新型4-羥基香豆素衍生物的合成

黃 維, 董小萍, 邵 培, 韓 波

(1. 成都中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，四川 成都 610017； 2. 成都363醫(yī)院，四川 成都 610041)

研究發(fā)現(xiàn)，一些4-取代香豆素類化合物具有令人意想不到的抗腫瘤或抗HIV活性[1～3]。4-羥基香豆素類化合物作為香豆素類化合物家族的重要成員，因其具有抗凝血、抗真菌、消炎[4,5]等多種重要生理活性，而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥及染料中間體的生產(chǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和醫(yī)藥價值。對該類化合物的構(gòu)效關(guān)系研究表明，在香豆素的苯環(huán)上引入羥基、烴基、呋喃、單糖等取代基能不同程度地改善該類化合物的活性，因此，對4-羥基香豆素衍生物的合成及其構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行研究具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實意義。

本文以7-位單取代的4-羥基香豆素為研究對象，對其苯環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，合成了7個新型的7-位具有不同性質(zhì)取代基的香豆素類衍生物(1b～1h)，希望能通過對不同取代基的此類化合物的合成、生物活性與構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行研究，尋找到具有優(yōu)良生物活性的4-羥基香豆素衍生物。目前，相關(guān)藥理特性研究正在進(jìn)行中。

目前合成4-羥基香豆素(1a)的方法主要有4種：酚法、乙酰水楊酸法、水楊酸甲酯法和2-羥基苯乙酮法。其中酚法的反應(yīng)收率較低，試劑較昂貴[6]；乙酰水楊酸法反應(yīng)路線較長，操作繁瑣[7]；水楊酸甲酯法反應(yīng)溫度很高，同時反應(yīng)過程中金屬鈉的使用增加了工業(yè)生產(chǎn)的危險度[8]。本文選擇2-羥基苯乙酮法[9]為研究路線。以4-取代基-2-羥基苯乙酮(1a～1h, Scheme 1)為原料，碳酸二乙酯為?；噭?，在堿催化下經(jīng)一步反應(yīng)合成了2a～2h(Scheme 1),其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR表征。

Scheme1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Bruker AC-E400型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Waters Q-TOF MS型高分辨質(zhì)譜儀。所用試劑和溶劑均為市售分析純。

1．2 2的合成(以2a為例)

在反應(yīng)瓶中加入2-羥基苯乙酮(1a)1.4 mL(12 mmol)，碳酸二乙酯2.1 mL(18 mmol)及DMSO 3 mL，攪拌下滴加氫化鈉1.4 g(60 mmol)的DMSO(30 mL)溶液，滴畢，于100 ℃反應(yīng)2 h(TLC跟蹤)。加入乙酸乙酯50 mL，有機(jī)層用水洗三次，蒸出乙酸乙酯，濃縮、析晶、抽濾，濾餅用水洗數(shù)次后用67%乙醇重結(jié)晶得淡黃色晶體2a；1H NMRδ： 12.48(br s, 1H), 7.82(d,J=7.20, 1H), 7.67～7.58(m, 1H), 7.38～7.30(m, 2H), 5.88(s, 1H)。

用類似的方法(DMSO 6 mL)合成2b～2h。

2a～2h的實驗結(jié)果見表1；2b～2h的1H NMR和ESI-HR-MS數(shù)據(jù)見表2。

表1 2a～2h的實驗結(jié)果*Table 1 The experimental resuts of 2a～2h

*反應(yīng)條件同1．2

2 結(jié)果與討論

2．1 取代基對產(chǎn)率的影響

2-羥基苯乙酮衍生物α-氫的活潑性與產(chǎn)率相關(guān)。因此當(dāng)R為供電子基團(tuán)時，R的供電效應(yīng)使得α-氫的活潑性降低，反應(yīng)較慢，產(chǎn)率較低；當(dāng)R為吸電子基團(tuán)時，α-氫的活潑性較高，堿容易拉掉該質(zhì)子，反應(yīng)易于發(fā)生，產(chǎn)率較高(表1)。

反應(yīng)所用堿(NaH)的量應(yīng)是底物的2倍以上，保證α-氫順利離去而形成碳負(fù)離子，同時2-位酚羥基也能在堿作用下脫去質(zhì)子，進(jìn)攻酯的羰基而環(huán)合生成4-羥基香豆素衍生物。

2．2 合成

合成2a，文獻(xiàn)[9]所用溶劑和堿分別是甲苯和氫化鈉。由于甲苯毒性較大，沸點較高，后處理時較難除去；氫化鈉后遇水會短時放出大量的熱等缺點。我們將溶劑和堿分別換為四氫呋喃和叔丁醇鉀，反應(yīng)溫度控制在60 ℃。結(jié)果表明，雖然叔丁醇鉀的堿性略大于氫化鈉，但反應(yīng)溫度較低，只有當(dāng)反應(yīng)時間延長到4 h才能獲得80%以上的產(chǎn)率；合成取代基為供電子基的衍生物時，產(chǎn)率僅為30%～45%。DMSO因其水溶性較好，后處理水洗即可，毒性較甲苯低，而且與氫化鈉形成更強(qiáng)的堿(CH3SOCH2Na)，能迅速拉掉1a的α-氫使反應(yīng)速度加快。結(jié)果表明，將DMSO和氫化鈉作為反應(yīng)條件，反應(yīng)時間較文獻(xiàn)縮短1 h，收率由82%[9]增加到88%。

反應(yīng)中滴加氫化鈉的DMSO溶液時，速率應(yīng)控制在2 mL·s-1左右，滴加過快會使堿液的局部濃度過高，生成深色物質(zhì)，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量與反應(yīng)收率；反應(yīng)完畢后，加水萃取時會出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，可用10%NaCl代替蒸餾水；在合成中，重結(jié)晶將文獻(xiàn)的純乙醇改成67%乙醇，縮短了重結(jié)晶的時間并減少重結(jié)晶的損失。

該法通過“一鍋煮”的方式反應(yīng)，操作較簡便，反應(yīng)時間較短，可用于合成7-取代基-4-羥基香豆素的衍生物。

表2 2b～2h的1H NMR和ESI-HR-MS數(shù)據(jù)Table 2 1H NMR and ESI-HR-MS data of 2b～2h

[1] Karen A Nolan, He Zhao, Paul F Faulder,etal. Coumarin-based inhibitors of human NAD(P)H:Quinone oxidoreductase-1.Identification,structure-activity,off-target effects and In vitro human pancreatic cancer toxicity[J].J Med Chem，2007,50：6316-6325.

[2] Alison C Donnelly, Jared R Mays, Joseph A Burlison,etal. The design,synthesis,and evaluation of coumarin ring derivatives of the novobiocin scaffold that exhibit antiproliferative activity[J].J Org Chem，2008,73：8901-8920.

[3] Paul Cos, Louis Maes, Dirk Vanden Berghe,etal. Plant substances as anti-HIV agents selected according to their putative mechanism of action[J].J Nat Prod，2004,67：284-293.

[4] Mladen De?eli?, Mladen Trkovnik. Syntheses of some 4-hydroxycoumarins and their condensation products with aldehydes and carboxylic acids.The anticoagulant activity of some 4-hydroxycoumarin derivatives[J].J Med Chem，1964,7(3)：284-288.

[5] Soroush S, Yokim, Kiyoshi H. Synthesis and antifungal activity of coumarins and angular furanocoumarins[J].Bioorg Med Chem，1999,7:1933-1940.

[6] Shah V R. New synthesis of 4-hydroxycoumarins[J].J Org Chem，1960,25:677.

[7] Tomek B, Indruch M, Gabriel J S. 4-Hydroxycoumarin[J].Czech，1974：153829.

[8] Mark Arnold Stahmann, Ivan Wolff, Karl Paul Link. Studies on 4-hydroxycoumarins.Ⅰ.The synthesis of 4-hydroxycoumarins[J].J Am Chem Soc，1943,65:2285-2287.

[9] Jung J C, Jung Y J, Park O S A. Convenient one-pot synthesis of 4-hydroxycoumarin,4-hydroxythiocoumarin,and 4-hydroxyquinolin-2(1H)-one[J]. Synth Commun，2001,31:1195.