新型黄烷酮的合成及其抑菌活性*1

李红俊， 杨金会， 张玉恒， 落俊山， 郭冬冬， 黄文倩， 马志强

(1. 宁夏大学 a. 能源化工重点实验室; b. 化学化工学院,宁夏 银川 750021)

黄烷酮类化合物广泛存在自然界中，是多种药用植物的重要有效成分，具有抗菌、消炎、抗肿瘤抗、抗HIV病毒、抗诱变、抗氧化等诸多生物活性[1～5]，尤其是含有“3-羟基-3-甲基丁基”官能团的黄烷酮类化合物更呈现出许多令人感兴趣的生物活性。

4′,7-二羟基-5-甲氧基-8-(3″-羟基-3″-甲基-丁基)黄烷酮(A)由Aslieh Nookandeh等[6]从具有多种显著生物活性的黄腐酚的代谢物中提取，Yoon-Hwa Rho等[7]从拓树中分离出2′,5,7-三羟基-4′,5′-(2,2-二甲基吡喃)-8-(3-羟基-3-甲基丁基)黄烷酮(B)。B具有诱导人类白血病U937细胞凋亡和抑制哺乳动物拓扑异构酶Ⅰ的活性。虽然A与B的生理药理活性显著，但只能从天然植物中提取，其应用大受限制。

本文在前期工作[8～11]的基础上，以廉价的异香草醛(2)和2,4,6-三羟基苯乙酮(4)为起始原料，经过C-异戊烯基化、选择性地甲基化或甲氧甲基化、羟醛缩合、催化环化与加成反应，成功地合成了两个新的黄烷酮——5,7,4′-三甲氧基-3′-羟基-8-(3″-羟基-3″-甲基-丁基)黄烷酮(1a)和5,7,4′-三甲氧基-3′-羟基-8-(3″-甲氧基-3″-甲基-丁基)黄烷酮(1b, Scheme 1)，其结构经1H NMR, IR和MS表征。初步抑菌活性测试结果表明，1a和1b对藤黄微球菌(M.luteus)均具有一定的抑制作用。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

X-5型熔点仪(温度计未校正);Bruker AM-400 MHz型核磁共振仪(CDCl3作溶剂，TMS为内标);FTIR-8430S型红外光谱仪(KBr压片);5975C型质谱仪和LC-MS 2010A型液质联用仪。

200目～300目及GF254硅胶，青岛海洋化工厂；M.luteus,宁夏大学化工院生化实验室；其余所用试剂均为分析纯;溶剂按常规方法除水。

1.2 合成

(1) 4-甲氧基-3-甲氧甲氧基苯甲醛(3)的合成的合成

在三颈烧瓶中加入2 1.52 g(10.0 mmol)的丙酮(30 mL)溶液，剧烈搅拌下加入无水碳酸钾1.52 g(11.0 mmol)，回流反应10 min;用注射器缓慢滴加氯甲基甲基醚(MOMCl) 0.8 mL(11.0 mmol),滴毕，回流反应至终点(TLC跟踪)。减压蒸除溶剂，残余物加水溶解，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸馏水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析[洗脱剂:A=V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶4]分离得无色油状液体31.88 g，产率96%;1H NMRδ: 3.88, 3.44(each s, 6H, OCH3), 5.20(s, 2H, OCH2O), 6.93(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.46 (d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.58(s, 1H, ArH), 9.76(s, 1H, COH); IRν: 2 956, 1 697, 1 267, 1 000, 811 cm-1。

(2) 3-异戊烯基-2,4,6-三羟基苯乙酮(5)的合成

在三颈烧瓶中加入4 2.52 g (15.0 mmol)的THF(30 mL)溶液,搅拌下加入无水碳酸钾4.35 g(31.5 mmol)，回流反应10 min;缓慢滴加异戊烯基溴1.8 mL(15.45 mmol)，滴毕，回流反应6 h。减压蒸除溶剂，残余物加水溶解，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸馏水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A=1 ∶2)分离得淡黄色固体51.1 g(回收4 256 mg)，产率34.9%, m.p.166 ℃～167 ℃;1H NMR(DMSO-d6)δ: 1.69, 1.61(each s, 6H, CH3), 2.56(s, 3H, COCH3), 3.09(d,J=6.8 Hz, 2H, CH2), 5.14(t,J=6.8 Hz, 1H, =CH), 6.01(s, 1H, ArH), 10.51, 10.28, 14.03(each s, 3H, OH); IRν: 3 417, 3 321, 1 629, 1 434, 1 284, 1 072, 817 cm-1。

(3) 2-羟基-4,6-二甲氧基-3-异戊烯基苯乙酮(6)的合成

在三颈烧瓶中加入5 678 mg(3.0 mmol)的丙酮(10 mL)溶液,剧烈搅拌下加入无水碳酸钾910 mg(6.6 mmol)，回流反应10 min;用注射器缓慢滴加硫酸二甲酯0.58 mL(6.0 mmol)，滴毕，回流反应2 h。减压蒸除溶剂，残余物加水溶解，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸馏水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A=1 ∶4)分离得白色固体6675 mg，产率89%, m.p.108 ℃～111 ℃;1H NMRδ: 1.76, 1.65(each s, 6H, CH3), 2.59(s, 3H, COCH3), 3.26(d,J=6.8 Hz, 2H, CH2), 3.88, 3.86(each s, 6H, OCH3), 5.17(t,J=6.8 Hz, 1H, CH=), 5.94(s, 1H, ArH), 13.95(s, 1H, OH); IRν: 3 425, 2 952, 1 623, 1 419, 1 272, 1 120, 892 cm-1。

(4) 2′-羟基-4,4′,6′-三甲氧基-3-甲氧甲氧基-3′-(2″-异戊烯基)査尓酮(7)的合成

在三颈烧瓶中加入3 470.4 mg(2.4 mmol)和6 528 mg(2.0 mmol)的乙醇(7 mL)溶液，搅拌下于0 ℃缓慢滴加KOH 5.6 g(100 mmol)溶液(水5.4 mL+乙醇8 mL,预冷至0 ℃)，氮气保护下于0 ℃反应1 h;于室温反应24 h。倒入冰水中，用3 mol·L-1盐酸调节至pH<2，二氯甲烷(3×20 mL)萃取,合并萃取液，依次用蒸馏水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A=1 ∶10)分离得桔红色固体78.63 g(回收3和60.13 g)，产率95%, m.p.112 ℃～114 ℃;1H NMRδ: 1.77, 1.67(each s, 6H, CH3), 3.29(d,J=7.2 Hz, 2H, CH2), 3.54(s, 3H, OCH3), 3.94, 3.91, 3.89(each s, 9H, OCH3), 5.21(t,J=7.2 Hz, 1H, =CH), 5.27(s, 2H, OCH2O ), 5.98(s, 1H, ArH), 6.89(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 7.22(dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, ArH), 7.50(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH), 7.71(d,J=15.6 Hz, 1H, =CHβ), 7.80(d,J=15.6 Hz, 1H, =CHα), 14.19(s, 1H, OH); IRν: 2 910, 1 625, 1 510, 1 265, 1 076, 1 014, 977 cm-1; MSm/z(%): 442(M+, 38), 399(40), 387(14), 247(18), 233(31), 205(19), 193(58), 121(40), 91(100)。

(5) 5,7,4′-三甲氧基-3′-甲氧甲氧基-8-(2″-异戊烯基)黄烷酮(8)的合成

在三颈烧瓶中加入785 mg(0.2 mmol)的乙醇(6.0 mL)溶液,无水醋酸钠317 mg(3.9 mmol)和五滴水，搅拌下回流反应25 h。冷却至室温，加少量水，二氯甲烷(3×20 mL)萃取,合并萃取液，依次用蒸馏水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A=1 ∶6)分离得淡黄色黏稠液体856 mg(回收717.5 mg)，产率83.0%;1H NMRδ: 1.64, 1.65(each s, 6H, 3H, CH3), 2.81(dd,J=3.2 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 2.99(dd,J=12.8 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 3.28(d,J=7.4 Hz, 2H, 1″-H), 3.52(s, 3H, OCH3), 3.90(s, 3H, 7-OCH3), 3.92(s, 3H, 4′-OCH3), 3.93(s, 3H, 5-OCH3), 5.18(t,J=7.4 Hz, 1H, 2″-H), 5.25(s, 2H, OCH2O), 5.32(dd,J=3.0 Hz, 13.0 Hz, 1H, 2-H), 6.12(s, 1H, 6-H), 6.92(d,J=8.4 Hz, 1H, 5′-H), 7.08(dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, 6′-H), 7.28(d,J=2.0 Hz, 1H, 2′-H); IRν: 2 923, 2 840, 1 666, 1 596, 1 271, 1 110, 802 cm-1; MSm/z(%): 442 (M+, 4), 398(58), 383(13), 355(39), 343(18), 248(20), 233(54), 219(24), 205(30), 193(100), 150(21), 135(33), 91(16), 77(18)。

(6)1的合成

在三颈烧瓶中加入8 67 mg(0.15 mmol)的甲醇(1.5 mL)溶液，搅拌下于室温缓慢滴加3 mol·L-1稀盐酸(新配置)0.75 mL,滴毕，反应70 min(TLC跟踪)。加少量水，乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并萃取液，依次用蒸馏水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂: A=1 ∶8)分离得淡黄色粉末1a(22.9 mg)和淡黄色黏稠液体1b(26.6 mg)。

1a: 产率36.3%, m.p.176 ℃～178 ℃;1H NMRδ: 1.18, 1.17(each s, 6H, CH3), 1.57(m, 2H, CH2), 1.78(brs, 1H, OH), 2.59(t,J=8.2 Hz, 2H, CH2), 2.74(dd,J=3.2 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 2.87(dd,J=12.6 Hz, 16.6 Hz, 1H, 3-H), 3.84(each s, 9H, OCH3), 5.22(dd,J=3.0 Hz, 12.6 Hz, 1H, CH), 5.87(brs, 1H, OH), 6.04(s, 1H, ArH), 6.78(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 6.84(dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, ArH), 6.99(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH); IRν: 3 477, 3 193, 1 662, 1 600, 1 355, 1 280, 1 145, 802 cm-1; MSm/z: 416(M+)。

1b: 产率52%;1H NMRδ: 1.17, 1.16(each s, 6H, CH3), 1.50(m, 2H, CH2), 2.51(t,J=8.6 Hz, 2H, CH2), 2.70(dd,J=3.2 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 2.87(dd,J=12.8 Hz, 16.4 Hz, 1H, 3-H), 3.05(s, 3H, OCH3), 3.84, 3.80, 3.79(each s, 9H, OCH3), 5.19(dd,J=2.8 Hz, 12.8 Hz, 1H, CH), 6.01(s, 1H, ArH), 6.08(brs, 1H, OH), 6.76(d,J=8.4 Hz, 1H, ArH), 6.82 (dd,J=2.0 Hz, 8.4 Hz, 1H, ArH), 6.99(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH); IRν: 3 328, 2 968, 1 662, 1 598, 1 338, 1 280, 1 213, 1 105 cm-1; MSm/z: 430(M+)。

2 结果与讨论

2.1 合成

4的单C-异戊烯基化(4→5)是合成1的瓶颈，本文尝试了一些条件希望找到简便、产率稍高的方法，实验结果表明在K2CO3/THF条件下的主要产物为关键中间体5，产率34.9%。用较强的NaOH(1 mol或2 mol)作催化剂均未以理想的产率得到5，主要得到氧代产物9。还尝试了9在蒙脱土K10作用下[1,3]迁移合成5[12]，结果也不理想。

值得一提的是，用3 mol·L-1盐酸在甲醇中回流，一步反应既可以成功地脱去8的MOM保护，又能实现从异戊烯基到“3-羟基-3-甲基丁基”或“3-甲氧基-3-甲基丁基”的转换，分别以36.3%和52.0%的产率得到了新黄烷酮1a和1b。

从异戊烯基到“3-羟基-3-甲基丁基”官能团的转换而言，相对Susanne Vogel等[13]报道的Hg(OAc)2/H2O体系，Scheme 1所示合成路线更为行之有效和环境友好，也更符合“绿色化学”的理念。该法为合成含有“3-羟基-3-甲基丁基”官能团的天然产物，提供了一条简捷、廉价、高效和绿色的途径。

2.2 1的抑菌活性

M.luteus是一种革兰氏染色阳性的黄色无芽胞好氧微球菌，寄生于人体皮肤、咽部等对人体无害的腐生菌，但当机体抵抗力低下时，则会引起脑膜炎、肺炎、败血症、脓毒性关节炎、泌尿系感染、脑脓肿等[14]。因此研究能抑制M.luteus的药物具有重要意义。

采用打孔法，首先取保存的M.luteus菌种，将其接种于S1液体培养基试管中，100 r·min-1，30 ℃过夜培养，连续传种3次，再将其稀释至浓度107 CFU·mL-1。随后配制100 mL S1固体培养基于高压灭菌锅内121 ℃，灭菌20 min，冷却到45 ℃左右时加入上述菌液1 mL，摇匀，在无菌操作环境中倒平板。培养基凝固后打孔，MeOH作对照(抑菌圈直径为0)，以MeOH为溶剂，c=1.0 mg·mL-1，试样品与对照样各10 μL点样于不同孔中，过夜培养后，得抑菌圈，检查抑菌圈直径。每个样品平行测3次，结果取平均值。

1a,1b和8对M.luteus的抑菌圈直径分别为14.3 mm, 10.3 mm和2.7 mm，表明1a,1b和8对M.luteus均具有抑制作用，且抑菌活性1a>1b>8。1a的抑菌效果相对更好，抑菌圈直径最大可达15 mm，可能是因为其含有“3-羟基-3-甲基丁基”官能团。

为了研究开发新型抑菌剂，拓展含有“3-羟基-3-甲基丁基”官能团的黄烷酮类药物，不失为一个好的思路。

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