硝酸酯類一氧化氮供體型姜黃素衍生物的合成

陳維珍,徐濟(jì)恒，徐蘇麗

黃山職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)系,安徽黃山,245000

姜黃素是β-二酮的庚二烯與兩個(gè)鄰甲氧基化的酚相連組成的對稱分子結(jié)構(gòu)的多酚類化合物。天然姜黃素是姜科、天南星科植物根莖中的有效成分之一，來源豐富。大量研究表明，姜黃素具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、降血脂以及抗纖維化等藥理活性[1-3]，對動(dòng)物和人體多種腫瘤細(xì)胞具有抑制作用，并呈現(xiàn)出對腫瘤細(xì)胞的耐藥具有逆轉(zhuǎn)活性[4]。近年來還發(fā)現(xiàn)姜黃素對糖尿病及其并發(fā)癥的改善表現(xiàn)出較好活性[5-12]。因此，姜黃素是一個(gè)在腫瘤和心血管系統(tǒng)疾病治療中前景非常良好的藥物。但由于其水溶性差、生物利用度低、活性不穩(wěn)定、多酚結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差、易氧化變質(zhì)影響其體內(nèi)活性等缺陷，使其臨床應(yīng)用受到一定限制。 因此，開展對姜黃素的結(jié)構(gòu)修飾以提高其活性對抗腫瘤和心血管系統(tǒng)新藥的開發(fā)具有重要意義。

一氧化氮(NO)是體內(nèi)重要的信使物質(zhì)和效應(yīng)分子，廣泛參與人體多種生理過程，尤其在心血管功能和抗腫瘤方面有較好活性。NO能舒張血管，使血管有自身調(diào)節(jié)作用，從而調(diào)節(jié)血壓，能維持組織器官的穩(wěn)定血流量，增加局部血流[13]；可抑制血小板聚集和黏附，抑制血管平滑肌增殖，有抗動(dòng)脈粥樣硬化和抑制血栓形成作用[14]；在抗腫瘤方面，NO對腫瘤細(xì)胞有直接殺傷作用，并增加耐藥腫瘤細(xì)胞的敏感性[15-17]。外源性NO對心血管系統(tǒng)疾病的防治與癌癥的治療都有積極意義。本課題組依據(jù)前藥原理和拼合原理，將NO供體硝酸酯基通過連接基團(tuán)與具有心血管活性和抗腫瘤活性的姜黃素進(jìn)行偶聯(lián)，形成硝酸酯類NO供體姜黃素衍生物，以期獲得心血管活性或抗腫瘤活性更好的新藥。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品與儀器

姜黃素 (成都蘭貝植化科技有限公司，≥98%)；硝酸銀( 上海展云化工有限公司，分析純)；1，3-二溴丙烷( 阿拉丁試劑公司，分析純)；1，4-二溴丁烷( 阿拉丁試劑公司，分析純)；其余試劑均為化學(xué)純，由中國醫(yī)藥集團(tuán)(上海)提供。

Nicolet Avatar 370DTGS 型紅外光譜儀，Bruker AVNCE - 500 MHz 超導(dǎo)核磁共振儀，LCQ ADVANTAGE MAX 液質(zhì)連用質(zhì)譜儀( FINNIGAN公司)，RE-52A 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀( 上海亞榮生化儀器廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理及步驟

姜黃素在堿性條件下酚羥基解離生成氧負(fù)離子，進(jìn)攻二溴烷烴中的C-Br鍵，發(fā)生親核取代，溴原子離去，生成姜黃素的溴代烷基醚中間體(1a-1b)；將該中間體與硝酸銀反應(yīng)，得到目標(biāo)產(chǎn)物姜黃素硝氧烷基酯(2a-2b)。合成路線如圖1。

圖1 目標(biāo)化合物合成路線

1.2.1 姜黃素溴代烷基醚中間體(1a-1b)的合成

4,4′-二(3-溴丙氧基)姜黃素(1a)的合成:取 1.84 g 姜黃素(0.005 mol) 于圓底燒瓶中，依次加入N，N - 二甲基甲酰胺(DMF)40 mL ,2.76 g(0.02 mol) 無水K2CO3， 適量1，3-二溴丙烷，室溫避光攪拌反應(yīng)5 小時(shí)，反應(yīng)過程用薄層檢測板(TLC)檢測(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶4) 至原料完全反應(yīng)后，停止反應(yīng)。抽濾后，母液加100 mL水、乙酸乙酯(5×30 mL)萃取，合并乙酸乙酯層后，飽和食鹽水洗，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮，經(jīng)柱層析分離純化(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶12) ，得到化合物1a 為淡黃色油狀體，2.21 g，產(chǎn)率為72.4%。ESI-MS:m/z:610.88(M+ 1) 4,4′-二(4-溴丙氧基)姜黃素(1b)：參照1a的合成方法，由1.84 g(0.005 mol)姜黃素與1，4- 二溴丁烷反應(yīng)得透明油狀物2.17 g，收率為68.0%。ESI-MS:m/z:638.78(M+1)。

1.2.2 目標(biāo)化合物姜黃素硝氧烷基酯(2a-2b)的合成

4,4′-二-(3-硝氧丙氧基)姜黃素(2a):將0.61 g 化合物1a(0.001 mol) 溶于30 mL 無水乙腈，取0.85 g 硝酸銀(0.005 mol) ， 50 ℃避光回流加熱7 小時(shí)，反應(yīng)過程用TLC 檢測(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶5) 至中間體完全反應(yīng)后停止反應(yīng)，過濾除去溴化銀，母液減壓濃縮，經(jīng)柱層析分離純化(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶15) ，得到化合物2a 為淡黃色固體，0.32g，產(chǎn)率為55.0%。IR(KBr，n，cm-1):870,1277,1630,1734；1H-NMR(500 MHz，CDCl3)δ：1.95(m，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，3.57(t，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，3.78(s,6H,-OCH3)，4.02( t，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，4.64(s，2H,CH2)，6.66(d,2H,Ar-H)，6.71(d,2H,Ar-CH=CH-),6.76(s,2H,Ar-H)，6.79(d,2H,Ar-H),7.63(d,2H,Ar-CH=CH-)；ESI-MS:m/z:574.56(M +1)，其氫譜如圖2所示。

圖2 化合物2a的1H-NMR圖譜

4,4′-二-( 4-硝氧丁氧基)姜黃素(2b):取0.64 g(約0.001mol)化合物1b,參照2a的合成方法，得到化合物2b為淡黃色油狀物0.29 g,產(chǎn)率為48.7%。IR( KBr，n，cm-1) :870,1277,1630,1734；1H-NMR( 500 MHz，CDCl3) δ：1.53( m，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，1.76( m，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，3.57( t，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，3.78(s,6H,-OCH3)，4.04( t，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2)，4.64(s，2H,CH2)，6.65(d,2H,Ar-H)，6.73(d,2H,Ar-CH=CH-),6.77(s,2H,Ar-H)，6.82(d,2H,Ar-H),7.66(d,2H,Ar-CH=CH-)；ESI-MS:m/z:602.73(M+1)

2 結(jié)果與討論

2.1 中間體(1a-1b)合成條件的討論

為控制副反應(yīng)的發(fā)生，保證中間體的產(chǎn)率，對溶劑、反應(yīng)溫度、二溴烷烴的用量進(jìn)行考察?，F(xiàn)以1.84 g (0.005 mol)姜黃素，40 mL DMF,2.76 g無水K2CO3為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對中間體1a的收率影響進(jìn)行各因素的考察。

2.1.1 反應(yīng)溶劑的選擇

對中間體(1a-1b)的合成曾參考文獻(xiàn)[18],采用丙酮為溶劑，但反應(yīng)收率極低，可能原因?yàn)榭`酸劑K2CO3在溶劑丙酮中溶解度較小，不能很好地使姜黃素的酚羥基解離為氧負(fù)離子，增強(qiáng)其親核能力，故使反應(yīng)進(jìn)程很慢。在此選擇溶解性能較好的極性非質(zhì)子性溶劑N,N-二甲基甲酰胺為溶劑，可使反應(yīng)進(jìn)程較快。

2.1.2 反應(yīng)溫度對中間體收率的影響

參照文獻(xiàn)[19],以1,3-二溴丙烷的加入量為3 mL (約0.035 mol),在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)，用TLC檢測不同溫度下的反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)時(shí)間及收率結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)溫度對收率和時(shí)間的影響

由表1可知，反應(yīng)溫度對中間體收率影響較大。40 ℃和50 ℃反應(yīng)時(shí)間較短，但TLC檢測副產(chǎn)物較多，部分姜黃素分解。冰浴下該反應(yīng)基本無副產(chǎn)物點(diǎn)，但所需時(shí)間太長，收率并無很大提高，室溫下12 h,收率與冰浴相差不大，考慮實(shí)驗(yàn)可操作性，選擇25 ℃為合適的反應(yīng)溫度。

2.1.3 1,3-二溴丙烷用量對收率的影響

由于理論情況下姜黃素與二溴丙烷以1∶2完全反應(yīng)，在室溫條件下，增加二溴丙烷投入量以考察不同反應(yīng)物配比n(姜黃素)∶n(二溴丙烷)對收率的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 反應(yīng)物配比的影響

由表2可知，加大二溴丙烷的配比可使反應(yīng)速度和收率均得到很大提升，當(dāng)配比為1∶7和1∶8時(shí)，收率和反應(yīng)時(shí)間相差不大，所以選擇n(姜黃素)∶n(二溴丙烷)=1∶7為最適反應(yīng)配比。

2.2 目標(biāo)化合物(2a-2b)合成條件的討論

由于硝酸銀見光易分解氧化，故反應(yīng)需在避光條件下加熱進(jìn)行，且為保證兩個(gè)鹵代烴基均能被硝酸酯化，硝酸銀的量至少為中間體的2倍。在溫度為50 ℃的避光條件下，通過增大硝酸銀用量考察其對目標(biāo)化合物收率及反應(yīng)時(shí)間的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 中間體與硝酸銀配比對收率及反應(yīng)時(shí)間的影響

由表3可知，當(dāng)硝酸銀與中間體摩爾配比為1∶2時(shí)，TLC監(jiān)測中間體不能完全參與反應(yīng)，故收率較低，當(dāng)增大至1∶4后，目標(biāo)化合物產(chǎn)率基本達(dá)穩(wěn)定，且反應(yīng)速度有較大提升，繼續(xù)加大硝酸銀的量，收率不會(huì)有較大幅度提高。由于硝酸銀的成本較高，綜合考慮實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性選擇硝酸銀與中間體摩爾配比為1∶4為最適反應(yīng)配比。

3 結(jié) 語

本課題組以姜黃素為先導(dǎo)化合物，通過不同的連接臂將NO供體硝酸酯基與其偶聯(lián)，合成姜黃素硝氧烷基酯衍生物，并對其合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在合成中間體時(shí)，選用的溶劑為DMF，縛酸劑為無水K2CO3,室溫下反應(yīng)12 h,姜黃素∶二溴烷烴(n=3，4)=1∶ 7時(shí)反應(yīng)收率較理想，同時(shí)，通過對目標(biāo)化合物的合成條件優(yōu)化，得出以無水乙腈為溶劑，在避光、50 ℃下反應(yīng)，中間體∶硝酸銀(n∶n)=1∶4，反應(yīng)收率較高。目標(biāo)化合物均經(jīng) IR、MS 和 1H-NMR等方法進(jìn)行確證，后續(xù)將進(jìn)一步開展藥理活性的實(shí)驗(yàn)篩選研究工作。