Diels-Alder反應在斑蝥素衍生物合成中的應用

尹艷清，黃 超，郭家輝，李燕華，杜銀順，楊麗娟

(云南民族大學 民族藥資源化學國家民委-教育部重點實驗室，云南 昆明 650500)

Diels-Alder反應在斑蝥素衍生物合成中的應用

尹艷清，黃 超，郭家輝，李燕華，杜銀順，楊麗娟

(云南民族大學 民族藥資源化學國家民委-教育部重點實驗室，云南 昆明 650500)

斑蝥素作為傳統中藥斑蝥的主要有效活性成分，在治療腫瘤方面發揮重要作用.在對斑蝥素進行合成和改造過程中，Diels-Alder反應被廣泛應用.以呋喃及其衍生物為雙烯體，炔烴、馬來酸酐為親雙烯體，兩組分在回流或室溫下就能發生成環反應獲得斑蝥素基本骨架.以幾類不同底物發生Diels-Alder反應制備斑蝥素衍生物并對實驗條件進行了優化.

Diels-Alder反應；斑蝥素；抗腫瘤

斑蝥作為傳統抗腫瘤中藥代表之一，在我國至今一直作為臨床抗腫瘤藥物被廣泛使用[1-3].斑蝥素(Cantharidin，CA)作為斑蝥的關鍵活性成分直到近代才被人們所認知[4]，從1810年獲得斑蝥素粗提物，到1914年確證分子結構[5]，由于斑蝥素分子合成的難度直到1953年才首次實現合成[6].1962年由于申報公司未能提交詳細活性數據，造成斑蝥素未獲美國食品和藥物管理局(FDA)的批準上市.但斑蝥素的活性優良，使其一直被臨床研究和應用；在中國斑蝥素類藥物也在臨床發揮重要作用，市場潛力巨大[7].因此，斑蝥素的合成及活性研究具有重要的研究價值和實際意義.

Diels-Alder反應是指兩分子含有碳碳不飽和鍵的化合物在一定條件下組合成環的環加成反應，它是合成六元環化合物最常用的方法之一[8]，尤其在具有活性的天然產物和藥物分子的合成中起到關鍵作用[9].在斑蝥素類化合物的制備中，分子母環中的關鍵結構-氧雜冰片烯(見圖1)就采用了Diels-Alder反應進行構筑.本文以不同的雙烯體和親雙烯體反應，探索簡單的反應條件制備新型斑蝥素衍生物，并優化了反應條件.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

呋喃為新蒸呋喃，購自于Aldrich試劑公司；順丁烯二酸酐(AR，購于國藥集團化學試劑有限公司)；丁炔二酸二乙酯及甲酯(DMAD)(AR，購于韶遠化學科技上海有限公司)；其余試劑均為分析純，均購自于天津市風船化學試劑科技有限公司.

核磁共振譜用Bruker-Avance 400 MHz核磁共振儀測定；高壓反應釜為青島華青集團有限公司；硅膠板為GF-254型；柱層析用200～300目硅膠；顯色劑為5%磷鉬酸乙醇溶液，浸濕后加熱顯色.

1.2 斑蝥素衍生物的合成

1.2.1 化合物Diethyl 7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3-dicarboxylate 3a的合成

氮氣保護下，于10 mL的兩口圓底燒瓶中加入4 mL的甲苯，丁炔二酸二乙酯2a(3 mmol,0.540 g)，新蒸呋喃1a(3 mmol×2,0.408 g)，放到100 ℃的恒溫油浴中，TLC點板監測，反應完全后，減壓除去溶劑，將剩余物進行柱層析(PE∶EA=10∶1,體積比)，得到淡黃色油狀產物647 mg，3a產率為87%.1H NMR (400 MHz,CDCl3):δ7.18 (2H,t,J=0.9 Hz),5.63(2H,t,J=1 Hz),4.26～4.20 (4H,m),1.28(6H,t,J=7.1Hz);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 451,2 363,1 649,1 424,1 268,1 071,994,770,622,544 cm-1.

1.2.2 化合物Dimethyl 7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3-dicarboxylate 3b的合成

氮氣保護下，于10 mL的兩口圓底燒瓶中加入4 mL的甲苯，丁炔二酸二甲酯2b(3 mmol,0.426 g)，新蒸呋喃1a(3 mmol×2,0.408 g)，放到100 ℃的恒溫油浴中，TLC點板監測，反應完全后，減壓除去溶劑，將剩余物進行柱層析V(PE)∶V(EA)=15∶1，得到淡黃色油狀產物535 mg，3b產率為85%.1H NMR(400 MHz,CDCl3):δ7.21(2H,t,J=1.0 Hz),5.68(2H,t,J=1 Hz),3.08(6H,s);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 451,2 355,2 024,1 646,1 443,1 268,1 073,994,860,617,551 cm-1.

1.2.3 化合物Diethyl 5-bromo-7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3-dicarboxylate 3c的合成

在10 mL的兩口圓底燒瓶中加入4 mL的甲苯，丁炔二酸二乙酯2a(3 mmol,0.540 g)和現制3-溴呋喃1b(3 mmol,0.449 g)，氮氣保護下，放到100℃的恒溫油浴中，TLC點板監測，反應完全后，減壓除去溶劑，將剩余物進行柱層析V(PE)∶V(EA)=8∶1，得到淡黃色油狀產物475 mg，3c產率為50%.1H NMR(400 MHz,CDCl3):δ7.10(1H,d,J=2.1 Hz),5.63(1H,t,J=1.9 Hz),5.48(1H,d,J=1.7 Hz),4.24～4.30(4H,m),1.29～1.34(6H,m);13C NMR(100 MHz,CDCl3):δ162.8,162.3,152.4,151.4,139.2,137.3,89.8,87.2,61.9,61.8,14.2 cm-1.

1.2.4 化合物3a,4,7,7a-Tetrahydro-4,7-epoxyisobenzofuran-1,3-dione 3d的合成

在裝有5 mL的CH2Cl2的25 mL的圓底燒瓶中，加入馬來酸酐4(10 mmol,1.000 g)和新蒸呋喃(20 mmol,1.401 g)，室溫下攪拌24 h，固體析出，過濾，用乙醚洗滌，旋干.得到1.621 g白色粉末，3d產率達98%，符合文獻[10].m.p.112～113 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3):δ6.58(2H,t,J=0.9 Hz),5.46(2H,t,J=1 Hz),3.17 (2H,s);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 443,3 145,2 362,1 859,1 791,1 599,1 403,1 312,1 283,1 224,1 145,1 087,1 021,953,924,879,851,734,676,634,576,529 cm-1.

1.2.5 化合物5-Bromo-3a,4,7,7a-tetrahydro-4,7-epoxyisobenzofuran-1,3-dione 3e的合成

在裝有5 mL的CH2Cl2的25 mL的圓底燒瓶中，加入馬來酸酐4(10 mmol,1.000 g)和現制3-溴呋喃1b(10 mmol,1.459 g)，室溫下攪拌24 h，有固體析出，過濾，用乙醚洗滌，旋干.得到1.250 g白色粉末，3e產率達51%.m.p.149～150 ℃;1H NMR (400 MHz,CDCl3):δ6.59(1H,d,J=1.9 Hz),5.44 (1H,d,J=1.1 Hz),5.27(1H,s),3.31～3.37(2H,m);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 445,3 111,2 334,2 026,1 866,1 786,1 705,1 583,1 433,1 222,1 133,1 079,1 022,958,914,864,827,713,687,633,579 cm-1.

1.2.6 化合物Tetraethyl 7-oxabicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene-2,3,5,6-tetracarboxylate 3f的合成

丁炔二酸二乙酯2a(0.3 mmol,51 mg)和3,4-呋喃二酸二乙酯1c(0.24 mmol,51 mg)加到裝有1 mL甲苯的10 mL的兩口圓底燒瓶中，將反應體系置于100 ℃的恒溫油浴中，TLC點板監測，反應完全后，減壓旋出溶劑，柱層析V(PE)∶V(EA)=5∶1,得到白色固體0.04 g，產率為43%.m.p.:115～116 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ5.93 (1H,s),4.26～4.32(4H,m),1.32(6H,t,J=7.1 Hz);IR(KBr)(νmax,cm-1)3 381,3 131,2 991,2 361,1 702,1 634,1 473,1 372,1 286,1 215,1 178,1 112,1 042,1 013,796,752,710,619,545,519 cm-1.

2 結果與討論

以呋喃類化合物1為雙烯體和炔烴2a～2b作為反應原料，首先對Diels-Alder反應制備去甲斑蝥素酯類衍生物3a～3c的溶劑和溫度等條件進行考察，TLC板監測控制反應時間，結果見表1.從結果可以看出，化合物反應的溫度對反應的影響較大，升高溫度可以提高產率和降低反應時間.此制備方法的反應原料廉價易得，反應時間短且能夠獲得分子結構多樣性的斑蝥素化合物.

以馬來酸酐4為親雙烯體和呋喃類化合物1作為反應原料，考察以Diels-Alder反應制備去甲斑蝥素酸酐類衍生物3d～3e的溶劑和溫度等條件，TLC板監測控制反應時間，結果見表2.結果發現，反應在室溫下很容易發生，且無溶劑條件下反應產率最佳.此方法也具有反應原料廉價易得、反應時間短等優點，但分子中存在空間構型選擇性問題，內外型(endo-or exo-)結構產物不易控制、反應過程不易監測等缺點.

注:a.柱層析分離收率；b.為在高壓反應釜中，呋喃作為溶劑，呋喃為丁炔二酸二乙酯的10 eq.,沒有進行氮氣保護；c.呋喃分為2批加入到反應液中.

表2 制備去甲斑蝥素酸酐類衍生物3d～3e條件篩選

注:a.柱層析分離收率;b.呋喃為酸酐的10 eq.

以3,4-甲酸乙酯-呋喃1c為雙烯體與各類炔烴作為反應原料，考察炔烴取代基變化發生Diels-Alder反應制備不同酯類斑蝥素衍生物的方法.結果在甲苯做溶劑100 ℃下，只有丁炔酸二乙酯可以參與反應，獲得去甲斑蝥素雙酯類衍生物3f.該路線想借助D-A反應通過炔烴取代基的改變直接實現斑蝥素分子的衍生化，但是實驗證明不同類型炔烴由于反應活性不同，應用的范圍有限.

表3 制備去甲斑蝥素雙酯類衍生物3f

注:a.柱層析分離收率；b.原料沒有消耗完.

3 結語

利用Diels-Alder反應構筑斑蝥素衍生物母環的方法具有方法簡潔、高效、獲得化合物分子多樣等特點.在相對較溫和、不需要催化劑的條件下，變換原料，以不同的呋喃類雙烯體和炔烴、馬來酸酐等親雙烯體化合物可制備大量分子結構多樣性的斑蝥素衍生物.應用Diels-Alder反應制備各種斑蝥素衍生物，進而篩選其抗腫瘤生物活性，對尋找新型高效低毒斑蝥素類抗腫瘤藥物具有重要意義.

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(責任編輯 梁志茂)

版權聲明

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本刊編輯部

Application of Diels-Alder reaction to the synthesis of cantharidin derivatives

YIN Yan-qing,HUANG Chao,GUO Jia-hui,YANG Li-juan

(Key Laboratory of Chemistry in Ethnic Medicinal Resources,State Ethnic Affairs Commission and Ministry of Education of China, Yunnan Minzu University,Kunming 650031,China)

As the main effective active ingredient ofBlisterBeetle,a traditional Chinese drug,cantharidin plays an important role in the treatment of malignant diseases. And Diels-Alder reaction is widely applied in the synthesis of its derivatives. With furan and its derivatives as the diene,alkyne or maleic anhydride as the dienophile,the basic framework of cantharidin can be generated by refluxing or under the room temperature. In this paper,the synthesis of cantharidin derivatives with different substrates by Diels-Alder reaction has been discussed and the experimental conditions have also been optimized.

Diels-Alder reaction; cantharidin; anti-tumor

2014-12-02.

國家自然科學基金(21202142);教育部重點項目(212161)和民族藥資源化學國家民族事務委員會-教育部重點實驗室開放基金(MZY1115);云南民族大學2014年學生實驗實踐能力提升工程項目；云南民族大學化學與生物技術學院SRT科研項目(2013HXSRTZ01,2013HXSRTZ02,2013HXSRTZ06).

尹艷清(1988-)，女，碩士研究生.主要研究方向：藥物分子合成.

黃超(1979-)，男，博士，副教授.主要研究方向：有機合成與藥物化學.

R248.3

A

1672-8513(2015)02-0115-04