一種新型單萜烯氧雜衍生物的合成及工藝優(yōu)化

朱守記

（韓山師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 潮州 521041）

單萜烯是一類重要的天然產(chǎn)物，廣泛存在于各種植物的莖、葉中，其氧雜衍生物具有良好的抑菌、除草等多種生物活性，部分氧雜衍生物還擁有特殊的香氣［1-2］.如Barton等通過設(shè)計(jì)合成了系列2-羥基-1，4-桉樹腦（一種單萜烯氧雜化合物）的酯類及醚類衍生物，并對(duì)其除草活性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示這些化合物均表現(xiàn)出良好的除草活性.在濃度0.1 mol/L時(shí)，這些化合物都能夠有效抑制一年生黑麥草和胡蘿卜的根與芽的生長(zhǎng)［3］.Silvestre等通過設(shè)計(jì)合成了6種3-羥基-1，8-桉樹腦的芐醚衍生物，并展開抑菌活性研究，發(fā)現(xiàn)這6種衍生物對(duì)黃瓜黑星病菌、金黃葡萄球菌均具有良好的抑菌活性，其中4種對(duì)白色念珠菌具有抑菌活性［4］.氧化芳樟醇（一種單萜烯氧雜化合物）是芳樟醇呋喃型氧雜衍生物，具有強(qiáng)烈的甜香、木香和花香香氣，已廣泛用于配制日化行業(yè)［5］.

但目前合成的單萜烯氧雜衍生物種類仍然不夠豐富，合成方法還存在著反應(yīng)步驟繁瑣、產(chǎn)物產(chǎn)率低、分離困難等缺陷.因此，新型單萜烯氧雜衍生物的挖掘及其合成方法的研究具有十分重要的意義.為此，本研究以α-蒎烯為起始原料設(shè)計(jì)合成一種新型單萜烯氧雜衍生物.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

α-蒎烯、三氯甲烷、二氯甲烷、草酰氯、石油醚、乙酸乙酯等試劑均為分析純.GC-1 4B型氣相色譜儀，Shimadzu公司；MAT95XP型高分辨質(zhì)譜儀，美國(guó)熱電公司；WRS-1B數(shù)字熔點(diǎn)儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；Thermo Nicolte IS10紅外光譜儀，美國(guó)Thermo公司；Bruker AV-500型核磁共振儀，瑞士Bruker公司.催化劑［π-C5H5N（CH2）15CH3］3PMo2W2O24按文獻(xiàn)［6］方法制備.

1.2 化合物1的制備

按文獻(xiàn)［7-8］方法，向裝有機(jī)械攪拌、滴液漏斗、回流冷凝管、恒溫水浴裝置的1 000 mL三口燒瓶中加入200 mL三氯甲烷溶劑、8 g催化劑［π-C5H5N（CH2）15CH3］3PMo2W2O24、480.5 mmoLα-蒎烯（81.6 mL），在50℃條件下，緩慢滴加132 mL 30%H2O2，反應(yīng)時(shí)間為3 h.反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)混合物冷卻至室溫，轉(zhuǎn)入500 mL分液漏斗進(jìn)行分液，得有機(jī)相和水相.水相用三氯甲烷萃取2次，每次用量200 mL，萃取液合并，經(jīng)蒸餾回收三氯甲烷，得9.00 g黃色油狀水相粗產(chǎn)物，粗產(chǎn)物用7.2 mL乙酸乙酯-石油醚溶液（3∶1）溶解，置于-20℃條件下進(jìn)行冷凍結(jié)晶，抽濾、真空干燥得2.800 g產(chǎn)品.有機(jī)相經(jīng)蒸餾濃縮回收溶劑，得到87.48 g黃色油狀粗產(chǎn)物；將該粗產(chǎn)物用69.98 mL乙酸乙酯-石油醚溶液（3∶1）溶解，置于-20℃條件下進(jìn)行冷凍結(jié)晶，經(jīng)抽濾、真空干燥后得到14.050 g產(chǎn)品（化合物1）.

1.3 新型單萜烯氧雜衍生物（化合物2）的合成

將9.3 g（50 mmoL）化合物1、8 mL（100 mmoL）干燥吡啶以及67 mL干燥二氯甲烷置于250 mL三口燒瓶中，在15 min內(nèi)，滴加由一定量的草酰氯和15 mL干燥二氯甲烷配成的溶液，在一定溫度下反應(yīng).反應(yīng)完后，待反應(yīng)液冷卻至室溫，用100 mL濃度為1 moL/L的稀鹽酸洗滌一次，分去水相，有機(jī)相經(jīng)濃縮后用乙酸乙酯重結(jié)晶獲得目標(biāo)產(chǎn)物，熔點(diǎn)為186.7℃-187.9℃.反應(yīng)式如圖1所示：

圖1 一種新型單萜烯氧雜衍生物（化合物2）的合成

1.4 目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征

采用KBr壓片法測(cè)定目標(biāo)化合物的FT-IR（Thermo Nicolte IS10紅外光譜儀；以DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)物，在600 MHz核磁共振譜儀（Bruker AV-600型核磁共振儀）上進(jìn)行1H NMR分析；采用電噴霧電離源（ESI）在液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）（Thermo MAT95XP型質(zhì)譜儀）上進(jìn)行質(zhì)譜分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件的選擇

2.1.1 反應(yīng)時(shí)間的選擇

50 mmoL化合物1、100 mmoL干燥吡啶與100 mmoL草酰氯在82 mL二氯甲烷中加熱回流條件下，以新型單萜烯氧雜衍生物（化合物2）的產(chǎn)率為指標(biāo)，考察不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果如表1所示.由表可知，反應(yīng)時(shí)間控制在1-7 h之間，化合物2的產(chǎn)率隨反應(yīng)時(shí)間的增大而增大，且變化幅度較大，產(chǎn)率由10.2%增加到42.1%.但反應(yīng)時(shí)間大于7 h，化合物2產(chǎn)率的變化趨于平緩.從目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率和節(jié)約能源兩個(gè)角度綜合考慮，反應(yīng)時(shí)間控制在7 h較為合適.

表1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

2.1.2 反應(yīng)溫度的選擇

50 mmoL化合物1、100 mmoL干燥吡啶與100 mmoL草酰氯溶解在82 mL二氯甲烷中，在一定溫度條件下反應(yīng)7 h，以化合物2的產(chǎn)率為指標(biāo)，考察不同反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果列于表2中.由表2可知，溫度對(duì)反應(yīng)的影響較大，溫度越高化合物2的產(chǎn)率也越大.當(dāng)反應(yīng)處于加熱回流狀態(tài)下，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率達(dá)到最高值（42.1%）.因此，該反應(yīng)處于加熱回流狀態(tài)下較為合適.

表2 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響

2.1.3 草酰氯用量的選擇

50 mmoL化合物1、100 mmoL干燥吡啶與不同用量的草酰氯溶解在82 mL二氯甲烷中，在加熱回流下反應(yīng)7 h，以化合物2的產(chǎn)率為指標(biāo)，考察草酰氯用量對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果列于表3中.由表3可知，草酰氯用量在100 mmL內(nèi)，化合物2的產(chǎn)率隨草酰氯用量的增大而增大.當(dāng)草酰氯用量由60 mmoL增加到100 mmoL時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物2相應(yīng)的產(chǎn)率也由25.2%增加到42.1%.當(dāng)草酰氯用量繼續(xù)增加時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物2的產(chǎn)率變化不明顯.基于上述原因，草酰氯用量控制在100 mmoL較為合適.

表3 草酰氯用量對(duì)反應(yīng)的影響

綜上考慮，較佳的反應(yīng)條件為化合物1的用量為50 mmoL、干燥吡啶用量為100 mmoL、草酰氯用量為100 mmoL與溶劑二氯甲烷為82 mL，加熱回流7 h.在該條件下，反應(yīng)完后反應(yīng)液冷卻至室溫，用100 mL濃度為1 moL/L的稀鹽酸洗滌一次，分去水相，有機(jī)相經(jīng)濃縮后用乙酸乙酯重結(jié)晶可獲得目標(biāo)產(chǎn)物2，產(chǎn)率為42.1%.

2.2 化合物2的結(jié)構(gòu)鑒定

在化合物的紅外光譜中：在2 997 cm-1處的峰為-CH3、-CH2的C-H伸縮振動(dòng)吸收峰；1 767 cm-1處的峰為酯基C=O的C-O伸縮振動(dòng)峰；1 459 cm-1和1 382 cm-1處出現(xiàn)的峰是-CH3、-CH2的C-H彎曲振動(dòng)吸收峰；1 077 cm-1是C-O-C的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰（如圖2所示）.說明該化合物含有C-O-C、C=O等官能團(tuán)，與目標(biāo)化合物含有主要官能團(tuán)吻合.

圖2 化合物2的紅外光譜

在化合物的高分率質(zhì)譜圖3可以看出，該化合物的分子量為240.099 4，分子式為C12H16O5.說明該化合物的分子量、分子式與目標(biāo)化合物相一致.

圖3 化合物2的高分辨率質(zhì)譜

從13C-NMR（CDCl3）譜圖中可以看出該化合物含有12個(gè)C，化學(xué)位移在150-160 ppm處有2個(gè)峰，說明該化合物含有2個(gè)羰基.從1H-NMR（CDCl3）譜圖中可以看出，該化合物還含有16個(gè)H，進(jìn)一步驗(yàn)證了該化合物為目標(biāo)化合物2，如圖4和圖5所示.

圖4 化合物2的的1H-NMR譜圖

圖5 化合物2的13C-NMR譜圖

綜上所述，通過紅外、高分辨率質(zhì)譜、氫譜和碳譜的綜合分析，完全可確認(rèn)該合成的化合物為目標(biāo)化合物2.

HRMS（ESI）for C12H16O5，calcd. 240.099 2，found 240.099 4［M+］，Δ=0.83 ppm；FT-IR（cm-1）：2 997（s，νC-H）；1767（s，νC=O）；1 459，1 382（m，δC-H）；1 077（s，νC-O-C）；1H-NMR（CDCl3，600MHz）δH4.84（1H，dd，J=7.2，4.8，3-H），4.12（1H，d，J=6，2-H），2.46-2.50（1H，m，6-H），2.32-2.37（1H，m，6-H），2.15 -2.20（2H，m，5-H），1.62-1.68（4H，m，4-H，7-H），1.37（3H，s，10-H），1.23（3H，s，9-H）；13C-NMR（CDCl3，150MHz）δC151.97（2-OCOCO-3），151.62（2-OCOCO-3），84.06（8-C），80.86（1-C），80.16（2-C），77.80（3-C），40.95（6-C），32.68（4-C），31.46（10-C），29.65（9-C），23.09（5-C），22.84（7-C）.

3 結(jié)論

在吡啶作為縛酸劑、二氯甲烷作為溶劑條件下，α-蒎烯的氧化產(chǎn)物（化合物1）可與草酰氯反應(yīng)合成新型單萜烯氧雜衍生物（化合物2）.考察反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、草酰氯用量對(duì)反應(yīng)的影響，得出該反應(yīng)的較佳反應(yīng)條件為化合物1的用量為50 mmoL、干燥吡啶用量為100 mmoL、草酰氯用量為100 mmoL與溶劑二氯甲烷為82 mL，加熱回流7 h.在該條件下，化合物2的產(chǎn)率可達(dá)42.1%，其結(jié)構(gòu)通過FT-IR、ESI+-MS和1H NMR等方法進(jìn)行表征確證.單萜烯氧雜衍生物具有潛在的除草活性、抑菌活性等多種生物活性，在農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛能.因此，本研究對(duì)開發(fā)α-蒎烯的下游高附加值產(chǎn)品有著積極的意義.