郭嘉亮， 韓雨水， 劉康佳， 孫平華

（暨南大學藥學院，廣東廣州510632）

獨腳金內酯類似物GR24的合成

郭嘉亮， 韓雨水， 劉康佳， 孫平華

（暨南大學藥學院，廣東廣州510632）

目的：研究一種高效、高收率的獨腳金內酯類似物GR24的合成方法.方法：以苯甲醛和琥珀酸二甲酯為原料，經(jīng)過7步反應，合成最終產(chǎn)物GR24.結果：GR24總收率36.4%，每個單元反應收率60.8%～98%.產(chǎn)物及中間體，經(jīng)1H NMR、13C NMR、ESI-MS等表征確證.結論：該路線反應條件溫和友好，而且綠色環(huán)保.

獨腳金內酯； GR24； 合成； 工藝優(yōu)化

獨腳金內酯（Strigolactones）是一類植物激素化合物，與植物抗逆重要的信號物質脫落酸 （abscisic acid，ABA）在通路上有交叉，并且與生理上經(jīng)典的ABC模型（ABC model）在激素的運輸上也有關系，是植物激素調控網(wǎng)絡中重要的節(jié)點物質，具有誘導獨腳金屬［1］和列當屬植物種子萌發(fā)［2］、抑制植物分枝的形成［3-8］和促進樅枝菌根真菌菌絲分枝［9-11］等生物學功能而備受關注，甚至被稱為新型的“第7類植物激素”.由于植物中獨腳金內酯含量極低（在水稻根中獨角金內酯檢出限是20 pg／g［12］），難以通過合成或半合成的方式得到，因此科學家通過人工合成其類似物GR系列衍生物實現(xiàn)替代，當中又以GR24生物活性最高，應用范圍最廣；最新研究更是表明GR24還具有良好的抗腫瘤［13］和抗炎作用，有望開發(fā)成藥物，因此成為近年的研究熱點.

現(xiàn)有的GR24合成路線主要以1-茚酮為起始原料合成［14-16］，但普遍遇到羥基α-位上取代反應產(chǎn)率低的問題，因而并不滿足大批量生產(chǎn)的需求，導致市場價格非常高昂.本實驗通過優(yōu)化設計GR24的合成路線，最終選擇廉價易得的苯甲醛和琥珀酸二甲酯為原料，經(jīng)過7步反應最后得到GR24（Scheme），為實現(xiàn)GR24的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術參考，也為其更為廣泛的應用和推廣奠定了基礎.

1 儀器和試劑

SGW型顯微熔點儀；Bruker-AV300MHz型核磁共振儀（TMS內標）；API 2000型質譜儀；LCQ advantage MAX質譜儀；PE CHNS／O EA2400 II型元素分析儀；X-6型顯微熔點儀；PSL-1800低溫反應器；SHZ-D循環(huán)水式真空泵；N-1100D-WD真空旋轉蒸發(fā)儀；DFY-5／30低溫恒溫反應?。籇F-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；DLSB-10／20低溫冷卻液循環(huán)泵.

試劑前處理方法：MeOH采用鎂條回流、常壓蒸餾，收集65～68℃餾分；CH2Cl2和CCl3均采用CaH2回流、常壓蒸餾，分別收集38～40℃以及77～79℃餾分；THF采用鈉絲回流8 h除水，二苯甲酮指示，常壓蒸餾，收集80～82℃餾分；DMF采用BaO常溫攪拌5 h，減壓蒸餾，4A分子篩干燥保存；柱層析硅膠（200～300目，青島海洋化工廠）.所用試劑均為國產(chǎn)分析純，其余試劑無特別說明直接使用.

圖：GR24的合成路線Scheme： Synthetic route of GR24

2 合成方法

化合物3：將NaH溶于無水THF（50 mL），50℃下緩慢滴加苯甲醛（化合物1，5.0 g，47.2 mmol）和琥珀酸二甲酯（化合物2，9.0 g，61.6 mmol）的無水THF溶液（50 mL），回流反應24 h然后濃縮至1／3體積，加入1 mol／L HCl50 mL，EtOAc萃?。?×50 mL），合并有機層無水Na2SO4干燥、濃縮；再以EtOH 25 mL溶解，加入2 mol／L NaOH 40 mL，攪拌回流后減壓濃縮，加入40 mL水洗，以EtOAc（2×20 mL）萃取，用2 mol／L HCl調pH至1，再用EtOAc（2×50 mL）萃取，合并有機層無水Na2SO4干燥、濃縮；50 mL無水MeOH溶解，加入2.1 g 732磺酸型陽離子交換樹脂，N2保護下攪拌回流16 h，過濾、濃縮、柱層析分離（EtOAc／petroleum ether＝1∶10）得到白色固體化合物3（6.3 g，60.8%）.1H NMR（300 MHz，CDCl3）：δ12.34（s，1H），7.97（s，1H），7.29（br s，5H），3.68（s，3H），3.50（s，2H）；13CNMR（75 MHz，CDCl3）：δ 172.9，171.3，144.3，134.3，129.0，128.3，124.6，52.0，33.1；ESI-MS m／z：219.2［M-H］-.

化合物4：將化合物3（2.50 g，11.3 mmol）用40 mL EtOAc溶解；加入Pd／C（0.22 g），真空條件下通入H2室溫攪拌18 h，反應完畢，硅藻土抽濾，濃縮，得到無色油狀液體化合物4（2.51 g，99%）.1H NMR（300 MHz CDCl3）δ：7.34-7.16（m，5H），3.66（s，3H），3.24-3.10（m，2H），2.84 -2.74（m，1H），2.72-2.66（m，1H），2.45（dd，1H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）δ：179.3，172.1，137.0，128.6，128.2，125.9，51.3，41.9，36.3，33.9；ESI-MS m／z：221.7［M-H］-.化合物5：將化合物4（2.00 g，9.0 mmol）用30 mL CH2Cl2溶解；緩慢加入草酰氯（1.37 g，10.8 mmol）和無水DMF兩滴，在N2保護下室溫攪拌1 h，減壓蒸餾；產(chǎn)物用50 mL無水CH2Cl2溶解，-30℃下緩慢加入無水AlCl3（7.20 g，54.0 mmol），0℃下反應4 h，室溫攪拌過夜；加入CH2Cl2（50 mL），過濾，飽和食鹽水萃取，有機層無水Na2SO4干燥、濃縮，柱層析分離（EtOAc／petroleum ether＝2∶8）得黃色液體化合物5（1.56 g，85%）.1H NMR（300 MHz，CDCl3）δ：7.67（d，1H），7.52-7.47（t，1H），7.36（d，1H），7.30-7.25（t，1H），3.59（s，3H），3.40-3.32（m，1H），2.97-2.75（m，3H），2.56-2.47（m，1H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）δ：206.2（s），172.3（s），152.9（s），136.0（s），134.6（d），127.3（d），126.3（d），124.0（d），51.7（q），43.4（d），34.7（t），32.7（t）；ESI-MZ m／z：227.2［M＋Na］＋.

化合物6：化合物5（1.40 g，6.86 mmol）用THF和水1∶1的混合溶劑（50mL）溶解，加入LiOH（0.56 g，23.43 mmol），室溫攪拌16 h；將THF減壓蒸干，加入1 mol／L HCl 50 mL至酸性，EtOAc（2× 80 mL）萃??；有機層減壓蒸餾，加冰EtOAc（20 mL）至殘渣中，抽濾，濾渣用冰EtOAc洗至白色，得白色固體化合物6（1.28 g，76.6%），不經(jīng)其他后處理，直接投入下一步反應.

化合物7：將NaBH4（0.10 g，2.7 mmol）用0.2 mol／L的NaOH（0.9 mL）溶解，室溫攪拌.將化合物6（1.00 g，5.3 mmol）用含0.01 mol NaOH的H2O（6.7 mL）溶解，將其緩慢滴加至上述NaBH4的NaOH溶液中，室溫攪拌18 h；反應液冷卻至0℃，緩慢滴加稀HCl至酸性，迅速用Et2O萃取，有機層濃縮，用35mL二甲苯重結晶，冷卻，抽濾，得白色針狀晶體化合物7（0.96 g，95%）.該化合物元素理論值為：（C11H12O3）C：68.74%，H：6.29%；O，24.97%；采用元素分析儀分析產(chǎn)物的元素組成，實測得：C，68.72%，H，6.20%，O，25.08%；ESIMZ m／z（M＋H）＋：193.1；mp：138.5-139.7℃.

化合物8：將化合物7（0.500 g，2.60 mmol），p-TsOH（0.016 g，0.09 mmol）和二甲苯（45 mL）混合，在85℃條件下反應24 h；反應液濃縮，Et2O稀釋，飽和Na2CO3溶液洗滌、干燥、濃縮；冰Et2O（3×5 mL）洗滌，得白色固體化合物8（0.410 g，90%）.1H NMR（300 MHz，CDCl3）δ：7.49-7.26（m，4H），5.89（d，1H），3.42-3.27（m，2H），2.94-2.83（m，2H），2.34-2.42（dd，1H）；13C NMR（75 MHz，CDCl3）δ：171.9，137.6，133.9，125.2，122.8，121.4，120.4，82.8，32.6，30.9，24.9；ESI-MZ m／z（M＋H）＋：175.1；mp：67.0-68.0℃.

化合物10：參考文獻［17］的制備方法，將3-甲基-2（5H）-呋喃酮（0.200 g，1.75 mmol）用干燥的CCl3（20 mL）溶解，加入NBS（0.400 g，2.29 mmol）和引發(fā)劑AIBN（0.005 g，0.03 mmol），在95W的光照下回流反應2 h；反應液冷卻至0℃，過濾，濃縮得到黃色油狀化合物10（0.303 g，98%），由于化學性質不穩(wěn)定，密封保存待下一步的偶合反應.

化合物9a和9b：稱取金屬鈉（0.46 g，0.02 mol）至三口燒瓶中，0℃、N2保護下，加入無水HCO2Me（1.80 g，0.03 mol）和無水THF溶解的化合物8（1.90 g，0.01 mol）溶液，攪拌1 h，將化合物10用5 mL無水THF溶解，逐滴加入至上述反應液中，繼續(xù)攪拌反應1 h.反應完后加其中加入30 mL MeOH，EtOAc（3×20 mL）萃取，有機層用無水Na2SO4干燥，濃縮，粗產(chǎn)物經(jīng)過柱層析分離（EtOAc／petroleum ether＝3∶7）得到化合物9a和9b（1∶1）.該化合物元素理論值為：（C17H14O5）C：68.45%，H：4.73%；O，26.82%；采用元素分析儀分析產(chǎn)物的元素組成，實測得：C，68.65%，H，4.61%，O，26.74%；lH NMR（300MHz，CDCl3）δ：7.61-7.13（m，5 H），6.97（m，1H），6.19（m，1H），5.95（d，1H），4.09-3.76（m，1H），3.64-2.88（m，2H），2.04（m，3 H）；ESI-MZ m／z（M＋H）＋：299.1.

3 結果與討論

化合物3的合成過程中，Stobbe縮合反應原使用的堿是叔丁醇鉀，但發(fā)現(xiàn)反應副產(chǎn)物較多，產(chǎn)率很低.分析其可能的原因是叔丁醇鉀堿性過強導致反應的原料之一苯甲醛易發(fā)生歧化反應，于是改用堿性稍弱的氫化鈉，反應效果大大提高；選擇性酯化反應中，原使用了酸催化劑Amberlyst-15H＋，但由于價格較昂貴且國內較難購買到，因此改用工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的磺酸型732陽離子交換樹脂型陽離子交換樹脂替代，不僅催化產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少，而且催化劑較易除去.

化合物9a和9b的克萊森縮合反應中，初始先將兩個原料酯混合后再加堿的投料順序，發(fā)現(xiàn)反應無法順利進行.通過查閱相關文獻［18］，發(fā)現(xiàn)該反應對水比較敏感，故改變原料的投料順序，通過先將含α-H的酯與鈉混合，再加溴代呋喃酮，從而使得反應順利完成.

綜上所述，此方法為GR24工業(yè)化合成提供了重要技術保證和實踐參考，該路線反應條件溫和友好，采用的原料溶劑，成本可控且綠色環(huán)保，具有進一步研究開發(fā)的價值.

［1］MULLER S，HAUCK C，SCHILDKNECHTH.Germination stimulants produced by vigna unguiculata walp cv saunders upright［J］.J Plant Growth Regul，1992，11（2）：77-84.

［2］YOKOTA T，SAKAIH，OKUNO K，et al.Alectrol and orobanchol，germination stimulants for Orobanche minor，from its host red clover［J］.Phytochemistry，1998，49（7）：1967-1973.

［3］UMEHARA M，HANADA A，YOSHIDA S，et al.Inhibition of shootbranching by new terpenoid planthormones［J］.Nature，2008，455（7210）：195-200.

［4］GOMEA-ROLDAN V，F(xiàn)ERMAS S，BREWER P B，et al.Strigolactone inhibition of shoot branching［J］.Nature，2008，455（7210）：189-194.

［5］SOREFAN K，BOOKER J，HAUROGNE K，et al.MAX4 and RMS1 are orthologous dioxygenase-like genes that regulate shootbranching in Arabidopsis and pea［J］.Gene Dev，2003，17（12）：1469-1474.

［6］BENNETT T，SIEBERER T，WILLETT B，et al.The Arabidopsis MAX pathway controls shoot branching by regulating auxin transport［J］.Curr Biol，2006，16（6）：553-563.

［7］BREWEER P B，DUN E A，F(xiàn)ERGUSON B J，et al.Strigolactone acts downstream of auxin to regulate bud outgrowth in pea and Arabidopsis［J］.Plant Physiol，2009，150（1）：482-493.

［8］HAYWARD A，STIMBERGP，BEVERIDGECA，etal.Interactions between auxin and strigolactone in shoot branching control［J］.Plant Physiol，2009，151（1）：400-412.

［9］AKIYAMA K，MATSUZAKIK，HAYASHIH.Plant sesquiterpenes induce hyphal branching in arbuscularmycorrhizal fungi［J］.Nature，2005，435（7043）：824-827.

［10］AKIYAMA K，HAYASHI H.Strigolactones：chemical signals for fungal symbionts and parasitic weeds in plant roots［J］.Ann Bot（Lond），2006，97（6）：925-931.

［11］BECARD G，ROUX C，SEJALON-DELMAS N，et al.Modulators of the development of mychorrizal fungi with arbuscules，and uses thereof［P］.WO PatentW，2005，077177A2.

［12］賈瑞琳.水稻中獨腳金內酯的結構鑒定及檢測方法的研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文.2013.

［13］POLLOCK C B，KOLTAI H，KAPULNIK Y，et al.Strigolactones：a novel class of phytohormones that inhibit the growth and suivival of breast cancer cells and breast cancer stem-like enrichedmammosphere cells［J］.Breast Cancer Res Tr，2012，134（3）：1041-1055.

［14］JOHNSON A W，GOWDA G，HASSANALI A，et al.The preparation of synthetic analogues of strigol［J］.J Chem Soc，Perkin Trans 1，1981：1734-1743.

［15］MANGNUSEM，DOMMERHOIT F J，DE JONG R L P，et al.Improved synthesis of strigol analog GR24 and evaluation of the biological activity of its diastereomers［J］.J Agric Food Chem，1992，40：1230-1235.

［16］WIGCHERT SCM，KUIPER E，BOERLHOUWER G J，et al.Dose-response of seeds of the parasitic weeds Striga and Orobanche toward the synthetic germination stimulants GR 24 and Nijmegen 1［J］.JAgric Food Chem，1999，47（4）：1705-1710.

［17］郭嘉亮，劉兆祥，巢 偉，等.2（5H）-吡咯酮衍生物的合成及對銅綠假單胞菌生物膜的體外作用［J］.暨南大學學報（自然科學版與醫(yī)學版），2013，34（1）：38-41.

［18］THURING JW JF，NEFKENSG H L，ZWANENBURG B.Asymmetric synthesis of all stereoisomers of the strigol analogue GR24.Dependence of absolute configuration on stimulatory activity of striga hermonthica and orobanche crenata seed germination［J］.JAgric Food Chem，1997，45（6）：2278-2283.

［責任編輯：劉蔚綏］

Synthesis of the strigolactone analogues of GR24

GUO Jialiang， HAN Yushui， LIU Kangjia， SUN Pinghua
（Pharmacy College，Jinan University，Guangzhou 510632，China）

Aim：An efficient and high yielding preparation for the synthetic germination stimulant GR24 has been described in this paper.M ethods：The GR24 was synthesized from benzaldehyde and succinic acid dimethyl ester in seven-step reactions.Results：The overall yield was36.4%.The yield of each unit reaction was60.8%～98%.The structures of the intermediates and productwere confirmed by1H NMR，13C NMR and ESI-MSspectra.Conclusion：This route ismild and friendly reaction condition，and green environmental protection.

strigolactone； GR24； synthesis； optimization

O643.36

A

1000-9965（2015）05-0374-04

10.11778／j.jdxb.2015.05.003

2015-06-25

國家自然科學基金項目（81503031）；廣東省醫(yī)學科研基金項目（A2015351）；暨南大學科研培育與創(chuàng)新基金項目（21611319）

郭嘉亮（1982-），男，實驗師，博士研究生，研究方向：藥物化學研究，Tel：020-85221367，E-mail：janalguo＠126.com