Die Bildung von Lupanin und Hydroxylupanin aus Cadaverin-[1.514C]-dihydrochlorid in Lupinus angustifolius

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Schiitte, N o w a c k i und #chafer
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Pharmazie
2054. H. R. Schiitte, E. N o w a c k i * *) und Ch. Schafer
Die Bildung von Lupanin und Hydroxylupanin aus
Cadaverin-[l .514C]-dihydrochlorid in Lupinus anpstifolius
Aus dem Institut fiir Biochemie drr Wanzrn
der Deutschen Akademie der Wissonschaften Z U Berlin in HnllelSaale
(Eingegangen am 15. Marz 1961)
In friiheren Mitteilungen l--4) konnte gezeigt werden, daB die Alkaloide Spartein
uad Lupinin in Lupinus luteus aus drei bzw. zwei Molekiilen Cadaverin oder eines
Bquivalentes in spezifischer Weise entstehen, und daB Spartein (I) uber die Stofe
des Lupiningeriistes gebildet werden kann3).
I
b
I11
0
II
0
IY
Vom Spartein leiten sich das in Lupinen weitverbreitete Lupanin (1I)j)6 , und
Hydroxylupanin (111) ab, zwei oxydierte Vertreter des tetracyclischen Systems, die
in L. angustifolius edhalten sind7). Als Nebenalkaloid kommt in dieser Pflanze u. a.
noch das Angustifolin (IV) vor 8 ) 9). Fur die Biosynthese der sauerstoffhaltigen
Abkommlinge des Sparteins wird eine Oxydation des letzteren postuliertlO).
Urn die biosynthetische Verwandtschaft dieser oxydierten Lupinenalkaloide mit
Spartein und Lupinin nachzupriifen, haben wir analog den Versuchen mit L. luteus
auch L. angust.ifolius (Sorte Wielskopolski-Gorzki) in iiblicher Weise mit Cada~
*) 4. Mitt. = Zitat 4.
**) Cfastmitarbeiter soni Institut fur Pflanzengenetik der Polnischen Akademie dei Wissen-
schatten.
I ) H . R. Schiitte und E . Nowacki, Naturwissenschaften 46, 493 (1959).
2, H . R . Schiitte, Arch. Pharmaz. 293, 1006 (19GO).
*) H . R. Echiitle, Atompraxis 7, 91 (1961).
4, H . H. Schutte, F. Bohlmann und W . Reusehe, Arch. Pharmaz. 294, 610 (1960).
6 , E. NowucU, Polisch agric. Annu. 79 A 2, 505 (1958).
6 , E . Nouracki, Cfenetica Polonica 1. 119 (1960).
') Y.D. Brutek und M , Wiewioromki, Roczniki Chem. 33, 1187 (1969).
*) X. Wiem'oroweki, F. Qalinovsky und M . I). Bratek, Monatsh. Chem. S8, 663 (1957).
g, F. Bohlnuznn und Is. WinlerfeMt, Cbem. Rer. 93, 1956 (19GO).
lo) R . Bobinaon, The Structural Relations of Natural Products, Oxford 1953.
295. Bd.
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Die Bildung von Lupanin und Hydroxylupanin
1962 Nr. 1
verin-[l,5-14C]-dihydrochlorid gefiittert2). Die Inkubationszeit dauerte 4 Tage. Das
Aufarbeitungsschema ist im methodischen Teil zusammengestellt. Die Ergebnisse
sind in Tab. 1wiedergegeben.
I
Spez. Radioaktivitat
Verbindung
Lupanin
1,47 * lo8Imp/Min/mMol
1,75 * lo6 ,, ,,
,,
Hydroxylnpanin
7,70
Cadaverin
lo5 ,,
*
,,
Spez. Einbaurate
0,12%
,,
0,063y0
Obwohl die spezifischen Einbauraten in Lupanin und Hydroxylupanin relativ
gering sind im Gegensatz zu denen in Lupinin und Sparteinl) a), zeigt der ubersichtliche Abbau dieser Alkaloide eine ziemlich direkte Inkorporation des Cadaverins in diese Basen. Lupanin (11) und Hydroxylupanin (111)besitzen beide Carbonylgruppen, die lactamartig angeordnet sind. Als Ketogruppe sollten diese mit
Grignardreagenzien zu den entsprechenden Alkoholen reagierenll). In Analogie zur
Eliminierung des Keto-Kohlenstoffatoms im Tropinon 12) haben wir Lupanin
(11)und Hydroxylupanin (111)mit Lithiumphenyl umgesetzt und das Resktionsprodukt (V) ohne Isolierung oxydiert, wobei das Carbonylkohlenstoffatom als Carboxylgruppe der Benzoesiiure erscheint.
0
v
11
Die Ergebnisse sind fur Lupanin in Tab. 2 und fiir Hydroxylupanin in Tab. 3
zusammengestellt
.
Tabelle 2
Prozentuale Radioaktivithten des Lupsninabbaues
Verbindung
I
k.
spez, Radioaktivitilt
Clef.:
1
Ber.:
11) K . WinterfeU und P. Pdkow, Chem. Ber. 82, 150 (1949).
1%)J . K a c z k E , H. R. Schiit4e nnd K. MotAes, Naturwissenschaften 47,304
Biophys. dcta 46, ABR (1901).
(1980); Biochem.
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Nchiitte, N o w a c k i und Bchafer
AiccfiiVder
Pharmazk
Die Resultate dieser beiden Abbauversuche, nach denen der Carbonylkohlenstoff
dieser beiden Basen etwa
der spez. Radioaktivitiit der entsprechenden Alkaloide
beaitzt, zeigen, daB Lupanin und Hydroxylupanin nach einem iihnlichen Schema
gebildet werden wie Lupinin und Spartein2) 4). Diese beiden Alkaloide werden offenmchtlich ebenfalls a m drei Molekiilen Cadaverin aufgebaut, wobei es noch offen
steht, ob dabei die Stufe des Sparteins durchschrittm werden kann oder m a , denn
mch dieser Theorie mul) die Carbonylgruppe
der Radioaktivitat des Gesamt-
H,/
\
1'
alkaloides haben, wie es im Experiment gefunden wurde. ober die moglichen
Zwischenstufen kann noch nkhts ausgesagt werden2-4). Angustifolin (IV), in das
auch Cadaverin eingebaut wird, war in so kleinen Mengen vorhanden, daB fur dieses
Alkaloid keine exakten Angaben uber Einbaurate und Aktivitiitsverteilung gemacht
werden konnen.
Zuspmmenfassung
Die Biosynthese der Lupinenalkaloide Lupanin und Hydroxylupanin wurde mit
radioaktiv markiertem Cadaverin-[l ,5-14C] untersucht. Durch Eliminierung der
Carbonylgruppe dieser Alkaloide, die jeweils etwa 'Is der spezifischen Aktivitat der
295. Ed.
1962 Nr. 1
Die Bkldung o m Lupnin und Hydroxylupnin
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Basen enthat, wurde geschlossen, daB 3 Cadaverineinheiten fiir die Biosynthese
des Lupanins und Hydroxylupanins notig sind.
Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. Dr.h. c. R.Motha danken wir fiir das groBe Interesse an dieser
Srbeit sowie fur zahlreiche Diskussionen.
Berchnibung der Versuche
Jeweils sieben Sprosee (10 Wochen alt) von L. anguetifolius wurden in beachriebener
FormB)a) mit Cadaverin-[1,6-l~-dihydrochlorid'8)(1mg pro Pflanze) gefuttert. Die Inkubationszeit betrug 4 Tage.
Zur Aufarbeitung d e n die Pflanzen gefriergetrocknet und nach Blkalieieren mit 30
pnn. methanolischer K d h u g e 8 Std. mit Chloroform extrahiert. Das Chloroform wurde
abgedampft und der Ruckstand in der Klilte mit 0,l n HC1 und anschliedend mit Waaser
behendelt. Die Salzsiiurelosungwurde mit Benzol ausgeschuttelt, a d pH 6 gebmcht und
bei 40' bia zum Sirup eingedampft. Den Sirup trocknete man mit Soda und Kimlgur und
extmhierta das Lupanin mit Petrolither. Von der auf 10 ml eingedampften Petrohtherlosung wurde 'Ilo zur quantitativen Bestimmung14) bzw. zur Aktivitirtsmessung abgenommen und der Rest mit inaktivem Lupanin als Lupaninperchlorat gefiillt und aus Alkohol
e mit Chloroform
imd Aceton umkristallisiert. Der Reat der Petrolhtherextraktion d
extmhiert und pc gegen authentiffihea Hydroxylupanin in Butanol-Wasserals Hydrochlorid
getrennt. Der Hydroxylupaninfleck wurde eluiert und von aliquoten Teilen die Komentration14)und Radioaktivitht gemessen. Der Rest wurde mit inaktivem Hydroxylupnin
verdiinnt und abgebaut.
Zum Abbau d e n 348 mg Lupaninperchlorat mit einigen Tropfen methanowher
Kalilauge zu einem Brei verrieben und mit gegluhtem Kieselgur getrocknet. Das Pulver
d
e in eine kleine Siiule gefiillt und mit absol. Ather eluiert. Nach dem Einengen des
Eluatea auf 2 ml (Chlorcalciumrohr) wurde dieae Losung zu 4 ml Lithiumphenyl16) im
Stickstoffstrom unter Ruhren in einen Dreihalakolben hinzugefiigt. Das Reaktiomgemisch
wurde Std. auf dem Wasserbad unter Stickstoff erwhrmt und uber Nacht atehengelassen.
Die Lithiumverbindungen werden mit 1n HC1 unter EiskWung und Riihren zersetzt und
ausgehthert, die whdrige Usung vom Ather abgetrennt und alkalisch ausgeiithert. Nach
Abdampfen des hthers wurde der Ruckstand in 3 ml Warner suspendiert und 500 mg
Kaliumpermanganat hinzugefugt ;die Mischung kochte man 1Std.am RiickfluB, reduzierte
den entatandenen Braunstein mit Schwefeldioxyd und htherte nach m u e r n die ente die rohe Benzoegaure bei
standene B e n z d u r e am. Nach Entfernen dea hthers d
100' und Normaldruck sublimiert.
Ausbeute: 7 mg, Schmp. 122".
Hydroxylupanin lag ala Base vor und wurde inhther nach obiger Vomhrift mit Lithiumphenyl umgeaetzt. Bei einem 0,5 mMol-Anaatz erhielten wir 8 mg B e n z d u r e , Schmp. 121"
-%la Bezugssubstanz fur den Abbau wurde ein Teil dea Hydroxylupanins durch Vakuumsublimation gereinigt.
Alle Radioclktivitiitameeaungen wurden mit einem MethandurchfluBziihler der Firma
Frieaecke und Hoepfner in unendlich diinner Schicht durchgefiihrt.
lS)
li. M o l h , H. R. SchiiUe, H . Simon und F. Weygand, 2. RTaturforsch. 14b. 49 (1989).
M . WiewiOrow&i m d J . SkoZiE, Roceriiki Chem. 33,461 (1969).
K. ZiqZe~und H. Coloniw, Liebigs Ann. Chem. 479, 135 (1930).
lP)
Is)
Annschrift: D:..H.B SchUtte, Halle/Ssale. Welnbergweg.