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硕士论文香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 摘要 香豆素类化合物具有抗菌杀虫等生物活性，在医药、农药、香料及其它精细化工行 业得到广泛的应用，是一类重要的有机化工原料及中间体。 课题以7 羟基香豆素为原料，以对甲苯磺酸三氟乙酯( t s o c h 2 c f 3 ) 为烷基化试剂， 合成7 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素和8 烯丙基7 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素。对7 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素的合成进行单因素分析，得到较优的反应条件为：7 羟基 香豆素1 6 2 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ，t s o c h 2 c f 34 0 6 9 ( 1 6 m m 0 1 ) ，n m p l o m l ，n a o h0 4 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ， 反应温度2 0 0 ，磁力搅拌反应4 h ，收率为8 8 。 分别以硫酸二甲酯、碘乙烷为o 烷基化试剂，通过w i l l i a m s o n 反应合成7 甲氧基 香豆素、7 乙氧基香豆素。对7 甲氧基香豆素的合成进行了单因素分析和正交实验，得 到的较优反应条件为：7 羟基香豆素o 8 1 9 ( 5 m m 0 1 ) ，硫酸二甲酯0 9 4 m l ( 1 0 m m 0 1 ) ， k 2 c 0 3 1 2 4 9 ( 9 m m 0 1 ) ，3 0 m l 丙酮中回流反应8 h ，收率为9 0 。 以n 一氟代双苯磺酰胺( n f a ) 为氟化试剂，合成了5 氟7 一甲氧基香豆素、5 氟7 烯丙氧基香豆素等苯环氟取代香豆素衍生物。 通过生物抑菌活性试验，检测所合成的香豆素衍生物的抑菌活性，并进行了活性比 较。 关键词：7 羟基香豆素，w i l l i a m s o n 醚化，氟化，n f a a b s t r a c t 硕士论文 a b s t r a c t c o u m a r i ni sak i n do fi m p o r t a n to r g a n i cc h e m i c a lr a wm a t e r i a la n di n t e r m e d i a t e ，w h i c h c a nb ew i d e l yu s e da sm e d i c i n e s ，p e s t i c i d e s ，s p i c e r yp r o d u c t s ，a n do t h e rc h e m i c a li n d u s t r i e s 1 1 1 ec o u m a r i nd e r i v a t i v e sw e r es y n t h y s i z e df r o m7 - h y d r o x y c o u m a r i nb yt h ew i l l i a m s o n e t h e r i f i c a t i o nr e a c t i o na n df l u o r i n a t i o n t h e i rb i o l o g i c a la c t i v i t yw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i s t h e s i s m a n yf a c t o r sw h i c ha f f e c t e dt h ee t h e r i f i c a t i o nr e a c t i o n ，s u c ha sr a t i oo fb a t c h i n g ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e ，c a t a l y s ta n dr e a c t i o nt i m eh a db e e ns t u d i e d o p t i m u mc o n d i t i o n so fs y n t h e s i so f 7 - ( 2 ，2 ，2 一t r i f l u o r o e t h o x y ) c 幻u m a r i n w e r eo b t a i n e d a sf o l l o w s ：t h ev o l u m eo f 7 - h y d r o x y c o u m a r i n , t s o c h 2 c f 3 ，n m pa n dn a o h w e r e 1 6 2 9 ( 10 m m 0 1 ) ，4 0 6 9 ( 16 m m 0 1 ) ，lo m lr e s p e c t i v e l y , r e a c t i n g4 hu n d e r2 0 0 。c ，n l ey i e l dw a s8 8 o p t i m u m c o n d i t i o n so fs y n t h e s i so f 7 - m e t h o x y c o u m a r i nw e r eo b t a i n e da sf o l l o w s ：t h ev o l u m eo f 7 - h y d r o x y c o u m a r i n ，m e 2 s 0 4 ，k 2 c 0 3a n da c e t o n ew e r e0 8 1 9 ( 5 m m 0 1 ) ，0 9 4 m l ( 1 0 m m 0 1 ) ， 1 2 4 9 ( 9 m m 0 1 ) ，3 0 m lr e s p e c t i v e l y , r e a c t i n g8 hu n d e rr e f l u x i n gt e m p e r a t u r e t h ey i e l dw a s 9 0 k e yw o r d s ：7 - h y d r o x y c o u m a r i n ，w i l l i a m s o ne t h e r i f i c a t i o n ，f l u o r i n a t i o n , n f a i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：彳坶如磕年 易月彩日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：j 坶刎8 年6 月。日 硕士论文香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 1 绪论 1 1 概述 1 1 1 香豆素类化合物及其生物活性的研究进展 香豆素( c o u m a r i n ) 又称香豆精，化学名称：2 h - l b e n z o p y r a n - 2 一o n e ，即苯并a 一吡喃 酮或1 ，2 二氢苯并0 【吡喃酮，结构式为： 为顺式邻羟基桂皮酸的内酯，具特异香味。根据环上取代基及其位 置的不同，香豆素可以分为简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素 o 和其他香豆素等。香豆素类化合物是一大类植物次生代谢产物，广泛存在于芸香科、伞 形科、菊科、豆科、瑞香科、茄科等高等植物中，在动物及微生物代谢产物中也有存在。 研究表明，香豆素类化合物有明显的生物学活性，在医药、农药、工业等方面得到广泛 的应用。 生物学活性研究表明，从天然药物中分离得到的香豆素类化合物具有抗h i v 、抗癌、 降压、抗心律失常、抗骨质疏松、镇痛、平喘及抗菌等多方面生物学活性，尤其对由血 栓导致的冠心病、脑血栓、外周血动脉栓塞等疾病有显著疗效【l 】。 6 ( 2 甲氧基，顺乙烯基) 7 甲基吡喃香豆素( 化合物1 ) ，经体外活性检测，具 有明显的抗表皮癌、抑制人胃癌b g c 8 2 3 瘤株和结构癌h c t 细胞瘤活性【2 】；在不同浓度6 ， 7 二甲氧基香豆素( 茵陈素) ( 化合物2 ) 作用下，肿瘤细胞的形状有明显变化，表现 为凋亡小体增加、核分裂减少，从而抑制癌瘤生长，m 1 v r 试验显示，其抑制率随药物浓 度的增加而增高 3 1 。 天然香豆素类化合物对心血管作用的机制主要是基于其钙离子拮抗的作用，具有心 血管活性的天然香豆素可抑制钙离子经钙通道进入细胞，从而产生以下3 个方面的生物 学作用：降压。如植物d a u c u sc a r o m 及白花前胡香豆素苷类化合物d c 2 ，d c 3 及 p d i a 可降低实验动物的主动脉压。负性肌力作用。如：茵陈蒿及白花前胡中的二甲 氧基香豆素及前胡香豆素可提高实验动物的心肌顺应性。抗心律失常。如蛇床子中的 花椒毒酚( 化合物3 ) 可对抗诱发性室性心律失常。 c h ，多m 。三：弧。匹：加。 2 3 图1 1 1 香豆素化合物的结构式 香豆素类是唯一在临床广泛应用的口服抗凝血药，最常用的是华法林等香豆素类抗 1 绪论硕上论文 凝血药，具有剂量小、口服易吸收、持续时间长等特点【4 5 1 ，因此在医学上具有重要的 应用价值，其合成是通过4 一羟基香豆素与苯丁烯酮在碱催化下，经m i c h a e l 力h 成反应制 得，合成路线如下： + r c h ：c h c o c m ! 些型， r e t l u x o ra c e t o n e h c l 碳竺如 农业上，香豆素类化合物可以作为植保素，对植物的生长进行调节，控制植物的生 长过程抄7 。h a r a 等认为香豆素类可以抑制纤维素的合成而调节植物生长【8 】。 k u p i d l o w s k a ( 1 9 9 4 ) 等人以黄瓜为材料，用香豆素处理，发现处理后的黄瓜细胞内膜减少， 内质网膜上的核糖体减少，胞内出现去除核糖体质网膜，同时出现包括内膜降解的质体， 最可能是自我吞噬的一种特征。香豆素还是植物细菌和真菌的重要抑制剂【9 - 1 0 1 。 f e r n a n d e z ( 1 9 9 6 ) 发现羟化香豆酸这一类香豆素相关化合物，能抑制革兰氏阳性菌。香豆 素相关化合物具有抗菌、消炎活性，作为许多酶系的抑制剂。以香豆素为基础的抗生素 药物香豆霉素a l 、新霉素和氯霉素等通过抑制拓扑异构酶p 亚基与a t p 的结合，阻止其催 化a t p 的水解而阻碍d n a 复制，此外实验证明香豆素类药物还能抑制拓扑异构酶。 m o n i c a 等发现抗菌药物新霉素除作用于拓扑异构酶外还能和h s p 9 0 分子伴侣c 端 a t p 结合域结合。香豆素除与d n a 复制有关外，还影响到蛋白合成。r a m a c h a n d i r a n 等 研究发现香豆素衍生物与细菌氯霉素乙酰基转移酶n 端结合导致大量核糖体停留在已经 停止的地方，经过分析n 端的修饰影响至u c a t ( 氯霉素乙酰基转移酶) 新生肽的延长，从 而导致4 k d 肽链的积累。 作为香豆素类化合物的一员，蛇床子素除具有香豆素的核心结构外，还有异戊烯结 构，结构式如下： c h 3 异戊烯结构化合物作为植保素在抗病中有着重要作用i l 。 王超等报道蛇床子素对菜青虫、小菜蛾低龄幼虫等害虫具 u 有触杀作用，对辣椒疫霉病菌、番茄灰霉病菌、小麦赤霉 病菌等病原真菌具有显著的抑制作用，尤其对瓜类白粉病 菌具有特效，1 蛇床子素水乳剂田间施药3 次后7 d 防效可达 9 8 5 l 【1 2 d 4 j 。关于蛇床子素的杀虫抑菌机理近年也有报道， 石志琦等发现蛇床子素处理造成小麦赤霉菌丝断裂，初步研究推论蛇床子素能抑制小麦 赤霉菌对葡萄糖的吸收，导致糖饥饿，引起几丁质酶活性升高，进而影响小麦赤霉菌细 胞壁的形成。医学研究表明蛇床子素能抑制l 型c a 2 + 流，具有阻断c a 2 + 内流的作用而用 于治疗心肌失调。在真菌中c a 2 + 在孢子萌发、压力孢的形成发育、菌丝顶端生长等方面 起着重要作用，c a 2 + 对几丁质纤维微体分泌有导向作用，进而影响几丁质纤维微体在细 2 硕士论文香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 胞表面的沉积从而阻止细胞壁的合成。因此，可以从蛇床子素影响菌体c a 2 + 通道、c a 2 + a t p a s e 活性、c a 2 + 吸收能力以及它们之间的关系，c a 2 + 吸收与菌体表面几丁质沉积的 相关性来研究蛇床子素的抑菌机制。蛇床子素作为植物源杀虫剂，其作用方式以触杀作 用为主，胃毒作用为辅，药液通过体表吸收进入昆虫体内，作用于害虫神经系统，导致 害虫肌肉非功能性收缩，最终衰竭而死。目前国内登记的产品有1 蛇床子素水乳剂、 1 蛇床子素8 0 0 0i u 此b t 水悬乳剂、0 4 蛇床子素乳油，用于防治十字花科蔬菜菜青 虫和茶树茶尺蠖等。对蛇床子素的开发利用是香豆素类化合物在农业上应用的一个成功 范例，目前，蛇床子素都是通过提取来获得，效果差，浪费大量的原材料和人力资源。 通过合成方法来制备蛇床子素具有很大的经济效益，而7 羟基香豆素烷基化反应合成的 7 甲氧基香豆素则是合成蛇床子素的最重要的中间体。继续从香豆素类化合物中寻找对 农业害虫、病原菌有活性的物质，从而开发低毒、高效、低残留的生物农药是一个十分 具有前景的研究课题。 香豆素类化合物是甘草芳香味的主要成分，因此还被用作香料【l5 1 ，在镀锌、镉或镍 的电镀液中加入香豆素可以减少镀层起孔，增加光泽，在工业上也有很多应用。 1 1 2 氟取代香豆素的研究进展 氟及其化合物是由s c h e e l e 于1 7 7 1 年制得h f 和m o i s s a n 于1 8 8 6 年制得元素氟才 开始的，而对含氟有机物的系统研究直到1 9 0 0 年左右才由s w a r t s 开始。由于氟原子半 径小，又具有较大的电负性，它所形成的c f 键键能要比c h 键键能要大得多，明显 增加了有机氟化合物的稳定性和生理活性，另外含氟有机化合物还具有较高的脂溶性和 疏水性，促进其在生物体内吸收与传递速度，使生理作用发生变化。很多含氟医药和农 药在性能上相对具有用量少、毒性低、药效高、代谢能力强等特点，这使它在新医药、 农药品种中所占比例越来越高。 8 0 年代以后，人们在除草剂中引入三氟甲基，开发了一系列高效除草剂，如乙酸 氟草醚、氟磺胺草醚等，近十年以来国内外含氟农药的发展，确实证明了用含氟基团( 如 三氟甲基、三氟甲氧基、二氟甲基、二氯甲氧基) 代替农药芳环上的其他基团，能够显 著提高农药活性。目前世界上1 3 0 0 余个农药品种中，含氟农药约占1 2 ，而在含氟农 药中除草剂约占4 5 、杀虫剂占3 3 、杀菌剂约占1 5 、其他占7 ，含氟除草剂是近 年来开发最多的，在近十年里开发出的除草剂，含氟化合物占5 0 ，而除草剂又是未来 农药的发展方向，因此含氟农药已经成为世界农药工业发展的重点。 另外含氟染料、含氟表面活性剂、含氟织物整理剂、含氟的氟碳涂料等分别成为精 细化工领域的高附加值、新开发的、有发展前景的精英。 随着有机氟化物某些性能的特殊性及其应用不断得到拓展，尤其是氟利昂应用以 来，有机氟化学得到了大幅度发展。苯系含氟化合物和金属有机氟化物的合成成功及其 3 1 绪论硕士论文 在医药、农药和染料中的应用，更使得有机氟化学体系日趋完善和成熟。迄今为止，有 机氟化学已成为有机化学中一个极其重要的分支，氟化学的重要性也得到了全面的体 现。 正是由于用含氟有机化合物合成的药物具有如此多优点，如可以增强药品的药性， 生物活性等作用，人们也尝试在香豆素化合物中引入氟元素，相继开发了一系列含氟杀 鼠剂( 结构见图2 ) ，提高了杀鼠剂的杀鼠效果【l 7 1 。杀鼠剂1 为杀它仗，又名氟鼠酮， 是美国氰胺公司研制。其纯品经鼠类口服后l d s o 为0 2 3 m g k g ，属高毒物，外观为白色 粉末，熔点1 6 1 , - - - , 1 6 2 ，是我国政府推荐使用的一种含氟香豆素衍生物。杀鼠剂2 是杀 它仗中的4 一羟醛香豆素1 位上的氧原子被硫原子取代的产物，其纯品毒性比杀它仗低， 杀鼠剂3 是剧毒杀鼠剂。 4 o c h 杀鼠剂1 o c h 杀鼠剂2 o c h c f 3 c f 3 c f 3 杀鼠剂3 图1 1 2 1 三种香豆素类含氟杀鼠剂的结构式 以含氟香豆素为原料的激光染料是蓝绿光区的主要染料【1 8 j 。激光染料是应用于染 硕士论文香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 料激光器的工作物质，它必须满足下列要求：容易泵浦，光化学稳定性好，激光转换效 率高，激光输出具有较大的可调范围，溶解度合适，激发态吸收截面小，三重态弛豫速 率小。这么多的要求使得对它的研究虽然颇为活跃，但作为商品定型者不多，含氟香豆 素则符合以上要求，具有较大的s t o k e s 移动，激光输出在4 0 0 - - - 5 6 0 彻1 之问，适合于水下 电视、水下通讯、照明、监视及测距等方面的应用。三氟甲基常能增加染料对光稳定性， 在香豆素上引入c f 3 后同样具有较好的激光性能。 o r ：n h 2 、n ( c 2 h 5 ) 2 、o h 、o c o c h 3 、o c o c 2 h 5 图1 1 2 2 含氟香豆素激光染料 继续从香豆素类化合物中，通过烷基化尤其是含氟烷基化反应，寻找对农业害虫、 病原菌有抑制活性的物质，从而开发低毒、高效、低残留的生物农药是一个十分具有前 景的研究课题。 1 2o 烷基化反应的方法 酚羟基上的氢原子被烷基取代而生成醚的o 烷化的方法主要有以下几种： ( 1 ) 以卤代烷为烷基化试剂 酚羟基与卤代烷反应生成醚是经典的w i l l i a m s o n 醚化反应，酚羟基作为亲核试剂 进攻卤代烷的烃基。反应时通常先将酚羟基与碱反应生成酚氧负离子，因为它们的活性 远远大于酚本身的活性。当烷基相同时，各种卤代烷的活泼性次序是【1 9 1 ：r - i r - b r r - c 1 。 常用的卤代烷有碘甲烷、氯乙烷等，如用氯甲烷做烷基化试剂时 2 0 - 2 1 1 ，酚类化合物与等 摩尔氢氧化钠的水溶液，加入2 相转移催化剂，然后经缓冲从钢瓶中导入过量氯甲烷。 该方法中，氯甲烷是气体，操作极不方便，而且产率很低。彭震云在研究香豆素的衍生 物时，即采用各种取代基置换羟基的氢，合成路线如下 2 2 1 ： + c 卜c h 2 c h 2 兰! 竺竺量 o h 丁酮 o c h 2 c h 2 n r 2 ( 2 ) 以环氧烷类为烷基化试剂 醇或酚与环氧乙烷反应时可在醇羟基或酚羟基的氧原子上引入羟乙基。这个反应是 在酸或碱的催化作用下完成的。酸催化是单分子亲电取代反应，常用的酸性催化剂是三 1 绪论硕士论文 氟化硼和它的乙醚配合物，有时也用到酸性氧化铝；碱催化是双分子亲电加成反应，常 用的碱催化剂是固体氢氧化钠和固体氢氧化钾 1 9 , 2 3 。 ( 3 ) 以酯类为烷基化试剂 常用的有硫酸二甲酯和碳酸二甲酯。以硫酸二甲酯做甲基化试剂，反应产率通常很 高，因此在工业上得到广泛的使用，但由于毒性很高，使用中要特别注意安全，在购买 时也受到一定的限制。碳酸二甲酯是一种重要的有机合成中间体。其分子结构中含有羰 基、甲基和甲氧基等官能团，因而具备多种反应活性，可以代替传统使用的剧毒光气、 硫酸二甲酯、以及氯甲酸甲酯等进行羰基化反应、甲基化反应以及羰基甲氧基化反应 2 4 - 2 9 。如苯酚的甲基化反应： 吣。一o 吣畜k 2 c 0 3d 删，+ c h 3 0 h + c 0 2扩o h “h 3 0 - c - o c h s 面芦扩h 3 + + 碳酸二甲酯含有甲基和羰基结构，但由于羰基吸电子能力较弱，所以碳酸二甲酯的 活泼性较差，甲基化能力相对较弱，故其转化率和产率都相对较低。 ( 4 ) 重氮甲烷法【3 0 】 重氮甲烷在常温时为黄色气体，有毒和强烈的刺激性，遇水分解。化学反应时，能 发生强烈爆炸。未经稀释的液体或气体，在接触碱金属、粗糙的物品表面，或加热到 1 0 0 ，能发生爆炸。在实验室条件下，操作不便并具有很大的危险性。 1 2 17 - ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素的合成 1 2 1 1 2 ，2 ，2 三氟乙氧基的形成 总结所查文献，2 ，2 ，2 三氟乙氧基的形成，大致有两种方法【3 1 1 ，反应历程如下： c f 3 c f s c f 3 c h 2 a ) n a h d m f 叭- 电r ( 1 ) 将三氟乙醇与n a i l 反应，生成三氟乙醇的钠盐，然后与卤素取代的芳香族化合物 反应生成相应的三氟乙基醚【3 ，如i d o u x 和g u p t o n 3 2 - 3 4 1 就采用了这种方法合成了下面 6 硕士论文香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 的物质： c f 3 c h 2 0 n a + h m 阿 c f 3 c h 2 0 文献中【3 5 3 7 】还有很多类似方法的报道，但这个反应的发生，必须在苯环上有强吸电 基，因为这个反应是烷氧基负离子对苯环的亲核进攻，类似于硝基的强吸电基可以使苯 环活性增加，促使反应的进行。 ( 2 ) 先使三氟乙醇与磺酰氯反应，生成相应的磺酸酯，然后与酚钠盐反应生成三氟乙 基醚化合物。其中常用的磺酰氯有甲磺酰氯、三氟甲磺酰氯、对甲苯磺酰氯 3 1 】。 以甲磺酸酯为烷基化试剂p 5 j 吣吣 。h n a i l , m e s 0 3 c h 2 c f 3 i - i m p t ，n 2 保护，1 4 0 ( 2 ，2 0 h 以三氟甲磺酸酯为烷基化试剂【3 8 3 9 】 r c f 3 c h 2 0 s 0 2 c f 3 ，k 2 c 0 3 c 地吣 咖2 d 匝 以对甲苯磺酸三氟乙酯为烷基化试剂，课题采用以下合成路线合成7 一( 2 ，2 ，2 - 三氟乙 氧基) 香豆素： o + t s o c h 2 c f 3 o h n a o h n m p ，2 0 0 。c ，4 ho o c h 2 c f 3 文献【3 5 】中使用n a h 作为催化剂，由于n a h 价格偏高，不易保存，且要求无水条件， 需要氮气保护下反应，反应条件苛刻而且给操作带来不便，所以课题中尝试使用一般的 碱性催化剂n a o h ，降低了反应成本，并取得了较好的反应效果。溶剂选取了极性非质 子溶剂n m p ，使反应能在较高的温度下进行，提高了产物收率。 反应机理： 0。：c f 3 夕c 苫佻 。弋 o c h 2 c f 3 + t s o o 芳基磺酸酯虽然价格较贵，但是它们都是高沸点的活泼烷化剂，可以在高温和常压 下使用【3 引，作为烃化剂在药物合成中的应用范围比较广，o t s 是很好的离去基团，常用 于引入分子量较大的烃基【3 9 1 。甲磺酸三氟乙酯与对甲苯磺酸三氟乙酯相比，有两个优点： 不易水解，有高的稳定性；反应中位阻小。但如果含氟烷基不是三氟乙基而是更长的基 7 l 绪论 硕士论文 团，甲磺酸三氟乙酯则不适用了，而要用三氟甲磺酸酯【3 1 1 。实验表明，三氟甲磺酸酯的 烷基化活性是对甲苯磺酸酯的1 0 4 倒3 9 1 ，但三氟甲磺酸酯的制备很困难，所需原料三氟 甲磺酸酐不易得且不稳定。 此外，还可以用2 ，2 ，2 三氟碘乙烷作为烷基化试剂h 2 4 3 1 ，与酚钠盐反应制备三氟乙 基醚。但由于氟原子的引入，降低了s n 2 反应活性，导致b 消除反应的发生，从而使 产率降低。 1 2 1 2 对甲苯磺酸三氟乙酯的合成 对甲苯磺酸三氟乙酯( 2 ，2 ，2 t r i f l u o r o e t h y lp - t o l u e n e s u l f o n a t e ) 是一种用途广泛的有机 合成砌块，其主要用途有：合成具有杀虫活性的含氟含硫芳香族异氰酸酯、胍化合物、 血小板集合抑制剂、三氟乙基芳基醚、苯甲酰尿化合物等。介绍相关合成的文献也相当 多【3 1 , 4 4 - 4 5 】，大多采用了如下的合成路线： c h 碍叶h o c h 2 c f 3 一咄 o c h 2 c f 3 早期有人用氢氧化钾作为催化剂，在水溶液中反应，产率能达到8 9 t 4 6 1 ，后来采 用乙醚作溶剂，三乙胺为催化剂，在o o c 下反应，产率7 6 左右 4 7 1 ，有人改进了工艺， 采用氯仿作溶剂，在室温下就可以反应，而且产率也很高，可以达到9 8 。p a t t e r s o n 和f r e w 使用吡啶做溶剂的方法也得到广泛应用，但低脂肪醇的对甲苯磺酸酯容易与吡 啶反应生成烷基吡啶，大大降低了产率，要避免副反应的发生，仍需要在低温下反应。 参考以上条件，以原料简单易得，反应低毒低污染为原则，课题使用氢氧化钠为催化剂， 水溶液为反应体系，得到了较好的反应效果。 1 2 27 甲氧基香豆素的合成 参考o 烷基化反应的方法以及实验室条件，课题中使用硫酸二甲酯为甲基化试剂， 反应式如下： + ( c n 3 h s 0 4 o h k 2 c 0 3 - - - - - - - i 丙酮，回流，8 h o o c h 3 硫酸二甲酯是中性化合物，由于是酯类，在水中溶解度较小，并易于水解，生成甲 醇及硫酸氢甲酯而失效。与酚反应可在碱性水溶液中或无水条件下直接加热进行，两个 甲基只有一个参加反应。本反应属于亲核取代反应中的s n 2 反应，7 羟基香豆素的酚羟 基与k 2 c 0 3 作用生成酚氧负离子，由于硫酸二甲酯中与甲基相连的氧电负性较强，所以 甲基中的碳带有正电荷。酚氧负离子进攻硫酸二甲酯中带有正电荷的碳原子，生成7 甲 氧基香豆素和c h 3 s 0 4 k ，c h 3 s 0 4 k 在加入热水后水解生成k t t s 0 4 和甲醇。 8 硕士论文 香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 由于硫酸二甲酯的沸点较高，故反应时可加热至较高温度。虽然硫酸二甲酯毒性极 大，使用过程中稍有不慎即会对人体和环境造成极大危害，但是，由于硫酸二甲酯的反 应活性较强，反应进行的比较彻底，操作简便，因此广泛用于工业化生产，如： 邻溴苯甲醚的合成【4 8 】： b rb r o h n a o h + ( c h 3 ) 2 s 0 4 2 羟基- 4 甲氧基二苯甲酮的合成【4 9 】： h o + ( c h 3 h s 0 4 k 2 c o ，3 o h 2 ，7 - - - 甲氧基萘的合成【5 0 】： o h + ( c h 3 ) 2 s 0 4 n _ a o h o c h 3 c h 3 0 + c h 3 s 0 4 k o c h 3 o c h 3 1 2 3 7 - 乙氧基香豆素的合成 乙基化反应的乙基化试剂国内外文献报道的有碘乙烷、溴乙烷、硫酸二乙酯等。课 题参考文献 2 2 , 3 7 用碘乙烷做乙基化试剂，反应式如下： o + c h 3 c h 2 i 竺! ! 竺! ， o h 丙酮，回流2 4 h o o c h 2 c h 3 7 羟基香豆素的酚羟基显酸性，在含有碳酸钾的丙酮溶液中是以负离子形式存在， 是较强的亲核体，在非质子溶剂中很容易进攻性质活泼的碘乙烷。由于碘乙烷的活泼性 较高，乙基化反应中经常用到，如： 9 l 绪论 硕士论文 o h c o o c 2 h 5 k 2 c 0 3 + c h 3 c h 2 i _ i - d m f 1 3 苯环氟取代香豆素的合成 o i c 2 h 5 c o o c 2 h 5 芳香族含氟有机化合物用途十分广泛，涉及到医药、农药、染料等行业，该类化合 物可用来合成除草剂、杀菌剂、抗肿瘤药物、抗精神病药物、抗老年性痴呆药物、功能 染料等产品。含氟有机化合物近年来之所以引起广泛重视，主要因为：( 1 ) 由于c - f 键具有特殊性，因而会影响有机分子的物理化学性质；( 2 ) c _ f 键强度较高，因而氟 化活性位的代谢受到抑制；( 3 ) 氟的强吸电性将在很大程度上影响分子中其它官能团 的性质。氟有机化合物在自然界中很少存在，目前主要来源于人工合成。 苯环上的氟取代化合物的合成方法1 5 2 】主要有取代、重氮化、卤交换等。 ( 1 ) 氟取代 用氟元素直接对芳烃进行取代是十分激烈的反应，一般氟元素必须在氮气或氩气的 稀释下，在很低的温度下通人到芳烃的惰性溶解剂稀释液中进行反应。这类反应机理类 似于其它卤素分子的亲电取代反应。此外也可以用x e f 2 或x e f 4 作为氟化剂： x e f 2 h f c c l 4 f 由于直接进行反应不易控制，副反应较多，且反应条件及对设备的要求比较苛刻， 因此这类反应较少用于含氟芳香族化合物的合成。 ( 2 ) 重氮化 将芳香族化合物的重氮盐转化成不溶性的重氮氟硼酸盐或氟磷酸盐，或芳胺直接用 亚硝酸钠和氟硼酸进行重氮化，此重氮盐氟化钠或铜盐存在下加热，就可以制得较高收 率的氟取代芳香族化合物，如： 1 0 h b f 4 h c l c u c l f o ho h 该方法环境污染严重，对设备及反应条件要求较高，需用的氟硼酸有毒，刺激性强 硕士论文香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 等，客观上限制了该法的工业生产应用。 ( 3 ) 卤交换反应 卤交换反应主要是指在取代的芳香族化合物中，分子中的卤取代基或其它取代基被 氟离子取代，形成相应的含氟化合物，如2 ，4 二硝基氟苯的合成： c l n 0 2 n 0 2 k f - - - f n 0 2 n 0 2 ( 4 ) 亲电氟化试剂 亲电性的氟化试剂可以在温和的条件下使目标分子氟化，它们通常具有n f 键【5 3 1 。 在具有n f 键的亲电性氟化试剂中，n 氟代吡啶盐【5 4 巧5 】由于会与碳负离子发生副 反应，使用受到限制，经常用到的是n 一氟代磺酰胺类化合物。其中，n 氟代- n 烷基磺 酰胺类化合物【5 6 】主要用于负碳离子和卤代烯烃的氟化，但在反应过程中不易分离，而且 碱性条件下容易发生b 消除反应，生成h f ；n 氟代- n 全氟烷基磺酰胺是有效的有机化 合物氟化试剂，但它的合成需要五步，不易得，而且该类化合物极容易吸潮，能与许多 有机溶剂如苯、甲苯反应，而且还能与玻璃发生反应，使用时需要特别处理，给使用带 来不便。 课题中尝试使用n 氟代芳磺胺类氟化试剂【5 3 1 ，它们的使用安全方便，氟化范围较 广，芳香族化合物和碳负离子都能被氟化，是很有效的亲电氟化试剂。 n 氟代双苯磺酰胺( n f a ) ，英文名n f l u o r o d i ( b e n z e n e s u l f o n y l ) a m i n e ，化学式为： of i i l s 一n i i o 文献网中用n f a 作为氟化试剂，成功地对很多有机物进行了氟化，如苯甲醚、甲 苯进行氟化，得到不同比例的邻位、间位和对位氟化产物，产率也相当高，其它胺类， 酮类和烃类也有相应的氟化产物。课题通过该氟化试剂，对香豆素衍生物进行氟化，制 备相应的香豆素氟代产物。 1 4 本文的目的、内容 1 4 i 目的 7 羟基香豆素烷基化反应是通过化学方法制备蛇床子素及衍生物的重要反应。蛇床 子素的化学名称为：7 甲氧基8 ( 3 - 甲基2 丁烯基) 1 二氢苯并吡喃2 酮，为伞形科 l 绪论硕士论文 植物蛇床的干燥成熟果实蛇床子经提取而得的，以蛇床子素为主要活性成分的植物源杀 虫剂，因其独特的作用机理，病虫兼治的作用效果，安全环保的特性，成为绿色食品农 业生产过程中的首选农药。 该课题主要通过7 羟基香豆素烷基化反应来合成7 甲氧基香豆素，7 乙氧基香豆 素，7 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素，并尝试用n 氟代双苯磺酰胺做氟化剂合成其它的 香豆素衍生物，考察其抗菌活性，以便找到并进一步合成新的高活性的农药制剂。 1 4 2 内容 ( 1 ) 以7 羟基香豆素为原料，通过羟基o 烷基化反应合成7 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素、 7 甲氧基香豆素、7 乙氧基香豆素，尝试用n 氟代双苯磺酰胺做氟化剂合成其它的 香豆素衍生物。各衍生物的合成路线如下： 7 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素的合成： o + t s o c h 2 c f 3 o h 7 甲氧基香豆素的合成： n a o h n m p 2 0 0 ，4 4， k 2 c 0 3 + ( c h 3 ) 2 s 0 4 一 o h 丙酮，回流，8 h 7 乙氧基香豆素的合成： o + c h 3 c h 2 i o h 苯环氟取代香豆素衍生物的合成： r o k 2 c 0 3 丙酮，回淝4 h f i n f o ( 2 ) 对7 ( 2 ，2 ，2 - 三氟乙氧基) 香豆素、7 一甲氧基香豆素的合成进行工艺条件优化。 ( 3 ) 比较香豆素衍生物的生物抗茵活性，选择出活性最高的产物，作为农药制剂，以 便用于工业化生产。 1 2 硕士论文 香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 2o 烷基化产物的合成 2 1 7 一( 2 ，2 , 2 一三氟乙氧基) 香豆素的合成 2 1 1 试剂及仪器 试剂：7 羟基香豆素( c p ) 、氢氧化钠( a r ) 、对甲苯磺酸三氟乙酯、n m p ( a r ) 、 仪器： ( 1 ) s z c l a 型智能控温磁力搅拌器 ( 2 ) 7 9 1 磁力加热搅拌器，水浴锅 ( 3 ) s h z d ( i i i ) 循环水式真空泵 ( 4 ) b r u k ea d v a n c ed m x 5 0 0 型核磁共振仪 ( 5 ) v a r i a ns a t u r n2 0 0 0g c m s 气质联用仪 2 1 2 实验步骤 向装有磁力搅拌、温度计、滴液漏斗的5 0 m l 三口烧瓶内加入对甲苯磺酰氯 4 7 6 6 9 ( 2 5 m m 0 1 ) ，三氟乙醇1 s m l ( 2 5 m m 0 1 ) ，水7 5 m l ，开始开动磁力搅拌，搅拌速 度为8 0 0r m i n 。当瓶内温度达到1 5 时，开始滴加滴液漏斗中的氢氧化钠水溶液( 1 4 9 ( 3 5 m m 0 1 ) 氢氧化钠+ 2 0 m l 水) 控制反应温度在1 5 ，5 h 滴完。酯化反应完毕后， 开始升温至5 0 ，并在此温度下水解反应2 h ，降至室温，析出固体。抽虑，并用水洗， 得到白色固体即为对甲苯磺酸三氟乙酯，收率9 0 ，m p 3 8 - - 一3 9 。c ( l i t 【4 5 1 3 6 - 3 8 ) 。 质谱图见附录a 。 向装有温度计和冷凝管的三e l 烧瓶中加入7 - 羟基香豆素1 6 2 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ， t s o c h 2 c f 34 0 6 9 ( 1 6 m m 0 1 ) ，n m p l o m l ，n a o h0 4 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ，反应温度2 0 0 1 2 下磁 力搅拌反应4 h ( 搅拌速度为8 0 0r m i n ) 。反应结束后，冷至室温，然后将混合物转移至 1 0 0m l 冰水中，得到微黄色悬浊液，抽滤，固体用9 5 乙醇) ：水产1 ：1 的溶液重结 晶，得到白色晶体，收率8 8 ，纯度9 9 ( h p l c ) ，m p 1 2 9 - 一1 3 0 。c ( 1 i t t 3 5 j 1 2 6 - 1 2 8 0 c ) ， 后经核磁鉴定( 原图见附录b ) 为7 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素。 1 hn m r ( c d c l 3 ) 6 ：4 4 2 4 4 6 ( 2 h ，m ，c f 3 - c h 2 一) ，6 3 3 ( 1h ，d ，j = 10 h z ，h - 3 ) ， 6 8 7 ( 1 h ，s ，h - 8 ) ，6 9 3 ( 1 h ，d , j = 8 6 h z ，h - 6 ) ，7 4 5 ( 1 h ，d ，j - 8 6 h z ，h - 5 ) ，7 6 7 ( 1 h ，d ，j - - 9 5 h z ，h 4 ) 2 1 3 对甲苯磺酸三氟乙酯的合成因素分析 2 1 3 1 n a o h 用量对反应收率的影响 反应条件：对甲苯磺酰氯4 7 6 6 9 ( 2 5 m m 0 1 ) ，三氟乙醇1 8 m l ( 2 5 m m 0 1 ) ，反应温度 1 5 ，反应时间5 h ，反应结果见表2 1 3 1 1 3 2o - 烷基化产物的合成硕士论文 表2 1 3 1n a o h 用量对反应收率的影响 n a o h m m o l 产率 由上表可以看出，随着n a o h 用量的增加，收率也逐渐增加，当n a o h 用量为 3 5 m m o l 时，收率最高，继续增加n a o h 的用量对反应收率影响不大。因此，选用n a o h 用量为3 5 m m o l 。 2 1 3 2 反应温度对反应收率的影响 反应条件：对甲苯磺酰氯4 7 6 6 9 ( 2 5 m m 0 1 ) ，三氟乙醇1 8 m l ( 2 5 m m 0 1 ) ，n a o h1 4 9 ( 3 5 m m 0 1 ) ，反应时间5 h ，反应结果见表2 1 3 2 表2 1 3 2 反应温度对收率的影响 温度 c产率觞 5 1 0 1 5 2 0 2 5 8 3 7 8 9 4 9 0 5 8 5 5 8 2 9 从上表中可以看出，随着反应温度的升高，收率提高，当温度为1 5 时收率最高， 继续升高温度收率降低。反应温度是影响酯化收率的重要因素，反应温度低，反应速率 慢，收率低。反应温度高，对甲苯磺酰氯发生水解，酯化收率降低。因此，最佳反应温 度为1 5 。 2 1 3 3 反应时间对反应收率的影响 反应条件：对甲苯磺酰氯4 7 6 6 9 ( 2 5 m m 0 1 ) ，三氟乙醇1 8 m l ( 2 5 m m 0 1 ) ，n a o h1 4 9 ( 3 5 m m 0 1 ) ，反应温度1 5 ，反应结果见表2 1 3 3 1 4 2 8 5 9 3 6 9 加 豁 粥 盯 踮 跖 跖 5 5 加 巧 弱 柏 粥 帖 硕士论文香豆素衍生物的合成及抑菌活性检测 表2 1 3 3 反应时间对收率的影响 时间l l 产率 8 2 2 8 1 8 8 4 4 9 0 5 8 9 5 从表中可知，随着反应时间的增加，收率明显提高，当时间为5 h 时，收率最高， 继续延长反应时间，收率没有明显变化，所以选定反应时间为5 h 。 2 1 3 4 对甲苯磺酰氯与三氟乙醇的摩尔比对反应收率的影响 反应条件：三氟乙醇1 8 m l ( 2 5 m m 0 1 ) ，n a o h1 4 9 ( 3 5 m m 0 1 ) ，反应温度1 5 c ，反 应时间5 h ，反应结果见表2 1 3 4 表2 1 3 4 对甲苯磺酰氯与三氟乙醇的摩尔比的影响 刀( 对甲苯磺酰氯) ：胛( 三氟乙醇) 产率， 1 ：l 1 1 ：l 1 2 ：1 9 0 5 8 8 2 9 1 3 由上表可知，当对甲苯磺酰氯与三氟乙醇的摩尔比为l ：l 时，收率较高，继续增加 对甲苯磺酰氯的用量收率提高不大，为了节省原料，选定其摩尔比为1 ：l 。 故选择的较佳条件是：对甲苯磺酰氯、三氟乙醇、氢氧化钠的摩尔比为l ：l ：1 4 ，反 应温度为1 5 ，反应时间为5 h ，收率约为9 0 。验证实验结果并做放大实验，见表2 1 3 5 表2 1 3 5 对甲苯磺酸三氟乙酯的合成实验结果验证及放大实验 由上表看出，三次验证实验及两倍、四倍放大实验收率在9 0 左右，符合上述实验 结果。 2 1 47 - ( 2 , 2 , 2 三氟乙氧基) 香豆素的合成因素分析 2 1 4 1反应时间对产物收率的影响 1 5 2o - 烷基化产物的合成 硕士论文 反应条件：7 一羟基香豆素1 6 2 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ，n a o h0 4 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ，t s o c h 2 c f 33 0 4 5 9 ( 1 2 m m 0 1 ) ，n m p l o m l ，反应温度1 8 0 c ，反应结果见表2 1 4 1 表2 1 4 1 反应时间对收率的影响 时间 l 产率慌 7 5 3 7 5 9 7 3 0 7 4 4 由上表可以看出，反应时间对7 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 香豆素的收率影响不是很大，控 制在2 h 就可以有较好的反应结果。 2 1 4 2 反应温度对产物收率的影响 反应条件：7 - 羟基香豆素1 6 2 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ，n a o h0 4 9 ( 1 0 m m 0 1 ) ，t s o c h 2 c f 33 0 4 5 9 ( 1 2 m m 0 1 ) ，n m p l o m l ，磁力搅拌反应2 h ，反应结果见表2 1 4 2 表2 1 4 2 反应温度对收率的影响 温度* c产率慌 1 0 0 1 4 0 1 8 0 2 0 0 3 9 2 5 9 6 7 5 9 7 4 8 从表中可以看出，反应温度对产物收率的影响较大，随着反应温度的升高，收率增 加，当温度达到1 8 0 c 时，收率达到最大，继续升高温度，收率没有明显变化，所以反 应温度为1 8 0 时较佳