АНТРАХИНОНЫ ЛИШАЙНИКА Xanthoria elegans, ПРОИЗРАСТАЮЩЕГО В УЗБЕКИСТАНЕ

АННОТАЦИЯ

В данной работе изучается состав антрахинонов лишайника Xanthoria elegans, собранного в горах Наманганской области, Узбекистан. После экстракции 70% этанолом несколько фракций растворителя подвергались хроматографическому разделению для выделения специфических антрахинонов. Первичные соединения были разделены с использованием колоничной хроматографии, и подтверждены ¹H ЯМР-спектроскопией. Наибольшее количество париетина (0,12% от сухой массы) было обнаружено вместе с эмодином, алоэ-эмодином и ксанторином. Различия в структурах этих соединений были объяснены наличием и расположением метильных и метоксизаместителей в ядре антрахинона. Каждое из этих соединений вносит свой вклад в химическое разнообразие метаболитов лишайника в среднеазиатских популяциях X. elegans и подчеркивает их возможное фармакологическое значение, поскольку природные антрахиноны обладают хорошо известными антимикробными, противовоспалительными и цитотоксическими эффектами.

ABSTRACT

This study examines the anthraquinone composition of the lichen Xanthoria elegans harvested from the mountains of Namangan region, Uzbekistan. Following extraction with 70% ethanol, several solvent fractions were subjected to chromatographic separation to isolate specific anthraquinones. The primary compounds were separated using elementary techniques and substantiated by ¹H NMR spectroscopy. The greatest quantity of parietin (0.12% of dry mass) was found together with emodin, aloe-emodin, and xanthorin. The differences in structures of these compounds were explained concerning the presence and location of methyl and methoxy substituents on the anthraquinone core. Each of these compounds adds to the chemical diversity of the metabolites of lichen in the Central Asian populations of X. elegans and emphasizes their possible pharmacological importance because natural anthraquinones have well-known antimicrobial, anti-inflammatory, and cytotoxic effects.

Ключевые слова: Xanthoria elegans, антрахиноны, париетин, ксанторин, эмодин, фаллакинол, телоцистин.

Keywords: Xanthoria elegans, anthraquinones, parietin, xanthorin, emodin, fallaсinol, teloschistin.

Введение. Антрахиноны — это группа органических соединений, относящихся к классу хинонов, которые встречаются в природе в растениях, грибах и лишайниках. Природные антрахиноны обладают разнообразной биологической активностью и низкой токсичностью. Антрахиноны используются в медицине как отхаркивающие, антибактериальные и противогрибковые средства. В народной медицине растения, содержащие антрахиноны, применяют для лечения осложнений кожных и инфекционных заболеваний.

Париетин — красновато-желтый, нерастворимый в воде антрахинон, являющийся основным пигментом лишайников [1], [2]. Париетин, помимо сильной активности против микробов, вирусов, раковых клеток и грибков, широко используется для снижения температуры, снятия воспалений, облегчения боли и заживления ран [3], [4], [5].

Эмодин — желтое порошкообразное вещество, нерастворимое в воде, растворимое в спирте, растворах карбоната натрия и аммиака, краснеющее в водных растворах щелочных металлов [6].

Лишайник X. elegans относится к семейству Teloschistaceae, роду Xanthoria, и представляет собой лишайник с разветвленным телом, которое растет, прикрепленное к субстрату, цвет которого варьируется от светло-зеленого до темно-красно-зеленого. Химический состав этого лишайника хорошо изучен. Однако химический состав лишайников зависит от почвенно-климатических условий, в которых они произрастают, а химические компоненты этой популяции лишайников, произрастающих в нашей стране, ранее не изучались. Целью наших исследований является изучение содержания антрахинона в лишайнике X. elegans, произрастающем в Наманганской области Республики Узбекистан, и сравнение его с литературными данными.

Материалы и методы исследования.

Лишайник X. elegans был собран в июле 2023 года в горной местности Республики Узбекистан. Образец (750 г) очищали, высушивали при температуре не выше 40°С и измельчали. Высушенный и измельченный образец экстрагировали 5 раз 70% этанолом (образец и растворитель в массовом соотношении 1:5). Экстракт упаривали под вакуумом для полного удаления растворителя. В результате было получено 127 г экстракта, который поместили на колонку с силикагелем и поочередно элюрировали растворителями гексаном, хлороформом, этил ацетатом, ацетоном и системой этил ацетат:метанол (1:1).

Гексановую фракцию (12 г) растворили в 100 мл хлороформа и добавили 1 мл 0,5 М водного раствора NaOH. Органический растворитель (хлороформ) отделили в делительной воронке и полностью выпарили растворитель. В результате было выделено 0,89 г порошкообразных кристаллов темно-морковного цвета, с температурой плавления 205°С, нерастворимы в воде и растворимы в хлороформе, бензоле и ацетоне.  Водную фазу отделили для дальнейших экспериментов по выделению жирных кислот.

Хлороформную фракцию (17 г) повторно хроматографировали на колонке (100x5 см), в качестве адсорбента взяли 85 г силикагеля (с массовым соотношением по фракции 5:1), а в качестве элюента использовали систему растворителей хлороформ:метанол (75:1; 75:15; 50:15; 30:15; 1:1). Полученные субфракции анализировали с использованием метода ТСХ на силикагельных пластинах на алюминиевой фольге с флуоресцентным индикатором и выделили 3 субфракции (A, B, C) с различными значениями Rf.

Из фракции A, полученной с использованием системы хлороформ:метанол в соотношении 75:15, было выделено 0,45 г порошкообразного вещества красновато-кирпичного цвета. Вещество расплавилось при температуре 253 °С, не растворялось в воде, но растворялось в этаноле. Из фракции B (0,98 г), полученной при соотношении хлороформ:метанол 50:15, было выделено жёлтое порошкообразное вещество, которое расплавилось при температуре 256 °С. Фракцию С (хлороформ:метанол в соотношении 75:15) очищали в этаноле, получая 1,1 г темно-коричневого порошка.

Метод ЯМР

Данные спектроскопии ЯМР ¹Н материалов были получены на приборе Bruker AM 400 WB (400 МГц, 28°С). Образцы растворяли в растворителе ацетон-d6.

Результаты и обсуждение

Образец лишайника X. elegans был собран в горной местности Республики Узбекистан и после высушивания и измельчения экстрагирован 70% этанолом. Экстракт промыли поочередно гексаном, хлороформом, этил ацетатом, ацетоном и системой этил ацетат:метанол (1:1). Гексановая фракция дала 0,89 г порошкообразного вещества темно-морковного цвета с температурой плавления 205 °C. Соединение было нерастворимо в воде, но растворимо в хлороформе, бензоле и ацетоне. Это вещество было идентифицировано как желтый пигмент париетин (физцион) (0,12% от сухой массы лишайника) на основании Rf данных и ПМР спектров (таблица 1).

Вещество A выделенная из хлороформной фракции, на основании его физических свойств было идентифицировано как ксанторин — красный антрахинон с температурой плавления 251–253 °C.

Вещество B было определено как эмодин путем растворения его в растворе NaOH, что окрасило водный раствор в ярко-красный цвет, и сравнения спектров ЯМР с литературными данными (таблица 1).

Физические свойства и спектральные значения ЯМР ¹Н вещества, выделенного из фракции C, были сопоставлены с литературными данными, и было установлено, что это соединение алоэ-эмодина.

1) Эмодин X=CH3 Y=OH Z=OH

2) Париетин X=CH3 Y=OH, Z=OCH3

3) Алоэ-эмодин Y=OH Z=OCH3

Таблица 1.

 Спектральные значения ЯМР ¹Н эмодина, париетина и алоэ-эмодина

В данном исследовании структуры выделенных антрахинонов (эмодина, париетина и алоэ-эмодина) были определены путем изучения их спектров ЯМР ¹H. Все вещества сохраняют антрахиноновый скелет, а различия между ними в основном зависят от наличия или расположения метокси- и метильных групп. Ниже представлен индивидуальный анализ каждого вещества на основе сигналов протонного резонанса.

В спектре ЯМР ¹H эмодина наблюдался интенсивный синглетный сигнал при δ 12,06 м.д., что указывает на наличие ОН-группы фенольной природы. Ароматические протоны расположены при δ 7,13 (H-2), 7,55 (H-4), 6,65 (H-5) и 6,65 (H-7) м.д. и они проявляются в виде дублетов, что подтверждает наличие парных протонов. Дублетный сигнал, наблюдаемый при δ 2,46 м.д., принадлежит метильной группе, которая расположена близко к ароматической системе. Эмодин не содержит метоксигруппу, что подтверждается отсутствием сигнала H(MeO).

В спектре париетина также обнаружен синглетный сигнал, характерный для фенольной ОН-группы, при δ 11,97 м.д. Ароматические протоны расположены при δ 6,82 (H-2), 7,61 (H-4), 7,17 (H-5) и 6,82 (H-7) м.д., что несколько ниже, чем у эмодина, что объясняется электронодонорным эффектом метоксигруппы, присутствующей в структуре. Сигнал, появляющийся в виде синглета при δ 2,48 м.д., принадлежит метильной группе, тогда как другой синглетный сигнал, расположенный при δ 3,16 м.д., указывает на присутствие метокси (–OCH₃) группы. Наличие метоксигруппы отличает париетин от эмодина.

В спектре алоэ-эмодина группа ОН регистрируется в виде синглетного сигнала при δ 11,96 м.д. Ароматические протоны расположены при δ 7,82 (H-2), 7,84 (H-4), 7,81 (H-5) и 7,37 (H-7) м.д., что намного выше, чем у двух других веществ, что указывает на то, что они находятся в среде с низкой электронной плотностью. Синглетный сигнал, расположенный при δ 5,81 м.д., указывает на метильную группу. Кроме того, еще один синглетный сигнал, обнаруженный при δ 4,05 м.д., указывает на присутствие метокси или аналогичной электронодонорной алкильной группы. Это значение ниже типичного сигнала метокси, что указывает на уникальность окружающей его химической среды.

Все три соединения содержат фенольные ОН-группы, которые регистрируются в виде синглетного сигнала при ~12 м.д.. Ароматические протоны имеют сдвиги, которые несколько различаются для каждого вещества, что обусловлено замещающими группами (–Me, –OMe) в их структуре. В то время как париетин и алоэ-эмодин содержат метоксигруппу, в эмодине эта группа не обнаружена. Именно присутствие метоксигруппы оказало существенное влияние на химический сдвиг протонов. Алоэ-эмодин, с другой стороны, имеет самые высокие значения химического сдвига ароматических протонов, что указывает на относительно низкую электронную плотность в его молекуле.

Заключение

В данном исследовании антрахиноны, выделенные из лишайника X. elegans, были идентифицированы на основе физико-химических и спектральных данных ЯМР ¹H. Среди выделенных соединений основным компонентом был идентифицирован париетин (physcione), количество которого по отношению к массе лишайника составило 0,12%.

Вещество A, красное вещество с температурой плавления 251–253°C, на основании его физических свойств и спектрального анализа было идентифицировано как ксанторин (0,06%). При сравнении свойств выделенного из фракции B вещества в растворе NaOH (образование ярко-красного окрашивания) и спектров ЯМР ¹H с литературными данными установлено, что это эмодин. Вещество, извлеченное из фракции C, было идентифицировано как алоэ-эмодин.

Все выделенные соединения имеют общий антрахиноновый скелет, а их различия объясняются наличием и расположением метильных и метоксигрупп. Результаты исследования раскрывают химическое разнообразие природных антрахинонов лишайника X. elegans, что указывает на их потенциал как фармакологически активных соединений.

Список литературы:

1. M. Mendili, A. Khadhri, F. Sabatini, I. Degano, S. Aschi-Smiti. // Parietin, the vibrant natural dye in Xanthoria parietina. – Chem. Biodivers., 21 (1) (2024), Article e202301357
2. Nowak-Perlak, P. Ziółkowski, M. Woźniak. A promising natural anthraquinones mediated by photodynamic therapy for anti-cancer therapy. Phytomedicine (2023), Article 155035, 10.1016/j.phymed.2023.155035
3. Grube, Martin; Cardinale, Massimiliano; de Castro, João Vieira; Müller, Henry; Berg, Gabriele (1 September 2009). "Species-specific structural and functional diversity of bacterial communities in lichen symbioses". The ISME Journal. 3 (9): 1105–1115. Bibcode:2009ISMEJ...3.1105G. doi:10.1038/ismej.2009.63. ISSN 1751-7362. PMID 19554038.
4. K.A. Solhaug, Y. Gauslaa. Parietin, a photoprotective secondary product of the lichen Xanthoria parietina. Oecologia, 108 (1996), pp. 412-418, 10.1007/bf00333715
5. P.S. Nunes, R.L. Albuquerque. Junior, D.R. Cavalcante, M.D. Dantas, J.C. Cardoso, M.S. Bezerra, J.C. Souza, M.R. Serafini, L.J. Quitans-Jr, L.R. Bonjardim. Collagen‐based films containing liposome‐loaded usnic acid as dressing for dermal burn healing. Biomed Res. Int., 2011 (1) (2011), Article 761593
6. A.M. Ayoub, M.S. Atya, A.M. Abdelsalam, J. Schulze, M.U. Amin, K. Engelhardt, M. Wojcik, D. Librizzi, B.H. Yousefi, U. Nasrullah. Photoactive Parietin-loaded nanocarriers as an efficient therapeutic platform against triple-negative breast cancer. Int. J. Pharm., 643 (2023), Article 123217
7. 7. O'Neil, M.J. (ed.). The Merck Index - An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals. 13th Edition, Whitehouse Station, NJ: Merck and Co., Inc., 2001., p. 629
8. A.G. Daminova, I.Y. Leksin, V.R. Khabibrakhmanova, O.P. Gurjanov, E.I. Galeeva, T.V. Trifonova, A.R. Khamatgalimov, R.P. Beckett, F.V. Minibayeva The roles of the anthraquinone parietin in the tolerance to desiccation of the lichen Xanthoria parietina: physiology and anatomy of the pale and bright-orange thalli. Int. J. Mol. Sci., 25 (13)
9. A. Dzubaj, M. Bačkor, J. Tomko, E. Peli, Z. Tuba. Tolerance of the lichen Xanthoria parietina (L.) Th. Fr. to metal stress. Ecotoxicol. Environ. Saf., 70 (2) (2008), pp. 319-326, 10.1016/j.ecoenv.2007.04.002
10. L. Lindblom. The genus Xanthoria (Fr.) Th. Fr. in North America J. Hattori Bot. Lab., 83 (1997), pp. 75-172
11. C.M. Vu, S. Ghotekar, N.M. Viet, H. Dabhane, R. Oza, A. Roy. Green synthesis of plant-assisted manganese-based nanoparticles and their various applications. J.T. Chen (Ed.), Plant and Nanoparticles, Springer, Singapore (2022), 10.1007/978-981-19-2503-0_13
12. Francis, George. // Assignment of the ¹H and ¹³C NMR Spectra of Anthraquinone Glycosides from Rhamnus Frangula. // Magnetic Resonance in Chemistry, 1998.