[3+2]環(huán)化反應(yīng)合成含1,2,3-三氮唑結(jié)構(gòu)的黃酮衍生物

尹民海 龐 杰 龐婷婷 劉志平 黃燕敏 展軍顏

(南寧師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，廣西南寧，530001)

1,2,3-三氮唑是一類含三個(gè)氮原子的五元雜環(huán)，在醫(yī)藥及化工中間體中具有重要應(yīng)用價(jià)值[1,2]。德國(guó)化學(xué)家Rolf Husigen利用端炔和疊氮化物的1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)建立了1,2,3-三氮唑類化合物的便捷合成方法。此后，利用Husigen反應(yīng)合成具有1,2,3-三氮唑結(jié)構(gòu)[3,4]的活性物質(zhì)成為眾多科研工作者的熱點(diǎn)研究之一，如抗癌藥carboxyamidotriazole[5]和cefatrizine[6]均含有1,2,3-三氮唑的骨架(圖1)。

圖1 carboxyamidotriazole和cefatrizine化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2021年Mansour Znati[7]在黃酮醇3-位羥基上通過(guò)引入溴丙炔，然后與不同結(jié)構(gòu)疊氮化合物環(huán)化，合成了21個(gè)含三氮唑結(jié)構(gòu)的衍生物(圖2)，體外抗腫瘤活性顯示對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT-116、人乳腺癌MCF-7及人卵巢癌OVCAR-3均能顯著抑制活性，部分化合物的半抑制濃度(IC50)小于3.0 μM，顯示出較好的潛在應(yīng)用價(jià)值。黃酮醇屬于黃酮類化合物的一種，若將1,2,3-三氮唑拼接到其他天然黃酮母體中，是否也會(huì)產(chǎn)生類似的活性？為此，本文選擇了兩種活性天然黃酮類化合物(白楊素屬于黃酮、橙皮素屬于二氫黃酮)為原料，通過(guò)7位酚羥基與溴丙炔醚化，然后分別與芐基疊氮化物或乙酸乙酯疊氮化物通過(guò)Husigen[3+2]環(huán)化反應(yīng)，合成了8個(gè)含1,2,3-三氮唑結(jié)構(gòu)的黃酮衍生物。合成路線如Scheme 1：

圖2 含三氮唑黃酮醇結(jié)構(gòu)

Reagents and conditions:(i) propargyl bromide + K2CO3/Atetone, 60℃;(ii) RCH2N3+CuSO4·5H2O+ sodium ascorbate /DMF, 90℃Scheme 1 含1,2,3-三氮唑結(jié)構(gòu)黃酮衍生物的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：Bruker Avance-300型核磁共振波譜儀(TMS為內(nèi)標(biāo)，瑞士布魯克公司生產(chǎn))；X-4顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn))，溫度計(jì)未經(jīng)校正；BS200S電子天平(鹽城市思銳電子儀器有限公司)。

試劑：白楊素和橙皮素購(gòu)自陜西錦泰生物工程有限公司；其他實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純，購(gòu)自百靈威科技有限公司；溶劑由天津大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 7-O-炔丙基白楊素(2)的制備

取白楊素0.153 g(0.6 mmol)、碳酸鉀0.126 g(0.9 mmol)，溶解于15 mL丙酮中，在室溫下攪拌0.5 h后滴入3-溴丙炔58 uL(0.7mmol)，升溫到60℃反應(yīng)2 h。旋干溶劑加10 mL水并用乙酸乙酯萃取3次(3×10 mL)，有機(jī)層無(wú)水硫酸鈉干燥，用硅膠柱層析分離(石油醚：乙酸乙酯=3∶1)，得淡黃色固體2，產(chǎn)率90%。1H NMR (300 MHz, DMSO-D6): δ 2.59(1H, s, ≡CH), 4.94 (2H, s, -OCH2), 6.44(1H, d, J =2.4, 6-CH), 6.82(1H, d, J =2.4, 8-CH), 7.01(1H, s, 3-CH), 7.56～7.59(3H, m, 3′,4′, 5′-CH), 8.05(2H, d, J=8.1, 2′, 6′-CH), 12.81(1H, s, 5-OH);13C-NMR (75 MHz, DMSO-D6): δ 182.5, 164.0, 163.6, 161.6, 157.6, 132.6, 131.0, 130.0, 130.0, 126.9, 126.9 ,105.8, 105.7, 99.1, 94.2, 79.5, 78.8, 56.7。

1.2.2 7-O-(1,2,3-三氮唑-4-甲氧基)白楊素(3a～3d)的制備

取NaN30.052 g (0.8 mmol)溶解于DMF (15 mL)圓底燒瓶中，依次加入抗壞血酸鈉0.067 g (0.34 mmol)，CuSO4·5H2O 0.042 g(0.2 mmol)及化合物2 0.146 g (0.5 mmol)，于90 ℃下攪拌反應(yīng)6h。冷卻后加15 mL水、乙酸乙酯萃取3次(3×10 mL)，有機(jī)相無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓去除溶劑，柱層析分離(石油醚:乙酸乙酯=3:1)得化合物3a～3d，產(chǎn)率69%～75%。

化合物3a：產(chǎn)率75%，m.p.182～184℃。1H NMR (300 MHz, DMSO-D6): δ 5.29 (2H, s, NCH2), 5.64 (2H, s, OCH2), 6.49(1H, s, 6-H), 6.94(1H, s, 8-H), 7.04(1H, s, 3-H), 7.34～7.46 (4H, m, Ph-H), 7.59～7.62(3H, m, Ph-H), 8.10(2H, d, J=7.8Hz, Ar-H), 8.36 (1H, s, Ar-H), 12.81(1H, s, 5-OH)·13C NMR (75 MHz, DMSO-D6): δ 182.5, 164.5, 164.0, 161.7, 157.8, 1426, 135.4, 133.4, 132.7, 131.1, 131.1, 130.4, 129.6,129.6, 129.2, 126.9, 125.6, 105.9, 105.6, 99.2, 94.1, 62.3, 52.6。

化合物3b：產(chǎn)率70%, m.p.190～191℃。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 5.25 (2H, s, NCH2), 5.51(2H, s, OCH2), 6.41(1H, d, J =2.1, 6-CH), 6.61(1H, d, J=2.4, 8-CH), 6.66(1H, s, 3-CH), 7.18～7.22 (4H, m, Ph-H), 7.54～7.58(3H, m, Ph-H), 7.58 (1H, s, CH),7.88 (2H, d, J=8.1Hz, 2′, 6′-CH), 12.71 (1H, s, 5-OH);13CNMR (75 MHz, CDCl3): δ=182.6, 164.5, 164.0 , 161.7, 157.8, 142.6, 132.4, 133.4, 132.7, 131.1 , 130.4, 129.6, 129.2, 129.2, 126.9, 125.6, 125.6, 105.9, 105.6, 99.2, 94.1, 62.3, 52.6。

化合物3c：產(chǎn)率72%, m.p.198 ～ 199℃。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 2.36 (3H,s, CH3), 5.25 (2H, s, NCH2), 5.51 (2H, s, OCH2), 6.41 (1H, s, 6-CH), 6.61 (1H, s, 8-CH), 6.66 (1H, s, 3-CH), 7.20(4H, s, Ar-H), 7.54-7.57 (3H, m, 3′,4′, 5′-CH), 7.88 (2H, d, J =5.4Hz, 2′, 6′-H), 12.71 (1H, s, 5-OH)·13C NMR (75 MHz, CDCl3): δ 182.5, 164.1, 164.1,162.1, 157.8, 143.0, 138.9, 131.2,131.1, 129.9, 129.9, 129.1,129.1, 128.2, 128.2, 126.3, 126.3, 122.8, 106.0, 105.8, 99.1, 93.3, 62.4, 54.2, 21.2。

化合物3d：產(chǎn)率69%，m.p.188～189℃。1H NMR (300 MHz, DMSO-D6): δ1.21(3H, t, J=7.2Hz, CH3), 4.19 (2H, q, J=7.2Hz, CH2), 5.32 (2H, s, NCH2), 5.44 (2H, s, OCH2), 6.49 (1H, d, J=2.1Hz, 6-H), 6.94 (1H, d, J =2.1Hz, 8-CH), 7.01 (1H, s, 3-CH), 7.58-7.62 (3H, m, J=3′,4′, 5′-CH), 8.07 (2H, dd, J = 2.4Hz, 8.1, 2′, 6′-H), 8.31(1H, s, CH), 12.80 (1H, s, 5-OH)·13CNMR (75 MHz, DMSO-D6): δ 182.5, 167.7, 164.5, 164.0, 161.7, 157.7, 142.3, 132.6, 131.0, 129.6, 126.9, 108.8, 105.6, 99.2(8-C), 94.0, 62.0, 60.2, 50.9, 14.5。

1.2.3 7-O-炔丙基橙皮素(5)的制備

7-O-炔丙基橙皮素5的合成方法與化合物2合成方法相同，將橙皮素替換白楊素，得白色固體5，產(chǎn)率68%，1H NMR (CDCl3, 300 MHz): δ 2.80 (1H, dd, J =3.0, 17.1 Hz,3-H ), 3.19 (1H, dd, J = 12.6, 17.1 Hz,3-H), 3.88 (3H, s, OCH3), 4.88 (s, 2H, OCH2), 5.50 (1H, dd, J =2.4, 12.6 Hz, 2-H), 6.13 (1H, d, J = 2.3 Hz, 6-H), 6.15 (1H,d, J =2.2 Hz, 8-H), 7.00 (2H, s, 2’,6’-H), 7.07 ( 1H,s, 5’-H), 8.42 (1H, s, CH), 12.14 (s, 1H, OH);13C NMR (CDCl3, 75 MHz): δ 196.9, 165.7, 163.9, 163.1, 147.8, 146.7, 131.7, 113.5,111.4, 103.3, 95.4, 94.1, 79.1, 78.0, 77.0, 55.9, 55.4, 42.6。

1.2.4 7-O-(1,2,3-三氮唑-4-甲氧基)橙皮素(6a～6d)的制備

7-O-(1,2,3-三氮唑-4-甲氧基)橙皮素(6a～6d)的合成方法與白楊素三氮唑衍生物(3a～3d)的合成方法相同，產(chǎn)率65%～73%。

化合物6a：產(chǎn)率69%，m.p.188～189℃。1H NMR (300 MHz, C3D6O): δ 2.21 (1H, s, C≡H), 2.78 (1H, dd, J=3.0, 17.1Hz, 3-H), 3.20 (1H, dd, J=12.6,17.1Hz, 3-H), 3.87(1H, s, OCH3), 5.25 (2H, s, CH2), 5.47 (1H, dd, J=3.0, 12.6Hz, 2-H), 5.66 (2H, s,CH2), 6.16 (1H, d, J=2.4Hz, 6-H), 6.18 (1H, d, J=2.4Hz, 8-H), 6.99 (2H,s, 2’,5’-H), 7.01(1H,s, 3’-H), 7.37 (5H, m, Ar-H), 7.92 (1H,s, 3’-OH), 8.14(1H, s, CH),12.14(1H, s, 5-OH);13C NMR (75 MHz, C3D6O ): δ 196.7, 166.6, 164.0, 163.2, 147.9, 146.7, 142.8, 136.0, 131.7, 128.8, 128.3, 128.1, 124.2, 117.9, 113.5, 113.4, 103.1, 95.3, 94.4, 79.0, 61.9, 55.4, 53.4, 42.6。

化合物6b：產(chǎn)率68%，m.p.167～169℃。1HNMR(300 MHz, C3D6O):δ 2.79 (1H, dd, J=3.3, 17.4Hz, 3-H), 3.20 (1H, dd, J=12.6,17.4Hz, 3-H), 3.87(1H, s, OCH3), 5.25 (2H, s, CH2), 5.47 (1H, dd, J=3.0, 12.6Hz, 2-H), 5.68 (2H, s,CH2), 6.15(1H, d, J=2.4Hz, 6-H), 6.18(1H, d, J=2.4Hz, 8-H), 6.99 (2H, s, 2’,5’-H), 7.06 (1H, s, 6’-H), 7.42 (4H, s, Ar-H), 7.93 (1H, s, 3-OH), 8.18 (1H, s, CH), 12.14 (1H, s, 5-OH).13C NMR (75 MHz, C3D6O ):δ 196.7, 166.6, 164.0, 163.2, 147.9, 146.7 , 142.9 , 134.9, 133.7, 131.7, 128.9, 124.3, 117.9, 113.5, 111.4 103.0, 95.3, 94.4, 79.0, 61.9, 55.4, 52.6, 42.6。

化合物6c：產(chǎn)率70%，m.p.153～155℃。1HNMR(300 MHz, C3D6O):δ 1.83 (s, 3H, CH3), 2.77 (1H, dd, J = 2.7, 17.1 Hz, 3-H), 3.22 (1H, dd, J =12.6, 17.1 Hz, 3-H), 3.86 (3H, s, OCH3), 5.09 (2H, s, NCH2), 5.30 (2H, s, OCH2), 5.48 (1H, dd, J = 2.5, 12.3 Hz, 2-H), 6.27 (1H,d, J = 2.4Hz, 6-H ), 6.36 (1H, d, J = 2.4 Hz, 8-H), 6.93～6.84 (3H, m, Ar-H), 7.45～7.36 (4H, m, Ar-H), 7.71 (1H, s,CH), 9.09 (1H, s, OH), 12.21 (1H, s, OH);13C NMR (CDCl3, 75 MHz): δ 196.8, 166.6, 164.1, 162.9, 145.0, 142.9, 134.9, 133.1, 130.6, 129.8, 129.8,129.4, 126.5, 126.5, 124.7, 123.5, 119.0, 111.5, 106.2, 98.7, 94.2, 66.7, 65.1, 55.9 , 22.7。

化合物6d：產(chǎn)率73%，m.p.152～154℃。1HNMR(300 MHz, C3D6O): δ1.26 (1H, t, J=7.2, CH3), 2.79 (1H, dd, J=3.0, 17.4,3-H), 3.18 (1H, dd, J=12.6,17.1, 3-H), 3.86 (1H, s, OCH3), 4.23 (1H, q, J=7.2, OCH2), 5.28 (2H, s, CH2), 5.34 (2H, s,CH2), 5.46 (1H, dd, J1=3.0,12.6, 2-H), 6.18 (1H, d, J=2.4, 6-H), 6.20 (1H, d, J=2.4,8-H), 6.97(1H, s, 5’-H), 6.98(1H,s,2’-H), 7.07(1H, s, 6’-H), 7.92 (1H, s, 3’-OH), 8.19 (1H, s, CH), 12.1(1H, s, 5-OH);13C NMR (75 MHz,C3D6O):δ 196.8, 166.9, 166.6, 164.0, 163.2, 147.9, 146.7, 142.6, 131.7, 125.7,118.0, 113.5, 111.4, 103.1, 95.4, 94.4, 79.0, 61.7, 55.4,50.5, 42.6, 13.5。

2 結(jié)果與討論

黃酮類化合物是一類天然多酚活性物質(zhì)，具有廣泛的抗氧化、抗腫瘤等作用。白楊素屬于黃酮，C2和C3之間為雙鍵；橙皮素屬于二氫黃酮，C2和C3之間為單鍵。選擇不同結(jié)構(gòu)的黃酮引入1,2,3-三氮唑活性基團(tuán)對(duì)探討底物結(jié)構(gòu)與活性之間的構(gòu)效關(guān)系具有重要意義。實(shí)驗(yàn)中利用黃酮7-位酚羥基酸性強(qiáng)的特點(diǎn)，在無(wú)水碳酸鉀作用下與溴丙炔醚化反應(yīng)引入炔，然后分別與芐基疊氮化物或乙酸乙酯疊氮化物通過(guò)click[3+2]環(huán)化反應(yīng)合成了8個(gè)含1,2,3-三氮唑結(jié)構(gòu)的衍生物。

化合物2為白楊素7位酚羥基引入丙炔基后產(chǎn)物，1H NMR δ 2.59 (1H, s)處出現(xiàn)了C≡CH的端炔氫的吸收峰；4.94 (2H, s)處出現(xiàn)了-OCH2吸收峰；在13C NMR δ 79.5和78.8出現(xiàn)了代表-C≡C的兩個(gè)碳原子吸收峰。化合物3a在1H NMR δ 5.25為NCH2的吸收峰；5.56處有-OCH2的吸收峰；δ7.60為三氮唑中雙鍵氫吸收峰；13C NMR 中C≡CH的碳信號(hào)消失，δ 54.34出現(xiàn)N-CH2的吸收峰，低場(chǎng)區(qū)增加8個(gè)不飽和碳原子信號(hào)，證實(shí)了3a中已形成芐基取代三氮唑結(jié)構(gòu)?；衔?b、3c均能用類似方法得以確定結(jié)構(gòu)?；衔?d1H NMR δ 1.21(3H, t, J=7.2Hz)、4.19 (2H, q, J=7.2Hz)為典型的OCH2CH3結(jié)構(gòu)，13C NMR δ 167.7、 50.9、14.5分別為酯基中C=O及OCH2CH3吸收峰。

橙皮素中羰基碳原子吸收峰在 δ 196.6，白楊素中羰基碳原子吸收峰在 δ 182.5，這與C2和C3之間是否存在雙鍵有關(guān)。橙皮素取代炔丙基形成的化合物5及與疊氮化物環(huán)化后的化合物6a～6d的確定方法與3a～3d類似。

合成中對(duì)比了反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響，發(fā)現(xiàn)低溫50℃攪拌8h也有產(chǎn)物生成，產(chǎn)率40%～65%；提高溫度對(duì)產(chǎn)率有積極的促進(jìn)作用。Click環(huán)化反應(yīng)使用抗壞血酸鈉及五水硫酸銅催化反應(yīng)，以68%～82%產(chǎn)率得到含三氮唑的黃酮衍生物。該反應(yīng)條件要求低、操作簡(jiǎn)易、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)單一、原子轉(zhuǎn)化率高，為環(huán)境友好型的構(gòu)建1,2,3-三氮唑雜環(huán)的便捷合成方法。所合成的三氮唑黃酮衍生物的抗腫瘤活性有待更深一步的測(cè)試。