（有机化学专业论文）姜黄素类似物的合成及其相关方法学研究.pdf

四川大学硕十- 学位论文 姜黄素类似物的合成及其相关方法学研究 专业：有机化学 研究生：曾鸿耀指导教师：尹述凡副教授 摘要 姜黄素( c u r c u m i n ，1 , 7 一二( 4 - 羟基一3 甲氧基苯基) 一1 ，6 庚二烯3 ，5 二酮) 是从 姜科植物c u r e u m a l o n g a l 的根茎姜黄中分离得到的酚类天然产物，广泛用于食 品着色剂和增香剂。姜黄素有着多方面有益的生物活性，如：抗氧化 ( a n t i o x i d a t i o n ) 、抗癌( a n t i c a n c e r ) 、抗炎( a n t i i n f l a m m a t o r y ) 、抗风湿( a n t i a r t h r i t i c ) 、 抗高血压( a n t i h y p e r t e n s i v e ) 、抗胆固醇( a n t i h y p e r c h o l e s t e r o l e m i c ) 、抗凝血剂 ( a n t i c o a g u l a n t ) 、抗人类免疫缺陷病毒( a n t i h i v ) 和镇痛( a n a l g e s i c ) 等等。由于姜 黄素及其衍生物所具有的多种药理活性，目前，以该类化合物为先导物进行结 构优化的研究引起了世界范围内的化学家和药物学家的广泛关注。大量的相关 文献进行报道其进展。相关构效关系研究表明姜黄素及其类似物上的酚羟基对 其生物活性起作至关重要的作用。为了寻找活性更高的含有酚羟基不饱和酮的 姜黄素类似物，根据姜黄素特殊的对称q ，b 不饱和的3 ，5 - - - - 酮结构，本文用苯 环替代活性亚甲基，设计并合成出一个未见文献报道的含有羟基的a 。3 - 不饱和 酮的姜黄素类似物，并经1 h - n m r 、m s 、i r 等进行了结构确认。反应用对甲 基苯磺酸( p - t o l u e n e s u l f o n i ca c i d ) 作催化剂，为羟基查耳酮类的直接合成探索出 了较好的合成方法。 此外，本文还以另一磺酸盐氨基磺酸( s u l f a m i c a c i d ，s a ) 为催化剂，于超声 无溶剂条件下研究了环酮与芳香醛的a l d o l 反应。发展了一个环酮与芳香醛为 v i 四川i 大学硕士学位论文 原料的高效、方便、高收率的伍，q 双亚苄基环烷酮衍生物的合成方法。该方法 与传统方法相比，具有反应时间短、收率高和环境友好等优点。该方法也同样 适合于本课题目标化合物的合成。这些方法将会广泛用于其他的有机合成反应， 使其更加高效和环境友好。 关键词：姜黄素类似物；羟基查耳酮；羟醛缩合；对甲基苯磺酸；合成；氨基 磺酸；超声；无溶剂 v 四川大学硕士学位论文 s y n t h e s i so fc u r c u m i n o i d sa n dr e s e a r c h e s o i lr e l a t e dm e t h o d s m a j o r ：o r g a n i cc h e m i s t r y p o s t g r a d u a t e ：h o n g y a oz e n gs u p e r v i s o r ：s h u f a ny i n a b s t r a c t c u r c u m i n ( 1 ，7 - b i s ( 4 一h y d r o x y - 3 - m e t h o x yp h e n y l ) 一l ，6 - h e p t a d i e n e - 3 ，5 - d i o n e ) ，i s an a t u r a lp h e n o l i cc o m p o u n di s o l a t e df r o mt u r m e r i c ( c u r c u m al o n g al ) ，w h i c h w i d e l yu s e da sas p i c ea n dc o l o r i n ga g e n ti nf o o d ，a n de n d o w e dw i t hb e n e f i c i a l b i o l o g i c a la c t i v i t i e s ，i n c l u d i n ga n t i o x i d a t i o n 、a n t i c a n c e r 、a n t i i n f l a m m a t o r y 、 a n t i a r t h r i t i c 、a n t i h y p e r t e n s i v e 、a n t i h y p e rc h o l e s t e r o l e m i e 、a n t i c o a g u l a n t 、a n t i h 1 v 、 a n a l g e s i ce ta 1 d u et ot h ea b o v eb i o a c t i v i t i e s ，c u r c u m i nh a sr e c e n t l yr e c e i v e d c o n s i d e r a b l ea t t e n t i o no fc h e m i s t sa n dp h a r m c o l i s t sa r o u n d o ft h ew o r l d ，a n d r e p o r t e db yag r e a tl o to fc o r r e l a t i v el i t e r a t u r e s m a n yc o r r e l a t i v er e p o r t e ds t u d i e so f s t r u c t u r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p so fc u r c u m i na n a l o g u e sh a v eb e e ns u g g e s t e dt h a t h y d r o x y b e n z e n ee s p e c i a l l yt h eh y d r o x yg r o u pa tp a r a p o s i t i o ni sv e r yc r i t i c a lf o rt h e e x p r e s s i o no fb i o l o g i c a la c t i v i t y b a s e do nt h es p e c i a ls y m m e t r y 1 3 - u n s a t u r a t e d3 ， 5 - d i o n ef r a m ew o r k ，a n di no r d e rt of m dm o r ea c t i v ep h e n o l i cu n s a t u r a t e dc h a l c o n e 。o m p o u n d s ，n o v e l 寮露郦h e n o l i ca ，p - u n s a m i a t e 蛳h a l c o n e s c u r c u m i n o i d sh a s b e e nd e s i g n e da n d p r e p a r e df i r s t l ya n dc o n f i r m e db y1 h - n m r 、m s 、i r w eh a v e a l s ob e e ns e a r c h e dan e wd i r e c ts y n t h e s i sw a yo fh y d r o x y c h a l c o n ec a t a l y z e db y p - t o l u e n es u l f o n i ca c i d 。 i na d d i t i o n ，w ed e d i c a t eo u r s e l v e st or e s e a r c h0 ns y n t h e s i sm e t h o d so fc r o s s a l d o lc o n d e n s a t i o n so fc y c l o a l k a n o n e sw i t ha l d e h y d e su n d e rs o l v e n t f r e ec o n d i t i o n s a n du l t r a s o u n di r r a d i a t i o nc a t a l y z e db yn h 2 s 0 3 h ，a n dh a v ed e v e l o p e daf a s ta n d c o n v e n i e n tm e t h o dt os y n t h e s i z el i , 1 1 t - b i s ( s u b s t i t u t e db e n z y l i d e n e ) c y c l o a l k a n o n e v m 四川大学硕士学位论文 d e r i v a t i v e sw i t hh i 曲y i e l d sf r o m c y c l o a l k a n o n e s a n da r o m a t i c a l d e h y d e s c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lm e t h o d ，t h es a l i e n tf e s t u r e so ft h i sm e t h o dw a sm o r e s h o r tr e a c t i o nt i m e h i g hy i e l da n de n v i r o n m e n t a lf r i e n d l y t h em e t h o di sa l s of i tt o t h es y n t h e s i so f t a r g e tm o l e c u l e si nt h i st h e s i s t h e s em e t h o d sw i l lb ea b l ew i d e l yt o u s ei no t h e ro r g a n i cr e a c t i o n s a n dm a k ei tm o r ee f f i c i e n ta n de n v i r o n m e n t a lf r i e n d l y k e yw o r d s ：c u r c u m i n o i d s ；h y d r o x yc h a l c o n e s ；a l d o lc o n d e n s a t i o n ；p - t o l u e n e s u l f o n i ca c i d ；s y n t h e s i s ；n h 2 s 0 3 h ；u l t r a s o u n di r r a d i a t i o n ；s o l v e n t f r e e 四川大学硕上学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的， 论文成果归四川大学所有，特此声明。 声明人鲎通擢导师： 迎年月盟日 产 四川大学硕士学位论文 第一章文献综述 第一节姜黄概述【l 2 ，3 】 姜黄( c u r c u m al o n g al ) ( f i g u r e1 ) ，为 姜黄科( z i n g i be r a c e a e ) 姜黄属( c u r c u m a ) ， 是一种多年生的草本植物，热带和亚热带 地区广为栽培，尤其在亚洲地区分布广泛， 盛产于东南亚和澳大利亚北部，我国是主 要生产国之一，主要分布在东南至西南部。 姜黄为常用传统中药。印度传统医学 认为姜黄可以治疗胆病、厌食、鼻炎、咳 嗽、糖尿病、肝病、风湿病和窦炎等。中 国传统医学用它来治疗伴有腹痛和黄疸的 疾病【2 】。现代药理研究已经证实姜黄具有 降血脂、抗动脉粥样硬化、诱导肿瘤细胞 凋亡、行气破淤、通经止血、胸胁刺痛、 风湿肩臂疼痛，跌打肿痛清心解郁、健胃、 抗氧化、消炎、杀菌和抗癌等作用1 4 】。 f i g u r e1 c u r c u m a l o n g a l 此外，姜黄在对人类循环系统疾病、肝疾病和皮肤紊乱等治疗也有效果。 “姜黄”之名，始载于唐本草，后在宋代唐慎微的本草图经、明代 李时珍的著作及清代吴其浚的植物名实图考等中国古代医药学著作中都有 记载。在历版的中华人民共和国药典均有收载。由于姜黄具有多方面的药 理作用，在尼泊尔姜黄是一种常备的家庭药品，在印度姜黄享有“固体黄金” 之美誉。 l 姜黄的化学成分【1 ，驯，7 1 对不同样品的姜黄进行化学分析表明：姜黄的化学成分主要为姜黄素类和 姜黄挥发油，另外还有糖类、甾醇类、脂肪酸等。 四j l l 大学硕士学位沦文 1 1 姜黄素类 姜黄素类为黄色略带酸性的酚类物质，是姜黄发挥药理作用的主要成分。 主要有姜黄素( c u r c u m i n ) 、去甲氧基姜黄素( d e m e t h o x y c u r c u m i n ) 、及双去甲氧基 姜黄素( b i s d e m e t h o x y c u r e u m i n ) 。此外尚有二氢姜黄素( d i h y d r o e u r c u m i n ) 等。姜 黄素的化学结构式见f i g u r e 3 ( 第二节，p 2 7 ) 。 ， 姜黄素的存在分布及含量情况：姜黄属不同种类植物的总姜黄素和姜黄素 含量差异悬殊，可达上百倍，同一种类的不同产地之间差异较小。总姜黄素最 高为姜黄( c 1 0 n g a ) 根茎，含量均在2 以上；其次为印尼莪术( c x a n t h o r r h i z a ) 、 川姜黄( c s i c h u a n e n s i s ) 和川郁金( c e h u a n y u j i n ) ，其含量为0 2 0 5 ；其余种 类低于0 1 。同一种类不同部位总姜黄素含量差异十分显著，姜黄( c 1 0 n g a ) 的 根茎均在2 以上，须根为0 4 8 8 ，块根仅0 0 2 3 。产地及贮存期不同，姜黄 素含量亦不同，且姜黄素遇光易分解，药材贮存期长则姜黄素含量明显下降。 此外，不同种类的姜黄素含量与挥发油含量存在较明显的相关性。 1 2 挥发油类 从姜黄根茎挥发油中分离并鉴定出的成分有a ，3 - 姜黄酮( p - t u m e r o n e ) 、姜 烯( z i n g i b e r e n e ) 、芳姜黄烯( a r t t m a e r e n e ) 、芳姜酮( a r z - i n g b e r o n e ) 及- - 种没药烷骨 架的倍半萜( c u r t o n e ) ；从温郁金( c w e n y u j i ny h c h e ne tc l i n g ) 根茎挥发油中 分离并鉴定出的成分有莪术醇( c u rc u n 0 1 ) 及莪二酮( c u r d i o n e ) 等。 1 3 其他类成分 姜黄尚含糖类( 阿拉伯糖1 1 、果糖1 2 、葡萄糖2 8 ) ；含豆甾醇、p 一谷甾 醇、脂肪酸、单烯酸及二烯酸等；微量元素( m n 、c u 、z n 、m g 、f e 等) 。 2 姜黄素的提取方法【8 ，9 】 由于姜黄色素主要来源于中药姜黄，来源广泛，价格低廉，其本身就是姜 黄的有效药理成份之一。姜黄色素产品用作食品添加剂时，除了显色作用外， 还有一定的营养和药理功能，可药食两用。姜黄素是天然色素中极具开发前景 的黄色素之一。目前，姜黄素的提取方法有碱水提法f 1 0 l 、酶法提取法【“】、醇提 2 四川大学硕士学位论文 法【1 2 ，1 3 1 、活性炭吸附法【14 1 、渗漉法【1 5 】、超声场法【1 6 】等，它们各有其特点。分 述其下： 2 1 碱提法 碱提法是利用姜黄素溶于碱，在加热条件下用n a o h 溶液浸提姜黄中的姜 黄素。各次提取液滤出后，应立即加入0 5 1 0 的抗氧化剂亚硫酸钠，合并提 取液后用盐酸调节_ 3 4 ，沉淀出姜黄素。该方法成本较低，且所用试剂安全性 较高，但由于姜黄中淀粉含量很高，大量的淀粉随之进入，造成精制成本增高； 反应条件也剧烈，容易造成色素的破坏。 2 2 酶提法 董海丽等【1 1 】应用纤维素酶、果胶酶组成的复合酶增大了姜粒细胞内有效成 分向提取介质扩散，促进姜黄素的溶出，提高产品的产出率。正交实验得出各 因素最佳水平为酶解在5 0 0 c 、酶的浓度为0 3 5 m g e m 3 ，作用1 2 0 m i n 后再用碱提 法。此法既有碱提法成本低的优势，又可提高产率，有较高的使用价值，但因 酶的特性限制推广应用，不宜用于大规模的工业应用。 2 3 醇提法 醇提法采用7 5 9 5 的醇一水溶剂浸泡姜粒2 4 h ，过滤、滤渣再溶浸2 3 次， 然后将滤液浓缩干燥可得产品。最佳浸提温度为4 5 0 c ，最佳浸提时间为2 h 。这 种方法提取率较高，但产品中混有脂溶性杂质。 2 4 活性炭吸附法 由于姜黄原料中含有大量淀粉，不仅影响乙醇浸提姜黄素的效果，而且给 过滤分离提取液带来困难；此外还由于淀粉的强力吸附作用而使部分乙醇不能 回收，造成溶剂的浪费，提高了产品成本。如果提取液直接流经活性炭柱时， 色素迅速被活性炭吸附，从而使传统工艺中蒸发浓缩提取液的成本大大下降。 色素吸附率的高低主要与活性炭的处理，柱长及流速等因素有关。一般说来， 流速越慢，层析柱越长时，吸附率越高，实际应用时可采用适当增加柱长及重 四川大学硕士学位论文 复过柱吸附等方法使吸附尽可能地完全。但活性炭吸附法提取的总姜黄素含量 和转移率都较低，因为活性炭对总姜黄素吸附能力太强不易洗脱，文献报道用 碱性丙酮沈脱，但在碱性条件下总姜黄素易分解，加碱量不易控制。 2 5 渗漉法 渗漉法是将姜黄粉碎过3 0 目筛，按固液比1 ：0 7 ( 重量比) 用8 5 的乙醇浸泡 o 5 h 后装入渗漉器( 边装边压以免产生裂隙或气泡) ，并注入足量乙醇浸泡6 h ，然 后以3 m l m i n 的流速进行渗漉，直至流出液接近无色为止。本法可将姜粒进行挥 发油的提取，并根据其各有效部位的不同性质进行有效提取，综合利用了药材。 不过设备专一性较强，且分离效率及提取率的波动性较大。 2 6 超声场法 由于姜黄素与姜黄中的淀粉吸附紧密，采用普通静止浸取方法难以获得理 想的效果。秦炜等1 1 6 1 在采用传统的浸取方法提取时使用了超声。由于超声场“界 面效应”使界面不断更新，加快传质速率，缩短浸取时间，过程得以强化。而 超声场的“聚能效应”可能改变浸取液的热力学平衡条件，从而提高姜黄素的 浸出率。 3 姜黄素及其制剂的稳定性 9 1 姜黄素在中性介质中不稳定，分解产生香草醛，阿魏酸和阿魏酰甲烷在 7 1 4 的磷酸盐缓冲液中，2 5 p m o l l 0 的姜黄素很快降解，4 2 6 n m 处的吸收值5 m i n 后降低约5 0 ，1 0 m i n 后只剩1 0 ，最后溶液变成无色的。降低值可显著增加姜 黄素的稳定性，如在p h 6 1 5 的磷酸盐缓冲液中，放置3 0m i n 吸收值无改变。 谭俊【17 1 等研究发现在常温下( 2 5 0 c ) 姜黄素注射液的半衰期为1 3 5 年，有效 期为0 2 年；姜黄素片剂的半衰期为1 9 2 年，有效期为0 2 9 年，作者认为不宜把 姜黄素制成注射液和片剂。而制成胶囊姜黄素稳定性提高，半衰期延长为7 1 2 年，有效期为1 0 8 年。 4 四川大学硕士学位论文 4 姜黄素的药理活性【l 9 ，1 8 。2 5 】 姜黄素是姜黄的主要成分，姜黄是姜科植物c u r c u m i n al o n g al i n n 的根茎， 在中药中属于活血药，始载于新修本草，具性气滞、散风活血而止痛之功效， 常用于利胆、消炎、抗菌等治疗。姜黄素也是咖喱、芥末中的主要黄色色素， 属于天然酚类抗氧化剂，是常用的调料及食用色素，并且有着众多的生理和药 理活性：抗癌( a n t i c a n t e r ) 、抗氧化( a n t i o x i d a t i o n ) 、抗炎( a n t i i n f l a m m a t o r y ) 、抗风 湿( a n t i a r t h r i t i c ) 、抗高血压( a n t i h y p e r t e n s i v e ) 、抗胆固醇( a n t i h y p e r c h o l e s t e r o l e m i c ) 、 抗凝血剂( a n t i c o a g u l a n t ) 、镇痛( a n a l g e s i c ) 等。姜黄素药理作用广泛，主要特性为 抗癌、抗氧化、和抗炎。现对姜黄素的药理活性综述如下： 4 1 姜黄素的抗肿瘤作用及作用机制 4 1 1 姜黄素的抗肿瘤作用 1 9 8 5 年，印度k u t t a n e 2 6 1 首次提出姜黄和姜黄素具有抗肿瘤特性，发现姜黄 提取物和姜黄素明显抑制c h 0 细胞的生长。姜黄素抗肿瘤作用的研究长期以来 主要集中在肿瘤的化学预防方面，美国n c i 已经将其列为第三代防癌药来进行 研究。自2 0 世纪9 0 年代中期以来，有关研究表明姜黄素可以用于预防和治疗肿 瘤，对多种肿瘤细胞的产生、增殖、转移均具有抑制作用，如直肠癌、结肠癌、 乳腺癌、肝癌、前列腺癌、胃癌、皮肤癌、白血病等。直接抗癌活性主要机制 在于抑制癌细胞增殖，诱导癌细胞凋亡，改变细胞受体连接、阻断细胞内信号 反应等。 近年来，对姜黄素抗癌作用的实验研究表明，姜黄素可抑制体内、外肿瘤 细胞的生长【2 6 7 1 ，且抗癌谱广，毒副作用小，可作为抗突变剂以及抗促癌剂， 美国国立肿瘤所己将其列为第三代癌化学预防药 2 8 , 2 9 j ，姜黄素是一种具有良好 应用前景的抗癌新药，其多方面的抗癌机理成为研究热点。有多项研究结果表 明，姜黄素是一种无毒安全有潜在抗癌活性的药物。 直肠癌是西方社会导致死亡的一种癌症。在美国，每年超过5 6 0 0 0 的直肠癌 病人死于该病。d p c h 肌c h 舭等研究1 3 0 】表明，姜黄素可以阻止宣肠癌细胞d n a 的错配修复，姜黄素可以阻碍致癌因素的侵袭，姜黄素通过抑制细胞色素p 4 5 0 酶的活性和提高谷胱甘肽转化酶的活性来达到其抗癌作用。h pc i o l i n o 等【3 l 】研究 四川大学硕t 学位论文 表明，致癌因素作用下的人m c f 7 细胞( 血管内皮细胞) 在姜黄素的作用下，可 引起m c f 7 细胞a h r 受体表达增加和细胞色素p 4 5 0 l a i mr n a 表达增加。 姜黄素对结肠癌发生、发展的各个阶段均有抑制作用。k a w a m o r i 等【3 2 】用雄 性f 3 4 4 d x 鼠进行了姜黄素抑制结肠癌的实验研究，发现在致癌物质处理前、处 理同时以及处理后给予姜黄素都可以抑制肿瘤的发生、发展。在肿瘤开始及开 始后阶段在食物中掺入0 2 的姜黄素就能明显抑制结肠癌，给予0 2 和0 6 的 姜黄素则可强烈抑制发展阶段的结肠非侵入性腺体增生和侵入性腺体增生。 c h e n 等l 乃j 发现姜黄素将细胞阻断在s 2 g 2 m 阶段，阻止其进入细胞循环周期的 下一步，引起细胞凋亡。g o e l 3 4 j 认为c o x 2 2 对结肠癌的发生具有重要作用，姜 黄素的作用机制就是显著抑$ i j m r n a 及c o x 2 2 的蛋白表达。 n o 已被证实会造成重要生物分子的损伤，而疾病中过量n o 的生成具有致 癌作用，导致肿瘤恶化。乳腺癌的发生就与n o 有密切的联系，o n o d a 等【3 5 】认为 姜黄素抑制乳腺癌的一个方面就是减少自由基。实验发现，在培养系统中加入 脂多糖( l p s ) 后n o 的生成大量增加( 约增加2 0 倍) ，但加入姜黄素3 0 m m o l l d 和 1 0 0 m m o l l 。1 后这种增加分别降低为7 6 和5 6 ，而去除l p s 后姜黄素不再抑制 n o 产生。证明姜黄素可以抑带f l p s 导致的n o 生成增加，从而抑制乳腺癌。另 有研究表明，姜黄素抗乳腺癌的机制是抑制乳腺上皮细胞和乳腺癌细胞中端粒 酶的活性，而乳腺癌细胞对姜黄素的敏感性l i s - 孚l 腺上皮细胞高3 5 倍。 实验证实，姜黄素具有体外抑制肝癌细胞的作用，可以显著抑制肝脏腺癌 细胞c l l 5 的入侵。c h e n 等m j 发现它可以抑制某些与入侵相关的基因的表达， 包括基质金属蛋白酶1 4 ( m m p l 4 ) ，神经元细胞结合分子，以及整合素a l p h a 6 和 a l p h a 4 ；且可在m r n a 和蛋白水平上降低m m p l 4 的表达和m m p l 2 的活性。但 有研究表明姜黄素在体内无抑制肝癌细胞的作用，仅能延长机体的存活时间。 其体内外作用机制的差异有待进一步研究。 d o r a i 等研列h 表明，c l l r 能抑制细胞增生，诱导细胞凋亡，抑制血管生成。 将人前列腺癌i n c a p 细胞接种于小鼠，实验组给予混合有2 姜黄素的食物至 少6 星期以上，结果表明，实验组较对照组存活率有显著性差异。 n a g a b h u s h a n 等研烈3 3 】表明，姜黄素本身无诱变性，在有s 9 存在下，能够 抑制烟草、苯骈芘、二甲基苯并蒽等多种诱变剂对t a 9 8 、t a l 0 0 的诱变性，且 6 四川大学硕士学位论文 有剂量依赖性。 h u a l l g 等研究1 3 州表明c u r 可以抑制苯骈芘、二甲基苯并蒽诱发的小鼠皮肤肿 瘤的发生。并发现c u r 可抑制由苯骈芘诱导的小鼠前胃癌和n 乙基n 硝基- n y 亚硝基服诱导的十二指肠癌及氧化偶氮甲烷诱导的直肠癌的发生。 姜黄素与抗癌药顺铂合用能显著提高其抗肿瘤效果，尤其是二者协同治疗 纤维肉瘤【3 3 1 。单用顺铂治疗，能降低实验动物体内一些促肿瘤生成酶，如转氨酶、 乳酸脱氢酶、y 谷氨酰胺转肽酶、碱性磷酸脂酶及5 核蛋白质分解酵素的水平， 但不能达到正常指标。而当姜黄素与顺铂合用时能将这些酶的水平恢复到正常。 由此，姜黄素与顺铂的复合制剂在治疗诸如纤维肉瘤等肿瘤中，必将显示其实际 应用价值。 4 1 2 姜黄素的抗肿瘤作用机制【1 ，5 ，l s 】 诱导肿瘤细胞凋亡：j i a n g 等研究1 4 1 】表明，用姜黄素处理人肝癌细胞 h e p g 2 ，并不引起b e l - 2 和b a x 蛋白表达的改变，但可导致p 5 3 蛋白和c m y c 蛋白 表达水平的改变。姜黄素处理细胞后，p 5 3 蛋白水平缓慢升高，达峰值后又急剧 下降。而c m y c 蛋白开始时是降低的，于凋亡发生前又增加。推测p 5 3 和c m y c 在h e p g 2 细胞的凋亡过程中起重要作用。 诱导肿瘤细胞分化作用：姜黄素本身诱导分化作用较弱，但当同时存在 全反式维甲酸，l ，2 - 2 5 ( o h ) 维生素d 3 等分化剂时，则表现较强的协同诱导细胞 分化作用 4 2 j 。联合运用全反式维甲酸和姜黄素刺激细胞主要朝粒系分化，而联 用维生素d 3 及姜黄素则刺激细胞向单核系分化。同时，细胞周期动力学显示， 与单用全反式维甲酸或姜黄素相比，合用两者处理h t - 6 0 细胞4 8 h 或9 6 h ，能减 少s 期细胞数，增力i g 0 g 1 期细胞数，有效阻断细胞周期进程【4 3 1 。s o k o i o s k ij a s h y a m k 等1 4 4 j 研究发现，姜黄素对h l 6 0 细胞无明显分化作用，但姜黄素可明显 增强由低剂量维生素d 3 诱导的分化作用，并伴有对转录因子n f k b 的明显抑制。 另外姜黄素也可增强维生素d 对h l - 6 0 细胞的诱导分化作用。 正常细胞通过各种细胞间隙连接装置相互传递胚胎发育、细胞分化等生长 调控信息，而相邻表面的接触抑制，限制了细胞无休止繁殖，使其由增殖态转向 分化态，故间隙连接介导的细胞间通讯在细胞分化中起重要作用。姜黄素能够 7 四川大学硕士学位论文 增强细胞间通讯传递，使细胞协调生长，防止继续增殖，诱使其进入分化，由此 发挥抗癌效应。 对肿瘤细胞的抑制作用：姜黄素对肿瘤的抑制作用既可始于肿瘤初始形 成阶段，又可发生在肿瘤进展期。姜黄素对进展期肿瘤的抑制效应与其抗炎、 抗氧化特性有关。它既可降低脂质过氧化酶l o x 、环过氧化酶c o x 及抑制花生 四烯酸a a 代谢，又有强大的抗氧化能力，能清除a a 代谢生成的活性氧自由基， 由此发挥抑瘤作用【4 5 】。此外，姜黄素对原癌基因表达的抑制在十四烷大戟二萜 醇1 3 醋酸盐( t p a ) 诱导的肿瘤进展阶段也有一定作用。它可能通过对c f o s 、c - j u n 及c m y c 原癌基因表达的调控来实现对t p a 引发的肿瘤进展期的抑制。对肿瘤初 始形成阶段的抑制效应可能与姜黄素的抗诱变作用有关。姜黄素本身为非诱变 剂，具有抗间接致突变物二氨基芴的致突变作用，且此作用与姜黄素结构中 的p o h 基因的抗氧化性密不可分。 抗侵袭转移作用：t h a l o o r 研究m 】姜黄素对脐静脉内皮细胞增殖的影响， 姜黄素对人脐静脉内皮细胞的血管形成呈剂量依赖性抑制作用，并使已形成的 血管破裂。进一步的研究表明，用姜黄素处理的人脐静脉内皮细胞上清液中， 具明胶分解活性的5 3 国a 和7 2 k d a 金属蛋白酶含量降低。 抗氧化损伤：l i n 4 7 和s h i n 等【4 8 】研究证实姜黄素能抑制致癌剂乙酸肉豆蔻 佛波醇的诱变致癌作用。n i h 3 t 3 用乙酸肉豆蔻佛波醇处理后3 0 m i n 内，黄嘌呤氧 化酶活性升到1 8 倍，其催化反应生成活性氧增多。同时给予2 m o l l 姜黄素和 1 0 0 n g m 1 7 , 酸肉豆蔻佛波醇组的黄嘌呤氧化酶活性比单独给1 0 0 n g m l 酸肉豆 蔻佛波醇组的降1 k 毛2 2 7 ，证实姜黄水提液1 0 0 n g m l 具有保护d n a 免受过氧化 损伤的作用，其抑制率 8 0 s h a r m a 等【4 9 】研究姜黄素与结肠癌化学预防的关系时 发现，添加2 姜黄素的饲料可增加肝细胞中谷胱甘肽s 转移酶( g s t ) 活性，降低 结肠癌中丙二醛与d n a ) j i 合物m ( 1 ) g ( 反映内源性脂质过氧化) 的含量，且食物中 的姜黄素可抑制四氯化碳引起的m ( 1 ) g 的增加。g s t 在脂质过氧化物的解毒中 起主要作用，姜黄素对其活性有调节作用，这可能是姜黄素抗癌作用的机制之 一o 抗n o 作用：来源于l 2 精氨酸的n o 及其生成物，如过氧化硝酸盐和n 0 2 的过度表达可能与肿瘤的发生和发展有关。s u r h 等( 5 0 】发现核转录因子n f 2 k a p p a 四j 1 1 7 学硕上学位论文 b y u c o x 2 2 与i n o s 表达有关。姜黄素可通过阻碍n f 2 k b 的激活来抑$ j j c o x 2 2 和 n o 合酶的表达。o n o d a 5 1 1 等报道，姜黄素抑制脂多糖( l p s ) 激活的大鼠体外培 养的乳腺i n 0 s 的活性，并可清除由n o c l 2 产生的n o 。 抗亚硝化作用1 2 l 】：n a g a b h s h a n 等研究了姜黄素在p h 3 6 ，3 0 0 c 时对亚硝 酸纳使甲基脲亚硝化作用的影内，以监控没有代谢活性的伤寒沙门菌屑t a l 0 0 的突变性来检测亚硝化甲基脲的形成。结果显示姜黄素呈剂量依赖性减少亚硝 基化合物的形成。姜黄素主要是通过与亚硝酸根结合从而去除亚硝酸根，且有 时间、剂量依赖性，因此姜黄素和亚硝化合物前体要同时应用。提前或推后使 用则对亚硝基脲的诱变性无抑制作用。亚硝胺类化合物是很强的致癌剂，几乎 能引发各种脏据与组织的肿瘤，且为无需活化的直接致癌物，广泛存在于自然 界中。姜黄紊的抗亚硝化作用，通过使亚硝酸报失去作用、减少亚硝酸类化合 物的形成从而发挥防癌作用。 4 2 姜黄紊的抗氧化作用及作用机, l i t l 8 , 2 3 , 5 2 4 2 1 姜黄素的抗氧化作用 姜黄素的化学结构持点是同一分子结构中同时具有酚及二酮结构，酚性羟 基可以捕获或清除自由基。m a s u d a 等发现姜黄素捕获自由基后经过氧化反应后 会生成诸多产物，三个主要成分为香兰醛、阿魏酸和姜黄素的二聚体，该二聚 体具有稳定的二氢呋喃结构，在姜黄素的抗氧化过程中起重要作用。多项研究 报道姜黄素不仅能抑制超氧阴离子、过氧化氢、一氧化氮等多种自由基的产生， 对其亦有很强的清除能力，能抑制过氧化氢等自由基对机体多种组织、细胞的 损伤。亦有报道姜黄素能增加机体血液及组织中各种抗氧化酶如铜锌超氧化物 歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶、葡萄糖6 磷酸 酶等的活性，从而有效地清除各种自由基，减少过氧物酶体、硫巴比土酸盐 ( t b a r s ) 等的产生，减轻氧化应激反应【5 3 】。另外，罗芳等嘲3 的研究提示姜黄素 预处理对大鼠感染性脑水肿具有保护作用，机制可能与其抗脂质过氧化、抑制 细胞因子的过度产生、诱导或加强h s p 7 0 的表达有关 m o t t e r i n i 等【5 5 】研究表明，姜黄素具有体内体外抗氧化活性。血管内皮细胞 在姜黄素溶液( 5 1 5 u m ) 中，其h o i m r n a 蛋白表达及血红素氧化活性都显著性 9 四川大学硕士学位论文 增加，并呈剂量依赖性。低氧状态下研究亦表明可显著性提高血红家的氧化活 性。提示姜黄素使一种潜在的血管内皮细胞h o 1 诱导剂，可增加血红素氧化酶 活性，具有抗氧化作用。p h a n 等【5 6 1 研究表明姜黄素在氧化酶诱导的人皮肤细胞 体外实验中，1 0 u g m l 姜黄素对人皮肤角细) j 包对h 2 0 2 有显著性保护作用，2 5 u g m l 姜黄素对人皮肤成纤维细胞有显著性保护作用。， 4 2 2 姜黄素的抗氧化作用机制【5 2 】 最近，姜黄素的抗氧化机理成为许多自由基化学家和生物学家研究的焦点 5 7 - 6 1 1 。姜黄素有两个活性部位，一个是酚羟基单元，另一个是b 二酮单元，哪 一个单元在生物抗氧化中起主要作用，一直有争论，一些关于姜黄素的理论计 算也加入这一问题的讨论中，d f t ( d e n s i t yf u n c t i o nt h e o r y ) 理论计算表明，姜黄 素有两种构型( 见f i g u r e 4 ，p 2 7 ) ，其中姜黄素的烯醇式比b 二酮式具有更高的稳 定性【删。 j a v a n o v i c 等【弱j 提出d 。二酮单元中c h 2 基团的c h 健能非常弱，c h 健断裂后 不成对电子可以在两个邻近的氧原子和碳原子之间离域，因此姜黄素可以作为 一个重要的氢给体。主要证据来自他们采用激光闪光光解和脉冲辐射技术比较 了姜黄素和“半个姜黄素”脱氢姜黄酮( 4 ( 4 h y d r o x y 3 m e t h o x y l p h e n y l ) 3 b u t e n - 2 一o n e ) 甲基自由基及叔丁氧基自由基的反应速率常数。在p h 为3 7 时，姜黄素主 要以酮的形式存在( 姜黄素的p k a l 为8 5 5 ，p k a 2 为1 0 4 1 ) 作为重要的氢给体，在 4 0 的d m s o 水溶液与甲基自由基的反应速率常数为3 5x1 0 9 m o s1 在m e c n 中与叔丁氧基自由基的反应速率常数为7 5 1 0 9 m js 1 。而只含有一个酚羟基活 性部位的d h z 不与甲基自由基反应，而与叔丁氧基自由基的反应速率常数为1 1 1 0 9 m “s ，仅为姜黄素与与叔丁氧基自由基反应速率常数的1 5 。j a v a n o v i c 等据此得出姜黄素在p h 为3 7 时作为氢供体，其主要活性部位在b 二酮单元。 另一方面，自由基化学家b a r c l a y ”】通过研究苯乙烯在氯苯溶液中的过氧 化，比较姜黄素及其衍生物二甲基姜黄素的抗氧化活性，证明姜黄素是一个典 型的链断型抗氧化剂，并且h 原子主要来自酚羟基而不是b 二酮单元上的c h 2 基团。p r i y a d a r s i n i t 5 7 垮最近研究指出，姜黄素和二甲基姜黄素抑制射线引起的 老鼠肝脏线粒体脂质过氧化时，酚羟基是姜黄素抗氧化的活性中心部位；在清 1 0 四川大学硕士学位论文 除自由基d p p h ( 2 ，2 - d i p h e n y l - 1 p i c r y h y l d r a z y l ) 的试验中也有同样的结果。d f t 理 论计算【6 0 1 表明o h 化学键裂解含变( b d e ，b o n dd i s s o c i a t i o ne n t h a l p y ) 为 8 2 3 2 k c a m o l ，比b 二酮的c - h 的b d e ，8 7 3 6 k c a m o l ，低5 4 k c a m o l 。这说明， h 原子更容易从酚羟基上断裂，同时也指出【6 1 1 ，姜黄素的抗氧化活性的发生部 位是与反应中进攻的自由基及反应介质有密切关系。 在b a r c l a y 和m u k a i 发表姜黄素从酚羟基给氢的观点后，j a v a n o v i c 等1 6 2 采用 激光闪光光解和脉冲辐射技术研究了姜黄素自由基和甲基化的姜黄素自由基的 性质，发现姜黄素自由基的衰减不受氧浓度的影响( k 4 0 0 c e 时稳定性较差 光室内散射光对其影响较小，阳光照射颜色明显变浅，但在p h 为9 1i 或与食 品油混合后颜色变化不明显 盐吸光度无变化 柠檬酸吸收峰有一定程度的降低，且浓度越大吸光度降低越多，溶液颜色变浅 维生素c吸收峰明显降低，且随浓度增加吸光度值减小，溶液颜色无明显变化 蔗糖吸光度随蔗糖浓度增加而增加，但变化不大，有一定的耐糖性 苯甲酸钠吸收峰有一定程度的增大，且浓度越大吸光度值增大，溶液颜色加深 金属离子z n 2 + 对其的影响不大。a p + 、f e 3 + 、c u 2 + 等离子易形成螫合物导致变色 四川大学硕士学位论文 姜黄素作为食品添加剂，性质稳定与否、受何种因素影响直接关系到其在 生产中的应用。影响姜黄素稳定性的因素见表l 【3 1 ，由表可知，姜黄素水溶液 色泽鲜亮，具有耐盐、耐糖等优点，可适用于咸、甜、酸食品的加工。在食品 允许的含量内添加一定的苯甲酸钠有助于姜黄素着色。但在保存过程中应避免 光的直接照射以及使用铁剂容器。 2 姜黄素的化学合成研究进展【4 1 据报道，在1 8 7 0 年就分离纯化得到了姜黄素，但直到1 9 1 0 年l a m p 等才阐明 其结构。姜黄素的合成刚开始用香兰素( v a n i l l i n ) 作为起始原料，经八步化学反 应全合成确证，但收率极低，无实用价值【卯。1 9 3 7 年，p a v o l i n i 等 6 1 将香兰素、 乙酰丙酮、三氧化二硼按2 ：1 ：2 的投料比加热反应3 0 分钟，一步反应得到姜黄素， 收率为1 0 。p a b o n 掣。7 】在1 9 6 4 年改进t p a v o l i n i 的方法，使产率提高了8 0 。此 外，k a s h i m a 掣8 j 报道了用2 ，3 ，5 三甲异恶唑与姜黄素缩合反应也可得到姜黄素。 但大多数化学工作者都采用p a b o n 的方法合成姜黄素及天然类似物。1 9 9 4 年， b a b u 掣9 】进一步改进合成工艺，使产物容易纯化。s h a o 等【1 0 】在2 0 0 6 年报道采用 固相法合成了不对称的姜黄素。 3 姜黄素的构效关系( s a r ) 研究进展【4 ，1 0 j 3 】 姜黄素是一个有两个酚基团、两个a ，b 不饱酮双键、一个1 3 - 二酮和一个中 心活性亚甲基组成的对称结构分予。相关的构效关系研究表明： ( 1 ) 、姜黄素的酚环结构对其抗氧化性是必要的【l l ，1 5 7 1 ，酚部分的阻碍会使 其抗氧活性下降，而甲氧基对其抗氧活性影响不大。然而，其他的研究却认为， 姜黄素的b 二酮部分的亚甲基对其抗氧活性是很重要的【1 8 】。最近，有研究表明， 中心活性氢和两个活性酚羟基也许都影响抗氧化活性，这依赖于反应条件【1 9 1 。 两个酚的部分和一个亚甲基部分是连接生物分子的潜在连接点【1 1 】。酚羟基或活 性亚甲基部分的结构修饰可以加强其生物活性，包括第二阶段解毒酶的诱导和 h i v - i 整合酶的抑制【2 0 ，2 1 1 ，芳( 杂) 环可以是苯、萘、吡啶、呋喃、噻吩、吡咯等。 环上取代基的种类及性质影响其活性和药物运转。苯环和对位的o h