6—甲基—4—羥基—2—吡喃酮衍生物的合成與生物活性

孔學+陳貫虹+鄭立穩+黃玉杰+王加寧+王建武

摘要：以馬來酸為原料，通過合環、O-烴化、酰化反應，先后得到6-甲基-4-羥基- 2-吡喃酮、6-甲基-4-烷氧基-2-吡喃酮及其6-甲基-4-羥基-3-酰基-2-吡喃酮衍生物，并進行抑菌生物活性測試。產物的結構經過1H NMR和MS進行表征，初步的生物活性測試結果表明，部分該系列化合物對立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）與串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有較好的抑制活性。

關鍵詞：吡喃酮；合成；抑菌活性

中圖分類號：TQ460.3文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）02-0091-03

收稿日期：2013-06-09

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2011BAE06B04-11）；山東省科技發展計劃（編號：2011GNC11101）；山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金（編號：BS2011NY015）。

作者簡介：孔學（1980—），女，山東鄒平人，碩士，副研究員，從事生物農藥方面的研究。E-mail：swhg@sdas.org。

通信作者：陳貫虹，碩士，副研究員，主要從事生物農藥創制與環境生態修復研究。E-mail：chengh@sdas.org。α-吡喃酮是一類由綠色木霉、哈茨木霉、康寧木霉等真菌產生的具有椰子香味的物質，可用作抗生素、抗真菌素、細胞毒素、神經毒素、植物毒素等[1-5]。α-吡喃酮天然產物中最簡單的是6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮，近年來，國內外對由該中間體所形成的衍生物的研究與應用，特別是在制藥方面研究的報道已有不少[6-9]。1984年 Kang等報道了大量合成α-吡喃酮采用的丙二酸亞異丙酯法：在三乙胺存在下，丙二酸亞異丙酯與雙乙烯酮反應得到化合物1-羥基-3-氧代亞丁基丙二酸亞異丙基酯，然后在對甲苯磺酸的催化下于甲苯中回流，脫丙酮、環合生成3-乙酰基-4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮[10]。Suzuki等報道，將3-乙酰基-4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮在155 ℃受熱則脫羧生成6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮[11]。張曉梅等將丙二酸亞異丙酯與雙乙烯酮在三乙胺存在下的反應改在氯仿中進行，直接得到 6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮[12]。本研究在丙二酸亞異丙酯法的基礎上對6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮的合成方法進行了改進，并在該化合物吡喃酮環的3位與4位引入不同的取代基，設計合成了9個目標化合物，并進行結構表征，其合成路線見圖1。

1材料與方法

1.1儀器和試劑

X-4數字顯示顯微熔點測定儀（溫度計未經校正，北京泰克儀器有限公司）；AV DPX300核磁共振儀（TMS為內標，德國布魯克公司）；Q-TOF6510質譜儀（美國安捷倫科技公司）。試劑均為市售分析純。

1.2化合物的合成

1.2.16，6-二甲基二氫-2H-吡喃-2，4（3H）-二酮（2）的合成將52 g馬來酸粉末懸浮于60 mL乙酸酐中，體系用水冷卻，在攪拌下加入1.5 mL濃硫酸，在以上溶液中緩慢滴加40 mL丙酮，溫度保持在20～25 ℃（需要冷卻）。反應2 h后，反應瓶置于冰箱中過夜，抽濾，結晶用冰水充分洗滌3次，干燥得到化合物1粗品35 g。采用70 mL丙酮溶解化合物，加入適量水（約140 mL）進行結晶，得化合物2純品25 g，熔點95～96 ℃。

1.2.26-甲基-4-羥基-2-吡喃酮（化合物3）的合成將 14.4 g （0.1 mol）化合物2及35 mL二氯甲烷、15 mL氯苯置于反應瓶中，在攪拌下冷卻至5 ℃以下，依次加入10.1 g（0.1 mol）三乙胺和10.1 g （0.12 mol）雙乙烯酮，加完后緩慢升溫至室溫，繼續攪拌2 h。反應液采用冷稀鹽酸充分洗滌，經無水硫酸鈉干燥、過濾后，脫去大部分二氯甲烷。將剩余的溶液加熱回流2 h，有黃色晶體析出，冷卻結晶，抽濾并用少量乙醚洗滌結晶，晾干后得化合物3 （6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮）10.1 g，收率82%，熔點187～189 ℃（文獻為188～189 ℃），1H NMR（CDCl3） 化學位移：2.245（s，3H，CH3），5484（d，1H，CH），5.885（s，1H，CH），1.557（s，1H，H2O，加重水消失）。HR-MS（ESI）m/z 為127.0398（M+ H+，100%）。

1.2.33-酰基-4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮（4a至4d）的合成將6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮（0.5 g，0.004 0 mol）、丙酸（0.35 g，0.004 1 mol）、DCC（0.90 g，0.004 5 mol）和DMAP（0.1 g，0.000 82 mol）加入到100 mL的圓底燒瓶中，加入50 mL甲苯溶解，攪拌均勻。在100 ℃油浴中加熱攪拌反應6 h，點板檢測反應，有一個主熒光點。反應完畢用旋轉蒸發儀除去大部分溶劑，加入100 mL乙酸乙酯，用50 mL水分3次洗滌，有機相用無水硫酸鈉干燥，抽濾，再旋轉蒸餾濃縮，柱色譜分離（流動相E ∶P=1 ∶6）得到產品4a。以同樣方法合成4b、4c、4d。

4a：熔點110～111 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2271（d，3H，CH3），2.666（s，3H，CH3），5.935（s，1H，Ar-CH）。

4b：熔點101～102 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1164（t，3H，CH3），2.269（s，3H，CH3），3.112（q，2H，CH2），5935（s，1H，Ar-CH），HR-MS（ESI） m/z為183.064 7（M+H+，100%）。

4c：熔點51～52 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.980（m，3H，CH3），1.685（m，2H，CH2），2.271（d，3H，CH3），3051（m，2H，CH2），5.935（s，1H，CH）。

4d：熔點64～65 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.111（d，3H，CH3），3.481（m，2H，CH2），5.700（s，1H，CH）。

1.2.44-烷氧基-6-甲基-2-吡喃酮（5a至5c）的合成將4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮（0.8 g，0.006 3 mol）固體、0.75 mL溴代烷（R1-Br）（0.009 5 mol）溶液和2 mL三乙胺（0.019 mol）溶液加入50 mL的圓底燒瓶中，加入20 mL左右的乙腈溶液，攪拌溶解，在40 ℃油浴中反應2 h。采用旋轉蒸發儀除去大部分溶劑，直接以柱色譜分離得到產品。流動相配比約E ∶P=1 ∶5，在紫外燈下為單熒光點，原料有少量殘余，在原點位置基本無熒光。脫除處理溶劑，產物為固體，產率50%～70%，熔點88～89 ℃。

5a：熔點88～89 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.205（s，3H，CH3），3.790（s，3H，CH3），5.407（d，1H，CH），5.774（q，1H，CH），HR-MS（ESI）m/z為141.0553（M+ H+，100%）。

5b：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.385（m，3H，CH3），2205（s，3H，CH3），4.052（m，2H，CH2），5.378（d，1H，CH），5.776（d，1H，CH）。

5c：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：0.964（m，3H，CH3），1437（m，2H，CH2），1.748（m，2H，CH2），2.200（s，3H，CH3），3.936（m，2H，CH2），5.377（t，1H，CH），5.771（m，1H，CH）。

1.3生物活性測定

供試病原菌：立枯絲核菌（Rhizoctonia solani），為無孢科絲核菌屬；串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheld），為瘤座孢科鐮刀菌屬。

采用生長速率法，將待測藥劑與冷卻后的PDA培養基混合均勻傾倒平板，待測藥劑濃度分別為50、100 μg/mL，接種供試病原菌，28 ℃培養3～5 d，記錄病原菌生長情況，以多菌靈為對照。

抑制率=（對照直徑-接種時直徑）2-（處理菌直徑-接種時直徑）2（對照直徑-接種時直徑）2×100%

2結果與分析

吡喃酮衍生物對植物病原真菌的抑菌效果見表1、表2。化合物4b在濃度50 μg/mL時對串珠鐮刀菌的抑菌率為8750%，化合物4c在濃度50 μg/mL時對立枯絲核菌的抑菌率為80.18%；而在濃度為100 μg/mL時，4b和4c對立枯絲核菌的抑菌率均達到了95%以上，4c在該濃度對串珠鐮刀菌的抑菌率為87.50%，4b對串珠鐮刀菌的抑菌率僅為4167%。表明化合物4b在低濃度條件下對串珠鐮刀菌有抑菌效果，濃度較高時可能阻礙串珠鐮刀菌生長。本試驗以乙醇為對照，當4b和4c濃度為100 μg/mL時對立枯絲核菌有較好的抑菌效果，抑制率達到95%以上。

3結論

本研究在丙二酸亞異丙酯法的基礎上對6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮的合成方法進行了改進，并在該化合物吡喃酮環的3位與4位引入不同的取代基，設計合成了9個目標化合物，并進行結構表征，初步的生物活性測試結果表明，部分該系列化合物對立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）與串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有較好的抑制活性。

參考文獻：

[1]陳凱，李紀順，楊合同，等. 0.2%α-吡喃酮WP對植物病原真菌的防治效果[J]. 農藥，2006，45（9）：632-633.

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[3]Parker S R，Cutler H G，Jacyno J M，et al. Biological activity of 6-pentyl-2H-pyrane-2-onean its analogs[J]. J Agric Food Chem，1997，45（7）：2774-2776.

[4]El-Hasan A，Walker F，Schne J，et. al. Antagonistic effect of 6-pentyl-alpha-pyrone produced by Trichoderma harzianum toward Fusaium moniliforme[J]. Journal of Plant Diseases and Protection，2007，114（2）：62-68.

[5]Schubert M，Fink S，Schwarze F W M R. In vitro screening of an antagonistic trichoderma strain against wood decay fungi[J]. Arboricultural Journal，2008，31（4）：227-248.

[6]孫軍，袁鵠，馬德垺，等. 多甲基α-吡喃酮的簡捷合成方法[J]. 華東理工大學學報：自然科學版，2005，31（2）：177-179.

[7]周慶發，趙慎，王珣，等. 2-吡喃酮衍生物合成研究進展[J]. 有機化學，2012，30（11）：1652-1663.

[8]Li Y，Ye D，Chen X，et al. Breviane spiroditerpenoids from an extreme-tolerant Pencillium sp. isolated from a deep sea sediment sample[J]. J Nat Prod，2009，72（5）：912-916.

[9]Kikuchi H，Hoshi T，Kitayama M，et al. New diterpene pyrone-type compounds，metarhizins A and B，isolated from entomopathogenic fungus，Metarhizium flavoviride and their inhibitory effects on cellular proliferation[J]. Tetrahedron，2009，65（2）：469-477.

[10]Kang J，Kim Y H，Park M，et al. An improved preparation of triacetic acid derivatives[J]. Synthetic communication，1984，14（3）：265-269.

[11]Suzuki E，Sekizaki E，Inoue S. A convenient synthesis of alkylated 4-hydroxy-2-pyrones[J]. Journal of the Chemical Society，Chemical Communications，1973，16：568.

[12]張曉梅，花冬梅，王道全，等. 6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮及其3-羧酸衍生物的簡便合成方法[J]. 農藥學學報，1999，1（2）：82-84.

4d：熔點64～65 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.111（d，3H，CH3），3.481（m，2H，CH2），5.700（s，1H，CH）。

1.2.44-烷氧基-6-甲基-2-吡喃酮（5a至5c）的合成將4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮（0.8 g，0.006 3 mol）固體、0.75 mL溴代烷（R1-Br）（0.009 5 mol）溶液和2 mL三乙胺（0.019 mol）溶液加入50 mL的圓底燒瓶中，加入20 mL左右的乙腈溶液，攪拌溶解，在40 ℃油浴中反應2 h。采用旋轉蒸發儀除去大部分溶劑，直接以柱色譜分離得到產品。流動相配比約E ∶P=1 ∶5，在紫外燈下為單熒光點，原料有少量殘余，在原點位置基本無熒光。脫除處理溶劑，產物為固體，產率50%～70%，熔點88～89 ℃。

5a：熔點88～89 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.205（s，3H，CH3），3.790（s，3H，CH3），5.407（d，1H，CH），5.774（q，1H，CH），HR-MS（ESI）m/z為141.0553（M+ H+，100%）。

5b：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.385（m，3H，CH3），2205（s，3H，CH3），4.052（m，2H，CH2），5.378（d，1H，CH），5.776（d，1H，CH）。

5c：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：0.964（m，3H，CH3），1437（m，2H，CH2），1.748（m，2H，CH2），2.200（s，3H，CH3），3.936（m，2H，CH2），5.377（t，1H，CH），5.771（m，1H，CH）。

1.3生物活性測定

供試病原菌：立枯絲核菌（Rhizoctonia solani），為無孢科絲核菌屬；串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheld），為瘤座孢科鐮刀菌屬。

采用生長速率法，將待測藥劑與冷卻后的PDA培養基混合均勻傾倒平板，待測藥劑濃度分別為50、100 μg/mL，接種供試病原菌，28 ℃培養3～5 d，記錄病原菌生長情況，以多菌靈為對照。

抑制率=（對照直徑-接種時直徑）2-（處理菌直徑-接種時直徑）2（對照直徑-接種時直徑）2×100%

2結果與分析

吡喃酮衍生物對植物病原真菌的抑菌效果見表1、表2。化合物4b在濃度50 μg/mL時對串珠鐮刀菌的抑菌率為8750%，化合物4c在濃度50 μg/mL時對立枯絲核菌的抑菌率為80.18%；而在濃度為100 μg/mL時，4b和4c對立枯絲核菌的抑菌率均達到了95%以上，4c在該濃度對串珠鐮刀菌的抑菌率為87.50%，4b對串珠鐮刀菌的抑菌率僅為4167%。表明化合物4b在低濃度條件下對串珠鐮刀菌有抑菌效果，濃度較高時可能阻礙串珠鐮刀菌生長。本試驗以乙醇為對照，當4b和4c濃度為100 μg/mL時對立枯絲核菌有較好的抑菌效果，抑制率達到95%以上。

3結論

本研究在丙二酸亞異丙酯法的基礎上對6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮的合成方法進行了改進，并在該化合物吡喃酮環的3位與4位引入不同的取代基，設計合成了9個目標化合物，并進行結構表征，初步的生物活性測試結果表明，部分該系列化合物對立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）與串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有較好的抑制活性。

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[10]Kang J，Kim Y H，Park M，et al. An improved preparation of triacetic acid derivatives[J]. Synthetic communication，1984，14（3）：265-269.

[11]Suzuki E，Sekizaki E，Inoue S. A convenient synthesis of alkylated 4-hydroxy-2-pyrones[J]. Journal of the Chemical Society，Chemical Communications，1973，16：568.

[12]張曉梅，花冬梅，王道全，等. 6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮及其3-羧酸衍生物的簡便合成方法[J]. 農藥學學報，1999，1（2）：82-84.

4d：熔點64～65 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.111（d，3H，CH3），3.481（m，2H，CH2），5.700（s，1H，CH）。

1.2.44-烷氧基-6-甲基-2-吡喃酮（5a至5c）的合成將4-羥基-6-甲基-2-吡喃酮（0.8 g，0.006 3 mol）固體、0.75 mL溴代烷（R1-Br）（0.009 5 mol）溶液和2 mL三乙胺（0.019 mol）溶液加入50 mL的圓底燒瓶中，加入20 mL左右的乙腈溶液，攪拌溶解，在40 ℃油浴中反應2 h。采用旋轉蒸發儀除去大部分溶劑，直接以柱色譜分離得到產品。流動相配比約E ∶P=1 ∶5，在紫外燈下為單熒光點，原料有少量殘余，在原點位置基本無熒光。脫除處理溶劑，產物為固體，產率50%～70%，熔點88～89 ℃。

5a：熔點88～89 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.205（s，3H，CH3），3.790（s，3H，CH3），5.407（d，1H，CH），5.774（q，1H，CH），HR-MS（ESI）m/z為141.0553（M+ H+，100%）。

5b：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.385（m，3H，CH3），2205（s，3H，CH3），4.052（m，2H，CH2），5.378（d，1H，CH），5.776（d，1H，CH）。

5c：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：0.964（m，3H，CH3），1437（m，2H，CH2），1.748（m，2H，CH2），2.200（s，3H，CH3），3.936（m，2H，CH2），5.377（t，1H，CH），5.771（m，1H，CH）。

1.3生物活性測定

供試病原菌：立枯絲核菌（Rhizoctonia solani），為無孢科絲核菌屬；串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheld），為瘤座孢科鐮刀菌屬。

采用生長速率法，將待測藥劑與冷卻后的PDA培養基混合均勻傾倒平板，待測藥劑濃度分別為50、100 μg/mL，接種供試病原菌，28 ℃培養3～5 d，記錄病原菌生長情況，以多菌靈為對照。

抑制率=（對照直徑-接種時直徑）2-（處理菌直徑-接種時直徑）2（對照直徑-接種時直徑）2×100%

2結果與分析

吡喃酮衍生物對植物病原真菌的抑菌效果見表1、表2。化合物4b在濃度50 μg/mL時對串珠鐮刀菌的抑菌率為8750%，化合物4c在濃度50 μg/mL時對立枯絲核菌的抑菌率為80.18%；而在濃度為100 μg/mL時，4b和4c對立枯絲核菌的抑菌率均達到了95%以上，4c在該濃度對串珠鐮刀菌的抑菌率為87.50%，4b對串珠鐮刀菌的抑菌率僅為4167%。表明化合物4b在低濃度條件下對串珠鐮刀菌有抑菌效果，濃度較高時可能阻礙串珠鐮刀菌生長。本試驗以乙醇為對照，當4b和4c濃度為100 μg/mL時對立枯絲核菌有較好的抑菌效果，抑制率達到95%以上。

3結論

本研究在丙二酸亞異丙酯法的基礎上對6-甲基-4-羥基-2-吡喃酮的合成方法進行了改進，并在該化合物吡喃酮環的3位與4位引入不同的取代基，設計合成了9個目標化合物，并進行結構表征，初步的生物活性測試結果表明，部分該系列化合物對立枯絲核菌（Rhizoctonia solani）與串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有較好的抑制活性。

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[5]Schubert M，Fink S，Schwarze F W M R. In vitro screening of an antagonistic trichoderma strain against wood decay fungi[J]. Arboricultural Journal，2008，31（4）：227-248.

[6]孫軍，袁鵠，馬德垺，等. 多甲基α-吡喃酮的簡捷合成方法[J]. 華東理工大學學報：自然科學版，2005，31（2）：177-179.

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[9]Kikuchi H，Hoshi T，Kitayama M，et al. New diterpene pyrone-type compounds，metarhizins A and B，isolated from entomopathogenic fungus，Metarhizium flavoviride and their inhibitory effects on cellular proliferation[J]. Tetrahedron，2009，65（2）：469-477.

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