新型C-異戊烯基香豆素的合成*1

尹 強, 許 澤, 張雅琴, 章維華

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京 210095)

異戊烯類取代基是天然產(chǎn)物中常見的取代基，廣泛存在天然化合物如黃酮類，異黃酮類，香豆素類，色原酮類及生物堿分子結(jié)構(gòu)中。一般認(rèn)為，異戊烯類取代基的前體異戊烯基是在化合物骨架形成之后，在異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的作用下，連接到化合物的骨架上。此后，異戊烯基再經(jīng)過一系列的修飾過程(包括氧化，環(huán)合等)，便形成了各種各樣的異戊烯類取代基[1～4]。

異戊烯基香豆素類化合物在植物界分布廣泛，在一些高等植物，特別是藥用植物中含量較高，結(jié)構(gòu)多樣、生物活性多樣而受到廣泛重視[5]。香豆素類化合物中異戊烯基的存在，可使相關(guān)生物活性(如抗菌、降血壓、抗癌、抗HIV等)顯著提高[6～8]。因此，開展對天然異戊烯基香豆素類化合物的合成及結(jié)構(gòu)修飾、創(chuàng)新設(shè)計合成的探索性研究具重大意義，目前也是天然化學(xué)研究和新醫(yī)藥創(chuàng)制研究領(lǐng)域的熱點課題[9]。

香豆素苯環(huán)上異戊烯基的引入有兩種方式：關(guān)環(huán)前引入和關(guān)環(huán)后引入。目前公開報道的這兩種向苯環(huán)上直接引入異戊烯基的方法的收率及效率均很不如人意[10，11]。

本文報道采用直接催化取代法和堿性水相取代法合成新型C-異戊烯基香豆素(1a～1d, Scheme 1),其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR, IR和MS表征。ZnCl2催化7-羥基香豆素(2)與4-溴異戊烯-2(4)在THF中完成異戊烯基化反應(yīng)制得1a[7,8-(11,11-二甲基吡喃)香豆素]和1b[6,7-(11,11-二甲基吡喃)香豆素]的混合物，依次經(jīng)硅膠柱層析和薄層硅膠制備板分離出純品1a和1b； 用類似方法7-羥基-4-甲基香豆素(3)與4反應(yīng)制得1c(7-羥基-6,8-二異戊烯基香豆素)。改用堿性水相取代法，2與4反應(yīng)合成1d[4-甲基-6,7-(11,11-二甲基吡喃)香豆素]。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WRS21B型數(shù)字熔點儀(溫度未校正); Bruker DRX 300 MHz型核磁共振儀(CD3OD為溶劑, TMS為內(nèi)標(biāo));Bruker Tensor-7型傅立葉變換紅外光譜儀(KBr壓片);Shimdz-QC 2010型氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)；美國菲尼根公司Surveyor-LCQ DecaXp Plus液質(zhì)聯(lián)用儀(LC-MS)。

所用試劑均為市售分析純。

1.2 合成

(1)1a～1c的合成(ZnCl2催化取代法)

在圓底燒瓶中加入2 1.62 g(10 mmol)的THF(40 mL)溶液,氮氣保護，攪拌下加入ZnCl2(融熔除水)2.7 g，緩慢滴加42.3 g(15 mmol)的THF(10 mL)溶液，于80 ℃反應(yīng)72 h(TLC跟蹤,原料始終不能轉(zhuǎn)化完全)。冷卻至室溫，過濾，濾液濃縮至干(淡黃色固體)，經(jīng)硅膠柱層析[硅膠200目～300目,梯度洗脫劑A:V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=10 ∶1～5 ∶1]分離得7-異戊烯氧基香豆素[1e, 0.96 g，產(chǎn)率41.2%, CG-MSm/z(%): 很弱(M+), 162(M-68, 100), 69(O-prenyl)]和1a和1b的混合物(1.15 g)。混合物經(jīng)自制薄層硅膠制備板(0.3 mm×200 mm×200 mm)分離得1a(0.45 g,產(chǎn)率19.6%)和1b(0.31 g，產(chǎn)率13.5%)。

以3代替2，用類似方法合成1c。硅膠柱層析分離得4-甲基-7-異戊烯氧基香豆素(1f, 1.1 g,產(chǎn)率45.5%)和1c(0.54 g,產(chǎn)率22.1%)。

1a: 白色柱狀晶體，m.p.101 ℃～103 ℃;1H NMRδ: 1.37(s， 6H， CH3)， 1.90(t，J=6.80 Hz， 2H， CH2)， 2.86(t，J=6.80 Hz， 2H, CH2)， 6.22(d，J=9.47 Hz， 1H， 3-H)， 6.75(d，J=8.58 Hz， 1H， 5-H)， 7.43(d，J=8.59 Hz， 1H， 6-H)， 7.92(d，J=9.48 Hz， 1H， 4-H); IRν: 1 711， 1 621， 1 398， 1 271， 1 201， 1 120， 874 cm-1; GC-MSm/z(%): 230(M+， 70)， 215(M+-15)， 201(M+-29)， 187(M+-43)， 175(M+-55, 100)。

1b: 淡黃色晶體,m.p.125 ℃～127 ℃;1H NMRδ: 1.36(s， 6H， CH3)， 1.88(t，J=6.74 Hz， 2H， CH2)， 2.87(t，J=6.56 Hz， 2H, CH2)， 6.20(d，J=9.46 Hz， 1H， 3-H)， 6.64(s， 1H， 5-H)， 7.41(s， 1H， 8-H) ， 7.88(d，J=9.50 Hz， 1H， 4-H); IRν: 1 705， 1 614， 1 395， 1 268， 1 196， 1 120， 869 cm-1; GC-MSm/z(%): 230(M+， 35)， 215(M+-15)， 201(M+-29)， 187(M+-43)， 175((M+-55, 100)。

1c: 淡黃色柱狀晶體,m.p.172 ℃～173 ℃;1H NMRδ: 1.38(s， 6H， CH3)， 1.87(t，J=6.73 Hz， 2H， CH2)， 2.39(s， 3H， 4-CH3)， 2.86 (t，J=6.73 Hz， 2H, CH2)， 6.11(s， 1H， 3-H)， 6.74(s， 1H， 5-H)， 7.28(s， 1H， 8-H); IRν: 1 705， 1 610， 1 396， 1 266， 1 196， 1 120， 869， 614 cm-1; GC-MSm/z(%): 244(M+， 48)， 229(M+-15, 13), 189(100), 161。

(2)1d的合成(堿性水相取代法)

在圓底燒瓶中加入2 1.62 g(10 mmol), NaOH 1.5 g和水40 mL，攪拌使其完全溶解，緩慢滴加41.2 mL(10 mmol)，滴畢，于室溫反應(yīng)6 h。用10%硫酸調(diào)至酸性，靜置過夜，用乙酸乙酯(3×40 mL)萃取，合并萃取液，用無水硫酸鎂干燥，濃縮至干(黃色固體),經(jīng)硅膠柱層析(硅膠300目～400目,梯度洗脫劑A)分離，混合溶劑[V(丙酮) ∶V(水)=3 ∶7]重結(jié)晶得無色柱狀晶體1d1.54 g，產(chǎn)率51.6%, m.p.138 ℃～139 ℃;1H NMRδ: 1.69(s， 3H， CH3)， 1.74(s， 3H， CH3)， 1.80(s， 3H， CH3)， 1.87(s， 3H， CH3)， 3.37(d，J=7.0 Hz， 2H， CH2)， 3.56(d，J=6.5 Hz， 2H, CH2)， 5.23(q，J=4.3 Hz， 1H， =CH)， 5.36(q，J=4.3 Hz， 1H， CH)， 6.18(d，J=8.7 Hz， 1H， 3-H) ， 7.17(s， 1H， 5-H)， 7.82(d，J=8.7 Hz， 1H， 4-H); IRν: 3 310， 1 701， 1 619， 1 394， 1 262， 1 189， 1 121， 870 cm-1; GC-MSm/z(%): 298(M+, 50)， 283(M+-15， 10), 255(M+-43, 5), 243(M+-55, 30), 227(100), 199(35)， 187(80); LC-MSm/z(%): 619(2M++Na， 100)， 321(M++Na)。

2 結(jié)果與討論

2.1 C-異戊烯基單取代產(chǎn)物

1a和1b的GC-MS分析結(jié)果表明其應(yīng)為C-異戊烯基單取代產(chǎn)物，C-異戊烯基的側(cè)鏈系列峰非常明顯，且無69(O-prenyl)峰,與1e的MS數(shù)據(jù)特點明顯不同。

由1a的1H NMR分析結(jié)果可見，兩甲基峰完全一致[1.37(s, 6H)]，而未環(huán)合異戊烯基側(cè)鏈中兩甲基處雙鍵兩端，受另一雙鍵氫(β位)影響，化學(xué)位移一般略有差異而呈兩個單峰(各3個氫)，環(huán)合后，兩甲基分處吡喃環(huán)兩邊，但化學(xué)環(huán)境完全一致，故只出現(xiàn)一個單峰。1H NMR中兩組三重峰雙氫，也驗證了側(cè)鏈與羥基環(huán)合(若不環(huán)合，應(yīng)出現(xiàn)1個單氫三重峰和1個雙氫二重峰)。苯環(huán)上的兩個單氫之間相互偶合，符合8-取代特征(8-位取代后，5，6-位相互偶合，均為二重峰)，故1a為8-取代產(chǎn)物。

實驗的初衷是要合成8-異戊烯基香豆素(M1, Scheme 2)，但最終得到的是吡喃環(huán)型香豆素產(chǎn)物1a，可能是M1在柱層析分離過程中硅膠作用下環(huán)合所致。此推測有待進一步考證。

與1a的分析類似，1b和1c應(yīng)為6-位取代物的吡喃環(huán)型香豆素產(chǎn)物。

2.2 C-異戊烯基雙取代產(chǎn)物

在1d的MS數(shù)據(jù)中，C-異戊烯基的側(cè)鏈系列峰非常明顯，且無69(O-prenyl)峰,再加上IR顯示有羥基峰(3 310 cm-1)，這些數(shù)據(jù)均反映兩個異戊烯基直接連在苯環(huán)上，且異戊烯基側(cè)鏈沒有與鄰位羥基環(huán)合。

表 1 2與4堿性水相取代反應(yīng)的GC-MS分析結(jié)果*Table 1 GC-MS analysis results of the substitution reaction of 2 with 4 in aqueous slkali

*反應(yīng)時間3 h,其余反應(yīng)條件同1.2

1d的1H NMR分析結(jié)果表明，四個甲基峰均為單峰且化學(xué)位移分別為1.69, 1.74, 1.80和1.87，說明兩個異戊烯基均為沒有與羥基環(huán)合，而3.37和3.56處各出現(xiàn)兩個氫的二重峰，5.23和5.36均出現(xiàn)一個氫的三重峰，也證實了兩個異戊烯基的自由狀態(tài)。6.18和7.82分別為相互偶合的3-位與4-位氫(均為二重峰)，7.17為苯環(huán)上的孤立氫的單峰。分析結(jié)果充分證明1d為C-異戊烯基雙取代產(chǎn)物。

2.3 反應(yīng)條件討論

(1) 催化取代法

研究2與4的催化取代反應(yīng)，先后考察了催化劑(ZnCl2, AlCl3, Li2CO3, LiOH,活性鋅等)和溶劑(THF， DMF，苯、甲苯、硝基苯、氯苯、二氧六環(huán)等)對取代反應(yīng)的影響。實驗結(jié)果表明，ZnCl2/THF,活性鋅/THF和LiOH/THF體系可催化2與4的取代反應(yīng)，其它組合效果不佳。

以ZnCl2/THF和活性鋅/THF為催化體系時，可得到C-異戊烯基取代產(chǎn)物，但原料轉(zhuǎn)化很不充分、反應(yīng)復(fù)雜，TLC檢測有多種產(chǎn)物生成，GC-MS追蹤顯示有多種單取代物出現(xiàn)，還存在少量二取代物。

2與4在ZnCl2/THF催化下，反應(yīng)進行12 h和24 h時的GC-MS同步分析結(jié)果表明，2仍有大部分未參與反應(yīng)，且隨著單取代物(兩種)的不斷生成，二取代物開始出現(xiàn)。說明反應(yīng)極其緩慢，2的轉(zhuǎn)化率很低；而且單取代物由于異戊烯基的活化作用，其進行烴基化反應(yīng)的能力稍大于2，故隨著單取代物的緩慢生成，二取代物伴隨增加。

(2) 堿性水相取代法

在用堿性水相取代法改進2與4的取代反應(yīng)時，反應(yīng)3 h的GC-MS同步分析結(jié)果表明，在合適的反應(yīng)條件下，2有可能完全轉(zhuǎn)化，但產(chǎn)物復(fù)雜。產(chǎn)物主成分是二取代物(50%～70%)，同時，還有另一種二取代物和兩種單取代物以及一種三取代物，共有6種化合物，以保留時間長短依次標(biāo)記為Ⅰ～Ⅵ(見表1)。以此推測1d的反應(yīng)途徑如Scheme 2所示。

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