新型含香豆素骨架水楊醛類Schiff堿衍生物的合成*

禹興海, 馮 雷, 金淑萍, 岳國(guó)仁

(河西學(xué)院 化學(xué)系 西部資源與環(huán)境化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 張掖 734000)

香豆素類化合物具有抗菌、抗凝血、抗線胺的釋放和降壓作用，某些衍生物還具有抗HIV和抗腫瘤活性[1，2]。1992年美國(guó)科學(xué)家[3]從馬來(lái)西亞熱帶雨林樹(shù)木(Calophyllum lanigerum)中分離出具有抗艾滋病病毒活性的香豆素類化合物Calanolides，其中Calanolide A對(duì)艾滋病毒的EC50達(dá)到了0.1 mmol·L-1。7-羥基-4-甲基香豆素(1)是合成Calanolide A的重要母體。

由于Schiff堿獨(dú)特的抗菌、抗癌、除草等生理活性，引起了人們廣泛、系統(tǒng)、深入的理論與應(yīng)用研究[4～6]。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，水楊醛類Schiff堿具有止痛、抗炎、抑菌、殺菌等生物活性，而且抗癌效應(yīng)優(yōu)于其他醛類Schiff堿，極具應(yīng)用價(jià)值[7]。根據(jù)拼合原理,通過(guò)一定的合成路線可將香豆素骨架引入到水楊醛類Schiff堿中，從而實(shí)現(xiàn)香豆素與水楊醛類Schiff堿生物活性成分的疊加，期望得到高生物活性的先導(dǎo)化合物。

本文在無(wú)溶劑條件下,以草酸為催化劑,間苯二酚與乙酰乙酸乙酯經(jīng)Pechmann反應(yīng)制得7-羥基-4-甲基香豆素(1); 1經(jīng)硝化、還原制得3-氨基-7-羥基-4-甲基香豆素(2);2與取代水楊醛(3a～3d)經(jīng)縮合反應(yīng)合成了四個(gè)新的含香豆素骨架水楊醛類Schiff堿衍生物(4a～4d, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR, IR和元素分析表征。希望通過(guò)對(duì)此類化合物的合成、生物活性與構(gòu)效關(guān)系的研究, 尋找到具有優(yōu)良生物活性的新型含香豆素骨架水楊醛類Schiff堿衍生物。

Scheme1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

X-4型顯微熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未經(jīng)校正);Mercury-400型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));Thermo Nicolet IR-200型紅外光譜儀(KBr壓片);Perkin Elmer-2400型元素分析儀。

間苯二酚,乙酰乙酸乙酯和草酸,分析純,上海試劑一廠;3a～3d,國(guó)藥集團(tuán)北京化學(xué)試劑公司;其余所用試劑均為分析純,使用前按標(biāo)準(zhǔn)方法純化，活性炭經(jīng)活化處理。

1.2 合成

(1)1的合成

在燒瓶(回流冷凝管帶無(wú)水氯化鈣干燥管)中依次加入間二苯酚1.1 g(10 mmol),乙酰乙酸乙酯1.1 g(15 mmol)和草酸10 mg(0.1 mmol),攪拌下于85 ℃回流反應(yīng)30 min[TLC跟蹤，展開(kāi)劑A:V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=1 ∶3]。加入少量碎冰，靜置析晶，抽濾，濾餅用水洗滌2次～3次，無(wú)水乙醇重結(jié)晶得白色針狀晶體1，產(chǎn)率92.5%, m.p.188 ℃～190 ℃。

(2)2的合成

在燒瓶中加入11.8 g(10 mmol),攪拌下于40 ℃(水浴)慢慢滴加濃硝酸(10 mL)和冰醋酸(10 mL)的混合液,滴畢，回流反應(yīng)2 h(TLC跟蹤,展開(kāi)劑A)。置冰水浴中用飽和NaCO3溶液調(diào)至中性，抽濾，濾餅用水充分洗滌，干燥得黃色粉末7-羥基-4-甲基-3-硝基香豆素，產(chǎn)率57.4%, m.p.218 ℃～220 ℃。

在燒瓶中依次加入7-羥基-4-甲基-3-硝基香豆素 1.1 g(5 mmol),甲醇20 mL和活性炭，煮沸后冷卻至室溫，攪拌下緩慢滴加水合肼(6 mmol)的甲醇溶液25 mL，回流反應(yīng)30 min[TLC跟蹤，展開(kāi)劑:V(丙酮) ∶V(石油醚)=1 ∶2]。趁熱過(guò)濾，濾液減壓旋干，殘余物用75%乙醇重結(jié)晶得綠色針狀晶體2，產(chǎn)率92.2%, m.p.250 ℃～252 ℃;1H NMRδ: 2.28(s, 3H, CH3), 3.34(s, 1H, OH), 6.04(s, 2H, NH2), 6.64～6.66(d, 2H, ArH), 6.84(s, 1H, ArH); IRν: 3 360, 3 290， 3 071， 2 948， 1 703， 1 582， 1 383， 1 283， 1 184， 1 063， 909， 818 cm-1; Anal.calcd for C10H9NO3: C 62.81, H 4.74, N 7.33; found C 62.56, H 4.71, N 7.41。

(3)4的合成(以4a為例)

在燒瓶中加入21.0 g(5 mmol)的無(wú)水乙醇(20 mL)溶液，攪拌下滴加水楊醛(3a)1 mL(8 mmol),滴畢，回流反應(yīng)3 h(出現(xiàn)少量黃色沉淀)。蒸餾濃縮，冷卻至室溫,有黃色晶體析出,過(guò)濾，濾餅用少量無(wú)水乙醇洗滌3次，無(wú)水乙醇重結(jié)晶，真空干燥得4a。

用類似方法合成4b～4d。

4a: 桔黃色固體，產(chǎn)率72.8%, m.p.282 ℃～284;1H NMRδ: 2.45(s, 3H, CH3), 6.89(d, 2H, ArH), 6.97(s, 1H, ArH), 7.31～7.42(m, 2H, ArH), 7.65(d, 1H, ArH), 7.75(d, 1H, ArH), 9.07(s, 1H, N=CH), 10.93(s, 1H, OH), 13.53(s, 1H, OH); IRν: 3 420， 3 055， 2 971， 1 703， 1 613， 1 528， 1 360， 1 201， 1 068， 871 cm-1; Anal.calcd for C17H13NO4: C 69.15, H 4.44, N 7.33; found C 68.11, H 4.50, N 7.13。

4b: 黃色固體，產(chǎn)率70.4%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 2.45(s, 3H, CH3), 6.89(d, 2H, ArH), 6.97(s, 1H, ArH), 7.79(d, 1H, ArH), 7.92(d, 1H, ArH), 8.12(d, 1H, ArH), 8.50(s, 1H, N=CH), 12.81(s, 1H, OH), 14.58(s, 1H, OH); IRν: 3 388, 3 060, 3 005, 1 704, 1 614, 1 533, 1 382, 1 349, 1 261, 1 074, 824, 770 cm-1; Anal.calcd for C17H12N2O6: C 60.00, H 3.55, N 8.23; found C 60.11, H 3.50, N 8.13。

4c: 淺黃色固體，產(chǎn)率70.4%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 2.45(s, 3H, CH3), 6.89(d, 2H, ArH), 6.97(s, 1H, ArH), 7.64(d, 1H, ArH), 7.87(dd, 1H, ArH), 8.02(d, 1H, ArH), 8.50(s, 1H, N=CH), 12.81(s, 1H, OH), 14.58(s, 1H, OH); IRν: 3 408, 3 067, 3 005, 1 704, 1 614, 1 528, 1 380, 1 349, 1 261, 1 176, 1 054, 932, 871, 758 cm-1; Anal.calcd for C17H12NO4Cl: C 61.92, H 3.67, N 4.25; found C 61.88, H 3.85, N 4.22。

4d: 桔黃色固體，產(chǎn)率72.8%, m.p.>300 ℃;1H NMRδ: 2.45(s, 3H, CH3), 6.89(d, 2H, ArH), 6.97(s, 1H, ArH), 7.59(d, 1H, ArH), 7.84(d, 1H, ArH), 7.99(d, 1H, ArH), 8.50(s, 1H, N=CH), 12.81(s, 1H, OH), 14.58(s, 1H, OH); IRν: 3 408, 3 066, 3 005, 1 704, 1 618, 1 522, 1 386, 1 249, 1 184, 1 106, 909, 867, 754 cm-1; Anal.calcd for C17H12NO4Br: C 54.57, H 3.23, N 3.74; found C 54.40, H 3.31, N 3.92。

2 結(jié)果與討論

2.1 1的合成、硝化與還原

傳統(tǒng)方法是在濃硫酸催化下，間苯二酚與乙酰乙酸乙酯通過(guò)Pechmann反應(yīng)合成1[8]。濃硫酸腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境、后續(xù)處理過(guò)程復(fù)雜。本文以草酸為催化劑，催化劑活性高、用量少，并具有反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)速率快，后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合成1的較適宜反應(yīng)條件為：間苯二酚10 mmol,n(間苯二酚) ∶n(乙酰乙酸乙酯)=1.0 ∶1.1,草酸0.1 mmol,于85 ℃反應(yīng)30 min。

用硝酸/濃硫酸混酸體系作1的硝化試劑，反應(yīng)較劇烈，選擇性不易控制，由于1在混酸中溶解度極小，不利于反應(yīng)順利進(jìn)行。本文采用硝酸/冰醋酸體系作硝化試劑，由1合成7-羥基-4-甲基-3-硝基香豆素。在硝酸/冰醋酸體系中不僅1能溶解，而且反應(yīng)條件溫和，選擇性較好，不易發(fā)生苯環(huán)上的親電取代反應(yīng)。

在酸性介質(zhì)中，1會(huì)形成苯并吡喃鎓鹽，使得C=O吸電子能力削弱，在甲基供電子效應(yīng)協(xié)同作用下，雜環(huán)3-C被活化容易受到硝基正離子的親電進(jìn)攻。因此推測(cè)反應(yīng)可能按如下機(jī)理進(jìn)行。

參照文獻(xiàn)[9，10]方法，本實(shí)驗(yàn)采用30%水合肼/活性炭定量還原7-羥基-4-甲基-3-硝基香豆素生成2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水合肼用量宜為底物的1.2 eq.，回流反應(yīng)30 min。

2.2 4的合成

2與水楊醛的反應(yīng)很容易發(fā)生，在室溫下即可進(jìn)行，其反應(yīng)體系可以是水相，也可以是有機(jī)相，本實(shí)驗(yàn)選用無(wú)水乙醇作溶劑，以利于底物溶解和產(chǎn)物的快速形成與分離。2與取代水楊醛反應(yīng)時(shí),要加少量冰醋酸，控制反應(yīng)體系pH 5～6。由于醛與胺的反應(yīng)屬于加成-消除反應(yīng)，過(guò)高或過(guò)低的pH值會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率較低。

[1] George K, Chrysa T. Synthesis and study of substituted coumarins a facile preparation of D-L-o-tyrosine[J].Heterocyclic Chem,1986,23:87-92.

[2] Heep M, Grover P, Brown N P,etal. Natural coumarins from the plants Seseli devenyense and peucedanum luxurians as invitro antibacterial agents[J].Int J Antimicrobial Agents,2007,29:474-475.

[3] Kashman Y, Gustafson K R, Fuller R W,etal. The calanolides:A novel HIV-inhibitory class of coumarin derivatives from the tropical rainforest tree,calophyllum lanigerum[J].J Med Chem,1992,35:2735-2743.

[4] Subbanwad G R, Baseer M A, Vibhute Y B. Synthesis of some new flavanones by claisen-schmidt condensation[J].Orient J Chem,2000,16:567-568.

[5] Cornelissen B, Kersemans V McLarty K,etal. In vivo monitoring of intranuclear p27(kip1) protein expression in breast cancer cells during trastuzumab(herceptin) therapy[J].Nucl Med Biol,2009,7:811-819.

[6] Ling X Z, Jin S Z. Synthesis and antitumor activity evaluation of some Schiff bases derived from 2-aminothiazole derivatives[J].Heteroatom Chemistry,2007,18:55-59.

[7] Siwy M, Sek D, Kaczmarczyk B,etal. Synthesis and in vitro antiproliferative activity of new 1,3-(oxytetraethylenoxy)-cyclotriphosphaz-ene derivatives[J].Anticancer Res,2007,27:1553-1558.

[8] 樊能廷. 有機(jī)合成事典[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1992.

[9] Han B H, Shin D H, Cho S Y. Graphite catalyzed reduction of aromatic and aliphaticnitro compounds with hydrazine hydrate[J].Tetrahedron Lett,1985,26:6233-6234.

[10] Larsen J W, Freund M, Kim K Y,etal. Mechanism of the carbon catalyzed reduction of nitrobenzene by hydrazine[J].Carbon,2000,38:655-661.