一种新型单萜烯氧杂衍生物的合成及工艺优化

朱守记

（韩山师范学院 化学与环境工程学院，广东 潮州 521041）

单萜烯是一类重要的天然产物，广泛存在于各种植物的茎、叶中，其氧杂衍生物具有良好的抑菌、除草等多种生物活性，部分氧杂衍生物还拥有特殊的香气［1-2］.如Barton等通过设计合成了系列2-羟基-1，4-桉树脑（一种单萜烯氧杂化合物）的酯类及醚类衍生物，并对其除草活性进行研究，结果显示这些化合物均表现出良好的除草活性.在浓度0.1 mol/L时，这些化合物都能够有效抑制一年生黑麦草和胡萝卜的根与芽的生长［3］.Silvestre等通过设计合成了6种3-羟基-1，8-桉树脑的苄醚衍生物，并展开抑菌活性研究，发现这6种衍生物对黄瓜黑星病菌、金黄葡萄球菌均具有良好的抑菌活性，其中4种对白色念珠菌具有抑菌活性［4］.氧化芳樟醇（一种单萜烯氧杂化合物）是芳樟醇呋喃型氧杂衍生物，具有强烈的甜香、木香和花香香气，已广泛用于配制日化行业［5］.

但目前合成的单萜烯氧杂衍生物种类仍然不够丰富，合成方法还存在着反应步骤繁琐、产物产率低、分离困难等缺陷.因此，新型单萜烯氧杂衍生物的挖掘及其合成方法的研究具有十分重要的意义.为此，本研究以α-蒎烯为起始原料设计合成一种新型单萜烯氧杂衍生物.

1 实验

1.1 试剂与仪器

α-蒎烯、三氯甲烷、二氯甲烷、草酰氯、石油醚、乙酸乙酯等试剂均为分析纯.GC-1 4B型气相色谱仪，Shimadzu公司；MAT95XP型高分辨质谱仪，美国热电公司；WRS-1B数字熔点仪，上海精密科学仪器有限公司；Thermo Nicolte IS10红外光谱仪，美国Thermo公司；Bruker AV-500型核磁共振仪，瑞士Bruker公司.催化剂［π-C5H5N（CH2）15CH3］3PMo2W2O24按文献［6］方法制备.

1.2 化合物1的制备

按文献［7-8］方法，向装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝管、恒温水浴装置的1 000 mL三口烧瓶中加入200 mL三氯甲烷溶剂、8 g催化剂［π-C5H5N（CH2）15CH3］3PMo2W2O24、480.5 mmoLα-蒎烯（81.6 mL），在50℃条件下，缓慢滴加132 mL 30%H2O2，反应时间为3 h.反应结束，将反应混合物冷却至室温，转入500 mL分液漏斗进行分液，得有机相和水相.水相用三氯甲烷萃取2次，每次用量200 mL，萃取液合并，经蒸馏回收三氯甲烷，得9.00 g黄色油状水相粗产物，粗产物用7.2 mL乙酸乙酯-石油醚溶液（3∶1）溶解，置于-20℃条件下进行冷冻结晶，抽滤、真空干燥得2.800 g产品.有机相经蒸馏浓缩回收溶剂，得到87.48 g黄色油状粗产物；将该粗产物用69.98 mL乙酸乙酯-石油醚溶液（3∶1）溶解，置于-20℃条件下进行冷冻结晶，经抽滤、真空干燥后得到14.050 g产品（化合物1）.

1.3 新型单萜烯氧杂衍生物（化合物2）的合成

将9.3 g（50 mmoL）化合物1、8 mL（100 mmoL）干燥吡啶以及67 mL干燥二氯甲烷置于250 mL三口烧瓶中，在15 min内，滴加由一定量的草酰氯和15 mL干燥二氯甲烷配成的溶液，在一定温度下反应.反应完后，待反应液冷却至室温，用100 mL浓度为1 moL/L的稀盐酸洗涤一次，分去水相，有机相经浓缩后用乙酸乙酯重结晶获得目标产物，熔点为186.7℃-187.9℃.反应式如图1所示：

图1 一种新型单萜烯氧杂衍生物（化合物2）的合成

1.4 目标化合物的结构表征

采用KBr压片法测定目标化合物的FT-IR（Thermo Nicolte IS10红外光谱仪；以DMSO-d6为溶剂，TMS为内标物，在600 MHz核磁共振谱仪（Bruker AV-600型核磁共振仪）上进行1H NMR分析；采用电喷雾电离源（ESI）在液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）（Thermo MAT95XP型质谱仪）上进行质谱分析.

2 结果与讨论

2.1 反应条件的选择

2.1.1 反应时间的选择

50 mmoL化合物1、100 mmoL干燥吡啶与100 mmoL草酰氯在82 mL二氯甲烷中加热回流条件下，以新型单萜烯氧杂衍生物（化合物2）的产率为指标，考察不同反应时间对反应的影响，结果如表1所示.由表可知，反应时间控制在1-7 h之间，化合物2的产率随反应时间的增大而增大，且变化幅度较大，产率由10.2%增加到42.1%.但反应时间大于7 h，化合物2产率的变化趋于平缓.从目标产物产率和节约能源两个角度综合考虑，反应时间控制在7 h较为合适.

表1 反应时间对反应的影响

2.1.2 反应温度的选择

50 mmoL化合物1、100 mmoL干燥吡啶与100 mmoL草酰氯溶解在82 mL二氯甲烷中，在一定温度条件下反应7 h，以化合物2的产率为指标，考察不同反应温度对反应的影响，结果列于表2中.由表2可知，温度对反应的影响较大，温度越高化合物2的产率也越大.当反应处于加热回流状态下，目标产物的产率达到最高值（42.1%）.因此，该反应处于加热回流状态下较为合适.

表2 反应温度对反应的影响

2.1.3 草酰氯用量的选择

50 mmoL化合物1、100 mmoL干燥吡啶与不同用量的草酰氯溶解在82 mL二氯甲烷中，在加热回流下反应7 h，以化合物2的产率为指标，考察草酰氯用量对反应的影响，结果列于表3中.由表3可知，草酰氯用量在100 mmL内，化合物2的产率随草酰氯用量的增大而增大.当草酰氯用量由60 mmoL增加到100 mmoL时，目标产物2相应的产率也由25.2%增加到42.1%.当草酰氯用量继续增加时，目标产物2的产率变化不明显.基于上述原因，草酰氯用量控制在100 mmoL较为合适.

表3 草酰氯用量对反应的影响

综上考虑，较佳的反应条件为化合物1的用量为50 mmoL、干燥吡啶用量为100 mmoL、草酰氯用量为100 mmoL与溶剂二氯甲烷为82 mL，加热回流7 h.在该条件下，反应完后反应液冷却至室温，用100 mL浓度为1 moL/L的稀盐酸洗涤一次，分去水相，有机相经浓缩后用乙酸乙酯重结晶可获得目标产物2，产率为42.1%.

2.2 化合物2的结构鉴定

在化合物的红外光谱中：在2 997 cm-1处的峰为-CH3、-CH2的C-H伸缩振动吸收峰；1 767 cm-1处的峰为酯基C=O的C-O伸缩振动峰；1 459 cm-1和1 382 cm-1处出现的峰是-CH3、-CH2的C-H弯曲振动吸收峰；1 077 cm-1是C-O-C的不对称伸缩振动峰（如图2所示）.说明该化合物含有C-O-C、C=O等官能团，与目标化合物含有主要官能团吻合.

图2 化合物2的红外光谱

在化合物的高分率质谱图3可以看出，该化合物的分子量为240.099 4，分子式为C12H16O5.说明该化合物的分子量、分子式与目标化合物相一致.

图3 化合物2的高分辨率质谱

从13C-NMR（CDCl3）谱图中可以看出该化合物含有12个C，化学位移在150-160 ppm处有2个峰，说明该化合物含有2个羰基.从1H-NMR（CDCl3）谱图中可以看出，该化合物还含有16个H，进一步验证了该化合物为目标化合物2，如图4和图5所示.

图4 化合物2的的1H-NMR谱图

图5 化合物2的13C-NMR谱图

综上所述，通过红外、高分辨率质谱、氢谱和碳谱的综合分析，完全可确认该合成的化合物为目标化合物2.

HRMS（ESI）for C12H16O5，calcd. 240.099 2，found 240.099 4［M+］，Δ=0.83 ppm；FT-IR（cm-1）：2 997（s，νC-H）；1767（s，νC=O）；1 459，1 382（m，δC-H）；1 077（s，νC-O-C）；1H-NMR（CDCl3，600MHz）δH4.84（1H，dd，J=7.2，4.8，3-H），4.12（1H，d，J=6，2-H），2.46-2.50（1H，m，6-H），2.32-2.37（1H，m，6-H），2.15 -2.20（2H，m，5-H），1.62-1.68（4H，m，4-H，7-H），1.37（3H，s，10-H），1.23（3H，s，9-H）；13C-NMR（CDCl3，150MHz）δC151.97（2-OCOCO-3），151.62（2-OCOCO-3），84.06（8-C），80.86（1-C），80.16（2-C），77.80（3-C），40.95（6-C），32.68（4-C），31.46（10-C），29.65（9-C），23.09（5-C），22.84（7-C）.

3 结论

在吡啶作为缚酸剂、二氯甲烷作为溶剂条件下，α-蒎烯的氧化产物（化合物1）可与草酰氯反应合成新型单萜烯氧杂衍生物（化合物2）.考察反应时间、反应温度、草酰氯用量对反应的影响，得出该反应的较佳反应条件为化合物1的用量为50 mmoL、干燥吡啶用量为100 mmoL、草酰氯用量为100 mmoL与溶剂二氯甲烷为82 mL，加热回流7 h.在该条件下，化合物2的产率可达42.1%，其结构通过FT-IR、ESI+-MS和1H NMR等方法进行表征确证.单萜烯氧杂衍生物具有潜在的除草活性、抑菌活性等多种生物活性，在农药、医药等领域具有较大的应用潜能.因此，本研究对开发α-蒎烯的下游高附加值产品有着积极的意义.