天然产物Medicagenin 2的全合成及抑菌活性研究

赵艳敏, 李红俊, 李 平

(1.银川能源学院 化学与生物工程学院,宁夏 银川 750105; 2.宁夏计量质量检验检测研究院,宁夏 银川 750411)

查尔酮类化合物广泛存在于自然界中,具有广泛的生理及药理活性[1—4]．Medicagenin 2 是一种新型的双异戊烯基查尔酮(图1),是印度科学家T. Narender等从药用植物C.medicagenia的根部提取并分离出来.实验表明,该化合物具有很强的药理活性,且在2 μg/mL下对裂殖子成熟具有100%的抑制活性[5]．因此开展该类化合物的全合成研究,不仅具有重要的理论意义,而且具有潜在的药用价值．

图1 化合物Medicagenin 2的结构

笔者一直致力于有机全合成研究[6—12].在此基础上,设计了Medicagenin 2的全合成研究(图2),该合成的关键步骤是双异戊烯基化反应．通过大量的实验,最终找到一种产率较高的合成方法.实验中溶剂、实验条件及产率: (a)异戊烯基溴, KOH, H2O,84.3%; (b) MOMCl, K2CO3, 丙酮, 回流,92.4%; (c) N2保护, KOH-H2O-EtOH, 89.8%; (d) HCl, MeOH,回流,86.4%; (e)异戊烯基溴, K2CO3, 丙酮, 回流,77.1%;异戊烯基溴, K2CO3, THF,回流, 67.2%.

图2 Medicagenin 2的合成路线

1 实验

1.1 仪器及试剂

AM-400核磁共振波谱仪,内标为氘代氯仿, 以TMS为内标;FTIR-8430S红外光谱仪,溴化钾压片;HP-5988质谱仪;200～300目GF254硅胶．所有反应通过TLC跟踪, 用柱色谱法纯化产物．

1.2 化合物的合成

1.2.13,5-二异戊烯基-2,4-二羟基苯乙酮(3)的合成 冰浴下,向150 mL的圆底烧瓶中依次加入氢氧化钾 (1.120 mg, 20 mmol),蒸馏水(10 mL),2,4-二羟基苯乙酮(1.368 g, 9.0 mmol),磁子搅拌均匀.再通过5 mL的注射器缓慢滴加新制的异戊烯基溴(5.1 mL, 45 mmol),加毕继续在0 ℃下反应1 h.撤去冰浴,自然升至室温,避光搅拌5 h.然后用10%的盐酸调节体系的pH=2～3．再用乙酸乙酯萃取,经洗涤、干燥,通过减压蒸馏除去溶剂.经硅胶柱层析纯化得到油状物(3)1.093 g,产率为42.2%．

1.2.24-甲氧甲氧基苯甲醛(5)的合成 取无水丙酮(30 mL)加入100 mL的烧瓶中,快速搅拌下加入4-羟基苯甲醛4(610 mg,5.0 mmol),加热回流搅拌使其全部溶解.逐滴加入氯甲基甲基醚(1.1 mL,14.0 mmol),加毕继续加热回流3 h.停止加热自然冷却至室温．用90 mL乙酸乙酯分3次萃取,合并酯层.经少量的水洗,饱和的NaCl溶液洗,无水MgSO4干燥,过滤,浓缩.残留物经硅胶柱色谱分离(V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=8∶1)纯化得白色固体(5)766.9 mg,熔点为52～55 ℃,产率为92.4%．

化合物51H-NMR (CDCl3, 400 MHz,δ): 9.63 (1H, s, CHO), 7.74 (1H, d,J=7.2 Hz, ArH), 7.03 (1H, d,J=7.6 Hz, ArH), 6.59, 6.56 (each 1H, s, 2×ArH), 5.59 (2H, s, OCH2O), 3.56(3H, d,J=7.2 Hz, OCH3), EI-MS(m/z,%,[M]+):166(15), 152 (100), 102 (37), 74 (24).

1.2.33’,5’二异戊烯基-4-甲氧甲氧基-2’4’二羟基查尔酮(6)的合成 准确称取化合物3(2.880 g,10.0 mmol)及化合物5(1.826 g,11.0 mmol),并将其溶解在0 ℃的25 mL乙醇中.将含氢氧化钾(14.0 g,0.25 mol)-水(10.2 mL)-乙醇(18.0 mL)的混合物冷却至0 ℃后缓慢逐滴加入上述溶液中,氮气保护下0 ℃反应1 h.自然升至室温并反应过夜.将反应物倒入冰水浴中,用3 mol/L的盐酸调节体系的pH=3～4.经乙醚萃取,水洗至中性,无水硫酸镁干燥,蒸出萃取剂.残留物经硅胶柱层析分离(V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=15∶1),得淡黄色粉末状化合物(6)3.915 g,产率为89.8%．IR (KBr，δmax/cm-1)∶3 320, 1 700, 1 650, 1 370, 1 380, 1 270;

化合物61H-NMR (CDCl3, 400 MHz,δ):13.90(s, 1H, OH), 12.45(s, 1H, OH), 7.82(s, 1H, ArH), 7.73(d,J=8.4 Hz, 1H, H-β),7.34(dd,J=2.4, 2.8 Hz, 1H, ArH),7.22(s, 1H, ArH),7.17(d,J=8.8 Hz, 1H, H-α), 6.39(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH), 6.43(d,J=2.4 Hz, 1H, ArH), 5.56 (2H, s, OCH2O), 5.40 (2H, m, H-2”, H-2”), 3.48(3H, s,J=8.0 Hz, OCH3), 3.34 (2H, d,J=7.2 Hz, H-l”), 3.02 (2H, d,J=7.6 Hz, H-l”), 1.78 (12H, s, H-4”,H-5”,H-4”,H-5”); EIMS (m/z,%, [M]+): 436 (76), 375 (100),306 (72),237 (84), 152 (48), 103 (87).

1.2.4Medicagenin 2 (1)的合成 将化合物6(784.8 mg, 1.80 mmol)溶于30 mL甲醇中,逐滴加入15%的盐酸13 mL,加热搅拌回流反应1 h.加10 mL蒸馏水,用乙酸乙酯萃取,再用饱和的食盐水洗至中性.经无水硫酸镁干燥,浓缩后得黄色固体.加少许丙酮溶解,通过硅胶柱层析分离(V(石油醚)∶V(丙酮)=2∶1),得黄色固体粉末(1)609.6 mg,产率为86.4%． 熔点为182～183 ℃;

化合物1IR (KBr，δmax/cm-1):3 420, 1 720, 1 670, 13 770, 1 380, 1 260;1H-NMR (CDCl3, 400 MHz,δ): 12.93(s, 1H, OH), 12.53(s, 1H, OH), 12.05 (s, 1H, OH), 7.82(s, 1H, ArH), 7.77(d,J=15.6 Hz, 1H, H-β),7.39(dd,J=2.0, 2.4 Hz, 1H, ArH), 7.26(s, 1H, ArH), 7.02(d,J=15.6 Hz, 1H, H-α), 6.79(d,J=2.0 Hz, 1H, ArH), 6.39(d,J=2.4 Hz, 1H, ArH), 5.40 (2H, m, H-2”,H-2”), 3.34 (2H, d,J=7.2 Hz, H-l”), 3.02 (2H, d,J=7.6 Hz, H-l”), 1.78 (12H, brs, H-4”,H-5”,H-4”,H-5”); EIMS (m/z,%,[M]+): 392 (18), 377 (100), 362 (77),171 (88), 69 (83), 55 (87), 43 (90).

1.3 抗菌活性

通过平板打孔法进行抑菌活性测试．分别选取保存的革兰氏阴性菌(大肠杆菌Escherichiacoli)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌Staphylococcus,枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis)3种菌种,接种到S1液体培养基上,在37 ℃下培养12 h．再将3种培养液稀释至400 CFU/mL.然后各取20 μL接种于LB琼脂固体培养基,涂布均匀,固定2 h．培养基凝固后打孔, 分别取化合物Medicagenin 2的液体样品和对照样10 μL点样于平板孔中，37 ℃培养 24 h．用游标卡尺测量抑菌圈直径(十字交叉法测2次),每个样品做3次平行实验,取平均值．实验表明,新合成的天然产物Medicagenin 2对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、溶血葡萄球菌具有良好的抑菌能力,抑菌性高于4,2’,4’-三羟基查尔酮及4,2’,4’-三羟基-3’异戊烯基查尔酮的抑菌性．可能的原因:异戊烯基侧链的存在加强了查尔酮化合物的抗菌活性,且异戊烯基的侧链越多,抑菌率越高．

表1 目标化合物的抑菌活性

2 结果与讨论

1) 2,4-二羟基苯乙酮 (2)在强碱条件下,与异戊烯基溴作用，以42.2%的产率得到主要产物为双C-异戊烯基化的化合物 (3).以4-羟基苯甲醛 (4)为原料,在弱碱性条件下，与氯甲基甲基醚作用,以92.4%的产率得到化合物 (5).化合物 (3)和化合物(5)在氮气保护下，在氢氧化钾-水-乙醇的作用下，以89.8%的产率得查尔酮类化合物(6).化合物(6)在酸性条件下，以86.4%的产率脱去保护，得到最终的天然产物Medicagenin 2(1)．

2)使用廉价易得的原料,经过4步反应以30.3%的总产率完成天然产物Medicagenin 2的全合成．整个合成途径为双异戊烯基查尔酮类化合物的合成提供了总收率较高且可行的合成路线．该化合物对大肠杆菌EscherichiacoliCMCC(B)44103、金黄色葡萄球菌StaphylococcusCMCC(B)26003、枯草芽孢杆菌BacillussubtilisCMCC(B)63501均有较好的抑菌活性．

3) 异戊烯基化反应是该合成的关键步骤．为了得到较高产率的化合物(3),进行了大量的实验[13—15]：试图在NaH作用下、在THF中加热回流反应合成,发现最终只得到少量的化合物(3)(产率只有18.3%).又在K2CO3作用下,分别在丙酮及THF中加热回流反应合成,但化合物(3)的产率很低,而主产物为化合物(7)，产率分别为78%,83%．大量的实验表明,当在苯环上引入异戊烯基时,如苯环上无位置选择性,产物的产率较高；当苯环上存在位置竞争,产物复杂,且产率较低、难分离．