二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物的高效合成及其抗氧化性能

張曉平， 金桂勇， 馬勝濤， 王二彬， 趙學(xué)斌，陳芝飛， 李 倬， 楚文娟， 趙 旭， 席高磊

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院河南省香精香料與調(diào)香工程技術(shù)研究中心， 鄭州 450002；2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心， 鄭州 450016)

1 引 言

當(dāng)前，對(duì)天然產(chǎn)物提取或天然骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾尤其是將多種抗氧化天然骨架結(jié)構(gòu)或官能團(tuán)集成，已成為當(dāng)今國際抗氧化技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[1, 2]. 吡喃酮和喹啉類化合物是兩類存在于天然產(chǎn)物中的雜環(huán)類化合物，其天然骨架分別包含氧雜環(huán)和氮雜環(huán)，兩者具有廣泛的生理或藥理作用，如：抗菌[3, 4]、抗氧化[5, 6]和抗腫瘤[7, 8]等. 二茂鐵基由于存在富電子體系，常被作為抗氧化官能團(tuán)，其衍生物擁有較強(qiáng)的抗氧化能力[9, 10]. 然而，國內(nèi)外關(guān)于將二茂鐵基團(tuán)、吡喃酮和喹啉合成為單個(gè)化合物以及對(duì)其抗氧化性能的研究少有報(bào)道. 近年來，本課題組[11]在Povarov三組分反應(yīng)做了大量研究，以Ce(OTf)3為單一催化劑，催化4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮、芳香醛和二茂鐵基乙炔合成了二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物，產(chǎn)率為24%～62%，發(fā)現(xiàn)其具有一定的捕獲自由基性能. 此外，文獻(xiàn)[12-14]報(bào)道采用復(fù)合催化劑能夠有效提高有機(jī)反應(yīng)的效率和目標(biāo)化合物的合成產(chǎn)率. 鑒于此，本文開展了二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物化合物高效合成及抗氧化活性的研究.

文獻(xiàn)[15]報(bào)道在催化成環(huán)反應(yīng)過程中，Ce(OTf)3和Sc(OTf)3作為催化劑復(fù)合后具有協(xié)同作用，這種獨(dú)特的相互作用能夠增強(qiáng)彼此的催化作用. 因此，本文以4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮、芳香醛和二茂鐵基乙炔為原料，以Ce(OTf)3和Sc(OTf)3為復(fù)合催化劑，在加熱回流條件下實(shí)現(xiàn)了Povarov三組分反應(yīng)，高效合成了15種二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物(1a～1o)，產(chǎn)率為40.0%～66.8%，明顯高于文獻(xiàn)[11]報(bào)道的產(chǎn)率. 其中，1a～1o均為文獻(xiàn)[11]報(bào)道的化合物，其分子結(jié)構(gòu)采用1H NMR、13C NMR和HR-MS(ESI)進(jìn)行表征. 經(jīng)抑制自由基引發(fā)DNA氧化反應(yīng)對(duì)其抗氧化性能進(jìn)行測(cè)試，以探究多結(jié)構(gòu)骨架化合物抗氧化的構(gòu)效關(guān)系. 測(cè)試結(jié)果表明15種化合物具有較好的抗氧化活性，這為新型抗氧化劑的開發(fā)應(yīng)用提供了理論支持.

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器與試劑

Agilent 1200/6220超高效液相色譜-電噴霧離子源-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent科技有限公司產(chǎn)；Avance AMX-400核磁共振譜儀，美國Bruker公司產(chǎn)；UV1101紫外-可見分光光度計(jì)，上海菁華科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)；JH40全自動(dòng)熔點(diǎn)儀，上海佳航儀器儀表有限公司產(chǎn)；XS-225A標(biāo)準(zhǔn)電子天平(感量0.1 mg)，德國Sartorius公司產(chǎn)；RV10數(shù)顯型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，德國IKA集團(tuán)產(chǎn).

分析純藥品：4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮、三氟甲磺酸鈰、三氟甲磺酸鈧，上海阿拉丁生化科技股份有限公司產(chǎn)；三氯乙酸(TCA)，上海達(dá)瑞精細(xì)化學(xué)品有限公司產(chǎn)；還原型谷胱甘肽(GSH)、四氯氫醌(TCHQ)，上海源葉生物科技有限公司產(chǎn)；2-硫代巴比妥酸(TBA)國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn).標(biāo)準(zhǔn)品藥品：脫氧核糖核酸鈉鹽(DNA)，比利時(shí)Acros Organics公司產(chǎn)；其他使用試劑均為分析純.

2.2 化合物1a～1o的合成方法

將二茂鐵乙炔0.42 g (2.0 mmol)、芳香醛(2.4 mmol)、4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮0.42 g (2.4 mmol)、Ce(OTf)30.06 g (0.1 mmol)、Sc(OTf)30.05 g (0.1 mmol)和甲苯10 mL一起加入25 mL圓底燒瓶，攪拌后于110 ℃回流反應(yīng)2 h (TLC檢測(cè)). 冷至室溫，溶劑濃縮，殘留物經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(二氯甲烷)/V(乙酸乙酯)=20/1]純化后得到化合物1a～1o(圖1). 按此方法合成參比化合物4-甲基-6,8-二苯基吡喃酮并喹啉(1p)，為二茂鐵基團(tuán)對(duì)吡喃酮并喹啉類抗氧化能力的影響進(jìn)行深層次研究.

圖1 目標(biāo)化合物合成路線1a～1oFig.1 Synthetic route of target compounds 1a～1o

2.3 抗氧化性能測(cè)試

2.3.1 抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)檢測(cè)體系 按照文獻(xiàn)[16]方法對(duì)產(chǎn)物抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè). 移取13.4 mL 2.24 g/L DNA溶液，加入1 mL 30 mmol/L的H2O2溶液、0.5 mL 120 mmol/L TCHQ溶液和0.1 mL 7.5 mmol/L待測(cè)化合物儲(chǔ)備液，充分混合后于37 ℃水浴30 min. 從中移取2 mL，再加入1 mL 1% TBA溶液和1 mL 3.0% TCA溶液，于100 ℃水浴加熱30 min，冷卻至室溫，加入1.5 mL正丁醇充分振蕩萃取TBARS. 在535 nm下測(cè)定正丁醇的吸光度A化合物，以蒸餾水代替化合物儲(chǔ)備液測(cè)其吸光度A空白.

2.3.2 抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)檢測(cè)體系 按照文獻(xiàn)[17]方法對(duì)產(chǎn)物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè).移取13.4 mL 2.24 g/L DNA溶液，加入1 mL 75 mmol/L的CuSO4溶液、0.5 mL 90 mmol/L GSH溶液和0.1 mL 7.5 mmol/L待測(cè)化合物儲(chǔ)備液，充分混合后于37 ℃水浴90 min. 從中移取2 mL，再加入1 mL 30 mmol/L EDTA溶液、1.0 mL 1.0% TBA溶液和1 mL 3% TCA溶液，于100 ℃水浴加熱30 min，冷卻至室溫，加入1.5 mL正丁醇充分振蕩萃取TBARS，在535 nm下測(cè)定正丁醇的吸光度A化合物，以蒸餾水代替化合物儲(chǔ)備液測(cè)吸光度A空白.

3 結(jié)果與討論

3.1 合 成

3.1.1 催化劑篩選 以化合物1a的合成為例，探討反應(yīng)條件對(duì)化合物1a產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表1. 由表1可以看出，以Ce(OTf)3和Sc(OTf)3為復(fù)合催化劑，110 ℃加熱反應(yīng)2 h，是合成目標(biāo)化合物的較佳方法，化合物1a的產(chǎn)率為64.8%，高于文獻(xiàn)[11]方法產(chǎn)率. 原因是Povarov反應(yīng)分為兩步：首先芳香胺和醛形成Schiff堿，之后Schiff堿與炔發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)形成喹啉分子中的吡啶環(huán). 而Ce(OTf)3和Sc(OTf)3不僅可以催化芳香胺和醛形成Schiff堿，也能夠活化炔上的C≡C，促使Schiff堿與炔發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)生成喹啉. 兩者復(fù)合后存在協(xié)同作用，這種獨(dú)特的相互作用能夠增強(qiáng)彼此的催化作用[15]，進(jìn)一步提高Povarov反應(yīng)中醛胺縮合反應(yīng)和Diels-Alder反應(yīng)的效率，從而產(chǎn)生高于Ce(OTf)3和Sc(OTf)3單獨(dú)使用時(shí)的催化效能，使反應(yīng)向正方向進(jìn)行，減少副產(chǎn)物生成，大大提高Povarov-3CR的反應(yīng)效率.

表1 反應(yīng)條件對(duì)1a產(chǎn)率的影響

3.1.2 化合物結(jié)構(gòu)表征 分別采用JH40全自動(dòng)熔點(diǎn)儀、核磁共振譜儀(NMR)和超高效液相色譜-電噴霧離子源質(zhì)譜聯(lián)用儀(UHPLC-ESI-MS)對(duì)化合物1a～1p進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-苯基吡喃酮并喹啉(1a)：黃色固體; 產(chǎn)率64.8%; m.p. 218～220 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.68 (s, 1H), 8.27 (s, 2H), 8.10 (s, 1H), 7.82 (s, 1H), 7.60 (d,J= 6.0 Hz, 2H), 7.54 (t,J= 6.8 Hz, 1H), 6.27 (s, 1H), 4.71 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.22 (s, 5H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.2, 157.3, 152.6, 150.9, 130.1, 129.1, 127.5, 126.3, 124.8, 124.1, 117.1, 115.8, 114.4, 88.4, 72.3, 69.9, 68.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO2{[M+H]+} 472.1000, found 472.1008.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-呋喃基吡喃酮并喹啉(1b)：黃色固體; 產(chǎn)率59.7%; m.p. 253～255 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.63 (s, 1H), 7.99 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.79 (d,J= 9.2 Hz, 1H), 7.71 (s, 1H), 7.34 (s, 1H), 6.66～6.67 (m, 1H), 6.25 (s, 1H), 4.69 (s, 2H), 4.51 (s, 2H), 4.23 (s, 5H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.2, 153.2, 152.5, 150.9, 149.1, 147.5, 144.7, 126.1, 124.1, 123.3, 117.0, 115.6, 114.3, 112.5, 111.1, 88.4, 72.2, 69.9, 68.3, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C27H19FeNO3{[M+H]+} 462.0793, found 462.0790.

4-甲基-6,8-二二茂鐵基吡喃酮并喹啉(1c)：紅色固體; 產(chǎn)率62.2%; m.p. 242～244 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.30 (s, 1H), 7.94 (s, 1H), 7.76 (s, 1H), 6.24 (s, 1H), 5.17 (s, 2H), 4.70 (s, 2H), 4.58 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.29 (s, 5H), 4.15 (s, 5H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 160.5, 159.5, 152.7, 151.1, 145.5, 145.4, 125.9, 125.1, 123.7, 116.4, 115.2, 113.8, 88.8, 72.3, 71.0, 69.9, 69.8, 68.2, 68.1, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C33H25Fe2NO2{[M+H]+} 580.0662, found 580.0660.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-二甲氨基苯基)吡喃酮并喹啉(1d)：黃色固體; 產(chǎn)率47.7%; m.p. 285～287 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.53 (s, 1H), 8.27 (s, 3H), 7.81 (s, 1H), 6.91 (s, 2H), 6.27 (s, 1H), 4.79 (s, 2H), 4.58 (s, 2H), 4.30 (s, 5H), 3.12 (s, 6H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.5, 152.6, 151.8, 151.0, 128.6, 127.7, 125.9, 124.0, 123.8, 120.9, 116.4, 115.2, 113.8, 112.3, 89.0, 72.2, 69.8, 68.2, 40.3, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C31H26FeN2O2{[M+H]+} 515.1422, found 515.1425.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(2-甲氧基苯基)吡喃酮并喹啉(1e)：黃色固體; 產(chǎn)率66.8%; m.p. 214～216 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.69 (s, 1H), 8.12 (s, 1H), 7.91 (d,J= 7.2 Hz, 1H), 7.81 (d,J= 6.0 Hz, 1H), 7.49 (t,J= 7.6 Hz, 1H), 7.18 (t,J= 7.6 Hz, 1H), 7.12 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 6.28 (s, 1H), 4.67 (s, 2H), 4.50 (s, 2H), 4.24 (s, 5H), 3.97 (s, 3H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.4, 157.4, 157.3, 152.6, 151.0, 150.6, 145.9, 131.9, 130.9, 128.9, 128.7, 126.5, 123.5, 121.4, 117.0, 115.7, 114.3, 111.5, 88.1, 72.3, 69.8, 68.3, 55.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO3{[M+H]+} 502.1106, found 502.1103.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-甲氧基苯基)吡喃酮并喹啉(1f)：紅色固體; 產(chǎn)率64.9%; m.p. 259～261 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.68 (s, 1H), 8.10 (s, 1H), 7.87 (s, 1H), 7.82 (d,J=7.6 Hz, 2H), 7.51 (t,J= 7.6 Hz, 1H), 7.09 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 6.28 (s, 1H), 4.71 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.22 (s, 5H), 3.97 (s, 3H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 160.3, 159.3, 157.1, 152.6, 150.9, 140.2, 140.1, 130.1, 126.5, 124.9, 123.9, 119.8, 117.2, 116.1, 115.7, 114.4, 112.6, 88.5, 72.3, 69.9, 68.4, 55.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO3{[M+H]+} 502.1106, found 502.1110.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-甲氧基苯基)吡喃酮并喹啉(1g)：黃色固體; 產(chǎn)率61.9%; m.p. 241～243 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.64 (s, 1H), 8.25 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 8.03 (d,J= 6.4 Hz, 1H), 7.79 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.11 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 6.25 (s, 1H), 4.69 (s, 2H), 4.51 (s, 2H), 4.22 (s, 5H), 3.92 (s, 3H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 161.3, 159.3, 157.0, 152.6, 151.0, 150.7, 147.1, 131.2, 129.5, 128.8, 126.3, 124.3, 123.8, 116.8, 115.5, 114.5, 114.1, 88.8, 72.3, 69.8, 68.3, 55.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO3{[M+H]+} 502.1106, found 502.1109.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(2-氯苯基)吡喃酮并喹啉(1h)：黃色固體; 產(chǎn)率66.3%; m.p. 243～245 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.54 (s, 1H), 8.05 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.84 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.79 (dd,J= 2.4 Hz,J= 6.8 Hz, 1H), 7.58 (dd,J= 2.0 Hz,J= 7.2 Hz, 1H), 7.42～7.49 (m, 2H), 6.29 (s, 1H), 4.69 (s, 2H), 4.51 (s, 2H), 4.19 (s, 5H), 2.52 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.2, 157.8, 152.6, 151.1, 150.4, 146.9, 138.9, 132.3, 131.8, 130.5, 130.4, 128.3, 127.4, 126.6, 124.0, 117.3, 116.1, 114.7, 87.9, 72.4, 69.9, 68.6, 19.6; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H20ClFeNO2{[M+H]+} 506.0610, found 506.0609.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-氯苯基)吡喃酮并喹啉(1i)：紅色固體; 產(chǎn)率62.4%; m.p. 225～227 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.65 (s, 1H), 8.31 (s, 1H), 8.11 (d,J= 6.8 Hz, 1H), 8.05 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.82 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.49～7.54 (m, 2H), 6.28 (s, 1H), 4.70 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.21 (s, 5H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.1, 155.8, 152.5, 150.9, 150.5, 148.0, 140.5, 135.3, 130.3, 129.9, 127.7, 126.5, 125.3, 124.5, 124.1, 117.3, 115.9, 114.6, 88.3, 72.3, 69.9, 68.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H20ClFeNO2{[M+H]+} 506.0610, found 506.0603.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-氯苯基)吡喃酮并喹啉(1j)：黃色固體; 產(chǎn)率64.4%; m.p. 286～288 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.63 (s, 1H), 8.23 (d,J= 7.6 Hz, 2H), 8.09 (s, 1H), 7.83 (d,J= 7.2 Hz, 1H), 7.57 (d,J= 7.2 Hz, 2H), 6.28 (s, 1H), 4.71 (s, 2H), 4.54 (s, 2H), 4.20 (s, 5H), 2.50 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.1, 157.5, 157.5, 156.0, 152.5, 150.9, 136.4, 129.3, 128.8, 126.4, 126.3, 126.3, 124.4, 124.3, 117.2, 115.9, 114.6, 72.3, 69.9, 68.6, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H20ClFeNO2{[M+H]+} 506.0610, found 506.0608.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(2-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1k)：黃色固體; 產(chǎn)率48.3%; m.p. 248～250 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.81 (s, 1H), 8.08 (s, 1H), 7.96 (d,J= 6.8 Hz, 1H), 7.80 (s, 1H), 7.37 (t,J= 7.2 Hz, 1H), 7.13 (d,J= 8.0 Hz, 1H), 7.05 (t,J= 7.2 Hz, 1H), 6.29 (s, 1H), 4.74 (s, 2H), 4.57 (s, 2H), 4.12 (s, 5H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 158.9, 152.4, 150.8, 148.8, 148.8, 147.4, 125.1, 123.9, 123.8, 123.8, 123.8, 116.2, 114.8, 88.4, 72.6, 70.1, 68.8, 19.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+} 488.0949, found 488.0943.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1l)：紅色固體; 產(chǎn)率44.1%; m.p. 267～269 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.77 (s, 1H), 8.67 (s, 1H), 7.98 (dd,J= 8.8 Hz,J= 16.0 Hz, 2H), 7.77～7.80 (m, 2H), 7.43 (t,J= 8.0 Hz, 1H), 6.97 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 6.38 (s, 1H), 4.86 (s, 2H), 4.46 (s, 2H), 4.17 (s, 5H), 3.34 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 158.3, 158.0, 155.8, 153.3, 150.3, 149.9, 147.0, 139.1, 130.1, 125.7, 125.0, 123.9, 117.9, 117.3, 116.0, 115.5, 113.8, 113.7, 87.2, 72.0, 69.8, 68.0, 20.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+}488.0949, found 488.0946.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1m)：紅色固體; 產(chǎn)率40.0%; m.p. 275～277 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 10.02 (s, 1H), 8.64 (s, 1H), 8.24 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 7.93 (dd,J= 8.4 Hz,J= 20.0 Hz, 2H), 7.00 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 6.36 (s, 1H), 4.85 (s, 2H), 4.45 (s, 2H), 4.16 (s, 5H), 3.34 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 160.1, 158.9, 156.3, 153.9, 150.9, 150.6, 147.2, 129.2, 129.0, 126.0, 125.4, 123.7, 116.4, 115.9, 115.7, 114.0, 87.7, 72.5, 70.4, 68.4, 19.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+} 488.0949, found 488.0944.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-甲氧基-4-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1n)：黃色固體; 產(chǎn)率47.4%; m.p. 281～283 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.63 (s, 1H), 8.68 (s, 1H), 7.97 (dd,J=8.8 Hz,J= 16.8 Hz, 2H), 7.93 (d,J= 2.0 Hz, 1H), 7.86 (dd,J= 2.0 Hz,J= 8.4 Hz, 1H), 7.02 (d,J= 8.0 Hz, 1H), 6.38 (d,J= 1.2 Hz, 1H), 4.87 (s, 2H), 4.46 (s, 2H), 4.19 (s, 5H), 3.97 (s, 3H), 3.32 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 158.9, 156.3, 153.9, 150.9, 150.5, 149.6, 148.5, 147.0, 129.4, 126.1, 125.3, 124.1, 121.0, 116.4, 116.0, 115.7, 114.0, 111.2, 88.1, 72.5, 70.3, 68.4, 56.1, 19.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO4{[M+H]+} 518.1055, found 518.1052.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3,4-二羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1o)：紅色固體; 產(chǎn)率50.7%; m.p. 178～180 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.48 (s, 1H), 9.37 (s, 1H), 8.61 (s, 1H), 7.92 (dd,J= 8.8 Hz,J= 24.0 Hz, 2H), 7.86 (d,J= 1.6 Hz, 1H), 7.70 (dd,J= 2.0 Hz,J= 8.4 Hz,1H), 6.97 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 6.35 (s, 1H), 4.82 (s, 2H), 4.44 (s, 2H), 4.18 (s, 5H), 3.34 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 158.9, 156.4, 153.9, 150.9, 150.6, 148.5, 146.8, 146.2, 129.4, 126.0, 125.3, 123.8, 119.4, 116.5, 115.9, 115.6, 114.7, 113.9, 88.0, 72.4, 70.3, 68.4, 19.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+} 504.0898, found 504.0893.

4-甲基-6,8-二苯基吡喃酮并喹啉(1p)：白色固體; 產(chǎn)率71.6%; m.p. 279～281 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.24 (d,J= 7.2 Hz, 3H), 7.91 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 7.85 (s, 1H), 7.51～7.56 (m, 6H), 7.43～7.45 (m, 2H), 6.24 (s, 1H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.0, 157.9, 152.3, 150.8, 150.4, 149.4, 141.0, 138.2, 130.2, 129.0, 128.1, 128.0, 128.0, 127.7, 126.3, 126.2, 124.4, 122.4, 116.2, 115.9, 114.6, 19.4; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C25H17NO2{[M+H]+} 364.1338, found 364.1336.

3.2 抑制自由基引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)性能

3.2.1 抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)檢測(cè)分析 空白實(shí)驗(yàn)和加入目標(biāo)化合物后測(cè)得的吸光度值分別記為A空白和A化合物，化合物抗氧化能力可以通過相對(duì)于空白TBARS吸光度的百分?jǐn)?shù)(TBARS百分?jǐn)?shù))進(jìn)行衡量，即(A化合物/A空白)×100%[18]. 為了更直觀地表達(dá)化合物抗氧化構(gòu)效關(guān)系，參照文獻(xiàn)[19]方法制得化合物TBARS百分?jǐn)?shù)與結(jié)構(gòu)之間的梯形圖(圖2).

圖2 1a～1p抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)性能梯形圖

由圖2可知，化合物1a～1p的TBARS百分?jǐn)?shù)在36.6%～83.3%之間，均遠(yuǎn)低于空白的100%，表明16個(gè)化合物均能夠抑制HO·氧化DNA. 化合物1a、1c和1p的TBARS百分?jǐn)?shù)分別為71.6%、83.3%和64.1%. 隨著分子中苯環(huán)被二茂鐵基取代，化合物的TBARS百分?jǐn)?shù)逐漸增大，說明二茂鐵基團(tuán)不利于提高吡喃酮并喹啉化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)的能力，且隨著二茂鐵基團(tuán)數(shù)量的增加，抗氧化性能不斷降低. 這是因?yàn)槎F中Fe2+能夠與H2O2發(fā)生Fenton反應(yīng)生成Fe3+、HO·和OH-，增加了反應(yīng)體系中HO·的量，起到促氧化作用[20]. 與化合物1a相比，化合物1b的TBARS百分?jǐn)?shù)相比增加3.2%，說明呋喃環(huán)對(duì)二茂鐵基吡喃酮并喹啉抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)能力的貢獻(xiàn)低于苯環(huán). 化合物1d的TBARS百分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)小于化合物1a，表明-N(CH3)2起到了提高抗氧化能力的作用，即-N(CH3)2是較為有用的抗氧化官能團(tuán)[21]. 化合物1e～1g的TBARS百分?jǐn)?shù)在62.9%～68.3%之間，低于化合物1a，說明-OCH3也能提高化合物的抗氧化性能，三者TBARS百分?jǐn)?shù)符合“間位>鄰位>對(duì)位”規(guī)律(-OCH3位置)，即-OCH3處于對(duì)位時(shí)，化合物具有更強(qiáng)的抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)性能[11]. 化合物1h～1j的TBARS百分?jǐn)?shù)介于69.1%～76.7%，僅化合物1j的TBARS百分?jǐn)?shù)低于化合物1a，說明苯環(huán)對(duì)位的-Cl起到了抗氧化作用，而鄰位和間位的-Cl則發(fā)揮了促氧化作用. 含有酚羥基化合物1k～1o的TBARS百分?jǐn)?shù)在36.6%～59.4%之間，遠(yuǎn)低于化合物1a，說明酚羥基是化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)的主要官能團(tuán). 其中，單羥基化合物中，化合物1k的TBARS百分?jǐn)?shù)最小，說明羥基處于鄰位時(shí)最有利于提高化合物抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)性能. 在化合物1m分子中羥基鄰位增加一個(gè)-OCH3得到化合物1n，其TBARS百分?jǐn)?shù)繼續(xù)下降，說明經(jīng)典的抗氧化結(jié)構(gòu)片段(3-甲氧基-4-羥基苯基結(jié)構(gòu))[15]發(fā)揮了很好的抗氧化作用. 雙羥基化合物1o的TBARS百分?jǐn)?shù)明顯低于單羥基化合物1k～1m，說明隨羥基數(shù)目增加，化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)的性能不斷提高.

3.2.2 抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)檢測(cè)分析 參考3.2.1節(jié)方法對(duì)化合物1a～1p進(jìn)行抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)檢測(cè)，得出TBARS百分?jǐn)?shù)，并做梯形圖(圖3).

由圖3可知，化合物1a～1p的TBARS百分?jǐn)?shù)在22.9%～67.2%之間，遠(yuǎn)低于空白的100%，說明16種化合物均可抑制GS·引發(fā)DNA氧化，與3.2.1節(jié)抑制HO·引發(fā)DNA氧化結(jié)果相同. 其中，化合物1p的TBARS百分?jǐn)?shù)是62.7%，引入單個(gè)二茂鐵基和兩個(gè)二茂鐵基所生成的化合物1a和1c，其TBARS百分?jǐn)?shù)分別是57.7%和43.3%，三者TBARS百分?jǐn)?shù)順序?yàn)榛?/p>

圖3 1a～1p抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)性能梯形圖Fig.3 The activities ladder diagram of 1a～1p in inhibiting GS·induced oxidation of DNA

圖4 二茂鐵基喹啉抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)性能梯形圖

物1c<化合物1a<化合物1p，表明二茂鐵基團(tuán)能夠提高化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)的能力，而且隨二茂鐵基團(tuán)數(shù)量增加，抗氧化性能迅速提高.這與抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)所得結(jié)論相反，原因在于引入二茂鐵基團(tuán)增大了化合物的共軛體系，增加了與GS·發(fā)生自由基加成的位點(diǎn)，提高了抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)的性能，同時(shí)二茂鐵基中Fe2+也起到了一定的抗氧化作用[22]. 化合物1b的TBARS百分?jǐn)?shù)低于化合物1a，表明2′-呋喃基比苯基有利于抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)，這與抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)體系的結(jié)果相反. 化合物1d的TBARS百分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)小于化合物1a，說明4′-(N(CH3)2)有助于化合物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)，與抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)一致. 在化合物1a的8-位苯環(huán)不同位置引入-OCH3或-Cl后，所得化合物1e～1g的TBARS百分?jǐn)?shù)在52.2%～55.6%之間，均低于化合物1a，而化合物1h～1j的TBARS百分?jǐn)?shù)介于63.1%～67.2%，均高于化合物1a，說明給電子基團(tuán)-OCH3有抗氧化作用，而吸電子基團(tuán)-Cl則有促氧化作用. 其中，化合物1e、1f和1g的TBARS百分?jǐn)?shù)符合(-OCH3位置)“間位>對(duì)位>鄰位”的規(guī)律，說明-OCH3處于鄰位更有利于化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng). 含羥基化合物1k～1o的TBARS百分?jǐn)?shù)均小于48%，表明酚羥基作為傳統(tǒng)抗氧化基團(tuán)，能夠有效提高化合物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)能力. 其中，化合物1m的TBARS百分?jǐn)?shù)小于化合物1k和1l，表明羥基處于對(duì)位最有利于提高化合物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應(yīng)性能. 化合物1n的TBARS百分?jǐn)?shù)小于化合物1m，表明-OCH3和-OH存在協(xié)同作用，可進(jìn)一步提高單羥基化合物的抗氧化作用. 16種化合物中，雙羥基化合物1o的TBARS百分?jǐn)?shù)最低，說明隨羥基數(shù)目增加，化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)的性能不斷提高. 此外，將文獻(xiàn)[23]報(bào)道的13種二茂鐵基喹啉化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)結(jié)果作圖(圖4), 對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其TBARS百分?jǐn)?shù)明顯高于結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物，表明后者的抗氧化性能明顯優(yōu)于前者，即增大共軛體系能夠提高化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)的性能. 原因是隨化合物的空間位阻增大，分子更容易識(shí)別DNA，并嵌入DNA凹槽與其結(jié)合，起到抗氧化的作用[11, 24].

4 結(jié) 論

本文采用Ce(OTf)3和Sc(OTf)3復(fù)合催化Povarov三組分反應(yīng)高效制備了15種二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物(1a～1o)，通過檢測(cè)化合物抑制自由基(HO·和GS·)引起的DNA氧化反應(yīng)探究其抗氧化性能. 結(jié)果表明：15個(gè)二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物均可有效抑制自由基(HO·和GS·)引發(fā)DNA氧化，其抗氧化能力優(yōu)于對(duì)應(yīng)的二茂鐵基喹啉化合物，是一類性能優(yōu)良的抗氧化劑. 二茂鐵基吡喃酮并喹啉分子中引入推電子基團(tuán)(-N(CH3)2、-OCH3和-OH)能夠提高其抗氧化活性，推電子基團(tuán)還有一定的協(xié)同抗氧化作用，而且隨推電子基團(tuán)數(shù)目增加，抗氧化能力隨之提升；分子結(jié)構(gòu)引入吸電子基團(tuán)(-Cl)則抗氧化能力有所降低. 分子結(jié)構(gòu)引入二茂鐵基團(tuán)和呋喃基團(tuán)降低了化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化能力，但提高了抑制GS·引發(fā)DNA氧化能力. 化合物1o抑制HO·和GS·引發(fā)DNA氧化反應(yīng)TBARS百分?jǐn)?shù)分別是36.6%和22.9%，與其他化合物相比最優(yōu)，是優(yōu)異的抗氧化劑.