Phytochemistry and pharmacology of volatile components of Calytrix exstipulata and Cymbopogon bombycinus

Das Ziel dieser Diplomarbeit war es einen Überblick über die chemische Zusammensetzung der beiden Spezies Calytrix exstipulata und Cymbopogon bombycinus zu erhalten. Die GC–MS Analyse des ätherischen Öles aus den Blättern von Calytrix exstipulata führte zur Identifikation von 20 Verbindungen, welche von Monterpenen und Sesquiterpenen dominiert werden. Die Hauptinhaltsstoffe waren α–Pinen, β–Pinen, Valencene und Globulol, mit einer relativen Verteilung von 25.2 %, 17.9 %, 7.5 % bzw. 4.4 %. Im Vergleich dazu war das ätherische Öl aus den Stämmen von Calytrix exstipulata vor allem durch Komponenten wie Globulol mit 17.1 % relativer Verteilung; gefolgt von dem Monoterpen α–Pinen mit 7.1 % relativer Verteilung, gekennzeichnet. Die Fraktionierung durch eine Normalphasenchromatographie des ätherischen Öles aus den Blättern von Calytrix exstipulata ergab neun Fraktionen, wobei die Mehrheit dieser aus Sesquiterpenen und Monoterpenen zusammengesetzt war. Fraktion E bot die höchste Ausbeute und wurde somit weiterfraktioniert. Unterfraktionen E1 and E6 enthielten Sesquiterpene; während die verbleibenden Unterfraktionen sowohl Monoterpene als auch Sesquiterpene enthielten. Die Durchführung der pharmakologischen Tests erfolgte sowohl an den durch Wasserdampfdestillation gewonnenen Ölen als auch an den Fraktionen und Unterfraktionen. Für diesen Zweck wurden diese sowohl auf die antioxidative als auch auf die zytotoxische Aktivität untersucht. Die antioxidative Aktivität wurde mittles des ORAC Assay analysiert, wobei sich der höchste antioxidative Wert bei der Unterfraktion E4 (1185 ± 240 μmol TE/g) ergab, gefolgt von der Unterfraktion E1 (1053 ± 20 μmol TE/g), der Fraktion F (865 ± 124 μmol TE/g) und der Fraktion E (756 ± 24 μmol TE/g). Vergleicht man hingegen die ORAC Werte mit der Kontrollsubstanz Epicatechin (20,000 μmol TE/g) ist ersichtlich, dass keine der getesteten Proben hohe antioxidative Fähigkeiten besaß. Die zytotoxische Aktivität wurde gegen P388, 3T3 und HS 27 Zellen mit Chlorambucil als Kontrollsubstanz erstellt. Die höchste Aktivität gegen P388 Zellen wurde bei der Unterfraktion E2, mit einem IC50 Wert von 0.01 μg/mL, gefolgt von der Fraktion C und der Unterfraktion E4 mit IC50 Werten von 1.63 μg/mL und 1.81 μg/mL beobachtet. 5 Zusammengefasst zeigten die Fraktionen E, F und die Unterfraktion E4 die höchsten Ergebnisse in den pharmakologischen Tests. Dies könnte auf das Monoterpen Globulol zurückzuführen sein, denn dieses zeigte hohe zytotoxische Fähigkeiten in den Untersuchungen und war der Hauptinhaltsstoff in den Fraktionen E, F und in der Unterfraktion E4. Die flüchtigen Öle von Cymbopogon bombycinus und Cymbopogon citratus setzten sich beide ausschließlich aus Monoterpenen zusammen. Die Hauptkomponente von Cymbopogon bombycinus war Geraniol, welches in einer niedrigen prozentuellen Zusammensetzung im C. citratus Öl vorzufinden war. Die dominantesten Inhaltsstoffe Geranial und Neral im C. citratus Öl waren nicht im C. bombycinus Öl präsent. Das flüchtige Öl von C. citratus ist sehr gut erforscht und wurde somit als Vergleich für die weniger gut erforschte Spezie C. bombycinus benutzt. Die flüchtigen Öle beider Cymbopogon Spezies wurden auf antioxidative und zytotoxische Fähigkeiten untersucht. Das ORAC- Assay ergab, dass das ätherische Öl von C. bombycinus eine höhere antioxidative Aktivität als das ätherische Öl von C. citratus besitzt, was wiederum auf den hohen Geraniolgehalt zurückzuführen sein könnte. Auf allen der drei besagten Zellen zeigte das flüchtige Öl von C. citratus eine höhere zytotoxische Neigung als das flüchtige Öl von C. bombycinus, wobei dies möglicherweise durch den hohen Geranialgehalt begründet sein könnte.The aim of this thesis was to obtain an overall picture of the chemical profile of the essential oil of two plant species, Calytrix exstipulata and Cymbopogon bombycinus. The GC-MS analyses of the whole leaf oil of Calytrix exstipulata led to the identification of twenty compounds, predominated by monoterpenes and sesquiterpenes. The major compounds were α–pinene, β–pinene, valencene and globulol, with a relative distribution of 25.2 %, 17.9 %, 7.5 % and 4.4 %, respectively. In comparison the Calytrix exstipulata whole stem oil was predominated by globulol with a relative distribution of 17.1 %, followed by the monoterpene α–pinene with a relative distribution of 7.1 %. Fractionation of Calytrix exstipulata leaf oil by normal phase column chromatography yielded nine fractions, with the majority of fractions containing monoterpenes and sesquiterpenes. Fraction E gave the highest yield and was further fractionated. Subfractions E1 and E6 contained sesquiterpenes, while the rest of the subfractions contained monoterpenes and sesquiterpenes. Pharmacological assays were performed on the whole oils, on the fractions and subfractions and were therefore screened for antioxidant and cytotoxic activity as well. Antioxidant activity was measured using the ORAC assay and the highest antioxidant activity was observed from subfraction E4 (1185 ± 240 μmol TE/g), followed by subfraction E1 (1053 ± 20 μmol TE/g), fraction F (865 ± 124 μmol TE/g), and fraction E (756 ± 24 μmol TE/g). Comparison of the ORAC values with the positive control epicatechin (20,000 μmol TE/g) showed that none of these tested samples showed high antioxidant activity. Cytotoxic activity was investigated against P388, 3T3 and HS 27 cell lines with chlorambucil as positive control. Highest activity against the P388 mammalian cell line was observed from subfraction E2 with IC50 value of 0.01 μg/mL, followed by fraction C and subfraction E4 with IC50 values of 1.63 μg/mL and 1.81 μg/mL, respectively. In conclusion, fractions E, F and subfraction E4 showed the highest pharmacological results, which could be attributed to the monoterpene globulol. Globulol was tested to have cytotoxic activity and it is the most abundant compound in Fractions E, F and also in subfraction E4. 3 The essential oils of Cymbopogon bombycinus and the Cymbopogon citratus oil were both rich in monoterpenes only. The major compound of C. bombycinus was geraniol and was present only in a low percentage in the C. citratus oil. The predominant compounds geranial and neral in the C. citratus oil were not present in the C. bombycinus oil. C. citratus oil is already well-studied and was used to compare with the less explored species C. bombycinus. Both oils were screened for antioxidant and cytotoxic activity. The ORAC assay determined that the essential oil of C. bombycinus had higher antioxidant activity than that of C. citratus, which was attributed to its high geraniol content. On all cell lines, the whole oil of C. citratus was more cytotoxic than the whole oil of C. bombycinus, which was attributed to its high geranial content