趙艷敏 李紅俊 謝一民 李 森

(1.銀川能源學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院, 銀川 750105;2.寧夏計(jì)量質(zhì)量檢驗(yàn)檢測研究院, 銀川 750411)

引 言

異黃酮類化合物廣泛存在于植物中,具有多種生理及藥理活性[1-5],近年的研究表明異黃酮類化合物在防治新型冠狀病毒肺炎方面具有潛在的應(yīng)用價值[6]。 3′-prenylgenistein 是一類新型的異戊烯基異黃酮,是由美國俄亥俄州立大學(xué)植物病理學(xué)家Cheng 等[7]從大豆中分離出來的,具體而言是由大豆疫霉菌病原體細(xì)胞壁中具有防御作用的葡聚糖激發(fā)子誘導(dǎo)而來。 該化合物對被高度表征的病原體衍生的葡聚糖激發(fā)子具有誘導(dǎo)積累作用,同時表現(xiàn)出良好的抑菌活性[7],而異戊烯基的存在使這種活性顯著增強(qiáng)[8]。

目前,從天然產(chǎn)物中分離3′-prenylgenistein 存在分離困難、產(chǎn)率低、成本高等缺點(diǎn),因此開展該異黃酮的全合成研究不僅具有重要的理論意義,而且具有潛在的實(shí)用價值。 人們對黃酮類化合物的合成進(jìn)行了較多研究[9-13],但是對于3′-prenylgenistein全合成的研究未見報道。 本文以廉價的4-羥基苯甲醛和2,4,6-三羥基苯乙酮為原料,通過異戊烯基化、羥基保護(hù)、羥醛縮合、環(huán)化以及黃烷酮到異黃酮的重排等反應(yīng),完成了天然產(chǎn)物3′-prenylgenistein的全合成。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

4-羥基苯甲醛、2,4,6-三羥基苯乙酮、乙酸乙酯、石油醚、二氯甲烷、甲醇、無水乙醇,分析純,上海泰坦科技股份有限公司;GF254 硅膠,200 ～300 目(38 ～74 μm),青島海洋化工廠。

AM-400 型核磁共振儀(NMR),溶劑為CDCl3,內(nèi)標(biāo)為四甲基甲硅烷(TMS),Bruker 公司;FTIR-8430S 型紅外光譜儀(IR),日本島津公司;HP-5988型電子離子化質(zhì)譜儀(EI-MS),惠普公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

3′-prenylgenistein 的合成路線如圖1 所示。 所有反應(yīng)均用薄層色譜法(TLC)跟蹤,采用柱色譜法純化產(chǎn)品。

圖1 3′-prenylgenistein 的合成路線Fig.1 Synthetic route of 3′-prenylgenistein

1.2.1 3-異戊烯基-4-羥基苯甲醛(2)的合成[14]

將氫氧化鉀(1.12 g, 20 mmol)的水(20 mL)溶液冷卻至0 ℃,磁力攪拌下加入4-羥基苯甲醛(1.22 g,10 mmol),待4-羥基苯甲醛全部溶解后,用注射器逐滴滴加異戊烯基溴(2.4 mL, 20 mmol),滴加完畢后繼續(xù)在0 ℃下攪拌1 h,然后自然升至室溫,避光繼續(xù)攪拌10 h,用2 mol/L 的HCl 調(diào)至pH ＜4,用乙酸乙酯萃取(3 ×20 mL),合并有機(jī)相,依次用水和飽和NaCl 溶液洗滌,然后用MgSO4干燥。 過濾除去干燥劑,減壓濃縮,通過硅膠柱層析分離(V(乙酸乙酯)∶V(石油醚) =1∶8),得到448 mg 無色油狀物(化合物2),回收原料389 mg, 產(chǎn)率34.6%。

1H NMR(CDCl3, 400 MHz),δ: 9.88(1H, s,CHO),7.65(1H, d,J=7.2 Hz, ArH), 6.90(1H,d,J=8.0 Hz, ArH), 6.58(1H, s, ArH), 5.36(1H, t,J=7.6 Hz,CH＝ ), 3.45(2H, d,J=7.6 Hz, CH2),1.76,1.78(each 3H, each s,2 ×CH3);IR(KBr),vmax: 3 340, 2 924, 1 375, 1 363 cm-1;EI-MS(70 eV),m/z(%)[M]+: 190(2.2), 147(100),135(32),107(42),91(64),43(66)。

1.2.2 3-異戊烯基-4-甲氧甲氧基-苯甲醛(3)的合成

將1.2.1 節(jié)純化后的化合物2(190 mg, 1.0 mmol)溶于干燥的丙酮(10.0 mL)中,快速攪拌下加入無水K2CO3(166 mg, 1.2 mmol),待溶解后緩慢滴加氯甲基甲基醚(96 mg, 1.2 mmol),滴加完畢后加熱回流0.5 h,冷卻至室溫,萃取、干燥、減壓濃縮,通過硅膠柱層析分離(V(石油醚)∶V(乙酸乙酯) =16∶1),得到213 mg 化合物3,產(chǎn)率96.2%。

1H NMR (CDCl3, 400 MHz),δ: 9.87(1H, s,CHO),7.89(1H, s, OH),7.67(2H, m, H-2 and H-6), 7.16(1H, d,J=8.0 Hz, H -5), 5.34(1H,t,J=7.0 Hz,CH＝ ),5.29(2H,s,OCH2O),3.49(3H, s,J=7.0 Hz, OCH3),3.38(2H, d,J=7.6 Hz, CH2), 1.75(3H, s, CH3), 1.73(3H, s,CH3); EI-MS(70 eV),m/z(%)[M]+:222(19),207 (100),115(37),91(13),51(16)。

1.2.3 2-羥基-4,6-二甲氧甲氧基苯乙酮(4)的合成

將2,4,6-三羥基苯乙酮(36.0 mg, 2.0 mmol)溶于20.0 mL 干燥的丙酮中,按照1.2.2 節(jié)的操作步驟最終得到471.0 mg 淡黃色油狀物(化合物4),產(chǎn)率91.0%。

1H NMR (CDCl3,400 MHz),δ:13.56(s,1H,OH),6.47(d,J=2.4 Hz,1H,ArH),6.13(d,J=2.4 Hz, 1H, ArH), 5.45(s, 2H, OCH2O), 5.23(s,2H, OCH2O), 3.36(s, 3H, OCH3), 3.24(s,3H, OCH3), 2.78(s, 3H, COCH3); IR(KBr),vmax: 2 950, 2 945, 1 665, 1 440, 1 350, 1 205,1 200, 1 150, 1 060 cm-1; EI -MS(70 eV),m/z(%)[M]+: 256(16), 211(7), 182(12), 45(100)。

1.2.4 3′-異戊烯基-2-羥基-4,6,4′-三甲氧甲氧基查爾酮(5)的合成[15-16]

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,將KOH(2.8 g, 50.0 mmol)、乙醇(3 mL)、H2O(2 mL)的混合液緩慢滴加到化合物4(256.0 mg,1.0 mmol)和化合物3(280.8 mg, 1.2 mmol)的乙醇(2.0 mL)溶液中,滴加完畢后冷卻至0 ℃并繼續(xù)在該溫度下反應(yīng)1 h,然后在室溫下攪拌24 h,加入冰水淬滅反應(yīng),用3 mol/L 的HCl 調(diào)節(jié)pH ＜2,用CH2Cl2萃取(3 ×5 mL),合并有機(jī)相,依次用水和飽和NaCl 溶液洗滌,干燥,減壓濃縮,通過硅膠柱層析分離(V(乙酸乙酯)∶V(石油醚) =1∶10),得到378.2 mg 淡黃色固體(化合物5),產(chǎn)率80.1%。

1H NMR(CDCl3, 400 MHz),δ: 13.37(s, 1H,OH),7.85(d,J=8.4 Hz, 1H, H -6′), 7.83(d,J=15.2 Hz, 1H, H - β), 7.46(d,J=15.2 Hz,1H, H- α), 7.39(s, 3H, H -2,4 and 6), 6.74(d,J=2.4 Hz, 1H, H -5′), 6.60(dd,J=8.8,2.4 Hz,1H, H-5′),5.29(m,2H, H-2″),5.23,5.12, 5.04 (each s, each 2H, OCH2O), 3.77,3.52,3.49(each s, each 3H, OCH3),3.42(d,J=7.2 Hz, 2H, H - 1″), 1.77, 1.78 (each s, each 3H, H - 4″, 5″); IR(KBr),vmax: 2 940, 2 910,1 676, 1 515, 1 495, 1 460, 1 305, 1 260, 1 156 cm-1; EI-MS(70 eV),m/z(%)[M]+: 472(22),441(7),427(2),45(76),43(100)。

1.2.5 3′-異戊烯基-5,7,4′-三甲氧甲氧基黃烷酮(6)的合成

將無水乙酸鈉加入到化合物5 (94.4 mg,0.2 mmol)的甲醇(1 mL)溶液中,然后加入兩滴水,加熱回流10 h,冷卻至室溫,加入少量水,用CH2Cl2萃取(3 ×10 mL),合并有機(jī)相,依次用水和飽和NaCl 溶液洗滌,干燥,過濾除去干燥劑,減壓濃縮,通過硅膠柱層析分離(V(石油醚)∶V(乙酸乙酯) =6∶1),得到76.2 mg 淡黃色油狀物(化合物6),回收原料10.8 mg,產(chǎn)率92.2%。

1H NMR(CDCl3, 400 MHz),δ: 7.05(dd,J=2.4,2.8 Hz, 1H, H -6′), 7.00(d,J=2.4 Hz,1H, H -2′), 6.86(1H, d,J=7.6 Hz, H -5′),6.44(1H, d,J=3.2 Hz, ArH), 6.39(1H, d,J=2.0 Hz, ArH), 5.32(1H, dd,J=3.2, 14.0 Hz, H-2), 5.17, 5.19, 5.12(each 2H, s, 3 × OCH2O),3.47, 3.54, 3.59(each 3H, s, 3 × OCH3), 3.02(1H, dd,J=13.2, 16.4 Hz, H -3ax), 2.75(1H,dd,J=2.8,16.4 Hz, H -3eq), 5.62(1H, d,J=7.2 Hz,H-2″),3.94(2H,d,J=8.4 Hz,H-1″),1.79(3H, s, H -3″), 1.76(3H, s, H -3″); IR(KBr),vmax: 2 825, 1 694, 1 628, 1 360, 1 149 cm-1; EI-MS(70 eV),m/z(%)[M]+: 472(1),457(8),427(12),271(38),45(100)。

1.2.6 3′-prenylgenistein(1)的合成[3]

將化合物6(472 mg, 1.0 mmol)溶于三甲基甲酸酯(15 mL),然后逐滴加入濃硫酸(20 μL),滴加完畢后,在常溫下攪拌25 min,然后逐滴滴加BTI(645 mg,1.5 mol)的三甲基甲酸酯(3 mL)的混合液,滴加完畢后繼續(xù)在常溫下攪拌24 h,減壓蒸除溶劑后加入20 mL 蒸餾水,繼續(xù)在常溫下攪拌2 h,用乙酸乙酯萃取(3 ×30 mL),通過無水MgSO4干燥,減壓蒸除溶劑,加入20 mL 無水甲醇,滴加6 mol/L的HCl (0.5 mL, 6.0 mmol),滴加完畢后加熱回流2 h,加入25 mL 蒸餾水,用乙酸乙酯萃取(3 ×30 mL),合并有機(jī)相,依次用水和飽和NaCl 溶液洗滌,通過無水MgSO4干燥,過濾除去干燥劑,減壓蒸除溶劑,將剩余物通過硅膠柱層析分離(V(乙酸乙酯)∶V(己烷) =3∶1 ～2∶3),得到201 mg 淡黃色固體異黃酮(化合物1),產(chǎn)率60.0%。

1H NMR(CDCl3, 400 MHz),δ: 8.22(1H, s,—OH), 7.96 (1H, d,J= 8.0 Hz, ArH), 7.62(1H, d,J=8.4 Hz, ArH),7.36(1H, dd,J=8.0,8.4 Hz, ArH), 7.30(1H, d,J=2.4 Hz, ArH),7.00(1H, d,J=7.6 Hz, ArH),5.32(1H, tm,J=7.2 Hz,H-2″),3.35(2H,d,J=7.6 Hz,H-1″),1.72(3H, s, H - 3″), 1.72(3H, s, H - 3″);13C NMR(100 MHz, acetone-d6),δ: 178.9, 158.6,154.5, 151.8, 147.8, 134.0, 133.1, 131.2,130.9, 128.9, 125.2, 125.0, 123.6, 118.9,117.2,115.3,111.2,56.0,29.8,25.8,17.4; IR(KBr),vmax: 2 678, 1 786, 1 456, 1 360, 1 321 cm-1; EI-MS(70 eV),m/z(%)[M]+: 338(4),321(5),291(2),274(32),171(37),45(100)。

2 結(jié)果與討論

4-羥基苯甲醛在強(qiáng)堿條件下與異戊烯基溴反應(yīng),以34.6%的收率得到主產(chǎn)物為C-異戊烯基化的化合物2;化合物2 在K2CO3的作用下與氯甲基甲基醚反應(yīng),以96.2%的收率得到化合物3;同時,以2,4,6-三羥基苯乙酮為起始原料在弱堿性條件下與氯甲基甲基醚反應(yīng),以91.0%的產(chǎn)率得到化合物4,化合物4 的2 位羥基不與氯甲基甲基醚反應(yīng),主要原因是2 位上的羥基和1 位上的羰基形成分子內(nèi)氫鍵,降低了其反應(yīng)活性;化合物3 和4 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下在強(qiáng)堿作用下反應(yīng),以80.1%的產(chǎn)率得到查爾酮類化合物5;化合物5 在無水乙酸鈉的作用下關(guān)環(huán),以92.2%的產(chǎn)率得到黃烷酮6;化合物6 在BTI 的作用下發(fā)生黃烷酮到異黃酮的重排反應(yīng),以60.0%的收率合成了最終的天然產(chǎn)物3′-prenylgenistein,其波譜數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[7]報道的結(jié)果一致。 經(jīng)上述反應(yīng),3′-prenylgenistein 的總產(chǎn)率為13.4%。

在以上3′-prenylgenistein 的合成方法中,由黃烷酮合成異黃酮是合成的關(guān)鍵步驟,在多功能氧化劑BTI 的作用下黃烷酮重排合成異黃酮。 在以往由黃烷酮重排合成異黃酮的方法中,分為兩步得到最終產(chǎn)物,第一步是黃烷酮先脫去MOM 保護(hù)(收率92%),第二步是脫去保護(hù)后再重排生成異黃酮(收率57%),這兩步的總收率為52%。 而本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了重排與脫保護(hù)的一鍋法合成異黃酮,該方法簡單快捷,收率相對較高(60%),為異黃酮的合成提供了新思路。

3 結(jié)論

本文以廉價的4-羥基苯甲醛和2,4,6-三羥基苯乙酮為起始原料,通過異戊烯基化、羥基保護(hù)、羥醛縮合、環(huán)化以及黃烷酮到異黃酮的重排等步驟,以13.4%的總產(chǎn)率完成了天然產(chǎn)物3′-prenylgenistein的全合成。