柳 陽(yáng)，王欣然，袁李晉，王振希，陳子銘，屈婕妤

(南昌工程學(xué)院 理學(xué)院，江西 南昌 330099)

含氮雜環(huán)化合物廣泛存在于自然界中，因其具有多種生物活性，使其在多種領(lǐng)域中起著不同的作用[1]。在眾多含氮雜環(huán)化合物中，吲哚類(lèi)化合物是一類(lèi)不能忽視的存在。含吲哚的衍生物在自然界分布很廣，許多天然化合物的結(jié)構(gòu)中都含有吲哚環(huán)，生命活動(dòng)中許多重要的環(huán)節(jié)都有吲哚衍生物的密切參與，所以吲哚化合物是一類(lèi)很重要的雜環(huán)化合物。例如3-甲基吲哚(圖1)廣泛存在于花朵與精油中，如橙花、茉莉等。是配制茉莉花型的重要原料，也是配制人造靈貓香膏不可或缺的原料之一。其次也可作為食品等香精加香之用。因此被廣泛用于香水、定香劑以及食物香料等。藥物吲哚美辛(圖1)具有消炎鎮(zhèn)痛的功效，用于痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎、急、慢性風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及癌性疼痛；也可用于滑囊炎、腱鞘炎及關(guān)節(jié)囊炎等。家喻戶(hù)曉的保健品“腦白金”風(fēng)靡一時(shí)，其有效成分為褪黑素(圖1)，是一類(lèi)從哺乳動(dòng)物松果體中提取出來(lái)的一種吲哚類(lèi)激素。

2-吲哚酮又稱(chēng)羥吲哚，是一類(lèi)具有吲哚骨架的化合物，此類(lèi)化合物同樣也具有良好的生物活性，如消炎、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛、調(diào)節(jié)受體激酶、降血壓等，在醫(yī)藥和農(nóng)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2-3]。如抗炎藥物替尼達(dá)普(圖1)，是一類(lèi)非甾體消炎藥，為環(huán)氧酶和脂氧酶的良好抑制劑，用于類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的治療。新型多靶點(diǎn)酪氨酸激酶抑制劑舒尼替尼(圖1)，是治療腫瘤的口服藥物。用于治療對(duì)標(biāo)準(zhǔn)療法沒(méi)有響應(yīng)或不能耐受之胃腸道基質(zhì)腫瘤和轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌。抗腫瘤效果好且副作用小，分子結(jié)構(gòu)中都含有2-吲哚酮骨架單元。

圖1 含吲哚和2-吲哚酮骨架生物活性分子

薁(Azulene)又名甘菊藍(lán)(圖2)，它是由一個(gè)七元環(huán)和一個(gè)五元環(huán)稠合而成的。成環(huán)原子的外圍有10個(gè)π電子，符合休克爾規(guī)則，故具有芳香性，是典型的非苯芳香化合物。是一種從植物精油中提取出來(lái)的天然化合物。薁類(lèi)衍生物具有抗氧化和抗炎作用，是一類(lèi)具有獨(dú)特生物活性和藥理活性的天然產(chǎn)物，適用于醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域。

在薁類(lèi)化合物中，目前研究最為廣泛的是愈創(chuàng)薁(圖2)，又稱(chēng)愈創(chuàng)藍(lán)油烴或愈創(chuàng)藍(lán)油烴薁。最早是從一種春黃菊的植物中提取得到，其還存在于桑種植物無(wú)花果的根和根皮、蕓香科植物九里香的葉、杜鵑花科植物興安杜鵑的葉中。具有消炎及促進(jìn)組織肉再生作用，能促進(jìn)燒燙傷創(chuàng)面愈合，并有防熱、防輻射、防皸裂作用[4-5]。

目前，基于愈創(chuàng)薁結(jié)構(gòu)的藥物已經(jīng)有了商品化產(chǎn)品，代表性藥品為薁磺酸鈉(圖2)。在愈創(chuàng)薁的分子結(jié)構(gòu)上，增加了水溶性基團(tuán)制備而成的，由于其是半合成品，故其副作用較小。該成分具有抗菌、抗過(guò)敏及組織再生功能等作用，而且安全性高，故廣泛應(yīng)用于各種藥物制劑。主要集中在醫(yī)藥、保健品及化妝品上。特別是對(duì)皮膚及口腔疾病的治療和預(yù)防，效果顯著。已在臨床應(yīng)用于眼睛和牙周膜炎的治療以及心血管疾病等[6]。

圖2 薁、愈創(chuàng)薁、薁磺酸鈉分子結(jié)構(gòu)

另外，在化妝品領(lǐng)域，愈創(chuàng)薁及其衍生物也廣泛應(yīng)用于具有消炎、潤(rùn)膚、保濕和抗皺等功能的乳液中，效果良好。在其它領(lǐng)域，包括可用作染料著色劑，激光打印和靜電復(fù)印；還可用作濾光片、液晶顯示器、可再充電電池、熒光轉(zhuǎn)化膜、光學(xué)記錄器和光感受器等[7-8]。

由于薁類(lèi)衍生物展現(xiàn)出了獨(dú)特的生物活性和藥理作用，圍繞其展開(kāi)的科學(xué)研究可以追溯到一百年前。其中，基于薁核骨架的修飾合成薁類(lèi)衍生物是目前研究的熱點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)在于薁核具有較高的化學(xué)活性，因此可以簡(jiǎn)單、高效地嫁接其它基團(tuán)，獲得結(jié)構(gòu)多樣的薁類(lèi)衍生物。目前還沒(méi)文獻(xiàn)有報(bào)道愈創(chuàng)薁取代2-吲哚酮的合成。通過(guò)1-愈創(chuàng)薁甲醛與2-吲哚酮脫水縮合反應(yīng)是合成3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮最為簡(jiǎn)便的途徑。目前文獻(xiàn)報(bào)道的芳基醛與2-吲哚酮脫水縮合反應(yīng)大多在高溫下通過(guò)哌啶催化反應(yīng)，該反應(yīng)需要較高溫度，且哌啶屬于易燃、高毒，同時(shí)也是易制毒管制化合物[9]。

本文以1-愈創(chuàng)薁甲醛和2-吲哚酮為原料，乙二醇為溶劑，在氫氧化鈉存在下，實(shí)現(xiàn)了3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮的室溫合成，獲得了高收率的目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)核磁和質(zhì)譜表征確認(rèn)。產(chǎn)物兼具愈創(chuàng)薁和2-吲哚酮結(jié)構(gòu)，預(yù)期具有優(yōu)良的抗炎或抗腫瘤活性。另外產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)含有高反應(yīng)活性的a，β不飽和基團(tuán)，可以為產(chǎn)物進(jìn)一步衍生化提供反應(yīng)活性位點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要化學(xué)試劑與原料

1-愈創(chuàng)薁甲醛參照文獻(xiàn)以愈創(chuàng)薁為原料合成[10]；愈創(chuàng)薁：99%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；2-吲哚酮：98%，安耐吉化學(xué)；三氯氧磷：98%，安耐吉化學(xué)；所有溶劑都為分析純，采購(gòu)于西隴化工股份有限公司，四氫呋喃(THF)、乙醇(EtOH)、甲醇(MeOH)、乙二醇(EG)、乙醚(Et2O)、甲苯(Toluene)、氯仿(CHCl3)、二甲基亞砜(DMSO)、乙腈(MeCN)、乙酸乙酯(EA)、二氯甲烷(DCM)、正己烷(n-Hexane)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。堿均采購(gòu)于安耐吉化學(xué)，碳酸銫(Cs2CO3)，99%；叔丁醇鉀(t-BuOK)，98%；叔丁醇鈉(t-BuONa)，98%；氫氧化鈉(NaOH)，99%；氫氧化鉀(KOH)，98%；磷酸鉀(K3PO4)，98%；甲醇鈉(MeONa)，99%；碳酸鉀(K2CO3)，99%；碳酸鈉(Na2CO3)，99%；碳酸氫鈉(NaHCO3)，98%；碳酸氫鉀(KHCO3)，98%；三水合乙酸鈉(NaOAc·H2O)，98%；吡啶(Pyridine)，分析純；三乙胺(Et3N)，分析純；對(duì)二甲氨基吡啶(DMAP)，98%；二正丁基胺(n-Bu2N)，分析純。

1.2 儀器與測(cè)試方法

樣品純化選用柱層析分離，硅膠200～300目，使用石油醚/乙酸乙酯作為展開(kāi)劑。核磁測(cè)試以CDCl3為溶劑，儀器分辨率為1H NMR(400 MHz)和13C NMR(100 MHz)，儀器型號(hào)為Bruker AVANCE II-400。高分辨質(zhì)譜(HRMS-ESI)在Micromass Waters Q-TOF質(zhì)譜儀上測(cè)試。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1-愈創(chuàng)薁甲醛合成反應(yīng)的一般操作(圖3)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于裝配磁力攪拌子的反應(yīng)瓶中加入N，N-二甲基甲酰胺(10 mL)，反應(yīng)瓶置于冰水浴中。之后加入三氯氧磷(3067 mg，20 mmol)，并保持冰水浴攪拌反應(yīng)0.5 h。在冰水浴下逐滴滴加愈創(chuàng)薁(1983 mg，10 mmol)，先在冰水浴下攪拌反應(yīng)1.5 h，之后移除冰水浴再室溫?cái)嚢璺磻?yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后，加水和氫氧化鈉水溶液中和至水相為弱堿性。并用二氯甲烷萃取，無(wú)水硫酸鈉干燥。粗產(chǎn)物過(guò)濾后采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮，再通過(guò)柱層析獲得純凈的目標(biāo)產(chǎn)物，流動(dòng)相為石油醚比乙酸乙酯(體積比10：1-1：1)，獲得純凈1-愈創(chuàng)薁甲醛1991 mg，黑紫色固體，收率88%。產(chǎn)物經(jīng)氫核磁和氣質(zhì)聯(lián)用確認(rèn)。

3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮合成反應(yīng)的一般操作(圖4)，在空氣氛圍中，于裝配磁力攪拌子的反應(yīng)瓶中，依次加入2-吲哚酮(13.3 mg，0.1 mmol)、乙二醇(1.5 mL)、1-愈創(chuàng)薁甲醛(22.6 mg，0.1 mmol)、氫氧化鈉(8 mg，0.2 mmol)，封閉反應(yīng)體系，在室溫下反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后，加水，并用二氯甲烷萃取，無(wú)水硫酸鈉干燥，加入一定量的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)1，3，5-三甲氧基苯，混勻后采用高效液相色譜測(cè)試產(chǎn)物含量，計(jì)算產(chǎn)物收率，粗產(chǎn)品通過(guò)柱層析獲得純凈的目標(biāo)產(chǎn)物。

圖3 1-愈創(chuàng)薁甲醛合成反應(yīng)方程式

圖4 3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮合成反應(yīng)方程式

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑對(duì)3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮合成反應(yīng)的影響

雖然目前還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道1-愈創(chuàng)薁甲醛與2-吲哚酮反應(yīng)生成3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮，但可以參考其它芳基醛與2-吲哚酮脫水縮合反應(yīng)的反應(yīng)條件。目前這類(lèi)反應(yīng)常用的方法是在高溫下，采用哌啶為堿催化劑，但是由于哌啶屬于易燃、高毒，同時(shí)也是易制毒管制化合物，極大限制了其廣泛使用。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)芳基醛與2-吲哚酮脫水縮合反應(yīng)也可以在當(dāng)量常見(jiàn)堿存在下實(shí)現(xiàn)。

首先，考察溶劑對(duì)3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮合成反應(yīng)的影響。首選廉價(jià)易得的氫氧化鈉為堿，對(duì)不同溶劑開(kāi)展考察，具體結(jié)果如表1所示。具體考察反應(yīng)條件如下，在空氣氛圍中2-吲哚酮(13.3 mg，0.1 mmol)、溶劑(1.5 mL)、1-愈創(chuàng)薁甲醛(22.6 mg，0.1 mmol)、氫氧化鈉(8 mg，0.2 mmol)依次加入到反應(yīng)瓶中，封閉反應(yīng)體系，在室溫下反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后，采用高效液相色譜測(cè)試產(chǎn)物含量(內(nèi)標(biāo)物質(zhì)1，3，5-三甲氧基苯)，計(jì)算產(chǎn)物收率。從表1結(jié)果中不難發(fā)現(xiàn)，醇類(lèi)溶劑反應(yīng)效果最佳，甲醇、乙醇、乙二醇都獲得了中等以上收率，乙二醇表現(xiàn)最佳，產(chǎn)物收率為95%，其它溶劑，無(wú)論是強(qiáng)極性的二甲基亞砜溶劑還是非極性溶劑乙醚、正己烷都不適合該反應(yīng)，優(yōu)選醇類(lèi)溶劑為最佳溶劑?？紤]到氫氧化鈉顆粒在反應(yīng)體系中沒(méi)有完全溶解這一因素，有可能對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生較大影響。為了增大堿的溶解性，分別試驗(yàn)了兩組加水的混合溶劑，選用的溶劑為效果較好的醇類(lèi)溶劑乙醇和乙二醇為溶劑，分別加入一定量的水增加堿的溶解度。反應(yīng)收率并沒(méi)有得到改善，反而比未加水反應(yīng)體系收率更低，收率僅為55%和28%。其原因可能是反應(yīng)中水的存在抑制了該脫水縮合反應(yīng)。綜合溶劑考察結(jié)果，優(yōu)選乙二醇為最優(yōu)溶劑。

2.2 堿對(duì)3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮合成反應(yīng)的影響

確定了反應(yīng)的溶劑為乙二醇，接著考察了16類(lèi)常見(jiàn)的堿對(duì)反應(yīng)的影響，具體結(jié)果如表2所示。堿的范圍包括了無(wú)機(jī)堿和有機(jī)堿。具體考察反應(yīng)條件為，在空氣氛圍中，反應(yīng)品種依次加入2-吲哚酮(13.3 mg，0.1 mmol)、乙二醇(1.5 mL)、1-愈創(chuàng)薁甲醛(22.6 mg，0.1 mmol)、堿(0.2 mmol)，封閉反應(yīng)體系，在室溫下反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后，采用高效液相色譜測(cè)試產(chǎn)物含量(內(nèi)標(biāo)物質(zhì)1，3，5-三甲氧基苯)，計(jì)算產(chǎn)物收率。大部分常見(jiàn)的無(wú)機(jī)堿都能獲得較好的收率，其中氫氧化鈉、叔丁醇鈉、碳酸鈉三種堿效果明顯，獲得了94%及以上的收率，以氫氧化鈉為堿反應(yīng)最佳，收率高達(dá)95%。其它堿性較弱的堿如碳酸氫鉀、碳酸氫鈉、乙酸鈉收率較低，均低于10%。對(duì)于有機(jī)堿，考察了吡啶、三乙胺、對(duì)二甲氨基吡啶和二正丁基胺，表2結(jié)果表明二正丁基胺表現(xiàn)優(yōu)異，但其它有機(jī)堿都不適合該反應(yīng)。綜合堿類(lèi)型的考察結(jié)果，優(yōu)選氫氧化鈉為最優(yōu)堿。

表1 溶劑對(duì)3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮合成反應(yīng)的影響

表2 堿對(duì)3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮合成反應(yīng)的影響

2.3 3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮結(jié)構(gòu)表征

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)氫核磁(圖5)、碳核磁(圖6)、高分辨質(zhì)譜確認(rèn)分子結(jié)構(gòu)正確。3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮純產(chǎn)物通過(guò)硅膠柱層析獲得，目標(biāo)產(chǎn)物為棕黃色固體，分離收率90%，柱層析淋洗劑：石油醚/乙酸乙酯(10：1-1：1)。1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ8.58(s，1H)，8.16(d，J=1.72 Hz，1H)，8.09(s，1H)，7.81(d，J=7.68 Hz，1H)，7.42(dd，J=10.76，1.76 Hz，1H)，7.19(t，J=7.68 Hz，1H)，7.12(d，J=10.80 Hz，1H)，6.97(d，J=7.64 Hz，1H)，6.85(t，J=7.56 Hz，1H)，3.08(m，4H)，2.65(s，3H)，1.39(d，J=6.88 Hz，6H).13C NMR(100 MHz，CDCl3)δ171.2，147.7，143.9，141.5，140.9，139.0，137.5，136.7，136.4，134.4，130.1，128.6，126.3，123.3，122.3，122.2，121.5，121.0，110.1，28.1，28.4，24.6，13.1.HRMS-ESI：calcd for C24H24NO([M+H]+)，342.1858；found，342.1849.

3 結(jié)論

以?xún)r(jià)廉易得的氫氧化鈉為堿，乙二醇為溶劑，開(kāi)發(fā)了一例以2-吲哚酮和1-愈創(chuàng)薁甲醛為原料，合成3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮。該反應(yīng)無(wú)需惰性氣體保護(hù)，在室溫下即獲得了高收率。最終產(chǎn)物經(jīng)過(guò)核磁和質(zhì)譜詳細(xì)的表征。

圖5 3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮?dú)浜舜抛V圖 圖6 3-(1-愈創(chuàng)薁亞甲基)-2-吲哚酮碳核磁譜圖