作者：许源，侯大斌，王惠， 袁小红，杨海君，赵祥升
【摘要】 目的探讨中乌头碱c3，c13，c15位羟基的丙酰化方法。方法以中乌头碱、丙酸酐为原料合成中乌头碱酯化衍生物。结果得到4种丙酰化衍生物，并通过esi-ms，1hnmr验证了其结构，分别为3丙酰基中乌头碱(a)；3，13，15三丙酰基中乌头碱(b)；3丙酰基13，15二乙酰基中乌头碱(c)；3乙酰基13 丙酰基中乌头碱(d)。据文献检索，所有化合物均为首次报道。 结论中乌头碱的三个羟基中，c3oh最易被丙酰化，c15oh最难被丙酰化。
【关键词】 乌头； 二萜生物碱； 酯化反应； 植物源农药
abstract：objectiveto study the propionylation method of c3oh，c13oh，c15oh from mesaconitine.methodsesterification derivatives were synthesized from mesaconitine and propionic anhydride.resultsfour derivatives were synthesized. they were 3 -propionyl mesaconitine, 3,13,15tripropionyl mesaconitine, 3-propionyl13, 15diacetyl mesaconitine, 3acetyl13propionyl mesaconitine. all the derivatives were reported for the first time recording to literature retrieval, and characterized by esims,1hnmr. conclusionamong the three hydroxy groups, c3oh is the first esterified one and the c15oh is the last esterified one.
key words： diterpenoid alkaloids; esterification; botanical pesticide
植物源农药的研究是新农药研究开发中的热点课题之一［1，2］。WWw.11665.Com以植物源农药活性成分为先导化合物，合成筛选高活性化合物是植物源农药研究开发的重要途径［3］，如以除虫菊酯为先导物筛选得到的拟除虫菊酯杀虫剂［4］。川乌、附子为毛茛科植物乌头aconitum carmichaeli debx.的母根及侧根，在祖国医学上作为重要药物，使用历史悠久。前者有温中止痛散寒燥湿的效用，后者对大汗亡阳四肢厥逆、脉微欲绝等危急证候有回阳救逆之功。同时乌头作为一种杀虫植物，用于防治农业病虫鼠害植物自古就有记载，并且从长远来看仍具应用前景。
中乌头碱(mesaconitine)为该植物中提取分离得到的一种乌头型c19二萜生物碱，又名新乌头碱。因其为双酯型生物碱而具有较强的亲脂性，是此类植物中主要杀虫活性成分之一［5］。许勇华等［6］已通过实验证实中乌头碱对甜菜夜蛾表现出胃毒、拒食和生长抑制作用，但毒性较乌头碱和次乌头碱低。本实验探讨了中乌头碱的丙酰酯化合成方法；合成得到的化合物因其增加了酯基团而有可能提高杀虫活性，为附子的植物源农药开发进行了基础研究。
1 仪器与试剂
varian 1200 lc/ms液相色谱-质谱联用仪；xrc1型显微熔点仪(温度计未校正)；bruker av600核磁共振仪 (tms为内标，cdcl3为溶剂)；薄层色谱(gf254)和柱色谱硅胶(青岛海洋化工厂)。
中乌头碱为从绵阳产生附片中提取分离得到的纯度96%以上中乌头碱，由西南科技大学生命科学与工程学院提供；所用试剂和溶剂均为分析纯，市售。
2 方法
中乌头碱丙酰化衍生物的化学合成［7］路线见图1。3丙酰基中乌头碱(a)：在室温下，按摩尔比n (mesaconitine) ∶n (anhydride) = 1∶5称取中乌头碱和丙酸酐。先将中乌头碱溶于干燥吡啶中，再缓慢加入丙酸酐。反应14 h后，将反应液倒入冰水中，并缓慢滴加饱和碳酸钠溶液直至溶液ph=9，用等体积的氯仿萃取3次，合并氯仿层，饱和nacl水溶液洗涤、无水na2so4干燥过夜，减压蒸干氯仿。
3，13，15三丙酰基中乌头碱(b)：在室温下，按摩尔比n (mesaconitine) ∶n (tsoh) =1∶3称取中乌头碱与对甲苯磺酸并溶于过量丙酸酐中，反应约26 h，其余操作同(a)的合成。
3-丙酰基-13，15二乙酰基中乌头碱(c)：在常温下，按摩尔比n(a)∶n(tsoh) = 1∶2.5称取原料，溶于过量乙酸酐中，反应约24 h。其余操作同(a)的合成。氯仿-甲醇(v∶v = 1∶3)重结晶。
3乙酰基-13-丙酰基中乌头碱(d)：按照(a)的合成方法，合成3乙酰基中乌头碱(e)。在常温下，按摩尔比n(e)∶n(tsoh) = 1∶1称取原料，溶于过量丙酸酐中，反应约20 h。其余操作同(a)的合成。
3 结果
通过质谱所显示的分子离子之相对分子量并结合与参考文献［8］所述中乌头碱的氢谱数据进行对比得到的结构信息，完成衍生物的结构鉴定。
a:白色无定形粉末。熔点118～120 ℃，收率98.7%， esi-ms m/z：688 (m+)；化合物的氢谱显示其13oh与15oh信号仍然存在(δ3.88、4.34)，但增加了一个丙酰基的甲基信号(δ1.16)，质谱显示化合物分子量恰好比中乌头碱(631)多了一个丙酰基的分子量(57)，因此可以推断该化合物为3-丙酰基衍生物。
1hnmr(cdcl3， 600 mhz)δ(ppm): 1.16(3h, t, j= 7.50 hz, o＝c-ch2ch3), 1.40 (3h， s，oac)， 2.36 (3h, snch3)， 3.09 (1h, s, h17)，3.13 (1h， dd， j1 = 6.90,j2 = 10.80， h1), 3.19, 3.20, 3.27 (each 3h, s, 3×och3)，3.79 (1h， d， j = 8.88 hz, h3), 3.88(1h, s, oh13β), 4.08(1h, d, j=7.14 hz, h6)，4.34(1h, d, j = 2.88 hz, oh15α)，4.47(2h, dd, j1= 2.88 hz, j2=5.22 hz, 15-hβ)，4.90(2h, ddd, j1 = 5.40 hz，j2 = 13.14 hz, j3 = 26.82 hz h14), 7.45 (2h, dd, j1 = 7.92 hz, j2 = 15.6 hz, arh), 7.57(1h，dd， j1 = 7.14 hz， j2 = 14.64 hz arh) 8.03(2h, d, j= 5.76 hz, arh)
b:白色无定形粉末。熔点：220～222 ℃，收率86.3%；esi-ms m/z：745 (m+)；化合物的氢谱显示其13oh、15oh信号都已消失，同时增加了3个丙酰基的甲基氢谱信号(δ1.12、1.16、1.20)；质谱中显示正离子分子量下号比原化合物多了三个丙酰基的分子量(57×3)，据此可以推断该化合物位三羟基全丙酰化衍生物。
1h-nmr(cdcl3, 600 mhz)δ(ppm): 1.12(3h, dd, j1 = 7.68 hz，j2 = 13.98 hz， o=cch2ch3)， 1.16(3h, dd， j1 = 7.62 hz， j2 = 15.00 hz, o=cch2ch3), 1.20(3h， dd， j1 = 7.62 hz，j2 = 15.24 hz，o=cch2ch3)， 1.27(3h, s, oac)， 2.39(3h，s， n-ch3)，3.19，3.24, 3.39,3.35(each 3h, s, 4×och3), 7.50(2h, m, arh), 7.60 (1h, m, arh), 8.17(2h, d, j=7.20 hz, arh)
c:无色透明针状晶体。收率87.3%，熔点121～123 ℃。esi-ms m/z：773(m+)；该化合物为在衍生物a基础上继续乙酰化得到的产物。通过a与c的质谱对比发现，c多了两个乙酰基分子量(43×2)；且氢谱中也有相应的体现，即多了两个乙酰基的甲基质子峰(δ1.26、2.04)。因此推断该化合物为3丙酰基13,15二乙酰基中乌头碱。
1hnmr(cdcl3, 600 mhz)δ(ppm): 0.87(2h, dd, j1 = 6.54 hz， j2 = 22.98 hz)， 1.16(3h, dd, j1= 7.62 hz， j2 = 15.18hz， o=cch2ch3)， 1.37(3h, s, oac), 1.26(3h, s, oac), 2.04(3h, s, oac), 2.38(3h, s, n-ch3), 2.64(1h, d, j=11.64 hz)， 2.95(1h, d, j=8.64 hz), 3.15(1h, s, h17), 3.11(1h, m), 3.20(6h, d, j=4.74 hz, 2×och3), 3.25(3h, s, och3), 3.29(1h, m, h1), 3.60(3h, s, och3), 3.79(1h, d, j=8.97 hz, h3), 3.86(1h, d, j=4.50 hz), 4.06 (1h, d, j=6.36 hz, h6), 4.29(1h, d, j=2.64 hz, 15hβ), 4.91(1h, dd, j1=6.12 hz, j2=12.48 hz), 5.10(1h, d, j=5.28 hz, h14), 7.47(1h, m, arh), 7.58(2h, m, arh), 8.07(2h, m, arh)
d:白色无定形粉末。收率89.5% 熔点151～153℃，esi-ms m/z：730 (m+)； 该化合物为e基础上进行的丙酰化反应产物。通过与e的质谱对比，化合物d增加了一个丙酰基的分子量(57)，氢谱中显示有一个丙酰基的甲基质子峰(δ1.12)且15oh的质子峰没有消失 (δ4.35)，所以可以推断此化合物为3乙酰基-13丙酰基中乌头碱。
1hnmr(cdcl3, 600 mhz)δ(ppm): 1.12 (3h, dd, j1 = 7.68 hz, j2 = 13.98 hz, o=cch2ch3), 1.14(3h, dd, j1 = 7.62 hz, j2 = 15.00 hz, o=cch2ch3), 2.01 (3h, s, oac), 2.38(3h, s, n-ch3), 3.20(6h, d, j=4.74 hz, 2×och3), 3.24(3h, s, och3), 3.25 (3h, s, och3), 3.28(1h, m, h1), 4.35(1h, d, j=2.98 hz, oh15α), 4.47(2h, dd, j1= 2.88 hz, j2=5.22 hz, 15hβ), 7.378.00 (m, 5h, arh)
e:白色无定形粉末。收率95.2%，熔点171～173 ℃，esi-ms m/z: 674(m+)；化合物的氢谱数据显示其13oh与15oh信号仍然存在(δ3.84、4.34)，但增加了一个乙酰基的甲基氢谱信号(δ1.42)，质谱显比原化合物多了一个乙酰基的分子量(43)，因此可以推断该化合物为3oh乙酰化衍生物。
1h-nmr(cdcl3, 600 mhz)δ(ppm) : 1.42 (3h, s, oac), 2.01(3h, s, oac), 2.34 (3h, s, nch3), 3.09(1h, s, h17), 3.14(1h, dd, j1 = 6.90 hz, j2 = 10.80 hz, h1), 3.14, 3.22, 3.29 (each 3h, s, 3×och3), 3.76 (1h,d, j = 8.88 hz, h3), 3.84(1h, s, oh13β), 4.02(1h, d, j = 7.14 hz, h6), 4.34 (1h, d, j = 2.88 hz, oh15α), 4.47(2h, dd, j1 = 2.88 hz, j2 = 5.22 hz, 15hβ), 4.90(2h, ddd, j1 = 5.40 hz, j2=13.14 hz, j3 = 26.82 hz, h14), 7.45(2h, dd, j1 = 7.92 hz, j2 = 15.6, arh), 7.55(1h, dd, j1 = 7.14 hz, j2 = 14.64 ar-h), 8.01(2h, d, j = 5.76 hz, arh)
4 讨论
根据文献检索，本实验中得到的4个化合物均为未报道的新化合物。中乌头碱的结构上有3个羟基(3oh，13oh，15oh)，本实验中通过控制酯化反应的条件，分别获得了3oh丙酰化的中乌头碱衍生物以及3oh，13oh，15oh三羟基同时丙酰化的中乌头碱衍生物；3oh丙酰化、其他两个羟基同时被乙酰化以及3oh乙酰化、13oh被丙酰化的两个交叉酯化中乌头碱衍生物。
酯化反应时，要尽量保证干燥无水的反应环境。水的存在会削弱酯化试剂的酯化能力以及弱碱性有机溶剂的催化能力，最终影响酯化反应的转化率，以至于反应不彻底或者产生副产物，这与参考文献［7］所述一致。
在没有加催化剂对甲苯磺酸的条件下，即使丙酸酐过量或者延长反应时间也只有一个羟基被酰化。在对甲苯磺酸存在且过量的情况下，得到的是三羟基同时被酰化的酯化产物，如化合物c。通过控制催化剂的量可以控制被酯化的程度。如在化合物d的合成中，原料e与对甲苯磺酸物质的量之比为1∶1时15oh没有被酯化。发生酯化反应的羟基越多，反应需要的时间约长。
反应的处理过程对收率的影响比较大。在没有碱化处理的情况下直接用氯仿萃取，收率仅为20%左右，而反应液调为中性后增加至60%左右，碱化至ph值为9～10时收率较高，约为80%～90%，反应液ph值过高(超过10)会降低收率。
毛茛科乌头属植物自古以来就有被用于农作物杀虫除害的记载，通过现代科研证实二萜生物碱正是其杀虫活性有效部位［9,10］，对花卉银纹夜蛾plusia agnate standinger［11］，柑橘红蜘蛛panonychus citri mcgregor ［12］，冬青卫矛尺蠖calospilos suspecta warren［13］，蜀柏毒蛾parocneria orienta chao［14］等都表现出较好的杀虫活性，并且其杀虫机理也开始有初步的探讨，即可以通过抑制乙酰胆碱酯酶(ache)的活性，干扰和最终阻断突触传导而发挥其对昆虫的毒性［15］。二萜生物碱对人、畜等的毒性高低与酯化水平呈正相关性，即双酯型>单酯型>醇胺型，但杀虫活性是否与此特征相一致还有待进一步研究。此外，对中乌头碱及其衍生物的浓度与杀虫活性、毒理及其作用机理、防治谱、残留效果、环境安全等方面也有待进行系统的研究。笔者随后将对以上几方面进行系统的研究，也将陆续报道相关的研究结果。
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