芴類衍生物的研究進(jìn)展

褚建波，沈 群，陳啟云

?

·綜 述·

芴類衍生物的研究進(jìn)展

Research Advance on Fluorene Derivatives

褚建波1，沈 群2，陳啟云1

目的 了解芴類衍生物的研究進(jìn)展。方法 參照國內(nèi)外發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，對芴類衍生物的應(yīng)用及合成方法進(jìn)行概述。結(jié)果 芴類衍生物在應(yīng)用及合成方面的研究取得了較大的進(jìn)展。結(jié)論 芴類衍生物在材料、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著較好的潛在的應(yīng)用前景，將仍然是未來研究的熱點之一。

芴類衍生物；多環(huán)芳烴；藥物合成

芴是一種具有多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)的化合物，其具有芳香性。1867年Berthelot首次在煤焦油中發(fā)現(xiàn)了芴的存在[1]，芴作為煤焦油的主要成分，我國有著較為豐富的芴資源[2]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 芴的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 芴類化合物的應(yīng)用

芴類衍生物在材料、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。①應(yīng)用于材料方面。芴類衍生物由于是一類易于極化的共軛體系，通過化學(xué)修飾可增大多光子吸收截面，因此被應(yīng)用于有機(jī)雙光子吸收材料[3]，而聚芴類衍生物是一類非常重要的高分子發(fā)光材料[4-5]，科學(xué)家們通過調(diào)節(jié)芴基材料的發(fā)光性能，對芴進(jìn)行改性研究以獲得不同發(fā)光顏色的發(fā)光材料，比如藍(lán)光材料、綠光材料、紅光材料等[6]，②作為Ziegler-Natta催化劑的給電子體應(yīng)用在聚合物合成領(lǐng)域[7]，③農(nóng)業(yè)上用來合成殺蟲劑、除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑，其中最重要的是9-芴羧酸酯類衍生物[8]，④芴甲氧基酰氯、芴甲基琥珀酰亞胺基碳酸酯等化合物是一類氨基保護(hù)試劑，在氨基酸的衍生、多肽合成等熱點領(lǐng)域有重要的應(yīng)用[9]，⑤芴類衍生物廣泛應(yīng)用于藥物及藥物合成中。例如芴酮在醫(yī)藥工業(yè)中可以用于合成抗癌藥、交感神經(jīng)抑制劑和止痙攣劑等[8]，本芴醇是一種很好的抗瘧藥，尤其是對惡性瘧疾有很好的治療作用[10]，本芴醇的衍生物對乳腺癌也有很好的治療作用[11-12]，⑥在生物領(lǐng)域中，芴類陽離子共軛聚合物因具有較穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)、較好的發(fā)光性能以及良好的靈敏度，在生物傳感器領(lǐng)域中(例如DNA的檢測方面)得到了越來越多的應(yīng)用并依然有著巨大的拓展空間[12]。

2 芴類化合物結(jié)構(gòu)特點

芴類化合物具有特殊剛性平面聯(lián)苯結(jié)構(gòu)，使其具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和發(fā)光量子效率，可應(yīng)用于有機(jī)雙光子吸收材料等領(lǐng)域。其次芴衍生物具有較其他化合物更明顯的電致發(fā)光、光致發(fā)光現(xiàn)象，在光電材料等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，而且芴環(huán)分子的共軛吸收波長較其他化合物更大。芴環(huán)的2、4、7和9位的碳更易于通過化學(xué)方法對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，達(dá)到引入多種官能團(tuán)的目的，生成不同衍生物[13]。

3 芴類化合物的合成

3.1 芴2,7位的鹵化反應(yīng)

3.1.1 以芴為原料，冰醋酸和水為混合溶液，加入FeCl3，通氯氣反應(yīng)可得產(chǎn)品2,7-二氯芴，收率36.1%～43.1%[14]，反應(yīng)如圖2所示。Ulrich等[15]報道，以芴為原料，冰醋酸條件下，通氯氣反應(yīng)15 h可得產(chǎn)品2,7-二氯芴，收率達(dá)到了48%。

圖2 芴2，7位的氯化反應(yīng)

3.1.2 武光亮等[16]以芴為原料，在二氧化錳存在下，用冰醋酸作溶劑，通氯化氫氣體制得2,7-二氯芴，收率56%。

3.1.3 文獻(xiàn)[17]報道，以芴為原料，二氯甲烷為溶劑，可以與磺酰氯反應(yīng)制得2,7-二氯芴，收率52%。

3.1.4 以9-羥基芴-9-羧酸為原料，加入醋酸溶液，通入氯氣反應(yīng)，通過控制通氯氣時間，可以分別得到2-氯-9-羥基芴-9-羧酸(通氯氣時間為1 h，收率36%)和2,7-二氯-9-羥基芴-9-羧酸產(chǎn)物(通氯氣時間為3 h，收率50%)[18]，反應(yīng)如圖3所示。

9-羥基芴-9-羧酸的氯化反應(yīng)

3.1.5 以9,9-二乙基芴為原料，與乙酸、水、濃硫酸、碘、碘酸、四氯化碳混合物反應(yīng)，可得到2,7-二碘-9,9-二乙基芴，收率80%[3]，反應(yīng)如圖4所示。

圖4 9,9-二乙基芴的碘化反應(yīng)

3.1.6 芴與NBS、冰醋酸和48%HBr反應(yīng)，可生成2,7-二溴芴，收率為54.4%；同樣芴與NCS、冰醋酸和濃HCl反應(yīng)，可生成2,7-二氯芴，收率為25.2%[19]，Perumattam等[20]對以上方法進(jìn)行了改進(jìn)，以芴為原料在濃鹽酸的存在下，乙腈為溶劑，與NCS反應(yīng)生成2,7-二氯芴，反應(yīng)收率可達(dá)到90%。

3.1.7 以芴為原料，在ClO2和SiO2存在的條件下反應(yīng)，可以得到2,7-二氯芴(收率為75%)和2-氯芴(收率為25%)兩種產(chǎn)物[21]。

3.1.8 以芴為原料，與氯苯在Al2O3和CuCl2存在下進(jìn)行反應(yīng)，可以得到2,7-二氯芴和2-氯芴(總收率為93%)[22]。

3.1.9 以3,6-二叔丁基芴為原料，經(jīng)過兩步反應(yīng)可得到2,7-二氯芴[23]，反應(yīng)如圖5所示。

圖5 3,6-二叔丁基芴的氯化反應(yīng)

3.2 芴4位的取代反應(yīng)

2,7-二氯芴以無水AlCl3為催化劑，在0～5℃時將ClCH2CH2Cl中與氯乙酰氯進(jìn)行?；磻?yīng)2～3 h，讓其自然升溫，再反應(yīng)2～3 h。將反應(yīng)物倒入冰水(含濃鹽酸)中，分出有機(jī)層后用水洗滌至不顯酸性，蒸除溶劑，殘渣用乙醇結(jié)晶，得到2,7-二氯芴-4-氯乙酰芴，產(chǎn)率約81.5%～92.7%[14]，反應(yīng)如圖6所示。

圖6 2,7-二氯芴的?；磻?yīng)

用NaBH4還原2,7-二氯芴-4-氯乙酰芴可制得2,7-二氯芴-4-環(huán)氧乙烷[14]，反應(yīng)如圖7所示。

圖7 2,7-二氯芴-4-氯乙酰芴的還原反應(yīng)

以上兩步反應(yīng)的產(chǎn)物2,7-二氯芴-4-環(huán)氧乙烷是合成抗瘧藥本芴醇的重要中間體。[14]

3.3 芴9位的取代反應(yīng)

3.3.1 引入羥基[24]芴與N-溴代丁二酰亞胺(NBS)反應(yīng)后在質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%NaOH溶液中水解2 h，產(chǎn)物經(jīng)萃取、濃縮、柱色譜分離后，用石油醚重結(jié)晶得到芴醇。反應(yīng)如圖8所示。

圖8 芴9位羥基化反應(yīng)

3.3.2 引入羥甲基[19]將金屬鉀、無水乙醚與無水乙醇回流后與2,7-二溴芴、甲酸乙酯反應(yīng)，后處理，再用NaBH4還原得2,7-二溴-9-芴甲醇，收率69.2%；2,7-二氯芴同樣反應(yīng)可制備2,7-二氯-9-芴甲醇，收率為65%～70%。反應(yīng)如圖9所示。

圖9 芴9位羥甲基化反應(yīng)(X=Br，Cl)

3.3.3 引入甲?；?乙醇鈉作為催化劑，甲酸乙酯與芴反應(yīng)可得到芴甲醛，收率75%；芴甲醛再與甲醛在10%NaOH溶液中反應(yīng)可得到芴甲醇，產(chǎn)品收率63%，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價值[25]。反應(yīng)如圖10所示。

圖10 芴9位甲?；磻?yīng)

4 總結(jié)

芴類衍生物是一類具有較高反應(yīng)活性的化合物，其在材料、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著十分廣泛的潛在的應(yīng)用前景。聚芴類衍生物是一類非常重要的高分子發(fā)光材料，通過調(diào)節(jié)芴基材料的發(fā)光性能可獲得不同發(fā)光顏色的發(fā)光材料。農(nóng)業(yè)上用來合成殺蟲劑，除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑。在生物學(xué)領(lǐng)域中芴甲氧基酰氯、芴甲基琥珀酰亞胺基碳酸酯等化合物在氨基酸的衍生、多肽合成等熱點領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，而芴酮可以用于合成抗癌藥、交感神經(jīng)抑制劑和止痙攣劑等。本芴醇是一種很好的抗瘧藥，本芴醇的衍生物對乳腺癌有很好的治療作用。芴類陽離子共軛聚合物在生物傳感器領(lǐng)域中得到了越來越多的應(yīng)用，有著巨大的拓展空間，并將是未來研究的熱點之一。

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浙江省教育廳科研項目(Y201226142) 浙江醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校自然科學(xué)研究基金(2011XZA01)

2015-03-18

1.浙江醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校藥學(xué)系，浙江杭州 310053 2.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江杭州 310019

褚建波(1976-)，女，浙江余姚人，高級實驗師，從事藥物化學(xué)研究工作。

R914

A

1672-688X(2015)02-0154-03