V08 7 4'-Dihydroxyflavone

8/11/2019 V08 7 4'-Dihydroxyflavone

1/5

N M R D a t a o f F l a v o n e D e r i v a t i v e s a n d T h e i r A n t i - o x i d a t i v e A c t i v i t i e s B u l l . K o r e a n C h e m . S o c . 2 0 0 6 , V o l . 2 7 , N o . 1 0 1 5 3 7

N M R D a t a o f F l a v o n e D e r i v a t i v e s a n d T h e i r A n t i - o x i d a t i v e A c t i v i t i e s

Y o u n g h e e P a r k , Y o n g - U k L e e , H o j u n g K i m , Y o u n g s h i m L e e , Y o u n g - A h Y o o n , B y o u n g h o M o o n ,

Y o u h o o n C h o n g , J o o n g - H o o n A h n , Y h o n g - H e e S h i m ,

*

a n d Y o o n g h o L i m

*

B i o / M o l e c u l a r I n f o r m a t i c s C e n t e r , D e p a r t m e n t o f B i o s c i e n c e a n d B i o t e c h n o l o g y , I B S T , K o n k u k U n i v e r s i t y , S e o u l 1 4 3 - 7 0 1 , K o r e a

*

E - m a i l : y s h i m @ k o n k u k . a c . k r ; y o o n g h o @ k o n k u k . a c . k r

R e c e i v e d M a y 2 1 , 2 0 0 6

T h e

1

H a n d

1 3

C c h e m i c a l s h i f t s o f e l e v e n f l a v o n e d e r i v a t i v e s w e r e c o m p l e t e l y d e t e r m i n e d b y b a s i c 1 D a n d 2 D

N M R e x p e r i m e n t s . N i n e t e e n f l a v o n e d e r i v a t i v e s i n c l u d i n g t h e a b o v e e l e v e n d e r i v a t i v e s w e r e e x a m i n e d f o r

a n t i - o x i d a t i v e e f f e c t s u s i n g t h e 1 , 1 - d i p h e n y l - 2 - p i c r y l - h y d r a z y l a s s a y a n d C a e n o r h a b d i t i s e l e g a n s . I n o r d e r t o

u n d e r s t a n d t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e s t r u c t u r e s o f f l a v o n e d e r i v a t i v e s a n d t h e i r a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t i e s , a

C o m p a r a t i v e M o l e c u l a r F i e l d A n a l y s i s w a s p e r f o r m e d .

K e y W o r d s : N M R , F l a v o n e d e r i v a t i v e s , A n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t y

I n t r o d u c t i o n

F l a v o n o i d s , s e c o n d a r y m e t a b o l i t e s p r o d u c e d b y p l a n t s ,

c a n b e c l a s s i f i e d a s a n t h o c y a n i n s , f l a v a n s , p r o a n t h o c y a n i d i n s ,

C - g l y c o s y l f l a v o n o i d s , b i f l a v o n o i d s , t r i f l a v o n o i d s , i s o f l a v o n o i d s ,

n e o f l a v o n o i d s , f l a v o n e s , f l a v o n o l s , f l a v o n e g l y c o s i d e s , a n d

f l a v o n o l g l y c o s i d e s a c c o r d i n g t o t h e o x i d a t i o n s t a t e o f a

p y r a n r i n g .

1 , 2

B e c a u s e o f t h e i r w e l l - k n o w n a n t i - o x i d a t i v e

a c t i v i t i e s , t h e y h a v e b e e n u s e d t o p r o t e c t a g a i n s t m a n y

d i s e a s e s .

3

A l t h o u g h m o r e t h a n s e v e r a l t h o u s a n d s o f

f l a v o n o i d s h a v e b e e n f o u n d , s u r p r i s i n g l y n o v e l c o m p o u n d s

a r e s t i l l b e i n g d i s c o v e r e d . I n o r d e r t o i d e n t i f y t h e m , N M R

s p e c t r o s c o p y c a n b e a p p l i e d . H o w e v e r , N M R d a t a o f m a n y

f l a v o n o i d s h a v e n o t b e e n r e p o r t e d y e t . I n t h e p r e s e n t s t u d y ,

w e p r e s e n t

1

H a n d

1 3

C N M R d a t a o f 1 1 f l a v o n e d e r i v a t i v e s

a c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f o u r e x p e r i m e n t o n t h e b a s e d o f

t h e f a c t t h a t f l a v o n e s i n c l u d e a k e t o n e g r o u p i n a p y r a n r i n g .

I t i s w e l l k n o w n t h a t f l a v o n o i d s c a n p r o t e c t a g a i n s t m a n y

d i s e a s e s d u e t o t h e i r a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t i e s . T h e r e f o r e , w e

e x a m i n e d a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t i e s o f 1 9 f l a v o n e d e r i v a t i v e s

i n t h i s s t u d y . A c c u m u l a t i o n o f p o t e n t i a l l y h a r m f u l o x y g e n

r a d i c a l s i n c r e a s e s w i t h a g e i n a n u m b e r o f s p e c i e s . I n

a d d i t i o n , t h i s c a n c a u s e c e l l u l a r c h a n g e s t h a t c o u l d r e s u l t i n

t h e l o s s o f h o m e o s t a t i c c o n t r o l a n d o r g a n f u n c t i o n .

4

I n v i v o ,

a b a l a n c e n o r m a l l y e x i s t s b e t w e e n t h e p r o d u c t i o n o f r e a c t i v e

o x y g e n s p e c i e s a n d t h e c a p a c i t y o f t h e e n d o g e n o u s a n t i -

o x i d a n t d e f e n s e . D i s t u r b a n c e o f t h i s b a l a n c e i s t e r m e d

o x i d a t i v e s t r e s s , a n d r e s u l t s i n c e l l u l a r d a m a g e t o c e l l c o n -

s t i t u e n t s s u c h a s D N A , l i p i d s a n d p r o t e i n s a n d i s i m p l i c a t e d

i n o v e r a h u n d r e d d i s e a s e c o n d i t i o n s i n h u m a n .

5 , 6

I n o r d e r t o e v a l u a t e a n t i - o x i d a t i v e e f f e c t s , t h e 1 , 1 - d i p h e n y l -

2 - p i c r y l - h y d r a z y l ( D P P H ) a s s a y a n d C a e n o r h a b d i t i s e l e g a n s

( C . e l e g a n s ) w e r e u s e d . C . e l e g a n s i s a n i d e a l m o d e l o r g a n i s m

w i t h c o n v e n i e n t f e a t u r e s f o r e x a m i n i n g a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t i e s

b y m e a s u r i n g s u r v i v a l r a t e s a f t e r i n d u c t i o n o f o x i d a t i v e

d a m a g e . B e c a u s e t h e D P P H a s s a y p r o v i d e d t h e i n f o r m a t i o n

a b o u t q u a n t i t a t i v e a n t i - o x i d a t i v e e f f e c t s o f f l a v o n e s , t h e i r

s t r u c t u r e s c o u l d b e e l u c i d a t e d . A m o n g t h e 1 9 f l a v o n e

d e r i v a t i v e s t e s t e d , 3 , 6 , 4 ' - t r i h y d r o x y f l a v o n e s h o w e d g o o d

a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t y , t h e r e f o r e i t s a c t i v i t y c o u l d b e c o m -

p a r e d w i t h t h e a c t i v i t y o f v i t a m i n C . S i n c e a n i n d i r e c t

l i g a n d - b a s e d a p p r o a c h c a n h e l p t o u n d e r s t a n d t h e s t r u c t u r e -

a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s , a C o m p a r a t i v e M o l e c u l a r F i e l d A n a l y s i s

w a s p e r f o r m e d t o s t u d y q u a n t i t a t i v e s t r u c t u r e a c t i v i t y

r e l a t i o n s h i p s ( Q S A R ) o f t h e 1 9 f l a v o n e d e r i v a t i v e s .

M a t e r i a l s a n d M e t h o d s

M a t e r i a l s . N i n e t e e n f l a v o n e d e r i v a t i v e s , 3 - h y d r o x y f l a v o n e

( 1 ) , 3 , 6 - d i h y d r o x y f l a v o n e ( 2 ) , 3 , 7 - d i h y d r o x y f l a v o n e ( 3 ) ,

3 , 3 ' - d i h y d r o x y f l a v o n e ( 4 ) , 6 - h y d r o x y - 3 - m e t h o x y f l a v o n e

( 5 ) , 7 , 3 ' - d i h y d r o x y f l a v o n e ( 6 ) , 7 , 4 ' - d i h y d r o x y f l a v o n e ( 7 ) ,

3 , 6 , 3 ' - t r i h y d r o x y f l a v o n e ( 8 ) , 3 , 6 , 4 ' - t r i h y d r o x y f l a v o n e ( 9 ) ,

3 , 7 , 3 ' - t r i h y d r o x y f l a v o n e ( 1 0 ) , 3 , 7 , 4 ' - t r i h y d r o x y f l a v o n e ( 1 1 ) ,

6 , 3 ' - d i m e t h o x y - 3 - h y d r o x y f l a v o n e ( 1 2 ) , 7 , 3 ' - d i m e t h o x y - 3 -

h y d r o x y f l a v o n e ( 1 3 ) , 7 , 2 ' , 3 ' - t r i m e t h o x y - 3 - h y d r o x y f l a v o n e

( 1 4 ) , 7 , 3 ' - d i m e t h o x y f l a v o n e ( 1 5 ) , 3 , 7 , 3 ' - t r i m e t h o x y f l a v o n e

( 1 6 ) , 6 , 2 ' , 3 ' - t r i m e t h o x y f l a v o n e ( 1 7 ) , 7 , 2 ' , 3 ' - t r i m e t h o x y -

f l a v o n e ( 1 8 ) , 7 , 2 ' , 4 ' - t r i m e t h o x y f l a v o n e ( 1 9 ) , w e r e p u r c h a s e d

f r o m I N D O F I N E c h e m i c a l c o m p a n y , I n c . ( H i l l s b o r o u g h ,

N J ) . T h e i r s t r u c t u r e s a n d n o m e n c l a t u r e s a r e s h o w n i n F i g u r e

1 . T h e c h e m i c a l s w e r e u s e d f o r t h e e x p e r i m e n t s w i t h o u t

f u r t h e r p u r i f i c a t i o n , w h i c h w e r e s u p p l i e d f r o m t h e c o m p a n y

a t t h e p u r i t y o f 9 8 % .

N M R s p e c t r a . A l l N M R m e a s u r e m e n t s w e r e c a r r i e d o u t

o n a B r u k e r A v a n c e 4 0 0 s p e c t r o m e t e r s y s t e m ( 9 . 4 T ,

K a r l s r u h e , G e r m a n y ) a t 2 9 8 K . T h e c o n c e n t r a t i o n s o f t h e

s a m p l e s f o r

1

H N M R ,

1 3

C N M R , d i s t o r t i o n l e s s e n h a n c e m e n t

b y p o l a r i z a t i o n t r a n s f e r ( D E P T ) , c o r r e l a t e d s p e c t r o s c o p y

( C O S Y ) , h e t e r o n u c l e a r m u l t i p l e q u a n t u m c o h e r e n c e ( H M Q C ) ,

h e t e r o n u c l e a r m u l t i p l e b o n d e d c o n n e c t i v i t i e s ( H M B C ) , a n d

n u c l e a r O v e r h a u s e r a n d e x c h a n g e d s p e c t r o s c o p y ( N O E S Y )

e x p e r i m e n t s w e r e a p p r o x i m a t e l y 5 0 m M i n D M S O - d

6

. T h e

n u m b e r s c a n s f o r t h e

1

H N M R w e r e 1 6 a n d t h e 3 2 K d a t a

p o i n t s w e r e a c q u i r e d w i t h a 1 s e c r e l a x a t i o n d e l a y . I t s 9 0

o

p u l s e w a s 1 0 . 2 s e c w i t h a s p e c t r a l w i d t h o f 1 2 p p m . T h e 1 3

C N M R a n d D E P T s p e c t r a w e r e o b t a i n e d w i t h a s p e c t r a l

w i d t h o f 2 1 0 p p m u s i n g 6 4 K d a t a p o i n t s . T h e i r 9 0

o

p u l s e s


2/5

1 5 3 8 B u l l . K o r e a n C h e m . S o c . 2 0 0 6 , V o l . 2 7 , N o . 1 0 Y o u n g h e e P a r k e t a l .

w e r e 1 0 . 3

s e c . A l l t w o - d i m e n s i o n a l s p e c t r a e x c e p t

N O E S Y w e r e a c q u i r e d w i t h 2 , 0 4 8 d a t a p o i n t s f o r t

2

a n d 2 5 6

f o r t

1

i n c r e m e n t s u s i n g m a g n i t u d e m o d e . T h e N O E S Y

s p e c t r a w e r e c o l l e c t e d w i t h 2 , 0 4 8 d a t a p o i n t s f o r t

2

a n d 2 5 6

f o r t

1

u s i n g t i m e p r o p o r t i o n a l p h a s e i n c r e m e n t s a t t h e m i x i n g

t i m e o f 1 s e c . T h e l o n g - r a n g e d c o u p l i n g t i m e f o r H M B C

w a s 7 0 m s e c . P r i o r t o f o u r i e r t r a n s f o r m a t i o n , z e r o f i l l i n g o f 2

K a n d s i n e s q u a r e d b e l l w i n d o w f u n c t i o n w e r e a p p l i e d u s i n g

X W I N - N M R ( B r u k e r ) a n d a l l N M R d a t a w e r e a n a l y z e d i n

S p a r k y .

7 - 1 0

I n v i t r o

a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t y . I n o r d e r t o t e s t D P P H

r a d i c a l - s c a v e n g i n g e f f e c t s , 1 0 0 m L o f t h e s a m p l e w a s a d -

j u s t e d t o 0 . 1 % m e t h a n o l s o l u t i o n . O n e m L o f 1 0 0 m M T r i s -

H C l b u f f e r ( p H 7 . 4 ) w a s a d d e d , a n d t h e m i x t u r e w a s a d d e d

t o 1 m L o f 0 . 5 m M m e t h a n o l s o l u t i o n o f D P P H r a d i c a l .

A f t e r 1 5 m i n a t 3 7 C , a b s o r b a n c e w a s m e a s u r e d w i t h a

s p e c t r o p h o t o m e t e r a t 5 1 7 n m ( S h i m a d z u , T o k y o , J a p a n ) .

T h e s c a v e n g i n g e f f e c t s w e r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e e q u a t i o n a s

f o l l o w s :

s c a v e n g i n g e f f e c t s ( % )

= [ 1 ( a b s o r b a n c e o f s a m p l e / a b s o r b a n c e o f c o n t r o l ) ]

1 0 0 .

I n v i v o

a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t y . M e t h o d s f o r m a i n t e n a n c e

a n d h a n d l i n g C . e l e g a n s w e r e f o l l o w e d t o B r e n n e r s

m e t h o d .

1 1

S t r a i n N 2 w a s u s e d a s a w i l d - t y p e s t r a i n f o r m o s t

a n a l y s e s . T h e y w e r e p r o v i d e d b y t h e C a e n o r h a b d i t i s

G e n e t i c s C e n t e r . W i l d - t y p e N 2 w o r m s w e r e g r o w n a t 2 0

o

C

o n n e m a t o d e g r o w t h m e d i u m ( N G M ) a g a r p l a t e s c o n t a i n i n g

E . c o l i ( O P 5 0 ) . P a r a q u a t ( 1 , 1 ' - d i m e t h y l - 4 , 4 ' - b i p y r i d i n i u m

d i c h l o r i d e h y d r a t e , S i g m a - A l d r i c h , S t . L o u i s , M O ) w a s u s e d

f o r g e n e r a t i n g i n t e r n a l r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s i n C . e l e g a n s .

W i l d t y p e N 2 w o r m s w e r e s y n c h r o n i z e d a t L 1 s t a g e b y

h a t c h i n g e m b r y o s i n M 9 b u f f e r ( 4 2 m M o f K H

2

P O

4

, 2 m M

o f N a

2

H P O

4

, 0 . 8 6 M o f N a C l , 1 m M o f M g S O

4

) a n d 5 0

w o r m s w e r e t r a n s f e r r e d o n t o N G M a g a r p l a t e c o n t a i n i n g

O P 5 0 E . c o l i a n d 1 m M o f e a c h f l a v o n e . W o r m s w e r e g r o w n

a t 2 0

o

C u n t i l t h e y r e a c h e d a t a g r a v i d a d u l t s t a g e a n d t h e y

w e r e t h e n t r e a t e d w i t h 8 0 m M p a r a q u a t i n M 9 b u f f e r f o r 2 0

h a t 2 0

o

C . S i n c e f l a v o n e w a s d i s s o l v e d i n D M S O , w o r m s

w e r e a l s o g r o w n o n p l a t e s c o n t a i n i n g 0 . 5 % D M S O . T h e

t r e a t e d w o r m s w e r e t r a n s f e r r e d o n t o t h e f r e s h N G M a g a r

p l a t e w i t h o u t O P 5 0 a n d r e c o v e r e d f o r 1 h r a n d s c o r e d f o r

s u r v i v a l . T h e y w e r e c o u n t e d a s d e a d i f t h e y d i d n o t r e s p o n d

t o a t o u c h o n i t s h e a d .

S t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s ( S A R s ) . I n o r d e r t o

i d e n t i f y t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e s t r u c t u r e s o f f l a v o n e

d e r i v a t i v e s a n d t h e i r a n t i - o x i d a t i v e a c t i v i t i e s , a t h r e e -

d i m e n s i o n a l ( 3 D ) q u a n t i t a t i v e s t r u c t u r e a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p

s t u d y ( Q S A R ) w a s c o n d u c t e d b a s e d o n a C o m p a r a t i v e

M o l e c u l a r F i e l d A n a l y s i s ( C o M F A ) .

1 2

T h e y w e r e c a r r i e d o u t

u s i n g S Y B Y L 7 . 2 ( T r i p o s , S t . L o u i s , M O ) o n a P e n t i u m 3 . 2

G H z P C w i t h a L i n u x O S ( R e d H a t E n t e r p r i s e W S ) . T h e

s t r u c t u r e s o f f l a v o n e d e r i v a t i v e s w e r e b u i l t w i t h t h e S k e t c h e r

m o d u l e a n d t h e e n e r g y m i n i m i z e d b y t h e c o n j u g a t e g r a d i e n t

m e t h o d u s i n g a T r i p o s f o r c e f i e l d . T h e s t e r i c a n d e l e c t r o -

s t a t i c f i e l d s i n C o M F A w e r e c a l c u l a t e d a t e a c h l a t t i c e

i n t e r s e c t i o n o f a r e g u l a r l y s p a c e d g r i d o f 0 . 2 5 i n a l l t h r e e

d i m e n s i o n s w i t h i n t h e d e f i n e d r e g i o n , a n d t h e v a n d e r W a a l s

p o t e n t i a l a n d C o u l o m b i c e n e r g y b e t w e e n t h e p r o b e a n d t h e

m o l e c u l e w e r e c a l c u l a t e d u s i n g a s t a n d a r d T r i p o s f o r c e f i e l d .

T h e f i n a l C o M F A m o d e l e x h i b i t e d a c r o s s - v a l i d a t e d c o r r e -

l a t i o n c o e f f i c i e n t ( q 2 ) o f 0 . 6 5 a n d c o n v e n t i o n a l c o r r e l a t i o n

c o e f f i c i e n t ( r 2 ) o f 0 . 8 4 .

1 3

S t a t i s t i c a l a n a l y s i s . T h e d a t a a r e r e p o r t e d a s t h e m e a n o f

t h r e e i n d e p e n d e n t e x p e r i m e n t s , a n d w e r e e v a l u a t e d b y

S t u d e n t s t - t e s t . V a l u e s o f P < 0 . 0 5 w e r e c o n s i d e r e d t o b e

s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t .

R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n

O f 1 9 f l a v o n e d e r i v a t i v e s , N M R d a t a o f 8 d e r i v a t i v e s ( 1 ,

4 , 8 - 1 3 ) w e r e r e p o r t e d p r e v i o u s l y .

1 4 - 1 6

B e c a u s e 7 , 2 ' , 3 ' -

t r i m e t h o x y - 3 - h y d r o x y f l a v o n e ( 1 4 ) i s t h e m o s t s u b s t i t u t e d

c o m p o u n d a m o n g 1 1 f l a v o n e d e r i v a t i v e s w h o s e N M R d a t a

a r e n o t k n o w n , i t s c o m p l e t e a s s i g n m e n t s o f

1

H a n d

1 3

C N M R

d a t a a r e e x p l a i n e d i n d e t a i l h e r e . E i g h t e e n p e a k s w e r e

o b s e r v e d i n t h e

1 3

C N M R s p e c t r u m o f d e r i v a t i v e 1 4 . I t s

D E P T e x p e r i m e n t s g a v e n i n e s i n g l e t s , s i x d o u b l e t s , a n d

t h r e e q u a r t e t s . I n A a n d C r i n g s , t h e m o s t d o w n f i e l d s h i f t e d

p e a k w a s 1 7 2 . 2 p p m w h i c h w a s a s s i g n e d k e t o n e g r o u p ( C -

F l a v o n e

d e r i v a t i v e s

S u b s t i t u e n t s N a m e

1 R

2

= R

3

= R

4

= R

5

= R

6

= H , R

1

= O H 3 - H y d r o x y f l a v o n e

2 R

3

= R

4

= R

5

= R

6

= H , R

1

= R

2

= O H 3 , 6 - D i h y d r o x y f l a v o n e

3 R

2

= R

4

= R

5

= R

6

= H , R

1

= R

3

= O H 3 , 7 - D i h y d r o x y f l a v o n e

4 R

2

= R

3

= R

4

= R

6

= H , R

1

= R

5

= O H 3 , 3 ' - D i h y d r o x y f l a v o n e

5 R

1

= R

3

= R

4

= R

6

= H , R

2

= O H ,

R

5

= O C H

3

6 - H y d r o x y - 3 ' -

m e t h o x y f l a v o n e

6 R

1

= R

2

= R

4

= R

6

= H , R

3

= R

5


7 R

1

= R

2

= R

4

= R

5

= H , R

3

= R

6


8 R

3

= R

4

= R

6

= H , R

1

= R

2

= R

5

= O H 3 , 6 , 3 ' - T r i h y d r o x y f l a v o n e

9 R

3

= R

4

= R

5

= H , R

1

= R

2

= R

6


1 0 R

2

= R

4

= R

6

= H , R

1

= R

3

= R

5


1 1 R

2

= R

4

= R

5

= H , R

1

= R

3

= R

6


1 2 R

3

= R

4

= R

6

= H , R

1

= O H ,

R

2

= R

5

= O C H

3

6 , 3 ' - D i m e t h o x y - 3 -

h y d r o x y f l a v o n e

1 3 R

2

= R

4

= R

6

= H , R

1

= O H ,

R

3

= R

5

= O C H

3

7 , 3 ' - D i m e t h o x y - 3 -


1 4 R

2

= R

6

= H , R

1

= O H ,

R

3

= R

4

= R

5

= O C H

3

7 , 2 , 3 ' - t r i m e t h o x y - 3 -


1 5 R

1

= R

2

= R

4

= R

6

= H , R

3

= R

5

= O C H

3

7 , 3 ' - D i m e t h o x y f l a v o n e

1 6 R

2

= R

4

= R

6

= H , R

1

= R

3

= R

5

= O C H

3

3 , 7 , 3 ' - T r i m e t h o x y f l a v o n e

1 7 R

1

= R

3

= R

6

= H , R

2

= R

4

= R

5

= O C H

3

6 , 2 ' , 3 ' - T r i m e t h o x y f l a v o n e

1 8 R

1

= R

2

= R

6

= H , R

3

= R

4

= R

5

= O C H

3


1 9 R

1

= R

2

= R

5

= H , R

3

= R

4

= R

6

= O C H

3


F i g u r e 1 . S t r u c t u r e s a n d n o m e n c l a t u r e s o f 1 9 f l a v o n e d e r i v a t i v e s .


3/5

N M R D a t a o f F l a v o n e D e r i v a t i v e s a n d T h e i r A n t i - o x i d a t i v e A c t i v i t i e s B u l l . K o r e a n C h e m . S o c . 2 0 0 6 , V o l . 2 7 , N o . 1 0 1 5 3 9

4 ) . I n H M B C , C - 4 w a s l o n g - r a n g e c o u p l e d t o t h e

1

H p e a k a t

8 . 0 3 p p m w h i c h w a s d i r e c t l y a t t a c h e d t o t h e

1 3

C p e a k a t

1 2 6 . 3 p p m i n H M Q C , s o t h a t i t s h o u l d b e a s s i g n e d C - 5 .

B e c a u s e t h e

1

H a t 8 . 0 3 p p m w a s l o n g - r a n g e c o u p l e d t o t w o

o t h e r c a r b o n s a t 1 6 3 . 5 p p m a n d 1 5 6 . 8 p p m i n H M B C , t h e y

c o u l d b e C - 7 o r / a n d C - 9 . D e r i v a t i v e

1 4

i s m e t h o x y l a t e d a t

C - 7 . T h e r e f o r e , t h e f o r m e r s h o u l d b e C - 7 a n d t h e l a t e r i s C -

9 . C - 9 s h o w e d l o n g - r a n g e d c o u p l i n g w i t h t h e

1

H a t 7 . 0 8 p p m

w h i c h w a s a t t a c h e d t o t h e

1 3

C a t 1 0 0 . 2 p p m , s o t h a t i t s h o u l d

b e a s s i g n e d C - 8 . S i n c e H - 8 w a s l o n g - r a n g e c o u p l e d t o t w o

o t h e r c a r b o n s a t 1 1 4 . 5 p p m a n d 1 1 5 . 8 p p m , t h e y c o u l d b e

a s s i g n e d C - 6 o r / a n d C - 1 0 . C - 6 m u s t b e d o u b l e t c a r b o n a n d

t h e c a r b o n p e a k a t 1 1 4 . 5 p p m w a s d e t e r m i n e d d o u b l e t b y

D E P T . A s a r e s u l t , 1 1 4 . 5 p p m a n d 1 1 5 . 8 p p m c o u l d b e

a s s i g n e d C - 6 a n d C - 1 0 , r e s p e c t i v e l y . B e c a u s e t h e

1

H p e a k a t

8 . 8 8 p p m w a s n o t a t t a c h e d d i r e c t l y t o a n y c a r b o n , i t w a s

a s s i g n e d 3 - O H . I n H M B C , t h e

1

H p e a k a t 8 . 8 8 p p m w a s

l o n g - r a n g e c o u p l e d t o t w o c a r b o n s a t 1 3 8 . 8 p p m a n d 1 4 6 . 0

p p m . B a s e d o n t h e c h e m i c a l s h i f t , t h e f o r m e r s h o u l d b e C - 3

a n d t h e l a t e r , C - 2 . I n B r i n g , H - 4 ' , H - 5 ' , a n d H - 6 ' c o u l d b e

a s s i g n e d f r o m t h e i n t e r p r e t a t i o n o f C O S Y , w h i c h w e r e 7 . 2 1

p p m , 7 . 1 2 p p m , a n d 7 . 8 0 p p m , r e s p e c t i v e l y . S i n c e t h e

1 3

C

p e a k a t 1 2 5 . 4 p p m s h o w e d a l o n g - r a n g e d c o u p l i n g w i t h H -

5 ' , i t c o u l d b e a s s i g n e d C - 1 ' . I n o r d e r t o d i s t i n g u i s h C - 2 ' a n d

C - 3 ' , t h e N O E S Y e x p e r i m e n t w a s c a r r i e d o u t . B e c a u s e H - 4 '

s h o w e d a n n O e c r o s s p e a k w i t h t h e

1

H a t 3 . 8 7 p p m w h i c h

w a s d i r e c t l y a t t a c h e d t o 5 5 . 9 p p m i n H M Q C a n d w a s l o n g -

r a n g e c o u p l e d t o t h e

1 3

C p e a k a t 1 5 2 . 7 p p m , t h e y s h o u l d b e

a s s i g n e d 3 ' - O C H

3

a n d C - 3 ' , r e s p e c t i v e l y . T h e u n d e t e r m i n e d

c a r b o n s w e r e C - 2 ' a n d 2 ' - O C H

3

w h i c h c o u l d b e a s s i g n e d

e a s i l y 1 4 7 . 0 p p m a n d 6 0 . 6 p p m , r e s p e c t i v e l y . T h e c o m p l e t e

a s s i g n m e n t s o f t h e

1

H a n d

1 3

C c h e m i c a l s h i f t s o f d e r i v a t i v e

1 4

a r e l i s t e d i n T a b l e s 1 a n d 2 , r e s p e c t i v e l y .

T h e N M R d a t a o f t h e r e m a i n e d t e n f l a v o n e d e r i v a t i v e s (

2

,

3

,

5

-

7

,

1 5

-

1 9

) w e r e c o m p l e t e l y a s s i g n e d b a s e d o n t h e

i n t e r p r e t a t i o n o f 1 D a n d 2 D e x p e r i m e n t s a s t h e s a m e m a n n e r

a s d e r i v a t i v e

1 4

. T h e i r c o m p l e t e a s s i g n m e n t s o f t h e

1

H a n d

1 3

C c h e m i c a l s h i f t s a r e l i s t e d i n T a b l e s 1 a n d 2 , r e s p e c t i v e l y .

A n t i - o x i d a t i v e e f f e c t s o f s e v e r a l f l a v o n e d e r i v a t i v e s w e r e

t e s t e d i n C . e l e g a n s . T h e a c t i v i t i e s w e r e d e t e c t e d b y e x -

a m i n i n g s u r v i v a l r a t e s o f w o r m s a f t e r t r e a t m e n t w i t h p a r a -

q u a t t o g e n e r a t e o x i d a t i v e s t r e s s a s d e s c r i b e d i n M a t e r i a l s

a n d M e t h o d s . W h i l e t h e s u r v i v a l r a t e o f w o r m s g r o w n i n

n o r m a l N G M p l a t e s w a s 4 7 . 4 % , t h e s u r v i v a l r a t e s i n

a d d i t i o n o f f l a v o n e d e r i v a t i v e s w e r e r a n g e d b e t w e e n 5 9 a n d

8 1 . 6 % . H y d r o x y l a t e d f l a v o n o n e d e r i v a t i v e s w i t h 3 - h y d r o x y

g r o u p (

8

,

9

,

1 0

) s h o w e d 1 . 6 2 - f o l d i n c r e a s e d s u r v i v a l r a t e ,

d i m e t h o x y l - m o n o h y d r o x y l a t e d f l a v o n o n e d e r i v a t i v e s w i t h

3 - h y d r o x y g r o u p (

1 2

,

1 3

) s h o w e d 1 . 5 7 - f o l d i n c r e a s e d

s u r v i v a l r a t e , a n d t r i m e t h o x y l a t e d f l a v o n o n e d e r i v a t i v e s

w i t h o u t 3 - h y d r o x y g r o u p (

1 7

,

1 8

,

1 9

) s h o w e d 1 . 3 8 - f o l d

i n c r e a s e d s u r v i v a l r a t e .

I n o r d e r t o e l u c i d a t e t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e s t r u c -

t u r e s o f f l a v o n e d e r i v a t i v e s a n d t h e i r a n t i - o x i d a t i v e e f f e c t s

q u a n t i t a t i v e l y , t h e s c a v e n g i n g e f f e c t s o f f l a v o n e d e r i v a t i v e s

f o r D P P H r a d i c a l s w e r e t e s t e d , w h i c h w e r e r a n g e d b e t w e e n

9 a n d 8 6 % a s l i s t e d i n T a b l e 3 . T h e s t r u c t u r e - a c t i v i t y

r e l a t i o n s h i p s t u d y p r o v i d e s s e v e r a l i n t e r e s t i n g i n s i g h t s i n

u n d e r s t a n d i n g t h e s p e c i f i c b i n d i n g m o d e o f t h e f l a v o n e

d e r i v a t i v e s ,

1

-

1 9

, t o t h e t a r g e t m o l e c u l e . F i r s t , t h e 3 - h y d r o x y

g r o u p , w h i c h l o o k s l i k e t o b e w o r k i n g a s a h y d r o g e n

b o n d i n g d o n o r , i s a p r e r e q u i s i t e f o r a g o o d b i n d i n g a f f i n i t y .

T a b l e 1 . T h e

1

H c h e m i c a l s h i f t s ,

1H ( J , H z ) , o f f l a v o n e d e r i v a t i v e s 2 , 3 , 5 - 7 , 1 4 - 1 9

p o s i t i o n 2 3 5 6 7

3 6 . 9 5 ( s ) 6 . 7 6 ( s ) 6 . 7 1 ( s )

5 7 . 3 7 ( d , 3 . 0 ) 7 . 9 6 ( d , 8 . 4 ) 7 . 3 3 ( d , 3 . 0 ) 7 . 8 8 ( d , 8 . 7 ) 7 . 8 6 ( d , 8 . 7 )

6 6 . 9 1 ( d d , 8 . 4 , 2 . 2 ) 6 . 9 2 ( d d , 8 . 7 , 2 . 1 ) 6 . 8 9 ( d d , 8 . 7 , 2 . 2 )

7 7 . 2 5 ( d d , 9 . 0 , 3 . 0 )

7 . 2 4 ( d d , 3 . 0 , 9 . 0 )

8 7 . 6 2 ( d , 9 . 0 ) 6 . 9 4 ( d , 2 . 2 ) 7 . 6 2 ( d , 9 . 0 ) 6 . 9 6 ( d , 2 . 1 ) 6 . 9 6 ( d , 2 . 2 )

2 ' 8 . 2 0 ( m ) 8 . 1 6 ( d , 7 . 3 ) 7 . 5 4 ( d , 2 . 5 ) 7 . 3 8 ( d d , 1 . 9 , 2 . 2 ) 7 . 9 0 ( d , 9 . 1 )

3 ' 7 . 5 5 ( m ) 7 . 5 3 ( d d , 7 . 3 , 7 . 3 )

6 . 9 2 ( d d , 8 . 7 , 2 . 2 )

4 ' 7 . 4 8 ( m ) 7 . 4 6 ( d d , 7 . 3 , 7 . 3 ) 7 . 1 1 ( d d , 2 . 5 , 8 . 1 ) 7 . 3 7 ( d d , 7 . 9 , 2 . 2 )

5 ' 7 . 4 8 ( m ) 7 . 5 3 ( d d , 7 . 3 , 7 . 3 ) 7 . 4 4 ( d d , 8 . 1 , 8 . 1 ) 7 . 3 4 ( d d , 7 . 9 , 7 . 9 ) 6 . 9 2 ( d d , 8 . 7 , 2 . 2 )

6 ' 8 . 2 0 ( m ) 8 . 1 6 ( d , 7 . 3 ) 7 . 6 0 ( d , 8 . 1 ) 7 . 4 6 ( d , 7 . 9 ) 7 . 9 0 ( d , 9 . 1 )

O H - 2 '

O H - 3 ' 9 . 8 ( s )

O H - 4 ' 1 0 . 2 ( s )

O H - 3 9 . 4 0 ( s ) 9 . 3 2 ( s )

O H - 6 9 . 9 8 ( s ) 1 0 . 0 ( b s )

O H - 7 1 0 . 8 3 ( s ) 1 0 . 8 ( s ) 1 0 . 7 ( s )

O C H

3

- 2 '

O C H

3

- 3 '

3 . 8 4 ( s )

O C H

3

- 4 '

O C H

3

- 3

O C H

3

- 6

O C H

3

- 7


4/5

1 5 4 0 B u l l . K o r e a n C h e m . S o c . 2 0 0 6 , V o l . 2 7 , N o . 1 0 Y o u n g h e e P a r k e t a l .

N o f l a v o n o n e a n a l o g u e s w i t h o u t 3 - h y d r o x y g r o u p t e s t e d

s h o w e d b e t t e r a c t i v i t y t h a n 3 - h y d r o x y f l a v o n e (

1

) . S e c o n d ,

s u b s t i t u t i o n a t t h e 2 ' - p o s i t i o n o f t h e B r i n g (

1 4

,

1 7

,

1 8

,

1 9

)

a l w a y s r e s u l t e d i n s i g n i f i c a n t r e d u c t i o n o f t h e b i o l o g i c a l

a c t i v i t y , w h i c h i m p l i e s t h a t t h e B r i n g m i g h t b e l o c a t e d i n a

n a r r o w b i n d i n g p o c k e t . I n c o n t r a s t , 3 - h y d r o x y f l a v o n e s u b -

s t i t u t e d w i t h e i t h e r m e t h o x y o r h y d r o x y l g r o u p a t t h e 3 ' - o r 4 '

- p o s i t i o n s s h o w i n c r e a s e d a c t i v i t y . T h u s , i t i s l i k e l y t h a t t h e

B r i n g b i n d s a t a s p e c i f i c p o c k e t w h i c h h a s a n a r r o w e n t r y

b u t e n o u g h r o o m i n s i d e . A l s o , a s b o t h h y d r o x y l a n d

m e t h o x y g r o u p a t t h e 3 ' - (

8

,

1 0

,

1 2

,

1 3

) o r 4 ' - p o s i t i o n s (

9

,

1 1

) i n c r e a s e t h e b i o l o g i c a l a c t i v i t y o f 3 - h y d r o x y f l a v o n e (

1

) ,

i t i s a p p a r e n t t h a t t h e s u b s t i t u e n t s a t t h e s e p o s i t i o n s c a n

i n t e r a c t w i t h t h e t a r g e t m o l e c u l e a s b o t h h y d r o g e n b o n d

d o n o r a n d a c c e p t o r . H o w e v e r , A r i n g s u b s t i t u e n t s a t 6 - o r 7 -

p o s i t i o n s a r e h i g h l y s p e c i f i c f o r h y d r o g e n b o n d i n g d o n o r

T a b l e 1 . C o n t i n u e d

p o s i t i o n 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9

3 6 . 8 6 ( s ) 6 . 7 4 ( s ) 6 . 6 9 ( s ) 6 . 8 3 ( s )

5 8 . 0 3 ( d , 8 . 9 ) 7 . 9 4 ( d , 8 . 8 ) 7 . 9 8 ( d , 8 . 9 ) 7 . 4 3 ( d , 2 . 5 ) 7 . 9 4 ( d , 8 . 0 ) 7 . 9 0 ( d , 2 . 4 )

6 7 . 0 5 ( d d , 8 . 9 , 2 . 2 ) 7 . 0 6 ( d d , 8 . 8 , 2 . 4 ) 7 . 0 6 ( d d , 2 . 2 , 8 . 9 ) 7 . 3 6 ( d d , 2 . 4 , 8 . 0 ) 7 . 0 2 ( d d , 2 . 4 , 8 . 8 )

7 7 . 6 6 ( d d , 0 . 6 , 8 . 0 )

8 7 . 0 8 ( d , 2 . 2 ) 7 . 2 5 ( d , 2 . 4 ) 7 . 2 8 ( d , 2 . 2 ) 7 . 3 8 ( d d , 2 . 5 , 8 . 0 ) 7 . 1 8 ( d , 2 . 4 ) 7 . 2 1 ( d , 2 . 4 )

2 ' 7 . 5 9 ( d d , 2 . 4 , 1 . 6 )

3 ' 7 . 2 5 ( d , 8 . 3 ) 6 . 7 0 ( d , 2 . 4 )

4 ' 7 . 2 1 ( d d , 8 . 2 , 2 . 0 ) 7 . 5 7 ( d d d , 8 . 3 , 7 . 4 , 1 . 8 ) 7 . 1 5 ( d d , 2 . 4 , 8 . 0 ) 7 . 3 0 ( d d , 1 . 9 , 7 . 8 ) 7 . 2 7 ( d d , 2 . 0 , 8 . 0 )

5 ' 7 . 1 2 ( d d , 7 . 3 , 8 . 2 ) 7 . 1 5 ( d d d , 7 . 8 , 7 . 4 , 0 . 9 ) 7 . 5 1 ( d d , 8 . 0 , 8 . 0 ) 7 . 2 2 ( d d , 7 . 8 , 7 . 6 ) 7 . 2 3 ( d d , 7 . 4 , 8 . 0 ) 6 . 7 3 ( d d , 2 . 4 , 4 . 0 )

6 ' 7 . 8 0 ( d , 7 . 3 , 2 . 0 ) 7 . 9 3 ( d d , 7 . 8 , 1 . 8 ) 7 . 6 2 ( d d , 1 . 6 , 2 . 4 , 8 . 0 ) 7 . 3 5 ( d d , 1 . 9 , 7 . 6 ) 7 . 3 6 ( d d , 2 . 0 , 8 . 0 ) 7 . 9 2 ( d , 2 . 4 )

O H - 2 '

O H - 3 '

O H - 4 '

O H - 3 8 . 8 8 ( s )

O H - 6

O H - 7

O C H

3

- 2 ' 3 . 8 0 ( s ) 3 . 9 3 ( s ) 3 . 8 1 ( s ) 3 . 7 6 ( s ) 3 . 8 6 ( s )

O C H

3

- 3 ' 3 . 8 7 ( s ) 3 . 8 5 ( s ) 3 . 8 7 ( s ) 3 . 8 2 ( s )

O C H

3

- 4 ' 3 . 9 3 ( s )

O C H

3

- 3 3 . 8 1 ( s )

O C H

3

- 6 3 . 8 6 ( s )

O C H

3

- 7 3 . 8 7 ( s ) 3 . 9 1 ( s ) 3 . 9 1 ( s ) 3 . 9 0 ( s ) 3 . 9 0 ( s )

T a b l e 2 . T h e

1 3

C c h e m i c a l s h i f t s ( p p m ) o f f l a v o n e d e r i v a t i v e s 2 , 3 , 5 - 7 , 1 4 - 1 9

P o s i t i o n 2 3 5 6 7 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9

2 1 4 5 . 0 1 4 4 . 2 1 6 2 . 0 1 6 2 . 1 1 6 2 . 5 1 4 6 . 0 1 6 0 . 2 1 5 4 . 1 1 6 1 . 3 1 6 1 . 0 1 5 9 . 9

3 1 3 8 . 5 1 3 8 . 5 1 0 6 . 2 1 0 6 . 6 1 0 4 . 5 1 3 8 . 8 1 1 1 . 5 1 4 0 . 7 1 1 0 . 4 1 5 3 . 0 1 1 0 . 0

4 1 7 2 . 7 1 7 2 . 4 1 7 7 . 1 1 7 6 . 4 1 7 6 . 3 1 7 2 . 2 1 7 6 . 4 1 7 3 . 2 1 7 6 . 6 1 7 6 . 3 1 7 6 . 5

5 1 0 6 . 9 1 2 6 . 6 1 0 7 . 5 1 2 6 . 6 1 2 6 . 5 1 2 6 . 3 1 2 6 . 1 1 2 6 . 2 1 0 4 . 6 1 2 6 . 2 1 2 6 . 0

6 1 5 4 . 2 1 1 5 . 0 1 5 4 . 9 1 1 5 . 1 1 1 4 . 8 1 1 4 . 5 1 1 4 . 6 1 1 4 . 7 1 5 6 . 6 1 2 0 . 5 1 1 4 . 3

7 1 2 3 . 4 1 6 2 . 6 1 2 3 . 1 1 6 2 . 8 1 6 2 . 5 1 6 3 . 5 1 6 3 . 8 1 6 3 . 8 1 2 0 . 1 1 6 3 . 9 1 6 3 . 7

8 1 1 9 . 9 1 0 2 . 1 1 1 9 . 9 1 0 2 . 5 1 0 2 . 5 1 0 0 . 2 1 0 0 . 8 1 0 0 . 5 1 2 3 . 3 1 0 0 . 8 1 0 0 . 7

9 1 4 8 . 7 1 5 6 . 6 1 4 9 . 4 1 5 7 . 5 1 5 7 . 4 1 5 6 . 8 1 5 7 . 7 1 5 6 . 5 1 5 0 . 6 1 5 7 . 7 1 5 7 . 5

1 0 1 2 2 . 2 1 1 4 . 3 1 2 4 . 3 1 1 6 . 2 1 1 6 . 1 1 1 5 . 8 1 1 6 . 9 1 1 7 . 3 1 2 3 . 8 1 1 7 . 0 1 1 6 . 8

1 ' 1 3 1 . 6 1 3 1 . 5 1 3 2 . 8 1 3 2 . 6 1 2 1 . 8 1 2 5 . 4 1 1 9 . 9 1 3 1 . 7 1 2 6 . 0 1 2 5 . 9 1 1 2 . 3

2 ' 1 2 7 . 7 1 2 7 . 4 1 1 1 . 4 1 1 2 . 6 1 2 8 . 1 1 4 7 . 0 1 5 7 . 5 1 1 3 . 7 1 4 7 . 1 1 4 7 . 1 1 6 3 . 0

3 ' 1 2 8 . 6 1 2 8 . 5 1 5 9 . 7 1 5 7 . 9 1 1 5 . 9 1 5 2 . 7 1 1 2 . 5 1 5 9 . 1 1 5 3 . 0 1 5 3 . 0 1 0 6 . 1

4 ' 1 2 9 . 8 1 2 9 . 6 1 1 7 . 4 1 1 8 . 6 1 6 0 . 7 1 1 4 . 8 1 3 2 . 7 1 1 6 . 1 1 1 5 . 8 1 1 5 . 8 1 5 9 . 3

5 ' 1 2 8 . 6 1 2 8 . 5 1 3 0 . 2 1 3 0 . 2 1 1 5 . 9 1 2 3 . 8 1 2 0 . 7 1 2 9 . 8 1 2 4 . 5 1 2 4 . 5 9 9 . 0

6 ' 1 2 7 . 7 1 2 7 . 4 1 1 8 . 5 1 1 7 . 0 1 2 8 . 1 1 2 2 . 4 1 2 9 . 0 1 2 0 . 4 1 2 0 . 6 1 2 0 . 5 1 3 0 . 1

O C H

3

- 2 '

6 0 . 6 5 5 . 9

6 0 . 6 6 0 . 6 5 5 . 6

O C H

3

- 3 '

5 5 . 4

5 5 . 9

5 6 . 1 5 6 . 0 5 6 . 0

O C H

3

- 4 ' 5 6 . 3

O C H

3

- 3 5 5 . 3

O C H

3

- 6 5 5 . 7

O C H

3

- 7 5 6 . 0 5 6 . 0 5 9 . 6 5 6 . 1 5 6 . 0


5/5

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V08 7 4'-Dihydroxyflavone