Zur biosynthese der iridoidglucoside

Tetrahedron

Letters

No.28,

pp_

2351-2354,

1969. PergamonPress. Printed in Great Britain.

ZUR BIOSYNTHESE DER IRIDOIDGLUCOSIDE Hiroyuki Inouye, Shinichi Ueda, Yasuhiko Aoki und Yoshio Takeda Pharmazeutische Fakultat der Universitlt Kyoto, Sakyo-ku, Kyoto, Japan (Receivedin Germany 5 May 1969; receivedin UK for publication13 May 1969)

Wahrend angenommen wird, dass die Naturstoffe der Iridoidreihe in der Pflanze auf den Weg iiberCitronella1 (I) und Iridodial (II) gebildet werden1) , ist weiter zu vermuten, dass die letzte Verbindung ihrerseits iiberdie Bisdesoxydihydrodeacetylasperulosidsaure (111)2) (oder dessen Aglucon) in die verwird. schiedenen, hijheroxydierten Iridoid- oder Secoiridoidglucosiden iiberfiihrt In den Applikationsversuchen mit der 10-3H-Bisdesoxydihydrodeacetylasperulosidsaure (III) an den folgenden vier Pflanzen haben wir nun bewiesen, dass diese SPure tatsachlich wie erwartet in die Iridoidglucoside eingebaut wird:

Lonicera

japonica Thunb.3) (ca. 40 cm lange Zweige mit mehreren Blattern), Daphniphyllum macropodum Miq. (ca. 25 cm lange Zweige mit 10 Blattern), Aucuba japonica Thunb. (ca. 20 cm lange Zweige mit 12 Blattern) und Verbena officinalis Linn. (ca. 25 cm hohes Kraut in Bliitestadium). Die zu den Versuchen benutzte Substanz (111)4) stellten wir durch katalytische Hydrierung des Asperulosid-tetraacetats in 'HZ-Atmosphlre und nachfolgender Deacetylierung her.

Sie wurde als wassrige Ltjsungan die Pflanzen

durch Baumwolldochte iiberdie Stengel appliziert.

Isolierung der Glucoside wurde

7 Tage nach dem Beginn der Applikation auf iiblicheWeise vorgenommen. Die Glucoside wurden dann mit Ac20-Pyridin acetyliert und durch Umkristallisation bis zur konstanten Radioaktivitlt gereinigt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tab. 1. zusammengestellt. Das in diesem Versuche gewonnene radioaktive Loganin-tetraacetat lieferte bei Hydrolyse mit methanol. Baryt-Losung und nachfolgender Methylierung mit Diazomethan Loganin (IV). Kuhn-Roth-Oxydation dieses Glucosids ergab Essigslure, die die gesamte Radioaktivitat des Ausgangsmaterials beibehllt.

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Tab. 1. Applikationsversuche mit der Substanz (III)

Pflanzen

Menge und spez. Akt. von applizierter (III) dpm/m Mol

Lonicexa japonica

71,6 mg 6,12 x 109

Daphniphyllum

2,32 mg

macropodum

1,29 x 109

Aucuba japonica

1,99 mg

Verbena officinalis

isoliertes

spez. Akt. des

Glucosid

Glucosidacetats dpm/m Mol

Einbaurate %

2,14 x 107

0,27

1,90 X 105

0,605)

0,515)

Loganin (IV) Asperulosid (V)

1,29 x 109

Aucubin (VI)

3,62 x lo5

42,8 mg 6,12 x 109

Verbenalin (VII)

2,93 x 108

11

Das radioaktive Asperulosid-tetraacetat wurde mit Pd-Kohle katalytisch hydriert, mit Diazomethan methyliert und der Zempl'enschenReaktion unterworfen. Das Produkt, Bisdesoxydihydrodeacetylasperulosids~ure-methylester,ergab bei Kuhn-Roth-Oxydation wiederum EssigsPure, die 98 % der Radioaktivitat der urspriinglichen Substanz enthielt. Somit wurde zum ersten Ma1 experimentell bewiesen, dass die Biosynthese der obigen Iridoidglucoside (IV) - (VII) iiberdie Slure (III) (oder dessen Aglucon) verlluft. Es wurde schon festgestellt, dass Loganin eine Zwischenstufe auf dem Biosyntheseweg verschiedener Indolalkaloide ist6) .

Dartiberhinaus ist vor kurzem

durch Experimente an Swertia caroliniensis nachgewiesen worden, dass die Biosynthese des Gentiopicrosids iiberLoganinsPure (VIII) (freie Sgure von (IV)) verlluft7). Unter Beriicksichtigungder Struktur des Loganins (IV) scheint es such sehr wahrscheinlich, dass die hoher oxydierten Iridoidglucoside wie Asperulosid (V) iiberLoganin (IV) (evtl. (VIII)) gebildet werden. So haben wir die Applikationsversuche mit dem radioaktiven Loganin (IV), das im voranstehenden Experiment gewonnen wurde, an Pflanzen von Gentiana triflora Pall var. japonica (Kusnez.) Hara (ca. 30 cm hohes Kraut in Blutestadium) sowie Daphniphyllum macropodum Miq. (ca. 25 cm lange Zweige mit 8 Bllttern) durch-

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Tab. 2. Applikationsversuche mit Loganin (IV)

Menge und spez. Akt. von appliziertem (IV) dpm/m Mol

Pflanzen

Gentiana triflora

Daphniphyllwn macropodum

isoliertes

spez. Akt. des Glucosidacetats dpm/m Mol

Glucosid

30,3 mg 2,27 x IO6

Gentiopicro-

12,6 mg 1,95 x 107

Asperulosid

sid (IX)

(V)

Einbaurate %

2,12 x 104

4,s5)

7,87 x 103

0,455)

geftlhrtund Inkorporation in Gentiopicrosid (IX) und Asperulosid (V) tiberpriift. Dabei wurde die Aufarbeitung genau so wie bei den oben erwlhnten Versuchen vorgenommen. Die Resultate werden in der Tab. 2. angefiihrt. Mit diesen Versuchen wurde wiederum festgestellt, dass Gentiopicrosid biosynthetisch iiberLoganin (IV) (Equivalent der Loganinsgure (VIII)) als Vorllufer gebildet wird, und zwar, in Erwlgung der bislang erhaltenen Befunden7),8),9)9 iiberSecologanin, Swerosid und Swertiamarin. Durch diese Versuche wurde weiter nachgewiesen, dass Asperulosid (V) in der Pflanze via Loganin (IV) gebildet wird.

(I)

PY

0

pw (IX>

H

.

EOR .

(IV) R&H, (VIII) R=H

d

-

L H

s ‘H;’

AC

&glu (V>

H\ \ w

H H2

H ii I \II\

0 o-glu

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Diese Tatsache

legt nun die Vermutung

der hijher oxydierten Gardenosid"),

Monotropein')

usw. such tiber Loganin

seinerseits

eine Vorstufe

such dariiber gebildet wird.

dass das C9-Iridoid

Aucubin

fiir Catalposid 12) usw. darstellen

(III) gebildet

NPheres iiber die Bildungsprozesse berichtet

(IV) (evtl. Loganinsaure

Dagegen scheint Verbenalin

durch direkte Oxydation der Substanz

einer Reihe

Paederosid 10) , Geniposid,

wie Scandosid,

Dariiber hinaus ist zu vermuten,

(VIII)) verlluft. (VI), welches

Iridoidglucoside

nahe, dass die Biosynthese

diirfte,

(VII) in der Pflanze

zu werden.

dieser Iridoidglucoside

wird in Kiirze

werden. LITERATUR

1) D. A. Yeowell u. H. Schmid, Experientia E,ZSO

(1964).

21 H. Inouye, T. Arai u. Y. Miyoshi, Chem. & Pharm. Bull. (Tokyo) 12, 888 (1964). 3) Auf den privaten Weg teilte Herr Prof. H. Kakisawa,

Tokyo Kyoiku Universitat,

uns mit, dass diese Pflanze Loganin enthllt. 4) Nach dem Resultat der Kuhn-Roth-Oxydation

der radioaktiven

findet sich 87 % der in (III) eingefiihrten Aktivitlt den C-Atomen

8 und 10 entstammenden

Essigsaure.

vitat am C-10 findet im folgenden ErklPrung: des Asperulosid-tetraacetats am C-10.

Substanz

in der Methylgruppe

Die Konzentrierung

Bei katalytischer

erfolgt zuerst die Hydrogenolyse

Dabei kommt die zu hydrierende

(III) der

der Akti-

Hydrierung

der OH-Gruppe

Substanz aus technischen

Griinden

zuerst mit wenig 3H2 und darauf mit einem grossen Volumen Hz in Beriihrung. 5) Berechnet unter der Annahme, Substanz

im isolierten

6) A. R. Battersby,

Glucosid beibehalten

der applizierten

wurden.

R. S. Kapil, J. A. Martin u. L. MO, Chem. Comm. 1968, 133;

P. Loew u. D. Arigoni, 7) R. Guarnaccia,

dass zwei Drittel der AktivitPt

ibid. 1968, 137.

L. Botta u. C. J. Coscia, J. Am. Chem. Sot. 91, 204 (1969).

8) A. R. Battersby, A. R. Burnett u. P. G. Parsons, Chem. Comm. 1968, 9) H. Inouye, S. Ueda u. Y. Takeda, Tetrahedron

Letters

IO) H. Inouye, S. Inouye, N. Shimokawa u. M. Okigawa,

1280.

1968, 3453.

ibid. 1968, 683

11) H. Inouye, S. Saito, H. Taguchi u. T. Endo, ibid. 9,

im Druck.

12) J. M. Bobbitt, D. E. Kiely, A. Y.-w. Lam u. E. I. Snyder, J. Org. Chem. 32, 1459

(1967).