尹秋月，袁金偉，薛 穎，肖詠梅，毛 璞，屈凌波

（河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引言

大豆苷元（7,4′ -二羥基異黃酮，daidzein）的相對(duì)分子質(zhì)量為254，白色粉末狀固體，在水中溶解度極?。?.445 μg/mL），化學(xué)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.大豆苷元主要存在于豆科植物如大豆中，是一種重要的異黃酮化合物，具有抗氧化[1]、保護(hù)心血管[2-3]、抗癌[4]、調(diào)節(jié)雌激素[5]和治療骨質(zhì)疏松[6]等廣泛的藥理活性，在食品、保健品、藥品和化妝品等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用.但是，大豆苷元由苯環(huán)A 和B 通過(guò)中間的環(huán)C 連接而成的一個(gè)共軛體系，空間結(jié)構(gòu)幾乎成為一個(gè)平面，剛性結(jié)構(gòu)強(qiáng)，即使大豆苷元結(jié)構(gòu)中含有2 個(gè)羥基，由于分子間形成氫鍵等因素的影響，其親水性和親脂性都較差，從而導(dǎo)致其生物利用度低，限制了其在臨床上的使用[7].因此，通過(guò)對(duì)大豆苷元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，改變其物化性質(zhì)或引入活性基團(tuán)，提高其生物利用度已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn).

圖1 大豆苷元的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of daidzein

近年來(lái)，為了改善大豆苷元的溶解性，進(jìn)一步提高大豆苷元的生物活性，一系列的大豆苷元衍生物已經(jīng)被合成.如張尊聽(tīng)等[8-9]利用磺化反應(yīng)合成出系列的大豆苷元的磺酸鹽，提高了其在水中的溶解度，抗氧化和缺血活性也有明顯的提高.陳曉嵐等[10-11]利用磷?；磻?yīng)合成出一系列的大豆苷元磷?；苌?，并對(duì)其與蛋白的弱相互作用及Cease 和AChE 抑制作用進(jìn)行了研究.屈凌波等[12-13]以大豆苷元、甲醛為原料，在脂肪胺催化下合成出大豆苷元雙黃酮衍生物，并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化.Strong 等[14]設(shè)計(jì)并合成系列烷基化等大豆苷元衍生物，對(duì)成骨細(xì)胞的成長(zhǎng)具有較好的作用.但是，對(duì)于大豆苷元的胺甲基化衍生物的合成，還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道.N—烷基官能團(tuán)插入分子中往往比母體化合物的溶解度有顯著的提高，且提高了藥物的活性，降低了毒副作用[15].Mannich 胺甲基化反應(yīng)是形成C—N 鍵，在化合物中引入N—烷基官能團(tuán)的一個(gè)有效的反應(yīng).因此，作者以大豆苷元為原料，分別與甲醛和不同的一級(jí)胺或二級(jí)胺發(fā)生Mannich 反應(yīng)，設(shè)計(jì)并合成了6 個(gè)大豆苷元胺甲基化衍生物，見(jiàn)圖2，其結(jié)構(gòu)通過(guò)IR、1H NMR、13C NMR和HR MS 進(jìn)行了確認(rèn)，并對(duì)反應(yīng)溶劑、溫度、時(shí)間和反應(yīng)物的物質(zhì)的量比等影響因素進(jìn)行了考察.

圖2 大豆苷元-8-胺甲基化衍生物的合成Fig.2 Synthesis of daidzein-8-aminomethylated derivatives

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆苷元（98%）：陜西慧科植物開(kāi)發(fā)有限公司；37%甲醛水溶液、異丙胺、正丙胺、正丁胺、二甲胺、二乙胺和二正丙基胺均為分析純：阿拉丁試劑公司；甲醇、乙醇、異丙醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、氯仿等溶劑均為分析純：國(guó)藥集團(tuán)試劑有限公司.

1.2 儀器與設(shè)備

Bruker 400 MHz 超導(dǎo)核磁共振儀（DMSO-d6為溶劑，TMS 為內(nèi)標(biāo)）：瑞士Bruker 公司；Agilent LCMSD-Trap-XCT 高分辨質(zhì)譜儀（CH3OH 為溶劑）：美國(guó)Agilent 公司；Shimadazuir-408 型紅外光譜儀（KBr 壓片）：日本島津公司；XT-4 型顯微熔點(diǎn)儀（溫度未校正）：北京泰克儀器有限公司.

1.3 大豆苷元-8-胺甲基化衍生物的合成

稱(chēng)取1.0 g（3.9 mmol）大豆苷元于50 mL 圓底燒瓶中，加入10 mL N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶解，在室溫下攪拌至溶液澄清.然后向溶液中加入0.5 mL 37 %的甲醛水溶液，攪拌均勻后再加入1.2 g（3.9 mmol）正丙胺.65 ℃通過(guò)TLC 跟 蹤監(jiān)測(cè)，反應(yīng)進(jìn)行4～6 h 后停止.減壓蒸除溶劑后，反應(yīng)液靜置后析出固體.用無(wú)水乙醇重結(jié)晶或通過(guò)快速柱層析(=8∶1)分離，得到純品7，4′-二羥基-8-異丙胺甲基-異黃酮.

其他目標(biāo)化合物的合成同上.

1.4 目標(biāo)化合物的表征

7,4′ -二羥基-8-異丙胺甲基-異黃酮：白色粉末，熔點(diǎn)：131～132 ℃.IR (KBr) ν(cm-1)：3 438(—NH，—OH)，3 084，2 963，2 851(—CH3，—CH2)，1 681 (C＝O)，1 280 (C—N)；1H NMR(DMSO-d6)δ：1.16 (d，J=6.4 Hz，6H，—NHCH (CH3)2)，3.03 (m，1H，—NHCH(CH3)2)，4.17 (s，2H，C8—CH2)，6.63(d，J=8.9 Hz，1H)，6.80 (d，J=8.6 Hz，2H)，7.36(d，J=8.6 Hz,2H)，7.78(d，J=8.9 Hz，1H)，8.21(s，1H)；13C NMR (DMSO -d6)δ：24.0，43.8，53.0，109.8，110.2，112.2，116.2，122.7，125.0，127.6，130.1，153.0，155.4，157.5，161.4，175.2 (C＝O)；HR MS m/z：326.139 1[M+H]+(calculated for C19H20NO4+326.138 7).

7，4′ -二羥基-8-正丙胺甲基-異黃酮：白色粉末，熔點(diǎn)：137～138 ℃.IR (KBr) ν(cm-1):3 445(—NH，—OH)，3 088，2 965，2 854(—CH3，—CH2)，1 683 (C ＝O)，1281 (C—N)；1H NMR(DMSO-d6) δ:0.95 (t，J=7.4 Hz，3H，—NHCH2CH2CH3)，1.57 (m，2H)，2.71 (m，2H)，4.05 (s，2H，C8—CH2)，6.67 (d，J=8.8 Hz，1H)，6.80(d，J=8.6 Hz，2H)，7.37(d，J=8.6 Hz，2H)，7.80(d，J=8.8 Hz，1H)，8.19(s，1H);13C NMR (DMSO-d6)δ:11.7(—NHCH2CH2CH3)，20.8，48.6，56.4，109.8，115.3，116.2，117.8，122.9，123.7，126.3，130.5，152.7，155.6，157.4，169.6，175.2(C ＝O)；HR MS m/z：326.138 8 [M+H]+(calculated for C19H20NO4+326.138 7).

7，4′ -二羥基-8-正丁胺甲基-異黃酮：白色粉 末，熔 點(diǎn)：140～141 ℃.IR (KBr) ν(cm-1):3 485(—NH，—OH)，3 020，2 833(—CH3，—CH2)，1687(C＝O)，1274(C—N)；1H NMR (DMSO-d6) δ:0.88 (t，J=7.2 Hz，3H，—NHCH2CH2CH2CH3)，1.34(m，2H)，1.51 (m，2H)，2.70(t，J=7.2 Hz，2H)，4.15(s，2H)，6.67 (d，J=8.8 Hz，1H)，6.80(d，J=8.6 Hz，2H)，7.37 (d，J=8.6 Hz，2H)，7.81 (d，J=8.8 Hz，1H)，8.21 (s，1H)；13C NMR (DMSO -d6) δ:13.9 (—NHCH2CH2CH2CH3)，21.9，32.8，48.7，55.2，109.7，115.3，116.2，117.7，122.9，123.7，126.3，130.5，152.7，155.6，157.4，169.5，175.2(C＝O)；HR MS m/z：340.154 6[M+H]+(calculated for C20H22NO4+340.154 3).

7，4′ -二羥基-8-二甲胺甲基-異黃酮：白色粉末，熔點(diǎn)：124～125 ℃.IR (KBr) ν(cm-1):3 440(—OH)，2 955，2 853(—CH3，—CH2)，1 624(C＝O)，1 265 (C—N)；1H NMR (DMSO-d6)δ:2.80(s，6H)，4.42 (s，2H)，6.84 (d，J=8.7 Hz，2H)，7.24 (d，J=8.9 Hz，1H)，7.38 (d，J=8.7 Hz，2H)，8.08 (d，J=8.9 Hz，1H)，8.32 (s，1H)，9.66 (s，1H)，11.94 (bs，1H)；13C NMR (DMSO-d6) δ:43.0，49.0，104.5，114.9，115.5，117.0，122.6，124.1，129.0，130.5，153.0，156.6，157.8，162.4，175.2(C＝O)；HR MS m/z：312.123 2[M+H]+(calculated for C18H18NO4+312.123 0).

7，4′ -二羥基-8-二乙胺甲基-異黃酮：白色粉末，熔點(diǎn)：135～136 ℃.IR (KBr) ν(cm-1):3 439(—OH)，3 085，2 962，2 852 (—CH3，—CH2)，1 680(C＝O)，1 280 (C—N)；1H NMR (DMSO-d6) δ:1.34(t，J=6.9 Hz，6H，—N (CH2CH3)2)，3.16 (q，J=6.9 Hz，4H)，4.39(s，2H)，6.89(d，J=8.6 Hz，2H)，7.28(d，J=8.9 Hz，1H)，7.39 (d，J=8.6 Hz，2H)，8.06 (d，J=8.9 Hz，1H)，9.70(s，1H)，8.38(s，1H)，12.02(s，1H)；13C NMR (DMSO -d6)δ:9.02，44.0，47.7，104.7，114.9，115.4，115.5，117.0，122.6，124.0，128.8，130.4，153.1，156.6，157.8，162.4，175.2 (C=O)；HR MS m/z：340.154 5[M+H]+(calculated for C20H22NO4+340.154 3).

7，4′ -二羥基-8-二正丙胺甲基-異黃酮：白色粉末，熔點(diǎn)：145～146 ℃.IR (KBr) ν(cm-1):3 445(—OH)，3 085，2 962，2 852 (—CH3，—CH2)，1 675(C＝O)，1 270(C—N)；1H NMR(DMSO-d6)，δ:0.86(t，J=7.3 Hz，6H，—N(CH2CH2CH3)2)，1.55(m，4H)，2.54(m，4H)，4.07 (s，2H)，6.82 (m，3H)，7.39 (d，J=8.6 Hz，2H)，7.89 (d，J=8.8 Hz，1H)，8.29 (s，1H)；13C NMR (DMSO-d6)δ:12.0 (—N(CH2CH2CH3)2)，19.3，50.4，55.4，108.7，115.4，115.7，116.4，123.0，123.7，126.0，130.5，152.8，155.3，157.6，164.5，175.2 (C＝O)；HR MS m/z：368.185 4 [M+H]+(calculated for C22H26NO4+368.185 6).

2 結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)位點(diǎn)的確證

大豆苷元-8-胺甲基化衍生物的IR 圖譜上，3 440 cm-1左右是—OH 的吸收峰，3 085～2 833 cm-1的吸收峰為—CH3和—CH2中的C—H 振動(dòng)吸收峰，1 650 cm-1左右是C＝O 的吸收峰，1 265～1 280 cm-1的吸收峰為C—N 振動(dòng)吸收峰，證實(shí)了大豆苷元-8-胺甲基化衍生物的形成.當(dāng)以大豆苷元為原料發(fā)生Mannich 反應(yīng)時(shí)，大豆苷元的芳環(huán)上有多個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)，但是通過(guò)控制反應(yīng)條件，該反應(yīng)區(qū)域選擇性的在大豆苷元的8 位發(fā)生反應(yīng)，形成了一系列大豆苷元-8-胺甲基化衍生物.如目標(biāo)化合物8-二正丙胺甲基大豆苷元衍生物（7，4′ -二羥基-8-二正丙胺甲基-異黃酮），根據(jù)其質(zhì)譜數(shù)據(jù)可知，有368 [M+H]+的分子離子峰，說(shuō)明生成的是單胺甲基大豆苷元衍生物.在大豆苷元的1H NMR 譜上，δ 6.88 (s，1H)是A 環(huán)上H-8 的化學(xué)位移，而在8-二正丙胺甲基大豆苷元衍生物的1H NMR 譜上H-8 的峰消失，且在δ 4.07 (s，2H)處出現(xiàn)了一個(gè)亞甲基的峰.在13C NMR 譜中，大豆苷元A 環(huán)上C-8 的化學(xué)位移是δ 102.5，而8-二正丙胺甲基大豆苷元衍生物上C-8 的化學(xué)位向低場(chǎng)移動(dòng)6.2 ppm 至δ 108.7，而其相鄰碳的化學(xué)位移變化不大.通過(guò)1H NMR，13C NMR 和質(zhì)譜數(shù)據(jù)綜合分析，雖然大豆苷元發(fā)生胺甲基化反應(yīng)的位點(diǎn)有多處，但在此反應(yīng)中的反應(yīng)位點(diǎn)是8 位，該反應(yīng)具有明顯的區(qū)域選擇性.

2.2 大豆苷元-8-胺甲基化衍生物合成的影響因素研究

為了提高目標(biāo)化合物的產(chǎn)率，以大豆苷元、甲醛和二正丙基胺為反應(yīng)底物，對(duì)溶劑、時(shí)間、溫度和反應(yīng)物的物質(zhì)的量比等因素進(jìn)行了考察.

2.2.1 反應(yīng)溶劑的影響

由于大豆苷元溶解度較差，反應(yīng)溶劑的選擇將對(duì)于產(chǎn)物的產(chǎn)率有較大的影響.根據(jù)黃酮類(lèi)化合物的溶解性能，分別選擇甲醇、乙醇、異丙醇、THF和DMF 等為溶劑，反應(yīng)物大豆苷元與二正丙基胺的物質(zhì)的量比為1∶1，反應(yīng)時(shí)間為6 h，反應(yīng)溫度為65 ℃，結(jié)果如圖3 所示.結(jié)果表明：以甲醇、乙醇和四氫呋喃為溶劑時(shí)，由于大豆苷元在其中的溶解性差，因此產(chǎn)率較低（<30.0%）；改用異丙醇為溶劑時(shí)，產(chǎn)率有所提高（42.0%）；當(dāng)以DMF 為溶劑時(shí)，產(chǎn)率明顯提高（58.0%），且副產(chǎn)物較少，易于分離，因此選用DMF 為反應(yīng)溶劑.

圖3 反應(yīng)溶劑對(duì)產(chǎn)率的影響Fig.3 The influence of the solvent on the yield

2.2.2 反應(yīng)溫度的影響

以DMF 為反應(yīng)溶劑，選擇0、20、40、65、80、100 ℃不同的反應(yīng)溫度，反應(yīng)物的物質(zhì)的量比為1∶1，反應(yīng)時(shí)間為6 h，結(jié)果如圖4 所示.結(jié)果表明：反應(yīng)溫度對(duì)該反應(yīng)具有明顯的影響.隨著溫度的升高反應(yīng)產(chǎn)率逐步增加，當(dāng)溫度為65 ℃時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最高值84%；繼續(xù)升高溫度，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率反而下降.分析其中的原因，可能是在65 ℃以下，該反應(yīng)受到熱力學(xué)規(guī)律控制，升高溫度，增加了分子的動(dòng)能，反應(yīng)的速度增加，產(chǎn)物的產(chǎn)率隨之提高；當(dāng)溫度超過(guò)65 ℃以后，由于大豆苷元結(jié)構(gòu)中的酚羥基容易氧化，或有雙胺甲基化產(chǎn)物等副產(chǎn)物生成，因而會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物的產(chǎn)率降低.因此，該反應(yīng)選擇65 ℃為最佳的反應(yīng)溫度.

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響Fig.4 The influence of the temperature on the yield

2.2.3 反應(yīng)時(shí)間的影響

以大豆苷元與二正丙基胺(物質(zhì)的量比為1∶1)為原料，DMF 為反應(yīng)溶劑，選擇0.5、2.0、4.0、6.0、8.0 h 不同的時(shí)間在65 ℃溫度下反應(yīng)，結(jié)果如圖5所示.結(jié)果顯示：在2.0 h 之前，反應(yīng)產(chǎn)率增加明顯；在2.0 h 后，隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)反應(yīng)產(chǎn)率緩慢增加；反應(yīng)6.0 h 時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最高（84.0%）；如果繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率開(kāi)始下降，原因可能是部分單取代的胺甲基化產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為雙取代的大豆苷元衍生物，從而使目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率降低.因此選擇6.0 h 為最佳的反應(yīng)時(shí)間.

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響Fig.5 The influence of the time on the yield

2.2.4 反應(yīng)物的物質(zhì)的量比對(duì)反應(yīng)的影響

以DMF 為溶劑，大豆苷元與二正丙胺的物質(zhì)的量比 分別選 擇為2.5∶1，2∶1，1.5∶1，1∶1 和0.5∶1，在65 ℃下反應(yīng)6.0 h.由于甲醛采用的是37%的甲醛水溶液，在反應(yīng)過(guò)程中部分會(huì)揮發(fā)，因此反應(yīng)中甲醛的量都是過(guò)量的（是大豆苷元的3 倍），結(jié)果如圖6 所示.結(jié)果表明：反應(yīng)原料的物質(zhì)的量的比對(duì)產(chǎn)率有明顯的影響，隨著二正丙胺量的增加，產(chǎn)物的產(chǎn)率逐漸升高；當(dāng)其物質(zhì)的量比為1∶1 時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到84.0%；繼續(xù)增加二正丙胺的量，產(chǎn)物的產(chǎn)率反而下降，原因可能是由于反應(yīng)液中胺過(guò)量，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，生成的大豆苷元的單胺甲基化取代產(chǎn)物部分轉(zhuǎn)化成雙取代的產(chǎn)物，從而導(dǎo)致單取代產(chǎn)物的產(chǎn)率降低.因此，大豆苷元與二正丙胺最佳的物質(zhì)的量比為1∶1.

以大豆苷元、甲醛和二正丙胺為原料，通過(guò)對(duì)反應(yīng)的考察，篩選出最佳的反應(yīng)條件，即大豆苷元與胺的物質(zhì)的量比為1∶1，在65 ℃DMF 溶劑中反應(yīng)6 h，最高產(chǎn)率可達(dá)84.0%.

圖6 反應(yīng)物的物質(zhì)的量的比對(duì)產(chǎn)率的影響Fig.6 The influence of the molar ratio of reactants on the yield

3 結(jié)論

以大豆苷元、甲醛和一級(jí)胺或二級(jí)胺為原料，通過(guò)Mannich 反應(yīng)成功合成了一系列大豆苷元-8-胺甲基化衍生物，該反應(yīng)具有明顯的區(qū)域選擇性，通過(guò)IR、1H NMR、13C NMR 和HR MS 對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確認(rèn).對(duì)反應(yīng)物的比例、溶劑、溫度和時(shí)間等影響因素進(jìn)行了優(yōu)化，得到最佳的反應(yīng)條件，該方法為大豆苷元的選擇性胺甲基化衍生物的合成提供了一條方便可行的路線(xiàn).

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