黃芩素結(jié)構(gòu)修飾的研究

侯玨卓，陳 喆

(天津藥物研究院藥業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)開發(fā)部，河北天津300193)

黃芩素(Baicalein)是傳統(tǒng)中藥黃芩(Scutellaris baicalensis georgi)的有效成分黃芩苷(Baicalin)的苷元，具有抗氧化［1］、抗菌、抗病毒［2］、抗過敏［3］、抗炎、降壓［4］、利尿、利膽［5］等多種生理活性，臨床上主要用于抗菌消炎和抗感染．目前，有關(guān)黃芩素的制劑已在臨床上應(yīng)用于上呼吸道感染、急性扁桃體炎、咽炎、慢性阻塞性肺病，傳染性肝炎、急慢性胃腸炎及細菌性痢疾、腎盂腎炎等，顯示出了較好的療效．

黃芩素具有良好的藥理活性，毒副作用微小，而且在我國資源豐富，來源廣泛，經(jīng)濟成本低，但是黃芩素結(jié)構(gòu)中存在3個相鄰酚羥基，易于形成分子內(nèi)氫鍵，造成其親脂性、親水性均較差，黃芩素類藥物在臨床應(yīng)用上存在著溶解性差、生物利用度低等缺點［6］，制約著其在現(xiàn)代中藥建設(shè)中的發(fā)展．近幾年，如何提高黃芩素類藥物的溶解性與生物利用度，增加在人體的吸收，成為了國內(nèi)外的研究熱點．目前關(guān)于黃芩素活性方面的研究報道較多［7］，但是對黃芩素結(jié)構(gòu)修飾及構(gòu)效關(guān)系的研究報道甚少．由于黃芩素的結(jié)構(gòu)中A環(huán)有羥基取代，可作為先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)修飾以發(fā)掘這類化合物潛在的生理功能．故本研究以黃芩素為母體，根據(jù)黃酮類化合物的構(gòu)效關(guān)系，通過化學(xué)的方法改變其結(jié)構(gòu)或引入能轉(zhuǎn)變成鹽的官能團，合成了一系列黃芩素類衍生物，實現(xiàn)增加溶解性的目的，是一種藥物創(chuàng)新的有效途徑［8］．

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠);90-3恒溫雙向磁力攪拌器(上海振榮科學(xué)儀器有限公司);瑞士Bruker Avance500核磁共振波譜儀(DMSO-D6或 CDCl3-d為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))．

黃芩素(實驗室提取分離純化);丙酮、醋酐、石油醚、氯仿(天津市江天化工技術(shù)有限公司);無水碳酸鉀、甲醛水溶液(天津市百世化工有限公司);溴芐(天津精益合成科技有限公司);芐胺、1，4-二溴丁烷(阿法埃莎化學(xué)有限公司);氮氣(天津市興盛氣體有限公司);硅膠(上邦實業(yè)天津分公司);實驗室所用的試劑與溶劑均為分析純．

1．2 化合物的制備

黃芩素按文獻［9］方法制備，利用萃取、柱層析等分離、純化方法從中藥黃芩的甲醇提取液中分離出黃芩素粗品，利用重結(jié)晶等純化方法進一步得到黃芩素晶體．以黃芩素為母體，按圖1所示研究路線，合成5種黃芩素類衍生物．

圖1 黃芩素的結(jié)構(gòu)修飾

1．2．1 黃芪素衍生物1的合成

8-(N-異丙胺基)-亞甲基-5，6，7-三羥基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黃芪素衍生物1)的合成:稱量黃芩素0．1 g于50 mL三頸燒瓶中，加入甲醇10 mL和甲醛水溶液(w/w=36%)0．03 mL，升溫至65℃，至反應(yīng)液澄清．緩慢加入異丙胺0．047 mL，加熱回流攪拌2 h后，旋蒸除去溶劑，得黃色固體粗品．將得到的黃色固體進一步上反相柱純化，得到淡黃色固體，精品收率75%．

1．2．2 黃芪素衍生物2的合成

8-烯胺甲基-5，6，7-三羥基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黃芪素衍生物2)的合成:稱量黃芩素0．1 g于50 mL三頸燒瓶中，加入甲醇10 mL和甲醛水溶液(w/w=36%)0．03 mL，升溫至65℃，至反應(yīng)液澄清．緩慢加入氨水(w/w=35．28%)0．11 mL，加熱回流反應(yīng)30 min．旋蒸除去溶劑，得黃色固體粗品．將得到的黃色固體進一步上反相柱純化，得到淡黃色固體，精品收率86%．

1．2．3 黃芪素衍生物3的合成

二氫苯并噁嗪類化合物(黃芪素衍生物3)的合成:稱量黃芩素0．1 g于50 mL三頸燒瓶中，加入甲醇10 mL和甲醛水溶液(w/w=36%)0．03 mL．緩慢滴加芐胺0．05 mL，加熱回流反應(yīng)3h．旋蒸除去溶劑，得黃色固體粗品．將得到的黃色固體進一步上反相柱純化，得到淡黃色固體，精品收率69%．

1．2．4 黃芪素衍生物4的合成

5-羥基-6，7-二乙酰氧基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黃芪素衍生物4)的合成:稱量黃芩素0．27 g與醋酐5 mL置于50 mL三頸圓底燒瓶中，緩慢滴加濃硫酸6滴，加熱攪拌反應(yīng)30 min，自然降溫至室溫．將反應(yīng)液傾倒入已經(jīng)冰浴的蒸餾水50 mL中，用5%碳酸氫鈉調(diào)節(jié)溶液pH值至弱堿性，水相用乙酸乙酯30 mL萃取3次．合并乙酸乙酯層．加入無水硫酸鎂干燥，靜置過夜，真空蒸除溶劑，過硅膠柱，洗脫劑:V(石油醚)V(丙酮)=9 2，得淡黃色固體，收率80%．1．2．5 黃芪素衍生物5的合成

5-羥基-6，7-正丁二氧基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黃芪素衍生物5)的合成:稱量黃芩素0．14 g置于50 mL三頸燒瓶中，加入30 mL丙酮溶解．氮氣保護下依次加入0．08 mL1，4-二溴丁烷，0．2 g無水碳酸鉀，0．2 g碘化鈉，加熱回流攪拌48 h后，過濾，在濾液中加入幾滴醋酸，真空旋蒸除去丙酮后，殘留物丙酮重結(jié)晶，得到淺黃色固體，精品收率85%．

1．3 化合物的結(jié)構(gòu)表征

利用1H-NMR對所制備的黃芩素及合成的五種化合物做如下表征．

1．3．1 黃芩素的結(jié)構(gòu)表征

1H NMR(500MHz，DMSO-D6)，δ:12．65(1H，s，5-OH)，10．56(1H，s，7-OH)，8．80(1H，s，6-OH)，8．05-8．08(2H，m，-C6H5)，7．54-7．61(3H，m，-C6H5)，6．92(1H，s，3-H)，6．62(1H，s，8-H)．

1．3．2 黃芩素衍生物1的結(jié)構(gòu)表征

1H NMR(300MHz，DMSO-D6)，δ:12．45(1H，s，5-OH)，7．99-8．02(2H，m，-C6H5)，7．55-7．56(3H，m，-C6H5)，6．71(1H，s，3-H)，4．26(2H，s，N—CH2-)，3．32(1H，m，N-CH)，1．28-1．29(6H，s，-2CH3)．

1．3．3 黃芩素衍生物2的結(jié)構(gòu)表征

1H NMR(300MHz，DMSO-D6)，δ:12．85(1H，m，5-OH)，7．82-7．84(2H，m，-C6H5)，7．44-7．45(3H，m，-C6H5)，6．86(1H，s，3-H)，4．40(1H，s，N=CH-)．

1．3．4 黃芩素衍生物3的結(jié)構(gòu)表征

1H NMR(300MHz，CDCl3-d)，δ:12．45(1H，s，5-OH)，7．76-7．78(2H，m，-C6H5)，7．49-7．54(3H，m，-C6H5)，7．34-7．38(5H，m，-C6H5)，6．68(1H，s，3-H)，5．08(2H，s，-O-CH2-N)，4．26(2H，s，Ar-CH2-)，3．97(2H，s，-C-CH2-N-)．

1．3．5 黃芩素衍生物4的結(jié)構(gòu)表征

1H NMR(300MHz，CDCl3-d)，δ:12．95(1H，s，5-OH)，7．88-7．90(2H，m，-C6H5)，7．54-7．59(3H，m，-C6H5)，6．98(1H，s，3-H)，6．75(1H，s，8-H)，2．36-2．38(6H，m，2CH3CO-)．

1．3．6 黃芩素衍生物5的結(jié)構(gòu)表征

1H NMR(300MHz，CDCl3-d)，δ:12．78(1H，s，5-OH)，7．86-7．88(2H，m，-C6H5)，7．49-7．54(2H，m，-C6H5)，6．63(1H，s，3-H)，6．54(1H，s，8-H)，4．74(2H，t，1″-H)，4．24(2H，t，4″-H)，2．06(2H，m，2″-H)，1．83(2H，m，3″-H)．

2 結(jié)果與討論

在黃芩素1H-NMR中，黃酮母核A環(huán)上5位酚羥基易與相鄰4位羰基發(fā)生分子內(nèi)締合形成氫鍵，如圖2所示，有去屏蔽作用，出現(xiàn)在較低場，造成5位羥基化學(xué)位移大于6、7位羥基氫的化學(xué)位移，如圖3所示，因此12．65處單峰歸屬為A環(huán)5位酚羥基的氫;黃酮母核A環(huán)上的羥基氫均出現(xiàn)在譜圖中的低場，8．80、10．56處單峰分別歸屬為黃酮母核A環(huán)6位、7位羥基氫;由于B環(huán)2'位于6'位的氫處于C環(huán)雙鍵的去屏蔽區(qū)，受到各向異性效應(yīng)的影響，共振信號比其它質(zhì)子出現(xiàn)在相對低場，因此8．05-8．08 處多重峰歸屬為B 環(huán)2'、6'位的的2個氫;7．54-7．61處多重峰歸屬為B環(huán)上3'、4'、5'位的3個氫;6．92處單峰歸屬為C環(huán)3位上的氫，6．62處單峰歸屬為A環(huán)8位上的氫．

圖2 黃芩素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖3 黃芩素的氫鍵效應(yīng)

2．1 黃芩素A環(huán)8位的結(jié)構(gòu)修飾

黃芩素A環(huán)8-位氫與脂肪伯、仲胺或芳香伯、仲胺在甲醛水溶液中按照一定摩爾配比進行Mannich反應(yīng)，產(chǎn)物可通過與酸反應(yīng)生成鹽類，達到增加其溶解性的目的．該反應(yīng)條件溫和，制備步驟簡單，收率高．如果改變伯胺與甲醛的毫摩爾比后，得到含六元環(huán)的二氫苯并噁嗪衍生物(3)．可能是反應(yīng)產(chǎn)物Mannich堿進一步與甲醛反應(yīng)生成N-取代羥甲基化中間體，再脫水環(huán)合，得到含六元環(huán)的二氫苯并噁嗪衍生物(3)．故在與伯胺反應(yīng)中要注重伯胺與甲醛比，以得到目標(biāo)產(chǎn)物．

本文合成并利用1H-NMR鑒定以下3個Mannich堿衍生物．

2．1．1 黃芩素衍生物1的表征

對照黃芩素1H-NMR譜圖，在化合物(1)的1H-NMR中，12．45處單峰歸屬為A環(huán)5位羥基氫;7．99-8．02處多重峰歸屬為B環(huán)2'位于6'位的氫;7．55-7．56 處多重峰歸屬為 B 環(huán)上3'、4'、5'位的3個氫;6．71處單峰歸屬為C環(huán)3位上的氫;4．26處單峰歸屬為A環(huán)8位亞甲基上的兩個氫．

同時，區(qū)別于黃芩素1H-NMR譜圖，化合物(1)1H-NMR譜圖中在高場出現(xiàn)了兩組新信號．將3．32處多重峰歸屬為A環(huán)8位側(cè)鏈N-CH叔碳上的氫，1．28-1．29處單峰歸屬為A環(huán)8位側(cè)鏈-HNCH(CH3)2兩個甲基上的6個氫．因此，可以鑒定成功合成了化合物(1)．

2．1．2 黃芩素衍生物2的表征

對照黃芩素1H-NMR譜圖，在化合物(2)的1H-NMR中，12．85歸屬處單峰位為A環(huán)5位酚羥基，7．82-7．84 與7．44-7．45 歸屬為 B 環(huán)的5 個氫，6．86處單峰歸屬為C環(huán)3位上的氫．

同時，區(qū)別于黃芩素1H-NMR譜圖，化合物(2)1H-NMR譜圖中4．40處出現(xiàn)了一組新的單峰，歸屬為A環(huán)8位側(cè)鏈NH=CH-上次甲基的氫．因此，可以鑒定成功合成了化合物(2)．

2．1．3 黃芩素衍生物3的表征

對照黃芩素1H-NMR譜圖，在化合物(3)的1H-NMR中，12．45處單峰歸屬為A環(huán)5位酚羥基，7．76-7．78 與7．49-7．54 處多重峰歸屬為 B 環(huán)的5個氫，6．68處單峰歸屬為C環(huán)3位上的氫．

同時，區(qū)別于黃芩素1H-NMR譜圖，化合物(3)1H-NMR譜圖中，出現(xiàn)了四組新的信號，7．34-7．38處多重峰歸屬為飽和六元環(huán)氮上N-CH2-Ph部分苯基上的5個芳香氫，5．08處單峰歸屬為飽和六元環(huán)-O-CH2-N部分亞甲基上的2個氫，4．26處單峰歸屬為飽和六元環(huán)Ph-CH2-部分亞甲基上的2個氫，3．97處單峰歸屬為飽和六元環(huán)-C-CH2-N-部分上的2個氫．因此，可以鑒定成功合成了化合物(3)．

通過Mannich反應(yīng)在黃芩素8位α氫引入了胺甲基類基團，成功合成并鑒定了3個Mannich堿衍生物．通過引入胺甲基對天然藥物活性成分黃芩素進行結(jié)構(gòu)修飾，利用胺甲基成鹽能夠改善此類藥物的水溶性，不僅促進了此類藥物在人體內(nèi)的轉(zhuǎn)運過程，同時也提高了其在作用部位的有效濃度，進而改善了藥物的吸收性能，提高藥物生物利用度，是一種提高黃芩素類化合物水溶性的有效方法．

2．2 黃芩素C環(huán)6、7位的結(jié)構(gòu)修飾

利用乙?；Ｗo6，7位羥基成功合成了化合物(4)．同時利用黃芩素的7-位羥基的較強酸性選擇性的與溴取代物反應(yīng)，脫去溴化氫．但通過1H-NMR鑒定，沒有得到預(yù)期產(chǎn)物(6)，而是生成了環(huán)狀化合物(5)，如圖1所示．反應(yīng)說明黃芩素的6，7位羥基的反應(yīng)選擇性不高．2．2．1 黃芩素衍生物4的表征

對照黃芩素1H-NMR譜圖，在化合物(4)的1H-NMR中，12．95處單峰歸屬為A環(huán)5位酚羥基，7．88-7．90 與7．54-7．59 處多重峰歸屬為 B 環(huán)的5個氫，6．98處單峰歸屬為C環(huán)3位上的氫，6．75處單峰歸屬為A環(huán)8位上的氫．

同時，區(qū)別于黃芩素1H-NMR譜圖，化合物(4)1H-NMR譜圖中，在2．36-2．38處出現(xiàn)一組新的單峰，歸屬為主環(huán)6與7位乙?；系?個氫．因此，可以鑒定成功合成了化合物(4)．

2．2．2 黃芩素衍生物5的表征

對照黃芩素1H-NMR譜圖，在化合物(4)的1H-NMR中，12．78處單峰歸屬為A環(huán)5位酚羥基，7．49-7．54 與7．86-7．88 處多重峰歸屬為 B 環(huán)的5個氫，6．63處單峰歸屬為C環(huán)3位上的氫，6．54處單峰歸屬為A環(huán)8位上的氫．

同時，區(qū)別于黃芩素1H-NMR譜圖，化合物(4)1H-NMR譜圖中，高場出現(xiàn)了新的信號，4．24與4．74兩處三重峰歸屬為8元飽和環(huán)上分別與氧相連的2個亞甲基的4個氫，1．83與2．06兩處多重峰分別歸屬為8元飽和環(huán)上除與氧相連的2個亞甲基的4個氫．因此，可以鑒定成功合成了化合物(5)．

3 結(jié) 論

(1)通過Mannich反應(yīng)在黃芩素8位α氫引入了胺甲基類基團，成功合成并鑒定了3個Mannich堿衍生物;該類反應(yīng)條件溫和，制備方法簡便，產(chǎn)品收率高，可作為一種向黃芩素母核引入含氮基團，提高黃芩素類化合物水溶性的有效方法．

(2)在伯胺的Mannich反應(yīng)中要注意伯胺與甲醛的摩爾比，比例變化會得到不同產(chǎn)物．在實驗過程中，隨著芐胺與甲醛的毫摩爾比由1 1改變?yōu)? 2，反應(yīng)產(chǎn)物的Rf值發(fā)生了顯著的變化，不再與Mannich堿一致，經(jīng)1H-NMR鑒定為含六元環(huán)的二氫苯并噁嗪衍生物．可能是反應(yīng)產(chǎn)物Mannich堿進一步與甲醛反應(yīng)生成N-取代羥甲基化中間體，再脫水環(huán)合，得到含六元環(huán)的二氫苯并噁嗪衍生物．

(3)針對6、7位羥基進行修飾，利用乙?；x擇性地保護6，7位羥基可以成功合成預(yù)期化合物，實驗結(jié)果表現(xiàn)出較強的選擇性．但利用其7-位羥基選擇性地與溴取代物反應(yīng)時效果不佳．

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