硝酸酯类一氧化氮供体型姜黄素衍生物的合成

陈维珍,徐济恒，徐苏丽

黄山职业技术学院医学系,安徽黄山,245000

姜黄素是β-二酮的庚二烯与两个邻甲氧基化的酚相连组成的对称分子结构的多酚类化合物。天然姜黄素是姜科、天南星科植物根茎中的有效成分之一，来源丰富。大量研究表明，姜黄素具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、降血脂以及抗纤维化等药理活性[1-3]，对动物和人体多种肿瘤细胞具有抑制作用，并呈现出对肿瘤细胞的耐药具有逆转活性[4]。近年来还发现姜黄素对糖尿病及其并发症的改善表现出较好活性[5-12]。因此，姜黄素是一个在肿瘤和心血管系统疾病治疗中前景非常良好的药物。但由于其水溶性差、生物利用度低、活性不稳定、多酚结构的稳定性差、易氧化变质影响其体内活性等缺陷，使其临床应用受到一定限制。 因此，开展对姜黄素的结构修饰以提高其活性对抗肿瘤和心血管系统新药的开发具有重要意义。

一氧化氮(NO)是体内重要的信使物质和效应分子，广泛参与人体多种生理过程，尤其在心血管功能和抗肿瘤方面有较好活性。NO能舒张血管，使血管有自身调节作用，从而调节血压，能维持组织器官的稳定血流量，增加局部血流[13]；可抑制血小板聚集和黏附，抑制血管平滑肌增殖，有抗动脉粥样硬化和抑制血栓形成作用[14]；在抗肿瘤方面，NO对肿瘤细胞有直接杀伤作用，并增加耐药肿瘤细胞的敏感性[15-17]。外源性NO对心血管系统疾病的防治与癌症的治疗都有积极意义。本课题组依据前药原理和拼合原理，将NO供体硝酸酯基通过连接基团与具有心血管活性和抗肿瘤活性的姜黄素进行偶联，形成硝酸酯类NO供体姜黄素衍生物，以期获得心血管活性或抗肿瘤活性更好的新药。

1 实验部分

1.1 药品与仪器

姜黄素 (成都兰贝植化科技有限公司，≥98%)；硝酸银( 上海展云化工有限公司，分析纯)；1，3-二溴丙烷( 阿拉丁试剂公司，分析纯)；1，4-二溴丁烷( 阿拉丁试剂公司，分析纯)；其余试剂均为化学纯，由中国医药集团(上海)提供。

Nicolet Avatar 370DTGS 型红外光谱仪，Bruker AVNCE - 500 MHz 超导核磁共振仪，LCQ ADVANTAGE MAX 液质连用质谱仪( FINNIGAN公司)，RE-52A 型旋转蒸发仪( 上海亚荣生化仪器厂)。

1.2 实验原理及步骤

姜黄素在碱性条件下酚羟基解离生成氧负离子，进攻二溴烷烃中的C-Br键，发生亲核取代，溴原子离去，生成姜黄素的溴代烷基醚中间体(1a-1b)；将该中间体与硝酸银反应，得到目标产物姜黄素硝氧烷基酯(2a-2b)。合成路线如图1。

图1 目标化合物合成路线

1.2.1 姜黄素溴代烷基醚中间体(1a-1b)的合成

4,4′-二(3-溴丙氧基)姜黄素(1a)的合成:取 1.84 g 姜黄素(0.005 mol) 于圆底烧瓶中，依次加入N，N - 二甲基甲酰胺(DMF)40 mL ,2.76 g(0.02 mol) 无水K2CO3， 适量1，3-二溴丙烷，室温避光搅拌反应5 小时，反应过程用薄层检测板(TLC)检测(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶4) 至原料完全反应后，停止反应。抽滤后，母液加100 mL水、乙酸乙酯(5×30 mL)萃取，合并乙酸乙酯层后，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，经柱层析分离纯化(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶12) ，得到化合物1a 为淡黄色油状体，2.21 g，产率为72.4%。ESI-MS:m/z:610.88(M+ 1) 4,4′-二(4-溴丙氧基)姜黄素(1b)：参照1a的合成方法，由1.84 g(0.005 mol)姜黄素与1，4- 二溴丁烷反应得透明油状物2.17 g，收率为68.0%。ESI-MS:m/z:638.78(M+1)。

1.2.2 目标化合物姜黄素硝氧烷基酯(2a-2b)的合成

4,4′-二-(3-硝氧丙氧基)姜黄素(2a):将0.61 g 化合物1a(0.001 mol) 溶于30 mL 无水乙腈，取0.85 g 硝酸银(0.005 mol) ， 50 ℃避光回流加热7 小时，反应过程用TLC 检测(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶5) 至中间体完全反应后停止反应，过滤除去溴化银，母液减压浓缩，经柱层析分离纯化(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶15) ，得到化合物2a 为淡黄色固体，0.32g，产率为55.0%。IR(KBr，n，cm-1):870,1277,1630,1734；1H-NMR(500 MHz，CDCl3)δ：1.95(m，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，3.57(t，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，3.78(s,6H,-OCH3)，4.02( t，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，4.64(s，2H,CH2)，6.66(d,2H,Ar-H)，6.71(d,2H,Ar-CH=CH-),6.76(s,2H,Ar-H)，6.79(d,2H,Ar-H),7.63(d,2H,Ar-CH=CH-)；ESI-MS:m/z:574.56(M +1)，其氢谱如图2所示。

图2 化合物2a的1H-NMR图谱

4,4′-二-( 4-硝氧丁氧基)姜黄素(2b):取0.64 g(约0.001mol)化合物1b,参照2a的合成方法，得到化合物2b为淡黄色油状物0.29 g,产率为48.7%。IR( KBr，n，cm-1) :870,1277,1630,1734；1H-NMR( 500 MHz，CDCl3) δ：1.53( m，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，1.76( m，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，3.57( t，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，3.78(s,6H,-OCH3)，4.04( t，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2)，4.64(s，2H,CH2)，6.65(d,2H,Ar-H)，6.73(d,2H,Ar-CH=CH-),6.77(s,2H,Ar-H)，6.82(d,2H,Ar-H),7.66(d,2H,Ar-CH=CH-)；ESI-MS:m/z:602.73(M+1)

2 结果与讨论

2.1 中间体(1a-1b)合成条件的讨论

为控制副反应的发生，保证中间体的产率，对溶剂、反应温度、二溴烷烃的用量进行考察。现以1.84 g (0.005 mol)姜黄素，40 mL DMF,2.76 g无水K2CO3为标准进行实验，对中间体1a的收率影响进行各因素的考察。

2.1.1 反应溶剂的选择

对中间体(1a-1b)的合成曾参考文献[18],采用丙酮为溶剂，但反应收率极低，可能原因为缚酸剂K2CO3在溶剂丙酮中溶解度较小，不能很好地使姜黄素的酚羟基解离为氧负离子，增强其亲核能力，故使反应进程很慢。在此选择溶解性能较好的极性非质子性溶剂N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，可使反应进程较快。

2.1.2 反应温度对中间体收率的影响

参照文献[19],以1,3-二溴丙烷的加入量为3 mL (约0.035 mol),在不同温度下进行反应，用TLC检测不同温度下的反应时间。反应时间及收率结果见表1。

表1 反应温度对收率和时间的影响

由表1可知，反应温度对中间体收率影响较大。40 ℃和50 ℃反应时间较短，但TLC检测副产物较多，部分姜黄素分解。冰浴下该反应基本无副产物点，但所需时间太长，收率并无很大提高，室温下12 h,收率与冰浴相差不大，考虑实验可操作性，选择25 ℃为合适的反应温度。

2.1.3 1,3-二溴丙烷用量对收率的影响

由于理论情况下姜黄素与二溴丙烷以1∶2完全反应，在室温条件下，增加二溴丙烷投入量以考察不同反应物配比n(姜黄素)∶n(二溴丙烷)对收率的影响，结果如表2所示。

表2 反应物配比的影响

由表2可知，加大二溴丙烷的配比可使反应速度和收率均得到很大提升，当配比为1∶7和1∶8时，收率和反应时间相差不大，所以选择n(姜黄素)∶n(二溴丙烷)=1∶7为最适反应配比。

2.2 目标化合物(2a-2b)合成条件的讨论

由于硝酸银见光易分解氧化，故反应需在避光条件下加热进行，且为保证两个卤代烃基均能被硝酸酯化，硝酸银的量至少为中间体的2倍。在温度为50 ℃的避光条件下，通过增大硝酸银用量考察其对目标化合物收率及反应时间的影响，结果如表3所示。

表3 中间体与硝酸银配比对收率及反应时间的影响

由表3可知，当硝酸银与中间体摩尔配比为1∶2时，TLC监测中间体不能完全参与反应，故收率较低，当增大至1∶4后，目标化合物产率基本达稳定，且反应速度有较大提升，继续加大硝酸银的量，收率不会有较大幅度提高。由于硝酸银的成本较高，综合考虑实验的经济性选择硝酸银与中间体摩尔配比为1∶4为最适反应配比。

3 结 语

本课题组以姜黄素为先导化合物，通过不同的连接臂将NO供体硝酸酯基与其偶联，合成姜黄素硝氧烷基酯衍生物，并对其合成工艺进行了优化。实验发现，在合成中间体时，选用的溶剂为DMF，缚酸剂为无水K2CO3,室温下反应12 h,姜黄素∶二溴烷烃(n=3，4)=1∶ 7时反应收率较理想，同时，通过对目标化合物的合成条件优化，得出以无水乙腈为溶剂，在避光、50 ℃下反应，中间体∶硝酸银(n∶n)=1∶4，反应收率较高。目标化合物均经 IR、MS 和 1H-NMR等方法进行确证，后续将进一步开展药理活性的实验筛选研究工作。