天然產(chǎn)物Medicagenin 2的全合成及抑菌活性研究

趙艷敏, 李紅俊, 李 平

(1.銀川能源學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院,寧夏 銀川 750105; 2.寧夏計(jì)量質(zhì)量檢驗(yàn)檢測研究院,寧夏 銀川 750411)

查爾酮類化合物廣泛存在于自然界中,具有廣泛的生理及藥理活性[1—4]．Medicagenin 2 是一種新型的雙異戊烯基查爾酮(圖1),是印度科學(xué)家T. Narender等從藥用植物C.medicagenia的根部提取并分離出來.實(shí)驗(yàn)表明,該化合物具有很強(qiáng)的藥理活性,且在2 μg/mL下對裂殖子成熟具有100%的抑制活性[5]．因此開展該類化合物的全合成研究,不僅具有重要的理論意義,而且具有潛在的藥用價(jià)值．

圖1 化合物Medicagenin 2的結(jié)構(gòu)

筆者一直致力于有機(jī)全合成研究[6—12].在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了Medicagenin 2的全合成研究(圖2),該合成的關(guān)鍵步驟是雙異戊烯基化反應(yīng)．通過大量的實(shí)驗(yàn),最終找到一種產(chǎn)率較高的合成方法.實(shí)驗(yàn)中溶劑、實(shí)驗(yàn)條件及產(chǎn)率: (a)異戊烯基溴, KOH, H2O,84.3%; (b) MOMCl, K2CO3, 丙酮, 回流,92.4%; (c) N2保護(hù), KOH-H2O-EtOH, 89.8%; (d) HCl, MeOH,回流,86.4%; (e)異戊烯基溴, K2CO3, 丙酮, 回流,77.1%;異戊烯基溴, K2CO3, THF,回流, 67.2%.

圖2 Medicagenin 2的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器及試劑

AM-400核磁共振波譜儀,內(nèi)標(biāo)為氘代氯仿, 以TMS為內(nèi)標(biāo);FTIR-8430S紅外光譜儀,溴化鉀壓片;HP-5988質(zhì)譜儀;200～300目GF254硅膠．所有反應(yīng)通過TLC跟蹤, 用柱色譜法純化產(chǎn)物．

1.2 化合物的合成

1.2.13,5-二異戊烯基-2,4-二羥基苯乙酮(3)的合成 冰浴下,向150 mL的圓底燒瓶中依次加入氫氧化鉀 (1.120 mg, 20 mmol),蒸餾水(10 mL),2,4-二羥基苯乙酮(1.368 g, 9.0 mmol),磁子攪拌均勻.再通過5 mL的注射器緩慢滴加新制的異戊烯基溴(5.1 mL, 45 mmol),加畢繼續(xù)在0 ℃下反應(yīng)1 h.撤去冰浴,自然升至室溫,避光攪拌5 h.然后用10%的鹽酸調(diào)節(jié)體系的pH=2～3．再用乙酸乙酯萃取,經(jīng)洗滌、干燥,通過減壓蒸餾除去溶劑.經(jīng)硅膠柱層析純化得到油狀物(3)1.093 g,產(chǎn)率為42.2%．

1.2.24-甲氧甲氧基苯甲醛(5)的合成 取無水丙酮(30 mL)加入100 mL的燒瓶中,快速攪拌下加入4-羥基苯甲醛4(610 mg,5.0 mmol),加熱回流攪拌使其全部溶解.逐滴加入氯甲基甲基醚(1.1 mL,14.0 mmol),加畢繼續(xù)加熱回流3 h.停止加熱自然冷卻至室溫．用90 mL乙酸乙酯分3次萃取,合并酯層.經(jīng)少量的水洗,飽和的NaCl溶液洗,無水MgSO4干燥,過濾,濃縮.殘留物經(jīng)硅膠柱色譜分離(V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=8∶1)純化得白色固體(5)766.9 mg,熔點(diǎn)為52～55 ℃,產(chǎn)率為92.4%．

化合物51H-NMR (CDCl3, 400 MHz,δ): 9.63 (1H, s, CHO), 7.74 (1H, d,J=7.2 Hz, ArH), 7.03 (1H, d,J=7.6 Hz, ArH), 6.59, 6.56 (each 1H, s, 2×ArH), 5.59 (2H, s, OCH2O), 3.56(3H, d,J=7.2 Hz, OCH3), EI-MS(m/z,%,[M]+):166(15), 152 (100), 102 (37), 74 (24).

1.2.33’,5’二異戊烯基-4-甲氧甲氧基-2’4’二羥基查爾酮(6)的合成 準(zhǔn)確稱取化合物3(2.880 g,10.0 mmol)及化合物5(1.826 g,11.0 mmol),并將其溶解在0 ℃的25 mL乙醇中.將含氫氧化鉀(14.0 g,0.25 mol)-水(10.2 mL)-乙醇(18.0 mL)的混合物冷卻至0 ℃后緩慢逐滴加入上述溶液中,氮?dú)獗Ｗo(hù)下0 ℃反應(yīng)1 h.自然升至室溫并反應(yīng)過夜.將反應(yīng)物倒入冰水浴中,用3 mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)體系的pH=3～4.經(jīng)乙醚萃取,水洗至中性,無水硫酸鎂干燥,蒸出萃取劑.殘留物經(jīng)硅膠柱層析分離(V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=15∶1),得淡黃色粉末狀化合物(6)3.915 g,產(chǎn)率為89.8%．IR (KBr，δmax/cm-1)∶3 320, 1 700, 1 650, 1 370, 1 380, 1 270;

化合物61H-NMR (CDCl3, 400 MHz,δ):13.90(s, 1H, OH), 12.45(s, 1H, OH), 7.82(s, 1H, ArH), 7.73(d,J=8.4 Hz, 1H, H-β),7.34(dd,J=2.4, 2.8 Hz, 1H, ArH),7.22(s, 1H, ArH),7.17(d,J=8.8 Hz, 1H, H-α), 6.39(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH), 6.43(d,J=2.4 Hz, 1H, ArH), 5.56 (2H, s, OCH2O), 5.40 (2H, m, H-2”, H-2”), 3.48(3H, s,J=8.0 Hz, OCH3), 3.34 (2H, d,J=7.2 Hz, H-l”), 3.02 (2H, d,J=7.6 Hz, H-l”), 1.78 (12H, s, H-4”,H-5”,H-4”,H-5”); EIMS (m/z,%, [M]+): 436 (76), 375 (100),306 (72),237 (84), 152 (48), 103 (87).

1.2.4Medicagenin 2 (1)的合成 將化合物6(784.8 mg, 1.80 mmol)溶于30 mL甲醇中,逐滴加入15%的鹽酸13 mL,加熱攪拌回流反應(yīng)1 h.加10 mL蒸餾水,用乙酸乙酯萃取,再用飽和的食鹽水洗至中性.經(jīng)無水硫酸鎂干燥,濃縮后得黃色固體.加少許丙酮溶解,通過硅膠柱層析分離(V(石油醚)∶V(丙酮)=2∶1),得黃色固體粉末(1)609.6 mg,產(chǎn)率為86.4%． 熔點(diǎn)為182～183 ℃;

化合物1IR (KBr，δmax/cm-1):3 420, 1 720, 1 670, 13 770, 1 380, 1 260;1H-NMR (CDCl3, 400 MHz,δ): 12.93(s, 1H, OH), 12.53(s, 1H, OH), 12.05 (s, 1H, OH), 7.82(s, 1H, ArH), 7.77(d,J=15.6 Hz, 1H, H-β),7.39(dd,J=2.0, 2.4 Hz, 1H, ArH), 7.26(s, 1H, ArH), 7.02(d,J=15.6 Hz, 1H, H-α), 6.79(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH), 6.39(d,J=2.4 Hz, 1H, ArH), 5.40 (2H, m, H-2”,H-2”), 3.34 (2H, d,J=7.2 Hz, H-l”), 3.02 (2H, d,J=7.6 Hz, H-l”), 1.78 (12H, brs, H-4”,H-5”,H-4”,H-5”); EIMS (m/z,%,[M]+): 392 (18), 377 (100), 362 (77),171 (88), 69 (83), 55 (87), 43 (90).

1.3 抗菌活性

通過平板打孔法進(jìn)行抑菌活性測試．分別選取保存的革蘭氏陰性菌(大腸桿菌Escherichiacoli)和革蘭氏陽性菌(金黃色葡萄球菌Staphylococcus,枯草芽孢桿菌Bacillussubtilis)3種菌種,接種到S1液體培養(yǎng)基上,在37 ℃下培養(yǎng)12 h．再將3種培養(yǎng)液稀釋至400 CFU/mL.然后各取20 μL接種于LB瓊脂固體培養(yǎng)基,涂布均勻,固定2 h．培養(yǎng)基凝固后打孔, 分別取化合物Medicagenin 2的液體樣品和對照樣10 μL點(diǎn)樣于平板孔中，37 ℃培養(yǎng) 24 h．用游標(biāo)卡尺測量抑菌圈直徑(十字交叉法測2次),每個樣品做3次平行實(shí)驗(yàn),取平均值．實(shí)驗(yàn)表明,新合成的天然產(chǎn)物Medicagenin 2對枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、溶血葡萄球菌具有良好的抑菌能力,抑菌性高于4,2’,4’-三羥基查爾酮及4,2’,4’-三羥基-3’異戊烯基查爾酮的抑菌性．可能的原因:異戊烯基側(cè)鏈的存在加強(qiáng)了查爾酮化合物的抗菌活性,且異戊烯基的側(cè)鏈越多,抑菌率越高．

表1 目標(biāo)化合物的抑菌活性

2 結(jié)果與討論

1) 2,4-二羥基苯乙酮 (2)在強(qiáng)堿條件下,與異戊烯基溴作用，以42.2%的產(chǎn)率得到主要產(chǎn)物為雙C-異戊烯基化的化合物 (3).以4-羥基苯甲醛 (4)為原料,在弱堿性條件下，與氯甲基甲基醚作用,以92.4%的產(chǎn)率得到化合物 (5).化合物 (3)和化合物(5)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在氫氧化鉀-水-乙醇的作用下，以89.8%的產(chǎn)率得查爾酮類化合物(6).化合物(6)在酸性條件下，以86.4%的產(chǎn)率脫去保護(hù)，得到最終的天然產(chǎn)物Medicagenin 2(1)．

2)使用廉價(jià)易得的原料,經(jīng)過4步反應(yīng)以30.3%的總產(chǎn)率完成天然產(chǎn)物Medicagenin 2的全合成．整個合成途徑為雙異戊烯基查爾酮類化合物的合成提供了總收率較高且可行的合成路線．該化合物對大腸桿菌EscherichiacoliCMCC(B)44103、金黃色葡萄球菌StaphylococcusCMCC(B)26003、枯草芽孢桿菌BacillussubtilisCMCC(B)63501均有較好的抑菌活性．

3) 異戊烯基化反應(yīng)是該合成的關(guān)鍵步驟．為了得到較高產(chǎn)率的化合物(3),進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)[13—15]：試圖在NaH作用下、在THF中加熱回流反應(yīng)合成,發(fā)現(xiàn)最終只得到少量的化合物(3)(產(chǎn)率只有18.3%).又在K2CO3作用下,分別在丙酮及THF中加熱回流反應(yīng)合成,但化合物(3)的產(chǎn)率很低,而主產(chǎn)物為化合物(7)，產(chǎn)率分別為78%,83%．大量的實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)在苯環(huán)上引入異戊烯基時(shí),如苯環(huán)上無位置選擇性,產(chǎn)物的產(chǎn)率較高；當(dāng)苯環(huán)上存在位置競爭,產(chǎn)物復(fù)雜,且產(chǎn)率較低、難分離．