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反式石竹烯的用途与合成方法

发布日期:2020/10/25 9:01:40

背景及概述[1][2]

反式石竹烯又称β-石竹烯,其异构体还有律草烯(α-石竹烯)、异石竹烯(γ-石竹烯),属于类双环倍半萜类化合物,天然存在于柠檬、园柚、肉豆蔻、胡椒、覆盆子、黑加仑、肉桂叶油、丁香叶油中。β-石竹烯具有许多生物活性,可以作为香味剂,同时具有局麻、抗炎、驱除蚊虫、抗焦虑和抑郁、镇咳和祛痰、镇痛和抗炎、细胞毒性等特性。

用途[2][3]

1.用作香料:中国国家标准化管理委员会规定反式石竹烯可以用作食品用天然香料。其乙酰化物也是一种香料,可用于香水中。如可利用反式石竹烯生产具有松香香型的芒果香精,其中各化合物的质量比例为:崁烯(0.28),β-蒎烯(2%),3-蒈烯(42%),月桂烯(14%),α-水芹烯(1.5%),γ-松油烯(1.2%),苯甲醛(5%),反式石竹烯(14%),巴伦西亚桔烯(0.02%),食用酒精或丙二醇(20%)。常温下混匀,制成的产品具有浓郁的松香型芒果果实香味。

2.局麻作用:对家兔静脉注射反式石竹烯,结膜囊给药(10~1000mg/L),能引起膜反射的刺激阈值随着给药量增加而递增。β-石竹烯的作用必须严格依赖环内双键结构。反式石竹烯的局麻作用在静脉给药后5min开始表现出来,在15min内迅速减弱和消失。

3.抗炎作用:反式石竹烯能够选择性抑制环氧合酶COX-2,起到非甾体抗炎药的效果,能够保护胃黏膜不受乙醇、强酸等致炎因子的损伤,同时不影响胃酸的分泌,起到抗炎和抗溃疡的作用。

4.治疗结肠炎:给雄性老鼠喂7天5%的葡聚糖硫酸钠,从而导致结肠炎。每天灌喂30和300 mg/kg的反式石竹烯溶液,同时灌喂葡聚糖硫酸钠溶液。在灌喂7天葡聚糖硫酸钠溶液后,测量小鼠的体重和结肠长度,并且评估组织的损害和髓过氧化物酶(MPO)活性以及血清和结肠中的炎症细胞因子。葡聚糖硫酸钠溶液破坏了结肠组织,增加了髓过氧化物酶的活性和炎性细胞因子,减轻了小鼠体重,缩短了结肠的长度。灌喂300 mg/kg 反式石竹烯后,明显抑制了结肠的缩短并且轻微地减轻了体重,也明显减轻了结肠炎症而且抑制了髓过氧化物酶的活性。同时反式石竹烯明显抑制了血清中IL-6蛋白(减少55%)和组织中的IL-6的 mRNA水平。说明反式石竹烯能改善由葡聚糖硫酸钠诱发的实验性结肠炎,在对预防和治疗结肠炎方面有用。

4.刺激作用:反式石竹烯氧化后对皮肤有较大刺激作用,容易导致皮肤过敏。反式石竹烯在空气中暴露10周后刺激性减弱。反式石竹烯的氧化物是中等强度的过敏原。此外,反式石竹烯是一种致敏剂,因为反式石竹烯的双键易被氧化形成过氧化物。

5.驱虫杀虫作用:由丁香油中提取出的β-石竹烯和经过臭氧化还原得到的石竹烯氧化物具有驱虫的作用。如可制备诱杀柑橘木虱的组合物,该组合物包括反式石竹烯、D-柠檬烯和芳樟醇,体积比为(1~3):(2~3):1,其含量分别为4.3~43μL/mL、4.3~43μL/mL、1.4~14μL/mL,其余为矿物油,该组合物在柑橘木虱密度高的情况下(九里香寄主)诱集数量可提高至25.1倍,在柑橘木虱密度低时(贡柑寄主)诱集数量也可提高至20.4倍,诱集效果明显,具有高效、环保、持效性等优点。

6.环保作用:反式石竹烯的二萜结构上含有两个双键很容易和臭氧反应,可以很好地去除空气中的臭氧。反式石竹烯可以和空气中的微粒形成容易被植物吸收的颗粒,起到净化空气的作用。和大多数单萜烯相比,反式石竹烯的吸附率较高。大部分单萜都没有反式石竹烯在与臭氧反应中的前体化合物倍半萜稳定,效果没有反式石竹烯好。

合成方法[4][5]

合成路径1:以(+)-六氢-3a-羟基-7a-甲基-1H-茚-1,5(6H)-二酮(A)为原料,NaBH4还原5位羰基得到B,再进行Mitsunobu反应脱水,用TMS-Im保护1位的羰基生成C,将C的3位羰基还原为羟基生成D,取代为对甲基苯磺酸烷基酯,并将1位羟基去保护生成E,强碱NaH作用重排成九元环化合物G,亲电加成,羟基缩合,得到J,Witting反应生成反式石竹烯(K)。

合成路径2:微生物催化合成

构建能够从乙酰辅酶A合成反式石竹烯的重组细胞。通过在大肠杆菌中共同表达来源于粪肠球菌的乙酰辅酶A酰基转基因/羟甲基戊二酰辅酶A还原酶基因,3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A合酶基因,来源于酒酿酵母的甲羟戊酸激酶基因,甲羟戊酸-5-磷酸激酶基因,甲羟戊酸-5-二磷酸脱羧酶基因。异戊烯焦磷酸异构酶基因,来源于北美冷杉的香叶酯二磷酸合成酶基因,来源于粗糙脉孢菌的法尼基焦磷酸和酶基因,来源于黄花蒿的反式石竹烯合酶基因,利用葡萄糖讲解中间产物乙酰辅酶A生物合成反式石竹烯。

主要参考资料

[1] 陈旭冰, 仝诚, 陈光勇. β-石竹烯的研究进展[J]. 山东化工, 2011, 40(7): 34-36.

[2] 乔飞,党志国,丛汉卿,松香型芒果香精及其应用,CN 201510012604,申请日2015.01.12

[3] 宋晓兵,彭埃天,程保平,一种用于诱杀柑橘木虱的组合物及其使用方法与应用,CN 201610016297,申请日2016.01.18

[4]杨建明,王晓璐,易晓华,聂庆娟,一种微生物催化合成β-石竹烯的方法及能够合成β-石竹烯的重组细胞,CN 201410332423,申请日2014.07.14

[5] 刘晓宇, 陈旭冰, 陈光勇. β-石竹烯及其衍生物的生物活性与合成研究进展[J]. 林产化学与工业, 2012, 32(1): 104-110.