312/79 Atherische ale aus Artemisia Species 923

Arch. Pharm. (Weinheim) 312,923-932 (1979)

Neue Substanzen aus atherischen Olen verschiedener Artemisia-Species, 4. Mitt.**

Hydroxy-Davanon, ein furanoider Sesquiterpenalkohol

Hellmut Jork* und Manfred Nachtrab

Fachbereich 15 ,,Analytische und Biologische Chemie" der Universitat des Saarlandes, Im Stadtwald, 66 Saarbriicken Eingegangen am 1. Februar 1979

Aus dem durch Wasserdampfdestillation bzw. Extraktion gewonnenen atherischen Krautol von Artemisia maritima L. ssp. maritima wurde ein C,,-Alkohol isoliert, der bisher noch nicht genuin nachgewiesen werden konnte. Die Strukturaufklarung ergab, daB es sich um das 2,6,10-Trimethyl- 7,I0-oxido-dodeca-3,11-dien-201-50n handelte, das im AnschluB an weitere Sesquiterpen-Derivate der genannten Species als Hydroxy-Davanon bezeichnet wird.

New Substances from Essential Oils of Different Artembia Species, TV: Hydroxydavanone, a Furnnoid Sesqailerpene Alcohol

Hydroxydavanone is one of the sesquiterpene alcohols which is isolated from the essential oil of Artemisia maritima L. ssp. maritima. It is for the first time, that this substance has been found in the volatile oil of this species. Elucidation of the structure showed that hydroxydavanone is 2.6,IO-tri- methyl-7,10-oxidododeca-3,1l-dien-2-ol-5-one. The trivial name was given in analogy to other sesquiterpene derivatives of that species.

1. Einleitung

Bei phytochemischen Untersuchungen an MeeresbeifuB war aufgefallen, daB die Pflanzen der Unterart Artemisia maritima L. spp. maritima - gesammelt an Standorten der Nordseekuste - eine andere t)lzusammensetzung besaBen als diejenigen des Ostseeberei- ches. Botanisch-taxonomische Unterschiede konnten nicht erkannt werden.

Bevor auf die Grunde der Wirkstoff-Verschiebung eingegangen werden kann, muB zunachst Klarheit iiber die Zusammensetzung des atherischen ales herrschen. Uber ein neu isoliertes furanoides C,,-Keton ist bereits berichtet worden'). Nachfolgend sol1 die Strukturaufkl5rung eines Sesquiterpenalkoliols durchgefuhrt werden, der ebenfalls aus dem atherischen t)l der Nordseekusten-Population stammt.

0365-623317911 11 1-23 S 02.5010

@ Verlag Chemie. GmbH. Weinheim 1979

924 Jork und Nachtrab Arch. Pharm.

2. Durchfiihrung der Untersuchungen

2.1 Isolierung des Alkohols und orientierende Charakterisierung

Das atherische 01 wurde durch erschopfende Wasserdampf-Destillation aus dem Kraut des MeeresbeifuB im Stadium der voll entwickelten Knospen gewonnen. Um zu kontrollieren, o b sich die Zusammensetzung des 0 l e s durch die Destillation geandert hatte, erfolgte gleichzeitig eine Extraktion mit lipophilen Losungsmitteln. Die dunn- schicht-chromatographische Kontrolle zeigte, daB in beiden Fallen die zu identifizierende Substanz im 01 enthalten war. Sie wurde durch mehrmalige saulen-chromatographische Abtrennung gewonnen und als dunnschicht- und gas-chromatographisch einheitliche Verbindung der physikalisch-chemischen Kennzeichnung zugefiihrt. Es handelte sich urn ein farbloses, viskoses 01 mit scharf-brennendem Geschmack und schwach obstartigem Geruch. Die physikalisch-chemischen Daten sind in Tab. 1 aufgefuhrt.

Tab. 1: Physikalisch-chemische Daten zur Charakterisierung von 4 von Substanz 4

Untersuchte Parameter Ergebnis

Elemen taranalyse C H 0 Ber.: 71,4 9,59 19,O Gef. : 69,l 9,05 21,9 Mo1.-Masse 25 2

Doppelbindungsaquivalente 4 hydrierbare C=C-Doppelbindungen 2

Summenformel C15H2403

Brechungsindex n Z r 1.4871

Dichte [glml] dTo 1.0647

2.2 Aufnahme und Interpretation der Spektren

2.2.1 TLC-spektroskopische Untersuchungen

Bei der chromatographischen Abtrennung der zu untersuchenden Substanz war aufgefallen, daB sie im UV2S4-Licht auf KieselgelF254-Schichten eine Emissionsminderung bewirkte. Dieser Filtereffekt ist nur dadurch zu erklaren'), daB die Verbindung einen Teil der eingestrahlten Energie absorbiert. TLC-spektroskopische Messungen3) ergaben bei A = 230 nm ein Absorptionsmaximum, das von einer a-, @- ungesattigten Keton-Gruppie- rung stammen konnte. Ahnlich wie beim Carvon oder Methylvinylketon erfolgte im Vergleich zum Liisungsspektrum eine geringe bathochrome Verschiebung des Maximums, die auf Adsorptionseffekte an der stationaren Phase zuruckzufiihren ist4).

n*-obergang und A = 200 nm ( n 4 x*- und/oder n 4 a*-ubergang) stammen von den gleichen Chromophoren.

Die Nebenmaxima bei h = 310 nm (n

3 12/79 Atherische d e aus Artemisia Species 925

2.2.2 Interpretation des ZR-Spektrums

Wichtige Hinweise fur die Strukturaufklarung liefert das in Abb. 1 gezeigte IR-Spektrum. Aufgrund der Summenformel (Tab. 1) sind im Molekiil drei Sauerstoff-Funktionen vorhanden, von denen - eine als tertiare Hydroxylgruppe vorliegt (v = 3450 und 1405 cm-I), - eine zweite als a, 0-ungesattigte Carbonyl-Gruppierung zu einer deutlichen Streckxhwingung bei v

= 1675 cm-' fiihrt. Die weiteren schwach ausgebildeten Banden im Bereichzwischen v = 1310 bis 1245 cm-' unterstiitzen diese AussageSs6),

- das dritte Sauerstoftatom, wie beim Davanon'), als cyclischer Ether gebunden sein muB (v = 1 125, 1100 und 1030 cm-I). Hier tritt allerdings eine uberlagerung mit der C-0-Einfachbindung der tertiaren OH-Gruppe auf. Durch die zusatzlichen aber nur schwach ausgebildeten Absorptions- banden bei v = 1245,1190 und 870 cm-' ist das Vorliegen eines Tetrahydrofuranringes moglich'). Eine deutliche Ahnlichkeit besteht zum IR-Spektrum des Linalool-') und Homolinalo~loxids~~. Die weiteren Banden des als Film aufgenommenen IR-Spektrums bestatigen einerseits die bereits

erkannte C=C-Bindung (v = 1635 cm-') und lassen andererseits vermuten, daB zusatzlich ein zweites ungesattigtes Strukturelement (vgl. Tab. 1) in Form einer Vinylgruppe vorhanden ist (v = 3100,1845, 985 und 920 cm-I).

Die Spreizschwingungsbande bei v = 1370 cm-' deutet auf zwei geminal stehende Methylgruppen hin. Allerdings ist die Aufspaltungstendenz gering. Es konnte sich wie bei y-Eudesmol") um eine Hydroxy-Isopropylgruppe handeln.

2.2.3 Informationen aus dem 'H-NMR-Spektrum

Das Protonen-Resonanzspektrum (Abb. 2) zeigt: - Unterhalb von 6 = 7,50 pprn tritt kein Protonensignal auf. Damit ist geklart, daB die im

IR-Spektrum erkannte Carbonylgruppe nicht zu einem Aldehyd, sondern zu einem Keton gehoren muB. Der Sesquiterpenalkohol kann also ebenfalls als Hydroxyketon deklariert werden.

- Die im Spektrum am weitesten paramagnetisch verschobenen Banden (6 = 7,05 und 6,45 ppm) gehoren zu zwei transstandigen Protonen einer disubstituierten olefinischen Doppelbindung (Dublett: J = 16 Hz).

- In diamagnetischer Richtung schlieDen sich die Schwingungsbanden einer endstandigen Vinylgrup- pe an''). Es ergibt sich eine Aufspaltung der Dubletts im Bereich von 6 = 4.8 bis 6,5 ppm nach dem ABX-Schema mit folgenden Daten: JAB = 2,O Hz, J M = 17,5 Hz, J,, = 10,5 Hz.

- Zu hoherem Feld folgen zwei Multipletts, die jeweils einem Proton an einem tertiaren C-Atom zuzuordnen sind. Sie miissen aufgrund ihrer Lage benachbart zur Ether- (6 = 4,24 ppm) bzw. Carbonylgruppe (6 = 3,05 ppm) stehen.

- Ein weiteres Multiplett (6 = 1,85 ppm) stammt von vier benachbart stehenden Protonen eines substituierten Tetrahydrofuran-Ringes''*"). Bandenschema und Lage entsprechen den 'H-NMR- Signalen des Linalooloxides').

Die zu hoherem Feld folgenden Signale sind 13 Protonen zuzuordnen. AuDer dem HydroxyCPro- ton (6 = 1,37 ppm), das sich durch Deuterierung eliminieren last, entsprechen die verbleibenden Protonen 4 Methylgruppen: - Bei 6 = 1,41 ppm ist das Singulett meier magnetisch aquivalenter CH,-Gruppen zuerkennen, die

926 Jork und Nachtrab Arch. Pharm.

0 0 m

0 0

0

0 0 N -

0 0 U c

0 0 (P c

0 - 5

0 - 0

0

0 0 0 N

0 0 Y) (v

0 0 0 .-I

0

R

312/79 kherische a l e aus Artemisia Species 927

v)

I- c

-c

928 Jork und Nachtrab Arch. Pharm.

zusammen mit der tertiaren Hydroxylgruppe an einem quartaren C-Atom stehen. Nur so ist die positive Verschiebung gegeniiber den ubrigen Methylgruppen zu erklaren.

- Ebenfalls an einem quartaren C-Atom muB sich die Methylgruppe befinden, die das 3-Protonen- Singulett bei 6 = 1.27 ppm liefert.

- Das Dublett bei 6 = 1,05 ppm entspricht einer tertiaren Methylgruppe (J = 6 Hz).

Damit sind alle 24 Protonen der Summenformel (Tab. 1) in ihrer Bandenlageund Intensitat erfa0t.

2.2.4 "C-NMR-Spektren Die Interpretation des Protonen-Resonanzspektrums lieferte zusammen mit den

Informationen aus den iibrigen Absorptionsspektren die in Tab. 2 zusamrnengestellten Strukturbruchstucke. Aufgrund des breitbandentkoppelten I3C- und des off-resonance- Spektrums erfolgte die Zuordnung de r Signallage und d e r Frequenz. Es ergaben sich die Teilstrukturen 1 bis 3, die sich nu r sinnvoll im Strukturvorschlag 4 verknupfen lassen.

I OH

H

2 3 1

Es resultiert das 2,6,10-Trimethyl-7,1O-oxido-dodeca-3,11-dien-201-5on.

c

2.2.5 Massenspektrurn

Zur Bestimmung der Mol.-Masse und zur Absicherung des Strukturvorschlages 4 wurde das Massenspektrum aufgenommen. Wie zu erwarten, ist das Molekul-Ion M+ kaum zu erkennen (vgl. auch *)). Es besitzt eine geringere Lebensdauer als 10% und spaltet sofort weiter auf. A d e r der unspezifischen Wasser- und Methylgruppen-Eliminierung sowie der Abspaltung einer Isopropyl- gruppe erfolgt die Trennung der aliphatischen Seitenketten vom Tetrahydrofuran-Ring"). Die weitere Fragmentierung ist aus Abb. 3 zu ersehen. Sie steht in Einklang mit dem Strukturvorschlag4.

312/79 Atherkche ole am Artemisia Species 929

Strukturelement Bandenlage Frequenz 6 Ippml lHzl

Tab. 2: l 3 C-NMR-Spektren (Breitband und off-resonance entkoppelt)

Strukturelement Bandenlage Frequenz 6 lppml lHzl

a) 37,63 b) 29,70

a) 2632 b) 8033 1822,23 a) 83,OO 1878,12 R:

c la1 C / (b) Rf \o’ ‘ ~ 3

1600,OO 664,78

112932 294,15

85 1,55 672.1 2

600.00

I

3. Diskussion der Untersucbungsergebnhse

Aus dem atherischen Krautol von Artemisia maritima L. ssp. maritima wurde erstmals der Sesquiterpenalkohol C1&403 isoliert. Die Strukturaufklarung ergab, daB es sich um ein Furanderivat handeln muflte, dessen Substitutionsschema dem Linalooloxid entsprach.

Um der Summenformel C1&403 gerecht zu werden, muBte eine weitere Isoprenein- heit mit der Seitenkette verkniipft vorliegen. Damit resultierte das Kohlenstoffskelett des Da~anons’~), das bereits zuvor aus dem gleichen t)l isoliert worden war’). Weitgehende Obereinstimmung der spektralen Daten mit diesem Keton lie6 vermuten, daB die neu isolierte und erstmals genuin aufgefundene Substanz ein Hydroxy-Davanon war. Als Formel wird 2,6,10-Trimethyl-7,10-oxido-dodeca-3- 1 1 -dien-201-50n vorgeschlagen.

Der endgiiltige Beweis dieser Struktur wurde durch den Vergleich der erhaltenen Daten mit Spektren authentischer Substanz gefiihrt. Bei der Photooxidation von Davanon hatten Thomas und Dubini”) auBer den Davana-Ethern einen Alkohol erhalten, der der angegebenen Strukturformel entspricht.

Damit ist sichergestellt, daB bestimmte MeeresbeifuB-Populationen auBer dem Davanon auch das Hydroxy-Davanon bilden. Beide C15-qerivate fehlen den Populations- bereichen der Ostseekiiste. Hieriiber wird in einer weiteren Mitt. berichtet.

930 Jork und Nachtrab Arch. Pharm.

a 5

@ CH 9’

CH I C

H2C ‘CH3

C7

c ’ ‘CH I H3C

CH2

93

113 0 *, - 1

CH U

CH

- co

i OH +

c H2CH‘cH 3

95

@ CH \\

CH

C

67

0 - - H 2 0

111

- kH/\C2ki3

OEC-CH=CH2 @OGC-CHJ

IPh 78.31 55

Abb. 3: Fragrnentierungsscherna des Massenspektrurns von 4 43

312/79 Atherkche ole aus Artemisia Species 93 1

Herrn Dr. A.F. Thomas, Firmenich Laboratorien, Genf, sei an dieser Stelle herzlich fur die Zusendung der Kopien der Original-Spektren des Hydroxy-Davanons gedankt. Unser Dank gilt weiter dem Fonds der Chemischen Industrie fur die groBziigige Bereitstellung einer Forschungsbeihil- fe. Frau Dr. I. Bungert-Hansing danken wir fur die Uberlassung authentischer Droge.

4. Experhenteller Teil

4.1 Gewinnung des atberischen a l e s

Das im Stadium der voll entwickelten Bliitenknospen gesammelte Kraut von Artemisia maritima L. ssp. maritima wurde bei 40" getrocknet. Nach Zerkleinerung wurden die Pflanzenteile im Verhaltnis 1 : 10 mit Wasser versetzt und in der Karlsruher Apparatur 5 Std. der Wasserdampfdestillation unterworfenI6). Die Destillationsgeschwindigkeit betrug 2 mllMin., als Vorlage wurde 1 ml99 proz. Pentan verwendet.

4.2 Chromatographische Auftrennung

4.2.1 Zur SC diente Kieselgel "Merck" (KorngroBe 0,064.2 mm) im Verhaltnis 01 zu Sorbens 1 : 100. Zur Elution wurde CH2CI, stufenweise bis 40 % mit Essigsaureethylester versetzt. Die Reinigung der Grobfraktion erfolgte an kleineren Saulen unter den oben genannten Bedingungen. 4.2.2 Zur dc-Kontrolle der Fraktionen wurden lufttrockene Fertigplatten 60 F254 "Merck" eingesetzt. Die Detektion erfolgte im kurmelligen UV-Licht und durch Bespriihen mit Anisaldehyd- Schwefelsaure-Reagens") und Erhitzen der DC-Platten auf 110" bis zur optimalen Farbintensitat. 4.2.3 Zur GC eines o les und zur Reinheitskontrolle der isolierten Substanz wurde ein Varian-Aero- graph 2800 mit FID und gepackter Saule (Gnge 10 ft, 0 1") eingesetzt. Zur Belegung der Saule dienten 5 % FFAP auf Varaport 30, 801100 mesh. Die Stromungsgeschwindigkeiten der Gase betrugen im FID: H,: 20 mllMin., synth. Luft: 200 ml/Min., beim Tragergas: N,: 19 mllMin.. Die Temp. des Detektors und ProbeneinlaBteiles lagen bei 250" bzw. 225". Die Saulentemp. wurde nach folgendem Programm gesteuert: Anfangstemp. 80°, 9 Programmschritte von je 4 Min., Heizraten: 2/2l4l4/5l5l5l5l5l (GradlMin.).

4.3 Chemische Reaktionen

4.3.1 Mikrohydrierung: Die Substanz wurde in 2.5 ml Essigsaureethylester in Gegenwart von PtO, hydriert. Gerat: Hydriergerat der Fa. Patz (nach Prof. Grewe), Modell MHYD. 4.3.2 Die Berechnung der Doppelbindungsaquivalente (DBA) erfolgte nach I*).

4.4 Pbysikalisch-cbemie BesrJmmungen

4.4.1 Elementaranalyse: Die bei 20-50 Torr uber P205 und festem Paraffin getrocknete Substanz wurde nach Wali~ch'~) analysiert. Der Sauerstoffgehalt wurde aus der Differenz berechnet (Werte s. Tab. 1). 4.4.2 Dichtebestimmung: Mikropyknometer nach FurfeP) . 4.4.3 Bestimmung des Brechungsindex: Abbk-Refraktometer, C. Zeiss. 4.4.4 UV-Remissionsspektren: Chromatogramm-Spektralphotometer KM 3, C. Zeiss, MeOanord- nung: M-Pr (R), Lampe: H-30 - DS-Brenner, Empfanger: 1 P 28 Photomultiplier.

Jork und Nachtrab Arch. Pharm. 932

4.4.5 IR-Spektren: IR-Spektralphotometer IMR 16, C. Zeiss. Die Substanz wurde als Film zwischen KBr-PreSlingen gemessen. 4.4.6 ' H-NMR-Spektren: Hitachi-Perkin-Elmer R 42, 60 MHz; CDCI,; TMS als inn. Stand. 4.4.7 "C-NMR-Spektren: Bruker-HFX-90-Multikern-Spektrometer, 22,6 MHz; CDCI,; inn. Stand. TMS. Die Akkumulation der Impulsinterferogramme erfolgte mit einem 4 K-Rechner, die Fourier-Transformation mit einem 8 K-Rechner. 4.4.8 Massenspektren: Varian MAT CH 7.

Literntor

** 3. Mitt. Arch. Pharm. (Weinheim) 312.540 (1979). 1 H. Jork und M. Nachtrab, Arch. Pharm. (Weinheim) 312,435 (1979). 2 H. Jork, Arbeitsunterlagen GDCh-Kurs 1976, unveroffentlicht. 3 H. Jork, Z. Anal. Chem 221, 17 (1966); Zeiss Informationen 16,52 (1968). 4 H. Jork, IV. Intern. Symposium f . Chromatographie, Symposiumsband S. 227, Briissel 1966. 5 H. J. Hediger, IR-Spektroskopie, Akademische Verlagsgesellschaft, Frankfurt/M. 1971. 6 H. Giinzler und H. B&k, IR-Spektroskopie, Verlag Chemie, Weinheim/BergstraSe 1975. 7 G. M. Borrow und S. Searles, J. Am. Chem. Soc. 75, 1175 (1953). 8 D. Felix, A. Melera, J. Seibl und E. sz. Kovats, Helv. Chim. Acta 46, 1513 (1963). 9 W. Rojahn und W. Bruhn, Dragoco-Report 25,248 (1978). 10 Dissertation W. E. Biering, Identifizierung terpenoider Inhaltsstoffe und Chromosomenbestim-

mung der vier Chemischen Rassen von Asarum europaeum L., Saarbriicken 1975. 11 Th. Clerc und E. Pretsch, Kernresonanzspektroskopie, Akademische Verlagsgesellschaft,

Frankfurt/M. 1970. 12 H. Friebolin, NMR-Spektroskopie, Verlag Chemie, Weinheim/BergstraOe 1974. 13 J. Seibl, Massenspektrometrie, Akademische Verlagsgesellschaft. Frankfurt/M. 1970. 14 A. F. Thomas, W. Thommes, B. Willhalm, E. W. Hagamann und E. Wenkert, Helv. Chim. Acta

15 A. F. Thomas und R. Dubini, Helv. Chim. Acta 57,2076 (1974). 16 E. Stahl, Mikrochim. Acta 40, 367 (1953). 17 E. Stahl, Diinnschicht-Chromatographie - Ein Laboratoriumshandbuch, 2. Aufl., Springer-Ver-

lag, Berlin - Heidelberg - New York 1967. 18 D. H. Williams und I. Fleming, Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie, 3. Aufl.,

G. Thieme-Verlag, Stuttgart 1975. 19 W. Walisch, Chem. Ber. 94,2314 (1961). 20 M. Furter, Helv. Chim. Acta 21, 1666 (1938).

57,2055 (1974).

[Ph 781