6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的合成



6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的合成

韩莉1，陆强1，罗金岳1，2，柳华锋1，刘祖广3

（1南京林业大学化学工程学院，江苏南京210037；2江苏省生物质绿色燃料与化学品重点实验室，江苏南京210037;3广西林产化学与工程重点实验室，广西南宁530006）

摘要：6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌对肿瘤细胞有一定的抑制作用，研究其新的合成方法具有较重要的理论和实践意义。本文以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌为原料，过氧化氢为氧化剂，通过环氧化反应制备了目标产物6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌。采用FT-IR、GC-MS和1H NMR等手段对产物进行了表征，确定了产物结构。探讨了氧化剂用量、反应时间、溶剂种类和无水碳酸钠用量对反应转化率和得率的影响，得到适宜的工艺条件为：以过氧化氢为氧化剂，n(萘二醌)∶n(过氧化氢)∶n(无水碳酸钠)=1∶8∶0.5，溶剂为乙醇，反应温度为30℃，反应时间为2h。在上述条件下，产物得率为83.9%。

关键词：萘二醌；碱性双氧水；环氧化反应；合成

第一作者：韩莉（1991—），女，硕士研究生。E-mail 920006597@qq.com。联系人：罗金岳，教授，主要研究方向为林产化学加工。E-mail luojinyue @njfu.com.cn。

天然醌类化合物以次级代谢物广泛分布于自然界。在植物界，主要存在于被子植物、菌类和地衣中，也存在于原核生物界的细菌中；在动物界，则主要存在于海洋动物如海绵、海胆、毛头星等以及某些昆虫中[1]。醌类化合物是一类含有两个双键的六碳原子环状二酮结构的芳香族有机化合物，特殊的醌型结构形成了其多样化的生物活性，如抗肿瘤[2-3]、抗氧化[4-5]、抗菌[6]和抗寄生虫[7-8]等。

其中，对于萘醌类化合物的结构修饰主要包括甲基化、氧化、还原、裂解等反应。目前，萘醌类化合物烯酮双键的环氧化反应国内外已经有所报道，如Sarma等[9]以二聚萘醌为原料，碱性过氧化氢为氧化剂反应，产率可达95%，体外抗肿瘤活性测试显示醌环的双键环氧化后活性更强。del Corral等[10]以6-(4-甲代戊基)萘-1,4-二酮为原料，加入碱性过氧化氢，室温下搅拌反应1h，目标产物4-(4-甲代戊基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌得率达到95%，并初步评价了这类化合物对P-388白血病、A-549肺癌、HT-29结肠癌和MEL-28恶性黑色素瘤等肿瘤细胞的抑制作用，制备的6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌结构与文献[10]相近，因此，可能有相似的作用。本工作以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌为原料，通过选择性双键氧化反应，合成了6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌，考察不同工艺条件对反应的影响，从而为合成此类化合物提供了一种新的路径。具体的合成路线如图1。

图1　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌合成路线

1　实验

1.1试剂和仪器

过氧化氢（市售30%）、无水碳酸钠、二氯甲烷、四氢呋喃、无水乙醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯、氯化钠、层析硅胶（38～63µm）、硅胶板（GF-254）等，均为分析纯。

美国安捷伦公司7890A气相色谱仪；安捷伦5975C质谱仪；Nicolet 380 FT-IR红外光谱仪；Avance AV-500核磁共振波谱仪。

1.2 6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌的制备方法

6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌的制备参考文献[11]。

1.36-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的制备方法

在装有磁力搅拌的250 mL单口烧瓶中加入2.40g（10mmol）6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌和50 mL溶剂，搅拌，并用恒压滴液漏斗滴加计量的碱性过氧化氢（30%过氧化氢、无水碳酸钠溶液）。反应结束后旋转蒸发除去溶剂，再用乙酸乙酯溶解，用饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，干燥物旋转蒸发除去乙酸乙酯。经柱层析纯化，石油醚-乙酸乙酯（体积比3∶1）为淋洗剂，再经真空干燥得到目标产物，产物性状为深黄色黏稠液体。

1.4产物的分析方法

红外光谱采用液膜法。采用气相色谱仪、质谱仪联用对产物进行分析，分析条件为：HP-5毛细管柱（30m×0.25mm×0.25µm），初温80℃，保留2min，10℃/min升温至260℃，保留10min。载气为氦气，流速1mL/min，进样口温度为280℃，离子源温度为230℃，四级杆温度为150℃，传输线温度为250℃。进样量0.2μL，面积归一法定量。

1H NMR分析条件为：四甲基硅(TMS)为内标，氘代三氯甲烷(CDCl3)为溶剂，质子共振频率500 MHz。

2　结果与讨论

2.1产物的分析结构表征

2.1.1产物的FT-IR分析结果

使用Nicolet 380 FT-IR红外光谱仪对实验产物进行红外分析鉴定，分析结果如图2所示。

图2　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的红外谱图

其中3027.31cm−1为烯烃C—H弯曲振动；2973.03cm−1、2923.62cm−1为饱和烷烃C—H伸缩振动；1692.90cm−1为羰基C=O伸缩振动；1449.25cm−1、1607.54cm−1为芳烃的骨架振动；1304.52cm−1为C—O—C对称伸缩振动；743.72cm−1、856.78cm−1为芳烃C—H面外弯曲振动。

2.1.2产物的GC-MS分析结果

产物的质谱如图3所示，其中分子离子峰为m/z=256，基峰为m/z=186。主要的离子碎片及碎裂过程见图4。

图3　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的质谱图

图4　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌主要离子碎片和碎裂过程

2.1.3产物的1H NMR分析结果

产物的1H NMR分析结果见表1。由表1数据得到的分析结果与图5一致，可以确认产物为6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-氢萘-1,4-二醌的结构式。

2.2 6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌合成条件的选择

6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌中烯酮基团的环氧化反应，使用金属元素或非金属元素作催化剂、无机氧为氧源时，往往存在催化剂制备工艺复杂、成本高等问题；直接使用有机过氧酸如过氧乙酸、过氟乙酸、间氯过氧苯甲酸作氧化剂时，由于有机过氧酸为亲电试剂，不易使缺电子的烯烃基团环氧化；而以过氧化氢为氧化剂，在碱性介质中可以将烯烃双键环氧化，并且使用过氧化氢具有廉价易得、操作简单、环保等优点。因此，以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌制备6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌反应中，以市售30%过氧化氢为氧化剂，产物得率及反应选择性主要受氧化剂用量、反应时间、溶剂种类和无水碳酸钠用量等因素影响。

图5　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的结构式

表1产物的1H NMR数据及剖析

2.2.1过氧化氢用量对产物得率的影响

加入萘二醌2.40g（10mmol），氧化剂为过氧化氢，50mL乙醇，反应时间2h，反应温度30℃，7%碳酸钠溶液。过氧化氢用量对产物得率及反应选择性影响如表2所示。

由表2可见，随着过氧化氢用量的增加，得率增加，萘二醌的转化率也升高，当n(萘二醌)∶n(过氧化氢)=1∶8时，得率最高达81.9%；当继续增加过氧化氢用量时，萘二醌的转化率趋于稳定，而环氧产物的选择性降低，可能是由于过氧化氢用量增加导致环氧基开环，副产物增多。因此，n(萘二醌)∶n(过氧化氢)=1∶8较适宜。2.2.2反应温度对产物得率的影响

表2过氧化氢用量对环氧化反应的影响

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(过氧化氢)=1∶8，50 mL乙醇，反应时间2h，7%碳酸钠溶液。不同反应温度对产物得率及反应选择性影响如表3所示。

表3反应温度对环氧化反应的影响

由表3可见，随着温度的升高，萘二醌的转化率基本不变，在温度升到50℃时略有降低，而环氧产物的选择性在30℃时最高，继续提高温度，环氧产物的选择性则开始急剧下降，这是因为随着温度的升高，环氧产物开始发生开环反应。因此，30℃为环氧化反应的适宜温度。

2.2.3溶剂类型对产物得率的影响

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(过氧化氢)=1∶8，50mL溶剂，反应时间2h，反应温度30℃，7%碳酸钠溶液。不同溶剂对产物得率及反应选择性影响如表4所示。

由表4可见，不同溶剂对环氧化反应影响很大。以乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、四氢呋喃作为溶剂时，萘二醌的转化率和环氧产物的选择性都特别低；用乙醇作为溶剂时，虽然对萘二醌的溶解性比较差，但萘二醌转化率和环氧产物的选择性都比较高，这是因为过氧化氢是亲水性，反应底物是亲油性，而乙醇属于既亲水性又亲油性溶剂，从而达到了均相反应的效果，故选择乙醇作为溶剂较为适宜。

表4不同溶剂对环氧化反应的影响

2.2.4反应时间对产物得率的影响

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(过氧化氢)=1∶8，50mL乙醇，反应温度30℃，7%碳酸钠溶液。反应时间对产物得率及反应选择性影响如表5所示。

表5反应时间对环氧化反应的影响

由表5可见，随着反应时间的延长，萘二醌的转化率逐渐增大，当反应时间进行3h后，环氧产物的转化率趋于稳定。但当反应进行4h后，继续延长反应时间则环氧产物的选择性开始下降。因此，反应时间为2h较为适宜。

2.2.5无水碳酸钠用量对产物得率的影响

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(过氧化氢)=1∶8，50mL乙醇，反应2h，反应温度30℃，7%碳酸钠溶液。无水碳酸钠用量对产物得率及反应选择性影响如表6所示。

由表6可见，当不加入无水碳酸钠时，萘二醌的转化率和环氧产物的选择性都比较低；随着无水碳酸钠用量的增加，萘二醌的转化率基本没有变化，而环氧产物的转化率不断提高，当无水碳酸钠用量为n(萘二醌)∶n(无水碳酸钠)=1∶0.5时，继续增加其用量，环氧产物的选择性开始下降。因此，无水碳酸钠用量n(萘二醌)∶n(无水碳酸钠)=1∶0.5较为适宜。

表6无水碳酸钠用量对环氧化反应的影响

2.3稳定性实验

综合各单因素实验条件，6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的合成反应适宜的制备工艺条件为：氧化剂为过氧化氢（30%），萘二醌2.40g（10mmol），n(萘二醌)∶n(过氧化氢)∶n(无水碳酸钠)=1∶8∶0.5，50mL乙醇，反应温度30℃，在此条件下，4次实验结果分别为83.6%、83.9%、84.1%、84.1%，4次平均值为83.9%，重复率较好。

3　结论

（1）以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌为原料，合成了6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌，并通过FT-IR、GC-MS、1H NMR等手段对实验产物进行了表征。

（2）探讨了氧化剂用量、反应时间、溶剂种类和无水碳酸钠用量等因素对目标产物反应转化率和得率的影响，确定了适宜的制备条件：氧化剂为30%过氧化氢，n(萘二醌)∶n(过氧化氢)∶n(无水碳酸钠)=1∶8∶0.5，溶剂为乙醇，反应温度为30℃，反应时间为2h，在此优选条件下，6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-环氧基-2,3-二氢萘-1,4-二醌的得率为83.9%。

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Synthesis of 6-(4- methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione

HAN Li1，LU Qiang1，LUO Jinyue1，2，LIU Huafeng1，LIU Zuguang3

（1College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，Jiangsu，China；2Jiangsu Key Lab of Biomass-based Green Fuels and Chemicals，Nanjing 210037，Jiangsu，China；3Guangxi Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products，Nanning 530006，Guangxi，China）

Abstract：The study on the new synthesis method of 6-(4-methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione has an important theoretical and practical significance，as it can cause inhibition of the tumor cells.The target product，6-(4-methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione，was synthesized by epoxidation reaction with 6-(4-methyl-3- pentenyl)naphthalene-1,4-quinone as starting material and hydrogen peroxide as oxidizing agent.The structure of the product was identified by FT-IR，GC-MS and1H-NMR.The effects of amount of oxidant，reaction time，dosage of anhydrous sodium carbonate and types of solvent on reaction rate and percentage yield of the product were discussed.The optimum condition was obtained as follows：hydrogen peroxide as the oxidant，n(naphthalene-quinone)∶n(hydrogen peroxide)∶n(anhydrous sodium carbonate)= 1∶8∶0.5，solvent(ethanol)，the reaction temperature(30℃)，reaction time(2h).Under the above condition，the product yield was 83.9%.

Key words：naphthalene-quinone；alkaline hydrogen peroxide；epoxidation reaction;synthesis

基金项目：广西林产化学与工程重点实验室重点项目（GXFC13-01）及江苏高校优势学科建设工程项目。

收稿日期：2015- 02-03；修改稿日期：2015-03-24。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.08.033

文章编号：1000–6613（2015）08–3113–05

文献标志码：A

中图分类号：TQ 244.6