Diels-Alder反應(yīng)在斑蝥素衍生物合成中的應(yīng)用

尹艷清，黃 超，郭家輝，李燕華，杜銀順，楊麗娟

(云南民族大學(xué) 民族藥資源化學(xué)國(guó)家民委-教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500)

Diels-Alder反應(yīng)在斑蝥素衍生物合成中的應(yīng)用

尹艷清，黃 超，郭家輝，李燕華，杜銀順，楊麗娟

(云南民族大學(xué) 民族藥資源化學(xué)國(guó)家民委-教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500)

斑蝥素作為傳統(tǒng)中藥斑蝥的主要有效活性成分，在治療腫瘤方面發(fā)揮重要作用.在對(duì)斑蝥素進(jìn)行合成和改造過(guò)程中，Diels-Alder反應(yīng)被廣泛應(yīng)用.以呋喃及其衍生物為雙烯體，炔烴、馬來(lái)酸酐為親雙烯體，兩組分在回流或室溫下就能發(fā)生成環(huán)反應(yīng)獲得斑蝥素基本骨架.以幾類不同底物發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)制備斑蝥素衍生物并對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化.

Diels-Alder反應(yīng)；斑蝥素；抗腫瘤

斑蝥作為傳統(tǒng)抗腫瘤中藥代表之一，在我國(guó)至今一直作為臨床抗腫瘤藥物被廣泛使用[1-3].斑蝥素(Cantharidin，CA)作為斑蝥的關(guān)鍵活性成分直到近代才被人們所認(rèn)知[4]，從1810年獲得斑蝥素粗提物，到1914年確證分子結(jié)構(gòu)[5]，由于斑蝥素分子合成的難度直到1953年才首次實(shí)現(xiàn)合成[6].1962年由于申報(bào)公司未能提交詳細(xì)活性數(shù)據(jù)，造成斑蝥素未獲美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)的批準(zhǔn)上市.但斑蝥素的活性優(yōu)良，使其一直被臨床研究和應(yīng)用；在中國(guó)斑蝥素類藥物也在臨床發(fā)揮重要作用，市場(chǎng)潛力巨大[7].因此，斑蝥素的合成及活性研究具有重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際意義.

Diels-Alder反應(yīng)是指兩分子含有碳碳不飽和鍵的化合物在一定條件下組合成環(huán)的環(huán)加成反應(yīng)，它是合成六元環(huán)化合物最常用的方法之一[8]，尤其在具有活性的天然產(chǎn)物和藥物分子的合成中起到關(guān)鍵作用[9].在斑蝥素類化合物的制備中，分子母環(huán)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)-氧雜冰片烯(見(jiàn)圖1)就采用了Diels-Alder反應(yīng)進(jìn)行構(gòu)筑.本文以不同的雙烯體和親雙烯體反應(yīng)，探索簡(jiǎn)單的反應(yīng)條件制備新型斑蝥素衍生物，并優(yōu)化了反應(yīng)條件.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

呋喃為新蒸呋喃，購(gòu)自于Aldrich試劑公司；順丁烯二酸酐(AR，購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；丁炔二酸二乙酯及甲酯(DMAD)(AR，購(gòu)于韶遠(yuǎn)化學(xué)科技上海有限公司)；其余試劑均為分析純，均購(gòu)自于天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司.

核磁共振譜用Bruker-Avance 400 MHz核磁共振儀測(cè)定；高壓反應(yīng)釜為青島華青集團(tuán)有限公司；硅膠板為GF-254型；柱層析用200～300目硅膠；顯色劑為5%磷鉬酸乙醇溶液，浸濕后加熱顯色.

1.2 斑蝥素衍生物的合成

1.2.1 化合物Diethyl 7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3-dicarboxylate 3a的合成

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于10 mL的兩口圓底燒瓶中加入4 mL的甲苯，丁炔二酸二乙酯2a(3 mmol,0.540 g)，新蒸呋喃1a(3 mmol×2,0.408 g)，放到100 ℃的恒溫油浴中，TLC點(diǎn)板監(jiān)測(cè)，反應(yīng)完全后，減壓除去溶劑，將剩余物進(jìn)行柱層析(PE∶EA=10∶1,體積比)，得到淡黃色油狀產(chǎn)物647 mg，3a產(chǎn)率為87%.1H NMR (400 MHz,CDCl3):δ7.18 (2H,t,J=0.9 Hz),5.63(2H,t,J=1 Hz),4.26～4.20 (4H,m),1.28(6H,t,J=7.1Hz);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 451,2 363,1 649,1 424,1 268,1 071,994,770,622,544 cm-1.

1.2.2 化合物Dimethyl 7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3-dicarboxylate 3b的合成

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于10 mL的兩口圓底燒瓶中加入4 mL的甲苯，丁炔二酸二甲酯2b(3 mmol,0.426 g)，新蒸呋喃1a(3 mmol×2,0.408 g)，放到100 ℃的恒溫油浴中，TLC點(diǎn)板監(jiān)測(cè)，反應(yīng)完全后，減壓除去溶劑，將剩余物進(jìn)行柱層析V(PE)∶V(EA)=15∶1，得到淡黃色油狀產(chǎn)物535 mg，3b產(chǎn)率為85%.1H NMR(400 MHz,CDCl3):δ7.21(2H,t,J=1.0 Hz),5.68(2H,t,J=1 Hz),3.08(6H,s);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 451,2 355,2 024,1 646,1 443,1 268,1 073,994,860,617,551 cm-1.

1.2.3 化合物Diethyl 5-bromo-7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3-dicarboxylate 3c的合成

在10 mL的兩口圓底燒瓶中加入4 mL的甲苯，丁炔二酸二乙酯2a(3 mmol,0.540 g)和現(xiàn)制3-溴呋喃1b(3 mmol,0.449 g)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，放到100℃的恒溫油浴中，TLC點(diǎn)板監(jiān)測(cè)，反應(yīng)完全后，減壓除去溶劑，將剩余物進(jìn)行柱層析V(PE)∶V(EA)=8∶1，得到淡黃色油狀產(chǎn)物475 mg，3c產(chǎn)率為50%.1H NMR(400 MHz,CDCl3):δ7.10(1H,d,J=2.1 Hz),5.63(1H,t,J=1.9 Hz),5.48(1H,d,J=1.7 Hz),4.24～4.30(4H,m),1.29～1.34(6H,m);13C NMR(100 MHz,CDCl3):δ162.8,162.3,152.4,151.4,139.2,137.3,89.8,87.2,61.9,61.8,14.2 cm-1.

1.2.4 化合物3a,4,7,7a-Tetrahydro-4,7-epoxyisobenzofuran-1,3-dione 3d的合成

在裝有5 mL的CH2Cl2的25 mL的圓底燒瓶中，加入馬來(lái)酸酐4(10 mmol,1.000 g)和新蒸呋喃(20 mmol,1.401 g)，室溫下攪拌24 h，固體析出，過(guò)濾，用乙醚洗滌，旋干.得到1.621 g白色粉末，3d產(chǎn)率達(dá)98%，符合文獻(xiàn)[10].m.p.112～113 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3):δ6.58(2H,t,J=0.9 Hz),5.46(2H,t,J=1 Hz),3.17 (2H,s);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 443,3 145,2 362,1 859,1 791,1 599,1 403,1 312,1 283,1 224,1 145,1 087,1 021,953,924,879,851,734,676,634,576,529 cm-1.

1.2.5 化合物5-Bromo-3a,4,7,7a-tetrahydro-4,7-epoxyisobenzofuran-1,3-dione 3e的合成

在裝有5 mL的CH2Cl2的25 mL的圓底燒瓶中，加入馬來(lái)酸酐4(10 mmol,1.000 g)和現(xiàn)制3-溴呋喃1b(10 mmol,1.459 g)，室溫下攪拌24 h，有固體析出，過(guò)濾，用乙醚洗滌，旋干.得到1.250 g白色粉末，3e產(chǎn)率達(dá)51%.m.p.149～150 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3):δ6.59(1H,d,J=1.9 Hz),5.44 (1H,d,J=1.1 Hz),5.27(1H,s),3.31～3.37(2H,m);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 445,3 111,2 334,2 026,1 866,1 786,1 705,1 583,1 433,1 222,1 133,1 079,1 022,958,914,864,827,713,687,633,579 cm-1.

1.2.6 化合物Tetraethyl 7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3,5,6-tetracarboxylate 3f的合成

丁炔二酸二乙酯2a(0.3 mmol,51 mg)和3,4-呋喃二酸二乙酯1c(0.24 mmol,51 mg)加到裝有1 mL甲苯的10 mL的兩口圓底燒瓶中，將反應(yīng)體系置于100 ℃的恒溫油浴中，TLC點(diǎn)板監(jiān)測(cè)，反應(yīng)完全后，減壓旋出溶劑，柱層析V(PE)∶V(EA)=5∶1,得到白色固體0.04 g，產(chǎn)率為43%.m.p.:115～116 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ5.93 (1H,s),4.26～4.32(4H,m),1.32(6H,t,J=7.1 Hz);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 381,3 131,2 991,2 361,1 702,1 634,1 473,1 372,1 286,1 215,1 178,1 112,1 042,1 013,796,752,710,619,545,519 cm-1.

2 結(jié)果與討論

以呋喃類化合物1為雙烯體和炔烴2a～2b作為反應(yīng)原料，首先對(duì)Diels-Alder反應(yīng)制備去甲斑蝥素酯類衍生物3a～3c的溶劑和溫度等條件進(jìn)行考察，TLC板監(jiān)測(cè)控制反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)表1.從結(jié)果可以看出，化合物反應(yīng)的溫度對(duì)反應(yīng)的影響較大，升高溫度可以提高產(chǎn)率和降低反應(yīng)時(shí)間.此制備方法的反應(yīng)原料廉價(jià)易得，反應(yīng)時(shí)間短且能夠獲得分子結(jié)構(gòu)多樣性的斑蝥素化合物.

以馬來(lái)酸酐4為親雙烯體和呋喃類化合物1作為反應(yīng)原料，考察以Diels-Alder反應(yīng)制備去甲斑蝥素酸酐類衍生物3d～3e的溶劑和溫度等條件，TLC板監(jiān)測(cè)控制反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)表2.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)在室溫下很容易發(fā)生，且無(wú)溶劑條件下反應(yīng)產(chǎn)率最佳.此方法也具有反應(yīng)原料廉價(jià)易得、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但分子中存在空間構(gòu)型選擇性問(wèn)題，內(nèi)外型(endo-or exo-)結(jié)構(gòu)產(chǎn)物不易控制、反應(yīng)過(guò)程不易監(jiān)測(cè)等缺點(diǎn).

注:a.柱層析分離收率；b.為在高壓反應(yīng)釜中，呋喃作為溶劑，呋喃為丁炔二酸二乙酯的10 eq.,沒(méi)有進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)；c.呋喃分為2批加入到反應(yīng)液中.

表2 制備去甲斑蝥素酸酐類衍生物3d～3e條件篩選

注:a.柱層析分離收率;b.呋喃為酸酐的10 eq.

以3,4-甲酸乙酯-呋喃1c為雙烯體與各類炔烴作為反應(yīng)原料，考察炔烴取代基變化發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)制備不同酯類斑蝥素衍生物的方法.結(jié)果在甲苯做溶劑100 ℃下，只有丁炔酸二乙酯可以參與反應(yīng)，獲得去甲斑蝥素雙酯類衍生物3f.該路線想借助D-A反應(yīng)通過(guò)炔烴取代基的改變直接實(shí)現(xiàn)斑蝥素分子的衍生化，但是實(shí)驗(yàn)證明不同類型炔烴由于反應(yīng)活性不同，應(yīng)用的范圍有限.

表3 制備去甲斑蝥素雙酯類衍生物3f

注:a.柱層析分離收率；b.原料沒(méi)有消耗完.

3 結(jié)語(yǔ)

利用Diels-Alder反應(yīng)構(gòu)筑斑蝥素衍生物母環(huán)的方法具有方法簡(jiǎn)潔、高效、獲得化合物分子多樣等特點(diǎn).在相對(duì)較溫和、不需要催化劑的條件下，變換原料，以不同的呋喃類雙烯體和炔烴、馬來(lái)酸酐等親雙烯體化合物可制備大量分子結(jié)構(gòu)多樣性的斑蝥素衍生物.應(yīng)用Diels-Alder反應(yīng)制備各種斑蝥素衍生物，進(jìn)而篩選其抗腫瘤生物活性，對(duì)尋找新型高效低毒斑蝥素類抗腫瘤藥物具有重要意義.

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(責(zé)任編輯 梁志茂)

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本刊編輯部

Application of Diels-Alder reaction to the synthesis of cantharidin derivatives

YIN Yan-qing,HUANG Chao,GUO Jia-hui,YANG Li-juan

(Key Laboratory of Chemistry in Ethnic Medicinal Resources,State Ethnic Affairs Commission and Ministry of Education of China, Yunnan Minzu University,Kunming 650031,China)

As the main effective active ingredient ofBlisterBeetle,a traditional Chinese drug,cantharidin plays an important role in the treatment of malignant diseases. And Diels-Alder reaction is widely applied in the synthesis of its derivatives. With furan and its derivatives as the diene,alkyne or maleic anhydride as the dienophile,the basic framework of cantharidin can be generated by refluxing or under the room temperature. In this paper,the synthesis of cantharidin derivatives with different substrates by Diels-Alder reaction has been discussed and the experimental conditions have also been optimized.

Diels-Alder reaction; cantharidin; anti-tumor

2014-12-02.

國(guó)家自然科學(xué)基金(21202142);教育部重點(diǎn)項(xiàng)目(212161)和民族藥資源化學(xué)國(guó)家民族事務(wù)委員會(huì)-教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(MZY1115);云南民族大學(xué)2014年學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力提升工程項(xiàng)目；云南民族大學(xué)化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院SRT科研項(xiàng)目(2013HXSRTZ01,2013HXSRTZ02,2013HXSRTZ06).

尹艷清(1988-)，女，碩士研究生.主要研究方向：藥物分子合成.

黃超(1979-)，男，博士，副教授.主要研究方向：有機(jī)合成與藥物化學(xué).

R248.3

A

1672-8513(2015)02-0115-04