新型4-羥基香豆素衍生物的合成與表征

權(quán)彥，李小蓉，趙忠孝，劉靖麗，張朋

新型4-羥基香豆素衍生物的合成與表征

權(quán)彥，李小蓉，趙忠孝，劉靖麗，張朋

（陜西中醫(yī)藥大學(xué)， 陜西 咸陽(yáng) 712046）

香豆素是自然界天然產(chǎn)物中一類(lèi)十分重要的有機(jī)化合物。以4-羥基香豆素為原料，采用微波合成法“一鍋煮”法，合成了系列新型香豆素衍生物，所有產(chǎn)物進(jìn)行了IR、MS、1HNMR結(jié)構(gòu)表征，其中部分產(chǎn)物為首次合成。為此類(lèi)抗凝血藥物的研究提供了理論技術(shù)支持。

微波合成；香豆素；抗凝血；結(jié)構(gòu)表征

4-羥基香豆素及其衍生物是一類(lèi)較特殊的香豆素化合物，具有抗凝血，抗真菌、抗癌等多種生物生理學(xué)活性，多年來(lái)一直受到醫(yī)藥學(xué)家的高度重視[1]。香豆素的生物學(xué)活性因其結(jié)構(gòu)而定，如在母體苯環(huán)或吡喃環(huán)引入不同的取代基或引入的位置不同而顯示不同的生物活性[2]。開(kāi)展對(duì)各種含不同取代基的香豆素類(lèi)化合物的合成研究，并進(jìn)一步研究其生物學(xué)活性具有重要的醫(yī)學(xué)和生物學(xué)意義。

本文采用微波合成方法“一鍋煮”法[3]，將香豆素溶解，然后根據(jù)要合成的目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行理論分析推導(dǎo)，選用含有相應(yīng)基團(tuán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)試劑；加入相應(yīng)的原材料，探索加熱溫度，最后控制溫度加熱、攪拌、抽濾得目標(biāo)化合物。合成技術(shù)路線(xiàn)如下：

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

液體核磁共振儀 INOVA 500 MHz型 varian公司；BIO-RAD FTS3000型紅外光譜儀(KBr壓片) 202-1AB BRUKER VERTEX；質(zhì)譜儀 6301安捷倫;熔點(diǎn)測(cè)定儀 RY-1型上海一恒科學(xué)儀器有限公司；電熱真空干燥箱XRD-700上海一恒科學(xué)儀器有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)UV-2102尤尼科（上海）儀器有限公司；微波爐800W美迪集團(tuán)；恒溫加熱攪拌儀781HW型常州電器有限公司。

乙醇（CH3CH2OH）天津市天力化學(xué)試劑有限公司；乙酸酐（CH3COOCOCH3）天津市天力化學(xué)試劑有限公司；4-羥基香豆素 西安光宇生物科技有限公司；3,4-二氯苯甲醛 蘭州化學(xué)試劑廠(chǎng)；3,4-二甲基苯甲醛 慶功化學(xué)試劑有限公司；3-甲基苯甲醛 蘭州化學(xué)試劑廠(chǎng)；4-甲基苯甲醛 慶功化學(xué)試劑有限公司；4-二甲氨基苯甲醛 南京有機(jī)試劑廠(chǎng)；以上試劑都為分析純。去離子水 自制。

1.2 目標(biāo)化合物的合成與結(jié)構(gòu)表征

1.2.1 以化合物A進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行選擇。

方案一：在250 mL三頸燒瓶中加入4-羥基香豆素10.0 g和無(wú)水乙醇100 mL，加熱、攪拌至4-羥基香豆素溶解后，然后慢慢均勻從三頸燒瓶側(cè)口再加入3,4-二甲基苯甲醛8 mL，固定好溫度計(jì)，加熱，溫度控制在不同溫度（如表1所示），回流4 h，后有白色固體顆粒析出，繼續(xù)加熱，溫度不變，加熱1 h，待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻后抽濾，得白色晶體，此晶體再用95％乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，最終得純白色顆粒狀晶體[4]。自然干燥后稱(chēng)量產(chǎn)物，計(jì)算產(chǎn)率。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量化合物A熔點(diǎn)為322~323 ℃。

方案二：在250 mL三頸燒瓶中加入4-羥基香豆素10.0 g和無(wú)水乙醇100 mL，攪拌，然后慢慢均勻從三頸燒瓶側(cè)口再加入3,4-二甲基苯甲醛8 mL，采用固定功率的微波爐加熱，攪拌、回流冷卻，加熱不同時(shí)間（如表2所示），后有白色固體顆粒析出，繼續(xù)微波加熱6 min，待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻后抽濾，得白色固體，此固體再用95％乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，最終得純白色粉末[5,6]。自然干燥后稱(chēng)量產(chǎn)物，計(jì)算產(chǎn)率。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量化合物A熔點(diǎn)為322~323 ℃。

采用不同溫度和800 W微波爐加熱合成目標(biāo)產(chǎn)物，探討了反應(yīng)溫度對(duì)合成目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，不同溫度和微波加熱不同時(shí)間時(shí)產(chǎn)率如表1和表2所示。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響

由表1可知，反應(yīng)在85 ℃時(shí)產(chǎn)率最高，當(dāng)溫度超過(guò)100 ℃產(chǎn)率已經(jīng)很低，且反應(yīng)結(jié)束后三頸燒瓶中顏色明顯變黑，這是由于高溫時(shí)部分有機(jī)物碳化，最終分離提取時(shí)大部分都為雜質(zhì)被除去，故產(chǎn)率明顯降低，當(dāng)溫度低于80 ℃時(shí)，在分離提取時(shí)，大部分由于原料未反應(yīng)而被除去，故產(chǎn)率明顯降低。當(dāng)溫度在85 ℃時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最大值，故本合成反應(yīng)溫度控制在85 ℃。

由表2可知微波加熱12 min或17 min產(chǎn)率達(dá)到43%，當(dāng)微波加熱23 min時(shí)，三頸瓶中有黑煙冒出，說(shuō)明溫度太高，大量物質(zhì)碳化，最終產(chǎn)率0.3%，幾乎無(wú)目標(biāo)產(chǎn)物。加熱時(shí)間低于10 min時(shí)，產(chǎn)率降低。

結(jié)合表1和表2分析可知，當(dāng)通常情況水浴加熱溫度達(dá)到85 ℃時(shí)，加熱時(shí)間4 h或微波加熱15 min，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率基本都達(dá)到最大值，故本實(shí)驗(yàn)合成目標(biāo)產(chǎn)物A、B、C、D、E、F、G時(shí)采用此條件。

表2 微波加熱不同時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

1.2.2 化合物1~7的合成

化合物1~7的合成參照相關(guān)化學(xué)文獻(xiàn)方法合成。

化合物A的合成：在250 mL三頸燒瓶中加入4-羥基香豆素10.0 g和無(wú)水乙醇100 mL，加熱、攪拌至4-羥基香豆素溶解后，然后慢慢均勻從三頸燒瓶側(cè)口再加入3,4-二甲基苯甲醛8 mL，固定好溫度計(jì)，加熱，溫度控制在85 ℃，回流4 h（或微波加熱15 min）后有白色固體顆粒析出，繼續(xù)加熱，溫度仍控制在85 ℃，加熱1 h左右（或微波加熱6分鐘），待反應(yīng)結(jié)束，自然冷卻后抽濾，得白色固體，此晶體再用95％乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，最終得純白色顆粒狀固體[7]。自然干燥后稱(chēng)量產(chǎn)物12.1 g，產(chǎn)率43%。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量熔點(diǎn)322~323 ℃。

化合物B的合成：在250 mL三頸燒瓶中加入準(zhǔn)確稱(chēng)取的4-羥基香豆素10.0 g和無(wú)水乙醇100 mL，加熱、攪拌至4-羥基香豆素溶解后，然后慢慢均勻從三頸燒瓶側(cè)口再加入3-甲基苯甲醛7 mL，固定好溫度計(jì)，其他步驟同化合物A的合成步驟相同，最終得乳白色粉末。過(guò)夜，自然干燥后稱(chēng)量產(chǎn)物10.0 g，產(chǎn)率33%。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量熔點(diǎn)237~238 ℃。

化合物C的合成：合成方法同上，在已經(jīng)溶解的4-羥基香豆素中慢慢加入4-甲基苯甲醛，重結(jié)晶，過(guò)濾，提純，最終得乳白色固體15.0 g，計(jì)算產(chǎn)率為56%。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量熔點(diǎn)291~292 ℃。

化合物D的合成：在250 mL三頸燒瓶中加入4-羥基香豆素10.0 g和無(wú)水乙醇100 mL，加熱、后加入KOH 10 mg，攪拌至4-羥基香豆素溶解后，然后慢慢均勻從三頸燒瓶側(cè)口再加入4-二甲氨基苯甲醛，固定好溫度計(jì)，加熱，溫度控制在80 ℃，回流4 h（或微波加熱15 min）后有灰色固體粉末析出，繼續(xù)加熱，溫度仍控制在80 ℃，加熱1 h左右（或微波加熱6 min），TLC檢測(cè)反應(yīng)反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，蒸掉多余的乙醇，用乙酸乙酯萃取分離，多次萃取分離后抽濾，得灰色固體粉末，再用95％乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，最終得灰色固體[8,9]。自然干燥后稱(chēng)量產(chǎn)物12.0 g，產(chǎn)率41%。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量熔點(diǎn)119~220 ℃。

化合物E的合成：合成方法同化合物D相同，將原材料改為4-甲基苯甲醛，最終的白色粉末10克，產(chǎn)率36%。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量熔點(diǎn)269~270 ℃。

化合物F的合成：合成方法同A的合成相同，將原材料改為4-硝基苯甲醛，產(chǎn)品在自然干燥后稱(chēng)量產(chǎn)物10.0 g，產(chǎn)率35%。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量熔點(diǎn)251~252 ℃。

化合物G的合成：合成方法同A,將原材料改為3,4-二氯苯甲醛，最終產(chǎn)物自然干燥后稱(chēng)量產(chǎn)物13.0 g，產(chǎn)率43%。產(chǎn)品經(jīng)自制蒸餾水重結(jié)晶2次后，干燥，測(cè)量熔點(diǎn)285~286 ℃。

1.2.3化合物8~12的合成

按照scheme1方案，將上述各步合成的A、B、C、D、E、F、G產(chǎn)物分別作為中間體，進(jìn)行分子內(nèi)脫水[10,11]。將相應(yīng)的中間體化合物溶于乙酸酐中加熱，攪拌，插入溫度計(jì)，溫度控制在90 ℃，回流4小時(shí)（或微波加熱15 min），TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，分離萃取，抽濾，再用無(wú)水乙醇重結(jié)晶，最終分別得純白、乳白、乳白、土灰色色固體8~12。

2 目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)表征

對(duì)合成的7種化合物分別進(jìn)行核磁共振（NMR）和質(zhì)譜(MS)分析。利用熔點(diǎn)測(cè)定儀、紅外光譜等儀器進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如下：

化合物A:

m.p.322-323°C.IR(KBr pelletcm-1): 3100, 2900, 1670, 1604, 1576, 1350, 1230,1093, 761 cm-1.1HNMR (CDCl3, δ, ppm): 11.507 (s,1H), 11.268(s, 1H),8.015–8.065(q,2H),7.606–7.647(t,2H),7.404–7.425(d, 4H), 7.067–7.088(d, 1H), 6.950(s, 2H), 6.049(s, 1H), 2.204–2.241(d, 6H). HRMS (ESI+):/: calcd for C27H20O6: 463.1152 [M+Na+]; found: 463.1139。

化合物B:

3,3′-(3-甲基苯亞甲基)-雙-4-羥基香豆素(2): m.p. 237–238 °C. IR(KBr pellet cm-1): 1674, 1604, 1560, 1348, 1230,1101, 763 cm-1.1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 11.528(s, 1H), 11.285(s, 1H), 8.009-8.088(q, 2H),7.623-7.654(t,2H),7.415-7.432(d,4H),7.206-7.236(t,1H),7.082-7.097 (d, 1H), 7.012-7.042 (t, 2H), 6.080 (s, 1H), 2.312(s,3H). HRMS (ESI+):/: calcd for C26H18O6: 449.0996 [M+Na+]; found: 449.0985。

化合物C：

3,3′-(4-甲基苯亞甲基)-雙-4-羥基香豆素(3):m.p. 291–292 °C. IR(KBr pellet cm-1): 1670, 1618, 1564, 1352, 1230，1095, 906, 763 cm-1.1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 11.521(s, 1H), 11.296(s, 1H), 8.000-8.082(q,2H),7.615-7.649(m, 2H), 7.408-7.425 (d, 4H), 7.099-7.145(q, 4H), 6.076(s, 1H), 2.342(s, 3H). HRMS(ESI+):/: calcd for C26H18O6: 449.0996 [M+Na+]; found: 449.0941。

化合物D:

3,3′-(4-二甲氨基苯亞甲基)-雙-4-羥基香豆素(4): m.p. 119-220 °C. IR (KBr pellet cm-1): 1720, 1667, 1610, 1520, 1370, 1170, 756 cm-1.1HNMR (DMSO-6,, ppm): 7.788-7.803(d, 2H), 7.492-7.524(t, 2H), 7.390(s, 2H), 7.210-7.274(m, 6H), 6.267(s, 1H), 3.122(s, 6H). HRMS (ESI+):/: calcd for C27H21NO6: 478.1261 [M+Na+]; found: 478.1228。

化合物E：

3,3′-(4-甲氧基苯亞甲基)-雙-4-羥基香豆素(5):m.p. 269-270 °C. IR(KBr pellet cm-1): 1670, 1604, 1560, 1510, 1350, 1256, 1093, 769 cm-1.1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 11.512(s, 1H), 11.296(s, 1H), 7.994–8.075(q,2H),7.605–7.647(t, 2H), 7.399–7.419(d, 4H), 7.118–7.139(d, 2H), 6.844–6.866(d, 2H), 6.050(s, 1H), 3.797(s,3H). HRMS (ESI+):/: calcd for C26H18O7: 465.0945 [M+Na+]; found: 465.0967。

化合物F：

3,3′-(4-硝基苯亞甲基)-雙-4-羥基香豆素(6): m.p. 251–252 °C. IR(KBr pellet cm-1): 1658, 1616, 1564, 1521, 1348, 1109, 763 cm-1.1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 11.571(s, 1H), 11.379(s, 1H), 8.180–8.202(d, 2H), 7.997–8.104(q, 2H), 7.655–7.693(d, 2H), 7.404–7.443(t, 6H), 6.122(s, 1H). HRMS (ESI+):/: calcd for C25H15NO8: 480.0690 [M+Na+]; found: 480.0489。

化合物G：

3,3′-(3,4-二氯苯亞甲基)-雙-4-羥基香豆素(7): m.p. 285-286 °C. IR(KBr pellet cm-1): 1670, 1604, 1560, 1350, 1101, 910, 767 cm-1.1H NMR (CDCl3, δ, ppm): 11.585(s, 1H), 11.317(s, 1H), 8.003–8.090(q, 2H), 7.639–7.678(t, 2H), 7.382–7.441(q, 5H), 7.285(s, 1H), 7.058–7.082(d, 1H), 6.021(s, 1H). HRMS (ESI+):/: calcd for C25H14Cl2O6: 503.0060 [M+Na+]; found: 503.0024。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)討論了常壓下加熱至不同溫度時(shí)合成的目標(biāo)產(chǎn)物，同時(shí)采用800 W微波加熱，測(cè)定了加熱不同時(shí)的產(chǎn)率，最終得出結(jié)論，常壓下加熱4 h和微波加熱15 h有著相同的產(chǎn)率，產(chǎn)率都達(dá)到最大值43%。故本實(shí)驗(yàn)合成時(shí)的溫度控制在85 ℃，加熱4 h或微波加熱15 h。在合成化合物8~12時(shí)，用乙酸酐脫水，得到目標(biāo)產(chǎn)物。

本文先對(duì)合成的7個(gè)香豆素衍生物進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)定、紅外、核磁等表征，推測(cè)出了它們的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)推斷7個(gè)化合物的結(jié)構(gòu)分別為：

［1］ Kostova I. Synthetic and natural coumarins as cytotoxic agents[J]. Cwr. Med Chem., 2005，5:29-46.

［2］ 劉芳，蘭支利,鄧芳.香豆素及其衍生物研究進(jìn)展[J].精細(xì)化工中間體，2006,36(4):7-11.

［3］ 布文安.4,7一二羥基香豆素衍生物合成及殺菌活性研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008:3-22.

［4］ 郭大鵬.香豆素衍生物的合成及活性檢測(cè)[D].南京：南京理工大學(xué)，2008:1-23.

［5］ 凌云, 楊旭, 楊明漢, 陳萬(wàn)義. 雙香豆素類(lèi)化合物的合成及表征. 化學(xué)通報(bào)[J], 2004, 67（5）: 355-358.

［6］ Li X, Jain N, Russell R K, Ma R, Branum S, Xu J, Sui Z. Development of a Scalable Synthetic Process for Selective Bromination of 4-Methyl-3,7-Substituted Coumarins [J]. Organic Process Research & Development, 2006, 10: 354-360.

［7］ Li X, Jain N, Russfell R K, Ma R, Branum S, Xau J, Sui Z. Development of a Scalable Synthetic Process for Selective Bromination of 4-Methyl-3,7-Substituted Coumarins [J]. Organic Process Research & Development, 2006, 10: 355-370.

［8］ 徐克勛. 精細(xì)有機(jī)化工原料及中間體手冊(cè)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 4-54.

［9］ 申?yáng)|，劉小帆.香豆素類(lèi)凝血藥及其類(lèi)似物的合成[J].應(yīng)用化學(xué)，2005,22（10）:1158-1160.

［10］嚴(yán)勝驕，林軍.微波輔助1，4-邁克爾加成合成香豆素3,4-并六元雜環(huán)衍生物[J].有機(jī)化學(xué)，2010, 30(3): 465-468.

［11］凌云,楊旭,楊明漢,陳萬(wàn)義.雙香豆素類(lèi)化合物的合成及表征[J].化學(xué)通報(bào), 2004,67(5): 355-358.

Synthesis and Characterization of Novel 4-Coumarin Derivatives

（Shaanxi University of Chinese Medicine, Shaanxi Xianyang 712046, China)

Coumarin is one of the most important organic compounds in natural products. In this paper, using 4- hydroxycoumarin as raw material, series of novel coumarin derivatives were synthesized by microwave synthesis method and one pot method, all products were characterized by IR, MS and1HNMR, some products were synthesized for the first time. The paper can provide theoretical and technical support for the study of anticoagulant drugs.

Microwave synthesis；Coumarin；Anticoagulant；Structure characterization

TQ 201

A

1671-0460（2017）10-1994-04

陜西中醫(yī)藥大學(xué)青年基金項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：2015QN24；咸陽(yáng)市2016年科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：2016k02-84。

2017-03-11

權(quán)彥（1976-），男，陜西省咸陽(yáng)市人，碩士，2002年畢業(yè)于西北大學(xué)化學(xué)專(zhuān)業(yè)，研究方向：藥物合成及藥效學(xué)研究。E-mail：quanyan1@sohu.com。