陈琳，谢蓉蓉，关丽，谭培汉，宋健

（广东药学院药科学院，广东 广州 510006 ）

苯并-α-吡喃酮类生物活性物质的合成

陈琳，谢蓉蓉，关丽，谭培汉，宋健

（广东药学院药科学院，广东 广州 510006 ）

从简单的原料2,3,4-三甲氧基苯甲醛出发，经选择性地去甲基化、Knoevenagel缩合关环、硝基还原及酰化等反应，设计合成了3个未见文献报道的3位酰氨基取代的苯并-α-吡喃酮类生物活性物质。其结构经1H NMR、13C NMR、IR分析确证。同时对合成过程中最关键的Knoevenagel缩合反应条件进行了研究，降低了反应溶剂的毒性并通过正交实验优化了合成工艺，确定较佳工艺条件为:以甲苯与环己烷（V甲苯∶V环己烷=7∶3）为溶剂，哌啶为催化剂，n(2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛)∶n(硝基乙酸甲酯)∶n(催化剂)=1∶1.2∶0.20，反应温度98℃±2℃，反应时间6 h，平均收率87.2%，高于文献值。目标化合物是一种新的苯并- α -吡喃酮类物质，具有潜在的抗癌活性，有望成为新的抗癌药物。

2,3,4-三甲氧基苯甲醛；新型苯并-α-吡喃酮类；Knoevenagel反应；设计；合成；药物

苯并-α-吡喃酮亦称香豆素，自然界分布极广，具有较强的生理活性、药理活性及生物活性并且药理作用多样，是天然产物中一类十分重要的化合物。根据环上取代基及其位置的不同，香豆素类可分为简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素和其他香豆素等[1]。研究发现，苯并α-吡喃酮类衍生物是一类具有抗癌、抗病毒、抗炎、抗氧化[2]、抗HIV[3]、抗心率失常、抗骨质疏松、降压、镇痛、平喘等多种生物活性的物质，其生物利用度高，不仅能直接抑制癌细胞，还可通过增强机体免疫力而产生抗癌作用，因而在临床上有广泛的应用。一直以来被世界各国的药物研究者所重视。目前对此类化合物的结构改造和修饰己成为各国药学工作者的一个重要的研究热点[4]。通过大规模模拟合成及生物活性的筛选，可以寻找生物活性较强而毒副作用较小的苯并-α-吡喃酮类化合物，再通过结构优化，获得高效低毒的药物。

此外，苯并-α-吡喃酮类化合物普遍具有强荧光性并且光稳定性好，光致发光量子效率高，经常被用作激光染料、荧光增白剂、荧光探针和非线性光学材料。在生物学和材料科学领域有着重要的应用，如利用荧光探针快速、准确检测生物体及环境中的重大污染物己成为近年世界各国的研究热点之一[5]，特别在生物蛋白研究领域中有着重要的应用。

苯并-α-吡喃酮类物质还具有特殊的香气，可用作香烟、橡胶及塑料制品中的增香剂，也是合成香料、医药、农药及染料的重要中间体[6]。由于其多方面的特性，在各个研究领域中不断被开发利用，并逐渐显示出其巨大的应用潜力。

尤其在医药领域，苯并-α-吡喃酮类物质以其特有的治疗效果及低毒副作用，已越来越引起药物学家的关注，成为一类具有潜在药理活性的先导物。

研究表明[7]，苯并-α-吡喃酮类化合物的功能很大程度上取决于苯并-α-吡喃酮环各位置上取代基的性质，尤其是3-位上取代基的作用更为明显，但有关3-位取代苯并-α-吡喃酮类化合物的研究较少。

2003年[8]，美国California大学海洋研究所从海洋菌基Trichoderma Virens的次级代谢产物中提取出来两个天然物质Trichodermamides A和B，其中Trichodermamides B对人的HCT-116癌细胞有较显著的细胞毒性，IC50= 0.32 μg/mL。

研究发现，Trichodermamides的结构由苯并-α-吡喃酮环和嗪环两个结构片段通过酰胺键相连，如图1所示。

通过结构分析，将Trichodermamides B的结构简化，保留了母核苯并-α-吡喃酮环，以简单的2,3,4-三甲氧基苯甲醛为原料，经过简单高效的4步反应，设计合成了3个新的苯并-α-吡喃酮类衍生物，以期寻找新的具有潜在抗癌活性的先导物，为构效关系的研究奠定基础。同时，对合成中的关键反应Knoevenagel的反应条件进行优化。对于寻找安全、高效的抗肿瘤先导化合物具有重要的意义。

图1 Trichodermamides B的结构式

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

X-4数显显微熔点测定仪（北京市泰克仪器有限公司，温度计未经校正）；RE-2000旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（河南巩义市英峪予华仪器厂）；500MHz 全数字化超导核磁共振谱仪（瑞士Bruker 公司）；EQUINOX55傅里叶变换红外光谱仪（德国Bruker公司）。

2,3,4-三甲氧基苯甲醛，纯度 ≥98%，上海市上峰化工有限公司；α-萘乙酸，纯度≥98%，中国曹杨第二中学化工厂(上海)；α-萘甲酸，纯度≥98%，上海涧捷化学试剂有限公司；3-吲哚乙酸 ，纯度≥98.5%，天津博迪化工股份有限公司；钯碳加氢催化剂（Pd/C），Pd含量≥10%，上海涧捷化学试剂有限公司；N,N'-二环己基碳二亚胺（DCC），含量≥95%，上海涧捷化学试剂有限公司。

柱层析和薄层层析用硅胶为青岛海洋化工厂产品。其余试剂均为国产分析纯。

1.2 合成路线

采用简单易得的2,3,4-三甲氧基苯甲醛1为起始原料，先在无水三氯化铝的催化下，选择性去甲基，再通过Knoevenagel反应缩合关环，得到关键中间体3-硝基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮3，然后在钯碳催化下将硝基还原成氨基，最后将氨基与不同类型的有机酸在DCC的作用下酰化成目标化合物——3个新型苯并-α-吡喃酮类衍生物，其合成路线见图2。

1.3 制备方法

1.3.1 硝基乙酸甲酯的制备

将16.00g（0.40mol）氢氧化钠溶于18mL水中，搅拌下加入5.70g（0.09mol）硝基甲烷。加完后，在(160±2)℃下加热回流45min 。反应液冷后，析出白色固体，抽滤，真空干燥后得硝基乙酸二钠盐。

将5.99g（0.04mol）“上述”二钠盐溶于39.8mL甲醇中，冷至(-15±3)℃，剧烈搅拌下滴加9.90g（0.10mol）浓硫酸，并控制反应温度为(-15±3)℃，滴加完毕，室温下搅拌5h后，抽滤，滤液浓缩。再以15.5mL乙酸乙酯溶解，水洗后，无水硫酸钠干燥。蒸馏，得硝基乙酸甲酯浅黄色液体3.00g，产率76.22%。

图2 苯并-α-吡喃酮类衍生物的合成路线

1.3.2 2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛2的制备

在三颈瓶中，将6.00g（0.03mol） 2,3,4-三甲氧基苯甲醛溶于45mL甲苯中，搅拌下加入4.08g（0.03mol）三氯化铝，于(80±2)℃下加热反应4h后，冷至室温。随后向反应瓶内加入45mL冷HCl（5mol/L），分出有机相，水相用CH2Cl2萃取，合并有机相，分别用饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液洗涤，以无水硫酸钠干燥过夜。抽滤并将滤液浓缩，冷后析出黃色固体5.58g。乙酸乙酯重结晶，得到浅黄色针状晶体2.70g，产率40.30%，熔点70～72℃（文献[9]值71～72℃）。

1.3.3 3-硝基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮3的制备

在84mL甲苯和36mL环己烷的混合溶剂中溶解2.25g（0.013mol）化合物2，再向其中加入1.86g（0.016mol）硝基乙酸甲酯和0.25mL哌啶。于(98±2)℃，加热回流6h，分水器除水约0.2mL。将反应液冷至0℃，得棕色沉淀，抽滤后将其溶于85mL DMF中并冷却到0℃，再次抽滤以除去不溶物。

向滤液中加入冰水，抽滤收集黄色沉淀，冰水洗涤，真空干燥，得2.70g黄色粉末，熔点202～205℃（文献[10]值199～200℃），产率87.24%。

1.3.4 3-氨基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮4的制备

在40mL95%乙醇中分别加入3.04g（0.014mol）化合物3和2.24g Pd/C，搅拌使之混合均匀，再向其中加入8mL环己烯，室温下继续搅拌，TLC监控反应完全后，抽滤反应液，乙酸乙酯洗涤滤渣。滤液浓缩后，真空干燥，得棕色固体。柱层析纯化后得到2.24g黄色固体，熔点180～183℃（文献[11]值177～180℃），产率83.50%。

1.3.5 3-氨基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮衍生物（5a～5c）的制备

5a：将0.19g（1mmol）α-萘乙酸及0.20g（0.90mmol）化合物4溶于15mL二氯甲烷中，加入0.22g DCC，室温下搅拌，直至薄层层析（TLC）监控反应完全。抽滤，减压浓缩滤出液，柱层析分离纯化，得0.15g类白色固体，产率42.96%，熔点189～191℃。

5b：照上法合成，得0.13g白色固体，收率38.52%，熔点 182～183℃。

5c：同上法合成，得0.11g类白色固体，收率32.35%，熔点240～242℃。

2 结果与讨论

2.1 3-氨基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮衍生物的结构表征

2.1.1 3-(α-萘乙酰氨基)-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮（5a）的结构表征

1H NMR （500MHz，CDCl3/TMS）δ/×10-6J/Hz：8.61（s，1H，—NH—），8.02（d，J = 8.0 ，H-8'），7.90～7.87（m，2H，H-5' ；H-4'），7.58～7.50 （m，4H，H-7'；H-6'； H-3'；H-2'）， 7.26（s，1H，C-4），7.14（d，J = 8.5，H-5），6.87（d，1H，J = 8.5 ，H-6），4.21（s，2H，H-9'），3.93（s，3H，—OCH3-9），3.92（s，3H，—OCH3-10） 。

13

C NMR （125MHz，CDCl3/TMS） δ/×10-6：171.6（C-11），160.1（C-2），155.4（C-7），145.4（C-8），137.4（C-1a），135.5（C-3），133.4（C-4a'），131.4（C-1a'），130.4（C-5'），130.3（C-3'），129.7（C-1'），128.3（C-4'），127.2（C-7'），125.5（C-6'），124.9（C-2'），123.9（C-8'），122.9（C-5），115.8（C-4），115.6（C-4a），110.8（C-6），62.9（C-9），57.8（C-10），44.2（C-9'）。

IR（KBr）σ /cm-1：3356、3316（s，—CONH），2929、2850（m，C—H），1707、1672（s，C=O），1625（s，C=C），1602、1570 、1523、1462 （s，苯环骨架），1286、1109（s，C—O—C）。

2.1.2 3-(α-萘甲酰氨基)-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮（5b）的结构表征1

H NMR （500MHz，CDCl3/TMS）δ/×10-6J/Hz：9.35（t，1H，C-8'），8.58（s，1H，—NH—），8.23（t，1H，H-4'），7.98～7.92 （m，2H，H-2'；H-5'），7.86-7.77（m，3H，H-7'；H-6'；H-3'）， 7.23（s，1H，H-4），7.03（d，1H，J=8.5，H-5），6.73（d，1H，J=8.5，H-6），4.01（s，3H，—OCH3-9），3.93（s，3H，—OCH3-10）。13

C NMR （125MHz，CDCl3/TMS） δ/×10-6：168.8（C-11），163.6（C-2），153.2（C-7），150.3（C-8），146.8（C-1a），140.7（C-3），138.6（C-4'），137.5（C-7'），136.2（C-1'），135.9（C-4a'），134.9（C-5'），133.6（C-1a'），132.6（C-2'）， 130.3（C-6'），129.9（C-3'），122.2（C-5），121.3（C-8'），117.7（C-4），116.0（C-4a）， 113.8（C-6）， 63.1（C-9），57.9（C-10）。

IR（KBr）σ/cm-1：3355、3318（s，—CONH），2929、2852（m，C—H），1710、1670（s，C=O），1626（s，C=C），1603、1573、1528、1482 （s，苯环骨架），1288、1107（s，C—O—C）。

2.1.3 3-(3-吲哚乙酰氨基)-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮（5c）的结构表征1

H NMR （500MHz，CDCl3/TMS）δ/×10-6J/Hz：9.20（s，1H，—NH—吲哚），8.71（s，1H，—NH—酰胺），7.83 （d，1H，J=8.5，H-5），7.81（d，1H， J=8.0，H-4'），7.76（d，1H，J=8.0，H-7'），7.47 （t，1H，H-6'），7.39 （t，1H，H-5'），7.22 （s，1H，H-4），7.21 （d，1H，J=9.0，H-2'），6.93 （d，1H，J=8.5，H-6）， 4.00 （s，3H，—OCH3-9），3.95 （s，3H，—OCH3-10），3.77 （s，2H，H-8'）。13

C NMR （125MHz，CDCl3/TMS） δ/×10-6： 169.5（C-11），159.6（C-2），155.3（C-7），155.0（C-8），145.4（C-1a），137.8（C-3），137.4（C-1a'），128.3（C-3a'）， 125.3（C-2'），125.0（C-5'），124.2（C-6'），123.9（C-5），121.3（C-4'），117.2（C-4a），117.8（C-4），113.2（C-6），110.8（C-7'），109.6（C-3'），62.9（C-9），57.8（C-10）， 36.2（C-8'）。

IR（KBr）σ /cm-1：3403、3327（s，—CONH），2929、2851（s，C—H），1717、1664（s，C=O），1626（vs，C=C），1607、1575 、1536、1460 （s，苯环骨架），1284、1108（s，C—O—C）。

2.2 3-硝基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮3制备条件优化

选择Knoevenagel缩合反应来构筑苯并-α-吡喃酮骨架，在哌啶催化下，2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛上的羰基与硝基乙酸甲酯上的活泼亚甲基缩合，脱去一分子水，得到3-硝基苯并-α-吡喃酮3。为了使反应更趋于完全，通常采取除水措施。

2.1.1 带水剂考察

[10]以苯作溶剂兼带水，但考虑到毒性及可操作性，曾尝试以甲苯取代苯作为溶剂，结果因甲苯与水的共沸混合物沸点较高，带水效果不理想。经实验考察，选择甲苯与环己烷组成混合溶剂除水，因环己烷在68.9℃与水共沸，可提高除水效果。

其他条件相同时，通过实验考察甲苯与环己烷的配比，结果见表1。

实验结果表明，随环己烷体积的增加，收率上升，但超过一定体积时，会使反应物的溶解性下降，影响收率，以两者体积比为7∶3时，带水效果最好。

2.1.2 较佳合成工艺考察

经单因素实验考察，发现影响反应的主要因素有：反应原料物质的量之比（A）、反应温度（B）、反应时间（C）、催化剂用量（D），故以3-硝基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮的收率为指标，设计四因素三水平正交实验，综合考察该反应的较佳反应条件。因素与水平的选择见表2。实验结果与分析见表3。

表1 混合溶剂中甲苯与环己烷体积比的考察实验

表2 正交试验L9(34)的因素和水平

表3 正交实验L9(34)的结果分析

由表3的数据可知，各因素对反应的影响程度由大到小依次为B＞D＞A＞C，即，影响最大的是反应温度，其次分别为催化剂用量、反应原料物质的量之比及反应时间。较佳合成条件为：B2D2A2C1，即n(2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛)∶n(硝基乙酸甲酯)∶n(催化剂)=1∶1.2∶0.20，反应温度(98±2)℃，反应时间6h。在该条件下重复实验3 次，产品收率分别为86.90%、87.31%和87.52%，平均收率87.24%。高于文献值（84%）。

2.2.3 3-氨基-7,8-二甲氧基苯并-α-吡喃酮衍生物（5a～5c）的制备

酰化反应以TLC监控反应，柱层析分离提纯产物。该反应收率均不太理想，这是因为氨基与芳环共轭时，亲核性下降，一般较难与羧酸偶联，这也与文献 [11] 报道的相吻合。曾采取加入少量的助催化剂与DCC一起脱水以及提高反应温度等措施，但效果均不太理想。有待于今后进一步的研究。

3 结 论

天然产物的结构修饰和改造是发现新药的重要手段和途径。苯并-α-吡喃酮类化合物在新药开发中具有很高的实用价值，是一个很有发展前景的研究领域。

（1）首次成功合成了3个未见文献报道的新型苯并-α-吡喃酮类化合物。合成路线设计合理可靠。通过4步反应，简便、高效地制得目标化合物，其结构经1H NMR、13C NMR、IR分析确证。目标化合物是一类具有潜在抗肿瘤活性的物质，可为抗肿瘤药物的筛选提供先导化合物，有进一步研究的价值。

（2）Knoevenagel缩合关环反应的较佳工艺条件为：n(2-羟基-3,4-二甲氧基苯甲醛)∶n(硝基乙酸甲酯)∶n(催化剂)=1∶1.2∶0.20，反应温度(98±2)℃，反应时间6h。按此条件进行重复实验，平均收率高于文献值。与文献方法相比，此法具有易于操作，后处理方便，节约能源，收率较高，溶剂毒副作用少等优点。

参 考 文 献

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Synthesis of some biologically active coumarins

CHEN Lin，XIE Rongrong，GUAN Li，TAN Peihan，SONG Jian
（School of Pharmacy，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，Guangdong，China）

Three novel derivatives of 2H-1-benzopyran-2-one were designed and synthesized from 2,3,4-trimethoxybenzaldehyde by methoxy reduction，Knoevenagel，nitro reduction and acylation reaction. Its structure was confirmed by1H-NMR，13C-NMR，IR analysis. Experiments based upon orthogonal design with four factors and three levels were carried out for the optimization of Knoevenagel reaction condition. The experimental results show that the optimal condition is found as follows:using toluene and cyclohexane[V(toluene)∶V(cyclohexane)=7∶3] as solvent and piperidine as catalyst，n(2-hydroxy-3,4 dimethoxybenzaldehyde)∶n(methyl nitroacetate)∶n(catalyst) =1∶1.2∶0.20，the reaction temperature of 98℃±2℃ and reaction time of 6h. Under this optimal condition，the average yield can reach 87.2%，higher than the values in literature. Target compounds are novel coumarin derivatives，with potential anticancer activity.

2,3,4-trimethoxybenzaldehyde；novel derivatives of 2H-1-benzopyran-2-one；Knoevenagel reaction；design；synthesis；pharmaceuticals

O 626.3

A

1000-6613（2014）08-2160-05

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.08.037

2014-04-08；修改稿日期：2014-04-28。

广东省科技计划项目（2010B060900084，2012B061700040）。

陈琳（1960—），女，副教授，硕士生导师，研究方向为药物合成与工艺研究。E-mail chenlin128@126.com。联系人：宋健，博士，副教授，硕士生导师。