李春生,陳耀楊,吳利歡
(肇慶學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,廣東 肇慶 526060)
腙類化合物是一種以肼和羰基化合物為原料通過脫水反應(yīng)而得的化合物,因含有獨(dú)特的活性亞結(jié)構(gòu)基團(tuán)(-C=N-N-),而具有廣泛的藥理活性和生物活性,以及具有制備簡單、活性顯著、作用機(jī)制各異、毒性低等優(yōu)點(diǎn)[1],因此在多個領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價值。近年來,大量深入研究發(fā)現(xiàn)腙類化合物具有極強(qiáng)的潛在生理藥理活性,如抗真菌、抗腫瘤、抗病毒、抗自由基等活性[2-6]。例如某些噻二唑硫醚雙腙對腫瘤細(xì)胞有潛在的生長抑制活性[3]。在農(nóng)藥領(lǐng)域,含有腙結(jié)構(gòu)的分子如氟蟻腙、氟吡草腙等,具有有殺蟲[7]、除草[8]、殺菌等作用。在檢測與材料方面,利用腙類化合物可檢測或分離陰離子[9]、羰基和金屬離子[10],還可作為新型的熒光染料[11]和粘合劑[12]。
黃烷酮類化合物,其母體分子骨架結(jié)構(gòu)上共有多個可被取代的位點(diǎn)使其快速衍生化,該分子骨架具有廣泛地生理、藥理活性,具有殺菌、抗氧化、抗癌、抗毒等[13-16]藥理作用,如楊光富等[13]設(shè)計合成的14種含不同基團(tuán)的黃烷酮衍生物能夠抑制水稻稻瘟病菌絲的生長。然而,在國內(nèi)外文獻(xiàn)中,對合成黃烷酮雙腙類化合物少有報道,因此,為了得到更具生物活性的化合物,根據(jù)活性亞結(jié)構(gòu)拼接原理,本文基于課題組之前的工作[17-18],以黃烷酮為母體,對黃烷酮結(jié)構(gòu)中的羰基進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造和修飾,與水合肼反應(yīng)得到腙類中間體,繼而與芳香醛的羰基反應(yīng)合成具有兩個腙鍵基團(tuán)(-C=N-N=C-)的新型雙腙化合物,并探討合成中間體的最優(yōu)反應(yīng)條件。綠色、高效、高選擇性地合成了一系列具有潛在生理、藥理活性的黃烷酮雙腙類化合物。該反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)率高、官能團(tuán)容忍度高、化學(xué)選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。
400 MHz DRX-400核磁共振譜儀,德國Bruker公司(未經(jīng)特殊說明,本實驗均以氘代氯仿(CDCl3)為溶劑,四甲基硅烷(TMS)為內(nèi)標(biāo),化學(xué)位移δ單位為ppm,偶合常數(shù)J單位為Hz);X-5顯微熔點(diǎn)儀,上海精密科學(xué)儀器有限公司;Tensor 22型傅里葉紅外光譜儀,德國Bruker公司;氣質(zhì)聯(lián)用儀、ISQ120511氣相色譜儀,Thermo公司。
本實驗所用化學(xué)試劑均為市售分析純級試劑,購買自國內(nèi)試劑公司,如伊諾凱,安耐吉,上海畢得、麥克林試劑等公司;常用溶劑則由上海泰坦試劑公司購買所得;產(chǎn)物分離所用柱層析硅膠及薄層色譜硅膠(型號G254)均購買于青島海洋化工廠。
在干燥的25 mL史萊克管中,依次添加黃烷酮(0.5 mmol)、3 mL無水乙醇,冰醋酸(10 mol%)為催化劑,在45 ℃下的條件,攪拌至固體全部溶解后,再加入79%水合肼(1.5 mmol)。利用TLC薄層色譜跟蹤反應(yīng)至黃烷酮原料完全反應(yīng)后(6.5 h),向體系中加入10 mL水,再用3×10 mL乙酸乙酯進(jìn)行萃取。減壓蒸餾濃縮后,用展開劑(石油醚/乙酸乙酯體系),進(jìn)行柱層析,得白色固體黃烷酮單腙中間體2,收率為83%,m.p.=112.7~113.9 ℃。
在干燥的25 mL圓底燒瓶中依次添加3 mL無水乙醇,黃烷酮單腙中間體2(0.2 mmol),固體完全溶解后,再加入反應(yīng)物3(0.25 mmol),45 ℃的溫度下攪拌反應(yīng)。薄層色譜跟蹤反應(yīng)進(jìn)程,至黃烷酮單腙中間體原料完全消失,反應(yīng)結(jié)束。抽濾,重結(jié)晶純化(無水乙醇),即可得到目標(biāo)產(chǎn)物黃烷酮雙腙(4a~4l)。
化合物4a:黃色晶體,產(chǎn)率54%,m. p. 154.0~151.1 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.52 (s,1H),8.24 (d,1H,J=8.0 Hz),7.80 (t,2H,J=4.0 Hz),7.52 (d,2H,J=8.0 Hz),7.45~7.35 (m,7H),7.06~7.01 (m,2H),5.22 (dd,1H,J=4.0 Hz,16.0 Hz),3.94 (dd,1H,J=4.0 Hz,20.0 Hz),2.90 (q,1H,J=10.6 Hz);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ159.7,159.1,158.4,140.0,134.6,132.5,131.0,128.8,128.7,128.5,128.4,126.4,125.5,121.6,120.1,118.0,78.0,33.8;GC-MS (calcd),m/z (%):326.14 (M+);GC-MS(found),m/z (%):326.20 (M+)。
化合物4b:黃色晶體,收率為73%,m. p. 189.6~187.8 ℃;1H NMR (400 MHz,Chloroform-d)δ11.72 (s,1H),8.73 (s,1H),8.24 (d,J=8.0 Hz,1H),7.49~7.33 (m,8H),7.07~6.93 (m,4H),5.21 (dd,J=12.6,2.8 Hz,1H),3.60 (dd,J=17.2,2.8 Hz,1H),2.99 (dd,J=17.2,12.6 Hz,1H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ163.5,159.9,159.8,158.6,139.4,133.1,132.9,132.3,128.9,128.7,126.3,125.6,121.8,121.8,119.7,119.6,118.1,118.0,116.8,77.8,34.1;GC-MS (calcd),m/z (%):342.13 (M+);GC-MS (found),m/z (%):342.10 (M+)。
化合物4c:黃色晶體,收率為85%,m. p. 130.8~129.4 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.92 (s,1H),8.24 (d,J=8.0 Hz,1H),8.19 (d,J=8.0 Hz,1H),8.01 (d,J=8.0 Hz,1H),7.65 (t,J=8.0 Hz,1H),7.58~7.51 (m,3H),7.45~7.38 (m,4H),7.05 (dd,J=17.6,8.0 Hz,2H),5.23 (dd,J=12.8,2.8 Hz,1H),3.81 (dd,J=17.2,2.8 Hz,1H),2.91 (dd,J=17.2,12.8 Hz,1H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ160.5,158.6,154.1,139.8,133.2,133.0,130.8,129.5,129.4,128.8,128.6,126.4,125.8,124.6,121.7,119.7,118.0,77.9,33.9;GC-MS (calcd),m/z (%):371.12 (M+);GC-MS (found),m/z (%):371.10 (M+)。
化合物4d:黃色晶體,收率為70%,m. p. 212.5~212.4 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ11.71 (s,1H),8.65 (s,1H),8.23 (d,J=8.0 Hz,1H),7.49~7.36 (m,6H),7.33~7.26 (m,2H),7.08~7.02 (m,2H),6.92 (d,J=8.0 Hz,1H),5.22 (dd,J=12.7,2.8 Hz,1H),3.56 (dd,J=17.2,3.2 Hz,1H),2.99 (dd,J=17.2,12.8 Hz,1H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ162.1,160.7,158.7,158.3,139.3,133.3,132.6,131.1,128.9,128.7,126.3,125.7,124.3,121.8,119.5,119.0,118.4,118.2,77.8,34.1;GC-MS (calcd),m/z (%):376.09 (M+);GC-MS (found),m/z (%):376.00 (M+)。
化合物4e:棕黃色晶體,收率為82%,m. p. 219.7~217.9 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ12.20 (s,1H),8.77 (s,1H),8.27 (d,J=8.0 Hz,1H),7.50~7.40 (m,6H),7.10~6.98 (m,4H),6.92 (t,J=8.0 Hz,1H),5.23 (dd,J=12.8,2.8 Hz,1H),3.93 (s,3H),3.64 (dd,J=17.2,3.2 Hz,1H),3.01 (dd,J=17.2,12.8 Hz,1H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ163.4,160.3,158.7,149.8,148.3,139.3,133.1,128.9,128.7,126.3,125.6,123.7,121.8,119.7,119.2,118.1,118.0,114.4,77.9,56.1,34.3;GC-MS (calcd),m/z (%):372.14(M+);GC-MS(found),m/z(%):372.15(M+)。
化合物4f:棕黃色晶體,收率為83%,m. p. 123.1~122.2 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.92 (s,1H),8.26 (d,J=7.6 Hz,1H),7.58 (d,J=2.8 Hz,1H),7.51 (d,J=7.4 Hz,2H),7.43 (t,J=7.4 Hz,2H),7.39~7.34 (m,2H),7.06~7.00 (m,2H),6.96 (dd,J=9.2,3.2 Hz,1H),6.86 (d,J=9.0 Hz,1H),5.22~5.19 (m,1H),3.91 (dd,J=17.2,2.1 Hz,1H),3.84 (s,3H),3.78 (s,3H),2.88 (dd,J=17.2,12.8 Hz,1H);13C NMR (100 MHz)δ159.0,158.3,154.9,153.8,153.6,140.0,132.5,128.8,128.5,126.5,125.6,123.6,121.6,120.1,118.5,117.9,112.8,111.1,78.0,56.4,55.9,33.7;GC-MS (calcd),m/z (%):386.16 (M+);GC-MS (found),m/z (%):386.20 (M+)。
化合物4g:黃色晶體,收率為86%,m. p. 140.8~140.1 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.94 (s,1H),8.31 (d,J=8.0 Hz,1H),7.70 (d,J=8.0 Hz,1H),7.56 (d,J=7.6 Hz,2H),7.47 (t,J=7.6 Hz,2H),7.41 (t,J=7.8 Hz,2H),7.12~7.05 (m,3H),7.01 (d,J=8.0 Hz,1H),5.25 (dd,J=12.8,2.4 Hz,1H),4.00 (d,J=2.6 Hz,1H),3.95 (s,3H),3.92(s,3H),2.93(dd,J=17.2,12.8 Hz,1H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ159.7,158.4,155.0,153.0,149.6,140.0,132.6,128.8,128.5,128.4,126.4,125.6,124.1,121.6,120.0,118.8,118.0,114.5,78.0,61.9,55.9,33.8;GC-MS (calcd),m/z (%):386.16 (M+);GC-MS (found),m/z (%):386.20 (M+)。
化合物4h:黃色固體,收率為72%,m. p. 119.5~118.7 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.23 (d,J=8.0 Hz,1H),8.14 (d,J=8.0 Hz,1H),7.51 (d,J=8.0 Hz,2H),7.43 (t,J=7.2 Hz,2H),7.39~7.24 (m,3H),7.02~6.99 (m,2H),6.93 (dd,J=19.2,8.2 Hz,2H),5.21 (d,J=11.2 Hz,1H),4.34~4.31 (m,2H),3.79 (d,J=16.0 Hz,1H),3.27 (dt,J=17.2,5.4 Hz,1H),3.30~3.23 (m,1H),3.03~2.96 (m,1H),2.80 (dd,J=17.2,12.8 Hz,1H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ158.1,156.1,140.0,132.2,132.1,128.8,128.5,126.4,125.6,125.4,121.5,121.3,120.5,118.0,117.7,78.0,65.7,33.7,26.5;GC-MS (calcd),m/z (%):368.15 (M+);GC-MS (found),m/z (%):368.25 (M+)。
無償獻(xiàn)血采血護(hù)理質(zhì)量關(guān)系到采血質(zhì)量以及獻(xiàn)血者的健康安全,需要引起足夠的重視,對于干擾和妨礙采供血的風(fēng)險因素,應(yīng)采取有效的護(hù)理干預(yù)和風(fēng)險控措施,進(jìn)而提高采供血質(zhì)量,為臨床醫(yī)療應(yīng)用提供支持。因此,在無償獻(xiàn)血采血護(hù)理工作當(dāng)中,應(yīng)著重加強(qiáng)風(fēng)險評估和控制。深入到采血過程的各個步驟、環(huán)節(jié)進(jìn)行風(fēng)險評估,從中發(fā)現(xiàn)安全隱患[2]。
化合物4i:淺黃色晶體,產(chǎn)率66%,m. p. 126.5~125.7 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.23 (d,J=8.0 Hz,1H),7.76 (d,J=2.4 Hz,1H),7.48 (d,J=7.2 Hz,2H),7.41 (t,J=7.2 Hz,2H),7.34 (dd,J=12.4,7.2 Hz,2H),7.08~7.00 (m,3H),6.88 (dd,J=8.4,2.6 Hz,1H),5.20 (dd,J=12.4,2.4 Hz,1H),3.80 (s,3H),3.59 (dd,J=17.2,2.8 Hz,1H),2.95 (dt,J=17.6,6.2 Hz,1H),2.77~2.74 (m,2H),2.68 (dd,J=16.8,4.2 Hz,1H),2.64~2.58 (m,1H),1.89 (p,J=6.4 Hz,2H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ159.5,158.0,157.9,152.9,140.0,133.5,133.4,131.8,129.8,128.8,128.5,126.4,125.5,121.6,120.5,117.9,117.3,108.9,77.9,55.5,33.6,29.1,27.5,22.4;GC-MS (calcd),m/z(%):396.18(M+);GC-MS(found),m/z(%):396.25(M+)。
化合物4j:淡黃色晶體,收率為85%,m. p. 107.8~107.2 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.21 (d,J=8.0 Hz,1H),7.52 (d,J=7.8 Hz,2H),7.45 (t,J=7.6 Hz,2H),7.41~7.34 (m,2H),7.08~7.03 (m,2H),5.19 (dd,J=12.6,2.4 Hz,1H),3.60 (dd,J=17.2,2.4 Hz,1H),2.65 (dd,J=17.2,12.8 Hz,1H),2.10 (s,3H),2.02 (s,3H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ162.6,157.9,153.2,140.1,131.8,128.7,128.4,126.3,125.3,121.5,120.4,117.9,33.4,25.3,18.6;GC-MS (calcd),m/z (%):278.14 (M+);GC-MS (found),m/z (%):278.25 (M+)。
化合物4k:亮黃色晶體,收率為92%,m. p. 111.5~110.3 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.16 (d,J=7.6 Hz,1H),7.48 (d,J=7.6 Hz,2H),7.41 (t,J=7.6 Hz,2H),7.37~7.29 (m,2H),7.03~6.98 (m,2H),5.15 (dd,J=12.6,2.4 Hz,1H),3.53 (dd,J=17.2,2.6 Hz,1H),2.57 (dd,J=17.2,12.6 Hz,1H),2.47~2.40 (m,1H),2.38~2.29 (m,3H),1.15 (t,J=7.6 Hz,3H),1.02 (t,J=7.6 Hz,3H).;13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ169.9,157.7,152.3,140.2,131.6,128.8,128.7,128.4,126.3,125.3,121.5,120.5,117.9,77.7,33.2,29.6,24.6,11.0,10.9;GC-MS (calcd),m/z (%):306.17 (M+);GC-MS (found),m/z (%):306.25 (M+)。
化合物4l:淡黃色晶體,收率為78%,m. p. 136.9~136.8 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ8.21 (d,J=7.8 Hz,1H),7.53 (d,J=7.4 Hz,2H),7.46 (t,J=7.4 Hz,2H),7.38 (dt,J=14.8,7.4 Hz,2H),7.05 (t,J=8.6 Hz,2H),5.19 (dd,J=12.6,2.4 Hz,1H),3.63 (dd,J=17.2,2.6 Hz,1H),2.68~2.60 (m,2H),2.54~2.48 (m,1H),2.45~2.36 (m,2H),1.80~1.73 (m,3H),1.71~1.63 (m,3H);13C NMR (100 MHz,CDCl3)δ168.0,157.8,153.5,140.1,131.7,128.7,128.4,126.3,125.3,121.5,120.5,117.9,77.8,77.4,77.1,76.8,35.8,33.3,28.8,27.6,26.6,25.9;GC-MS (calcd),m/z (%):318.17 (M+);GC-MS (found),m/z (%):318.25 (M+)。
基于已報道文獻(xiàn)及本課題組已有的工作基礎(chǔ),我們對該縮合反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)條件進(jìn)行了考察。首先,在該反應(yīng)歷程中,由于黃烷酮單腙中間體化學(xué)性質(zhì)非常活潑,在反應(yīng)溶劑中化學(xué)穩(wěn)定性較差,易于分解為黃烷酮起始原料。進(jìn)而與未完全分解的黃烷酮單腙活性中間體發(fā)生脫水縮合反應(yīng)得到大量穩(wěn)定的黃烷酮雙腙副產(chǎn)物。而無法與其他結(jié)構(gòu)多樣的醛、酮分子脫水縮合得到對應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物(4a~4l)。因此在反應(yīng)中需要對高活性中間體黃烷酮單腙合成反應(yīng)的反應(yīng)條件進(jìn)行控制。本文主要探討了黃烷酮單腙中間體合成反應(yīng)的溫度、原料配比及催化劑的用量等三個維度對最優(yōu)反應(yīng)條件進(jìn)行了探討。
2.1.1 反應(yīng)溫度對黃烷酮單腙中間體產(chǎn)率的影響
基于課題組的工作,我們以無水乙醇為反應(yīng)溶劑,反應(yīng)原料n(黃烷酮)和n(水合肼)的物質(zhì)的量分別為0.2 mmol及0.8 mmol。本文主要依據(jù)原料黃烷酮完全轉(zhuǎn)化所需的時間以及產(chǎn)物及副產(chǎn)物的種類兩個維度,探究該反應(yīng)的最佳溫度。由表1數(shù)據(jù)可知,將反應(yīng)溫度升高,原料黃烷酮完全轉(zhuǎn)化所需要的時間縮短,即該反應(yīng)速率增快,但由于生成的中間體不穩(wěn)定,易于發(fā)生其他類型的副反應(yīng),生成其他雜質(zhì);但當(dāng)反應(yīng)溫度過低時,由于完全轉(zhuǎn)化所需時間長,易于導(dǎo)致高活性中間體黃烷單腙2與黃烷酮進(jìn)一步脫水縮合,生成黃烷酮雙腙副產(chǎn)物;因此,在綜合考慮目標(biāo)產(chǎn)物黃烷酮單腙的產(chǎn)率、副產(chǎn)物的數(shù)量及原料成本的情況下,本實驗合成中間體黃烷酮單腙2的最佳溫度是45 ℃。
表1 反應(yīng)溫度對中間體2產(chǎn)率的影響
2.1.2 原料配比對中間體2產(chǎn)率的影響
在確定了該反應(yīng)的最佳溫度后,隨后對反應(yīng)原料黃烷酮與水合肼的最優(yōu)配比進(jìn)行了探討。由表2實驗結(jié)果可得,隨著反應(yīng)原料水合肼的投入量的增大,原料黃烷酮完全轉(zhuǎn)化的反應(yīng)時間越短;而當(dāng)原料黃烷酮的投入量增大時,由于中間體黃烷酮單腙的穩(wěn)定性差,易在反應(yīng)溶劑中轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性更高的對稱的黃烷酮雙腙副產(chǎn)物,使得目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率降低。最終,我們確定了合成中間體黃烷酮單腙2的最佳配比為n(7-甲氧基-1-萘滿酮)∶n(水合肼)=1∶3。
表2 原料配比對中間體2產(chǎn)率的影響
表3 催化劑對中間體2產(chǎn)率的影響
2.1.3 催化劑用量對中間體2產(chǎn)率的影響
最后,通過改變催化劑的用量,以原料反應(yīng)完全所需的時間以及產(chǎn)物的數(shù)量,研究了催化劑對目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響。如表5結(jié)果所示。在最優(yōu)的反應(yīng)溫度及原料配比的情況下,冰乙酸的用量對反應(yīng)的結(jié)果有顯著地影響。當(dāng)不加入催化劑時,完全轉(zhuǎn)化黃烷酮原料所需的時間較長,同時產(chǎn)率僅為72%。隨著醋酸的添加量增加,反應(yīng)速率提高,目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率也隨之升高。當(dāng)醋酸的添加量提高至10mol%后,目標(biāo)產(chǎn)物2的收率可達(dá)83%。
通過反應(yīng)的溫度、反應(yīng)原料配比及催化劑的添加量的探究后,我們確定了得到了最優(yōu)的反應(yīng)條件為以3 mL無水乙醇為反應(yīng)溶劑,以1∶3的比例加入黃烷酮與水合肼原料,在45 ℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)6.5 h,即可高產(chǎn)率地得到高活性黃烷酮單腙2中間體,經(jīng)進(jìn)一步分離提純,隨后與12不同結(jié)構(gòu)的醛、酮衍生物發(fā)生脫水縮合反應(yīng)即可合成目標(biāo)的不對稱黃烷酮雙腙產(chǎn)物4(圖1)??傮w來說,在最優(yōu)的反應(yīng)條件下,無論是醛或是酮類衍生物均可順利地轉(zhuǎn)化為目標(biāo)不對稱黃烷酮雙腙產(chǎn)物,最高產(chǎn)率可高達(dá)92%。該反應(yīng)具有官能團(tuán)容忍度高、底物普適性廣等特點(diǎn),無論是吸電子基團(tuán)鹵素、硝基,還是供電子基團(tuán)羥基、甲氧基都不影響反應(yīng)的發(fā)生。同時,取代基在苯環(huán)上的位置對于目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率也沒有較大的影響,產(chǎn)率均可達(dá)到中等至良好。值得一提的是,烷基酮例如丙酮、3-戊酮、環(huán)己酮都適用于該反應(yīng)。
圖1 反應(yīng)底物拓展
本文以生物活性分子黃烷酮為初始原料,實現(xiàn)了與水合肼的高效脫水縮合反應(yīng)合成高活性中間體黃烷單腙2,探究得到合成該高活性中間體的最佳的反應(yīng)條件為:以3 mL無水乙醇為溶劑,以1∶3的比例加入黃烷酮與水合肼,在45 ℃的條件下反應(yīng)6.5 h。隨后,可與多種不同類型的取代芳香醛、芳香酮及烷基酮分子,以中等至高收率合成了一系列的不對稱雙腙類化合物。該研究為不對稱黃烷酮雙腙類化合物的合成提供了一條綠色、簡便的新途徑。該類化合物的抗腫瘤、抗菌活性正在進(jìn)一步探究中。