Labdane二萜“類天然產物”的合成研究

張軍慶 劉躍佳 寧弘歷 廖 盼 楊海君

(西南科技大學材料科學與工程學院 四川綿陽 621010)

天然產物骨架的復雜性和豐富的官能團化賦予了天然產物類化合物獨有的生物學活性，因此天然產物作為藥物研究的先導化合物有其無法替代的獨特性質。隨著高通量篩選技術的發展、人類基因組測序工作的完成以及近年來化學生物學研究的深入，迫切需要獲得大量骨架多樣、構造復雜、立體化學豐富的天然產物或者天然產物類似物，以便更快、更好地進行藥物發現和化學生物學研究。以天然產物為起點，建立分子多樣性和結構復雜性的“類天然產物”化合物庫已成為一種必然趨勢［1－5］。很多活性天然產物本身在自然界的儲量有限，分離純化困難，因而常常通過合成的方法來獲取。傳統的有機合成化學是以完成天然產物的定向合成為唯一目的，因此合成策路往往只適用于單個或者少數幾個天然產物的全合成;化學合成存在路線長、收率低、復雜操作等問題，很難用于結構多樣的天然產物或其類似物的合成。總的來說，運用傳統的逆向合成分析實現的目標定向合成方法已不能滿足高通量篩選和化學生物學等對化合物結構多樣性的要求。為此，美國哈佛大學的 Stuart L.Schreiber教授提出了多樣性導向合成的概念［6］。天然有機合成化學的研究重心已經開始從“合成單一天然產物”為目的的目標導向合成轉移到“結構多樣性的類天然產物”的導向性合成［7－8］。用多樣性導向合成方法建立骨架多樣、構造復雜、立體化學多樣的“類天然產物”化合物庫，將在生物學的基礎研究和藥物研究中起到關鍵的作用。

含呋喃環的labdane二萜化合物是一類從爵床科、姜科、半日花科、菊科等植物中分離出來的天然產物［9］(結構式見圖1)，該類化合物通常都具有細胞毒活性、抗炎、抗菌等廣泛的生物活性［10］，但是在天然資源中的含量比較低，分離提取困難，所能獲得的量有限，不能滿足生物學活性等研究，因此受到廣大合成化學家的廣泛關注。這些化合物的結構復雜，并且具有多個手性中心，不對稱合成主要通過香芹酮等來半合成［11－12］。由于半合成原料結構的限制，很難實現產物的結構多樣性。全合成則主要采用多烯環化等方法來合成［13－17］，但其合成路線存在路線長、產率低、立體選擇性差等問題，也不易獲得結構類型各異的衍生物，針對這些天然產物進行藥物研發，需要獲得一系列結構各異的天然產物或者“類天然產物”，對于藥物發現和化學生物學研究等都極為重要［18］。

香紫蘇內酯有著與含呋喃環的labdane型二萜化合物的十氫萘片段相類似的取代基和手性中心，因而可以作為半合成的原料對合成labdane型二萜化合物及其類似物進行初步的條件探索，基于此，本文擬以香紫蘇內酯為原料，通過內酯開環、黃鳴龍還原等反應得到含不同芳環的labdane型二萜類似物，為后期生物活性篩選打下基礎。

圖1 部分含呋喃環的labdane二萜化合物結構式Fig.1 Some labdane diterpenes with a furan unit

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

傅里葉變換紅外光譜儀Spectrum One型(美國PE儀器公司)，液相色譜－質譜聯用儀Varian1200(美國瓦里安公司)，600兆赫茲核磁共振譜儀Bruker Aance600(瑞士布魯克公司)，Ry－1G熔點儀(南京科航實驗儀器有限公司)。

所用試劑均為市售分析純或化學純，四氫呋喃經除水處理，其余試劑使用前未作進一步處理。

1.2 實驗過程

以香紫蘇內酯為原料，通過開環內酯環反應得到1(a－c)，進一步通過黃鳴龍還原反應得到2(a－c)(見圖1)。

圖2 以香紫蘇內酯合成Labdane類天然產物Fig.2 Synthesis of labdane－ like compounds starting from sclareolide

1.2.1 化合物1a的合成

在N2保護下，將0.96 g鎂條加入到圓底燒瓶中，然后加入5 mL無水THF和少許碘粒，攪拌下，緩慢滴加2.1 mL溴苯的THF(10 mL)溶液，滴加完畢后，加熱到40℃反應1 h，然后將所制備的格式試劑在冰浴下冷卻至0～5℃，待用。將1.00 g(0.004 mol)香紫蘇內酯的10 mL THF溶液，滴加到上述格式試劑中。滴加完畢后，在0～5℃下繼續攪拌反應15 min，加水淬滅反應。過濾，用THF洗滌固體，乙酸乙酯萃取，合并有機相并用無水硫酸鎂干燥，過濾，旋蒸，經硅膠柱層析(V石油醚/V乙酸乙酯=20/1)，得到白色固體1.12 g，產率85%，mp:132～134℃;APCI－MS，m/z:328.2，［M － H］－，327.1;1H NMR(600 MHz，CDCl3):δ 7.93(d，J=6 Hz，2H)，7.48(t，J=7.2 Hz，1H)，7.39(t，J=7.2 Hz，2H)，3.04(dd，J1=18 Hz，J2=6 Hz，1H)，2.92(dd，J1=18 Hz，J2=6 Hz，1H)，2.16(t，J=4.8 Hz，1H)，1.89 ～1.92(td，J1=12.6 Hz，J2=3.6 Hz，1H)，1.62 ～1.66(br，d，J=13.8 Hz，1H)，1.23 ～ 1.50(m，6H)，1.11(s，3H)，1.05 ～ 1.10(m，1H)，1.00 ～1.02(dd，J1=12 Hz，J2=2.4 Hz，1H)，0.85 ～0.90(dt，J1=13.2 Hz，J2=3.6 Hz，1H)，0.82(s，6H)，0.73(s，3H);IR(KBr)v/cm－1:3386，3059，2935，2868，1673，1596，1447，1387，756，699。

1.2.2 2－溴代呋喃的制備［19］

將16.3 mL(0.225 mol)呋喃加入到 40 mL DMF中。然后在45 min內滴加20 g(0.112 mol)NBS的DMF(60 mL)溶液，滴加過程中保持溫度在25～35℃。滴加完畢后，在該溫度下繼續攪拌反應4 h，然后蒸餾收集48～55℃之間的餾分，無水硫酸鎂干燥，過濾，得到產品5.2 mL，產率57%。

1.2.3 化合物1b的合成

在－78 ℃下，N2保護下，將4.00 mL(8.7 mmol)n－BuLi(2.2 M的正己烷溶液)注射到反應瓶中，再將0.87 mL(9.2 mmol)2－溴代呋喃注射到反應瓶中，攪拌反應 10 min。然后將1.00 g(0.004 mol)香紫蘇內酯的10 mL THF溶液緩慢注射到上述反應液中，在－78℃下反應45 min，自然升溫至室溫反應1.5 h。用10 mL飽和氯化鈉溶液淬滅反應，乙酸乙酯萃取，有機相用無水硫酸鎂干燥，過濾，旋蒸，所得產品經硅膠柱層析(V石油醚/V乙酸乙酯=20/1)得白色產品0.7 g，產率55%。mp:124～126℃;APCI－MS，m/z:318.2，［M － H］－，316.9;1H NMR(600 MHz，CDCl3):δ 7.51(dd，J1=1.2 Hz，J2=0.6 Hz，1H)，7.16(d，J=6 Hz，1H)，6.46(q，J=1.8 Hz，1H)，2.90(dd，J1=17.4 Hz，J2=4.8 Hz，1H)，2.82(dd，J1=17.4 Hz，J2=5.4 Hz，1H)，2.06(t，J=4.8 Hz，1H)，1.88 ～ 1.91(td，J1=12 Hz，J2=3.6 Hz，1H)，1.62 ～ 1.66(br，d，J=13.8 Hz，1H)，1.20 ～1.54(m，6H)，1.10(s，3H)，1.07(m，1H)，0.98 ～1.00(dd，J1=12.6 Hz，J2=2.4 Hz，1H)，0.85 ～0.90(dt，J1=12.6 Hz，J2=3.6 Hz，1H)，0.81(s，3H)，0.80(s，3H)，0.73(s，3H);IR(KBr)v/cm－1:3454，3130，3000，2931，2863，1681，1566，1469，1409，1387，755，708。

1.2.4 化合物1c的合成

在N2保護下，將1.00 g鎂條加入到圓底燒瓶中，然后加入5 mL無水THF和少許碘粒。在室溫下緩慢滴加2.2 mL對溴甲苯的THF(10 mL)溶液。滴加完畢后，加熱到40℃反應1 h。將所制備的格式試劑冷卻至0～5℃備用。將1.00 g(0.004 mol)香紫蘇內酯的THF(10 mL)溶液滴加到上述格式試劑中。滴加完畢后，在0～5℃溫度下反應15 min，加水淬滅反應，過濾，用THF洗滌固體，乙酸乙酯萃取，合并有機相并用無水硫酸鎂干燥，過濾，旋蒸，經硅膠柱層析(V石油醚/V乙酸乙酯=10/1)得到白色固體1.19 g，產率 87%。mp:130 ～133 ℃;APCI－MS，m/z:342.2，［M － H］－，341.3;1H NMR(600 MHz，CDCl3):δ 7.92(d，J=7.8 Hz，2H)，7.28(d，J=7.8 Hz，2H)，3.12(dd，J1=18 Hz，J2=4.8 Hz，1H)，2.97(dd，J1=17.4 Hz，J2=4.8 Hz，1H)，δ 2.44(s，3H)，2.23(t，J=4.8 Hz，1H)，1.98 ～ 2.02(td，J1=12.6 Hz，J2=3.6 Hz，1H)，1.71 ～ 1.76(br，d，J=13.8 Hz，1H)，1.35 ～ 1.59(m，6H)，1.20(s，3H)，1.14 ～1.19(m，1H)，1.00(dd，J1=12.6 Hz，J2=2.4Hz，1H)，0.93 ～ 0.98(dt，J1=12.6 Hz，J2=3 Hz，1H)，0.90(s，6H)，0.82(s，3H);IR(KBr)v/cm－1:3486，2932，2866，1677，1606，1510，1458，1388，817。

1.2.5 化合物2a的合成

將0.5 g(1.5 mmol)化合物1a和3.5 mL 水合肼加入到10 mL一縮二乙二醇中。加熱到120℃反應2 h，蒸出剩余的水合肼。再加入0.18 g(3.15 mmol)KOH，在200℃下反應至原料消失 (TLC)。冷卻至室溫，加入1N HCl(15 mL)，乙醚萃取 (3×20 mL)。合并有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌，干燥，旋蒸，經硅膠柱層析(V石油醚/V乙酸乙酯=10/1)得白色固體0.30 g，產率64%。mp:110～111℃;ESI－MS，m/z:314.2，［M － H］－，313.2;1H NMR(600 MHz，DMSO － d6):δ 7.25(t，J=7.2 Hz，2H)，7.18(d，J=7.2 Hz，2H)，7.14(t，J=7.2 Hz，1H)，3.99(s，1H)，2.70 ～ 2.75(td，J1=12.6Hz，J2=5.4 Hz，1H)，2.50 ～ 2.55(td，J1=12.6 Hz，J2=5.4 Hz，1H)，1.70 ～1.73(dt，J1=12.6 Hz，J2=3 Hz，1H)，1.65 ～ 1.68(dt，J1=13.2 Hz，J2=3.6 Hz，2H)，1.32 ～1.58(m，6H)，1.18 ～ 1.25(ddd，J1=16.2 Hz，J2=13.2 Hz，J3=3 Hz，1H)，1.10 ～ 1.14(m，2H)，1.00(s，3H)，0.90 ～ 0.95(td，J1=13.2 Hz，J2=3.6 Hz，1H)，0.87 ～ 0.89(dd，J1=12 Hz，J2=1.8 Hz，1H)，0.85(s，3H)，0.76(s，3H)，0.73(s，3H);IR(KBr)v/cm－1:3344，3060，2998，2923，2870，1605，1495，1454，1387，751，698。

1.2.6 化合物2b的合成

將0.5 g(1.6 mmol)化合物1b 和3.5 mL 水合肼加入到10 mL一縮二乙二醇中。加熱到120℃反應2 h，蒸出剩余的水合肼。再加入0.19 g(3.36 mmol)KOH，在200℃下反應至原料消失 (TLC)。冷卻至室溫，加入1 N HCl(15 mL)，乙醚萃取(3×20 mL)。合并有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌，干燥，旋蒸，經硅膠柱層析 (V石油醚/V乙酸乙酯=10/1)得白色固體0.38 g，產率79%。mp:104 ℃;ESI－MS，m/z:304.2，［M － H］－，303.2;1H NMR(600 MHz，CDCl3):δ 7.30(s，1H)，6.27(s，1H)，6.01(d，J=3 Hz，1H)，2.69 ～2.78(m，2H)，1.85 ～1.88(dt，J1=12.6 Hz，J2=3 Hz，1H)，1.35 ～1.79(m，9H)，1.23 ～1.30(ddd，J1=15.5 Hz，J2=13.2 Hz，J3=3 Hz，1H)，1.15(s，3H)，1.11(t，J=4.2 Hz，1H)，0.89 ～0.95(m，2H)，0.87(s，3H)，0.81(s，3H)，0.79(s，3H);IR(KBr)v/cm－1:3470，2994，2954，2933，2858，1596，1508，1457，1388，736，722。

1.2.7 化合物2c的合成

將0.74 g(2.16 mmol)化合物1c和 5.2 mL 水合肼加入到20 mL一縮二乙二醇中。加熱到120℃反應2 h，蒸出剩余的水合肼。再加入0.25 g(4.54 mmol)KOH，在200℃下反應至原料消失 (TLC)。冷卻至室溫，加入1 N HCl(25 mL)，乙醚萃取(3×30 mL)。合并有機相，用飽和氯化鈉溶液洗滌，干燥，旋蒸，經硅膠柱層析 (V石油醚/V乙酸乙酯=10/1)得白色固體0.54 g，產率76%。mp:124 ℃;ESI－MS，m/z:328.2，［M － H］－，327.1;1H NMR(600 MHz，DMSO － d6):δ 7.06(s，4H)，3.96(s，1H)，2.67(td，J1=12.6 Hz，J2=5.4 Hz，1H)，2.47(td，J1=12.6 Hz，J2=5.4 Hz，1H)，2.25(s，3H)，1.69 ～1.72(dt，J1=12 Hz，J2=3Hz，1H)，1.28 ～1.67(m，8H)，1.18～1.25(ddd，J1=16.2 Hz，J2=13.8 Hz，J3=3 Hz，1H)，1.09 ～1.14(m，2H)，0.99(s，3H)，0.91 ～ 0.96(td，J1=12.6 Hz，J2=3 Hz，1H)，0.86 ～ 0.89(dd，J1=12.6 Hz，J2=2.4 Hz，1H)，0.85(s，3H)，0.76(s，3H)，0.73(s，3H);IR(KBr)v/cm－1:3343，2998，2929，2870，1513，1458，1387，811。

2 結果與討論

2.1 化合物1(a－c)的合成

化合物1a和1c通過格式試劑開環內酯環來合成。在格式試劑制備中，溫度不宜過高，否者會發生格式試劑與鹵代芳烴的偶聯等副反應，導致產率降低，雜質增加。采用格式試劑開環內酯環時，延長反應時間或升高反應溫度，都會產生少量含有兩個苯環的化合物。實驗中，采用較低的反應溫度，通過TLC實時監測反應，待原料反應完全后及時猝滅反應，可以最大限度避免酮羰基進一步發生親核加成反應。

合成化后物1b所需要的2－溴代呋喃時，要控制NBS的滴加速度，滴加過快，易增加雙溴代呋喃的生成，實驗中，我們加入了1倍當量和2倍當量的NBS，結果發現當加入1倍當量的NBS時，2－溴代呋喃的產率有所提高。本文中用參考文獻［20］的方法來合成化合物1b。實驗中，我們采取了兩種加料方式，即將溴代呋喃加入到香紫蘇內酯中反應或將香紫蘇內酯加入到溴代呋喃中反應，后者加料方式較為方便，但是產率略有降低。

采用APCI或ESI負離子模式，化合物1(a－c)的液相－質譜數據表明所合成化合物的分子量正確，而且只引入了一個芳環。從IR數據來看，化合物1(a－c)均有明顯的 －OH伸縮振動吸收峰(3340～3490 cm－1)以及酮C=O的伸縮振動吸收峰(1673～1681 cm－1)。IR數據也表明，通過格式試劑已經成功實現內酯的開環，得到含有一個芳環的Labdane二萜類似物。在1H NMR譜圖中，1(a－c)化合物因為羰基的存在，呋喃環或苯環氫的化學位移均向低場移動，δ 7.3～8.0區間為苯環上氫的峰位置，δ 7.51，7.16 和6.46 為呋喃環上3 個氫的峰位置。

2.2 化合物2(a－c)的合成

化合物1(a－c)分子中均含有一個酮羰基，可以通過黃鳴龍、克萊門森等反應來還原為亞甲基。由于化合物1(a－c)分子中還存在一個叔羥基，在酸性條件下易于發生脫水、重排等副反應，因此選擇堿性條件下的黃鳴龍反應來還原1(a－c)的羰基。黃鳴龍還原反應中，酮羰基首先與肼縮合得到腙類中間體，進一步還原得到對應的亞甲基。實驗發現，化合物1(a－c)與水合肼反應時，以乙醇或一縮二乙二醇作為溶劑均可得到腙類化合物。考慮到第二步反應中也需要用到一縮二乙二醇溶劑，我們在腙的合成中也選用一縮二乙二醇作為溶劑，通過一鍋煮的方法來還原羰基。這樣無需乙醇去除步驟，反應時間較短，且產率有所提高。

采用APCI或ESI負離子模式，化合物2(a－c)的液相－質譜數據表明所合成化合物的分子量正確，羰基已被還原。從 IR數據來看，2(a－c)在1673～1681 cm－1處無酮C=O的伸縮振動吸收峰，也表明羰基已被還原。在1H NMR譜圖中，化合物1(a－c)的羰基還原為亞甲基后，在δ 2.7附近有2個芐位氫的核磁信號，證明羰基已被還原。

3 結論

以香紫蘇內酯為原料，通過內酯開環反應、黃鳴龍反應可以簡便地合成Labdane型二萜類天然產物。該方法具有原料簡單易得，步驟簡短，后處理簡單等優點，易于結構多樣性地合成得到二萜“類天然產物”，為后期生物活性篩選等奠定基礎。

［1］BURKE M D，BERGER E M，SCHREIBER S L.Generating diverse skeletons of small molecules comb－inatorially［J］.Science，2003，302，613 －618.

［2］KOPP F，STRATTON C F，AKELLAa L B，et al.A diversity－oriented synthesis approach to macrocycles via oxidative ring expansion［J］.Nat.Chem.Biol，2012，8(4):358－365.

［3］TAN D S.Diversity － oriented synthesis:exploring the intersections between chemistry and biology［J］.Nat.Chem.Biol.2005，1(2):74－84.

［4］郭宗儒.天然產物的結構改造［J］.化學進展，2012，47(2):144－157.

［5］周宇，張磊，栗增，等.高效合成技術在藥物發中的應用［J］.藥學學報，2013，48(7):1014－1030.

［6］SCHREIBER S L.Target－oriented and diversity－ori ented organic synthesis in drug discovery［J］.Science.2000，287:1964－1969.

［7］楊震.活性天然產物和結構多樣性類天然產物的合成［J］.化學進展，2009，21(1):47－54.

［8］劉鋼，李裕林，南發俊.多樣性導向的“類天然產物”化合物庫合成［J］.化學進展，2006，18(6):734－742.

［9］SHUL'TS E E，MIRONOV M E，KHARITONOV Y V.Furanoditerpenoids of the labdane seires:Occurrence in plants，total synthesis，several transformations and biological activity［J］.Chem.Nat.Comp.2014，50(1):1－20.

［10］REUBEN J P.Two rings in them all:the labdanerelated diterpenoids［J］.Nat.Prod.Rep.2010，27:1521 －1530，and previous reviews in this series.

［11］HERSEL U，STECK M，SEIFERT K.A new route to 2，7 － and 7 － functionalized labdanes［J］.Eur.J.Org.Chem，2000，(8):1609－1615.

［12］KOLYMPADI M，LIAPIS M，RAGOUSSIS V.Synthesis of the marine furanoditerpene(－ )－ Marginatone［J］.Tetrahedron，2005，61(8):2003－2010.

［13］ZORETIC P A，FANG H，RIBEIRO A A.Application of a radical methodology toward the synthesis of d，1 －5α －Pregnanes and related steroids:A stereoselective radical Cascade approach［J］.J.Org.Chem.1998，63(21):7213－7217.

［14］JUSTICIA J，OLTRA J E，CUERVA J M.Palladium meddiated C－H activation in the field of terpenoids:synthesis of rostratone［J］.Tetrahedron Lett，2004，45(22):4293－4296.

［15］JUSTICIA J，ROSALES A，BUNUEL E，el al.Titanocen ecatalyzed cascade cyclization of epoxypolyprenes:straightforward synthesis of terpenoids by free radical chemistry［J］.Chem.Eur.J.2004，10(7):1778－1788.

［16］ZORETIC P A，FANG H.Synthesis of d，l－Norlabdane Oxide and Related Odorants:An Intramolecular Radical Approach［J］.J.Org.Chem.1998，63(14):4779 －4785.

［17］NAKANO C，HOSHINO T，SATO T，et al.Substrate specificity of the CYC2 enzyme from Kitasato spora griseola:production of sclarene，biformene，and novel bicyclic diterpenes by the enzymatic reactions of labdaneand halimane － type diter pene diphosphates［J］.Tetrahedron Lett，2010，51(1):125 －128.

［18］黃偉，王健波，唐功利.天然產物類藥物的合成生物學研究［J］.生命科學，2011，23(9):892－899.

［19］RAHEEM M A，NAGIREDDY J R，DURHAM R，et al.Efficient Procedure for the Preparation of 2－Bromofuran and Its Application in the Synthesis of 2 － Arylfurans［J］.Syn.Comm.2010，40:2138－2146.

［20］MARGAROS I，VASSILIKOGIANNAKIS G.Synthesis of Chinensines A － E［J］.J.Org.Chem.2007，72:4826－4831.