Advanced
Three Norisoprenoids from the Brown Alga Sargassum thunbergii
Three Norisoprenoids from the Brown Alga Sargassum thunbergii
Journal of the Korean Chemical Society. 2004. Aug, 48(4): 394-398
Copyright © 2004, The Korean Chemical Society
  • Received : January 26, 2004
  • Published : August 20, 2004
Download
PDF
e-PUB
PubReader
PPT
Export by style
Article
Author
Metrics
Cited by
TagCloud
About the Authors
기의 박
유아 김
현아 정
희정 이
종웅 안
범종 이
영완 서

Abstract
우리나라 연안에 널리 분포하고 있는 지충이로부터 3개의 norisoprenoid 화합물들인 (+)-epiloliolide (1) , (-)-loliolide (2) , apo-9'-fucoxanthinone (3) 을 칼럼크로마토그래피와 역상 HPLC를 사용하여 분리·정제하였다. 이들 분리한 화합물 1 , 2 3 은 갈조류인 지충이로부터 처음 분리되어 보고하는 것이다. 특히 화합물 1은 비록 육상식물에서 분리된 바 있으나, 해양생물로부터는 처음 분리되어 보고하는 것이다. 분리된 화합물의 구조는 1 H COSY, NOESY, HMQC 그리고 HMBC와 같은 이차원적인 NMR 분광학적인 실험을 이용하여 문헌치와 비교하여 확인하였다.
Keywords
서 론
갈조식물(Phaeophyta) 모자반과(Sargassaceae)에 속하는 지충이( Sargassum thunbergii )는 우리나라 전 연안에서 흔히 볼 수 있는 해조류로서 조간대 하부에서 뚜렷한 군락을 이루고 있다. 어린 식물은 흔히 사료로 사용되고 있으나 크게 주목받지 못하고 있던 해조류로서 이 생물에 대한 화학적인 연구는 매우 드물어 이 등에 의한 지충이를 이용한 중금속의 흡착제를 개발, 1 2종류의 glyceroglycolipids 분리, 2 추출물 분획에 대한 약간의 생리활성도에 대한 보고가 거의 전부이다. 3 , 4 그러므로 본 연구에서는 최근 다양한 해조류의 산업적 이용을 위해 이루어지고 있는 신규 기능성 물질개발에 부응하여 우리나라 전 해안에 걸쳐 풍부하게 자생하고 있는 지충이로부터 다양한 화합물을 분리하고자 하였다.
실험방법
- 시약 및 기기
Column packing materials은 RP 18 (YMC-GEL ODSA, 12 nm, S-75 μm)을 사용하였으며, TLC plate는 RP 18 F254s(Merck)를 사용하였으며, spray reagent는 5% H 2 SO 4 를 사용하였다. 추출 및 분획, column chromatography에 사용한 모든 용매는 1급 시약을 사용하였다. Varian RI detector와 high performed liquid chromatography(HPLC, Dionex P580)을 사용하여 화합물을 정제·분리하였다. 사용한 HPLC column은 YMC pack ODS-A(250×10 mm, S 5 μm, 12 mm)을 사용하였고 quard column(7.5×4.6 mm, Alltech)을 사용하였다. 선광도는 CH 2 Cl 2 용매로 polarimeter(ATAGO, POLAX-2L)를 사용하여 측정하였다.
분리한 화합물의 구조를 동정하기 위하여 Varian NMR 300 spectrometer를 사용하였으며 NMR 측정시 용매는 CD 3 OD와 CDCl 3 (Cambridge Isotope Laboratories, Inc., USA, deuterium degree 99.8%)를 사용하였다.
- 해조시료
실험에 사용한 지충이는 2002년 10월 부산 기장에서 직접 채집하였으며 응달에서 건조한 후 추출하기 전까지 −25 ℃에서 보관하였다가 추출할 때는 잘게 잘라서 사용하였다.
- 지충이의 추출물 및 각 분획물 제조
채집한 지충이는 CH 2 Cl 2 :acetone(1:1, v/v) 용매로 2회 추출하고 난 이후 MeOH로 2회 추출하여 각각 29.382 g과 23.011 g의 추출물을 얻었으며 1/2을 덜어 vial에 보관하였다. CH 2 Cl 2 :acetone 추출물과 MeOH 추출물을 1:1로 혼합한 조추출물 24.9382 g을 극성순서에 따라 순차적으로 분획하여 n -hexane, 15% MeOH, n -BuOH, H 2 O fractions을 얻었으며 감압농축기(EYELA, N-N series)를 사용하여 농축하여 각각 3.602 g, 8.783 g, 1.240 g, 8.054 g을 얻었다.
- 화합물의 분리
지충이의 15% MeOH fraction의 1/2(4.32 g, w/w)을 덜어 RP flash column chromatography를 실행하여 각각 50% (rfc 1, 223.8 mg), 40% (rfc 2, 62.8 mg), 30% (rfc 3, 93.0 mg), 20% (rfc 4, 194.9 mg), 10% aqueous MeOH (rfc 5, 634.0 mg) subfraction과 100% MeOH (rfc 6, 1.586 g) 그리고 100% EtOAc fraction (rfc 7, 1.323 g)을 얻었다. 그 중 rfc 2 fraction을 1/2 (37.3 mg, w/w)을 덜어 43% aqueous MeOH 용매로 역상 HPLC하여 14개의 subfractions (rfc2-1~14)을 얻었으며, 그중 subfraction 4 (rfc2-4, 9.0mg)와 5 (rfc2-4, 5.2mg)를 NMR 측정한 결과 각각 (+)-epiloliolide (1) 와 (-)-loliolide (2) 로 구조를 확인할 수 있었다. 또한 rfc 3 fraction의 1/2(93.0 mg, w/w)을 덜어 38% aqueous MeOH 용매로 HPLC하여 11개의 subfractions (rfc3-1~11)을 얻었으며, 그 중 subfraction 8 (rfc3-8, 5.8 mg)을 NMR 측정하여 구조분석한 결과, apo-9'-fucoxanthinone (3) 임을 확인할 수 있었다.
(6S,7aS)-6-hydroxy-4,4,7a-trimethyl-5,6,7,7atetrahydrobenzofuran-2(4H)-one, (+)-Epiloliolide (1). a colorless gum;
PPT Slide
Lager Image
+82.5° (c 0.01, CHCl 3 ); LRFABMS m/z (C 11 H 16 O 3 + H) + 197; 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ: 1.26 (3H, s, H-10), 1.31 (3H, s, H-9), 1.33 (1H, t, J = 12.1 Hz, H-5), 1.51 (1H, t, J = 11.8 Hz, H-7), 1.58 (3H, s, H-8), 1.583 (s, OH), 2.00 (1H, ddd, J = 2.2, 4.2 and 11.7 Hz, H-5), 2.53 (1H, ddd, J = 2.2, 4.2 and 11.2 Hz, H-7), 4.12 (1H, tt, J = 4.1 and 12.3 Hz, H-6), 5.70 (1H, s, H-3); 1 H-NMR (300 MHz, CD 3 OD) δ: 1.28 (3H, s, axial, H-10), 1.28 (1H, dd, J = 9.8 and 9.8 Hz, H-5), 1.31 (3H, s, H-9), 1.42 (1H, dd, J = 11.7 and 11.7 Hz, H-7), 1.59 (3H, s, axial, H-8), 2.00 (1H, ddd, J = 2.2, 4.3 and 13.0 Hz, H-5), 2.46 (ddd, J = 2.2, 3.9 and 11.7 Hz, H-7), 4.09 (1H, m, H-6), 5.77 (1H, s, H-3); 13 C-NMR (75.5 MHz, CD 3 OD) δ: 25.34 (C-10), 25.82 (C-9), 30.33 (C-8), 36.18 (C-4), 49.81 (C-7), 50.69 (C-5), 65.21 (C-6), 88.49 (C-7a), 113.59 (C-3), 173.77 (C-2), 183.67 (C-3a).
(6S,7aS)-6-hydroxy-4,4,7a-trimethyl-5,6,7,7a-tetrahydrobenzofuran-2(4H)-one, (-)-Loliolide (2). a colorless gum;
PPT Slide
Lager Image
-100.5 (c 0.01, CHCl 3 ); LRFABMS m/z (C 11 H 16 O 3 + H) + 197; 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ: 1.27 (3H, s, H-9), 1.47 (3H, s, H-8), 1.52 (dd, J = 13.7 and 3.9 Hz, H-7), 1.76 (dd, J = 13.7 and 4.1 Hz, H-5), 1.78 (3H, s, H-10), 1.98 (dt, J = 2.4 and 14.0 Hz, H-7), 2.54 (dt, J = 2.8 and 14.0 Hz, H-5), 4.30 (m, H-6), 5.69 (s, H-3); 1 H-NMR (300 MHz, CD 3 OD) δ: 1.26 (3H, s, H-9), 1.47 (3H, s, axial, H-8), 1.50 (1H, dd, J = 14.3 and 3.6 Hz, H-7), 1.75 (1H, dd, J = 13.8 and 3.9 Hz, H-5), 1.78 (3H, s, equatorial, H-10), 2.01 (dt, J = 14.3 and 2.6 Hz, axial, H-7), 2.48 (1H, dt, J = 13.8 and 2.6 Hz, axial, H-5), 4.30 (1H, brq, J = 3.4 Hz, H-6), 5.67 (1H, s, H-3); 13 C-NMR (75.5 MHz, CD 3 OD) δ: 26.86 (C-10), 26.36 (C-9), 30.57 (C-8), 36.00 (C-4), 45.42 (C-7), 47.03 (C-5), 66.28 (C-6), 87.13 (C-7a), 112.36 (C-3), 172.15 (C-2), 183.00 (C-3a).
(3R)-4-[(2R,4S)-4-acetoxy-2-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohexylidene]but-3-en-2-one, apo-9'-fucoxanthinone (3). a colorless gum; negative FABMS m/z (C 15 H 22 O 4 -H)− 265; 1 H-NMR (300 MHz, CD 3 OD) δ: 1.16 (3H, s, H-12), 1.43 (6H, s, H-11 and 13), 1.44 (1H, m, H-2a), 1.52 (dd, J = 12.9 and 11.3 Hz, H-4b), 2.03 (1H, m, H-2b), 2.04 (3H, s, H-15), 2.18 (3H, s, H-10), 2.33 (ddd, J = 2.2, 4.4 and 13.1 Hz, H-4a), 5.37 (1H, tt, J = 11.4 and 4.3 Hz, H-3), 5.86 (1H, s, H-8); 13 C-NMR (75.5 MHz, CD 3 OD) δ: 21.42 (C-15), 26.49 (C-10), 28.99 (C-11), 30.87 (C-13), 31.68 (C-12), 36.08 (C-1), 45.02 (C-2), 45.07 (C-4), 67.44 (C-3), 72.02 (C-5), 100.83 (C-8), 118.33 (C-6), 170.25 (C-14), 197.87 (C-9), 209.27 (C-7).
결과 및 고찰
지충이 15% aqueous MeOH fraction을 RP-18 column chromatography와 역상 HPLC를 수행하여 3개의 화합물을 분리하였으며 분리한 화합물은 각각 CD 3 OD를 용매로 하여 NOESY, HMQC 그리고 HMBC와 같은 이차원적인 NMR 실험방법을 통해 그 구조를 확인하였다( 1 ). 지충이로부터 분리된 3개의 화합물은 이미 분리된 물질의 문헌치와 비교하여 그 구조를 최종 확인하였다.
화합물 1 은 무색의 gum으로 분리되었으며, 1 H NMR(300 MHz, CD 3 OD) 측정 결과, δ 1.28 (3H, s, axial), 1.31 (3H, s) 그리고 1.59 (3H, s, axial)에서 3개의 methyl peak와 δ 1.28 (1H, dd, J = 9.8 and 9.8 Hz, H-5), 1.42(1H, dd, J = 11.7 and 11.7 Hz, H-7), 2.00 (1H, ddd, J = 2.2, 4.3 and 13.0 Hz, H-5), 2.46 (ddd, J = 2.2, 3.9 and 11.7 Hz, H-7), 4.09 (1H, m, H-6)에서 하나의 carbinol proton과 그에 인접한 두개의 methylene peaks 의 존재를, δ 5.77 (1H, s, H-3)에서 한 개의 이중결합에 관여하는 proton peak를 확인할 수 있었다. 또한 13 CNMR (75.5 MHz, CD 3 OD)에서 δ 113.59 (C-3), 173.77 (C-2) 그리고 183.67 (C-3a)에서 α, β-unsaturated-γ-lactone group에 해당되는 특징적인 peak를 확인할 수 있었고 δ 65.21 (C-6)과 88.49 (C-7a)에서 oxygenated carbon의 peak가 나타나는 것으로 보아 이 화합물이 α, β-unsaturated-γ-lactone group과 carbinol carbon과 2개의 methylene carbon 그리고 3개의 tertiary methyl group으로 구성된 2환 구조임을 추정할 수 있었다. 특히 NOESY spectrum 결과 ( 2 ), H-6 (δ 4.12, 1H, tt, J = 4.1 and 12.3 Hz), H-10 (δ 1.26, 3H, s, axial), H-8(δ 1.59, 3H, s, axial)이 correlation하고 있는 것으로 보아 이 화합물이 (+)-(6S, 7aS)-epiloliolide 임을 추정할 수 있었다. 화합물 1 을 문헌치 5 , 6 와 비교하기 위하여 CDCl 3 용매를 이용하여 다시 1 H-NMR를 측정하였으며 구조가 동일함을 재확인할 수 있었다.
PPT Slide
Lager Image
Structures of isolated compounds from Sargassum thunbergii.
PPT Slide
Lager Image
NOESY Correlation of key protons for epiloliolide (1).
PPT Slide
Lager Image
NOESY Correlation of key protons for loliolide (2).
화합물 2 역시 무색의 gum으로 분리되었으며, 1 HNMR (300 MHz, CD 3 OD) 측정 결과, 화합물 1 과 유사한 peak pattern을 보이는 것으로보아 이 화합물 역시 α,β-unsaturated-γ-lactone group과 carbinol carbon과 2개의 methylene carbon 그리고 3개의 tertiary methyl group으로 구성된 2환 구조임을 추정할 수 있었다. 정확한 구조를 확인하기 위해 이차원적 NMR 실험을 수행하였으며 그 결과 화합물 1 과는 다른 NOESY correlation을 나타내었다( 3 ). 특히 화합물 1 에서 나타났던 H-6 (δ 4.30, 1H, br quin, J = 3.4 Hz)의 methyl groups [H-10 (δ 1.78, 3H, s, equatorial), H-8 (δ 1.47, 3H, s, axial)]과의 특징적인 correlation은 사라진 것으로 보아, 이 화합물은 (-)-(6 R ,7a S )-loliolide임을 추정할 수 있었다. 화합물 2 을 문헌치 5 - 8 와 비교하기 위하여 CDCl 3 용매를 이용하여 다시 1 H-NMR를 측정하였으며 구조가 동일함을 재확인할 수 있었다.
화합물 3 은 무색의 gum으로 분리되었으며, 1 H NMR (300 MHz, CD 3 OD) 측정 결과, δ 1.26 (3H, s, H-9), 1.47 (3H, s, axial, H-8), 1.50 (1H, dd, J = 14.3 and 3.6 Hz, H-7), 1.75 (1H, dd, J = 13.8 and 3.9 Hz, H-5), 1.78(3H, s, equatorial, H-10)에서 5개의 methyl group의 peak를 확인할 수 있었으며, δ 5.86 (1H, s, H-8)에서 한개의 이중결합에 관여하는 특징적인 proton peak를 확인할 수 있었다. 또한 13 C NMR (75.5 MHz, CD 3 OD)에서 δ 100.8 (C-8), 209.3 (C-7) 및 118.3 (C-6)에서 특징적인 allene group의 존재도 확인할 수 있었고, δ 197.9(C-9)과 170.3 (C-14)에서 carbonyl group의 peak를 확인할 수 있었으며 2개의 methylene peaks (δ 45.2 & 45.1)를 확인할 수 있었다. 측정치를 문헌치9와 비교한 결과 화합물 3 의 구조가 apo-9'-fucoxanthinone임을 확인할 수 있었다.
화합물 1 2 는 육상식물에서 몇 번 발견되었으나 해양생물에서는 발견된 예가 매우 드물어 갈조류 Cystophora moniliformis 와 해양연체동물에서 각각 한 번 분리되었다. 5 , 7 또한 화합물 3 은 특이한 allene group을 가지고 있는 대사물질로서 해양 미세조류에서 한 번 분리된 경우를 제외하고 9 이 번에 처음으로 부산 연안에서 채집한 갈조류 지충이에서 발견되었다. 이와 같이 화합물 1 , 2 3 은 해양 천연물로는 매우 드물게 발견된다고 할 수 있으나 이 화합물을 함유하고 있는 갈조류인 지충이는 우리 나라 연안에 풍부하게 존재하는 종이기 때문에 이 화합물들을 손쉽게 분리, 정제할 수 있을 것이다. 화합물 중 2 3 은 각각 면역억제활성과 세포독성이 보고된 바 있으며 9 , 10 해양에서 드물게 발견되는 생태학적인 특성을 감안할 때 매우 흥미있는 활성이 기대된다. 따라서 추후 추가적으로 다량의 화합물을 분리한 후 이들에 대한 다양한 활성을 검색할 예정이다.
이 논문은 한국학술진흥재단의 지원에 의하여 연구되었습니다(KRF-2002-005-C00005). 그리고 시료를 분류해주신 유종수 박사님께 감사드립니다.
References
Suh K.H. , Lee H.S. , Suh J.H. 2000 Bull. Kor. Fisher. Soc. 33 60 -
Son B.W. , Cho Y.J. , Kim N.K. , Choi H.D. 1992 Bull. Kor. Chem. Soc. 16 584 -
Itoh H , Noda H. , Amano H. , Zhuaug C. 1993 Anticancer res. 13 2045 -
Tsukamoto S , Hirota H. , Kato H. , Fusetani N. 1994 Fisher. sci. 60 319 -
Mori K. 1993 Liebigs Ann. Chem. 77 -    DOI : 10.1002/jlac.199319930113
Chung A.K. , Kwon H.C. , Choi S.Z. , Min Y.D. , Lee S.O. , Lee W.B. , Yang M.C. , Lee K.H. , Nam J.H. , Kwak J.H. , Lee K.R. 2002 Kor. J. Pharmacogn. 33 81 -
Ravi B.N. , Murphy P.T. , Lidgard R.O. , Warren R.G. , Wells R.J. 1982 Aust. J. Chem. 35 171 -    DOI : 10.1071/CH9820171
Machida K. , Kikuchi M. 1996 Phytochem. 41 1333 -    DOI : 10.1016/0031-9422(95)00790-3
Doi Y. , Ishibashi M. , Yamaguchi N. , Kobayashi J. 1995 J. Nat. Prod. 58 1097 -    DOI : 10.1021/np50121a020
Okada N. , Shirata K. , Niwano M. , Koshino H. , Uramoto M. 1994 Phytochem. 37 281 -    DOI : 10.1016/0031-9422(94)85042-9