（有机化学专业论文）天麻酚类衍生物的合成与抗ad活性研究.pdf

天麻酚类衍生物合成与抗a d 活性研究 专业：有机化学 方向：有机合成 硕士：周亚耀 导师：宋化灿教授 摘要 天麻是著名的中药，其活性成分具有广泛的药理作用，主要表现在镇痛、抗炎 以及中枢神经保护作用等，近年来的研究发现，天麻还具有增智、健脑、延缓衰 老的作用，对老年性痴呆症有一定的疗效 1 。在日本天麻还被用来改善学习记 忆功能和治疗老年痴呆 2 。目前国内外还没有关于天麻酚类衍生物抗a d 构效关 系研究报道，也未见有目的性对其进行结构修饰和改造，以提高其抗a d 活性的 研究报道。本论文以天麻酚( 对羟基苯甲醛) 为母体，分别与氯乙酸甲酯、1 ，2 一二氯乙烷反应合成出两个中间体1 d 、l b ，中间体l d 再和含氮的胺、氨基酸甲酯 反应可得到1 1 个目标化合物；中间体1 b 矛i j 哌啶、吗啉及哌嗪反应可以得n 3 ；f 中产 物，总共合成了1 4 种目标化合物，经i r 、m s 、1 h n m r 确认了这1 4 个化合物的结构， 并对这些化合物做乙酰胆碱酯酶抑制活性测试，结果表明所有的化合物对乙酰胆 碱酯酶均有抑制作用。 关键词：对羟基苯甲醛、乙酰胆碱酯酶、活性测试 i i t h es y n t h e s i sa n df i l t r a t i o no fg a s t r o d i ap h e n o ld e r i v a t i v e s m a j o r ：o r g a n i cc h e m i s t r y n a n t e ：z h o ul 白妇o s u p e r v i s o r ：s o n gh u a c a n a b s t r a c t t i a l lm ai saw e l l k n o w nc h i n e s em e d i c i n ew h i c he x h i b i t sab r o a ds p e c t r u mo f p h a r m a c o l o g i e ss u c ha sc a l m i n ga n di m m u n i t y , a sw e l la sp l a y i n g a ni m p o r t a n tr o l ei n t h et r e a t m e n to fb l o o dv e s s e ls y s t e md i s e a s ea n df a l l i n gs i c k n e s s i th a sa l s ob e e n u s e df o ri m p r o v i n ga b i l i t i e so fl e a r n i n ga n dm e m o r ya sw e l la sa l z h e i m e r sd e m e n t i a ( a d ) i nj a p a n s of a r1 1 0 r e s e a r c hr e p o r t sh a v e b e e nf o u n dy e ta b o u tt h e s t r u c t u r e r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i po na n t i a dd i s e a s ec o n d u c t e db yt i a nm ap h e n o l d e r i v a t i v e s ，n o ri st h e r ea n ye f f o r t sm a d ef o rs t r u c t u r em o d i f i c a t i o nt oi m p r o v ei t s a n t i a da c t i v i t y t h i sd i s s e r t a t i o nr e v o l v e dp - h y d r o x y b e n z a l d e h y d e ，o n ec o m p o n e n t o ft i a nm a , a sal e a dc o m p o u n d ，w h i c hr e a c t e dw i t hm e t h ) l c h l o r o a c e t a t ea n d 1 , 2 一d i c h l o r o e t h a n er e s p e c t i v e l y , a n da f f o r d e dt w oi n t e r m e d i a t e s1 aa n d1 b aw a s t h e nr e a c t e dw i t ha n f i n ea n dm e t h y la m i n oa c i de s t e r , p r o v i d i n ge l e v e nt a r g e t m o l e c u l e s ；w h i l et h r e ep r o d u c t sc a nb eo b t a i n e db yr e a c t i n gbw i t hp i p e r i d i n e ， m o r p h o l i n ea n dp i p e r a z i n er e s p e c t i v e l y t h e s t r u c t u r e so ft h e s et o t a lf o u r t e e n c o m p o u n d sw e r ec o n f i r m e db yi r ，m s ，a n d1 h n m r ，a n dt e no ft h e mw e r ef o u n dt o b es o m ec o m p o u n d sw h i c hh a v eb e e nn e v e rr e p o r t e d f u r t h e r m o r e ，a l lt h ef o u r t e e n s y n t h e t i cc o m p o u n d s ( a j s 一1 a j s 一1 0 ) w e r es u g g e s t e dt ob ee f f e c t i v ei n h i b i t o r so f a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ( a c h e ) i nas e r i e so f p r i m a r yb i o a s s a y k e yw o r d s ：p - h y d r o x yb e n z a l d e h y a e ，a c h e i i i 表i ：化合物结构图( 共1 7 个化合物，其中目标产物1 4 个) ： c h 0 1 a a j s 2 c h o 1 d o n h c h c 0 2 c c h 2 p h c h o a j s 5 c h o a j s 8 a j s 一3 。n h c h c 0 2 c h 3 c h ( c h 3 ) c 2 h 5 o i i 声一n 0 0 2 c h 3 2 c o n h c h 2 c h 2 0 h a j s 1 1 1 b n h c h o a j s 一6 a j s 9 c h 3 c h o a j s i 2 c o n h c h c h a j s 4 n h q h c 0 2 c h 3 c h 2 c h ( c h 3 ) 2 日h c 0 2 c 筘一n 1 h 1 0 飞 二= 一 c h 0 a j s 一1 2 c h o a j s 一7 2 c o n h c h c 。2 c h 3 c h 2 c h 2 s c h 3 a j s 1 0 c h c 0 2 c h 3 c h 2 c h 2 c 0 2 c h 3 c h o a j s 一1 3 叫j 9 叫 一 八u 第一章：前言 1 1 天麻的化学成分及其活性成分 我国天麻化学成分主要有天麻甙( 天麻素，g a s t r o d i n ) 、天麻甙元一对羟基苯 甲醇、天麻醚甙( g a s t r o d i o s i d e ) 、派立辛( p a r i s h i n ) 、香草醇、b 一甾醇、对 羟基苯甲醛、柠檬酸、琥珀酸等 3 。天麻的化学分析不应局限于已找到的成分， 应该不断寻找新的活性成分，从天麻苷元的衍生物中，仍有可能找到更有效的 中枢抑制药物。 天麻主要用于治疗头晕目眩、癫痫、肢体麻木及半身不遂等症。近年来的 研究发现，天麻还具有增智、健脑和延缓衰老的作用，对老年性痴呆症有一定的 疗效，由此其越来越受到人们的关注。随着天麻药理和临床研究的深入，天麻药 用产品的开发研制工作日益得到关注 4 5 。 1 2 天麻药理作用 药理实验证明天麻所含的天麻素、天麻苷元和香草醇均具有生物活性：双一 ( 4 一羟基苄基) 醚一单氧一0 一d n l l 喃葡萄糖苷经水解后得到天麻素和天麻苷元，也 有类似作用。天麻的药理作用主要表现在以下几个方面 6 9 。 1 2 1 镇痛作用：天麻粉灌胃给药( 0 9 9 k g ) 能明显延长小鼠的睡眠持续时 间和减少小鼠扭体次数，热板法镇痛实验也表明天麻制剂可明显提高痛阈值。 1 2 2 抗炎作用：天麻注射液( 5 9 k g ) 可抑制醋酸所致小鼠腹腔毛细血管通 透性的增加，抑制二甲苯所致小鼠耳部肿胀及通透性的增加，以及5 一h t ，p g e 2 所致大鼠皮肤毛细血管通透性的增加，说明天麻对炎症早期的渗出有抑制作用。 1 2 3 对心血管的作用：药理实验研究表明，天麻水醇提取物可降低家兔 后肢和头部的血管阻力：天麻注射液、天麻素均能有效地降低动物血压。天麻注 射液可使血压下降、心率减慢、心输出量增加、心肌耗氧量下降，了进一步的研 究发现，以丝裂霉素( m m c ) 形成的中毒性心肌损伤的细胞为病理模型，合成天麻 素可使心肌细胞变性减轻，坏死显著减少，s d h 和l d h 活性增强，且天麻素浓 度越高，保护作用更显著。这可能与天麻素能促进细胞能量代谢，增强抗损伤作 用有密切关系 1 2 4 免疫功能：天麻注射液可提高小鼠的d t h 反应，表明它有增强t 细 胞的免疫应答功能。可促进特异性体液抗体生成作用，对小鼠机体的非特异性免 疫有增强作用，能促进特异性抗原结合细胞的能力，从天麻中提取的天麻多糖同 样具有免疫活性。 i 2 5 惊厥作用：天麻浸膏具有明显对抗戊四氮阵挛。陛京厥的作用。进一步 实验表明，天麻素及其苷元能延长戊四氮阵挛性惊厥的潜伏期，与戊巴比妥钠 有明显协同作用，能提高戊四氮在小鼠的半数惊厥量，并能使小鼠自主活动降 低。 1 2 6 镇静催眠作用：尚伟芬研究了天麻注射液对大鼠四脑区：皮层、丘 脑、脑干和纹状体内，多巴胺( d a ) 、去甲肾上腺素( n a ) 含量及释放的影响。实验 表明，天麻注射液能降低大鼠四脑区的d a 和n a 的含量，初步认为天麻的镇静、催 眠作用可能与其降低脑内d a 和n a 的含量有关，而脑内d a ( n a ) 含量的降低可能 与天麻抑制中枢d a ( n a ) 能神经末梢对d a ( n a ) 的重摄取和储存有关 2 2 1 2 7 神经保护作用： 现代中医药学也认为它属于抗衰老中药，近年来，天麻的抗衰老和促进学习 记忆作用受到人们的重视。日本已将天麻应用于老年痴呆的治疗。实验研究表明， 口服天麻不仅可以明显的改善老年大鼠认知功能的减退，还能够对抗东莨菪碱所 致的记忆缺损障碍，天麻抗老年痴呆和促进学习记忆的作用与其神经保护作用密 切相关 1 0 1 2 。 1 2 7 1 对抗兴奋毒性的作用 脑内的兴奋性氨基酸( e a a ) 主要为谷氨酸( g l u ) ，它最主要的受体是 l 一甲 基一伊一天冬氨酸( n m d a ) 受体。各种原因引起的脑损伤时，e a a 从神经末梢外排增 加而摄取减少，使其在细胞外间隙蓄积，n m d a 受体过度激活，从而引发兴奋毒性。 兴奋毒性机制主要为2 方面：o n m d a 受体过度激活，导致急性神经细胞肿胀、坏 死。n m d a 受体过度激活使细胞内c a 2 + 浓度持续增高，导致c a ”超载，从而激活 一系列与细胞毒性有关的酶，这些酶类的激活引发神经元的脂质膜、核酸等重要 成分的破坏，使神经元逐步溃变坏死 1 3 ，1 4 。天麻成分香荚兰醛和对羟基苯甲 醛可显著的抑制g l u r j 起的人1 m r 2 3 2 成神经细胞瘤细胞i 女l c a ”的升高和细胞凋亡 天麻素也可抑s u g l u 弓l 起的p c i 2 细胞g j c a ”含量的升高提示c a 2 + 通道可能是天 麻成分抗兴奋毒性的作用靶点 1 5 ，1 6 。以上研究说明，天麻可以从调节e a a 的释放和摄取，抑制n m d a 受体活性，防止c a ”超载等方面对抗兴奋毒性。 1 2 7 2 对一氧化氮( n o ) 及一氧化氮合酶( n o s ) 的影响 n o 是以精氨酸为底物，在n o s 的催化下产生的。n o , f 1 1 n o s 在脑内发挥着双重作 用，一方面n 0 作为一种信息传递物质参与海马长时程突触传递增强作用和小脑的 长时程突触传递抑制( l t d ) 的形成，从而参与学习记忆过程：另一方面，在脑缺血 和神经退行性疾病时，n o s 表达剧增，产生大量的具有神经毒性作用的n 0 和多种 氧自由基( 主要为o r 0 0 ) ，参与神经细胞的损伤 1 7 ，天麻通过对n o 的双相调节发 挥其益智和神经保护作用。 1 2 7 3 对胶质细胞的影响 胶质细胞可分泌多种细胞因子和神经营养因子，在联系和维持神经元生存微 环境中起着重要作用。生理情况下，胶质细胞数量的增多对活跃神经元起到更好 的支持作用，对大脑的学习记忆功能有益。口服天麻可以明显使大鼠大脑胶质细 胞增生，胶质细胞群面积增大，胶质细胞数量增多，是益智作用的机理之一 1 8 。 1 2 7 4 抗氧化作用 自由基蓄积产生的氧化损伤是阿尔采海默病( a d ) 、血管性痴呆( v d ) 等神经 变性疾病的共同过程，是神经细胞损伤的重要原因之一j 正常情况下产生的自由 基可被体内强有力的保护性酶清除，神经系统受损后，自由基清除酶数量减少，功 能降低，导致自由基蓄积。大量的自由基使细胞受损，损伤的主要形式是攻击细胞 膜上的多不饱和脂肪酸，并促进脂质过氧化物的生成。研究表明，天麻可以升高老 年大鼠或神经损伤模型大鼠肝脏及血清中s o d 水平，降低其l p o 含量 1 9 ，2 0 。荚 香兰醇能够显著的抑制脑内注射氯化铁造成的大鼠癫痫模型皮层内l p o 的升高， 荚香兰醛和对羟基苄醇均能抑制大鼠脑匀浆、微粒体、线粒体的脂质过氧化反应。 神经细胞保护治疗是神经疾病治疗的一个十分重要的方面。目前的研究表明 中药天麻可以通过上述多种机制发挥神经保护作用，为天麻及其制剂治疗p d 、a d 等多种神经疾病提供了客观依据 1 0 。 1 3a d 的发病机制 阿尔茨海默病( a l z h e i m e rd i s e a s e ，a d ) 是一种在老年期发生的以进行性痴 呆为主要特征的神经元退行性变疾病，其主要临床表现为进行性认知功能障碍、 记忆力衰退、失语、性格和行为改变等。a d 的原发因素尚不明确，其发病机制十 分复杂，发病主要与几种因素有关：( 1 ) 遗传因素，女n a p p 基因突变、早老素l 及早 老素2 基因突变、载脂蛋白e ( a p o e ) 的基因易感性等：( 2 ) a b 的神经毒性作用：( 3 ) 中枢胆碱能系统的损伤( 特别是胆碱酯酶活性增高，水解乙酰胆碱增多，使其含量 下降) ：( 4 ) t a u 蛋白异常磷酸化：( 5 ) 自由基损伤：( 6 ) 神经递质及受体的改变：( 7 ) 生物膜性脂质结构异常及胆固醇代谢改变等 i 1 。 近年来，因为老年痴呆发病机理的复杂性，治疗药物及方法也是多种多样 的。病理学研究发现a d 患者脑内胆碱能神经系统发生退行性改变，出现神经元纤 维缠结( n f t s ) 、老年斑( s e n i l ep a q u e ) 和选择性神经元死亡，增加脑内乙酰胆 碱( a c h ) 水平可以改善a d 患者的症状。 治疗a d 的主要途径是寻找新的中枢拟胆碱药，这类药物可分为以下六类： 乙酰胆碱酯酶抑制剂( a c h e l ) ，减少乙酰胆碱的降解：胆碱前体物，增加胆碱 的生物合成：促乙酰胆碱( a c h ) 释放剂：m i 受体激动剂：m 2 受体拮抗剂： n 受体激动剂。其中研究最多、疗效最可靠的要属胆碱酯酶抑制剂。 1 4 乙酰胆碱酯酶抑制剂 乙酰胆碱酯酶( a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ，a c h e ) 是神经传导系统中的一个极 其重要的酶，负责快速水解胆碱能突触释放的a c h ，中断神经冲动传递。乙酰胆碱 酯酶抑制剂是通过抑制中枢突触间隙的乙酰胆碱酯酶( a c h e ) 的活性，阻止a c h 的分解，增加和延长a c h 的活性，从而提高a d 病人脑中的乙酰胆碱含量，由此而 起到治疗a d 的功效。下面是一些常见的乙酰胆碱酯酶抑制剂药物的介绍 2 卜2 5 ： 1 4 1 化学药物类 1 4 i 1 他克林及其衍生物：他克林( t a c r i n e ) 体内a c h e 抑制活性i c 。 4 n m o l l ，可加强胆碱能神经的功能，临床试验其可以改善a d 病人的认知和识别 能力。而其类似物立n a m i r i d i n e 、7 - m e t h o x y t a c “n e 、s m 一1 0 8 8 8 等则活性较强，毒 副作用降低 2 1 。 4 m 幻一 一f n h 仅知文如2 1 l a c f i n e s m - 0 8 8 8 ( d 廿a 矿曲 a m d l n c 伪y d r o c h i c f i d 曲 7 m c t h o x ) , l a c r i n , ： 图卜l 他克林及其衍生物 1 4 1 2 多奈哌齐：多奈哌齐( d o n e p e z i l ) 是第二个用于治疗轻、中度a d 的药物，与他克林相比，该药效果更强，选择性更高，且无肝毒性，口服给药后 脑内乙酰胆碱水平升高较快，是一种可逆性选择性胆碱酯酶抑制剂。 旷队位 o o - c h 3 o c ! l a d o n e p e z i l 图卜2 多奈哌齐 1 4 1 3 苄基哌啶类药物：比较有代表性的是t a k 一1 4 7 ，其对a c h e 的i c 。为 9 7 7 n m o l l ，作用比他克林和毒扁豆碱强。t a k 一1 4 7 在剂量为l m g k g ( p 0 ) 时和他 克林l o m g k g ( p 0 ) 同样能显著改善安定诱导的记忆力损伤，但t a k 一1 4 7 中枢选 择性高，无明显外周胆碱能副作用 2 2 。 _ a k 1 4 7 图卜3 苄基哌啶类药物t a k 一1 4 7 此外，还有一种化合物c p l l 8 9 5 4 ，其i c m 为o 3 3 n m o l l ，中枢选择性高，安 全，毒副作用较他克林小，临床试验表明可改善a d 病人的认知能力。这类药物 在作用时，哌啶环位于f q t y r 7 0 ，a s p 7 2 ，t y r l 2 1 和t y r 3 3 4 四个氨基酸的残基构成 的活性孔穴中；苄基哌啶基团与a c h e 的阴离子部位t r p 8 4 结合形成复合物，该阴 离子部位能认别底物a c h 的季铵离子，从而可逆、选择性地抑$ 0 a c h e 。 。 。谢r n 图卜4 苄基哌啶类药物c p 一1 1 8 9 5 4 1 4 1 4 重酒石酸卡巴拉汀：重酒石酸卡巴拉汀是第二代长效可逆性非竞争 性胆碱酯酶抑制剂，其最显著的效果表现在认知功能上，如记忆力、注意力、方 位感等的改善，且具有安全、耐受性好等优点。 1 4 1 5 美曲膦酯：美曲膦酯对a d 患者的认知功能和行为障碍均有改善，是 一有机磷酸酯，使a c h e 不可逆地磷酸酯化，m e t r i f o n a t e 本身不是a c h e i ，但在水 相条件下，可转化为活性物2 ，2 一二氯乙烯基磷酸二甲酯。 o9 h 艺掩三 h 茹一 一 图卜5 美曲膦酯 还有一些微生物来源的胆碱酯酶抑制剂，如a r i s u g a c i n s 是微生物产生的一 组化合物( 分别为a r i s u g a c i na 、b ) ，在筛选胆碱酯酶抑i i i i 的过程中，分别 从青霉( p e n i c i l i u m s p f o 一4 2 5 9 ) 和曲霉( a s p e r g i u st e r r e u s ) 两个菌株之 中分离出这一组化合物，它们对胆碱酯酶的抑制活性较强，比他克林强2 0 0 倍， 而且抑制选择性也较强，可望被开发为有效的a d 治疗药物。 啮。 h a c o c h 3 0 图卜6 美曲膦酯 1 4 2 中草药资源研究开发治疗a d 药物 1 4 2 1 石蒜科植物的生物碱成分加兰他敏( g a l a n t h a m i n e ) ，具有高度选择 性和强抑制活性的第2 代a c h e 抑制剂，因为较同类治疗a d 的药物具有更小的临床 毒副作用，特别是肝毒性，体现出天然活性成分有效性和安全性的特点 2 6 。 h o o h g a l 绷j n e c i l 3 图卜7 加兰他敏 1 4 2 2 石杉碱甲( h a ) 是从传统中草药蛇足石杉中分离出的生物碱，是一 种强效、可逆性和高选择性的第2 代a c h e 抑制剂。对石杉碱甲a c h e 复合物的研究 发现：石杉碱甲最重要的基团为内酰胺基：a c h e 的重要基团则为t y r l 3 0 ，活性位 点中的两个水分子h ：0 6 1 9 和h 2 0 一6 8 0 起着桥梁和纽带作用，t r p 8 4 和p h e 3 3 0 的 芳香环与伯氨的氮原子接近。 f i u p a z l n ea o 图卜8 石杉碱甲 1 4 2 3 植物柳珊瑚中所含的柳珊瑚酸( s u b e r o g o r g i n ) 经实验表明为选择性 和可逆性的非竞争型a c h e 抑制剂，它与a c h e 的结合位点在a c h e 的外周阴离子部位 有望开发成为有效治疗a d 的酶抑制剂物 2 6 。 e | 。0 h 图卜9 柳珊瑚酸 一祷了。落孙例， c h 婀 痴n y o 丫矿、i r 弋 志c h ， o k b ；k 、w 。， 。 失。因此针对提高a d 病人脑中的乙酰胆碱含量，促进胆碱能神经功能的药物不断 出现，尤其是乙酰胆碱酯酶抑制剂类药物的研究倍受关注。中草药抑制a c h e 活性 的研究传统治疗a d 方中，应用较多的有熟地黄、山茱萸、川芎、银杏、首乌、枸 杞、丹参和石菖蒲等中药，其不同程度抑$ ! j a c h e 活性已有实验报道。从传统方药 中弄清活性成分或部位是创新药物的关键，也是我国新药研发独具的特色和优 势。由此途径，才可能从浩瀚的中草药宝库中找到高效、安全的先导化合物，进一 步开发出拥有知识产权的高水平抗a d 新药 2 7 。 1 5 本论文的设计思想 尽管目前天麻作为止痛、安眠与镇静药物，市场销售不错，但其疗效还有待 进一步提高。天麻这类药物本身疗效不太理想，用药时间比较长，服用药物量也 比较大，其效果不象抗病毒、抗生素等类药物效果明显。 目前国内外还没有关于天麻酚类衍生物抗a d 构效关系研究报道，也未见有 目的性对其进行结构修饰和改造以提高其抗a d 活性的研究报道。因此，从发展 我国的中药和化学制药角度分析，从天麻活性成分出发，通过进行结构修饰和改 造，系统地进行其衍生物的抗a d 构效关系研究和进一步提高其抗a d 疗效，从 而获得具有自己知识产权的药物，具有特别重要的意义。 本论文以天麻的活性成分对羟基苯甲醛为母体，保持醛基不变，在酚羟基上 引入不同的基团进行结构修饰：母体分别与氯乙酸甲酯、1 ，2 一二氯乙烷反应合 成出两个中间体1 d 、1 b ；中间体l d 再和含氮的胺、氨基酸甲酯反应可得到一系列 的目标化合物；中间体l b 和哌啶、吗啉及哌嗪反应可以得n 3 种目标产物。目标 化合物，经i r 、m s 、1 h n m r 来确认其结构。合成的目标化合物通过对乙酰胆碱酯 酶进行协同抑制作用研究，期望从中筛选出对乙酰胆碱酯酶有良好抑制作用的化 合物。 1 5 1 本论文的立题依据 纵观目前市场上的乙酰胆碱抑制剂药物，其中大多数药物都含氮，因此，在 化合物中引入氮原子，预期会有较好的药理活性： 1 、氨基酸作为生命的内源性物质，将其引入药物分子中，可增加药物的脂 溶性，促进细胞对药物的吸收，同时降低药物的毒性。 2 、吗啉、哌啶、哌嗪这一类化合物形成叔胺后具有一定的生物活性，因此 通过亲核反应在化合物中引入这类基团后改善其药理活性。 1 5 2 本论文中引入氮原子的方法 本论文主要是通过酰胺化反应和亲核取代反应引入氮元素，氮源主要是各种 氨基酸酯和胺、哌啶、吗啉以及哌嗪等含氮化合物。 1 5 3 合成路线设计： 根据本论文的设计思路来设计本论文的合成路线，大概可以分为以下两种： 1 ) 、合成路线一： 2 c 0 2 hn h ， r c h c 0 2 c h 3 6 0 2 c h 3 1 a 1 d n h 2 c h 2 c h e o h j o c h 2 c o n h c h 2 c h 2 0 h 囝 r 2h 、c h 3 、p h c h + 、( c h 3 ) 2 c h c h 2 、c 2 h s ( c h 3 ) c h 、( c h 3 ) 2 c h 、c h 3 s c h 2 c h 2 叫正邺、c q 图卜1 1 合成路线一 1 0 2 ) 、合成路线二 c i c h 2 c h 2 c i 2 u t 也园) 或 。 唧入y 入y 第二章：天麻酚类衍生物的合成及表征 2 1 天麻酚类衍生物的合成方法 本论文涉及到的反应类型有醚化反应，氨基酸的酯化反应，成酰胺反应等， 以下对这些反应类型作简要概述。 2 1 1 成醚的制备方法 2 1 1 1o 一羟化反应 o 一羟化反应是合成醚的一类重要的反应，醇钠或酚钠与卤代烃的反应是合成 不对称醚的方法之一。 在碘化钾和聚乙二醇一4 0 0 催化下，对氯苯酚和氯乙酸反应2 2 5h ，收率 可达9 5 ，但需用昂贵的溶剂二恶烷 2 8 c i 。h 詈c ：? h 图2 1 氯苯酚和氯乙酸的反应 选用氯化三乙基苄基铵( t e b a ) 、聚乙二醇一6 0 0 ( p e g 一6 0 0 ) 、四丁基溴化铵 ( t b a b ) 为催化剂，以5 0 n a o t 作溶剂进行试验，反应时问1 5 h ，用t b a b 、p e g 一6 0 0 为催化剂其产率为7 2 7 6 ，而以t b a b 为催化剂时产率为9 4 2 9 ! ! ! 旦! ! 旦竺望。 t b a b ，5 0 n a o h ，c o o n a h c l 图2 2 氯苯酚和氯乙酸的反应 2 1 1 2w i l l i a m s o n 反应 脂肪族卤代烃与醇钠酚钠的反应。 r x + r o n a + r o r + n a x r x + a r o n a + r o a r1n a x 图2 3w i l l i a m s o n 反应 1 2 一审a 在固相有机碱试剂聚苯乙烯支持的1 ，5 ，7 一三氮双一 4 4 0 癸- - 5 - - 烯作 用下，3 一苯基一烯丙基溴可在室温下与3 一硝基- - 4 - - 氯苯酚作用，以高产率生 成芳醚。此法适用于苯环上有吸电子基团或推电子基团的酚类化合物，包括有立 体位阻的底物。高聚物试剂不仅起到碱的作用使酚脱质子，同时也能捕获体系中 没反应完的酚，使产物纯化手续大为简化 3 0 。 0 2 n 02nph c - 苄醇顺序递减。 刚 f + h o j 一器。： 。j 图2 5 对硝基氟苯与炔丙醇的反应 ( 1 ) 近年研究表明，微波加热可促进上述反应，当反应体系中有相转移催 化剂存在，微波促进的芳基烷基醚的产率大为提高。在5 0 0 w 微波促进下，叔丁醇 钾与对乙酰基氟苯作用生成芳基叔丁基醚，产率为8 1 3 1 。 叩。c 彳卜 ：一 t b u o k m w ( 5 0 0 w ) ，7 m i n即。c 嘶，t 图2 6 叔丁醇钾与对乙酰基氟苯的反应 ( 2 ) 在微波促进下，间甲苯酚在相转移催化剂存在下与苄氯反应，产率 为9 2 3 2 。 h + p h c h 2 c 1 鼍需警 图2 7 间甲苯酚与苄氯的反应 2 1 1 4 醇或酚与环氧化合物反应 醇或酚与环氧化合物反应可以生成相应的醚。 r 可+ 一一 o r c h 2 p h 图2 8 醇或酚与环氧化合物的反应 环氧化合物易与醇酚发生开环反应，生成羟基醚。开环反应可为酸或碱所 催化，但往往生成不同的产物。显然，酸及碱催化的开环反应过程是不相同的： r 即 o r 即 o 土恤叫 生咿弧f r c h c h 2 0 h + h 。 o r 。 r f h c h 2 。r + r 。e o h 图2 9 环氧化合物易与醇酚的开环反应 ( 1 ) 在三乙胺催化下，( r ) 一缩水甘油可与邻甲氧基苯酚发生开环反应， 以高产率和高光纯度生成相应的醚，反应过程中手性中心构型保持不变 3 3 。 o h 0 馒0 o 一一e t 3 n e t o hq ； 图2 1 0 缩水甘油与邻甲氧基苯酚的反应 ( 2 )辛基苯酚与环氧乙烷在氢氧化钾存在下，生成聚氧化乙烯辛基酚醚。 。坚刚t ， 。 一( c h 2 c h 2 0 狰 图2 1 1 辛基苯酚与环氧乙烷的反应 ( 3 ) 与环氧乙烷类似，1 ，2 一亚乙基亚胺与醇反应，开环生成氨基醚。在 一 一 b f 。催化下，甲醇与乙撑亚胺反应，生成2 一甲氧基胺 3 4 。 + h l h 2 n c h 2 c h 2 0 c h 3 图2 1 21 ，2 一乙基亚胺与醇反应 ( 4 ) 在l e w i s 酸( 如三氯化铝、四氯化锡等) 催化下，芳烃和环氧化合物 发生f r i e d e l c r a f t s 反应，生成b 一芳基取代乙醇。例如，在四氯化锡存在下， 苯与1 ，2 一环氧丁烷反应，主要生成2 一苯一1 一丁醇，另外还有一些氯代醇的副 产物。 0 s ：n 而c ：1 石2 c 6 h 6 c - ，s 2 2 、，f 竺。h + c h 。c h ：c h c t c h ：。h 图2 1 3 芳烃和环氧化合物的f r i e d e l c r a f t s 反应 2 1 2 氨基酸的酯化方法： 氨基酸的酯化，大体可循两个途径来实现：一是游离氨基酸的直接酯化：二 是将氨基保护后酯化，再除去保护基团。前者步骤单纯，而产率较蛞，且不适用 于对酸热敏感的氨基酸：后者步骤烦杂，但产率较高，且因条件温和而适用于所 有的氨基酸 2 1 2 1 酸催化法： 氨基酸的直接酯化通常用酸来催化，酸性介质可以很好地保护和掩蔽氨基， 酯化后得其盐，不同的酸催化时会有各自不同的情况。 ( 1 ) h c i 法 h c l 催化氨基酸的酯化，得到氨基酸酯的盐酸盐，是人们熟悉和常用的具 体操作是将干燥的h c i 气体通人氨基酸和醇的混合物里回流。这种方法最为经典， 反应的重现性好，反应周期短，产物易分离， 生成的酯的盐酸盐可直接作为其 他合成的中问体的投入应用目前，用这种方法不仅合成了大多数氨基酸的甲酯， 乙酯，高级烷基醇酯，而且还合成了氨基酸的糖酯，核酸酯，胆碱酯，氨基醇酯 等但这方法工艺流程复杂，操作非常繁琐( 如反应时通h c i ，反应后除h c i 等) ， 且消耗过量的醇，因而使它的应用受到限制 3 5 。 ( 2 ) h ：s 0 4 法 浓硫酸是普通羧酸酯化反应的一种经典催化剂，用于制备氨基酸酯时，得 到的不是硫酸盐，而是硫酸单酯盐，这样，使得反应的产物略显复杂，分离变得 困难，反应式如下： r 年h c o o hh ，s 0 4r g h c o o h 由h ， 成盐 由h h o s o 、h l - - - - - - - - w o h 酯化 r c h c o o 刚 n h 2 h o s 0 2 0 r 图2 1 4 浓硫酸催化的羧酸酯化反应 目前，文献扳报道用这一方法制备的氨基酸酯，主要是高级醇酯，如月桂醇，癸 醇等。但因硫酸具有强氧化性的脱水性，对于易脱水的醇，易氧化的氨基酸，多 羟基的醇等，都不适宜用此法。 2 1 2 2s o c i 。法： 在普通羧酸酯化过程中，可用s o c l ：将羧酸变成酰氯，然后醇解得到酯， 这一方法也可用于氨基酸的酯化，具体步骤是：将氨基酸及s o c i 。在低温下混合 ( 一5 ) ，放置一段时间后再升温酯化 3 5 ： r - - c h c o o h s o c l 2 r 一年h c o c l r o h r 一午h c o o r l + s o ，+ 由h 一5 由h h c i 。 h 2 h c i 图2 1 5s o c l z 法 反应不需要经过通k h c i ，再除去h c l 等繁琐步骤，且产率高，无付产物， 体系温度低。对于那些对酸热敏感的氨基酸，如色氨酸；高温下易分解易挥发的 醇，如烯丙醇，甲醇等，更适用于此法。该法的缺点是；s o c i ：毒性太大，体系 要求的温度低。 2 1 2 3 酯交换法 酯交换法用于氨基酸酯的制备，极道的也不多，困为一般的酯交换反应为可 逆反应，产率较低。但采用原酸酯作酯基转移基团或用分子量较大的，沸点较高 的醇置换分子量较小的，沸点较低的醇，取得了较好的效果。 2 1 2 4 碱催化酯化 迄今，在碱性条件下醇化成功的例子不是很多，因为一般的碱性环境会造 成氨基酸的构型转化，而波兰技术大学的k o t o d z i e i z y k 等将氨基保护后在碱性条 件下制得了酯。具体过程是：用乙酰乙酸乙醇保护氪基，同时用k 2 c 0 3 与k o h 在 h 一。 f h s c f ，一+ h 州k 明竺坚苎彦一以h c o o k c c 。吼丽“。吼 r c h c 0 0 r ” i或 n h ，h c l r f h c o o r ” n h ，t o s o h 2 一c h 3 ，一c 2 h 5 ，一c h 2 c 6 h s ，。c h 2 c 6 h a n 0 2 x - c i b r 一o s 0 3 0 r 图2 1 6 碱催化的酯化反应 用这种方法制成了一般脱水醇化难生成的酯，不发生外消旋，开辟了以卤代烃为 原料的醇化试剂，而且反应迅速( 整个反应只需两小时) ，操作简便，产率高( 8 0 9 0 ) ，产品纯( 用于肽链合成不需迸一步提纯) 。武汉大学的卓仁禧等改进了这 一方法，用d m f 作烷基化的溶剂，制得了多种氨基酸酯。这方法的缺点是：对烷 基化试剂的要求高，需要特别活跃的烷基或卤代烃才可。这一方法类似于普通酯 化反应的相转移催化法，有进一步推广的意义。 2 1 3酰胺的制备方法： 2 1 3 1 氨或胺与羧酸直接反应 r c o o h + r n h 2 + r c o n h r + h o 图2 1 7 氨或胺与羧酸的反应 胺或氨与羧酸的直接酰化是合成酰胺的重要方法，由于这一反应是一个平衡 反应，因此采用过量的反应物之一或除去反应中生成的水，均有利于平衡向产方 向转移。除去水的通常方法是在反应物中加入苯或甲苯进行共沸蒸馏。若为不挥 发的羧酸与胺反应时，可在直接加热的同时蒸出生成的水。若为挥发性的胺或氨， 则可将胺或氨通入到熔融的羧酸中进行反应。 ( 1 ) 将n 一羟基乙酸及苄胺于9 0 。c 共热，并蒸出生成的水及过量的苄胺， 则生成d 一羟基乙酰苄胺 3 5 。 h o c h 2 c o o h + p h c h 2 n h 22 q 竺- h o c h 2 c o n h c h 2 p h 9 5 图2 1 8a 一羟基乙酸及苄胺的反应 ( 2 ) 将氨气通入到加热至- 1 8 5 c 的丁酸中，以8 4 的产率生成丁酰胺 3 6 。 c h 3 c h 2 c h 2 c o o h ! 竺三一卜c h 3 c h 2 c h 2 c o o n h 4 j ：兰卜c h 3 c h 2 c h 2 c o n h 2 图2 1 9 丁酸与氨气的反应 2 1 3 2 缩合剂存在下生成酰胺 胺或氨和羧酸在缩合剂存在进行酰化是合成酰胺的重要方法，常用的缩合剂 有磷试剂、d c c 、c d i 等 ( 1 ) 羧酸与三苯基磷一四溴化碳形成活性中间体溴化三苯基酰氧基磷，可 以增强对羰基的亲电性能，因此能与胺迅速反应，这种方法操作极为方便，只需 将羧酸、三苯基磷、四溴化碳混合在二氯甲烷只，室温下搅拌即可。立体位阻胺 亦可得满意的结果，羟基酸参加的反应不必保护羟基 3 7 。 p p h 3 c b r 4 ，e t 3 n r t 1 5 r a i n 图2 - 2 0 三苯基磷一四溴化碳催化的反应 ( 2 ) 苯甲酸在三苯基磷一六氯丙酮作用下可转变为活性更高的酰氯，从而 与苄胺作用，定量地生成n 一苯甲酰基苄胺 3 8 。 g 。：g c h 2 n h 2 p p h 3 c c l 3 c o c c l 3 r t 厂、 n h 吼过夕 图2 2 l 三苯基磷一六氯丙酮催化的反应 ( 3 ) 用二甲氧基磷酰氯作脱水剂，肉桂酸与n 一甲基吗啉很容易生成相应 的酰胺 3 9 。 ，。洲 1 k 2 c 0 3 t e a b c i p h m c ( c h 3 0 ) 2 p o c i 2 。h n 厂、一c h u 。 图2 2 2 二甲氧基磷酰氯催化的反应 厂、 l _ c 嘞 ( 4 ) 羧酸与d c c 于四氢呋喃中反应，首先生成活性酯，继而与胺反应，以 。o眩 扩 从 9 0 的产率生成酰胺 4 0 。 0 m e 9 0 2 0 h ( 5 ) 在n ，n 一羰基双咪唑( c d i ) 的三氟甲酸盐( c b m i t ) 存在下，苄基羰 基保护苯丙氨酸与亮氨酸甲酯在四氢呋喃中反应，高产率地生成苄氧羰基苯丙氨 酰亮氨酸甲酯 4 1 。 c 0 2 c h a 眦h f h 叫+ 如h 叫叫2 1 i ；：2 叫：c d i ：c b m i k 眦h ：( f h c 洲h 6 h c h ：c h z l 2 t 一o “ i b h c o c h 2 p h n h 2 h c o c h ，p h 图2 - 2 4c d i 催化的反应 合成酰胺的缩合剂一般有： a 、磷试剂：三苯基磷一多卤代甲烷、三苯基磷- - n b s 、三苯基磷一二硫化物、 三苯基磷一六氯丙酮、二苯氧基磷酰氯、亚磷酸酯一苯并三氮唑等； b 、硅试剂：三甲基硅氯烷、四氯化硅等： c 、二环己基碳二亚胺、双异丙基碳二亚胺、3 一乙基一1 一( 3 一二甲基丙基) 碳二亚胺等； d 、对硝基苯磺酰氯( n s c l ) 、苯磺酰氯、甲基及对甲苯磺酰氯等；还有四氯 化钛、c b m i t 、三( 2 ，6 一二甲氧基苯基) 铋等，利用缩合剂的酰化反应具有产率高、 条件温和的特点，已经被广泛利用于肽的合成。 够 签 1 6 叫 慨 n 洲卜y | 臣f t c l ( u鞋 洲人y 2 2 实验部分 2 2 1 仪器与试剂 2 2 l1 主要测试仪器 核磁共振仪m e r c u r y p l u s3 0 0 ( 美国v a r i a n ) 质谱仪l c m s 一2 0 1 0 a ( 日本岛津) 元素分析仪 v a r i oe l 元素分析仪( 德国e l e m e n t a r 公司) 熔点仪m s 一1 b 数字熔点仪( 上海精密科学仪器有限公司物理光 学仪器厂) ，未校正 红外光谱分析仪v e c t o r2 2 ( 德国b r u k e r 公司) 2 2 1 2 试剂： 对羟基苯甲醛，氯乙酸乙酯，各种氨基酸，1 ，2 一二氯乙烷，以及其他试剂 均为市售化学纯或分析纯。 2 2 2 实验操作 以对羟基苯甲醛为原料与氯乙酸乙酯，1 ，2 一二氯乙烷等反应生成化合物 l a ，1 b 。将1 a 水解、酸化后再和十种氨基酸酯缩合反应得到a j s l 一1 0 ；其中1 a 和乙醇胺反应生成a j s l l ；将1 b 和吡啶、吗琳、哌嗪反应得到a j s l 2 1 4 。 2 2 2 1 化合物l a ，1 b 及氨基酸甲酯的合成： 2 2 2 1 1l a 的合成： 在2 5 0 m l 的二颈圆底烧瓶中加入0 1 m o l