取代肉桂酰甘氨酸酯的合成

祝顯虹, 鄭大貴, 周安西, 毛劉量, 鐘 發(fā)

(上饒師范學(xué)院 江西省普通高校應(yīng)用有機(jī)化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 上饒 334001)

肉桂酸是眾所周知的天然抗微生物化合物，廣泛分布于植物中的芳香族脂肪酸，具有抗炎、抗茵等作用[1-4]，近年來(lái)，肉桂酰胺類化合物抗腫瘤活性的報(bào)道很多[5-10]。由于其具有特殊活性，化學(xué)家們發(fā)展了很多來(lái)合成這類化合物的方法，如Brochu等[11]將N,N-二異丙基乙胺加入甘氨酸甲酯鹽酸鹽的二氯甲烷溶液中，再向該混合物中加入制備好的肉桂酰氯，合成得到肉桂酰甘氨酸甲酯。張建勛等[12]在甘氨酸乙酯鹽酸鹽中緩慢滴加肉桂酰氯，三乙胺作為縛酸劑，氯仿為溶劑，合成了肉桂酰甘氨酸乙酯。Studer等[13]報(bào)道以肉桂醛為原料，在1,8-二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯、1,3-二甲基三唑碘化物、六氟異丙醇和3,3′,5,5′-四叔丁基聯(lián)苯醌等多種試劑的四氫呋喃溶液中，合成得到肉桂酰甘氨酸乙酯。Baures等[14]利用肉桂酸和甘氨酸乙酯鹽酸鹽為原料，以CH2Cl2為溶劑，在1-[3-(二甲基氨基)丙基]-3-乙基碳化二亞胺鹽酸鹽的催化下，合成得到肉桂酰甘氨酸乙酯。Wei等[15]利用1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亞胺和二環(huán)己基碳二亞胺，肉桂酸經(jīng)1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亞胺活化，再通過1-羥基苯并三唑保護(hù)形成穩(wěn)定的活性中間體后，與氨基酸酯反應(yīng)合成了取代肉桂酰氨基酸酯。但上述方法中存在反應(yīng)條件苛刻，催化試劑昂貴，三乙胺有難聞的氣味及毒性等不足，或是分離中間產(chǎn)物酰氯，不利于操作，但也有采用分步一鍋法合成肉桂酰氨基酸酯，如Gillie等[16]以肉桂酸為原料，乙腈和三乙胺為溶劑，在氬氣保護(hù)下將其冷卻至-10 ℃后加入氯甲酸異丁酯，再加入甘氨酸甲酯鹽酸鹽，采用“分步一鍋法”的形式合成得到肉桂酰甘氨酸甲酯，但反應(yīng)條件苛刻。

Scheme 1

受上述工作啟發(fā)，本文采用“分步一鍋法”，取代肉桂酸與SOCl2制得到取代肉桂酸酰氯后，酰氯不經(jīng)分離，直接與加入甘氨酸乙酯鹽酸鹽反應(yīng)，合成了一系列取代肉桂酰甘氨酸乙酯(2a～2g， Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR、 IR和MS(EI)確證。并探討了NMP促進(jìn)取代肉桂酰甘氨酸乙酯反應(yīng)可能的機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

X-6型精密顯微熔點(diǎn)儀；Bruker Avance 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Bruker TENSOR 27型紅外光譜儀(KBr壓片)；Agilent 5975C型質(zhì)譜儀(EI離子源)。

所用試劑均為分析純。

1.2 2a～2g的合成(以2a為例)

單口燒瓶中加入肉桂酸(1a)1.482 g(10 mmol)和NMP 7.5 mL，室溫下攪拌溶解，冰水浴冷卻下緩慢滴加SOCl2875 μL(12 mmol)，滴畢，于20 ℃反應(yīng)0.5 h。加入甘氨酸乙酯鹽酸鹽1.954 g(14 mmol)，于40 ℃反應(yīng)4 h。加入40 mL乙酸乙酯和40 mL蒸餾水，分液，水層用乙酸乙酯(40 mL)萃取，乙酸乙酯層依次用飽和食鹽水(5×40 mL)洗滌，無(wú)水Na2SO4干燥，過濾，濾餅旋蒸除去乙酸乙酯，殘余物經(jīng)硅膠柱層析[V(乙酸乙酯)/V(石油醚)=10/1]純化得2a。

用類似的方法合成2b～2g。

肉桂酰甘氨酸乙酯(2a)[14]： 淡黃色固體,收率89.5%, m.p.103.0～106 ℃；1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 7.64(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 7.52～7.50(m, 2H, ArH), 7.38～7.36(m, 3H, ArH), 6.48(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 6.24(s, 1H, NH), 4.28～4.23(m, 2H, CH2), 4.18(d,J=5.12 Hz, 2H, CH2), 1.31(t,J=7.14 Hz, 3H, CH3);13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ: 170.24, 166.16, 141.66, 134.66, 129.79, 128.79, 127.89, 119.97, 61.59, 41.64, 14.15; IRν： 3363, 2980, 2908, 1729, 1670, 1528, 1209, 868, 774, 710, 522, 483 cm-1; MS(EI)m/z: 232.1[M+, 23.41], 131.1[C9H7O+, 100]。

4-氟肉桂酰甘氨酸乙酯(2b)： 白色固體,收率83.5%, m.p.107～109 ℃;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 7.62(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 7.51～7.48(m, 2H, ArH), 7.09～7.04(m, 2H, ArH), 6.39(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 6.19(s, 1H, NH), 4.28～4.23(m, 2H, CH2), 4.18(d,J=5.08 Hz, 2H, CH2), 1.31(t,J=7.14 Hz, 3H, CH3);13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ: 170.21, 165.84, 164.86, 162.37, 140.54, 130.88, 130.85, 129.74, 129.65, 119.59, 119.58, 116.02, 115.81, 61.68, 41.63, 14.15; IRν： 3256, 3071, 2988, 1736, 1657, 1619, 1207, 833, 791, 712, 661, 507 cm-1; MS(EI)m/z: 250.1[M+, 13.40], 149.1[C9H6FO+, 100]。

4-氯肉桂酰甘氨酸乙酯(2c)[17]： 白色固體,收率88.3%, m.p.119～121 ℃;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 7.61(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 7.45～7.43(m, 2H, ArH), 7.36～7.34(m, 2H, ArH), 6.43(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 6.19(s, 1H, NH), 4.28～4.23(m, 2H, CH2), 4.17(d,J=5.02 Hz, 2H, CH2), 1.31(t,J=7.14 Hz, 3H, CH3);13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ: 170.25, 166.16, 141.66, 134.66, 129.77, 128.78, 127.88, 119.98, 61.58, 41.63, 14.14; IRν, 3256, 3066, 2984, 1736, 1716, 1655, 1209, 821, 721, 664, 544, 501 cm-1; MS(EI)m/z: 266.1[M+, 8.44], 165.0[C9H6ClO+, 100]。

4-甲基肉桂酰甘氨酸乙酯(2d)： 白色固體,收率90.6%, m.p.122～125 ℃;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 7.63(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 7.42～7.40(m, 2H, ArH), 7.19～7.17(m, 2H, ArH), 6.43(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 6.17(s, 1H, NH), 4.28～4.22(m, 2H, CH2), 4.18(d,J=5.12 Hz, 2H, CH2), 2.37(s, 3H, CH3), 1.31(t,J=7.14 Hz, 3H, CH3);13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ:170.23, 166.26, 141.69, 140.10, 131.91, 129.52, 127.88, 118.86, 61.58, 41.63, 21.42, 14.15; IRν： 3257, 3080, 2993, 1749, 1653, 1615, 1203, 811, 728, 666, 575, 499 cm-1; MS(EI)m/z: 246.1[M+, 14.26], 145.1[C10H9O+, 100]。

4-硝基肉桂酰甘氨酸乙酯(2e)： 淡黃色固體,收率81.3%, m.p.156～158 ℃;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 8.25～8.82(m, 2H, ArH), 7.70(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 7.67～7.65(m, 2H, ArH), 6.60(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 6.30(s, 1H, NH), 4.29～4.24(m, 2H, CH2), 4.19(d,J=5.08 Hz, 2H, CH2), 1.32(t,J=7.16 Hz, 3H, CH3);13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ: 170.00, 164.87, 148.23, 140.89, 139.10, 128.47, 124.14, 124.04, 61.83, 41.70, 14.15; IRν： 3362, 3042, 2990, 1731, 1678, 1637, 1210, 853, 764, 669, 586, 489 cm-1; MS(EI)m/z: 278.1[M+, 3.42], 176.0[C9H6NO3+, 100 ]。

2-甲氧基肉桂酰甘氨酸乙酯(2f)： 淡黃色固體,收率89.86%, m.p.138～139 ℃;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 7.89(d,J=15.8 Hz, 1H, CH), 7.48～7.30(m, 2H, ArH), 6.97～6.90(m, 2H, ArH), 6.61(d,J=15.8 Hz, 1H, CH), 6.21(s, 1H, NH), 4.27～4.22(m, 2H, CH2), 4.18(d,J=5.08 Hz, 2H, CH2), 3.88(s, 3H, CH3), 1.31(t,J=7.14 Hz, 3H, CH3);13C NMR(CDCl3, 100 MHz);δ: 170.27, 166.66, 158.30, 137.13, 130.89, 129.12, 123.62, 120.80, 120.62, 111.07, 61.53, 55.39, 41.64, 14.15; IRν： 3251, 3081, 2982, 1751, 1653, 1618, 1194, 870, 750, 702, 572, 488 cm-1; MS(EI)m/z: 263.1[M+, 24.68], 161.1[C10H9O2+, 100]。

3-甲氧基肉桂酰甘氨酸乙酯(2g)： 淡黃色固體,收率88.3%, m.p.78～81 ℃;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 7.62(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 7.30～7.09(m, 2H, ArH), 7.02～6.90(m, 2H, ArH), 6.47(d,J=15.6 Hz, 1H, CH), 6.29(s, 1H, NH), 4.28～4.22(m, 2H, CH2), 4.18(d,J=5.12 Hz, 2H, CH2), 3.82(s, 3H, CH3), 1.31(t,J=7.14 Hz, 3H,CH3);13C NMR(CDCl3, 100 MHz)δ: 170.22, 166.15, 159.80, 141.56, 136.04, 129.77, 120.45, 120.30, 115.57, 112.96, 61.58, 55.23, 41.62, 14.13; IRν： 3260, 3084, 2999, 1724, 1654, 1611, 1219, 861, 808, 778, 683, 589, 483 cm-1; MS(EI)m/z: 263.1[M+, 7.64], 161.1[C10H9O2+, 100]。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

以肉桂酰甘氨酸乙酯(2a)的合成為例，固定肉桂酸10 mmol，酰氯化反應(yīng)溫度為20 ℃和酰氯化反應(yīng)反應(yīng)時(shí)間為0.5 h，考察了NMP用量、物料比、酰胺化反應(yīng)溫度、酰胺化反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率的影響。

(1) NMP用量

單口燒瓶中加入肉桂酸1.482 g(10 mmol)和不同量的NMP，室溫?cái)嚢枞芙猓±鋮s下緩慢滴加SOCl2725 μL(10 mmol)，在20 ℃下酰氯化反應(yīng)0.5 h，再加入甘氨酸乙酯鹽酸鹽1.396 g(10 mmol)，在30 ℃下酰胺化反應(yīng)3 h?？疾霳MP用量對(duì)反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 NMP用量對(duì)反應(yīng)收率的影響Table 1 The effect of NMP amount on the yield

由表1可知，NMP對(duì)反應(yīng)具有明顯的促進(jìn)作用，隨著NMP的用量增加，產(chǎn)物收率先增大后趨向平穩(wěn)，造成這一現(xiàn)象可能的原因是：NMP作為溶劑，反應(yīng)體系在勻相的溶液中更易進(jìn)行，同時(shí)NMP也作為縛酸劑，吸收或釋放出質(zhì)子，有效促進(jìn)酰氯化反應(yīng)和酰胺化反應(yīng)的進(jìn)行(2.2 可能的反應(yīng)機(jī)理)。NMP的用量加大后，萃取時(shí)水洗的次數(shù)增多。綜上，NMP以7.5 mL為宜。

(2) SOCl2用量

單口燒瓶中加入肉桂酸1.482 g(10 mmol)和NMP(7.5 mL)，室溫下攪拌溶解，冰水浴冷卻下，分別緩慢滴加不同量的SOCl2，在20 ℃下酰氯化反應(yīng)0.5 h，再加入甘氨酸乙酯鹽酸鹽1.396 g(10 mmol)，在30 ℃下酰胺化反應(yīng)3 h?？疾霺OCl2用量對(duì)反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表2。

表2 SOCl2用量對(duì)反應(yīng)收率的影響Table 2 The effect of SOCl2 amount on the yield

表3 甘氨酸乙酯鹽酸鹽用量對(duì)反應(yīng)收率的影響Table 3 The effect of glycine ethyl ester hydrochloride amount on the yield

由表2可知，隨著SOCl2用量的增大，反應(yīng)收率增加。但隨著SOCl2用量增加，反應(yīng)混合液顏色加深，副產(chǎn)物增多，分離純化后的產(chǎn)物顏色也加深。綜上，以n(肉桂酸)/n(SOCl2)=1.0/1.2最佳。

(3) 甘氨酸乙酯鹽酸鹽用量

單口燒瓶中加入肉桂酸1.482 g(10 mmol)和NMP (7.5 mL)，室溫?cái)嚢枞芙?，冰水浴冷卻下，緩慢滴加SOCl2875 μL(12 mmol)，在20 ℃下酰氯化反應(yīng)0.5 h，再分別加入不同量的甘氨酸乙酯鹽酸鹽， 在30 ℃下酰胺化反應(yīng)3 h?？疾旄拾彼嵋阴}酸鹽用量對(duì)反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表3。

由表3可知，隨著甘氨酸乙酯鹽酸鹽用量的增大，反應(yīng)收率逐步提高。在固定SOCl2用量的情況下，增大甘氨酸乙酯鹽酸鹽的用量意味著增大了酰胺化反應(yīng)物的濃度，有利于產(chǎn)物的生成；隨著甘氨酸乙酯鹽酸鹽的用量繼續(xù)增加，在有限的溶劑量中，體系變的更為粘稠，從而影響傳質(zhì)，收率略有下降。以n(肉桂酸)/n(甘氨酸乙酯鹽酸鹽)=1.0/1.4最佳。

(4) 酰胺化溫度

單口燒瓶中加入肉桂酸1.482 g(10 mmol)和NMP (7.5 mL)，室溫?cái)嚢枞芙猓±鋮s下緩慢滴加SOCl2875 μL(12 mmol)，在20 ℃下酰氯化反應(yīng)0.5 h，再加入甘氨酸乙酯鹽酸鹽1.954 g(14 mmol)，在不同的溫度下酰胺化反應(yīng)3 h?？疾祯０坊磻?yīng)溫度對(duì)反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表4。

表4 酰胺化反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)收率的影響Table 4 The effect of amidation temperature on the yield

由表4可知，隨著酰胺化反應(yīng)溫度的升高，收率先升后降。造成這種現(xiàn)象的原因是:反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度太低反應(yīng)不充分，并且低溫度下，NMP黏性較高，不利于反應(yīng)有效進(jìn)行；但反應(yīng)溫度過高時(shí)，大量的HCl以氣體的形式從反應(yīng)體系中逸出，NMP吸收HCl的量減少，酰氯化完成后，NMP鹽酸鹽釋放能催化酰胺化的質(zhì)子減少。同時(shí)反應(yīng)溫度過高，甘氨酸乙酯易成環(huán)或脫羧等其它副反應(yīng)，導(dǎo)致收率下降，綜上，酰胺化反應(yīng)溫度以40 ℃為宜。

(5) 酰胺化反應(yīng)時(shí)間

單口燒瓶中加入肉桂酸1.482 g(10 mmol)和NMP 7.5 mL，室溫?cái)嚢枞芙?，冰水浴冷卻下緩慢滴加SOCl2875 μL(12 mmol)，在20 ℃下酰氯化反應(yīng)0.5 h，再加入甘氨酸乙酯鹽酸鹽1.954 g(14 mmol)，在40 ℃下酰胺化不同時(shí)間?？疾祯０坊磻?yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表5。

Scheme 2

表5 酰胺化反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率的影響Table 5 The effect of amidation time on the yield

由表5可知，隨著酰胺化反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)收率有所升高，但繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間，收率變化不明顯。且隨著酰胺化反應(yīng)時(shí)間的增加，由于酰氯化反應(yīng)中SOCl2未分離出來(lái)，在酰胺化反應(yīng)中體系酰氯化進(jìn)行的同時(shí)，副反應(yīng)也在進(jìn)行，反應(yīng)混合體系顏色加深，酰胺化反應(yīng)時(shí)間以4 h為宜。

綜上可見，在最優(yōu)條件[肉桂酸10mmol， NMP 7.5 mL，于20 ℃酰氯化反應(yīng)0.5 h，于40 ℃酰胺化反應(yīng)4 h，n(肉桂酸)/n(SOCl2)/n(甘氨酸乙酯鹽酸鹽)=1.0/1.2/1.4]下，收率89.5%。

2.2 反應(yīng)機(jī)理

NMP促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行的可能機(jī)理可從以下兩個(gè)方面解釋(Scheme 2)： (1)NMP與SOCl2反應(yīng)生成鹽Ⅰ[18-20]，該鹽Ⅰ再與取代肉桂酸作用生成中間產(chǎn)物Ⅱ，由于中間產(chǎn)物Ⅱ的羰基碳比取代肉桂酸的羰基碳電正性強(qiáng)，所以更容易接受氯負(fù)離子的進(jìn)攻，從而加速取代肉桂酰氯的生成，NMP吸收酰氯化反應(yīng)中的副產(chǎn)物HCl生成NMP鹽酸鹽，促進(jìn)酰氯化反應(yīng)朝生成取代肉桂酰氯的方向進(jìn)行；(2)由于取代肉桂酰氯未分離，NMP鹽酸鹽中可釋放出的質(zhì)子，甘氨酸乙酯鹽酸鹽本身溶解后也可釋放出的質(zhì)子，取代肉桂酰氯與質(zhì)子結(jié)合生成中間體Ⅲ，使取代肉桂酰氯羰基碳原子更容易接受甘氨酸乙酯分子中氮原子上非鍵電子對(duì)的進(jìn)攻，從而加速酰胺化反應(yīng)的進(jìn)行。

3 結(jié)論

在NMP催化作用下，合成得到一系列取代肉桂酰甘氨酸乙酯(2a～2g)。該方法具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、收率較高等優(yōu)點(diǎn)。