Desbenzylidenerubraminamin合成的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)*

陳兵兵, 陳 瓊, 馬有良, 解 鶴, 康 建

(寧夏理工學(xué)院文理學(xué)院，寧夏 石嘴山 753000)

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是本科院校設(shè)置的一門綜合性實(shí)踐課程，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有重要的指導(dǎo)作用；綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是我校為大三開設(shè)的課程，通過對文獻(xiàn)檢索方法、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練等內(nèi)容開展，來提高學(xué)生的科學(xué)研究能力。

天然產(chǎn)物Desbenzylidenerubraminamin(1)(圖1)被分離于Euodialatifolia植物中，其中粗提取物對發(fā)燒和抽筋有明顯的療效[1]；化合物1是多種天然產(chǎn)物的中間體[2-5]，對其制備及衍生物的合成及藥物開發(fā)具有潛在價(jià)值。

圖1 Desbenzylidenerubraminamin的結(jié)構(gòu)式

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1)掌握文獻(xiàn)的查閱方法，了解天然產(chǎn)物的Desbenzylidenerubraminamin合成方法及衍生物。

(2)了解天然產(chǎn)物Desbenzylidenerubraminamin合成機(jī)理。

(3)進(jìn)一步熟練薄層色譜板制備、使用方法，柱色譜分離及重結(jié)晶等基礎(chǔ)操作技能。

(4)掌握旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的操作。

(5)初步了解化合物核磁譜圖的分析。

2 實(shí)驗(yàn)原理

圖2 Desbenzylidenerubraminamin合成路線

本實(shí)驗(yàn)以檸檬醛和2,4,6-三羥基苯乙酮為原料，在吡啶的催化下一步合成產(chǎn)物，合成路線如圖2所示。

Desbenzylidenerubraminamin(1)的合成存在著區(qū)域選擇性和立體競爭性[3,5](圖3)，首先檸檬醛和2,4,6-三羥基苯乙酮在吡啶的催化下發(fā)生環(huán)化反應(yīng)形成苯并吡喃化合物2，2經(jīng)質(zhì)子遷移形成過渡態(tài)4，4發(fā)生Dielse-Alder反應(yīng)生成天然產(chǎn)物Desbenzylidenerubraminamin(1)；1的合成也伴隨大量的苯并吡喃化合物副產(chǎn)物2和3，2和3也是多種具有藥物活性的天然產(chǎn)物的中間體[6-10]；通過對反應(yīng)時(shí)間的考察發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)在4 h時(shí)，化合物3達(dá)到最大產(chǎn)率約30%，8 h時(shí)化合物2達(dá)到最大產(chǎn)率約50%，之后隨時(shí)間的延長2和3的產(chǎn)率均在降低，而1的產(chǎn)率不斷增加，在11 h時(shí)產(chǎn)率最大為50%，對化合物2和3的制備及衍生物的合成也具有潛在的藥用價(jià)值。

3 儀器和試劑

AM-400 MHz型核磁共振儀、Ultrafle Xtreme MALDI-TOF/TOF型高分辨質(zhì)譜儀，Bruker公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；GF254紫外燈，數(shù)字熔點(diǎn)儀。

2,4,6-三羥基苯乙酮(分析純)；檸檬醛(分析純)；乙酸乙酯(分析純)；石油醚(分析純)；吡啶(分析純)；硅膠200目及GF254硅膠。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

Desbenzylidenerubraminamin(1)合成[6-9]：將2,4,6-三羥基苯乙酮1.00 g (5.95 mmol)的溶解于3 mL無水吡啶中，再加入97%的檸檬醛1.00 g(6.0 mmol)，在115 ℃下回流11 h。反應(yīng)后減壓蒸去溶劑吡啶，濃縮物加入10 mL的水，用乙酸乙酯(25 mL×3)萃取，合并的萃取液，依次用(10 mL×3)蒸餾水和(5 mL×3)飽和食鹽水依次洗滌，接著用無水硫酸鈉干燥(2 g)，過濾、減壓蒸去溶劑后用硅膠柱層析[洗脫劑：V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:30]分離純化得淡黃色固體，對其進(jìn)行熔點(diǎn)、核磁共振、高分辨質(zhì)譜測試。

圖3 Desbenzylidenerubraminamin合成機(jī)理及主要副產(chǎn)物

5 結(jié)果與討論

天然產(chǎn)物 Desbenzylidenerubraminamin(1)的熔點(diǎn)、核磁共振及高分辨質(zhì)譜測試數(shù)據(jù)如下：

淡黃色固體(361.4 mg，產(chǎn)率為50%)，熔點(diǎn)：65～67 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 13.316 (s, 1H, OH-6), 5.944 (s, 1H, Ar-H), 2.617 (t,J=8.8 Hz, 1H, H-1′), 2.551 (s, 3H, COCH3), 2.101～2.008 (m, 2H, H-2′), 1.822～1.729 (m, 2H, H-4′), 1.471～1.401 (m, 1H, H-6′), 1.254～1.219 (m, 2H, H-5′), 1.518, 1.318, 1.051 (each s, each 3H, CH3);13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ: 202.18, 164.15, 162.68, 159.44, 107.61, 107.34, 96.69, 86.74, 76.15, 45.94, 37.36, 34.65, 32.09, 29.79, 28.61, 27.41, 24.36, 21.72; HR-ESI-MS：計(jì)算的得C18H22O4[M+Na]+m/z=325.1410,實(shí)際測得m/z=325.1409。

副產(chǎn)物3核磁共振及高分辨質(zhì)譜測試數(shù)據(jù)如下：

淡黃色油狀液體，318.5 mg，產(chǎn)率為30%。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ: 13.77 (s, 1H, OH-5), 8.29 (s, 1H, OH-7), 6.61 (d, 1H,J=10 Hz, ArCH=CH), 5.95 (s, 1H, Ar-H), 5.38 (d, 1H,J=10 Hz, ArCH=CH), 5.07 (dt, 1H,J=7.0 Hz, (CH3)2C=CH), 2.69 (s, 3H, COCH3), 2.06～2.14 (2H, m, CH2), 1.81～1.88 (2H, m, CH2), 1.47, 1.56, 1.72 (s, 9H, 3CH3);13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ: 203.76, 165.46, 159.32, 157.74, 132.10, 123.76, 123.20, 117.11, 105.72, 102.23, 95.91, 81.08, 41.60, 33.04, 26.68, 25.67, 23.15, 17.64; HRMS：計(jì)算的得C18H22O4[M+Na]+m/z= 325.1410, 實(shí)際測得m/z= 325.1409。

6 注意事項(xiàng)

(1)天然產(chǎn)物 Desbenzylidenerubraminamin是淡黃色固體，可以通過結(jié)晶得到。方法為：按照上述步驟將濃縮液裝入硅膠柱層析柱中，用上述洗脫劑分段沖出，然后濃縮冷卻，靜置30分鐘，有淡黃色固體產(chǎn)生；收集淡黃色固體，在乙酸乙酯重結(jié)晶得到目標(biāo)產(chǎn)物，通過薄層色譜法(TLC)分析，與上述產(chǎn)品1極性一致。

(2)吡啶具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，對身體有一定的傷害，應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。

(3)實(shí)驗(yàn)過程中得到了產(chǎn)率較高的1種天然產(chǎn)物和2種副產(chǎn)物，這3種物質(zhì)均是多種天然產(chǎn)物的的中間體，可以開展以下活動(dòng)，一是讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)，查找3種中間體的衍生物和合成方案；二是開設(shè)開放實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生參與合成中間體的衍生物，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新思維。

圖4 天然產(chǎn)物Desbenzylidenerubraminamin(1)的核磁氫譜

7 實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行建議

本項(xiàng)目是一個(gè)反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜、副產(chǎn)物多、反應(yīng)時(shí)間長、分離難度大的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，適合于高年級(jí)綜合能力較強(qiáng)的本科生，建議學(xué)時(shí)為12，每組2人。

(2)實(shí)驗(yàn)前建議提供相關(guān)性文獻(xiàn)，學(xué)生以此為基礎(chǔ)查閱文獻(xiàn)，了解合成方法及衍生物延伸方向。實(shí)驗(yàn)開始，教師先指導(dǎo)學(xué)生完成目標(biāo)化合物的制備，再開始講解薄層色譜板(TLC板)的制作及實(shí)驗(yàn)監(jiān)控、顯色方法、反應(yīng)機(jī)理等知識(shí)，了解所學(xué)儀器的測試原理及操作步驟。

8 結(jié) 語

一種制備天然產(chǎn)物Desbenzylidenerubraminamin 的方法，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋文獻(xiàn)檢索、薄層色譜板(TLC)的制備、柱層析分離技術(shù)、反應(yīng)監(jiān)控、重結(jié)晶、熔點(diǎn)測定等多個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，能加深學(xué)生對文獻(xiàn)檢索的途徑、反應(yīng)跟蹤與判斷的方法、產(chǎn)物分離技術(shù)、薄層色譜和柱色譜的應(yīng)用等理解，提高學(xué)生綜合能力。