6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的合成

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6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的合成

韓莉1，陸強1，羅金岳1，2，柳華鋒1，劉祖廣3

（1南京林業大學化學工程學院，江蘇南京210037；2江蘇省生物質綠色燃料與化學品重點實驗室，江蘇南京210037;3廣西林產化學與工程重點實驗室，廣西南寧530006）

摘要：6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌對腫瘤細胞有一定的抑制作用，研究其新的合成方法具有較重要的理論和實踐意義。本文以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌為原料，過氧化氫為氧化劑，通過環氧化反應制備了目標產物6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌。采用FT-IR、GC-MS和1H NMR等手段對產物進行了表征，確定了產物結構。探討了氧化劑用量、反應時間、溶劑種類和無水碳酸鈉用量對反應轉化率和得率的影響，得到適宜的工藝條件為：以過氧化氫為氧化劑，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)∶n(無水碳酸鈉)=1∶8∶0.5，溶劑為乙醇，反應溫度為30℃，反應時間為2h。在上述條件下，產物得率為83.9%。

關鍵詞：萘二醌；堿性雙氧水；環氧化反應；合成

第一作者：韓莉（1991—），女，碩士研究生。E-mail 920006597@qq.com。聯系人：羅金岳，教授，主要研究方向為林產化學加工。E-mail luojinyue @njfu.com.cn。

天然醌類化合物以次級代謝物廣泛分布于自然界。在植物界，主要存在于被子植物、菌類和地衣中，也存在于原核生物界的細菌中；在動物界，則主要存在于海洋動物如海綿、海膽、毛頭星等以及某些昆蟲中[1]。醌類化合物是一類含有兩個雙鍵的六碳原子環狀二酮結構的芳香族有機化合物，特殊的醌型結構形成了其多樣化的生物活性，如抗腫瘤[2-3]、抗氧化[4-5]、抗菌[6]和抗寄生蟲[7-8]等。

其中，對于萘醌類化合物的結構修飾主要包括甲基化、氧化、還原、裂解等反應。目前，萘醌類化合物烯酮雙鍵的環氧化反應國內外已經有所報道，如Sarma等[9]以二聚萘醌為原料，堿性過氧化氫為氧化劑反應，產率可達95%，體外抗腫瘤活性測試顯示醌環的雙鍵環氧化后活性更強。del Corral等[10]以6-(4-甲代戊基)萘-1,4-二酮為原料，加入堿性過氧化氫，室溫下攪拌反應1h，目標產物4-(4-甲代戊基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌得率達到95%，并初步評價了這類化合物對P-388白血病、A-549肺癌、HT-29結腸癌和MEL-28惡性黑色素瘤等腫瘤細胞的抑制作用，制備的6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌結構與文獻[10]相近，因此，可能有相似的作用。本工作以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌為原料，通過選擇性雙鍵氧化反應，合成了6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌，考察不同工藝條件對反應的影響，從而為合成此類化合物提供了一種新的路徑。具體的合成路線如圖1。

圖1　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌合成路線

1　實驗

1.1試劑和儀器

過氧化氫（市售30%）、無水碳酸鈉、二氯甲烷、四氫呋喃、無水乙醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯、氯化鈉、層析硅膠（38～63μm）、硅膠板（GF-254）等，均為分析純。

美國安捷倫公司7890A氣相色譜儀；安捷倫5975C質譜儀；Nicolet 380 FT-IR紅外光譜儀；Avance AV-500核磁共振波譜儀。

1.2 6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌的制備方法

6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌的制備參考文獻[11]。

1.36-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的制備方法

在裝有磁力攪拌的250 mL單口燒瓶中加入2.40g（10mmol）6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌和50 mL溶劑，攪拌，并用恒壓滴液漏斗滴加計量的堿性過氧化氫（30%過氧化氫、無水碳酸鈉溶液）。反應結束后旋轉蒸發除去溶劑，再用乙酸乙酯溶解，用飽和食鹽水洗滌，有機相用無水硫酸鈉干燥，干燥物旋轉蒸發除去乙酸乙酯。經柱層析純化，石油醚-乙酸乙酯（體積比3∶1）為淋洗劑，再經真空干燥得到目標產物，產物性狀為深黃色黏稠液體。

1.4產物的分析方法

紅外光譜采用液膜法。采用氣相色譜儀、質譜儀聯用對產物進行分析，分析條件為：HP-5毛細管柱（30m×0.25mm×0.25μm），初溫80℃，保留2min，10℃/min升溫至260℃，保留10min。載氣為氦氣，流速1mL/min，進樣口溫度為280℃，離子源溫度為230℃，四級桿溫度為150℃，傳輸線溫度為250℃。進樣量0.2μL，面積歸一法定量。

1H NMR分析條件為：四甲基硅(TMS)為內標，氘代三氯甲烷(CDCl3)為溶劑，質子共振頻率500 MHz。

2　結果與討論

2.1產物的分析結構表征

2.1.1產物的FT-IR分析結果

使用Nicolet 380 FT-IR紅外光譜儀對實驗產物進行紅外分析鑒定，分析結果如圖2所示。

圖2　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的紅外譜圖

其中3027.31cm?1為烯烴C—H彎曲振動；2973.03cm?1、2923.62cm?1為飽和烷烴C—H伸縮振動；1692.90cm?1為羰基C=O伸縮振動；1449.25cm?1、1607.54cm?1為芳烴的骨架振動；1304.52cm?1為C—O—C對稱伸縮振動；743.72cm?1、856.78cm?1為芳烴C—H面外彎曲振動。

2.1.2產物的GC-MS分析結果

產物的質譜如圖3所示，其中分子離子峰為m/z=256，基峰為m/z=186。主要的離子碎片及碎裂過程見圖4。

圖3　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的質譜圖

圖4　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌主要離子碎片和碎裂過程

2.1.3產物的1H NMR分析結果

產物的1H NMR分析結果見表1。由表1數據得到的分析結果與圖5一致，可以確認產物為6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-氫萘-1,4-二醌的結構式。

2.2 6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌合成條件的選擇

6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌中烯酮基團的環氧化反應，使用金屬元素或非金屬元素作催化劑、無機氧為氧源時，往往存在催化劑制備工藝復雜、成本高等問題；直接使用有機過氧酸如過氧乙酸、過氟乙酸、間氯過氧苯甲酸作氧化劑時，由于有機過氧酸為親電試劑，不易使缺電子的烯烴基團環氧化；而以過氧化氫為氧化劑，在堿性介質中可以將烯烴雙鍵環氧化，并且使用過氧化氫具有廉價易得、操作簡單、環保等優點。因此，以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌制備6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌反應中，以市售30%過氧化氫為氧化劑，產物得率及反應選擇性主要受氧化劑用量、反應時間、溶劑種類和無水碳酸鈉用量等因素影響。

圖5　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的結構式

表1產物的1H NMR數據及剖析

2.2.1過氧化氫用量對產物得率的影響

加入萘二醌2.40g（10mmol），氧化劑為過氧化氫，50mL乙醇，反應時間2h，反應溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。過氧化氫用量對產物得率及反應選擇性影響如表2所示。

由表2可見，隨著過氧化氫用量的增加，得率增加，萘二醌的轉化率也升高，當n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8時，得率最高達81.9%；當繼續增加過氧化氫用量時，萘二醌的轉化率趨于穩定，而環氧產物的選擇性降低，可能是由于過氧化氫用量增加導致環氧基開環，副產物增多。因此，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8較適宜。2.2.2反應溫度對產物得率的影響

表2過氧化氫用量對環氧化反應的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50 mL乙醇，反應時間2h，7%碳酸鈉溶液。不同反應溫度對產物得率及反應選擇性影響如表3所示。

表3反應溫度對環氧化反應的影響

由表3可見，隨著溫度的升高，萘二醌的轉化率基本不變，在溫度升到50℃時略有降低，而環氧產物的選擇性在30℃時最高，繼續提高溫度，環氧產物的選擇性則開始急劇下降，這是因為隨著溫度的升高，環氧產物開始發生開環反應。因此，30℃為環氧化反應的適宜溫度。

2.2.3溶劑類型對產物得率的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50mL溶劑，反應時間2h，反應溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。不同溶劑對產物得率及反應選擇性影響如表4所示。

由表4可見，不同溶劑對環氧化反應影響很大。以乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、四氫呋喃作為溶劑時，萘二醌的轉化率和環氧產物的選擇性都特別低；用乙醇作為溶劑時，雖然對萘二醌的溶解性比較差，但萘二醌轉化率和環氧產物的選擇性都比較高，這是因為過氧化氫是親水性，反應底物是親油性，而乙醇屬于既親水性又親油性溶劑，從而達到了均相反應的效果，故選擇乙醇作為溶劑較為適宜。

表4不同溶劑對環氧化反應的影響

2.2.4反應時間對產物得率的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50mL乙醇，反應溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。反應時間對產物得率及反應選擇性影響如表5所示。

表5反應時間對環氧化反應的影響

由表5可見，隨著反應時間的延長，萘二醌的轉化率逐漸增大，當反應時間進行3h后，環氧產物的轉化率趨于穩定。但當反應進行4h后，繼續延長反應時間則環氧產物的選擇性開始下降。因此，反應時間為2h較為適宜。

2.2.5無水碳酸鈉用量對產物得率的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50mL乙醇，反應2h，反應溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。無水碳酸鈉用量對產物得率及反應選擇性影響如表6所示。

由表6可見，當不加入無水碳酸鈉時，萘二醌的轉化率和環氧產物的選擇性都比較低；隨著無水碳酸鈉用量的增加，萘二醌的轉化率基本沒有變化，而環氧產物的轉化率不斷提高，當無水碳酸鈉用量為n(萘二醌)∶n(無水碳酸鈉)=1∶0.5時，繼續增加其用量，環氧產物的選擇性開始下降。因此，無水碳酸鈉用量n(萘二醌)∶n(無水碳酸鈉)=1∶0.5較為適宜。

表6無水碳酸鈉用量對環氧化反應的影響

2.3穩定性實驗

綜合各單因素實驗條件，6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的合成反應適宜的制備工藝條件為：氧化劑為過氧化氫（30%），萘二醌2.40g（10mmol），n(萘二醌)∶n(過氧化氫)∶n(無水碳酸鈉)=1∶8∶0.5，50mL乙醇，反應溫度30℃，在此條件下，4次實驗結果分別為83.6%、83.9%、84.1%、84.1%，4次平均值為83.9%，重復率較好。

3　結論

（1）以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌為原料，合成了6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌，并通過FT-IR、GC-MS、1H NMR等手段對實驗產物進行了表征。

（2）探討了氧化劑用量、反應時間、溶劑種類和無水碳酸鈉用量等因素對目標產物反應轉化率和得率的影響，確定了適宜的制備條件：氧化劑為30%過氧化氫，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)∶n(無水碳酸鈉)=1∶8∶0.5，溶劑為乙醇，反應溫度為30℃，反應時間為2h，在此優選條件下，6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的得率為83.9%。

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Synthesis of 6-(4- methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione

HAN Li1，LU Qiang1，LUO Jinyue1，2，LIU Huafeng1，LIU Zuguang3

（1College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，Jiangsu，China；2Jiangsu Key Lab of Biomass-based Green Fuels and Chemicals，Nanjing 210037，Jiangsu，China；3Guangxi Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products，Nanning 530006，Guangxi，China）

Abstract：The study on the new synthesis method of 6-(4-methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione has an important theoretical and practical significance，as it can cause inhibition of the tumor cells.The target product，6-(4-methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione，was synthesized by epoxidation reaction with 6-(4-methyl-3- pentenyl)naphthalene-1,4-quinone as starting material and hydrogen peroxide as oxidizing agent.The structure of the product was identified by FT-IR，GC-MS and1H-NMR.The effects of amount of oxidant，reaction time，dosage of anhydrous sodium carbonate and types of solvent on reaction rate and percentage yield of the product were discussed.The optimum condition was obtained as follows：hydrogen peroxide as the oxidant，n(naphthalene-quinone)∶n(hydrogen peroxide)∶n(anhydrous sodium carbonate)= 1∶8∶0.5，solvent(ethanol)，the reaction temperature(30℃)，reaction time(2h).Under the above condition，the product yield was 83.9%.

Key words：naphthalene-quinone；alkaline hydrogen peroxide；epoxidation reaction;synthesis

基金項目：廣西林產化學與工程重點實驗室重點項目（GXFC13-01）及江蘇高校優勢學科建設工程項目。

收稿日期：2015- 02-03；修改稿日期：2015-03-24。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.08.033

文章編號：1000–6613（2015）08–3113–05

文獻標志碼：A

中圖分類號：TQ 244.6