采用LC-ESI-MSn分离、鉴定和定量芒草茎叶中潜在的平台化合物羟基肉桂酸外文翻译资料

 2022-11-13 05:11

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采用LC-ESI-MSn分离、鉴定和定量芒草茎叶中潜在的平台化合物羟基肉桂酸

摘要:

芒草是一种平台化学品和发酵乙醇的来源,茎和叶中桂皮酸盐类采用LC-ESI-MSn分析。游离的酚用色谱提取和分离。用UV和LC-ESI-MSn辨认超过20种的同分异构体。比较LC-MS研究叶提取物鉴定出的咖啡酰喹啉酸同分异构体(3-CQA, 4-CQA and5-CQA),O-阿魏酰奎尼酸(3-FQA, 4-FQA and 5-FQA) 和肉桂酰奎尼酸(3-pCoQA and5-pCoQA),除了3-pCoQA,都在茎有发现。5-CQA在叶中占主导地位;扁桃腈-咖啡酰喹啉酸在茎中占主导地位。在目标MS2实验中,三个小叶子成分被破碎模式区分为二脱酰奎尼酸异构体。其他人(Mr 516)初步鉴定为槲皮素咖啡酰喹啉。次要成分的O-咖啡酰莽草酸的三个位置异构体。对羟基苯甲醛是茎的主要成分。这是第一次对芒草叶片和茎中羟基肉桂酸分析报告。

关键字:芒草的茎、叶组织 羟基肉桂酸 UV LC-ESI-MSn 高价值化学品

1.简介

社会要求更多的绿色化学品,这需要可持续的来源。在作物中高价值成分识别可以帮助增加其在生物炼制的价值链,类似于石油工业。目前对全球变暖和化石燃料枯竭的担忧激发了对开发使用可持续和碳中和原料的清洁技术的发展(Alonso et al., 2010; Sims et al., 2006)。芒草是一种多年生草本植物,原产在热带和全世界亚热带地区(Lewandowski et al., 2000)。在不同气候区域的东亚,不同芒属的物种已经确定(Lewandowski et al., 2000)。物种芒草(M. giganteus)是芒草和芒草之间的杂交产生的大型多年生杂种。据报道这是一种地下茎采用C4合成途径的禾草,有特别高的生物量潜力与高输出的能量比(Clifton-Brown et al.,2008)。生物质是潜在的可再生能源,主要来源包括从植物中获得的所有有机材料(包括藻类、树木和农作物)(McKendry, 2002)。生物质的消化,燃烧或分解释放化学能, 除了提供能源之外,生物质原料还是商业上重要的化学物质的来源,并且可以减少对石油化学产品的依赖。

在单子叶植物和双子叶植物中,植物酚类化合物是普遍存在的次生代谢产物(Crozier et al.,2006; Lattanzio et al., 1994; Parveen et al., 2010; Ribeacute;reau-Gayon,1968)。这些通过复杂的不可逆生物合成来合成途径(即苯丙素和莽草酸通路)经常提供给植物保护,防止食草,微生物病原体入侵,无脊椎动物害虫和环境胁迫(Crozier et al., 2006; Lattanzio et al., 1994; Nicholson, 1992;Parveen et al., 2010; Ribeacute;reau-Gayon, 1968)。羟基肉桂酸及其衍生物一族,称为苯丙素,是分布最广泛的天然—产生的化合物(Crozier et al., 2006; Parveen et al.,2010; Ribeacute;reau-Gayon, 1968)。这些化合物的特点由C3-C6的碳骨架组成(Crozier et al., 2006; Parveen et al.,2010)。在高等植物中,它们发现浓度高,主要由阿魏酸,咖啡因,对香豆酸组成,而辛酸和3,4-二甲氧基肉桂酸则较少遇到(Crozier et al., 2006; Parveen et al., 2010;Ribeacute;reau-Gayon,1968)。在本质上,肉桂酸通常发生在反式几何异构体中,大多数是酯的形式,最常见的是5-O-咖啡酰奎尼酸(5-CQA)(Crozier et al.,2006; Parveen et al., 2010; Ribeacute;reau-Gayon, 1968)。羟基肉桂酸酸可以形成酯与苷,甘油,饱和长链醇、脂肪醇、脂肪羟基酸和氨基酸(Parveen et al., 2010)。在饲料作物,谷物,饮料和果蔬植物大量的羟基肉桂复合物被报道(Crozier et al., 2006; Lattanzio et al.,1994; Parveen et al., 2010; Ribeacute;reau-Gayon, 1968)。

目前对制药工业中植物酚(如羟基肉桂酸,羟基肉桂酸酯和类黄酮)潜力的兴趣很大(理想的性质包括抗氧化,抗菌,抗炎,抗癌,抗HIV,降胆固醇活性和预防 的血栓形成和动脉粥样硬化)(Galati and Orsquo;Brien, 2004; Machado et al., 2008;Ou and Kwok, 2004)。植物酚的其他属性对人类营养也有益(作为化学预防剂)(Hodek et al., 2009),在食品饮料行业(食品添加剂、防腐剂和香料代理)(Ou and Kwok, 2004),在化妆品行业(为保护皮肤的乳液,防晒霜,香水和头发面霜)(Ou and Kwok, 2004),在化学工业(平台化学品)((Corma et al., 2007))和农业(水果,蔬菜)(Crozier et al., 2006; Lattanzio et al., 1994; Parveenet al., 2010; Ribeacute;reau-Gayon, 1968)。

最近,高效液相色谱-电喷雾离子化-质谱(LC-ESI-MSn)已被用于表征许多植物物种中的咖啡酰基,肉桂酰基和阿魏酸酯共轭物(Clifford et al., 2008, 2007, 2006a,b,c,d, 2005;Clifford and Knight, 2004; Fang et al., 2002; Parveen et al., 2008)。芒属植物已被广泛研究,作为一种天然的生物燃料植物。然而,在化学上对芒属植物叶和茎中酚类化合物的组成却工作很少。这方面的知识将有助于确定其潜力,并利用其作为平台化学品的工业与热,生物与化学转化的来源。众所周知,化学成分影响生物质转化为能量和化学产品的效率。(Klinke et al.,2004)。特别地,存在于生物质中的可溶性酚可能是糖在乙醇生物技术转化中的限制因素(Klinke et al., 2004)。在本研究中,我们应用LC-ESI-MSn定量和定性地分析了芒草的叶和茎提取物中羟基肉桂酸共轭物和类黄酮。这里我们报告植物的茎和叶中羟基肉桂酸酯的组成。

2.结果与讨论

2.1.酚类物质的提取

从芒草鲜叶和茎的甲醇提取物中获得游离酚。通过HPLC初步筛选叶提取物(图1)发现约20中酚类成分具有紫外特征的形状和在(240–340 nm)紫外吸收的情况下,确定是典型的羟基肉桂酸类化合物(图2)。酚类化合物的质谱和保留时间与标准相比包括咖啡酸,邻香豆酸、对香豆酸、肉桂酸、阿魏酸和5 -咖啡酰奎尼酸的质谱和保留时间。缺乏数据标准,只能通过其亲本离子,紫外光谱,洗脱/保留时间和它们的光谱碎裂数据(MS2 / MS3)来分配咖啡酰,对-胡马酰和阿魏酰基偶联物。通过比较以前报道的光谱碎裂模式来鉴定奎宁酸结合物(Clifford et al., 2008, 2007, 2006a,b,c,d, 2005, 2003; Clifford and Knight, 2004; Fang et al., 2002; Parveen et al., 2008)。已经开发了HPLC-MSn方案,以通过分段模式(MS2和MS3)和断裂机制区分位置异构体(Clifford et al., 2008, 2005, 2003)。在缺乏标准的情况下,所有其他鉴定被认为是临时的。在反相HPLC分离后,通过在340nm的吸收来定量丰富的羟基肉桂酸酯。包括咖啡酰奎宁酯在叶片组织中最丰富的5-异构体的分数Pge;90%。在茎提取物中的羟基肉桂酸酯部分中以氰基化合物缀合的咖啡酰奎宁酸为主(表1)

图1芒草叶和茎提取物的HPLC色谱图

图2芒草中羟基肉桂酸酯的结构。

表1芒草叶片和茎中咖啡酰,对-香豆酰-和阿魏酰-共轭物的定量分析。

2.2.O-咖啡酰喹啉酸的表性(Mr 354)

酯化反应可以发生在位置1,3,4或5的奎尼酸部分,导致四种位置异构体,1-o-咖啡酰奎宁酸(1-CQA(1)),3-o-咖啡酰奎宁酸酸(3-CQA(2)),4-o-咖啡酰奎宁酸酸(4-CQA(3))和5-O-咖啡酰奎宁酸(5-CQA(4))。然而,1-酰基化异构体在高等植物中是罕见的(Crozieret al., 2006; Lattanzio et al., 1994; Parveen et al., 2010; Ribeacute;reau-Gayon, 1968)。保留时间和MS比较确定的真实的物质5-CQA(图2),其他位置异构体被分配在克利福德等人开发的结构诊断分层密钥的基础上(2008, 2006c,d, 2005),由相对于5-CQA的UV光谱和保留时间支持。对于次要组分,数据来自敏感和选择性片段靶向MSn实验(即选择离子监测)。

在叶和茎提取物中检测到三种咖啡酰奎宁酸(CQA),并根据碎片分配单酰化异构体3-CQA,4-CQA和5-CQA (Clifford et al., 2007, 2006a,b,c,d, 2005; Clifford and Knight,2004; Corma et al., 2007)。ESI-MS / MS中负离子模式下5-O-咖啡酰奎尼酸异构体的诊断断裂模式涉及咖啡酰和奎尼酸部分的裂解(Clifford et al., 2003)。以前有两个断裂途径在MS / MS中被提出(Clifford et al., 2003)。在正离子和负离子模式下使用ESI-MSn,三种位置异构体由于MS2和MS3中的离子的相对强度的差异而容易地彼此区分。在叶和茎提取物中,在5-45%水(0.1%甲酸)-甲醇梯度下,在C18反相柱上O-反式-咖啡酰奎宁酸按以下顺序洗脱:3-CQA,CQA,4-CQA。5-CQA是最丰富的咖啡酰奎宁酸,随后是4-CQA,而3-CQA作为次要组分存在。5-CQA的kmax为324nm,与3,4-二氧化肉桂酸发色团一致(表2)。在全MS负电离模式中的5-CQA的主要离子是m/z 353 [M-H]-和707 [2M-H]-碎片。m/z 353离子的碎裂产生MS2基峰m/z 191 [奎宁],随后在m/z 173 [奎尼酸- H2O] - ,127 [奎尼酸-H2O-HCO2H]- ,111[4-羟基环己-1,3-二烯-1-醇盐] 和93 [苯氧化物]。小m/z 179 [咖啡因]- 在MS2实验中鉴定出峰,其在片段化后产生碱基碎片离子m/z135 [咖啡酸盐→CO2] - 。这些数据与二羟基肉桂酸(咖啡酰基)单元一致(Parveen et al., 2008)。MS在完全正离子化模式下给出m/z 377 [M Na] ,355 [M H] ,337[M OH] 和163 [M H]奎宁酸] 。 分子离子m / z 355离子的MS2产生m/z 163,其进一步分裂以产生m/z 145 [M H-奎尼酸-H2O] 。此外,典型的断裂路径由羰基上的电离产生(Fang et al., 2002)。在181 [咖啡酸 H] 处观察到小的离子。

立体异构体是明显的,可能是咖啡酸的几何顺式/反式异构体(Clifford et al., 2008)。例如,在tR 19.5min(在两个级分中)的小峰在MS/MS负离子模式光谱中显示与5-CQA的那些相同的片段。这可以是1-CQA或顺式-5-CQA立体异构体,如两者所报道的片段与反式5-CQA相同(Clifford et al., 2008)。天然存在的酚类肉桂酸以反式构型存在,但暴露于紫外光引起光化学异构化为顺式构型(Clifford et al., 2008)。为了测试是否存在顺式异构体,将叶提取物分成两部分; 一个对照和一个暴露于UV光(254nm)30分钟。根据Clifford等人的观察,UV暴露的提取物的ESI-MS/MS分析显示在tR19.5分钟时峰的相对强度增加,并且在tR12.7分钟时峰的强度降低。(2008)。在水/乙腈/乙酸梯度下呈现更多的疏水性顺式-5-酰基异构体(Clifford et al., 2008)比反式异构体洗脱得晚;我们的数据显示在水/甲醇/甲酸梯度下类似的洗脱曲线。由于共洗脱峰的掩蔽,不可能测定顺式异构体的最大紫外吸收。 几何立体异构体不显着影响位置异构体的断裂,允许鉴定顺/反异构体(Clifford et al., 2008)。在茎部分中,具有tR11

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