Diels-Alder反应在斑蝥素衍生物合成中的应用

尹艳清，黄 超，郭家辉，李燕华，杜银顺，杨丽娟

(云南民族大学 民族药资源化学国家民委-教育部重点实验室，云南 昆明 650500)

Diels-Alder反应在斑蝥素衍生物合成中的应用

尹艳清，黄 超，郭家辉，李燕华，杜银顺，杨丽娟

(云南民族大学 民族药资源化学国家民委-教育部重点实验室，云南 昆明 650500)

斑蝥素作为传统中药斑蝥的主要有效活性成分，在治疗肿瘤方面发挥重要作用.在对斑蝥素进行合成和改造过程中，Diels-Alder反应被广泛应用.以呋喃及其衍生物为双烯体，炔烃、马来酸酐为亲双烯体，两组分在回流或室温下就能发生成环反应获得斑蝥素基本骨架.以几类不同底物发生Diels-Alder反应制备斑蝥素衍生物并对实验条件进行了优化.

Diels-Alder反应；斑蝥素；抗肿瘤

斑蝥作为传统抗肿瘤中药代表之一，在我国至今一直作为临床抗肿瘤药物被广泛使用[1-3].斑蝥素(Cantharidin，CA)作为斑蝥的关键活性成分直到近代才被人们所认知[4]，从1810年获得斑蝥素粗提物，到1914年确证分子结构[5]，由于斑蝥素分子合成的难度直到1953年才首次实现合成[6].1962年由于申报公司未能提交详细活性数据，造成斑蝥素未获美国食品和药物管理局(FDA)的批准上市.但斑蝥素的活性优良，使其一直被临床研究和应用；在中国斑蝥素类药物也在临床发挥重要作用，市场潜力巨大[7].因此，斑蝥素的合成及活性研究具有重要的研究价值和实际意义.

Diels-Alder反应是指两分子含有碳碳不饱和键的化合物在一定条件下组合成环的环加成反应，它是合成六元环化合物最常用的方法之一[8]，尤其在具有活性的天然产物和药物分子的合成中起到关键作用[9].在斑蝥素类化合物的制备中，分子母环中的关键结构-氧杂冰片烯(见图1)就采用了Diels-Alder反应进行构筑.本文以不同的双烯体和亲双烯体反应，探索简单的反应条件制备新型斑蝥素衍生物，并优化了反应条件.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

呋喃为新蒸呋喃，购自于Aldrich试剂公司；顺丁烯二酸酐(AR，购于国药集团化学试剂有限公司)；丁炔二酸二乙酯及甲酯(DMAD)(AR，购于韶远化学科技上海有限公司)；其余试剂均为分析纯，均购自于天津市风船化学试剂科技有限公司.

核磁共振谱用Bruker-Avance 400 MHz核磁共振仪测定；高压反应釜为青岛华青集团有限公司；硅胶板为GF-254型；柱层析用200～300目硅胶；显色剂为5%磷钼酸乙醇溶液，浸湿后加热显色.

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

氮气保护下，于10 mL的两口圆底烧瓶中加入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 ℃的恒温油浴中，TLC点板监测，反应完全后，减压除去溶剂，将剩余物进行柱层析(PE∶EA=10∶1,体积比)，得到淡黄色油状产物647 mg，3a产率为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

氮气保护下，于10 mL的两口圆底烧瓶中加入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 ℃的恒温油浴中，TLC点板监测，反应完全后，减压除去溶剂，将剩余物进行柱层析V(PE)∶V(EA)=15∶1，得到淡黄色油状产物535 mg，3b产率为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的两口圆底烧瓶中加入4 mL的甲苯，丁炔二酸二乙酯2a(3 mmol,0.540 g)和现制3-溴呋喃1b(3 mmol,0.449 g)，氮气保护下，放到100℃的恒温油浴中，TLC点板监测，反应完全后，减压除去溶剂，将剩余物进行柱层析V(PE)∶V(EA)=8∶1，得到淡黄色油状产物475 mg，3c产率为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

在装有5 mL的CH2Cl2的25 mL的圆底烧瓶中，加入马来酸酐4(10 mmol,1.000 g)和新蒸呋喃(20 mmol,1.401 g)，室温下搅拌24 h，固体析出，过滤，用乙醚洗涤，旋干.得到1.621 g白色粉末，3d产率达98%，符合文献[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

在装有5 mL的CH2Cl2的25 mL的圆底烧瓶中，加入马来酸酐4(10 mmol,1.000 g)和现制3-溴呋喃1b(10 mmol,1.459 g)，室温下搅拌24 h，有固体析出，过滤，用乙醚洗涤，旋干.得到1.250 g白色粉末，3e产率达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)加到装有1 mL甲苯的10 mL的两口圆底烧瓶中，将反应体系置于100 ℃的恒温油浴中，TLC点板监测，反应完全后，减压旋出溶剂，柱层析V(PE)∶V(EA)=5∶1,得到白色固体0.04 g，产率为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 结果与讨论

以呋喃类化合物1为双烯体和炔烃2a～2b作为反应原料，首先对Diels-Alder反应制备去甲斑蝥素酯类衍生物3a～3c的溶剂和温度等条件进行考察，TLC板监测控制反应时间，结果见表1.从结果可以看出，化合物反应的温度对反应的影响较大，升高温度可以提高产率和降低反应时间.此制备方法的反应原料廉价易得，反应时间短且能够获得分子结构多样性的斑蝥素化合物.

以马来酸酐4为亲双烯体和呋喃类化合物1作为反应原料，考察以Diels-Alder反应制备去甲斑蝥素酸酐类衍生物3d～3e的溶剂和温度等条件，TLC板监测控制反应时间，结果见表2.结果发现，反应在室温下很容易发生，且无溶剂条件下反应产率最佳.此方法也具有反应原料廉价易得、反应时间短等优点，但分子中存在空间构型选择性问题，内外型(endo-or exo-)结构产物不易控制、反应过程不易监测等缺点.

注:a.柱层析分离收率；b.为在高压反应釜中，呋喃作为溶剂，呋喃为丁炔二酸二乙酯的10 eq.,没有进行氮气保护；c.呋喃分为2批加入到反应液中.

表2 制备去甲斑蝥素酸酐类衍生物3d～3e条件筛选

注:a.柱层析分离收率;b.呋喃为酸酐的10 eq.

以3,4-甲酸乙酯-呋喃1c为双烯体与各类炔烃作为反应原料，考察炔烃取代基变化发生Diels-Alder反应制备不同酯类斑蝥素衍生物的方法.结果在甲苯做溶剂100 ℃下，只有丁炔酸二乙酯可以参与反应，获得去甲斑蝥素双酯类衍生物3f.该路线想借助D-A反应通过炔烃取代基的改变直接实现斑蝥素分子的衍生化，但是实验证明不同类型炔烃由于反应活性不同，应用的范围有限.

表3 制备去甲斑蝥素双酯类衍生物3f

注:a.柱层析分离收率；b.原料没有消耗完.

3 结语

利用Diels-Alder反应构筑斑蝥素衍生物母环的方法具有方法简洁、高效、获得化合物分子多样等特点.在相对较温和、不需要催化剂的条件下，变换原料，以不同的呋喃类双烯体和炔烃、马来酸酐等亲双烯体化合物可制备大量分子结构多样性的斑蝥素衍生物.应用Diels-Alder反应制备各种斑蝥素衍生物，进而筛选其抗肿瘤生物活性，对寻找新型高效低毒斑蝥素类抗肿瘤药物具有重要意义.

[1] DENG L,TANG S. Norcantharidin analogues:a patent review(2006—2010)[J].Expert Opin Ther Pat,2011,21:1743-1753.

[2] WANG G S.Medical uses of mylabris in ancient china and recent studies [J].Journal of ethnopharmacology,1989,26:147-162.

[3] 安中原,王正,赵越.斑蝥素及其衍生物的抗肿瘤研究进展[J].亚太传统医药,2009,5(1):128-130.

[4] 曾文南,卢懿.斑蝥素及其衍生物的合成与活性研究进展[J].有机化学,2006,26(5):579-591.

[5] GADAMER J.The constitution of cantharidin [J].Arch Pharm,1914,252:609-632.

[6] STORK G,TAMELEN E E,FRIEDMAN L J.A Stereospecific Synthesis of Cantharidin [J].J Am Chem Soc,1953,75(2):384-392.

[7] 董环文,刘超美,何秋琴,等.斑蝥素及其衍生物的抗肿瘤构效关系研究进展[J].Journal of Pharmaceutical Practice,2007,25(5):276-280.

[8] 王积涛.有机化学[M].天津:南开大学出版社,1993:573.

[9] TAKAO K,MUNAKATA R,TADANO K.Recent Advances in Natural Product Synthesis by Using Intramolecular Diels—Alder Reactions[J].Chem Rev,2005,105:4779-4807.

[10] WOODWATD R B,BAER H.The Reaction of Furan with Maleic Anhydride [J].J Am Chem Soc,1948,70(3):1161-1166.

(责任编辑 梁志茂)

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本刊编辑部

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.

国家自然科学基金(21202142);教育部重点项目(212161)和民族药资源化学国家民族事务委员会-教育部重点实验室开放基金(MZY1115);云南民族大学2014年学生实验实践能力提升工程项目；云南民族大学化学与生物技术学院SRT科研项目(2013HXSRTZ01,2013HXSRTZ02,2013HXSRTZ06).

尹艳清(1988-)，女，硕士研究生.主要研究方向：药物分子合成.

黄超(1979-)，男，博士，副教授.主要研究方向：有机合成与药物化学.

R248.3

A

1672-8513(2015)02-0115-04