新型二氢-3-芴酮的合成、结构表征以及荧光性质*

霍应鹏，仇 旭，卜先章

(1.顺德职业技术学院，广东 佛山528300；2. 药明康德新药开发有限公司，上海200131；3.中山大学药学院，广东 广州510006)

新型二氢-3-芴酮的合成、结构表征以及荧光性质*

霍应鹏1，仇 旭2，卜先章3

(1.顺德职业技术学院，广东 佛山528300；2. 药明康德新药开发有限公司，上海200131；3.中山大学药学院，广东 广州510006)

在浓硫酸或者氯化铜催化下，3,4,5-三甲氧基苯甲醛与过量乙酰丙酮可生成4-乙酰基-5,6,7-三甲氧基-1,4a-二甲基-4，4a-二氢-3H-芴-3-酮。产物结构经过核磁共振(1H NMR、13C NMR、H-H COSY、HSQC和HMBC)、液相色谱质谱联用(LC-MS)及元素分析结果表征，并由单晶衍射结果确证。产物具有较强荧光，在乙醇中最大激发波长为370 nm，最大发射波长为529 nm，可进一步开发为荧光探针。

二氢芴酮;浓硫酸;氯化铜；荧光探针

荧光探针作为各种金属离子检测和生物显影的有效手段，一直为化学家们关注。以芴环为母环的荧光衍生物，经过结构修饰，可得到各种性能优异的荧光探针分子[1-3]。芴环经过氧化，可得芴酮类衍生物，主要有9-芴酮和3-芴酮。9-芴酮的衍生物除了可做荧光探针[4]，还具备广泛生理功能，如3-氨甲酰基取代的9-芴酮具有保护外周血单核细胞免受单纯性孢疹病毒感染的能力[5]，而当氨甲酰基取代在2位时则具有抗肿瘤和抗菌活性[6]。9-芴酮的合成方法多样，除由芴环氧化得来，也可通过甲酰基取代联二苯通过分子内傅克酰基化反应制成[7]。3-芴酮的合成报道较少[8]，本研究团队在前续研究中报道过二氢-3-芴酮的合成方法[9]，本文则着重介绍另一种新结构的二氢-3-芴酮(2)合成、晶体结构以及荧光性质。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

仪器：Leica Galen Ⅲ 显微熔点仪；Avance Ⅱ 400 M核磁共振波谱仪(Bruker)；液质联用仪(Agilent 6120-1200)；MAT95XP 高分辨质谱仪(Thermo公司，德国制造)；紫外扫描仪：Shimadzu UV 2450 spectrophotometer；荧光扫描仪：PerKin EimerTM LS 55 spectrofluorometer。

试剂：乙醇等溶剂，AR纯，购自光华试剂；其他试剂均购自国内化学品公司，AR级；3，4，5-三甲氧基苯甲醛，AR纯，购自Alfa Alsa公司；硫酸喹啉标准物，光谱纯，购自国家标准物质网。

1.2 实验过程

1.2.1 化合物2的合成

方法1)浓硫酸法：10 mmol的3, 4, 5-甲氧基苯甲醛与过量(30 mmol)的乙酰丙酮溶于5 mL乙酸中，冰浴下缓慢滴入1 mL浓硫酸，反应30 min后置于室温下反应4 h。TLC监测原料基本反应完全。加入40 mL乙酸乙酯以及40 mL水，搅拌下加入碳酸氢钠粉末至不再产生气泡。静止分层，收集有机层并用水洗一次，无水硫酸镁干燥后减压旋干溶剂，混合物经硅胶(300～400目)柱层析分离(洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯,体积比为5∶1)。粗产品经乙醇重结晶后为暗黄色晶体。产率35%。产物熔点120.4～121.8 ℃。

方法2)氯化铜催化法：10 mmol的5, 6, 7-三甲氧基苯甲醛与过量(30 mmol)的乙酰丙酮溶于30 mL四氢呋喃中，搅拌下加入10 mmol二水合氯化铜粉末，回流8 h。反应结束后过滤，滤液减压旋干，再用乙酸乙酯溶解，水洗三次，收集有机层并用无水硫酸镁干燥，过滤并旋干后柱层析分离(洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯，体积比为5∶1)。粗产品经乙醇重结晶后为暗黄色晶体。产率60%。

1.2.2 化合物荧光性质的测定 将化合物采用稀释法在容量瓶中配成10 μmol/L的乙醇溶液，用乙醇作参比，置于1 cm比色皿，在254 nm处扫描200～600 nm的吸收光谱图，得紫外吸收光谱。

将化合物采用稀释法在容量瓶中配成10 μmol/L的乙醇溶液，置于1 cm比色皿，入射光面0.1 cm，检测面1 cm，先扫描乙醇参比的荧光谱图，然后根据各化合物相应吸收波长处扫描350～650 nm的荧光光谱图。

将化合物2采用稀释法在容量瓶中配成1 μmol/L的乙醇溶液，硫酸喹啉溶于1 mol/L硫酸中配成1 μmol/L溶液，按文献方法[10]测定量子效率。

2 结果与讨论

2.1 化合物2的结构解析

化合物2的核磁数据如表1所示。

表1 化合物2的核磁数据(400 Hz，CDCl3)

图1 化合物2的合成路线Fig.1 Synthesis route of compound 2

2.2 化合物2的晶体结构

对化合物2的晶体进行X射线单晶衍射测试，得其晶体结构如图2(b)所示。化合物2晶体(单斜晶系0.2 mm × 0.2 mm × 0.15 mm)的空间群为P21/n，晶胞参数a= 11.417 1(2),b= 24.336 9(3),c= 13.076 8(2),α=90.00°,β= 103.367°(2),γ=90.00°,V= 3.535 04(9) nm3,Z=8,Dc=1.287 mg/mm3,F(000)= 1 456, CuK〈a radiation,λ=0.154 178 nm,T=293(2) K, 2θmax= 71.12°，Final GooF=1.052,R1= 0.044 2, wR2= 0.116 8。

图2 (a) 化合物2的HMBC相关图；(b)化合物2的晶体结构(CDCC：762212)Fig.2 (a) HMBC correlation of 2; (b) Crystal structure of compound 2(CDCC：762212)

2.3 化合物2的合成条件

化合物2可由原料3,4,5-三甲氧基苯甲醛与乙酰丙酮在浓硫酸或氯化铜催化下反应生成，产率分别为35%和60%。其他类型强酸(如盐酸)以及路易斯酸(如氯化锌、氯化铝、氯化钴等)作催化剂时，均未观察到明显目标产物的生成。而本课题组先前报道的一类二氢芴酮类分子则只能在浓硫酸催化下生成，当用氯化铜做催化剂时，只有本文报道的化合物2能生成，且产率较高。

2.4 化合物2的反应机理

鉴于化合物2的分子结构与课题组早前报道的二氢芴酮类分子的不同，推测其反应机理如图3所示。首先，3,4,5-三甲氧基苯甲醛与一分子乙酰丙酮经过醛酮缩合反应生成中间产物1’，随之发生苯环上的亲电加成-消去反应得到羟基取代的茚结构。羟基随之质子化并离去形成碳正离子，另一份子乙酰丙酮则以双烯醇式形态从碳正离子平面上方或下方进攻碳正离子并与β位酮羰基发生羟醛缩合，得最终产物2，其4a位甲基与4为乙酰基为反式结构。

图3 化合物2的反应机理Fig.3 Mechanism of the formation of compound 2

2.5 化合物2的荧光性质

化合物2在乙醇中呈现黄绿色荧光，其最大激发波长为370 nm，最大发射波长为529 nm，以硫酸喹啉为参比测得的量子效率为0.20(图4)。

图4 化合物2的紫外光谱及荧光光谱Fig.4 UV-vis and fluorescence spectra of compound 2

3 结 论

3,4,5-三甲氧基苯甲醛在浓硫酸或氯化铜催化下与乙酰丙酮反应生成新型的化合物4-乙酰基-5,6,7-三甲氧基-1,4a-二甲基-4，4a-二氢-3H-芴-3-酮(化合物2)，以氯化铜催化时反应产率较高。产物具有较强黄绿色荧光，有进一步开发为荧光探针的潜力。

[1] KOTAKA H, KONISHI G, MIZUNO K. Synthesis and photoluminescence properties of p-extended fluorene derivatives: the first example of a fluorescent solvatochromic nitro-group-containing dye with a high fluorescence quantum yield[J]. Tetrahedron Lett, 2010, 51: 181-184.

[2] PARK K K, PARK J W, HAMILTON A D. Novel 7-(dimethylamino) fluorene-based fluorescent probes and their binding to human serum albumin[J]. Org Biomol Chem, 2009, 7: 4225-4232.

[3] PLAYER T N, SHINODA S, TSUKUBE H. Visual sensing of Ca2+ionviaphotoreaction of fluorenyl ester-armed cyclen[J]. Org Biomol Chem, 2005, 3: 1615-1616.

[4] HELDT J R, HELDT J, JOZEFOWICZ M,et al. Spectroscopic studies of fluorenone derivatives[J]. Journal of Fluorescence, 2001, 11(1):65-73.

[5] ARENA A, ARENA N, CIURLEO R, et al. 2/4-Substituted-9-fluorenones and their O-glucosides as potential immuno-modulators and anti-herpes simplex virus-2 agents. Part 5[J]. Eur J Med Chem, 2008, 43: 2656- 2664.

[6] ALCARO S, ARTESE A, ILEY J N, et al. Tetraplex DNA specific ligands based on the fluorenone-carboxamide scaffold[J]. Bioorg Med Chem Lett, 2007, 17: 2509-2514.

[7] BARLUENGA J, TRINCADO M, RUBIO E, et al. Direct intramolecular arylation of aldehydes promoted by reaction with IPy2BF4/HBF4: Synthesis of benzocyclic ketones[J]. Angew Chem Int Ed, 2006, 45: 3140-3143.

[8] CLIVE D L J, SUNASEE R, CHEN Z H. Formal radical closure onto aromatic rings—a general route to carbocycles[J]. Org Biomol Chem, 2008, 6: 2434-2441.

[9] HUO Y P, QIU X, SHAO W Y, et al. New fluorescent trans-dihydrofluoren-3-ones from aldol-Robinson annulation-regioselective addition involved one-pot reaction[J]. Org and Biomol Chem,2010, 8:5048-5052.

[10] 武汉大学化学与分子科学学院实验中心.仪器分析实验[M]. 武汉:武汉大学出版社，2005:32.

Synthesis, crystal structure and fluorescent property of dihydrofluoren-3-one

HUOYingpeng1,QIUXu2,BUXianzhang3

(1.School of Applied Chemistry, Shunde Polytechnic, Foshan 528300, China;2.Wuxi AppTec, Shanghai 200131, China;3.School of Pharmaceutical Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 51006, China)

4-acetyl-5,6,7-trimethoxy-1,4a-dimethyl-4,4a-dihydro-3H-fluoren-3-one was synthesized by treatment of 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde and excessive actylacetone, using H2SO4or CuCl2as a catalyst. The structure was analyzed by 1D NMR (1H NMR and13C NMR), 2D NMR (H-H COSY, HSQC and HMBC), LC-MS and elemental analysis and confirmed by crystal structure. The product showed strong fluorescence in ethano (λex=370 nm,λem=529 nm).

dihydrofluorenone; concentrated sulfuric acid; copper chloride；fluorescent probe

10.13471/j.cnki.acta.snus.2016.06.020

2016-06-06

国家自然科学基金资助项目(81473083)；顺德职业技术学院“千百十”人才培养项目资助项目

霍应鹏(1984年生)，男；研究方向：抗肿瘤药物及荧光分子探针的设计与合成；通讯作者：卜宪章;E-mail:phsbxzh@mail.sysu.edu.cn

R914

A

0529-6579(2016)06-0132-04