抗糖尿病先导化合物Fla-CN的合成工艺研究

岳小龙，陈家浩，秦 楠，段宏泉

（天津医科大学药学院，基础医学研究中心，天津市临床药物关键技术重点实验室，天津 300070）

本课题组前期对临床应用确有疗效的中药委陵菜（Potentillachinensis）开展了有效成分研究，发现委陵菜黄酮（Tiliroside）是中药委陵菜抗糖尿病作用的主要有效成分。委陵菜黄酮能够显著控制糖尿病小鼠的体质量，降低血糖，改善脂代谢[1]。进一步的药代动力学研究结果表明，委陵菜黄酮容易分解，代谢迅速[2]。本课题组对委陵菜黄酮进行了衍生合成，得到了具有很强抗糖尿病作用的黄酮衍生物3-O-[（E）-4-(4-氰基苯基)-3-烯-2-酮丁基]山萘酚（Fla-CN）[3]。Fla-CN通过活化肝细胞（HepG2细胞）的腺苷单磷酸激酶（Adenosine-5′-monophosphate activated protein kinase,AMPK）信号分子，调节肝糖代谢，显著提高胰岛素抵抗的HepG2细胞对于葡萄糖的消耗[3]，并且Fla-CN还能促进骨骼肌细胞（L6和C2C12细胞）中葡萄糖转运子4（Glucose transporter type 4，GLUT4）的转位，从而增加葡萄糖在骨骼肌细胞中的代谢[4]。因此，黄酮衍生物Fla-CN是一种结构新颖的抗糖尿病先导化合物。在前期衍生合成研究中，成功实现了Fla-CN的半合成，由三步反应完成[3]，依次是克莱森-施密特（Claisen-Schimidt）反应、溴代反应和醚化反应，总收率小于20%。目前，尚无其他课题组报道Fla-CN的合成方法。本文在前期合成的基础上，针对Fla-CN的三步合成，从反应温度、底物浓度、反应物当量比以及催化剂等方面进行单因素考察试验，摸索最佳反应条件，建立合成工艺，提高反应总收率。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂 SHB-ⅢA循环水式多用真空泵，低温冷却液循环泵（上海豫康科教仪器设备有限公司），DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，Advance 2B/400核磁共振仪（Bruker公司，TMS为内标），DZX-3型真空干燥箱，ZF-Ι型三用紫外分析仪，EYELAPSL-1810型低温反应器。薄层层析硅胶，柱层析硅胶300-400目（青岛海洋化学公司)，ToyoperalHW-40c型凝胶树脂（日本Tosoh公司）；4-氰基苯甲醛为工业原料（天津希尔贝思科技有限公司），吗啉，三氟乙酸（TFA），2-吡咯烷二酮氢三溴化物（Pyrrolidonehydrotribromide，PHT）购自北京百灵威化学技术有限公司，山萘酚购自陕西慧科植物技术开发有限公司,无水碳酸钾、无水硫酸镁购自天津市红岩化学试剂厂,石油醚、乙酸乙酯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二氯甲烷和甲醇购自天津基准化学试剂公司，丙酮购自天津市江天化工技术有限公司。4-氰基苯甲醛纯度为工业级，其他试剂均为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 催化剂吗啉三氟乙酸盐的合成量 取100mL石油醚加入反应瓶中，于-20℃冰浴下搅拌，再量取8.74mL吗啉加入反应瓶中。量取50mL石油醚于恒压滴液漏斗中，再量取8.42mL三氟乙酸加入到恒压滴液漏斗中，与石油醚混匀，然后缓慢滴加到反应瓶中，继续冰浴搅拌1 h，抽滤，弃去滤液，沉淀用石油醚洗涤3次，干燥，得白色块状固体19.8 g，产率98.5%。

1.2.2 （E）－4－（4－氰基苯基）－3－烯－2－丁酮（1）的合成 称取对氰基苯甲醛6.6 g和吗啉三氟乙酸盐5.0 g于反应瓶中，加入40mL丙酮溶解。于75℃油浴下回流搅拌24 h。TLC监测完全后降至室温，加入蒸馏水适量，抽滤并水洗沉淀3次，干燥后得淡黄色固体 8.4 g，产率 98.1%。1HNMR（400MHz，CDCl3）δ：7.52（2H，dd，J ＝ 8.0 Hz），7.48（1H，d，J＝ 16.4 Hz），7.09（2H，t），6.65（1H，d，J＝16.4Hz），2.38（3H，s）。

1.2.3 （E）－1－溴－4－（4－氰基苯基）－3－烯－2－丁酮（2）的合成[5]称取342.4mg中间体1于反应瓶中，加入1.0mLTHF溶解。称取782.0mg PHT，以40mL THF溶解，缓缓滴加到反应瓶中，30℃下搅拌，反应24 h后，取样以1H NMR检测计算产率为70.2%。反应液抽滤，滤液浓缩物以适量二氯甲烷溶解，饱和NaHCO3溶液洗涤3次，饱和食盐水洗涤3次后减压浓缩得到黄色油状物粗品。粗品经硅胶柱层析纯化，石油醚-乙酸乙酯（6∶1）洗脱，分离得到白色固体326.6mg。1H NM R（400MHz，CDCl3）δ：7.72－7.69（4H，m），7.69（1H，d，J＝15.7 Hz），7.05（1H，d，J＝15.7 Hz），4.09（2H，s）。

1.2.4 3-O-[（E）-4-（4－氰基苯基）-3-烯-2-酮丁基]山萘酚（Fla－CN）的合成 称取137.4mg山萘酚和66.3mg无水K2CO3于反应瓶中，加入2.6 mL 1，4-二氧六环使之溶解，油浴升温至80℃并搅拌。称取100mg中间体2，以2.4mL 1，4-二氧六环溶解，用恒压滴液漏斗缓缓滴加到反应瓶中，80℃搅拌7.5 h。TLC监测反应完全后，冷却至室温，加入稀盐酸适量终止反应，加入乙酸乙酯萃取3次，无水MgSO4干燥，过滤，浓缩得黄褐色粗品235.3mg。取样以1H NMR检测计算产率73.4%。粗品经HW-40C 凝胶柱层析纯化，二氯甲烷-甲醇（2∶1）洗脱，得黄色粉末状固体 119.3mg。1H NMR（400MHz，DMSO－d6）δ：12.53（1H，s，OH），10.89（1H，s，OH），10.25（1H，s，OH），8.04（2H，d，J＝8.9 Hz），7.91－7.86（4H，m），7.70（1H，d，J＝16.4Hz），7.19（1H，d，J＝16.4 Hz），6.91（2H，d，J＝ 8.9 Hz），6.47（1H，d，J＝2.0 Hz），6.22（1H，d，J＝2.0Hz），5.10（2H，s）。13CNMR（100MHz，DMSO－d6）δ：195.0，177.9，167.6，164.7，163.5，161.6，160.7，159.0，156.8，155.7，142.4，140.8，139.3，136.7，133.2，133.1，131.0，129.6，126.0，121.0，119.0，116.0，112.9，104.5，99.2，94.2，75.9.ESI-MS m/z：453.9[M-H]-。

2 结果

2.1 中间体1的制备条件考察 本文将文献方法稍作调整，以吗啉三氟乙酸盐替代NaOH作为反应的催化剂，结果该步反应的产率达到98.1%。

2.2 中间体2的制备条件考察

2.2.1 反应温度的考察 本文基于不饱和酮溴代方法，首先考察了反应温度对产率的影响。结果显示该反应的产率随温度的升高而下降，在30℃下进行反应得到的产率较高（表1）。

表1 反应温度对溴代反应产率的影响Tab1 Effectsof tem peratureon yieldsofbrom ination

2.2.2 反应物当量比的考察 在一定的反应温度和PHT浓度下，考察中间体1与PHT的当量比对产率的影响。结果显示中间体1-PHT当量比在1∶0.8 至 1∶1.2 时，产率升高至 70.2%，在 1∶1.2 至 1∶2.0时产率逐步下降至53.6%，在当量比为1∶1和1∶1.2时，产率较高（表2）。

2.2.3 PHT滴加浓度的考察 在一定的反应温度和反应物当量比下，进一步考察了PHT滴加浓度对产率的影响。结果显示PHT滴加浓度过高或者过低时产率都会降低，其最佳滴加浓度为0.06mmol/mL（表 3）。

表2 反应物当量比对溴代反应产率的影响Tab2 Effectsof reactants ratio on yieldsof brom ination

表3 PHT滴加浓度对溴代反应产率的影响Tab3 Effectsof PHT’sadding concentr ationson yieldsof brom ination

2.3 Fla-CN的制备条件考察

2.3.1 反应温度的考察 本文基于醚化反应的一般机制，首先考察反应温度对反应完全所需时间以及产率的影响。结果显示，随着反应温度的升高，反应完全所需时间减小，在80℃下进行反应得到的收率较高（表 4）。

表4 反应温度对醚化反应产率的影响Tab4 Effectsof temperatureon yields of etheration

2.3.2 反应物当量比的考察 在一定温度与反应液浓度下，考察了山萘酚与中间体2的当量比对反应完全所需时间和产率的影响，结果显示当量比为1.2∶1时，反应产率较高。各反应物当量比对反应完全所需时间没有明显影响（表5）。

2.3.3 中间体2反应浓度的考察 在一定反应物当量比和反应温度下，进一步考察了中间体2在反应液中的浓度对反应完全所需时间和产率的影响，结果显示，当中间体2的浓度为0.08mmol/mL时，Fla-CN的产率相对较高，中间体2的浓度对反应完全所需时间没有明显影响（表6）。

表5 反应物当量比对醚化反应产率的影响Tab5 Effectsof reactants ratio on yieldsof etheration

表6 中间体2反应浓度对醚化反应产率的影响Tab6 Effectsof concentrations in the reaction solution of interm idate2 on yieldsof etheration

通过以上条件的考察，确定了Fla-CN的最优合成工艺（图1）。

图1 Fla-CN最优合成工艺Fig 1 Theoptim ized synthetic routeof Fla-CN

3 讨论

前期合成中首步反应使用NaOH来完成对氰基苯甲醛和丙酮的缩合[6]，产率为50%，且生成的副产物较多，后处理工作繁琐。改用吗啉三氟乙酸盐为催化剂[7]后，反应产物单一，后处理步骤得到简化，中间体1的收率有很大的提高，达到98.1%，该反应条件简单温和可用于工业化生产。

中间体2的制备为溴代反应，以PHT作为溴代试剂[8-10]，较高的温度、高浓度或者过量的PHT均能提高反应速度，但生成的目标产物会继续反应从而降低了中间体2的收率。因此，在单因素考察中，对反应温度、反应物当量比和PHT的滴加浓度进行了考察。试验结果表明，中间体2的收率随温度的升高而降低。中间体1和溴代试剂PHT的当量比在1∶1和1∶1.2时反应产率相当。从回收原料降低成本的角度出发，本研究选用1∶1的物料当量比为优选反应条件。同时溴代试剂PHT的滴加浓度对产率也有影响，试验结果表明，0.06mmol/mL的PHT滴加浓度为优选浓度，低浓度时反应慢产率低，高浓度时反应迅速，同时副产物较多而产率较低。

最后一步醚化反应为亲核取代反应，山萘酚中有4个酚羟基，其中5位酚羟基与羰基形成稳定的氢键很难发生亲核取代反应，3位、7位和4’位羟基反应活性各不相同，3位羟基反应活性大于7位羟基，而4’位羟基反应活性最弱。3、7位羟基的竞争性反应是决定反应条件的关键因素。单因素考察试验的结果也证实了上述推断：较高的温度虽然加快了反应速度，但是副产物也更容易生成。进一步对反应物的当量比进行考察发现，山萘酚稍过量时反应产率较好。同样，过量或高浓度的中间体2会增加副产物，降低反应收率。

综合上述结果，结合生产成本的考虑，本文建立的Fla-CN的合成工艺为：吗啉三氟乙酸盐做催化剂，以丙酮为溶剂回流反应24 h，合成中间体1。30℃温度条件下，中间体1与PHT当量比为1∶1，PHT滴加浓度为0.06mmol/mL反应24 h，合成中间体2。80℃温度条件下，山萘酚与中间体2的当量比为1.2∶1，中间体2在反应液中浓度为0.08mmol/mL反应8 h，合成Fla-CN。

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