8位硼酸基取代黃酮衍生物的合成

蘆 逵，楊 珂，馬艷濤，潘國軍，郁 彭

（天津科技大學生物工程學院，天津 300457）

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8位硼酸基取代黃酮衍生物的合成

蘆 逵，楊 珂，馬艷濤，潘國軍，郁 彭

（天津科技大學生物工程學院，天津 300457）

摘 要：黃酮是一類重要的天然有機化合物，具有廣泛的生理活性.取代苯硼酸是重要的有機合成中間體、醫藥及農藥中間體，并在制備生物活性試劑或有機材料合成上也有廣泛的應用，被廣泛應用于C—C鍵、C—O鍵、C—N鍵的形成中.本文以芹菜素、槲皮素、木犀草素這3種常見黃酮為原料，探討8位硼酸基取代黃酮衍生物的高效合成方法.

關鍵詞：黃酮；硼酸；芹菜素；槲皮素；木犀草素

黃酮類化合物是一類常見的天然有機化合物，是植物在長期自然選擇過程中產生的一類次生代謝產物［1］.它們廣泛存在于高等植物及羊齒植物的根、莖、葉、花、果實中，不僅數量種類繁多，而且結構類型復雜多樣.黃酮類化合物因為有著獨特的化學結構，所以具有許多重要的生理、生化作用.一方面，黃酮類化合物具有高度的化學反應性，例如，它能清除生物體內的自由基，具有抗氧化作用［2］；另一方面，黃酮類化合物又具有很多重要的藥理作用，對人類許多疾病具有治療價值.它們擁有抑制酶的活性、抗癌、抗菌、抗病毒、抗炎癥、抗過敏、抗糖尿病并發癥等功能，且無毒無害，對人類的腫瘤、心血管病等疾病的治療和預防有重要意義.天然黃酮類化合物雖然大量存在于自然界中，但其結構復雜、作用位點多、溶解性差，其生理利用率不高，限制了它們的廣泛應用.因此，以黃酮類化合物為先導化合物，對其進行結構修飾和結構改造，以期研發一批具有更強藥理作用的黃酮類新藥，是該研究領域的一個重要課題.

黃酮化合物的基本母核結構如圖1所示.

圖1　 黃酮母核結構式Fig.1　Flavone’s structure

目前，對黃酮類化合物的結構修飾主要集中在對其C2、C3、C6、C8、C3’（或C5’）、C4’等位進行的化學改性，引入各種具有不同作用的功能基團，例如，鹵素、烷（氧）基、芳基、吡啶基、氨基、羧基、磺酸基、磷酸基等基團，以此來改善其溶解性，提高其生物活性和生物利用度.在黃酮化合物的化學合成和結構改造中，還經常會在黃酮的8位上形成新的C—C鍵，用于在黃酮上鏈接其他的結構.此時可先在黃酮的8位引入硼酸基，利用Suzuki 偶聯反應，再與鹵代芳烴進行偶聯，得到目標化合物.

苯硼酸為中等強度的路易斯酸，它在空氣中較為穩定、對潮氣不敏感、可以長期保存且反應活性較高，使得各種取代苯硼酸成為重要的有機合成中間體及醫藥、農藥、化工中間體［3-4］.由于取代苯硼酸具有低毒性和最終降解成為對環境友好的硼酸［5］等特點，所以它被認為是綠色化合物.近年來，取代苯硼酸在有機合成中發揮著極其重要的作用，被廣泛應用在C—C鍵［6］、C—O鍵［7］、C—N鍵［8-10］和C—S鍵［l1］形成反應中，備受廣大有機合成工作者的青睞.其中，利用苯硼酸化合物與鹵代芳烴發生偶聯作用形成C—C鍵使用最為廣泛.苯硼酸化合物最著名的應用是參與 Suzuki［12］偶聯反應，早在1979年，Suzuki 等利用Pd（PPh3）4催化苯硼酸化合物與溴代芳烴進行反應，這個反應也因此被稱為著名的Suzuki偶聯反應.該反應由于具有無副產物、產率高等諸多優點，一直被延用至今.值得一提的是，苯硼酸酯作為苯硼酸的替代物可以廣泛的用于偶聯反應中.

苯硼酸化合物最早合成于 20 世紀 60 年代，隨著時代的變遷，苯基硼酸化合物的種類日益增多，但合成方法主要分為格氏試劑法和有機鋰試劑法兩類.

格氏試劑法（圖2）作為有機合成領域最為常見的一種方法，其作用原理為：首先溴苯與鎂粉在醚類試劑的作用下生成具有親核性的格氏試劑，然后在低溫下與烷基硼酸酯發生反應后再水解形成苯硼酸類化合物.該法具有操作簡單、原料低廉等優點，作為合成苯硼酸化合物的首選被廣泛應用.

圖2　 格氏試劑法合成路線Fig.2　Synthetic route of Grignard reagent method

有機鋰試劑法（圖3）是指溴苯首先與烷基鋰作用得到取代鋰苯，再與含有烷基的硼酸酯反應，最后水解得到苯硼酸.該法與格氏試劑法相比雖然產率高，但是缺點在于有機鋰價格昂貴、反應需要在較低的溫度（-78，℃以下）下進行，并且由于有機鋰試劑反應活性較高，官能團容忍性不好，故不適用于含有氰基、酯基等基團的苯硼酸化合物的合成.

圖3　 有機鋰試劑法合成路線Fig.3　Synthetic route of organolithium reagent method

本文以芹菜素、槲皮素、木犀草素這3種常見黃酮為原料，探討8位硼酸基取代黃酮衍生物的高效合成方法.

1　材料與方法

1.1試劑與儀器

槲皮素，化學純，百靈威科技有限公司；鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、間苯三酚、對羥基苯甲醛、3，4-二羥基苯甲醛、1，2-二氯乙烷（DCE）、氯乙酰氯、無水碳酸鉀、2-碘丙烷、N-碘代丁二酰亞胺（NIS）、硼酸（三）甲酯（B（OMe）3）、正丁基鋰（n-BuLi）溶液，化學純，國藥化學試劑有限公司；二氯甲烷（DCM）、乙醇（EtOH）、石油醚、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氫呋喃（THF），分析純，北京化學試劑公司.

循環水式真空泵，河南省予華儀器有限公司；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿有限公司；低溫恒溫反應浴，鞏義市京華儀器有限公司；Av-400MHz 型核磁共振儀，瑞士Bruker公司.

1.2合成路線

以芹菜素、木犀草素和槲皮素這3種常見的黃酮為例，合成8位硼酸基取代的黃酮衍生物，合成路線如圖4、圖5所示.

圖4　 芹菜素和木犀草素母核的合成路線Fig.4　Synthetic route of apigenin and luteolin

圖5　 3種黃酮8位硼酸衍生物的合成路線Fig.5　Synthetic route of three types of 8-borono flavonoid derivatives

1.2.1化合物a的合成

稱取10，g（79，mmol）間苯三酚溶于160，mL 1，2-二氯乙烷中，于冰浴中攪拌5，min后加入21.14，g（158，mmol）無水三氯化鋁并攪拌10，min，然后用恒壓滴液漏斗逐滴加入10.75，g（95，mmol）氯乙酰氯，攪拌10，min后升至室溫并用堿液作尾氣吸收裝置，此后置于100，℃油浴中加熱回流，反應8，h，冷卻至室溫后傾入300，mL 0.24，mol/L鹽酸水溶液攪拌30，min后抽濾，干燥得到9.95，g化合物a，產率62%，.

1.2.2化合物1和化合物2的合成

稱取13.84，g（247，mmol）氫氧化鉀并配制成質量分數40%， 的水溶液，加入10，mL乙醇以及6.03，g （49，mmol）對羥基苯甲醛，加入10.00，g（49，mmol）化合物a，攪拌至室溫后置于60，℃油浴中反應6，h，TLC檢測反應，待反應完成后，在冰浴下慢慢加入0，℃的稀鹽酸，調節pH至3～4，抽濾，干燥得到11.07，g化合物1，產率83%，.

用3，4-二羥基苯甲醛替換對羥基苯甲醛，以相同的方法得到化合物2，產率90%，.

1.2.3化合物4的合成

稱取10，g（37，mmol）芹菜素（1）置于100，mL耐壓瓶中，用30，mL DMF將其溶解，于攪拌條件下加入25.57，g（0.185，mol）無水碳酸鉀和31.45，g（0.185，mol）2-碘丙烷（i-PrI），置于60，℃油浴中反應24，h，將反應溶液用乙酸乙酯進行萃取，并將有機相用飽和食鹽水洗3次，合并有機相，無水硫酸鈉進行干燥，真空旋干溶劑后，再次用30，mL DMF將其溶解，于攪拌條件下加入15.68，g（0.111，mol）無水碳酸鉀和19.29，g（0.111，mol）2-碘丙烷（i-PrI），置于60，℃油浴中反應24，h.TLC檢測反應完全后，再次將反應溶液用乙酸乙酯進行萃取，并將有機相用飽和食鹽水洗3次，合并有機相，無水硫酸鈉進行干燥，使用V（石油醚）：V（乙酸乙酯）=40∶1的混合溶液為展開劑，200～300目硅膠柱層析純化，得10.70，g化合物4，產率73%，.

1.2.4化合物7的合成

稱取10，g（25.22，mmol）4’，5，7-三異丙基芹菜素（化合物4）置于100，mL圓底燒瓶中，并用30，mL DCM將其溶解，于攪拌條件下加入6.81，g （30.27，mmol）NIS后置于70，℃油浴中反應10，h，TLC檢測反應完全后，將反應溶液用乙酸乙酯進行萃取，并將有機相用飽和食鹽水洗1次、飽和硫代硫酸鈉溶液洗2次，合并有機相，無水硫酸鈉進行干燥，使用V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=40∶1的混合溶液為展開劑，200～300目硅膠柱層析純化，得6.98，g化合物7，產率53%，.

1.2.5化合物10的合成

稱取1，g（1.91，mmol）8-碘-4’，5，7-三異丙基芹菜素（化合物7）置于25，mL 支口瓶中，并用8，mL無水四氫呋喃將其溶解，用氬氣置換瓶中空氣，將支口瓶置于干冰丙酮浴中攪拌，再用注射器滴加0.95，mL （2.39，mmol）的2.5，mol/L正丁基鋰溶液，反應1，h后，再用注射器滴加397.85，mg（3.83，mmol）硼酸（三）甲酯，室溫下反應10，h.TLC檢測反應完全后，將反應溶液用乙酸乙酯進行萃取，并將有機相用飽和NaCl溶液洗3次，合并有機相，無水硫酸鈉進行干燥，V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）=20∶1的混合溶液重結晶，得522.59，mg化合物10，產率62%，.

1.2.6 化合物11和12的合成

化合物11和12的合成路線與化合物10的相同，只是起始原料不同，分別是以木犀草素（2），槲皮素（3）為起始原料.

2　結果與討論

2.1化合物表征數據

化合物10：1，H，NMR（400，MHz，DMSO-d6）δ 8.15（s，2，H），7.89（d，J=8.5，Hz，2，H），6.98（d，J= 8.6，Hz，2，H），6.57（s，1，H），6.35（s，1，H），4.95（p，J= 6.1，Hz，1，H），4.83（p，J=6.1，Hz，1，H），4.72（p，J= 6.0，Hz，1，H），1.40～1.24（m，18，H）.13，C，NMR（100 MHz，DMSO-d6）δ 179.71，169.66，158.88，158.86，146.55，133.15，125.12，116.25，109.12，104.42，94.61，71.74，71.53，69.89，22.30，22.23，22.17. LRMS（ESI）m/z 441 ［M+H］+.

化合物11：1，H，NMR（400，MHz，DMSO-d6）δ 8.15（s，2，H），7.66（d，J=2.1，Hz，1，H），7.42（dd，J= 8.4，2.0，Hz，1，H），7.02（d，J=8.5，Hz，1，H），6.56（s，1，H），6.36（s，1，H），4.95（p，J=6.0，Hz，1，H），4.83（p，J=6.0，Hz，1，H），4.59（dp，J=17.9，6.0，Hz，2，H），1.50～1.13（m，24，H）.13，C，NMR（100，MHz，DMSO-d6）δ 179.68，169.61，158.77，148.52，146.66，125.94，125.68，118.73，116.72，109.44，104.40，94.75，71.72，71.55，71.33，71.27，22.43，22.40，22.32，22.17. LRMS（ESI）m/z 499 ［M+H］+.

化合物12∶1，H，NMR（400，MHz，DMSO-d6）δ 8.24（s，2，H），7.77（d，J=2.2，Hz，1，H），7.74（dd，J= 8.6，2.1，Hz，1，H），7.11（d，J=8.6，Hz，1，H），6.56（s，1，H），4.75（dq，J=22.6，6.0，Hz，2，H），4.63（dq，J= 21.4，6.2，Hz，2，H），4.51（p，J=6.1，Hz，1，H），1.31（td，J=8.0，6.8，4.0，Hz，24，H），1.13（d，J=6.2，Hz，6，H）.13，C，NMR（100，MHz，DMSO-d6）δ 163.71，152.42，150.54，147.70，137.86，124.13，122.66，117.68，115.88，109.59，98.53，73.26，72.11，71.81，71.13，70.85，22.53，22.51，22.46，22.39，22.17. LRMS（ESI）m/z 557 ［M+H］+.

2.2實驗討論

2.2.1傅克反應

在化合物a的合成中，氯乙酰氯的滴加速度對收率有較大影響，滴加速度過快會造成反應液中塊狀物生成，降低收率.后處理中，可以將反應物緩慢倒入稀鹽酸溶液中，抽濾干燥，得到產品；也可先將溶劑1，2-二氯乙烷減壓旋干，將反應物緩慢倒入冰水中，調至酸性，抽濾干燥.

2.2.2黃酮母核的合成

黃酮母核的合成是通過化合物a和羥基苯甲醛發生了縮合反應、消除反應形成的.具體機理如圖6所示（以芹菜素為例）：在縮合反應過程中，需要在堿性環境下進行，使化合物a形成碳負離子，碳負離子具有很強的親核性，作為親核試劑進攻苯甲醛發生羥醛縮合反應得到中間體b.化合物b發生分子內的Michael加成反應關環得到中間體c.化合物c發生消除反應得到芹菜素.在本次合成芹菜素的反應過程中，采用的是氫氧化鉀堿性溶液.在首次合成芹菜素的過程中，采用質量分數30%，氫氧化鉀溶液提供堿性環境，然而收率不好，而后將其質量分數提高至60%，，收率仍然不好，最后將其質量分數調至40%，時，收率最好.原因可能是在縮合反應過程中，由于堿性環境中的氫氧根離子會攫取羰基的α位氫原子，形成烯醇負離子，因而堿性的強弱對其影響較大：堿性弱不利于烯醇負離子的形成，而堿性太強，氫氧根負離子將進攻氯原子發生Sn2反應導致反應產率降低.因而堿性過強或者過弱都會影響反應的收率.

圖6　 芹菜素合成反應機理Fig.6　Mechanism of synthesis of apigenin

在處理該反應的過程中，由于芹菜素上的酚羥基具有酸性，所以在氫氧化鉀的作用下，芹菜素是以水溶性很好的鉀鹽的狀態存在，所以加入鹽酸后使其變回酚羥基，溶解度降低，從溶液中析出來，得到芹菜素的粗產品.但是可以利用芹菜素不溶于二氯甲烷，而部分雜質溶于二氯甲烷的性質，可以將干燥后的粗產品用二氯甲烷溶解、抽濾，再次得到的目標化合物的純度會提高很多.

2.2.3黃酮母核的異丙基保護

化合物4的合成是用2-碘丙烷來保護黃酮母核的羥基，一個羥基對應1.5個2-碘丙烷，以芹菜素為例：芹菜素有3個羥基，因而在芹菜素的保護過程中，2-碘丙烷加入的量是芹菜素的4.5倍，盡管加入的2-碘丙烷的量已經超過了芹菜素的量，但是芹菜素的三保護產物的產率仍然不高，僅達到38%，.用TLC進行監測，發現有大量的二保護產物和極少量的一保護產物，將二保護產物分離純化后，用NMR檢測其化合物的結構，發現5位上的羥基未能進行保護，查閱相關的文獻，這可能由于5位上的羥基能夠與4位上的羰基形成分子內氫鍵，從而構成六元環，而導致其5位上的羥基未能進行保護.對此我們試圖通過增加其反應時間以及升高溫度來提高芹菜素三保護產物的產率，但是效果不是很佳.將反應液進行萃取干燥后，直接按照2-碘丙烷和反應物物質的量比為3∶1來進行“回鍋”反應，反應的溫度和時間均不改變，用TLC進行監測發現反應液中的反應物已經大部分反應完全，隨后將其進行萃取、干燥、柱層析分離，其總收率能夠提高到73%，.

3　結 語

先合成了芹菜素和木犀草素這兩種天然黃酮化合物，再以芹菜素、木犀草素、槲皮素為原料，通過異丙基保護，區域選擇性地碘化得到了8位碘代的黃酮化合物.隨后通過有機鋰試劑法制備以26%～44%，的總收率得到了8位硼酸基取代黃酮衍生物.該類化合物的合成為進一步對黃酮化合物8位進行化學修飾奠定了良好的基礎.

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責任編輯：周建軍

Synthesis of 8-Borono Flavonoid Derivatives

LU Kui，YANG Ke，MA Yantao，PAN Guojun，YU Peng

（College of Biotechnology，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China）

Abstract：Flavonoids are important natural materials with a big variety of pharmacological activities.Phenyl boronic acids as substitutes are key intermediates for the synthesis of organic medicine and pesticide and they are also widely used in the synthesis of bioactive compounds and organic materials，as well as in C—C bond，C—O bond and C—N bond formation reactions.This paper is to introduce an efficient method to synthesize 8-borono flavonoid by using apigenin，quercetin and luteolin as starting materials.

Key words：flavonoid；boronic acid；apigenin；quercetin；luteolin

中圖分類號：R914.5

文獻標志碼：A

文章編號：1672-6510（2016）02-0036-05

收稿日期：2015-05-27；修回日期：2015-07-17

基金項目：國家自然科學基金資助項目（21202118）

作者簡介：蘆 逵（1981—），男，江西人，副教授；通信作者：郁 彭，教授，yupeng@tust.edu.cn.

DOI:10.13364/j.issn.1672-6510.20150067