′连接到C-13和C-14上。依次地，通过从H-13到C-2“和C-6''的HMBC相关性揭示了在C-13处连接的1,3,4-三取代的苯环。剩余的氮原子用作C-4（δC42.7）和C-6（δC45.4）之间的连接基以形成环。因此，阐明天然产物scocycamide具有新的6/18稠合双环结构，如图1所示。
图1 1H-1H COSY和scocycamide的关键HMBC相关性。
尽管在scocycamide中存在手性碳，但电子圆二色性（ECD）光谱显示没有明显信号（图2a），表明scocycamide是外消旋混合物。实际上，手性HPLC分析提供了具有5.42×107μV·s的相等峰面积的两个峰（图2b）。在这里，我们将一个保留时间较短的峰命名为1，将另一个峰命名为2。可以通过手性β-CD柱制备一对scocycamides（图S13）。进一步的ECD光谱（图2a）在峰1（在MeOH中=+22）和峰2（在MeOH中=-22）之间表现出镜像，证明它们是一对对映体。通过匹配实验和计算的ECD光谱（图3a和3b），峰1和峰2的绝对构型分别确定为（13S）和（13R）。
图2 scocycamide的ECD光谱（a）和手性分析（b）。
图3 (+)-(S)-scocycamide (a) 和(−)-(R)-scocycamide (b)在MeOH中的实验和计算ECD光谱。
为了验证东莨菪碱的结构，化学合成如方案1所示。东莨菪碱的合成以现有的4，5-二溴过氧化甘油和丙烯酸甲酯为原料，经两步Heck反应得到化合物1。在1和4-溴过氧化铵之间发生额外的Heck反应生成化合物2。与1不同，化合物2的制备需要在更极端的条件下进行，离子液体和高温，因为取代烯烃更难进行Heck反应。化合物2在氢气氛下用10%Pd/C还原反应，然后碱水解得到外消旋二羧酸4。根据文献报道，合成了亚精胺衍生物叔丁基（4-氨基丁基）（3-氨基丙基）氨基甲酸酯。在典型的酰胺化条件下，化合物4与（4-氨基丁基）（3-氨基丙基）氨基甲酸叔丁酯在DMF中环化，得到大环内酰胺5，其为图1所示的几何异构体的混合物，并在最后一步分离。去除Boc保护基后，通过色谱分离得到粗品6。经三溴化硼处理后，化合物6可顺利转化为标题化合物东莨菪碱及其异构体7。高效液相色谱分析表明，东莨菪碱与7的比例为7/10。东莨菪碱和7的分离需要通过前高效液相色谱法完成，因为它们之间存在细微差异，这也导致了低收率。随后，手性异构体（+）-（S）-东莨菪碱和（−）-（R）-东莨菪碱可通过手性HPLC柱分离。所合成的东莨菪碱，（+）—（S）-东莨菪碱和（—）-（R）-东莨菪碱经HR-ESI-MS和NMRs鉴定与天然产物吻合良好。
方案1 东莨菪碱的合成
大环内酰胺被认为是由广泛分布于天然植物中的咖啡酸、二氢咖啡酸和亚精胺等小分子生物合成的。由于从东莨菪碱中发现了大量的线性二咖啡酰二亚胺衍生物，因此建议在东莨菪碱的合理生物合成途径中包含一种线性中间体，如图2所示。将咖啡酸和二氢咖啡酸分别与亚精胺酰胺化，得到化合物8。8的二氢咖啡酰部分可能通过半醌结构与caffeate部分发生Michael加成反应。然后对大环中间体9进行再芳构化，得到最终的天然产物东莨菪碱。在大环亚精胺衍生物的研究中，这种具有C–C键形成的Michael加成环化反应是独一无二的。更常见的是，环化是通过C-O或C-N键的形成而发生的，例如在celacinine，二氢叶酸和codonocarpine中。
方案2 东莨菪碱生物合成途径的研究
受亚精胺生物碱具有治疗AD的潜力以及抑制丁酰胆碱酯酶（BChE）已被证明有利于AD治疗这一事实的启发，我们评估了（+）-（S）-东莨菪碱和（−）-（R）-东莨菪碱对BChE的体外抑制活性。根据Ellman法，用minor进行活性测定修改。毒扁豆碱（PSM）作为阳性对照。如图4a和4b所示，这两种化合物在800μM处表现出浓度依赖性的抑制活性和弱BChE抑制，分别为18.11%和37.83%。（−）-（R）-东莨菪碱的活性是（+）-（S）-东莨菪碱的两倍。针对亚精胺生物碱的多种生物活性，采用氧自由基吸收容量（ORAC）法测定其抗氧化活性。EGCG作为阳性对照。（+）—（S）-东莨菪碱和（—）-（R）-东莨菪碱表现出较强的抗氧化活性，其ORAC值分别为2.37±0.17和2.68±0.09μmol-TE/μmol，与EGCG（3.08±0.08μmol-TE/μmol）相似。因此，（+）—（S）-东莨菪碱和（—）-（R）-东莨菪碱可抑制BChE并表现出很强的抗氧化活性，这可能是抗阿尔茨海默病和抗氧化药物开发的新热点化合物。
图4 （+）-（S）-东莨菪碱（S）和（−）-（R）-东莨菪碱（R）的丁酰胆碱酯酶抑制活性（a，b）和抗氧化能力（c）。
综上所述，从唐古特山莨菪碱根中分离到一对大环亚精胺衍生物，（+）—（S）-东莨菪碱和（-）—（R）-东莨菪碱。用光谱法和计算的ECD数据相结合的方法对其具有绝对构型的结构进行了表征，并通过化学合成进一步证实了它们的结构。东莨菪碱是第一例具有6/18融合双环结构的亚精胺生物碱，具有抑制BChE活性和抗氧化能力。这种独特的结构暗示了唐古特山莨菪中一条有趣的精胺生物合成途径。东莨菪碱的发现不仅丰富了大环精胺的化学多样性和复杂性，而且由于其独特的结构特征，将有助于进一步的生物功能研究。
本文于2020年10月6日发表于杂志Organic Letters。第一作者是Ji-XiaWang和Yao-Peng Zhao，通讯作者是Yan-Fang Liu 和Xin-Miao Liang，通讯单位是中国科学院大连化学物理研究所分析化学分离科学重点实验室。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.orglett.0c02838
