新型黃烷酮的合成及其抑菌活性*1

李紅俊， 楊金會， 張玉恒， 落俊山， 郭冬冬， 黃文倩， 馬志強

(1. 寧夏大學 a. 能源化工重點實驗室; b. 化學化工學院,寧夏 銀川 750021)

黃烷酮類化合物廣泛存在自然界中，是多種藥用植物的重要有效成分，具有抗菌、消炎、抗腫瘤抗、抗HIV病毒、抗誘變、抗氧化等諸多生物活性[1～5]，尤其是含有“3-羥基-3-甲基丁基”官能團的黃烷酮類化合物更呈現(xiàn)出許多令人感興趣的生物活性。

4′,7-二羥基-5-甲氧基-8-(3″-羥基-3″-甲基-丁基)黃烷酮(A)由Aslieh Nookandeh等[6]從具有多種顯著生物活性的黃腐酚的代謝物中提取，Yoon-Hwa Rho等[7]從拓樹中分離出2′,5,7-三羥基-4′,5′-(2,2-二甲基吡喃)-8-(3-羥基-3-甲基丁基)黃烷酮(B)。B具有誘導人類白血病U937細胞凋亡和抑制哺乳動物拓撲異構(gòu)酶Ⅰ的活性。雖然A與B的生理藥理活性顯著，但只能從天然植物中提取，其應(yīng)用大受限制。

本文在前期工作[8～11]的基礎(chǔ)上，以廉價的異香草醛(2)和2,4,6-三羥基苯乙酮(4)為起始原料，經(jīng)過C-異戊烯基化、選擇性地甲基化或甲氧甲基化、羥醛縮合、催化環(huán)化與加成反應(yīng)，成功地合成了兩個新的黃烷酮——5,7,4′-三甲氧基-3′-羥基-8-(3″-羥基-3″-甲基-丁基)黃烷酮(1a)和5,7,4′-三甲氧基-3′-羥基-8-(3″-甲氧基-3″-甲基-丁基)黃烷酮(1b, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR, IR和MS表征。初步抑菌活性測試結(jié)果表明，1a和1b對藤黃微球菌(M.luteus)均具有一定的抑制作用。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

X-5型熔點儀(溫度計未校正);Bruker AM-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3作溶劑，TMS為內(nèi)標);FTIR-8430S型紅外光譜儀(KBr壓片);5975C型質(zhì)譜儀和LC-MS 2010A型液質(zhì)聯(lián)用儀。

200目～300目及GF254硅膠，青島海洋化工廠；M.luteus,寧夏大學化工院生化實驗室；其余所用試劑均為分析純;溶劑按常規(guī)方法除水。

1.2 合成

(1) 4-甲氧基-3-甲氧甲氧基苯甲醛(3)的合成的合成

在三頸燒瓶中加入2 1.52 g(10.0 mmol)的丙酮(30 mL)溶液，劇烈攪拌下加入無水碳酸鉀1.52 g(11.0 mmol)，回流反應(yīng)10 min;用注射器緩慢滴加氯甲基甲基醚(MOMCl) 0.8 mL(11.0 mmol),滴畢，回流反應(yīng)至終點(TLC跟蹤)。減壓蒸除溶劑，殘余物加水溶解，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸餾水、飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑:A=V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶4]分離得無色油狀液體31.88 g，產(chǎn)率96%;1H NMRδ: 3.88, 3.44(each s, 6H, OCH3), 5.20(s, 2H, OCH2O), 6.93(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.46 (d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.58(s, 1H, ArH), 9.76(s, 1H, COH); IRν: 2 956, 1 697, 1 267, 1 000, 811 cm-1。

(2) 3-異戊烯基-2,4,6-三羥基苯乙酮(5)的合成

在三頸燒瓶中加入4 2.52 g (15.0 mmol)的THF(30 mL)溶液,攪拌下加入無水碳酸鉀4.35 g(31.5 mmol)，回流反應(yīng)10 min;緩慢滴加異戊烯基溴1.8 mL(15.45 mmol)，滴畢，回流反應(yīng)6 h。減壓蒸除溶劑，殘余物加水溶解，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸餾水、飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶2)分離得淡黃色固體51.1 g(回收4 256 mg)，產(chǎn)率34.9%, m.p.166 ℃～167 ℃;1H NMR(DMSO-d6)δ: 1.69, 1.61(each s, 6H, CH3), 2.56(s, 3H, COCH3), 3.09(d,J=6.8 Hz, 2H, CH2), 5.14(t,J=6.8 Hz, 1H, =CH), 6.01(s, 1H, ArH), 10.51, 10.28, 14.03(each s, 3H, OH); IRν: 3 417, 3 321, 1 629, 1 434, 1 284, 1 072, 817 cm-1。

(3) 2-羥基-4,6-二甲氧基-3-異戊烯基苯乙酮(6)的合成

在三頸燒瓶中加入5 678 mg(3.0 mmol)的丙酮(10 mL)溶液,劇烈攪拌下加入無水碳酸鉀910 mg(6.6 mmol)，回流反應(yīng)10 min;用注射器緩慢滴加硫酸二甲酯0.58 mL(6.0 mmol)，滴畢，回流反應(yīng)2 h。減壓蒸除溶劑，殘余物加水溶解，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸餾水、飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶4)分離得白色固體6675 mg，產(chǎn)率89%, m.p.108 ℃～111 ℃;1H NMRδ: 1.76, 1.65(each s, 6H, CH3), 2.59(s, 3H, COCH3), 3.26(d,J=6.8 Hz, 2H, CH2), 3.88, 3.86(each s, 6H, OCH3), 5.17(t,J=6.8 Hz, 1H, CH=), 5.94(s, 1H, ArH), 13.95(s, 1H, OH); IRν: 3 425, 2 952, 1 623, 1 419, 1 272, 1 120, 892 cm-1。

(4) 2′-羥基-4,4′,6′-三甲氧基-3-甲氧甲氧基-3′-(2″-異戊烯基)査尓酮(7)的合成

在三頸燒瓶中加入3 470.4 mg(2.4 mmol)和6 528 mg(2.0 mmol)的乙醇(7 mL)溶液，攪拌下于0 ℃緩慢滴加KOH 5.6 g(100 mmol)溶液(水5.4 mL+乙醇8 mL,預冷至0 ℃)，氮氣保護下于0 ℃反應(yīng)1 h;于室溫反應(yīng)24 h。倒入冰水中，用3 mol·L-1鹽酸調(diào)節(jié)至pH<2，二氯甲烷(3×20 mL)萃取,合并萃取液，依次用蒸餾水、飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶10)分離得桔紅色固體78.63 g(回收3和60.13 g)，產(chǎn)率95%, m.p.112 ℃～114 ℃;1H NMRδ: 1.77, 1.67(each s, 6H, CH3), 3.29(d,J=7.2 Hz, 2H, CH2), 3.54(s, 3H, OCH3), 3.94, 3.91, 3.89(each s, 9H, OCH3), 5.21(t,J=7.2 Hz, 1H, =CH), 5.27(s, 2H, OCH2O ), 5.98(s, 1H, ArH), 6.89(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.22(dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, ArH), 7.50(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH), 7.71(d,J=15.6 Hz, 1H, =CHβ), 7.80(d,J=15.6 Hz, 1H, =CHα), 14.19(s, 1H, OH); IRν: 2 910, 1 625, 1 510, 1 265, 1 076, 1 014, 977 cm-1; MSm/z(%): 442(M+, 38), 399(40), 387(14), 247(18), 233(31), 205(19), 193(58), 121(40), 91(100)。

(5) 5,7,4′-三甲氧基-3′-甲氧甲氧基-8-(2″-異戊烯基)黃烷酮(8)的合成

在三頸燒瓶中加入785 mg(0.2 mmol)的乙醇(6.0 mL)溶液,無水醋酸鈉317 mg(3.9 mmol)和五滴水，攪拌下回流反應(yīng)25 h。冷卻至室溫，加少量水，二氯甲烷(3×20 mL)萃取,合并萃取液，依次用蒸餾水、飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶6)分離得淡黃色黏稠液體856 mg(回收717.5 mg)，產(chǎn)率83.0%;1H NMRδ: 1.64, 1.65(each s, 6H, 3H, CH3), 2.81(dd,J=3.2 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 2.99(dd,J=12.8 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 3.28(d,J=7.4 Hz, 2H, 1″-H), 3.52(s, 3H, OCH3), 3.90(s, 3H, 7-OCH3), 3.92(s, 3H, 4′-OCH3), 3.93(s, 3H, 5-OCH3), 5.18(t,J=7.4 Hz, 1H, 2″-H), 5.25(s, 2H, OCH2O), 5.32(dd,J=3.0 Hz, 13.0 Hz, 1H, 2-H), 6.12(s, 1H, 6-H), 6.92(d,J=8.4 Hz, 1H, 5′-H), 7.08(dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, 6′-H), 7.28(d,J=2.0 Hz, 1H, 2′-H); IRν: 2 923, 2 840, 1 666, 1 596, 1 271, 1 110, 802 cm-1; MSm/z(%): 442 (M+, 4), 398(58), 383(13), 355(39), 343(18), 248(20), 233(54), 219(24), 205(30), 193(100), 150(21), 135(33), 91(16), 77(18)。

(6)1的合成

在三頸燒瓶中加入8 67 mg(0.15 mmol)的甲醇(1.5 mL)溶液，攪拌下于室溫緩慢滴加3 mol·L-1稀鹽酸(新配置)0.75 mL,滴畢，反應(yīng)70 min(TLC跟蹤)。加少量水，乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸餾水、飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑: A=1 ∶8)分離得淡黃色粉末1a(22.9 mg)和淡黃色黏稠液體1b(26.6 mg)。

1a: 產(chǎn)率36.3%, m.p.176 ℃～178 ℃;1H NMRδ: 1.18, 1.17(each s, 6H, CH3), 1.57(m, 2H, CH2), 1.78(brs, 1H, OH), 2.59(t,J=8.2 Hz, 2H, CH2), 2.74(dd,J=3.2 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 2.87(dd,J=12.6 Hz, 16.6 Hz, 1H, 3-H), 3.84(each s, 9H, OCH3), 5.22(dd,J=3.0 Hz, 12.6 Hz, 1H, CH), 5.87(brs, 1H, OH), 6.04(s, 1H, ArH), 6.78(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 6.84(dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, ArH), 6.99(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH); IRν: 3 477, 3 193, 1 662, 1 600, 1 355, 1 280, 1 145, 802 cm-1; MSm/z: 416(M+)。

1b: 產(chǎn)率52%;1H NMRδ: 1.17, 1.16(each s, 6H, CH3), 1.50(m, 2H, CH2), 2.51(t,J=8.6 Hz, 2H, CH2), 2.70(dd,J=3.2 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 2.87(dd,J=12.8 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 3.05(s, 3H, OCH3), 3.84, 3.80, 3.79(each s, 9H, OCH3), 5.19(dd,J=2.8 Hz, 12.8 Hz, 1H, CH), 6.01(s, 1H, ArH), 6.08(brs, 1H, OH), 6.76(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 6.82 (dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, ArH), 6.99(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH); IRν: 3 328, 2 968, 1 662, 1 598, 1 338, 1 280, 1 213, 1 105 cm-1; MSm/z: 430(M+)。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

4的單C-異戊烯基化(4→5)是合成1的瓶頸，本文嘗試了一些條件希望找到簡便、產(chǎn)率稍高的方法，實驗結(jié)果表明在K2CO3/THF條件下的主要產(chǎn)物為關(guān)鍵中間體5，產(chǎn)率34.9%。用較強的NaOH(1 mol或2 mol)作催化劑均未以理想的產(chǎn)率得到5，主要得到氧代產(chǎn)物9。還嘗試了9在蒙脫土K10作用下[1,3]遷移合成5[12]，結(jié)果也不理想。

值得一提的是，用3 mol·L-1鹽酸在甲醇中回流，一步反應(yīng)既可以成功地脫去8的MOM保護，又能實現(xiàn)從異戊烯基到“3-羥基-3-甲基丁基”或“3-甲氧基-3-甲基丁基”的轉(zhuǎn)換，分別以36.3%和52.0%的產(chǎn)率得到了新黃烷酮1a和1b。

從異戊烯基到“3-羥基-3-甲基丁基”官能團的轉(zhuǎn)換而言，相對Susanne Vogel等[13]報道的Hg(OAc)2/H2O體系，Scheme 1所示合成路線更為行之有效和環(huán)境友好，也更符合“綠色化學”的理念。該法為合成含有“3-羥基-3-甲基丁基”官能團的天然產(chǎn)物，提供了一條簡捷、廉價、高效和綠色的途徑。

2.2 1的抑菌活性

M.luteus是一種革蘭氏染色陽性的黃色無芽胞好氧微球菌，寄生于人體皮膚、咽部等對人體無害的腐生菌，但當機體抵抗力低下時，則會引起腦膜炎、肺炎、敗血癥、膿毒性關(guān)節(jié)炎、泌尿系感染、腦膿腫等[14]。因此研究能抑制M.luteus的藥物具有重要意義。

采用打孔法，首先取保存的M.luteus菌種，將其接種于S1液體培養(yǎng)基試管中，100 r·min-1，30 ℃過夜培養(yǎng)，連續(xù)傳種3次，再將其稀釋至濃度107 CFU·mL-1。隨后配制100 mL S1固體培養(yǎng)基于高壓滅菌鍋內(nèi)121 ℃，滅菌20 min，冷卻到45 ℃左右時加入上述菌液1 mL，搖勻，在無菌操作環(huán)境中倒平板。培養(yǎng)基凝固后打孔，MeOH作對照(抑菌圈直徑為0)，以MeOH為溶劑，c=1.0 mg·mL-1，試樣品與對照樣各10 μL點樣于不同孔中，過夜培養(yǎng)后，得抑菌圈，檢查抑菌圈直徑。每個樣品平行測3次，結(jié)果取平均值。

1a,1b和8對M.luteus的抑菌圈直徑分別為14.3 mm, 10.3 mm和2.7 mm，表明1a,1b和8對M.luteus均具有抑制作用，且抑菌活性1a>1b>8。1a的抑菌效果相對更好，抑菌圈直徑最大可達15 mm，可能是因為其含有“3-羥基-3-甲基丁基”官能團。

為了研究開發(fā)新型抑菌劑，拓展含有“3-羥基-3-甲基丁基”官能團的黃烷酮類藥物，不失為一個好的思路。

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