乙醇体系中金属离子催化转化人参皂苷Rb1的研究
引用本文:曹波岩，徐丝瑜，李冠亨，等. 乙醇体系中金属离子催化转化人参皂苷Rb1的研究[J]. 化学试剂, 2024, 46(4):88-93.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0757
背景介绍
人参（Panax ginseng C. A. Mey）属于五加科（Araliaceae）人参属（Panax），是多年生的草本植物，与灵芝，阿胶并称为“中药国宝”。人参属药材中的主要药用成分是人参皂苷。人参皂苷（Ginsenoside）是一种固醇类的化合物，其在结构上属于三萜类皂苷，是由苷元和糖相连而形成的糖苷类化合物。根据其糖苷配基结构的不同，可以分为人参二醇类皂苷和人参三醇类皂苷。人参皂苷Rg3、Rk1、Rg5是3种人参三醇类皂苷，经研究表明，其有多种药用价值，如抗肿瘤转移复发、抗接触性皮炎、抗肝脏热缺血再灌注损伤和降血糖等作用。
文章亮点
1.以人参皂苷Rb1为底物，筛选出有催化作用的金属离子，并利用其催化人参皂苷Rb1转化为稀有人参皂苷Rg3、Rk1、Rg5；
2.为稀有人参皂苷的制备分离提供了一种新方法。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 标准品溶液的制备
精准称取2 mg人参皂苷Rg3，溶解于1 mL色谱甲醇中，摇匀即得浓度为2 mg/mL的标准品溶液备用，高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）分析前使用0.22 μm滤膜过滤。
1.2.2 金属离子筛选
用不同种类的金属离子溶液与1% Rb1的底物溶液（溶剂为50%乙醇水溶液）等比例混合后，在45℃条件下反应18 h，然后用水饱和正丁醇终止反应，进行薄层层析法（Thin Layer Chromatography，TLC）检测，最后分析反应结果，确定能够催化人参皂苷Rb1的金属离子。
2 结果与讨论
2.1 金属离子对人参皂苷Rb1的催化效果
通过图1可明显看出Al3+之后的金属离子溶液基本上与人参皂苷Rb1不发生反应，Nb5+，W6+，Zr4+，Mo5+，Ti4+，Ta5+，Ru3+，Fe2(SO4)3，FeBr3，Fe(NO3)3·9H2O，FeCl3，V3+和Fe2+彻底水解Rb1，产物主要为Rg3，Cr3+有反应现象，但是底物水解不彻底，只有少量产物生成，Al3+，Cu2+，Cu+，Ni2+，Co2+，Zn2+，Cd2+，Mn2+，CdI2，CdBr2·4H2O，Y3+，Ca2+，NaCl，NaBr，KBr和KCl没有任何催化效果，底物不发生降解反应，没有产物生成。
2.2 50%乙醇水溶液体系中反应条件的优化结果
经过TLC和HPLC分析检测后绘制折线图，以生成物含量为主，底物剩余量为辅，进行最优条件的确定。
由图2a可知，在温度升过高过程中，反应底物Rb1也在不断地分解，当温度达到40℃时底物Rb1已被完全的分解，此时产物量最多为63%，故将反应温度定为40℃。
2.3 无水乙醇体系中反应条件的优化结果
经过TLC和HPLC分析检测后绘制折线图，以生成物含量为主，底物剩余量为辅，进行最优条件的确定。
2.4 高效液相色谱对催化产物的检测结果
根据图4、图5可知，50%乙醇水溶液体系中的产物主要为未知产物1（31.58%）、未知产物2（15.78%）、20(S)-Rg3（16.89%）、20(R)-Rg3（14.68%）、Rk1（4.35%）和Rg5（6.43%）；无水乙醇体系中产物主要为20(S)-Rg3（20.19%）、20(R)-Rg3（15.36%）、Rk1（16.19%）和Rg5（40.48%）。
2.5 核磁共振技术对Nb5+催化人参皂苷Rb1反应产物的测定结果
为了进一步分析未知产物1和未知产物2，将50%乙醇水溶液体系的催化反应产物进行分离纯化，并利用核磁技术分析其结构，并画出其构型图。
2.6 铌离子催化人参皂苷Rb1的途径
根据2.4中的HPLC检测和2.5中的核磁图谱检测，有以下推论：Nb5+可能与12-C发生配位结合，使20-C上的糖苷键被水解。
3 结论
本实验通过对不同金属离子的催化效果的研究，表明能够催化人参皂苷Rb1转化的金属元素大多位于元素周期表的ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和第Ⅷ族的元素中。在无水乙醇体系中，最佳反应条件下，产物得率达到49.45%。在有水乙醇体系中，最佳反应条件下，产物得率达到18.29%。并推测金属离子催化过程可能是通过配位机制实现的，即金属离子通过配位机制，直接从Rb1的C-20根部将糖链降解而生成了Rg3(S,R)，并在同一时间发生β消除反应而生成了Rk1和Rg5。而25-OH-Rg3的产生是在Rg3(S,R)的量积累到一定程度后，Rg3(S,R)分子结构上C-24和C-25之间的双键发生水合加成反应而生成的。此发现也为稀有人参皂苷的制备分离提供了一种新方法。
