苯并-α-吡喃酮类生物活性物质的合成

化工进展2160·CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2014年第33卷第8期研究开发苯并-∝-吡喃酮类生物活性物质的合成陈琳,谢蓉蓉,关丽,谭培汉,宋健(广东药学院药科学院,广东广州510006)摘要:从简单的原料2,3,4-三甲氧基苯甲醛出发,经选择性地去甲基化、 Knoevenaεel缩合关环、硝基还原及酰化等反应,设计合成了3个未见文献报道的3位酰氨基取代的苯并-α吡喃酮类生物活性物质。其结构经HNMR、I3C NMR、IR分析确证。同时对合成过程中最关键的 Knoevenagel缩合反应条件进行了研究,降低了反应溶剂的毒性并通过正交实验优化了合成工艺,确定较佳工芑条件为:以甲苯与环己烷(Vκ∶Vκ吣=7∶3)为溶剂,哌为催化剂,n(2-羟基-3.4二甲氧基苯甲醛):n(硝基乙酸甲酯):n(催化剂)=1:1.2:0.20,反应温度98℃±2℃应时间6h,平均收率87.2‰,高于文献值。目标化合物是一种新的苯并-α-吡喃酮类物质,具有潜在的抗癌活性,有望成为新的抗癌药物关键词:2,3,4-三甲氧基苯甲醛;新型苯并-α吡喃酮类; Knoevenagel反应;设计;合成;药物中图分类号:O626.3文献标志码:A文章编号: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-吡喃酮亦称香豆素,自然界分布极广,抗心率失常、抗骨质疏松、降压、镇痛、平喘等多具有较强的生理活性、药理活性及生物活性并且药种生物活性的物质,其生物利用度高,不仅能直接理作用多样,是天然产物中一类十分重要的化合物。抑制癌细胞,还可通过增强机体免疫力而产生抗癌根据环上取代基及其位置的不同,香豆素类可分为收稿日期:201404-08:修改稿日期:2014-04-28简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆基金项目:广东省科技计划项目(2010B06094·2012B06-170素等。研究发现,苯并α吡喃酮类衍生物是一类第一作者:陈琳(1960-),女,副教授,硕士生导师,研究方向为药物合成与工艺研究。E- mail chenlin128@126com。联系人:宋健,博士具有抗癌、抗病毒、抗炎、抗氧化1、抗HV教授,硕士生导H中国煤化工CNMHG第8期陈琳等:苯并-∝-吡喃酮类生物活性物质的合成2161·作用,因而在临床上有广泛的应用。一直以来被世寻找新的具有潜在抗癌活性的先导物,为构效关系界各国的药物研究者所重视。目前对此类化合物的的研究奠定基础。同时,对合成中的关键反应结构改造和修饰己成为各国药学工作者的一个重要 Knoevenagel的反应条件进行优化。对于寻找安全的研究热点。通过大规模模拟合成及生物活性的高效的抗肿瘤先导化合物具有重要的意义筛选,可以寻找生物活性较强而毒副作用较小的苯并-a吡喃酮类化合物,再通过结构优化,获得高效1实验部分低毒的药物。11仪器与试剂此外,苯并--吡喃酮类化合物普遍具有强荧光Ⅹ-4数显显微熔点测定仪(北京市泰克仪器有性并且光稳定性好,光致发光量子效率高,经常被限公司,温度计未经校正);RE-2000旋转蒸发仪(上用作激光染料、荧光增白剂、荧光探针和非线性光海亚荣生化仪器厂);SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵学材料。在生物学和材料科学领域有着重要的应用,(河南巩义市英峪予华仪器厂);500MHz全数字如利用荧光探针快速、准确检测生物体及环境中的化超导核磁共振谱仪(瑞士 Bruker公司)重大污染物己成为近年世界各国的研究热点之 EQUINOX55傅里叶变换红外光谱仪(德国 Bruker特别在生物蛋白研究领域中有着重要的应用。公司)。苯并-α-吡喃酮类物质还具有特殊的香气,可用2,3,4-三甲氧基苯甲醛,纯度≥98%,上海市作香烟、橡胶及塑料制品中的增香剂,也是合成香上峰化工有限公司:∝-萘乙酸,纯度≥98%,中国料、医药、农药及染料的重要中间体。由于其多曹杨第二中学化工厂(上海):a-萘甲酸,纯度≥98%方面的特性,在各个研究领域中不断被开发利用,上海涧捷化学试剂有限公司;3-吲哚乙酸,纯度≥并逐渐显示出其巨大的应用潜力98.5%,天津博迪化工股份有限公司;钯碳加氢催尤其在医药领域,苯并-α-吡喃酮类物质以其特化剂(PdC),Pd含量≥10%,上海涧捷化学试剂有的治疗效果及低毒副作用,已越来越引起药物学有限公司;NN二环己基碳二亚胺(DCC),含量家的关注,成为一类具有潜在药理活性的先导物≥95%,上海涧捷化学试剂有限公司。研究表明,苯并-a-吡喃酮类化合物的功能很柱层析和薄层层析用硅胶为青岛海洋化工厂产大程度上取决于苯并-α吡喃酮环各位置上取代基品。其余试剂均为国产分析纯的性质,尤其是3-位上取代基的作用更为明显,但1.2合成路线有关3-位取代苯并-a吡喃酮类化合物的研究较少采用简单易得的2,3,4-三甲氧基苯甲醛1为起2003年,美国 California大学海洋研究所从始原料,先在无水三氯化铝的催化下,选择性去甲海洋菌基 Trichoderma virens的次级代谢产物中提基,再通过 Knoevenagel反应缩合关环,得到关键取出来两个天然物质 Trichodermamides A和B,其中间体3-硝基-7,8-二甲氧基苯并-α吡喃酮3,然后中 Trichodermamides b对人的HCT-l16癌细胞有较在钯碳催化下将硝基还原成氨基,最后将氨基与不显著的细胞毒性,IC5o=0.32ug/mL。同类型的有机酸在DCC的作用下酰化成目标化合研究发现, Trichodermamides的结构由苯并-α-物——3个新型苯并-α吡喃酮类衍生物,其合成路吡喃酮环和咄嗪环两个结构片段通过酰胺键相连,线见图2如图1所示。1.3制备方法通过结构分析,将 Trichodermamides B的结构1.3.1硝基乙酸甲酯的制备简化,保留了母核苯并-∝-吡喃酮环,以简单的2,3,4将1600g(0.40mol)氢氧化钠溶于18mL水中,三甲氧基苯甲醛为原料,经过简单高效的4步反应,搅拌下加入570g(0.09mol)硝基甲烷。加完后,设计合成了3个新的苯并-α吡喃酮类衍生物,以期在(160±2)℃下加热回流45min。反应液冷后,析出白色固体,抽滤,真空干燥后得硝基乙酸二钠盐将59(0.04mol)“上述”二钠盐溶于39,8mL甲醇中,冷至(-15±3)℃,剧烈搅拌下滴加9.90H,COOCH3(o.10mol)浓硫酸,并控制反应温度为(-15±3)℃,滴加完毕,室温下搅拌五后,抽滤,滤液浓缩。再图1 Trichodermamides b的结构式以15.5mL乙什H中国煤化工水硫酸钠干NMHG2162·化工进展2014年第33卷CHOPhCHCHO NO, CH, CO, CHPd/cH3 COHcOHcO5%,C OHOCH3OCHRCOOHHcODCC, rt. HcOIac oOCH10 OCH3a→c图2苯并-a吡喃酮类衍生物的合成路线燥。蒸馏,得硝基乙酸甲酯浅黄色液体3.00g,产率滤液浓缩后,真空干燥,得棕色固体。柱层析纯化76.22%。后得到2.24g黄色固体,熔点180~183℃(文献([1.3.22-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛2的制备值177~180℃),产率83.50%在三颈瓶中,将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,搅拌下加入4.08g(5a~5c)的制备(003mol)三氯化铝,于(80±2)℃下加热反应4h5a:将0.19g(1mmol)a-萘乙酸及0.20后,冷至室温。随后向反应瓶内加入45mL冷H(0.90mmo)化合物4溶于15mL二氯甲烷中,加(5mo/L),分出有机相,水相用CH2Cl2萃取,合入0.22gDCC,室温下搅拌,直至薄层层析(TLC)并有杋相,分别用饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠监控反应完全。抽滤,减压浓缩滤出液,柱层析分溶液洗涤,以无水硫酸钠干燥过夜。抽滤并将滤液离纯化,得0.5g类臼色固体,产率42.96%,熔点浓缩,冷后析出黃色固体5.58g。乙酸乙酯重结晶,189-191℃得到浅黄色针状晶体2.70g,产率40.30%,熔点70b:照上法合成,得0.13g白色固体,收率72℃(文献[9]值71~72℃)38.52%,熔点182~183℃1.3.33-硝基-7,8-二甲氧基苯并-∝吡喃酮3的制备5c:同上法合成,得0.g类白色固体,收率在84mL甲苯和36mL环己烷的混合溶剂中溶32.35%,熔点240~242℃。解25g(0013m0化合物2,再向其中加入180g2结果与讨论(0.016mol)硝基乙酸甲酯和0.25mL哌啶。于(98±2)℃,加热回流6h,分水器除水约0.2mL。将2.13-氨基-7,8-二甲氧基苯并-aα-吡喃酮衍生物的反应液冷至℃,得棕色沉淀,抽滤后将其溶于结构表征85 ML DME中并冷却到0℃,再次抽滤以除去不2.1.13-(α-萘乙酰氨基)-7,8-二甲氧基苯并-a-吡喃溶物。酮(5a)的结构表征向滤液中加入冰水,抽滤收集黄色沉淀,冰水TH NMR(500MHZ, CDCI/TMS )8/x10-J/Hz洗涤,真空干燥,得2.70g黄色粉末,熔点20)2~8.61(s,IH,一NH-),8.02(d,J=8.0,H-8),205℃(文献[10值199~200℃),产率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的制备4H,H7;H6;H-3;H-2),7.26(s,1H,C-4),在40m95%乙醇中分别加入3.04g(0014mol)714(d,J=8.5,H5),6.87(d,1H,J=8.5化合物3和2.24gPdC,搅拌使之混合均匀,再向H-6),4.21(s,2H,H-9"),3.93(s,3H,一OCH3-9)其中加入8mL环己烯,室温下继续搅拌,TLC监3.92(s,3H,-OCH3-10)。控反应完全后,抽滤反应液,乙酸乙酯洗涤滤渣C NMR中国煤化x)6×10CNMHG第8期陈琳等:苯并-∝-吡喃酮类生物活性物质的合成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,苯环骨架),1284、1108(s,C-0C)。苯环骨架),1286、1109(s,C-OC)223-硝基-7,8-二甲氧基苯并-a-吡喃酮3制备条21.23-(α-萘甲酰氨基)7,8-二甲氧基苯并-a吡喃件优化酮(5b)的结构表征选择 Knoevenagel缩合反应来构筑苯并-a-吡喃HNMR(500MHz,CDC3/TMS)酮骨架,在哌啶催化下,2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲δ×10③J/Hz:9.35(t,1H,C-83),8.58(s,1H,醛上的羰基与硝基乙酸甲酯上的活泼亚甲基缩合,NH—),8.23(t,1H,H-4′),7.98~792(m,脱去一分子水,得到3-硝基苯并-∝-吡喃酮3。为了H,H-2;H5"),7.86-7.77(m,3H,H7;H6;使反应更趋于完全,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带水剂考察H-5),6.73(d,1H,J=8.5,H-6),4.01(s,3H,参考文献[10以苯作溶剂兼带水,但考虑到毒OCH39),3.93(s,3H,OCH3-10)。性及可操作性,曾尝试以甲苯取代苯作为溶剂,CNMR(125MHz, CDCl/tms)δ×106:果因甲苯与水的共沸混合物沸点较高,带水效果不1688(C-11),163.6(C-2),153.2(C-7),150、3理想。经实验考察,选择甲苯与环己烷组成混合溶(C-8),146.8(C-1a),140.7(C-3),138.6(C-4),剂除水,因环己烷在68.9℃与水共沸,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′)其他条件相同时,通过实验考察甲苯与环己烷1299(C-3′),122.2(C-5),121.3(C-8′),117.7的配比,结果见表1。(C-4),116.0(C-4a),113.8(C-6),63.1(C-9),实验结果表明,随环己烷体积的增加,收率上57.9(C-10)升,但超过一定体积时,会使反应物的溶解性下降,IR(KBr)ocm:3355、3318(s,CONH),影响收率,以两者体积比为7:3时,带水效果最好2929、2852(m,C-H),1710、1670(s,C=O),2.1.2较佳合成工艺考察1626(s,C=C),1603、1573、1528、1482(s,经单因素实验考察,发现影响反应的主要因素苯环骨架),1288、1107(s,C-OC)有:反应原料物质的量之比(A)、反应温度(B)2.133-(3-吲哚乙酰氨基)-7,8-二甲氧基苯并-α-吡反应时间(C)、催化剂用量(D),故以3-硝基-7,8-喃酮(5c)的结构表征甲氧基苯并-a-吡喃酮的收率为指标,设计四因素HNMR(500MHz,CDC1/TMS)三水平正交实验,综合考察该反应的较佳反应条6/×106J/Hz:9.20(s,1H,NH吲哚),8.71(s,件。因素与水平的选择见表2。实验结果与分析见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混合溶剂中甲苯与环己烷体积比的考察实验H-7"),7.47(t,1H,H-6′),7.39(t,1H,H-5′)V甲*/mLV环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:中国煤化工6143CNMHG·2164·化工进展2014年第33卷表2正试验14)的图素和水平3结论水平M醛):n(酯)反应温度/℃反应时间/hN醛):m(催化剂天然产物的结构修饰和改造是发现新药的重要1:0.15手段和途径。苯并-c-吡喃酮类化合物在新药开发中7具有很高的实用价值,是一个很有发展前景的研究1.3108±2l:0.25领域。注:混合溶剂用量120mL(1)首次成功合成了3个未见文献报道的新型苯并-∝-吡喃酮类化合物。合成路线设计合理可表3正交实验L叭3)的结果分析靠。通过4步反应,简便、高效地制得目标化合物,实验序号BCD率/%其结构经HNMR、CNMR、IR分析确证。目标化合物是一类具有潜在抗肿瘤活性的物质,可为抗2肿瘤药物的筛选提供先导化合物,有进一步研究的价值22381.13(2) Knoevenagel缩合关环反应的较佳工艺条85.60件为:n(2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛):n(硝基乙酸甲酯):n(催化剂)=1:1.2:0.20,反应温度(98±2)℃,反应时间6h。按此条件进行重复实验,平均收率高于文献值。与文献方法相比,此法具有易于操作,后处理方便,节约能源,收率较高,溶246.33243.8424782244.13剂毒副作用少等优点参考文81.2882.6181.38王华,鲁小梅,姚虎,等.香豆素及其衍生物的应用研究进展J83.5885.342098444化工时刊,2009,23(8):40-43[2]杨国玉,王彩霞,黄立挺,等新型香豆素类衍生物的合成及其抗81.4980824881.36菌活性合成化学,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的数据可知,各因素对反应的影响程度41肖川香豆素和嘌呤核苷类化合物的合成及其生物活性的研究D由大到小依次为B>D>A>C,即,影响最大的是反吉林:吉林大学,2012.应温度,其次分别为催化剂用量、反应原料物质的5]姜振举.香豆素衍生物的合成、光学性质及其作为金属离子荧光探针的应用研究D].济南:山东大学,2012.量之比及反应时间。较佳合成条件为:B2D2A2C1,[6]孙丽,胡云楚,唐智勇,等.香豆素的合成、应用及其理论研究即n(2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛):n(硝基乙酸甲门应用化工,2010,39(2):264-269酯):n(催化剂)=1:1.2:0.20,反应温度(98±2)℃,7]王潇,韩相恩,3-氨基香豆素合成方法的最新研究进展[门.化工中间体,2011(6):2527反应时间6h。在该条件下重复实验3次,产品收(8] Garo e, tarks CM, Jensen P r, et al. Trichodermamides a and B率分别为86.90%、87.31%和87.52%,平均收率cytotoxic modified dipeptides from the marine-derived fungus87.24%。高于文献值(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)的制备xy-cumaronen[J]. HeChimicaacta,1935,18(1):86-830.酰化反应以TLC监控反应,柱层析分离提纯产10wanx, Joullie mm. Enantioselective total syntheses of物。该反应收率均不太理想,这是因为氨基与芳环trichodermamides A and B[J].J Am. Chem. Soc., 2008, 130(51)共轭时,亲核性下降,一般较难与羧酸偶联,这也17236-17237与文献[1]报道的相吻合。曾采取加入少量的助formation--epoxide ring opening sequences for the preparation of催化剂与DCC一起脱水以及提髙反应温度等措施oxazines related to the trichodermamides[J]. Tetrahedron Lette但效果均不太理想。有待于今后进一步的研究。[12]程能林.溶剂中国煤化工出版社,208CNMHG