苯并-α-吡喃酮類(lèi)生物活性物質(zhì)的合成

化工進(jìn)展2160·CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2014年第33卷第8期研究開(kāi)發(fā)苯并-∝-吡喃酮類(lèi)生物活性物質(zhì)的合成陳琳,謝蓉蓉,關(guān)麗,譚培漢,宋健(廣東藥學(xué)院藥科學(xué)院,廣東廣州510006)摘要:從簡(jiǎn)單的原料2,3,4-三甲氧基苯甲醛出發(fā),經(jīng)選擇性地去甲基化、 Knoevenaεel縮合關(guān)環(huán)、硝基還原及?；确磻?設計合成了3個(gè)未見(jiàn)文獻報道的3位酰氨基取代的苯并-α吡喃酮類(lèi)生物活性物質(zhì)。其結構經(jīng)HNMR、I3C NMR、IR分析確證。同時(shí)對合成過(guò)程中最關(guān)鍵的 Knoevenagel縮合反應條件進(jìn)行了研究,降低了反應溶劑的毒性并通過(guò)正交實(shí)驗優(yōu)化了合成工藝,確定較佳工芑條件為:以甲苯與環(huán)己烷(Vκ∶Vκ吣=7∶3)為溶劑,哌為催化劑,n(2-羥基-3.4二甲氧基苯甲醛):n(硝基乙酸甲酯):n(催化劑)=1:1.2:0.20,反應溫度98℃±2℃應時(shí)間6h,平均收率87.2‰,高于文獻值。目標化合物是一種新的苯并-α-吡喃酮類(lèi)物質(zhì),具有潛在的抗癌活性,有望成為新的抗癌藥物關(guān)鍵詞:2,3,4-三甲氧基苯甲醛;新型苯并-α吡喃酮類(lèi); Knoevenagel反應;設計;合成;藥物中圖分類(lèi)號:O626.3文獻標志碼:A文章編號:1000-6613(2014)08-2160-0DOI:10.3969/ J.Issn.1000-6613.201408037Synthesis of some biologically active coumarinsCHEN Lin, XIE Rongrong, GUAN Li, TAN Peihan, SONG Jian( School of Pharmacy, Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, Guangdong, China)Abstract: Three novel derivatives of 2H-1-benzopyran-2-one were designed and synthesized from2, 3, 4-trimethoxybenzaldehyde by methoxy reduction, Knoevenagel, nitro reduction and acylationreaction. Its structure was confirmed by H-NMR,C-NMR, IR analysis. Experiments based uponorthogonal design with four factors and three levels were carried out for the optimization ofKnoevenagel reaction condition. The experimental results show that the optimal condition is foundfollows: using toluene and cyclohexane[v(toluene):v(cyclohexane)=7:3] as solvent and piperidineas catalyst, n(2-hydroxy-3, 4 dimethoxybenzaldehyde): n(methyl nitroacetate):n(catalyst)=l: 1.220, the reaction temperature of 98C+2 C and reaction time of 6h. Under this optimal condition, theaverage yield can reach 87.2%, higher than the values in literature. Target compounds are novelcoumarin derivatives, with potential anticancer activityKey words: 2, 3, 4-trimethoxybenzaldehyde; novel derivatives of 2H-1-benzopyran-2-one; Knoevenagelreaction;design; synthesis; pharmaceuticals苯并-α-吡喃酮亦稱(chēng)香豆素,自然界分布極廣,抗心率失常、抗骨質(zhì)疏松、降壓、鎮痛、平喘等多具有較強的生理活性、藥理活性及生物活性并且藥種生物活性的物質(zhì),其生物利用度高,不僅能直接理作用多樣,是天然產(chǎn)物中一類(lèi)十分重要的化合物。抑制癌細胞,還可通過(guò)增強機體免疫力而產(chǎn)生抗癌根據環(huán)上取代基及其位置的不同,香豆素類(lèi)可分為收稿日期:201404-08:修改稿日期:2014-04-28簡(jiǎn)單香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆基金項目:廣東省科技計劃項目(2010B06094·2012B06-170素等。研究發(fā)現,苯并α吡喃酮類(lèi)衍生物是一類(lèi)第一作者:陳琳(1960-),女,副教授,碩士生導師,研究方向為藥物合成與工藝研究。E- mail chenlin128@126com。聯(lián)系人:宋健,博士具有抗癌、抗病毒、抗炎、抗氧化1、抗HV教授,碩士生導H中國煤化工CNMHG第8期陳琳等:苯并-∝-吡喃酮類(lèi)生物活性物質(zhì)的合成2161·作用,因而在臨床上有廣泛的應用。一直以來(lái)被世尋找新的具有潛在抗癌活性的先導物,為構效關(guān)系界各國的藥物研究者所重視。目前對此類(lèi)化合物的的研究奠定基礎。同時(shí),對合成中的關(guān)鍵反應結構改造和修飾己成為各國藥學(xué)工作者的一個(gè)重要 Knoevenagel的反應條件進(jìn)行優(yōu)化。對于尋找安全的研究熱點(diǎn)。通過(guò)大規模模擬合成及生物活性的高效的抗腫瘤先導化合物具有重要的意義篩選,可以尋找生物活性較強而毒副作用較小的苯并-a吡喃酮類(lèi)化合物,再通過(guò)結構優(yōu)化,獲得高效1實(shí)驗部分低毒的藥物。11儀器與試劑此外,苯并--吡喃酮類(lèi)化合物普遍具有強熒光Ⅹ-4數顯顯微熔點(diǎn)測定儀(北京市泰克儀器有性并且光穩定性好,光致發(fā)光量子效率高,經(jīng)常被限公司,溫度計未經(jīng)校正);RE-2000旋轉蒸發(fā)儀(上用作激光染料、熒光增白劑、熒光探針和非線(xiàn)性光海亞榮生化儀器廠(chǎng));SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵學(xué)材料。在生物學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域有著(zhù)重要的應用,(河南鞏義市英峪予華儀器廠(chǎng));500MHz全數字如利用熒光探針快速、準確檢測生物體及環(huán)境中的化超導核磁共振譜儀(瑞士 Bruker公司)重大污染物己成為近年世界各國的研究熱點(diǎn)之 EQUINOX55傅里葉變換紅外光譜儀(德國 Bruker特別在生物蛋白研究領(lǐng)域中有著(zhù)重要的應用。公司)。苯并-α-吡喃酮類(lèi)物質(zhì)還具有特殊的香氣,可用2,3,4-三甲氧基苯甲醛,純度≥98%,上海市作香煙、橡膠及塑料制品中的增香劑,也是合成香上峰化工有限公司:∝-萘乙酸,純度≥98%,中國料、醫藥、農藥及染料的重要中間體。由于其多曹楊第二中學(xué)化工廠(chǎng)(上海):a-萘甲酸,純度≥98%方面的特性,在各個(gè)研究領(lǐng)域中不斷被開(kāi)發(fā)利用,上海澗捷化學(xué)試劑有限公司;3-吲哚乙酸,純度≥并逐漸顯示出其巨大的應用潛力98.5%,天津博迪化工股份有限公司;鈀碳加氫催尤其在醫藥領(lǐng)域,苯并-α-吡喃酮類(lèi)物質(zhì)以其特化劑(PdC),Pd含量≥10%,上海澗捷化學(xué)試劑有的治療效果及低毒副作用,已越來(lái)越引起藥物學(xué)有限公司;NN二環(huán)己基碳二亞胺(DCC),含量家的關(guān)注,成為一類(lèi)具有潛在藥理活性的先導物≥95%,上海澗捷化學(xué)試劑有限公司。研究表明,苯并-a-吡喃酮類(lèi)化合物的功能很柱層析和薄層層析用硅膠為青島海洋化工廠(chǎng)產(chǎn)大程度上取決于苯并-α吡喃酮環(huán)各位置上取代基品。其余試劑均為國產(chǎn)分析純的性質(zhì),尤其是3-位上取代基的作用更為明顯,但1.2合成路線(xiàn)有關(guān)3-位取代苯并-a吡喃酮類(lèi)化合物的研究較少采用簡(jiǎn)單易得的2,3,4-三甲氧基苯甲醛1為起2003年,美國 California大學(xué)海洋研究所從始原料,先在無(wú)水三氯化鋁的催化下,選擇性去甲海洋菌基 Trichoderma virens的次級代謝產(chǎn)物中提基,再通過(guò) Knoevenagel反應縮合關(guān)環(huán),得到關(guān)鍵取出來(lái)兩個(gè)天然物質(zhì) Trichodermamides A和B,其中間體3-硝基-7,8-二甲氧基苯并-α吡喃酮3,然后中 Trichodermamides b對人的HCT-l16癌細胞有較在鈀碳催化下將硝基還原成氨基,最后將氨基與不顯著(zhù)的細胞毒性,IC5o=0.32ug/mL。同類(lèi)型的有機酸在DCC的作用下?；赡繕嘶涎芯堪l(fā)現, Trichodermamides的結構由苯并-α-物——3個(gè)新型苯并-α吡喃酮類(lèi)衍生物,其合成路吡喃酮環(huán)和咄嗪環(huán)兩個(gè)結構片段通過(guò)酰胺鍵相連,線(xiàn)見(jiàn)圖2如圖1所示。1.3制備方法通過(guò)結構分析,將 Trichodermamides B的結構1.3.1硝基乙酸甲酯的制備簡(jiǎn)化,保留了母核苯并-∝-吡喃酮環(huán),以簡(jiǎn)單的2,3,4將1600g(0.40mol)氫氧化鈉溶于18mL水中,三甲氧基苯甲醛為原料,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單高效的4步反應,攪拌下加入570g(0.09mol)硝基甲烷。加完后,設計合成了3個(gè)新的苯并-α吡喃酮類(lèi)衍生物,以期在(160±2)℃下加熱回流45min。反應液冷后,析出白色固體,抽濾,真空干燥后得硝基乙酸二鈉鹽將59(0.04mol)“上述”二鈉鹽溶于39,8mL甲醇中,冷至(-15±3)℃,劇烈攪拌下滴加9.90H,COOCH3(o.10mol)濃硫酸,并控制反應溫度為(-15±3)℃,滴加完畢,室溫下攪拌五后,抽濾,濾液濃縮。再圖1 Trichodermamides b的結構式以15.5mL乙什H中國煤化工水硫酸鈉干NMHG2162·化工進(jìn)展2014年第33卷CHOPhCHCHO NO, CH, CO, CHPd/cH3 COHcOHcO5%,C OHOCH3OCHRCOOHHcODCC, rt. HcOIac oOCH10 OCH3a→c圖2苯并-a吡喃酮類(lèi)衍生物的合成路線(xiàn)燥。蒸餾,得硝基乙酸甲酯淺黃色液體3.00g,產(chǎn)率濾液濃縮后,真空干燥,得棕色固體。柱層析純化76.22%。后得到2.24g黃色固體,熔點(diǎn)180~183℃(文獻([1.3.22-羥基-3,4-二甲氧基苯甲醛2的制備值177~180℃),產(chǎn)率83.50%在三頸瓶中,將600g(003mol)2,3,4-三甲1.3.53-氨基-7,8-二甲氧基苯并-a吡喃酮衍生物氧基苯甲醛溶于45mL甲苯中,攪拌下加入4.08g(5a~5c)的制備(003mol)三氯化鋁,于(80±2)℃下加熱反應4h5a:將0.19g(1mmol)a-萘乙酸及0.20后,冷至室溫。隨后向反應瓶?jì)燃尤?5mL冷H(0.90mmo)化合物4溶于15mL二氯甲烷中,加(5mo/L),分出有機相,水相用CH2Cl2萃取,合入0.22gDCC,室溫下攪拌,直至薄層層析(TLC)并有杋相,分別用飽和碳酸氫鈉溶液、飽和氯化鈉監控反應完全。抽濾,減壓濃縮濾出液,柱層析分溶液洗滌,以無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜。抽濾并將濾液離純化,得0.5g類(lèi)臼色固體,產(chǎn)率42.96%,熔點(diǎn)濃縮,冷后析出黃色固體5.58g。乙酸乙酯重結晶,189-191℃得到淺黃色針狀晶體2.70g,產(chǎn)率40.30%,熔點(diǎn)70b:照上法合成,得0.13g白色固體,收率72℃(文獻[9]值71~72℃)38.52%,熔點(diǎn)182~183℃1.3.33-硝基-7,8-二甲氧基苯并-∝吡喃酮3的制備5c:同上法合成,得0.g類(lèi)白色固體,收率在84mL甲苯和36mL環(huán)己烷的混合溶劑中溶32.35%,熔點(diǎn)240~242℃。解25g(0013m0化合物2,再向其中加入180g2結果與討論(0.016mol)硝基乙酸甲酯和0.25mL哌啶。于(98±2)℃,加熱回流6h,分水器除水約0.2mL。將2.13-氨基-7,8-二甲氧基苯并-aα-吡喃酮衍生物的反應液冷至℃,得棕色沉淀,抽濾后將其溶于結構表征85 ML DME中并冷卻到0℃,再次抽濾以除去不2.1.13-(α-萘乙酰氨基)-7,8-二甲氧基苯并-a-吡喃溶物。酮(5a)的結構表征向濾液中加入冰水,抽濾收集黃色沉淀,冰水TH NMR(500MHZ, CDCI/TMS )8/x10-J/Hz洗滌,真空干燥,得2.70g黃色粉末,熔點(diǎn)20)2~8.61(s,IH,一NH-),8.02(d,J=8.0,H-8),205℃(文獻[10值199~200℃),產(chǎn)率87.24%。7.90~7.87(m,2H,H-5′;H-4),7.58~7.50(m,1.343-氨基-7,8-二甲氧基苯并-∝-吡喃酮4的制備4H,H7;H6;H-3;H-2),7.26(s,1H,C-4),在40m95%乙醇中分別加入3.04g(0014mol)714(d,J=8.5,H5),6.87(d,1H,J=8.5化合物3和2.24gPdC,攪拌使之混合均勻,再向H-6),4.21(s,2H,H-9"),3.93(s,3H,一OCH3-9)其中加入8mL環(huán)己烯,室溫下繼續攪拌,TLC監3.92(s,3H,-OCH3-10)?？胤磻耆?抽濾反應液,乙酸乙酯洗滌濾渣C NMR中國煤化x)6×10CNMHG第8期陳琳等:苯并-∝-吡喃酮類(lèi)生物活性物質(zhì)的合成2163171.6(C-11),160.1(C-2),155.4(C-7),145.4169.5(C-11),159.6(C-2),155.3(C-7),155.0(C-8),137.4(C-1a),135.5(C-3),133.4(C-4a),(C-8),1454(C-1a),137.8(C-3),1374(C-1a)131.4(C-1a'),130.4(C-5),130.3(C-3),12971283(C-3a),125.3(C-2′),125.0(C-5′),124.,2(C-1),1283(C-4′),127.2(C-7),125.5(C6)(C-6’),123.9(C-5),121.3(C-4′),117.2(C-4a),124.9(C-2′),123.9(C-8′),122.9(C-5),11581178(C4),113.2(C6),110.8(C7),109.6(C-3′)(C-4),115.6(C-4a),110.8(C6),629(C-9),62.9(C-9),57.8(C-10),36.2(C-8′)。57.8(C-10),44.2(C9′)IR(KBr)a/m1:3403、3327(s,-CONH),IR(KBr)a/cm:3356、3316(s,-CONH),2929、2851(s,C-H),1717、1664(s,C=O)2929、2850(m,C-H),1707、1672(s,C=O),1626(w,C=C),1607、1575、1536、1460(s,1625(s,C=C),1602、1570、1523、1462(s,苯環(huán)骨架),1284、1108(s,C-0C)。苯環(huán)骨架),1286、1109(s,C-OC)223-硝基-7,8-二甲氧基苯并-a-吡喃酮3制備條21.23-(α-萘甲酰氨基)7,8-二甲氧基苯并-a吡喃件優(yōu)化酮(5b)的結構表征選擇 Knoevenagel縮合反應來(lái)構筑苯并-a-吡喃HNMR(500MHz,CDC3/TMS)酮骨架,在哌啶催化下,2-羥基-3,4-二甲氧基苯甲δ×10③J/Hz:9.35(t,1H,C-83),8.58(s,1H,醛上的羰基與硝基乙酸甲酯上的活潑亞甲基縮合,NH—),8.23(t,1H,H-4′),7.98~792(m,脫去一分子水,得到3-硝基苯并-∝-吡喃酮3。為了H,H-2;H5"),7.86-7.77(m,3H,H7;H6;使反應更趨于完全,通常采取除水措施。H-3),7.23(s,1H,H4),7.03(d,1H,J=8.5,2.1.1帶水劑考察H-5),6.73(d,1H,J=8.5,H-6),4.01(s,3H,參考文獻[10以苯作溶劑兼帶水,但考慮到毒OCH39),3.93(s,3H,OCH3-10)。性及可操作性,曾嘗試以甲苯取代苯作為溶劑,CNMR(125MHz, CDCl/tms)δ×106:果因甲苯與水的共沸混合物沸點(diǎn)較高,帶水效果不1688(C-11),163.6(C-2),153.2(C-7),150、3理想。經(jīng)實(shí)驗考察,選擇甲苯與環(huán)己烷組成混合溶(C-8),146.8(C-1a),140.7(C-3),138.6(C-4),劑除水,因環(huán)己烷在68.9℃與水共沸,可提高除水137.5(C-7),136.2(C-1”),135.9(C-4a),134.9效果。(C-5),133.6(C-1a'),132.6(C-2),130.3(C-6′)其他條件相同時(shí),通過(guò)實(shí)驗考察甲苯與環(huán)己烷1299(C-3′),122.2(C-5),121.3(C-8′),117.7的配比,結果見(jiàn)表1。(C-4),116.0(C-4a),113.8(C-6),63.1(C-9),實(shí)驗結果表明,隨環(huán)己烷體積的增加,收率上57.9(C-10)升,但超過(guò)一定體積時(shí),會(huì )使反應物的溶解性下降,IR(KBr)ocm:3355、3318(s,CONH),影響收率,以?xún)烧唧w積比為7:3時(shí),帶水效果最好2929、2852(m,C-H),1710、1670(s,C=O),2.1.2較佳合成工藝考察1626(s,C=C),1603、1573、1528、1482(s,經(jīng)單因素實(shí)驗考察,發(fā)現影響反應的主要因素苯環(huán)骨架),1288、1107(s,C-OC)有:反應原料物質(zhì)的量之比(A)、反應溫度(B)2.133-(3-吲哚乙酰氨基)-7,8-二甲氧基苯并-α-吡反應時(shí)間(C)、催化劑用量(D),故以3-硝基-7,8-喃酮(5c)的結構表征甲氧基苯并-a-吡喃酮的收率為指標,設計四因素HNMR(500MHz,CDC1/TMS)三水平正交實(shí)驗,綜合考察該反應的較佳反應條6/×106J/Hz:9.20(s,1H,NH吲哚),8.71(s,件。因素與水平的選擇見(jiàn)表2。實(shí)驗結果與分析見(jiàn)IH,一NH-酰胺),7.83(d,IH,J=8.5,H5),表3。781(d,1H,J=8.0,H-4),7.76(d,1H,J=8.0,表1混合溶劑中甲苯與環(huán)己烷體積比的考察實(shí)驗H-7"),7.47(t,1H,H-6′),7.39(t,1H,H-5′)V甲*/mLV環(huán)ee/mLV甲苯l收率/%7.22(s,1H,H-4),7.21(d,1H,J=9.0,H-2'),693(d,1H,J=8.5,H-6),400(s,3H1:75OCH39),3.95(s,3H,—OCH3-10),3.77(s,6.512H,H-8′)。7/3C NMR (125MHz, CDCI3/TMS S/x10:中國煤化工6143CNMHG·2164·化工進(jìn)展2014年第33卷表2正試驗14)的圖素和水平3結論水平M醛):n(酯)反應溫度/℃反應時(shí)間/hN醛):m(催化劑天然產(chǎn)物的結構修飾和改造是發(fā)現新藥的重要1:0.15手段和途徑。苯并-c-吡喃酮類(lèi)化合物在新藥開(kāi)發(fā)中7具有很高的實(shí)用價(jià)值,是一個(gè)很有發(fā)展前景的研究1.3108±2l:0.25領(lǐng)域。注:混合溶劑用量120mL(1)首次成功合成了3個(gè)未見(jiàn)文獻報道的新型苯并-∝-吡喃酮類(lèi)化合物。合成路線(xiàn)設計合理可表3正交實(shí)驗L叭3)的結果分析靠。通過(guò)4步反應,簡(jiǎn)便、高效地制得目標化合物,實(shí)驗序號BCD率/%其結構經(jīng)HNMR、CNMR、IR分析確證。目標化合物是一類(lèi)具有潛在抗腫瘤活性的物質(zhì),可為抗2腫瘤藥物的篩選提供先導化合物,有進(jìn)一步研究的價(jià)值22381.13(2) Knoevenagel縮合關(guān)環(huán)反應的較佳工藝條85.60件為:n(2-羥基-3,4-二甲氧基苯甲醛):n(硝基乙酸甲酯):n(催化劑)=1:1.2:0.20,反應溫度(98±2)℃,反應時(shí)間6h。按此條件進(jìn)行重復實(shí)驗,平均收率高于文獻值。與文獻方法相比,此法具有易于操作,后處理方便,節約能源,收率較高,溶246.33243.8424782244.13劑毒副作用少等優(yōu)點(diǎn)參考文81.2882.6181.38王華,魯小梅,姚虎,等.香豆素及其衍生物的應用研究進(jìn)展J83.5885.342098444化工時(shí)刊,2009,23(8):40-43[2]楊國玉,王彩霞,黃立挺,等新型香豆素類(lèi)衍生物的合成及其抗81.4980824881.36菌活性合成化學(xué),201,19(3),337-3404.790.52[3 Zhou P, Takatshi Y, Duan H Q, et al. Coumarins and bicoumarin fromferula sumbul Anti-HIVactivity and inhibition of cytokinerelea[J]. Phytochemistry, 2000, 53( 6): 689-69由表3的數據可知,各因素對反應的影響程度41肖川香豆素和嘌呤核苷類(lèi)化合物的合成及其生物活性的研究D由大到小依次為B>D>A>C,即,影響最大的是反吉林:吉林大學(xué),2012.應溫度,其次分別為催化劑用量、反應原料物質(zhì)的5]姜振舉.香豆素衍生物的合成、光學(xué)性質(zhì)及其作為金屬離子熒光探針的應用研究D].濟南:山東大學(xué),2012.量之比及反應時(shí)間。較佳合成條件為:B2D2A2C1,[6]孫麗,胡云楚,唐智勇,等.香豆素的合成、應用及其理論研究即n(2-羥基-3,4-二甲氧基苯甲醛):n(硝基乙酸甲門(mén)應用化工,2010,39(2):264-269酯):n(催化劑)=1:1.2:0.20,反應溫度(98±2)℃,7]王瀟,韓相恩,3-氨基香豆素合成方法的最新研究進(jìn)展[門(mén).化工中間體,2011(6):2527反應時(shí)間6h。在該條件下重復實(shí)驗3次,產(chǎn)品收(8] Garo e, tarks CM, Jensen P r, et al. Trichodermamides a and B率分別為86.90%、87.31%和87.52%,平均收率cytotoxic modified dipeptides from the marine-derived fungus87.24%。高于文獻值(84%)。Trichoderma virens[J]. The Journal of Natural Products, 2003, 663):423-426.22.33-氨基-7,8-二甲氧基苯并-a-吡喃酮衍生物9) Reichstein T, Oppenauer r, Grussner A, et al. Synthesen von(5a~5c)的制備xy-cumaronen[J]. HeChimicaacta,1935,18(1):86-830.?；磻訲LC監控反應,柱層析分離提純產(chǎn)10wanx, Joullie mm. Enantioselective total syntheses of物。該反應收率均不太理想,這是因為氨基與芳環(huán)trichodermamides A and B[J].J Am. Chem. Soc., 2008, 130(51)共軛時(shí),親核性下降,一般較難與羧酸偶聯(lián),這也17236-17237與文獻[1]報道的相吻合。曾采取加入少量的助formation--epoxide ring opening sequences for the preparation of催化劑與DCC一起脫水以及提髙反應溫度等措施oxazines related to the trichodermamides[J]. Tetrahedron Lette但效果均不太理想。有待于今后進(jìn)一步的研究。[12]程能林.溶劑中國煤化工出版社,208CNMHG