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    4甲基傘形內(nèi)酯衍生物的合成與生物活性研究

    2017-05-12 11:02:55汪秋安?で茄扌廓っ?炎?ち醵?
    關(guān)鍵詞:傘形戊烯香豆素

    汪秋安?で茄扌廓っ?炎?ち醵?

    摘 要:4甲基傘形內(nèi)酯(4甲基7羥基香豆素, 1)是一種具有重要生物活性的香豆素類天然產(chǎn)物. 本文以間苯二酚和乙酰乙酸乙酯為原料, 經(jīng)Pechmann反應(yīng)合成4甲基傘形內(nèi)酯(1). 然后以4甲基傘形內(nèi)酯(1)為底物, 分別經(jīng)Mannich反應(yīng)、乙酰化、Fries重排、O甲基化、BaeyerVilliger氧化、O異戊烯基化和Claisen重排等反應(yīng)步驟, 合成了一系列4甲基傘形內(nèi)酯衍生物2~10.并對(duì)所合成的化合物進(jìn)行了人宮頸癌Hela細(xì)胞的抑制活性測(cè)試, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)新化合物4甲基5異戊烯基8羥基7甲氧基香豆素(10)對(duì)Hela細(xì)胞的抑制活性(IC50 = 28.58 μmol/L), 高于陽性對(duì)照藥物順鉑(IC50 = 41.25 μmol/L), 具有進(jìn)一步研究開發(fā)的價(jià)值.

    關(guān)鍵詞:4甲基傘形內(nèi)酯; 香豆素衍生物; 合成; 生物活性

    中圖分類號(hào):O625.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    Abstract:4Methylumbelliferone (4methyl7hydroxycoumarin, 1) is a coumarins natural product with important biological activity. Firstly, 4methylumbelliferone (1) was synthesized from resorcinol and ethyl acetoacetate by Pechmann reaction. Nine coumarin derivatives (2~10) were then synthesized through Mannich reaction, acetylation, Fries rearrangement, Omethylation, BaeyerVilliger oxidation, Oprenylation and Claisen rearrangement from 4methylumbelliferone (1). Their inhibitory activities on human cervical carcinoma Hela cells were evaluated in vitro. The biological testing results showed that 4methyl5prenyl8hydroxy7methoxycoumarin (10, IC50 = 28.58 μmol/L) displayed stronger activity than the positive control drug cisPlatin (IC50 = 41.25 μmol/L), which is worthy of further study.

    Key words:4methylumbelliferone; coumarin derivatives; synthesis; biological activity

    香豆素是一類具有抗腫瘤、抗病毒、抗菌和抗凝血作用等重要生物活性的天然產(chǎn)物. 例如,Kashman等從馬來西亞熱帶雨林樹木藤黃科胡桐樹(Calophyllum lanigerum)中分離出來的Calandide具有很強(qiáng)的抗艾滋病毒活性[1]. 2003年Lee等從緬甸的Kayea Ossamica 樹皮中分離得到的新香豆素TheraphinsA, B和C顯示出很好的抗Co12, KB和LNCaP人腫瘤細(xì)胞活性[2]. 張慶林等從蛇床子(Cnidiummonnier)中分離出的3種香豆素對(duì)耐藥的腫瘤細(xì)胞KBV200具有明顯的逆轉(zhuǎn)作用[3]. Itoigawa等從C. inophllum中分離出的10種4苯基香豆素對(duì)腫瘤細(xì)胞EpsteinBarr Virus(EBV)具有顯著抑制活性[4].

    4甲基傘形內(nèi)酯(1)是一種簡(jiǎn)單的天然香豆素, 它對(duì)各種腫瘤細(xì)胞具有抑制活性, 同時(shí)也是一種新型利膽藥物[5-6]. 由于它的分子量小、合成簡(jiǎn)便且生物利用度高, 由4甲基傘形內(nèi)酯所衍生出來的香豆素衍生物顯示出良好的生物活性和藥理作用, 已引起人們的廣泛關(guān)注[7-10]. 現(xiàn)有的研究表明, 異戊烯基、甲氧基和含氮堿基對(duì)香豆素類化合物的生物活性具有增強(qiáng)效果, 例如, 蛇床子素(osthol, 7甲氧基8異戊烯基香豆素)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種很有潛力的高效抗腫瘤的異戊烯基香豆素[11]. 為了進(jìn)一步研究4甲基傘形內(nèi)酯衍生物的生物活性及適應(yīng)新藥開發(fā)的需要, 我們首先以間苯二酚和乙酰乙酸乙酯為原料, 經(jīng)Pechmann反應(yīng)合成了4甲基傘形內(nèi)酯(1), 然后對(duì)4甲基傘形內(nèi)酯進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾, 分別經(jīng)Mannich 反應(yīng)、乙酰化、Fries重排、O甲基化、BaeyerVilliger氧化、O異戊烯基化和Claisen重排等反應(yīng), 合成了一系列4甲基傘形內(nèi)酯衍生物2~10.并對(duì)所合成的4甲基傘形內(nèi)酯衍生物進(jìn)行了人宮頸癌Hela細(xì)胞的抑制活性測(cè)試. 4甲基傘形內(nèi)酯(1)及其衍生物2~10的合成路線如圖1所示.

    4methylumbelliferone (1) and its derivatives 2~10

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1 儀器與試劑

    熔點(diǎn)在 XRC1 型顯微熔點(diǎn)儀上測(cè)定(溫度計(jì)未校正);NMR 用 Bruker Am400 型核磁共振儀測(cè)定(溶劑 CDCl3 或 DMSOd6, TMS 為內(nèi)標(biāo));MS 用 Agilent 1100 液質(zhì)聯(lián)用儀或 ZABHS 型儀測(cè)定記錄(EI模式);IR用 FD5DX 儀 (KBr 壓片法)測(cè)定;微波加熱用XHMC1實(shí)驗(yàn)室微波合成儀(北京祥鵠科技發(fā)展有限公司);薄層和柱層析用硅膠均為青島海洋化工廠產(chǎn)品;所用試劑和溶劑為化學(xué)純和分析純, 要求無水的溶劑都經(jīng)過干燥劑或分子篩除水和重蒸處理.

    4甲基7羥基香豆素(1)按文獻(xiàn)以間苯二酚和乙酰乙酸乙酯為原料合成[12].

    1.2 4甲基7羥基8亞甲基(1二正丙胺)香豆素(2)合成

    首先將0.8 mL甲醛、0.8 mL二正丙胺、5滴濃鹽酸溶于5 mL乙醇中, 室溫下攪拌10 min, 再稱取化合物1 (200 mg, 1.14 mmol) 于100 mL加有磁子的圓底燒瓶中, 將20 mL無水乙醇加入其中, 微波條件(600 W, 80 ℃)下溶解原料, 回流30 min左右, 反應(yīng)完畢, 旋干反應(yīng)液, 加水, 用乙酸乙酯萃取3次, 無水硫酸鈉干燥, 過濾, 旋蒸除溶劑,用乙酸乙酯石油醚重結(jié)晶, 得到黃色固體165 mg, 產(chǎn)率50%, m.p. 125~127 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.24 (d, J = 8.5 Hz, 1H, 5H), 6.57 (d, J = 8.5 Hz, 1H, 6H), 5.88 (s, 1H, 3H), 3.91 (s, 2H, NCH2), 2.41 (t, J = 6.9 Hz, 4H, NCH2), 2.25 (s, 3H, 4CH3), 1.46~1.49 (m, 4H, CH2), 0.78 (t, J = 6.7 Hz, 6H, CH3). 13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ 163.09, 160.84, 153.22, 152.20, 124.28, 113.16, 111.59, 109.98, 108.08, 55.47, 50.79, 19.18, 18.55, 11.55. MS (EI), m/z: 289 [M]+. Anal. calcd for C17H23O3N: C 70.56, H 8.01, N 4.84;found C 70.48, H 7.98, N 4.81.

    1.3 4甲基7羥基8亞甲基(1吡咯烷)香豆素(3)的合成

    合成方法同(2)得到黃色固體201 mg, 產(chǎn)率68%, m.p. 223~225 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 13.08 (s, 1H, OH), 7.32 (d, J = 8.7 Hz, 1H, 5H), 6.67 (d, J = 8.7 Hz, 1H, 6H), 5.97 (s, 1H, 3H), 4.10 (s, 2H, NCH2), 2.65 (s, 4H, NCH2), 2.30 (s, 3H, 4CH3), 1.81 (s, 4H, CH2). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 163.13, 161.37, 153.46, 152.02, 124.49, 113.37, 111.91, 110.34, 108.60, 77.46, 77.14, 76.82, 53.60, 51.43, 23.70, 18.83. MS (EI), m/z: 259 [M]+ . Anal. calcd for C15H17O3N: C 69.48, H 9.51, N 7.77;found C 69.57, H 9.38, N 7.83.

    1.4 4甲基7羥基8亞甲基(4羥基哌啶)香豆素(4)的合成

    合成方法同(2)得到黃色固體214 mg,產(chǎn)率65%, m.p. 150~152 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.39 (d, J = 8.7 Hz, 1H, 5H), 6.75 (d, J = 8.7 Hz, 1H, 6H), 6.05 (s, 1H, 3H), 4.04 (s, 2H, NCH2), 3.84 (s, 1H, CH(OH)), 2.92 (s, 2H, NCH2), 2.37 (s, 5H, NCH2 and 4CH3), 1.95 (s, 2H, CH2), 1.68 (s, 2H, CH2). 13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ 162.71, 161.36, 153.48, 152.40, 124.60, 113.44, 112.16, 110.49, 107.72, 53.81, 33.84, 29.92, 18.79. MS (EI), m/z: 289 [M]+. Anal. calcd for C16H19O4N: C 66.42, H 6.62, N 4.84;found C 66.36, H 6.70, N 4.75.

    1.5 4甲基7乙酰氧基香豆素(5)的合成

    稱取化合物1 (500 mg, 2.85 mmol), 催化量的4二甲氨基吡啶于100 mL圓底燒瓶中, 加入15 mL乙酸酐,50 ℃反應(yīng)2 h, 原料點(diǎn)幾乎消失, 停止反應(yīng),旋干反應(yīng)液, 用乙酸乙酯萃取3次, 飽和食鹽水洗滌, 干燥, 旋干溶劑, 最后用二氯甲烷石油醚重結(jié)晶, 得到白色固體497 mg, 產(chǎn)率80%, m.p. 142~144 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.54 (d, J = 8.4 Hz, 1H, 5H), 7.07~6.98 (m, 2H, 6H and 8H), 6.20 (s, 1H, 3H), 2.36 (s, 3H, 4CH3), 2.28 (s, 3H,COCH3). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 167.80, 159.51, 153.09, 151.97, 150.96, 124.40, 117.10, 116.82, 113.47, 109.44, 20.12, 17.74. MS (EI), m/z: 218 [M]+. Anal. calcd for C12H10O4: C 66.05, H 4.62;found C 65.96, H 4.63.

    1.6 4甲基8乙?;?羥基香豆素(6)的合成

    稱取化合物5 (500 mg, 2.29 mmol), AlCl3 (1 g, 7.49 mmol), 適量NaCl于100 mL圓底燒瓶中, 在140 ℃下反應(yīng)24 h, 冷卻, 滴加 10% 稀鹽酸至酸性, 抽濾, 干燥, 用CH2Cl2溶解, 過濾, 最后重結(jié)晶, 得到黃色固體324 mg, 產(chǎn)率65%, m.p. 166~168 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 13.45 (s, 1H, OH), 7.57 (d, J = 8.9 Hz, 1H, 5H), 6.79 (d, J = 8.9 Hz, 1H, 6H), 6.05 (s, 1H, 3H), 2.82 (s, 3H, 4-CH3), 2.33 (s, 3H,COCH3).13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 204.32, 166.56, 159.31, 155.06, 153.07, 131.28, 115.06, 111.82, 110.98, 109.18, 33.91, 19.19. MS (EI), m/z: 218 [M]+. Anal. calcd for C12H10O4: C 66.05, H 4.62;found C 66.10, H 4.57.

    1.7 4甲基8乙?;?甲氧基香豆素(7)的合成

    將化合物6(500 mg,2.29 mmol), 碳酸鉀(1.90 g, 13.74 mmol)放于圓底燒瓶中, 加入20 mL丙酮,40 ℃下加熱使原料溶解, 滴加2 mL硫酸二甲酯, 5 h后, 原料點(diǎn)幾乎沒有, 停止反應(yīng), 旋干濾液, 重結(jié)晶, 得白色固體425 mg, 產(chǎn)率80%, m.p. 95~97 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.57 (d, J = 8.9 Hz, 1H, 5H), 6.89 (d, J = 8.9 Hz, 1H, 6H), 6.11 (s, 1H, 3H), 3.89 (s, 3H, OCH3), 2.57 (s, 3H, 4CH3), 2.38 (s, 3H, COCH3). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 199.47, 159.95, 158.37, 152.24, 150.51, 126.50, 119.19, 113.87, 112.41, 107.47, 56.28, 32.42, 18.73. MS(EI), m/z: 232 [M]+. Anal. calcd for C13H12O4: C 67.23, H 5.21;found C 67.16, H 5.25.

    1.8 4甲基8羥基7甲氧基香豆素(8)的合成

    稱量化合物7 (200 mg, 0.86 mmol) 于100 mL圓底燒瓶中, 加入15 mL二氧六環(huán), 12 mL 4%氫氧化鈉溶液, 40 ℃加熱, 使原料溶解, 冰浴條件下將10 mL 30% 的雙氧水溶液滴入其中, 反應(yīng)3 h左右, 用冰的稀鹽酸進(jìn)行酸化使pH=1, 原料點(diǎn)幾乎沒有, 停止反應(yīng), 加水, 用二氯甲烷萃取3~4次, 萃取后, 飽和食鹽水洗滌有機(jī)層, 干燥, 旋除溶劑, 最后重結(jié)晶, 得黃色固體89 mg, 產(chǎn)率50%, m.p. 80~82 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.12 (d, J = 8.8 Hz, 1H, 5H), 6.87 (d, J = 8.8 Hz, 1H, 6H), 6.14 (d, J = 0.9 Hz, 1H, 3H), 3.98 (s, 3H, OCH3), 2.39 (d, J = 1.1 Hz, 3H, 4CH3). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 160.17, 152.85, 149.30, 141.61, 132.75, 115.24, 114.38, 112.18, 107.30, 56.40, 18.61. MS(EI), m/z: 206 [M]+. Anal. calcd for C11H10O4: C 64.07, H 4.89;found C 64.11, H 4.78.

    1.9 4甲基7甲氧基8異戊烯氧基香豆素(9)的

    合成

    稱量化合物8 (200 mg, 0.97 mmol), 無水碳酸鉀(800 mg, 5.80 mmol)于100 mL圓底燒瓶中, 加入15 mL丙酮,40 ℃加熱, 使原料溶解, 滴加0.2 mL異戊烯基溴, 反應(yīng)4 h左右, 停止反應(yīng), 過濾, 旋轉(zhuǎn)蒸除溶劑, 用二氯甲烷石油醚重結(jié)晶, 得到黃色固體226 mg, 產(chǎn)率85%, m.p. 66~68 ℃,1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.29 (d, J = 8.9 Hz, 1H, 5H), 6.87 (d, J = 8.9 Hz, 1H, 6H), 6.13 (s, 1H, 3H), 5.59 (td, J = 7.3, 1.3 Hz, 1H, CH), 4.64 (d, J = 7.3 Hz, 2H, OCH2), 3.94 (s, 3H, OCH3), 2.38 (s, 3H, 4OCH3), 1.73 (s, 3H, CH3), 1.69 (s, 3H, CH3). 13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ 159.68, 154.80, 151.55, 147.13, 138.23, 133.96, 119.02, 118.43, 113.70, 111.32, 106.94, 69.00, 55.30, 24.80, 17.75, 16.97. MS(EI), m/z: 274 [M]+. Anal. calcd for C16H18O4: C 70.06, H 6.61;found C 70.11, H 6.55.

    1.10 4甲基5異戊烯基8羥基7甲氧基香豆素

    (10)的合成

    稱量化合物 9 (200 mg, 0.73 mmol)于100 mL圓底燒瓶中, 加入15 mL無水N, N二乙基苯胺, 微波條件(600 W, 200 ℃)下加熱, 反應(yīng)2 h左右, 原料點(diǎn)消失, 停止反應(yīng), 冷卻至室溫, 加入4%稀鹽酸, 用二氯甲烷萃取3次, 萃取后用飽和NaCl溶液洗滌有機(jī)層, 無水硫酸鈉干燥, 過濾, 旋蒸除溶劑, 硅膠柱層析 (V石油醚∶V乙酸乙酯=6∶1), 得到黃色固體70 mg, 產(chǎn)率35%,m.p. 123~125 ℃, 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.60 (s, 1H, 6H), 6.04 (s, 1H, 7H), 5.99 (s, 1H, CH), 5.06 (s, 1H, OH), 3.87 (s, 3H, OCH3), 3.56 (d, J = 5.5 Hz, 2H, CH2), 2.52 (s, 3H, 4CH3), 1.62 (s, 3H, CH3),1.75(s,3H,CH3). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 158.79, 153.83, 147.35, 142.27, 132.34, 130.81, 130.41, 122.29, 112.66, 111.83, 109.85, 55.21, 33.57, 24.54, 23.50, 17.13. MS(EI), m/z: 274 [M]+. Anal. calcd for C16H18O4: C 70.06, H 6.61;found C 69.95, H 6.59.

    1.11 生物活性測(cè)試

    采用CCK8法對(duì)合成化合物1~10進(jìn)行體外抗腫瘤細(xì)胞Hela(宮頸癌細(xì)胞)的活性篩選. 以順鉑 (cisPlatin )作為陽性對(duì)照. 實(shí)驗(yàn)流程如下:將每5 000個(gè)腫瘤細(xì)胞接種到96孔板中(每一孔板接種5 000個(gè)細(xì)胞), 待細(xì)胞貼壁之后(一般過夜或12 h)給藥, 起始給藥濃度100 μmol/L, 3倍或4倍濃度進(jìn)行梯度稀釋, 一共稀釋8個(gè)濃度(如:稀釋4倍,分別是100 μmol/L, 25 μmol/L, 6.25 μmol/L, 1.56 μmol/L, 0.39 μmol/L, 0.097 6 μmol/L, 0.024 4 μmol/L, 0.006 1 μmol/L), 給藥后孵育培養(yǎng)48 h,棄去培養(yǎng)基, 加入含10% CCK8(檢測(cè)線號(hào), 只與活細(xì)胞結(jié)合, 結(jié)合越多, 吸光度越大)的1640培養(yǎng)基(體外培養(yǎng)細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 主要有糖、氨基酸和維生素三大類)100 μL, 孵育1~2 h, 檢測(cè)波長(zhǎng)范圍450~490 nm, 酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀(BioRad 680)讀取各孔光吸收值, 記錄結(jié)果, 以濃度為橫坐標(biāo), 細(xì)胞存活率為縱坐標(biāo)繪制細(xì)胞生長(zhǎng)曲線, 應(yīng)用兩點(diǎn)法(Reed and Muench法)計(jì)算化合物的IC50值.

    2 結(jié)果與討論

    首先, 以間苯二酚和乙酰乙酸乙酯為原料, 經(jīng)香豆素合成的經(jīng)典反應(yīng)Pechmann反應(yīng)合成4甲基傘形內(nèi)酯(1). 然后,4甲基傘形內(nèi)酯(1)分別與二正丙胺、吡咯烷和4羥基哌啶等3種二級(jí)胺和水合甲醛的酸性醇溶液, 在微波加熱(600 W, 80 ℃)下進(jìn)行Mannich反應(yīng), 因香豆素1環(huán)上8位上的電子云密度較大, 且處于酚羥基的鄰位, 易發(fā)生具有親電特征的Mannich反應(yīng), 生成8位胺甲基取代的香豆素衍生物2~4, 這3種產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)通過1HNMR譜確證, 其中8位上的氫峰消失, 出現(xiàn)了δ 2.41,4.10和4.04胺甲基氫的吸收峰. 微波促進(jìn)的Mannich反應(yīng)已見文獻(xiàn)報(bào)道[13], 該法可大大縮短反應(yīng)時(shí)間, 且副產(chǎn)物少, 產(chǎn)率高.

    4甲基傘形內(nèi)酯(1)與乙酸酐在催化量二甲基吡啶(DMAP)作用下,發(fā)生乙?;磻?yīng)得到化合物5.化合物5在Lewis酸無水AlCl3催化作用下, 發(fā)生Fries重排, 可得鄰位、對(duì)位羥基芳香酮類化合物, 本文的化合物5中因?qū)ξ槐徽紦?jù), 故得到鄰位重排產(chǎn)物6. 曾選用CS2或硝基苯作溶劑, 產(chǎn)率較低, 可能是溶劑中含有少量的水, 使部分無水AlCl3吸潮水解, 而使產(chǎn)率較低. 在無溶劑條件下, 于140 ℃反應(yīng)24 h產(chǎn)率最高. 化合物6的7位經(jīng)O甲基化作用得化合物7. 化合物7在雙氧水中經(jīng)BaeyerVilliger氧化得8位有酚羥基的化合物8. 化合物8與異戊烯基溴在無水K2CO3丙酮體系中, 經(jīng)親核取代反應(yīng)得O異戊烯基化合物9. 化合物9溶于無水N, N二乙基苯胺(DEA)溶劑中, 在微波加熱(600 W, 200 ℃)條件下, 發(fā)生Claisen重排得4甲基5異戊烯基7甲氧基8羥基香豆素(10). 對(duì)所合成的4甲基傘形內(nèi)酯及其衍生物進(jìn)行了體外抗人子宮頸癌細(xì)胞Hela細(xì)胞株的活性篩選,采用CCK8法[14], 以順鉑(cisPlatin)為陽性對(duì)照物, 其結(jié)果見表1.從表1的生物活性結(jié)果可以看出, 化合物1, 5, 6, 7和10對(duì)Hela細(xì)胞增殖具有抑制作用, 其中化合物10(IC50=28.58 μmol/L)的活性高于陽性對(duì)照藥物順鉑(IC50=41.25 μmol/L), 也高于其母體香豆素4甲基傘形內(nèi)酯(IC50 = 71.99 μmol/L).

    3 結(jié) 論

    天然香豆素4甲基傘形內(nèi)酯經(jīng)Mannich 反應(yīng)、乙?;?、Fries重排、O甲基化、BaeyerVilliger氧化、O異戊烯基化和Claisen重排等反應(yīng), 合成了一系列4甲基傘形內(nèi)酯衍生物2~10. 所合成的目標(biāo)化合物經(jīng)測(cè)試對(duì)人宮頸癌Hela細(xì)胞株的抑制活性, 發(fā)現(xiàn)異戊烯基香豆素10的活性(IC50=28.58 μmol/L)高于陽性對(duì)照物順鉑(IC50=41.25 μmol/L), 具有進(jìn)一步研究開發(fā)的價(jià)值.

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