編輯 youko 報導
轉載自：科景 － 河馬流汗，一舉數得！
根據日本科學家的研究，河馬的汗證實兼具防曬油以及抗生素的功能。
圖1. 河馬
我們每一個人都會流汗，而人體流的汗基本上是無色的液體，但您可知道大自然中有一些動物流出來的汗，其顏色可是會讓您大吃一驚！比如說大象和斑馬流出來的汗是藍色的，瞪羚流出來的汗是黑色的，而袋鼠與河馬流出來的汗則是紅色的！而在 2004 年，日本京都藥科大學（Kyoto Pharmaceutical University）的 Kimiko Hashimoto 及其研究團隊在研究了河馬流的汗為什麼是紅色的之後大感意外，原來他們從這看似不起眼的紅色汗珠裡面分離出了兩個色素分子，並將紅色的色素命名為 hipposudoric acid，橘色的則稱為 norhipposudoric acid。而這兩個色素竟然大有玄機，因此他們將其研究成果於國際知名期刊《Nature》上發表了一篇對於河馬汗水的報告。
圖2. 紅色的 hipposudoric acid 與橘色的 norhipposudoric acid
看過河馬的人應該都會對牠們流出來的汗，在短短數分鐘之內從透明轉為鮮紅的奇妙狀態感到印象深刻，那鮮紅似血的汗彷彿就像是河馬的註冊商標。不過對於這紅汗的功能一直未有定論，有人認為其功能就像一般的汗水一樣負責排熱，有人則認為可以防水。而 Hashimoto 研究團隊採集了上野動物園裡面兩頭河馬的汗進行詳細的分析。透過有機溶媒的添加、pH 的測試、濃縮、順相與逆相層析法以及小心翼翼的操作之下，分離出兩種不穩定的色素。透過 FAB-MS 的測試下確定了紅色色素的分子式為 C16H8O8，並且在經由 1H 核磁共振解析之後，發現有兩個 methylene 的氫原子訊號，以及芳香環的氫訊號，可是當研究小組想進一步的利用 13C 核磁共振進行分析時，卻因為這個實驗需花費較長時間，加上色素分子的結構不穩定而得不到結果。因此研究團隊決定透過有機合成衍生的方式，將其原本紅色的色素轉變為無色的烯醇矽化合物，並幸運地誘導其結晶而從 X 光結晶圖中所顯示出這兩個色素的結構。
圖3. 紅色色素 hipposudoric acid 之烯醇矽化合物
而為了驗證他們得到的紅色色素結構是否正確，也進行了全合成實驗。首先將化合物 1 以強鹼第三丁基鋰於無水、極低溫條件下進行金屬－鹵素置換反應（metal-halogen exchange），再與帶有硝基的醛類化合物 2 反應生成具有一個帶有光學中心的 benzophenone 骨架之醇類化合物 3。將化合物 3 以 PCC 氧化劑氧化則可得到羰基化合物 4。此時在酸性條件下利用鐵粉將硝基還原成為胺基化合物 5，接著使用亞硝酸異戊酯（isoamylnitrite，iAmONO）與對苯二酚（hydroquinone）處理，即可得到雙苯偶合（aryl coupling）化合物 6。此時利用 NBS 將左手環上的甲基進行溴化反應得到化合物 7，再利用 TMSCN 試劑將羰基與溴甲烷基雙雙置換成為雙腈基產物 8。以三乙基矽烷脫去羥基得到化合物 9，接著進行水解得到雙酸基化合物 10。此時以三溴化磷（BBr3）將四個位在苯環上的甲氧基（OMe）去保護而裸露出單純的羥基。然後再將這些對苯二酚化合物以三氯化鐵（FeCl3）進行氧化得到苯醌化合物，即為紅色色素的 hipposudoric acid。
圖4. Hipposudoric acid 之全合成
研究團隊也發現這些色素基本上是具有強酸的性質的。因為 50％的甲醇水溶液下他們的 pKa 只有 2.7～3.3，然而在相同條件下，醋酸與酚的 pKa 則分別是 5.6 與 11.8。因此他們推測此強酸的性質應該是來自於該色素分子內的電子共振所產生，如圖 5 與 圖 6 所示：
圖5. Hipposudoric acid 骨架的強酸結構
圖6. Hipposudoric acid 結構的電子共振現象
在研究的過程當中，他們認為這些色素可能是一種苯胺基丙酸（phenylalanine）以及酪胺酸（tyrosine）中間代謝產物的衍生物質。這兩種色素的吸光值介於 200 – 600 nm 之間，這正是一般紫外線以及可見光的範圍，證明河馬所流的紅汗的確擔負著防曬油的功能。
圖7. Hipposudoric acid 的 UV 吸收光譜圖（Source：http://www.nature.com/nature/journal/v429/n6990/suppinfo/429363a.html）
圖8. Norhipposudoric acid 的 UV 吸收光譜圖（Source：http://www.nature.com/nature/journal/v429/n6990/suppinfo/429363a.html）
由於這些分離出來的色素極為不穩定，可是在河馬的身上卻可以維持數個小時的時間，才從鮮紅的汗聚合成褐色的塊狀物。他們推測這可能是因為河馬隨汗分泌的黏液可以維持色素穩定之故，不過對於色素的前趨物質以及黏液都還要做進一步的研究。
另外他們發現紅色色素即使低於紅汗中的濃度，也可以抑制綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa A3）以及克雷伯氏肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）兩種致病細菌的生長。紅色色素 hipposudoric acid 對於綠膿桿菌的抑制濃度是 12.5 micro-g/mL，而對於克雷伯氏肺炎桿菌抑制濃度則為 24.9 micro-g/mL。也許這對河馬來說是個好消息，因為公河馬常會為了主權大打出手，所以傷痕累累的牠們受到感染的機率可是很大的。
下次在動物園裡面看到這些可愛的河馬，是否對他們又有更深一層的認識了呢？
原始論文：
Saikawa, Y. et al. Pigment chemistry: The red sweat of the hippopotamus. Nature, 2004, 429, 363 - 321.
http://www.nature.com/nature/journal/v429/n6990/abs/429363a.html
參考資料：
1. http://www.geocities.jp/junk2515/omosiro/omosi_33.htm