FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-24001
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2005/2400/


Isolation and Structure Elucidation of Natural Products from Plants

Isolierung und Strukturaufklärung von Naturstoffen aus Pflanzen

Tesso, Hailemichael

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (836 KB) 


Basisklassifikation: 42.41 , 35.66
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Francke, Wittko (Prof. Dr. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.03.2005
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 15.03.2005
Kurzfassung auf Deutsch: Die Blätter der krautigen Pflanze Otostegia integrifolia aus Ethiopia (Publikation I), der Blüten von Chlorantus spicatus aus Vietnam (Publikation II), der Früchte des Doldengewächses Peucedanum tauricum aus Polen (Publikation IV), der oberirdischen Teile der krautigen Pflanze Meum athamanticum aus Deutschland (Publikation V), des Lebermooses Radula perrottetii japanischer Herkunft (Publikation III) und der Blätter der seltenen Umbelliferae Melanoselium decipien, gezüchtet in Hamburg, Deutschland (Publikation VI) wurden untersucht. Die Isolierung der Inhaltsstoffe begann mit der Extraktion der sekundären Metaboliten aus dem Pflanzenmaterial. Luftgetrocknetes oder frisches Pflanzenmaterial wurde einer Wasserdampfdestillation oder einer Lösungsmittelextraktion unterzogen. Während erstere ein komplexes Gemisch flüchtiger Verbindungen, bekannt als ätherisches Öl, lieferte, ergab die Extraktion ein komplexes Gemisch aus flüchtigen und nicht-flüchtigen Substanzen, in Abhängigkeit der Polarität des für die Extraktion verwendeten Lösungsmittels. Die ätherischen Öle wurden mittels Kapillar GC und GC/MS untersucht. Die Massenspektren und Retentionsindices jeder Verbindung wurden mit den Datenbankspektren authentischer Proben verglichen. Bekannte Verbindungen wurden identifiziert. Die Komponenten, welche durch einfachen Vergleich nicht identifiziert werden konnten, wurden als unbekannte Verbindungen markiert und anschließend isoliert. Die Isolierung der unbekannten Substanzen aus den komplexen Gemischen wurden mittels chromatographischer Verfahren durchgeführt. Die ätherischen Öle wurden zuerst mittels Flash Säulen Chromatographie an Silicagel in eine Kohlenwasserstoff- und eine oxygenierte Fraktion aufgetrennt. Erstere wurden mittels Hexan aus der Säule eluiert, während letztere anschließend mit Ethylacetat eluiert wurden. Jede Fraktion wurde mit mehreren Kapillar GC’s, ausgestattet mit einer Auswahl beschichteten Säulen, deren stationäre Phasen von der unpolaren CPSil-5 (Chrompack) bis zu unterschiedlich modifizierten Cyclodextrinen variieren, untersucht, bis eine optimale Trennung der Verbindungen erhalten wurde. Die Kohlenwasserstoff und die oxygenierten Fraktionen wurden unter Verwendung eines preparativen GC mit einer gepackten präparativen Säule mit der stationären Phase, welche die optimale Auflösung ergab, weiter aufgetrennt. Dieser Prozess wurde so lange wie notwendig wiederholt, bis reine Stoffe erhalten wurden. Im Falle der Lösungsmittelextraktion wurde Chloroform oder Dichlormethan angewendet, welche hauptsächlich Gemische nicht flüchtiger Verbindungen ergaben. Die Zusammensetzung der Rohextrakte wurde mittels TLC Methoden untersucht. Die Detektion der Substanzen wurde entweder mit Hilfe der Betrachtung unter UV-Licht oder durch Besprühen mit Anisaldehyd-Schwefelsäure Reagenz und anschließendes erhitzen, durchgeführt. Die Dünnschichtchromatogramme wurden unter Variation des Lösungsmittelsystems wiederholt entwickelt, bis ein optimales Laufmittelgemisch erhalten wurde. Die Rohextrakte wurden wiederholt an gepackten Säulen mit Silicagel oder Sephadex-LH 20, oder mittels HPLC chromatographiert, bis reine Stoffe erhalten wurden (Publikation I & IV).

Aus dem ätherischen Öl luftgetrockneter Blätter von O. intergrifolia Benth. wurden insgesamt 40 Inhaltstoffe, darunter Monoterpene, Sesquiterpene, Diterpene und ihre Derivate identifiziert. Ein Prenylbisabolan-artiges Diterpen, (+)-1-Methyl-4-(5,9-dimethyl-1-methylen-deca-4,8-dienyl)cyclohexen (11), welches auch (+)-Axinyssen genannt wird, wurde als eine Hauptkomponente identifiziert. Der Chloroform Extrakt der Blätter ergab zwei neue Furanolabdan-Diterpenoide, 15,16-Epoxy-3a,9a-dihydroxy-labda-13(16),14-dien (12) und 9(13),15(16)-Diepoxy-3a-hydroxy-16-dihydrolabda-14-en (13), einen gesättigten Kohlenwasserstoff, Pentatriacontan und Stigmasterol.
Aus dem ätherischen Öl der Blüten von C. spicatus wurden 47 Verbindungen identifiziert. Chloranthalacton A (49) (0.5 %), Isogermafurenolid (50) (0.7 %), Eudesma-4(15),7(11),9-trien-12-olid (51) (0.5 %), und 7a-Hydroxyeudesm-4-en-6-on (52) (3.3 %) wurden erstmalig als Inhaltsstoffe des ätherischen Öls der Blüten isoliert.
Aus dem ätherischen Öl des Lebermooses R. perrottetii wurden zwei neue Viscidane Diterpene, Viscida-4,9,14-trien (38), Viscida-4,11(18),14-trien (39), vier Bisabolan-Sesquiterpene, Bisabola-2,6,11-trien (40), Bisabola,1,3,5,7(14),11-pentaen (41), Bisabola-1,3,5,7,11-pentaen (42), 6,7-Epoxybisabola-2,11-dien (43), und 1-(4-Methoxyphenyl)-2-methylpropen (44) als neue Naturstoffe isoliert. Dies ist die erste Entdeckung von Viscidane Diterpenoiden in Lebermoosen. Darüberhinaus wurden auch Bisabola-1,3,5,7(14),10-pentaen (45), ar-Tenuifolenen (46), a-Helmiscapen (47), und b-Helmiscapen (48) erstmalig isoliert.
Aus dem ätherischen Öl der Früchte von P. tauricum wurden zwei neue Guaian-artige Sesquiterpene, Guaia-1(10),11-dien (14) und Guaia-9,11-dien (15), isoliert. Die relative Konfiguration dieser neuen Verbindungen wurde mittels 2D-NOESY Experimenten bestimmt, während die absoluten Konfigurationen durch chemische Korrelation mit (+)-g-Gurjunene (16) und Kapillar-GC Analyse mittels modifizierter Cyclodextrine als stationäre Phase, abgeleitet wurde. Aus dem weniger flüchtigen Dichlormethan Extrakt der Früchte wurden die Coumarine Peucedanin (33), Oxypeucedaninhydrat (34) und Officinalinisobutyrat (35) isoliert. Dies ist der erste Bericht über die Isolierung von Oxypeucedaninhydrat und Officinalinisobutyrat aus P. tauricum. Officinalinisobutyrat wurde als 6-Carbomethoxy-7-isobutyroxycoumarin bestätigt. Dem Peuruthenicin, einem Stellungsisomer von Officinalin, wurde eine korrekte Struktur (37) zugeordnet. Bergapten wurde anhand des Massenspektrums identifiziert.
Aus dem ätherischen Öl von M. athamanticum wurde ein neues Phtalid, bezeichnet als Isoligustid (55) (3.5 %), zusammen mit Z-Ligustid (53) (0.1 %) und Sedanonsäurelacton (54) (0.5 %), isoliert. Darüberhinaus wurden insgesamt 23 Komponenten, welche 93.2 % des Öles ausmachen, identifiziert. Es wurde gezeigt, dass die Hauptkomponenten aus Monoterpenkohlenwasserstoffen bestehen: Limonen (33.5 %), a-Phellandren (15.3 %), Myrcen (13.4 %), und (E)-b-Ocimen (11.6 %).
Aus dem ätherischen Öl der Blätter von M. decipiens, wurde Melanen, ein tricyclischer Sesquiterpenkohlenwasserstoff mit dem neuen Kohlenstoffgerüst eines Trimethyldecahydroacenaphthylens (56), isoliert. Die Struktur des Melanens wurde als (1R,4E,7R,8R,9R,12S)-1,7,9-Trimethyltricyclo[6.3.1.05,12]dodec-4-en oder dessen Spiegelbild aufgeklärt. Darüberhinaus wurden 45 Verbindungen (hauptsächlich Monterpene und Sesquiterpene) identifiziert, von denen beinahe enantiomerenreines (1R)-(+)-b-Pinen eine Hauptkomponente ausmacht (55.1 %).
Es kann geschlussfolgert werden, das die GC/MS in Kombinantion mit computerunterstützten Spektren-Datenbanken zur Zeit als eine der besten Methoden für die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung ätherischer Öle angesehen werden kann. Dies gilt insbesondere wenn diese durch 1D- und 2D-NMR Techniken, sowie die enantioselektive Gaschromatographie unter Verwendung modifizierter Cyclodextrinphasen als chirale Selektoren, ergänzt wird. Die Verfügbarkeit automatisierter präparativer Gaschromatographen, welche mit einem automatischen Probengeber und einem präparativen Fraktionssammler, wie dem Gerstel PFC ausgerüstet sind, macht die Isolierung neuer Verbindungen der flüchtigen Pflanzeninhaltsstoffe zu einer weitaus einfacheren Aufgabe. Der begrenzende Falktor stellt dann das Auffinden einer stationären Phase dar, welche die benötigte Auflösungen der zu isolierenden Komponenten gestattet.
Kurzfassung auf Englisch: Leaves of a herbaceous plant known as Otostegia integrifolia collected in Ethiopia (Paper I), flowers of a plant called Chlorantus spicatus from Vietnam (Paper II), fruits of an umbelliferous plant known as Peucedanum tauricum collected in Poland (Paper IV), aerial parts of a herbaceous plant known as Meum athamanticum from Germany (Paper V), a liverwort called Radula perrottetii of Japanese origin (Paper III) and leaves of a rare umbellifer known as Melanoselinum decipiens grown in Hamburg, Germany (Paper VI) were investigated for their secondary metabolites. The isolation of the compounds started with extracting of the mixture of secondary metabolites present in the plant material. Air-dried or fresh plant material was subjected to either hydrodistillation or solvent extraction. The former yielded a complex mixture of volatile compounds known as essential oil while the latter gave a complex mixture of volatile or non-volatile compounds depending on the polarity of the solvent used for the extraction process. The essential oils were analyzed by capillary GC as well as GC/MS. Mass spectra and retention index of each component was compared with a library spectra of authentic samples. The known components were identified. The components that couldn’t be identified by simple comparisons were marked as unknowns and subsequently isolated. The isolation of the unknowns from the complex mixtures were carried out by chromatographic techniques. By using flash silica gel column chromatography, the essential oils were first fractionated in to a fraction containing hydrocarbons and a fraction containing oxygenated compounds. The former was obtained by eluting the column with hexane and the latter with ethyl acetate, consecutively. Each fraction were analyzed by using several capillary columns coated with a range of stationary phases varying from the non-polar CPSil-5 (Chrompack) to various modified cyclodextrins until optimum resolution of the components was obtained. The hydrocarbons and the oxygenated compounds were further fractionated by preparative GC equipped with a preparative column packed with the stationary phase that gave the optimal resolution. This process was repeated as many times as necessary until pure compounds were obtained. In the cases of solvent extraction, chloroform or dichloromethane were employed. This gave mainly mixtures of non volatile compounds. The composition of the crude extracts was examined by using TLC. Visualizations were supported by either observing the TLC under a UV lamp or by spraying with an anisaldehyde reagent followed by heating. TLC was repeatedly developed by changing the solvent systems until a system that gave the best separation was obtained. The crude extracts were repeatedly chromatographed on columns packed with either silica-gel, sephadex-LH 20 or on HPLC until the pure compounds were obtained (Papers I & IV).
From the essential oil of air-dried leaves of O. integrifolia Benth., a total of 40 constituents including monoterpenes, sesquiterpenes, diterpenes and their derivatives were identified. A prenylbisabolane type diterpene, (+)-1-methyl-4-(5,9-dimethyl-1-methylene-deca-4,8-dienyl)cyclohexene (11), also called (+)-axinyssene, was identified as a major component. The chloroform extract of the leaves yielded two new furanolabdane diterpenoids, 15,16-epoxy-3a,9a-dihydroxy-labda-13(16),14-diene (12) and 9(13),15(16)-diepoxy-3a-hydroxy-16-dihydrolabda-14-ene (13), a saturated hydrocarbon, pentatriacontane, and stigmasterol.
From the essential oil of flowers of C. spicatus, 47 compounds could be identified among which chloranthalactone A (49) (0.5 %), isogermafurenolide (50) (0.7 %), eudesma-4(15),7(11),9-trien-12-olide (51) (0.5 %), and 7a-hydroxyeudesm-4-en-6-one (52) (3.3 %), were isolated for the first time as constituents of the essential oil of the flowers.
From the essential oil of the liverwort R. perrottetii two novel viscidane diterpenes, viscida-4,9,14-triene (38), viscida-4,11(18),14-triene (39), four bisabolane sesquiterpenes, bisabola-2,6,11-triene (40), bisabola-1,3,5,7(14),11-pentaene (41), bisabola-1,3,5,7,11-pentaene (42), 6,7-epoxybisabola-2,11-diene (43), and 1-(4-methoxyphenyl)-2-methyl propene (44) were identified as new natural products. This is the first finding of viscidane diterpenes in liverworts. In addition, bisabola-1,3,5,7(14),10-pentaene (45), ar-tenuifolene (46), a-helmiscapene (47), and b-helmiscapene (48) were also isolated for the first time.
From the essential oil of fruits of P. tauricum, two new guaiane type sesquiterpene hydrocarbons guaia-1(10),11-diene (14) and guaia-9,11-diene (15) were isolated. The relative configurations of the new compounds were established by 2D-NOESY experiments while the absolute configurations were deduced through chemical correlations with (+)-g-gurjunene (16) and capillary GC analysis using modified cyclodextrins as the stationary phases. From the less volatile dichloromethane extract of the fruits, coumarins, viz. peucedanin (33), oxypeucedanin hydrate (34) and officinalin isobutyrate (35) were isolated. This is the first report on the isolation of oxypeucedanin hydrate and officinalin isobutyrate from P. tauricum. Officinalin isobutyrate was confirmed to be 6-carbomethoxy-7-isobutyroxycoumarin. Peuruthenicin, a positional isomer of officinalin, is assigned a correct structure (37). Bergapten was identified by its mass spectrum.
From the essential oil of M. athamanticum a new phthalide, named isoligustilide (55) (3,5 %) was isolated together with Z-ligustilide (53) (0.1 %) and sedanonic acid lactone (54) (0.5%). In addition, a total of 23 components accounting for 93.2 % of the oil could be identified. The major components of the oil were shown to be monoterpene hydrocarbons, limonene (33.5 %), a-phellandrene (15.3 %), myrcene (13.4 %) and (E)-b-ocimene (11.6 %).
From the essential oil of the leaves of M. decipiens, melanene, a tricyclic sesquiterpene hydrocarbon showing a novel carbon skeleton represented by a trimethyldecahydroacenaphthylene (56) was isolated. The structure of melanene was established to be (1R,4E,7R,8R,9R,12S)-1,7,9-trimethyltricyclo[6.3.1.05,12]dodec-4-ene or its antipode. In addition, 45 compounds (mostly monoterpenes and sesquiterpenes) were identified, among which enantiomerically almost pure (1R)-(+)-b-pinene forms the major component (55.1 %).
It can be concluded that currently GC/MS in combination with computerized mass libraries is the best method for the study of the chemical composition of essential oils, particularly, if supplemented with 1D- and 2D-NMR techniques as well as enatioselective GC using modified cyclodextrin phases as chiral selectors. The availability of automated preparative gas chromatographs GC equipped with autosampler and preparative fraction collector such as the Gerstel PFC turned the isolation of new components from volatile plant constituents into a much more easier task, the limiting factor being the selection of a stationary phase capable of providing the required resolution of the components to be isolated.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende