Epipolasis reiswigi海绵中的新二萜

研究背景

海绵是最早引起天然产物化学家注意的海洋无脊椎动物之一。这些动物在海洋生物中享有盛誉，因为它们能够生产具有独特结构和生物活性的新型天然产物。代表性化合物包括聚酮化合物、环肽、生物碱、色素和大量萜类代谢物，在我们对来自Caribbean海海洋生物的生物活性产物的调查中，从水下40米处采集的Epipolasis reiswigi海绵中分离出两种二萜。先前，Kashman 和他的同事E. reiswigi合作揭示了perhydroazulene二萜的存在，显示出有效的体外抗病毒活性。这篇文章报告了这些化合物的分离、结构阐明和三次初步筛选生物测定的结果。

研究结果

Epipolone (1) 无色的油状物质，根据其HREIMS ([M+] m/z 302.2243，△0.3 mmu)和13C NMR光谱特征(表1)分析其分子式为C20H30O2，有六个不饱和度。1的IR光谱显示具有酮(1696 cm-1)、烯烃(1633 cm-1)和环氧(1258 cm-1)官能团。其中C=C和C=O不共轭是因为UV吸收只显示末端吸收。使用CDCl3溶剂的1H NMR在低场有一个信号δ5.38 (br s, 1H)，表明1中存在三取代的烯烃官能团。1H NMR谱中的其他相关特征是:一个环氧信号[δ 2.73 (br t, 1H, J ) 7.5 Hz)，由δ2.50和2.02(each 1H, J =14.4 Hz)的两个双分子组成的特征性AB模式，表明存在一对孤立的亚甲基质子，它们两侧是酮和季碳，和五个甲基: [δ 1.13 (d, 3H, J ) 6.6 Hz); 0.99(d, 3H, J ) 6.9 Hz) [δ 1.33 (s, 3H);1.08 (s, 3H); 0.87 (br s, 3H)]。13C NMR谱显示了20个信号(五个-CH3、五个-CH2、五个-CH和五个-C)，其化学位移值和多重性表明存在单取代环戊烯[δ156.2 (s)和120.5 (d)]、环酮[δ214.8 (s)]和三取代环氧化物[δ60.2 (s)和59.6 (d)]。这些特征的存在需要1到3个碳环。核磁共振数据的分析使得外侧的结构得以构建。总的来说，质子COSY关联揭示了五个耦合序列，一个涉及在C-3的孤立亚甲基质子，另一个分别涉及在C-5和C-6的亚甲基和羟甲基质子。其他自旋系统包括C8、C9、C10和C11的脂肪族质子; 一个分别涉及C-13和C-14的烯烃和亚甲基质子; 最后一个涉及C-18、C-19和C-20的异丙基质子。另一系列COSY关联使得C-16的质子与A/B环 (图1)通过H-3β，H-5β，以及在C-10角甲基位置的质子。异相关核磁共振方法，特别是HMQC和HMBC的测量方法，使得环甲、环乙和环丙能够完全构建(图1)。C-1、C-4和C-7上叔甲基的存在有助于通过HMBC方法识别这些连接。H6、C5和C17之间的HMBC相关；H2-5αβ 与C-4,C-6, C-10, and C-16之间；H2-8αβ和C-6, C-7, C-10,C-17之间；H-10和 C-4, C-8, C-16之间；H3-17和 C-6, C-7, C-8之间清楚地表明了1，4-二甲基-1，2-环氧环己烷结构的存在。

表 1

图 1

总的来说，包含环乙和环丙的区域更容易分析，因为1H NMR信号更清晰，并且很好地分散在CDCl3中。在δ2.50和2.02 (H2-3)处分离的亚甲基信号显示了与C1、C2、C4、C5、C10和C16的HMBC相关，这使得C3紧挨着A/B环结构。从H2-3信号和H3-15信号到δ214.8的羰基信号的相关需要定位羰基在C-2，从H3-15到C-1、C-11和C-14的关联把甲基放在C-1的角甲基位置。在δ2.17 (br d，1H，J =9.6Hz)时的H-11次甲基信号显示出与C-1、C-9、C-10和C-14的相关性，以及与δ156.2 (s，C-12)和120.5 (d，C-13)时的乙烯基碳信号的相关性:这些数据确定了六元环的存在，并使完整的A/B环连接得以阐明。从δ1.97和1.41(each 1H，m)的两个H2-9信号到C8、C10和C11的相关性证实了这一论点。从δ5.38 (H-13)处的乙烯质子1到C-1、C-11、C-14、C-12的HMBC关联，使得环戊烯结构和碳环结构得以完全构建。从δ2.47(m，1H)的H-18到烯属碳C-12和C-13的关联确定有异丙基的存在，其位置由H3-19和H3-20到C-12和H-18到C-11的相互关系确定。因此，确定了1的平面结构。

使用核磁共振方法(COSY，NOESY，1H-1H核磁共振耦合常数)结合分子模拟研究确定了epipolone (1)的相对立体化学。H-11信号仅在δ1.48处显示出与H-10信号的质子COSY相关。H-11、H3-15和H3-16之间的强NOESY相关建立了分子底面上这些质子的空间邻近性。类似地，H-6、H3-16和H3-17之间的NOESY相互作用将这些质子分配到1的面下。COSY谱的进一步分析使我们能够追踪H-10到H3-16甲基的长程1H-1H耦合。然而，在解释NOESY数据时，没有观察到后两个质子之间的相关性，这意味着两个质子都位于环结构的相对两侧。另一方面，H-10和H-3β之间有明显的NOESY相关性，信号显示H-10也在环的上面，确定了几何构型。没有获得数据来建立epipolone (1)的绝对构型。

在CDCl3溶液中，epipolone(1)被异构化，得到名为isoepipolone (2)的产物，其结构通过组合光谱法确定，包括大量的2D NMR实验。应用这些组合的核磁共振方法得到了表2中列出的所有质子和碳的明确分配，并分配出2的完整结构。获得了无色油状的化合物，从HREIMS获得的分子式C20H30O2表明2是epipolone (1)的异构体。此外，2和1的核磁共振谱的比较证实了它们结构之间的总体相似性(见表1和2)。H-9αβ相对较高的场化学位移帮助我们确定了C-7(而不是C-8)末端双键的位置，从而证实了这种骨架的不规则“头尾相连”的异戊二烯构型。而许多剩余的核磁共振光谱特征表明，这些化合物的结构之间没有进一步的差异，这意味着2可能是由酸催化1的环氧化物开环形成的。观测到的H-6和H2-5αβ之间的质子耦合常数与NOE数据一致。H-5β(δH1.63)和 H-3β(δH2.53)的NOESY相关性，又显示了在δ1.49处的H-10信号的NOE。总的来说，这些数据证实了化合物1和2中C-10位的质子确实是β导向。2中的一个额外的NOE相互作用定义了C-16甲基和环A中的C-6质子之间的顺式关系。在环B和环C中，次甲基质子H-11和C-1和C-4上的甲基质子之间的相关性显示了它们在分子结构面下各自的邻近性。

表 2

新的二萜，epipolol (3)，是一种无色粘稠的油状物。高分辨质谱测量确定其分子式为C20H32O2。红外光谱在3362cm -1处有一个强的羟基带，在1629和1260cm -1处有两个带，这两个带都是由烯烃和环氧化物官能团引起的。13C NMR谱包含预期的20个信号和31个附着的质子，这要求化合物中有一个羟基。13C NMR包含由三取代烯烃[δ157.2 (s)和120.7 (d)]、三取代环氧化物[δ60.4 (d)和60.2 (s)]和仲醇[δ72.6 (d)]产生的信号。由于分子式需要五个不饱和度，epipolol (3)必须是三碳环。因此， 3含有羟基取代了epipolone (1)中的酮官能团。从δ72.6 (d)处的碳信号与H2-3和H3-15信号之间的HMBC相关来确定仲醇在C-2处的位置。在核磁共振氢谱(表3)中，δ3.80 (dd，1H，J =5.3，12.0Hz)的H-2信号耦合到δ1.52 (dd，1H，J = 5.3，12.6Hz)和1.39 (br dd，1H，J =12.0，12.6Hz)的H2-3信号，这些信号依次显示没有进一步的耦合。epipolol (3)中C-2处的相对立体化学由H-2信号与H-3α(δH1.52)、H3-15 (δH1.06)和H3-16 (δH0.94)信号之间的NOE相关明确建立。NOESY光谱的进一步分析(表3)表明，在C-1、C-4、C-6、C-7、C-10和C-11的相对立体化学在1和3中是相同的。如果将1中的酮官能团改变为3中的仲羟基对H-10和H-11信号的1H核磁共振化学位移有很大的影响(表1和3)。核磁共振数据的其他显著变化是碳C-1 (δ54.5对48.7)、C-3 (δ54.0对46.7)、C-14 (δ42.6对35.6)和C-15 (δ22.5对26.6)的13C NMR化学位移。

表 3

本研究还鉴定了三种已知的萜烯化合物: reiswigin B (4), (+)-curcuphenol (5), 和(+)-curcudiol (6)，与化合物1和3相比，化合物4-6被大量分离。另一方面，二萜1-3具有复杂的结构，因为它们包含一个异常取代的三碳环框架。这类二萜的另一个有趣的结构特征是顺式B/C环融合。有趣的是，化合物1-3与dolastane类二萜有不止一个相似之处，dolastane类二萜通常是从藻类的有机提取物中分离出来的。最近发现的guanacastane类二萜从endo-phytic真菌中分离(图1)。化合物1-3也被证明作为细胞周期调节剂cdc2/细胞周期蛋白B激酶和cdc25磷酸酶的潜在抑制剂是无活性的。

总结：从Epipolasis reiswigi海绵中分离出两种二萜，epipolone (1)和epipolol (3)，它们是通过萜类途径产生的，三碳环结构具有不规则的“头尾相连”异戊二烯构型。1和3的结构主要通过1D和2D NMR方法和化学转化来阐明。

本文于2001年5月8日发表于The Journal of Organic Chemistry，第一作者为Abimael D.通讯作者为Rodrıguez，通讯地址：Puerto Rico大学化学系P.O. Box 23346, San Juan, Puerto Rico 00931-3346。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jo0104734