化学与生活

少年,撸猫吗?——木天蓼杂谈

本文来自Chem-Station日文版 マタタビの有効成分のはなし Tshozo

翻译投稿 炸鸡 校对 HaoHu

作者家附近的猫非常的可爱。但是猫猫们都性情难以捉摸,在我的膝盖上坐不了很久就走了,作为爱猫人士的我总是对此感到很不甘心。

家附近的一只不知道名字的猫。这位猫小主最近长胖了,有种很蓬松的感觉

由此我萌生了这样一个天真的想法“如果用木天蓼的话就能让猫黏我久一点吧”。我赶紧去了家附近的宠物店看看有没有卖木天蓼的,发现有很多含有木天蓼(或者是木天蓼的提取物?)成分的宠物玩具。我忍不住好奇:用了木天蓼就能有效果吗?猫咪究竟为什么会喜欢木天蓼?为了满足我的好奇心,我就查了查木天蓼究竟是什么。

木天蓼及相关植物的研究历史

最早的关于木天蓼及相关植物的研究可见北里大学有原教授的一篇论文(见文献1),这篇文献的内容可以说是十分完整了,笔者接下来的内容参考了有原教授的这篇论文。此外笔者还参考了大阪市大学的目武雄教授的论文(文献2),目武雄教授对“木天蓼内酯”有着丰硕的研究成果。如东京工业大学的铃木启介教授在2006年的有机合成化学协会杂志前言中所讲,目教授的研究课题极具魅力。在当年那个连NMR也没有的年代,目教授用了很多其他的方法来确定木天蓼的分子结构,我打心底对目教授的坚韧感到钦佩。

下面是正文部分。

木天蓼是一种在日本和亚洲其他地区自然生长的植物,其外观类似于常春藤,其果实(特别是带有癭的果实)从很久以前就被用作草药。木天蓼作为食物口感并不佳,故通常用在清酒或酒曲中。在上越(日本地名)特产调味料“かんずり”中充当佐料。

图片来自维基百科

笔者的老家那边的乡下也有很多

人类从很早以前就发现木天蓼作为药品来说是对人体没多大作用的,但是它可以让猫科动物欲罢不能,人们发现可以用木天蓼来逗猫。在日本古典小说《南総里見八犬伝》也有关于木天蓼的相关情节。

在外国还有一种名为Catnip(原产于欧洲)的薄荷草,Catnip能吸引一部分猫咪。在查阅了特拉华大学的Sharon Tucker团队在1987年做的关于Catnip的简短说明材料后我了解到:Catnip最早被记录在文献中要追溯到200年前,是由英国植物学家John Ray最初记录的,之后的1759年,同为英国人的植物学家和园艺家的Phillp Miller首次在书面记录道“破损的猫薄荷特别会吸引猫”,这是历史上首次有关猫薄荷(木天蓼)的科学杂志上的记载(文献3)。可惜的是,从这时起一直到1900年为止,欧美的科学杂志上竟再也看不到任何有关Catnip成分和反应的报道了。

一直到1910年前后才出现了关于Catnip成分的正规的化学系学术论文,我决定研究所得的结构和全合成的历史。

化学视角里的木天蓼的有效成分

先说结论,木天蓼(系植物)的有效成分确定为下图中红圈内的物质,红圈外的物质也被认为或许在自然界里存在。红圈内的物质是目教授世界首次从木天蓼中发现并确定其构造的有效成分,除此之外还有从具有类似效果的植物中提取的物质(红圈外的物质还正在详细调查中)。

相关成分一览表 图片来自文献,因为文献2中提到了苯乙醇故图片上加上苯乙醇

可以看到除了苯乙醇(醇类)和Actinidain(吡啶类)外,其他的全是内酯类物质。在这里就不对这些各种各样的内酯做一个一个的科普了,你只要知道它们的最主要作用就是信息素和香味来源。

图中红线内的一个名为Iridmyrmecin,目教授在1959年的论文中把这个物质命名为“木天蓼内酯”,但是后来证明这个“木天蓼内酯”其实和1955年Pavan, Fusco, Cavil等人从阿根廷蚁中分离出的一种物质是同一种物质(文献2)。依据最早发现这个物质的Pavan, Fusco, Cavil三人(更准确说是Pavan) ,这个物质被命名为“Iridmyrmecin”。木天蓼内酯反倒成了别名了。但是我感到不可思议的是一个存在于植物中一个存在于蚂蚁体内,两种完全不相干的,甚至没有交集的生物环境里怎么会存在同一种物质。

一种名为Iridmyrmex的蚂蚁能用 Iridmyrmecin来保护自己,此类蚂蚁主要生活在澳大利亚(图片来自维基百科)

不同的物质吸引猫的方式也不同,苯乙醇主要让猫咪分泌“唾液”,Actinidin和Iridmyrmecin主要能吸引猫咪并让猫咪感到喜悦[文献2]。Actinidin似乎对猫以外的动物也具有吸引力,从这个方面来讲是不是说动物们都有共通的嗅觉神经呢?学术上说也不失为一个很有趣的地方。文献2中还提及了一个实验中发生的轶事:实验室里从木天蓼中提取出的物质吸引了附近的猫咪,猫咪闯进实验室把木天蓼提取物“偷走了”。

木天蓼提取物的结构被确定后,化学家们就尝试天然合成了。因为笔者不是天然物合成专业的,所以了解不多,敬请谅解。Iridmyrmecin令我感到惊奇的是无论是它的(+)(-)旋光异构体都对猫咪有引诱效果,下面我着重对(+)Iridmyrmecin进行介绍。

Iridmyrmecin(木天蓼内酯)的合成途径

木天蓼内酯化学机构并不复杂,所以在确定其结构不久后1959年德国波恩大学就发表了木天蓼内酯的全合成论文,1964年京都大学的内本喜一郎教授也发表了木天蓼内酯的全合成论文。因为起始物已经含有了五元环结构,所以说实话给我的感觉有点成色不足。直到1990年才有新的合成模式,包括了五元环的成环过程的合成路径。

到1990年,Iridmyrmecin的合成问题仍然集中在如何构建基本的“含有手性碳的碳环骨架”上。笔者调查后发现详细的合成路线大约有9条,我从中挑选出了3条合成成本较低的合成路线。其中③的原料成本不低,但是相对来说做到了步骤的最少化。

  • ①在合成途径中逐步合成五元环
  • ②具有环化反应特征
  • ③通过不对称自由基反应一次性构建碳骨架和取代基

①来自Tetrahedron Letters,11步合成(链接)使用LDA,关键步是通过Micheal加成反应成环

②来自Tetrahedron Letters(链接),关键步是第六步:N先生合成的时候用了他开发的ZrCp2促进关键的第六步环化

③来自European Journal of Organic Chemistry (链接

除此之外还有一些以降冰片烯为起始原料的合成方法,限于篇幅这里没能一一介绍。在我一个外行人眼里,这三个反应路线的难易程度都差不多,要说艺术性的话我倾向于③。

对于笔者这样的没能进入有机化学专业学习的“门外汉”来说,理解这样高难度,像组合谜题般的合成路线是十分困难的,要是能有柯南(我怕读者对马里奥博士和这款游戏不熟,所以我换成了柯南)般的能联想的超级大脑即能洞悉看到的一切的能力就好了,那样我就能理解这样复杂的合成路线了。

木天蓼能吸引什么样的猫咪呢?

虽然“木天蓼能吸引什么样的猫咪呢?”和化学没多大关系,但话说回来并不是所有的猫咪都能被木天蓼吸引,也有的猫咪不被木天蓼吸引。目教授也提到“木天蓼对狗和犀牛也有效果”。就好像我们有的人喝一两杯酒酒很容易醉,有的人就是千杯不倒,木天蓼对猫的影响也是因“猫”而异吧。

一篇题目为Responsiveness of cats (Felidae) to silver vine(Actinidia polygama), Tatarian honeysuckle(Lonicera tatarica), valerian (Valeriana officinalis) and catnip (Nepeta cataria)论文在各个网站都有刊登,内容简单易懂而且可以免费阅读全文。

猫特别喜欢表皮

论文除了列举了Silver Vine(来自木天蓼),还列举了含有Tatarian Honeysuckle(来自忍冬),Varelian(来自缬草),Catnip(来自猫薄荷)等含有内酯萜烯类物质的植物,各种植物主要成分不同,猫咪的反应也不同,而且猫咪的雌雄,品种也会影响猫咪对植物的反应效果。论文的主要成果用下面这幅图表示。

省略了统计关系的数值

图中“Intense”圆圈里的数字越大则代表有反应的猫咪越多

不出所料,效果最好的是木天蓼,但有点出乎我意料的是也存在对木天蓼完全不感兴趣(Negative)的猫咪。反应程度不受猫的性别影响,年轻的猫的反应普遍比较强烈,图表也只显示出了这些表面的差异,猫有反应抑或是不反应的一些更深层的影响原因还有待进一步调查。

另外还有一个有趣的发现,老虎对这些植物不怎么感兴趣,而同作为大型猫科动物的短尾猫对这些植物的反应却很强烈。

来自论文 这位猫主子是不是很可爱呢

同样是猫科动物,也有反应的和不反应的,但另一方面,如提上文中目教授的论文里所提到的内酯类物质也能吸引像犀牛一样的非猫科类动物。犀牛被内酯类物质吸引是喜欢气味还是喜欢味道我不知道,但犀牛和猫科动物都能对内酯类物质有反应一定程度上说明了它们之间有共同的生物构造和生物机制,这简直太神奇了。如果有读者对这个问题感兴趣,可以自己搜索相关资料。

顺嘴一说,学研(株式会社学研控股,是日本一家以教育书籍为业务中心的出版社,常被略称为学研。)的一部连载漫画《猫的秘密》也有“狮子迷上了木天蓼”这样的情节。

另外这篇论文清楚地提到了“lions, jaguars, leopards and snow leopards appear to be sensitive to catnip,…”,作者清楚了指明了哪一种猫科动物对薄荷草敏感,看来论文作者是用心在调查。

结束语

这次我调查了木天蓼中含有的有效化学成分,仅仅这一种化学物质,与它相关的化合物就非常多。这里面的学问还挺多的呢。

这些材料的优点在于,对猫而言像所谓的毒品和兴奋剂这样的成瘾性并不明显。如果你想吸引大学校园里猫不妨试试把这些物质的粉末撒在身上(开个玩笑)。

可是相比征服猫咪的身体,铲屎官们还是更满足于征服它们的心吧

这大概就是我仍然会在路边逢猫必撸,一直到猫感到厌烦我也不会厌烦,并乐此不疲的原因吧。

本篇内容到此结束。

参考文献

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