硝酸酯類一氧化氮供體型姜黃素衍生物的合成

陳維珍,徐濟恒，徐蘇麗

黃山職業技術學院醫學系,安徽黃山,245000

姜黃素是β-二酮的庚二烯與兩個鄰甲氧基化的酚相連組成的對稱分子結構的多酚類化合物。天然姜黃素是姜科、天南星科植物根莖中的有效成分之一，來源豐富。大量研究表明，姜黃素具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、免疫調節、降血脂以及抗纖維化等藥理活性[1-3]，對動物和人體多種腫瘤細胞具有抑制作用，并呈現出對腫瘤細胞的耐藥具有逆轉活性[4]。近年來還發現姜黃素對糖尿病及其并發癥的改善表現出較好活性[5-12]。因此，姜黃素是一個在腫瘤和心血管系統疾病治療中前景非常良好的藥物。但由于其水溶性差、生物利用度低、活性不穩定、多酚結構的穩定性差、易氧化變質影響其體內活性等缺陷，使其臨床應用受到一定限制。 因此，開展對姜黃素的結構修飾以提高其活性對抗腫瘤和心血管系統新藥的開發具有重要意義。

一氧化氮(NO)是體內重要的信使物質和效應分子，廣泛參與人體多種生理過程，尤其在心血管功能和抗腫瘤方面有較好活性。NO能舒張血管，使血管有自身調節作用，從而調節血壓，能維持組織器官的穩定血流量，增加局部血流[13]；可抑制血小板聚集和黏附，抑制血管平滑肌增殖，有抗動脈粥樣硬化和抑制血栓形成作用[14]；在抗腫瘤方面，NO對腫瘤細胞有直接殺傷作用，并增加耐藥腫瘤細胞的敏感性[15-17]。外源性NO對心血管系統疾病的防治與癌癥的治療都有積極意義。本課題組依據前藥原理和拼合原理，將NO供體硝酸酯基通過連接基團與具有心血管活性和抗腫瘤活性的姜黃素進行偶聯，形成硝酸酯類NO供體姜黃素衍生物，以期獲得心血管活性或抗腫瘤活性更好的新藥。

1 實驗部分

1.1 藥品與儀器

姜黃素 (成都蘭貝植化科技有限公司，≥98%)；硝酸銀( 上海展云化工有限公司，分析純)；1，3-二溴丙烷( 阿拉丁試劑公司，分析純)；1，4-二溴丁烷( 阿拉丁試劑公司，分析純)；其余試劑均為化學純，由中國醫藥集團(上海)提供。

Nicolet Avatar 370DTGS 型紅外光譜儀，Bruker AVNCE - 500 MHz 超導核磁共振儀，LCQ ADVANTAGE MAX 液質連用質譜儀( FINNIGAN公司)，RE-52A 型旋轉蒸發儀( 上海亞榮生化儀器廠)。

1.2 實驗原理及步驟

姜黃素在堿性條件下酚羥基解離生成氧負離子，進攻二溴烷烴中的C-Br鍵，發生親核取代，溴原子離去，生成姜黃素的溴代烷基醚中間體(1a-1b)；將該中間體與硝酸銀反應，得到目標產物姜黃素硝氧烷基酯(2a-2b)。合成路線如圖1。

圖1 目標化合物合成路線

1.2.1 姜黃素溴代烷基醚中間體(1a-1b)的合成

4,4′-二(3-溴丙氧基)姜黃素(1a)的合成:取 1.84 g 姜黃素(0.005 mol) 于圓底燒瓶中，依次加入N，N - 二甲基甲酰胺(DMF)40 mL ,2.76 g(0.02 mol) 無水K2CO3， 適量1，3-二溴丙烷，室溫避光攪拌反應5 小時，反應過程用薄層檢測板(TLC)檢測(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶4) 至原料完全反應后，停止反應。抽濾后，母液加100 mL水、乙酸乙酯(5×30 mL)萃取，合并乙酸乙酯層后，飽和食鹽水洗，無水硫酸鈉干燥，減壓濃縮，經柱層析分離純化(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶12) ，得到化合物1a 為淡黃色油狀體，2.21 g，產率為72.4%。ESI-MS:m/z:610.88(M+ 1) 4,4′-二(4-溴丙氧基)姜黃素(1b)：參照1a的合成方法，由1.84 g(0.005 mol)姜黃素與1，4- 二溴丁烷反應得透明油狀物2.17 g，收率為68.0%。ESI-MS:m/z:638.78(M+1)。

1.2.2 目標化合物姜黃素硝氧烷基酯(2a-2b)的合成

4,4′-二-(3-硝氧丙氧基)姜黃素(2a):將0.61 g 化合物1a(0.001 mol) 溶于30 mL 無水乙腈，取0.85 g 硝酸銀(0.005 mol) ， 50 ℃避光回流加熱7 小時，反應過程用TLC 檢測(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶5) 至中間體完全反應后停止反應，過濾除去溴化銀，母液減壓濃縮，經柱層析分離純化(乙酸乙酯∶石油醚= 1∶15) ，得到化合物2a 為淡黃色固體，0.32g，產率為55.0%。IR(KBr，n，cm-1):870,1277,1630,1734；1H-NMR(500 MHz，CDCl3)δ：1.95(m，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，3.57(t，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，3.78(s,6H,-OCH3)，4.02( t，4H，-CH2CH2CH2ONO2)，4.64(s，2H,CH2)，6.66(d,2H,Ar-H)，6.71(d,2H,Ar-CH=CH-),6.76(s,2H,Ar-H)，6.79(d,2H,Ar-H),7.63(d,2H,Ar-CH=CH-)；ESI-MS:m/z:574.56(M +1)，其氫譜如圖2所示。

圖2 化合物2a的1H-NMR圖譜

4,4′-二-( 4-硝氧丁氧基)姜黃素(2b):取0.64 g(約0.001mol)化合物1b,參照2a的合成方法，得到化合物2b為淡黃色油狀物0.29 g,產率為48.7%。IR( KBr，n，cm-1) :870,1277,1630,1734；1H-NMR( 500 MHz，CDCl3) δ：1.53( m，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，1.76( m，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，3.57( t，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2) ，3.78(s,6H,-OCH3)，4.04( t，4H，-CH2CH2CH2CH2ONO2)，4.64(s，2H,CH2)，6.65(d,2H,Ar-H)，6.73(d,2H,Ar-CH=CH-),6.77(s,2H,Ar-H)，6.82(d,2H,Ar-H),7.66(d,2H,Ar-CH=CH-)；ESI-MS:m/z:602.73(M+1)

2 結果與討論

2.1 中間體(1a-1b)合成條件的討論

為控制副反應的發生，保證中間體的產率，對溶劑、反應溫度、二溴烷烴的用量進行考察。現以1.84 g (0.005 mol)姜黃素，40 mL DMF,2.76 g無水K2CO3為標準進行實驗，對中間體1a的收率影響進行各因素的考察。

2.1.1 反應溶劑的選擇

對中間體(1a-1b)的合成曾參考文獻[18],采用丙酮為溶劑，但反應收率極低，可能原因為縛酸劑K2CO3在溶劑丙酮中溶解度較小，不能很好地使姜黃素的酚羥基解離為氧負離子，增強其親核能力，故使反應進程很慢。在此選擇溶解性能較好的極性非質子性溶劑N,N-二甲基甲酰胺為溶劑，可使反應進程較快。

2.1.2 反應溫度對中間體收率的影響

參照文獻[19],以1,3-二溴丙烷的加入量為3 mL (約0.035 mol),在不同溫度下進行反應，用TLC檢測不同溫度下的反應時間。反應時間及收率結果見表1。

表1 反應溫度對收率和時間的影響

由表1可知，反應溫度對中間體收率影響較大。40 ℃和50 ℃反應時間較短，但TLC檢測副產物較多，部分姜黃素分解。冰浴下該反應基本無副產物點，但所需時間太長，收率并無很大提高，室溫下12 h,收率與冰浴相差不大，考慮實驗可操作性，選擇25 ℃為合適的反應溫度。

2.1.3 1,3-二溴丙烷用量對收率的影響

由于理論情況下姜黃素與二溴丙烷以1∶2完全反應，在室溫條件下，增加二溴丙烷投入量以考察不同反應物配比n(姜黃素)∶n(二溴丙烷)對收率的影響，結果如表2所示。

表2 反應物配比的影響

由表2可知，加大二溴丙烷的配比可使反應速度和收率均得到很大提升，當配比為1∶7和1∶8時，收率和反應時間相差不大，所以選擇n(姜黃素)∶n(二溴丙烷)=1∶7為最適反應配比。

2.2 目標化合物(2a-2b)合成條件的討論

由于硝酸銀見光易分解氧化，故反應需在避光條件下加熱進行，且為保證兩個鹵代烴基均能被硝酸酯化，硝酸銀的量至少為中間體的2倍。在溫度為50 ℃的避光條件下，通過增大硝酸銀用量考察其對目標化合物收率及反應時間的影響，結果如表3所示。

表3 中間體與硝酸銀配比對收率及反應時間的影響

由表3可知，當硝酸銀與中間體摩爾配比為1∶2時，TLC監測中間體不能完全參與反應，故收率較低，當增大至1∶4后，目標化合物產率基本達穩定，且反應速度有較大提升，繼續加大硝酸銀的量，收率不會有較大幅度提高。由于硝酸銀的成本較高，綜合考慮實驗的經濟性選擇硝酸銀與中間體摩爾配比為1∶4為最適反應配比。

3 結 語

本課題組以姜黃素為先導化合物，通過不同的連接臂將NO供體硝酸酯基與其偶聯，合成姜黃素硝氧烷基酯衍生物，并對其合成工藝進行了優化。實驗發現，在合成中間體時，選用的溶劑為DMF，縛酸劑為無水K2CO3,室溫下反應12 h,姜黃素∶二溴烷烴(n=3，4)=1∶ 7時反應收率較理想，同時，通過對目標化合物的合成條件優化，得出以無水乙腈為溶劑，在避光、50 ℃下反應，中間體∶硝酸銀(n∶n)=1∶4，反應收率較高。目標化合物均經 IR、MS 和 1H-NMR等方法進行確證，后續將進一步開展藥理活性的實驗篩選研究工作。