巨修練，胡 成

[1.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(武漢工程大學(xué))，湖北 武漢 430074]

0 引 言

雜環(huán)化合物自發(fā)現(xiàn)以來已有百年的歷史，近年來隨著結(jié)構(gòu)分析與鑒定技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的雜環(huán)化合物被發(fā)現(xiàn)，雜環(huán)化合物的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展，涉及到醫(yī)藥，農(nóng)藥，食品香料，化學(xué)染料等眾多領(lǐng)域[1-2]. 噁二唑類衍生物作為雜環(huán)化合物中的一類，具有酶活性抑制[3]，消炎[4]，抗菌[5]，抗癌等廣泛的生物活性，并且具有高效低毒等優(yōu)點(diǎn)；另外，由噁二唑化合物形成的聚合物具有特殊的穩(wěn)定性，有些還具有良好的成膜性和電子傳輸性能，在材料領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景[6]. 因此，近年來噁二唑化合物的研究受到研究者的關(guān)注.孫娜波合成了一系列新型含吡唑環(huán)的1,3,4-噁二唑類衍生物并對(duì)其進(jìn)行了活體殺菌活性測(cè)試，研究結(jié)果表明部分化合物對(duì)黃瓜褐斑病，黃瓜霜霉病和黃瓜菌核病均具有較好的防治效果，個(gè)別化合物在500 mg/L的劑量下對(duì)黃瓜褐斑病的防效高達(dá)90%，優(yōu)于井岡霉素，故能作為先導(dǎo)化合物開發(fā)新農(nóng)藥[7]. Ghani等人研究了噻二唑，噁二唑和三唑雜環(huán)衍生物對(duì)酪氨酸酶的抑制效果，研究結(jié)果表明連接一定的疏水基團(tuán)對(duì)這三類雜環(huán)的抑制活性有一定的提高，活性動(dòng)力學(xué)研究表明噁二唑雜環(huán)5-C位上的取代基對(duì)分子與酪氨酸酶結(jié)合的緊密程度起著主要作用，5-C位上長(zhǎng)鏈的存在對(duì)該類抑制劑活性的提高有重要作用，它能更好促進(jìn)抑制劑與酶的結(jié)合. 其中5-對(duì)羥基苯-1,3,4-噁二唑-2-硫酮對(duì)酪氨酸酶的抑制常數(shù)Ki值可達(dá)1.77 μmol/L[3].Lam等[8]合成了一系列1,3,4-噁二唑-2-硫酮衍生物，并均表現(xiàn)出對(duì)酪氨酸酶的高效抑制作用，其IC50在0.87～1.49 μmol/L，均高于對(duì)照曲酸. 同時(shí)其結(jié)構(gòu)與活性分析也證明了一定的疏水基團(tuán)對(duì)該類化合物的活性有顯著的提高.本研究通過圖1所示合成路線合成了7個(gè)3位取代苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮化合物，期望得到更好的酪氨酸酶抑制劑，進(jìn)而應(yīng)用于醫(yī)藥，農(nóng)藥，化妝品等行業(yè). 同時(shí)，所有目標(biāo)化合物均通過氫核磁共振圖譜和質(zhì)譜表征確認(rèn).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

RY-1G型熔點(diǎn)儀；Varian Mercury-VX 300型核磁共振儀(CDCl3,DMSO為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo))；TRACEMS 2000型質(zhì)譜儀.

所有試劑均為分析純,購(gòu)自于國(guó)藥集團(tuán).反應(yīng)過程采用的TLC薄層硅膠板和柱層析所用的硅膠,由青島海洋硅膠干燥劑廠生產(chǎn).CS2的純化:采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的濃硫酸反復(fù)萃取至硫酸層為無色,再用蒸餾水洗滌CS2至中性,無水Na2SO4干燥,蒸餾收集48 ℃的餾分.其他試劑未經(jīng)純化直接使用.

圖1 目標(biāo)化合物的合成Fig.1 The synthetic routes of target compounds注:(a)NH2NH2·H2O,乙醇,回流；(b)CS2,KOH,乙醇,回流；(c)甲醛,胺,V(四氫呋喃)∶V(甲醇)=1∶2,室溫?cái)嚢?R為4-NO2(4a),3-NO2(4b),2-NO2(4c),2-OCH3(4d),2-Cl(4e),4-Cl(4f),2-COOCH3(4 g).

1.2 化合物的合成

1.2.1 苯甲酰肼的合成 向100 mL的三口燒瓶中依次加入苯甲酸甲酯(1)13.6 g (0.1 mol),質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%水合肼18.75 g (0.3 mol),無水乙醇50 mL,升溫至80 ℃回流,反應(yīng)持續(xù)6 h,TLC監(jiān)測(cè)無原料點(diǎn),反應(yīng)結(jié)束,冷卻,旋蒸脫去溶劑,用少量乙醇重結(jié)晶得白色針狀固體苯甲酰肼(2),干燥后稱重為12.25 g,收率為90.1%.mp.112～114 ℃.

1.2.2 5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3)的合成 向100 mL的三口燒瓶中依次加入苯甲酰肼(2)8.16 g (60 mmol)及KOH 4.032 g (72 mmol),CS26.84 g (90 mmol),無水乙醇60 mL,常溫下攪拌0.5 h后,混合液呈白色乳狀懸濁液,將混合液加熱至80 ℃回流,反應(yīng)持續(xù)8 h,TLC監(jiān)測(cè)無原料點(diǎn),反應(yīng)結(jié)束,冷卻,旋蒸脫去溶劑,將固體溶于蒸餾水,用3 mol/L的鹽酸酸化至pH為4～5的得白色懸濁液,抽濾并將濾餅用乙醇重結(jié)晶得白色針狀固體5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3),稱重為9.16 g,收率為85.8%,mp.218～220 ℃.1H NMR(400 MHz ,DMSO-d6) δ:7.56～7.65(m,3 H,ArH),7.86～7.88(d,2 H,ArH).

1.2.3 目標(biāo)化合物3-對(duì)硝基苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(4a)的合成 向50 mL的單口燒瓶中依次加入5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3) 0.356 g (2 mmol),對(duì)硝基苯胺0.552 g(4 mmol),質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%的甲醛溶液0.648 g(8 mmol),將其溶于THF和MeOH的混合液中[V(THF)=5 mL,V(MeOH)=10 mL],于常溫下攪拌,0.5 h后開始出現(xiàn)黃色沉淀,反應(yīng)進(jìn)行4 h,TLC監(jiān)測(cè)無原料點(diǎn),反應(yīng)結(jié)束,抽濾,濾餅用THF重結(jié)晶得暗黃色固體0.335 g,收率51.1%,mp.156～158 ℃.1H NMR(400 MHz,DMSO-d6) δ:5.51～5.53(d,2 H,—CH2—),6.95～6.97(d,2 H,ArH),7.47～7.55(m,3 H,ArH),7.76～7.78(d,2 H,ArH),7.98～8.00(d,2 H,ArH),8.32～8.36(t,1 H,—NH—); MS(ESI):327(M-1)-.

1.2.4 同樣的方法合成化合物4b～4h 目標(biāo)化合物3-間硝基苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(4b):黃色固體0.512 g,收率78.0%,mp.181～182 ℃.1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ:5.54～5.56(d,2 H,—CH2—),7.28～7.30(d,1H,ArH),7.37～7.41(t,1 H,ArH),7.47～7.49(d,1 H,ArH),7.54～7.61(m,3 H,ArH),7.80(s,1 H,ArH),7.82～7.84(d,2 H,ArH); MS(ESI):327(M-1)-.目標(biāo)化合物3-鄰硝基苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(4c):黃色固體0.235 g,收率35.8%,mp.170～172 ℃.1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ:5.73～5.75(d,2 H,—CH2—),6.84～6.88(t,1 H,ArH),7.39～7.42(d,1 H,ArH),7.51～7.61(m,4 H,ArH),7.83～7.85(d,1 H,ArH),8.08～8.10(d,1 H,ArH),8.79～8.82(t,1 H,—NH—); MS(ESI):327(M-1)-.目標(biāo)化合物3-鄰甲氧基苯胺亞甲基-5苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(4d):白色固體為0.286 g,收率45.7%,mp.134～136 ℃.1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:3.82(s,3 H,—OCH3),5.54～5.56(d,2 H,—CH2—),6.76(s,2 H,ArH),6.84～6.86(m,1 H,ArH),7.10～7.12(d,1 H,ArH),7.41～7.51(m,3 H,ArH),7.84～7.86(d,2 H,ArH); MS(ESI):312(M-1)-.目標(biāo)化合物3-鄰氯苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(4e): 白色固體0.215 g,收率34.4%,mp.120～121 ℃.1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:5.56～5.58(d,2 H,—CH2—),5.66～5.70(t,1 H,—NH—),6.70～6.74(t,1 H,ArH),7.14～7.25(m,3 H,ArH),7.42～7.52(m,3 H,ArH),7.84～7.86(d,2 H,ArH); MS(ESI):317(M-1)-.目標(biāo)化合物3-對(duì)氯苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(4f):白色固體為0.159 g,收率25.4%,mp.216～218 ℃.1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:6.03(d,2 H,—CH2—),7.12～7.14(d,2 H,ArH),7.37～7.41(t,2 H,ArH),7.48～7.52(t,1 H,ArH),7.82～7.84(d,2 H,ArH),7.94～7.96(d,2 H,ArH); MS(ESI):317(M-1)-.目標(biāo)化合物3-鄰羧甲酯苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(4g):白色固體0.458 g,收率67.2%,mp.158～160 ℃.1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ:3.88(s,3 H,—COOCH3),5.60～5.62(d,2 H,—CH2—),6.73～6.77(t,1 H,ArH),7.27～7.29(d,1 H,ArH),7.41～7.47(m,3 H,ArH),7.50～7.54(t,1 H,ArH),7.88～7.90(d,2 H,ArH),7.92～7.94(d,1 H,ArH),8.83～8.87(t,1 H,—NH—);MS(ESI):340(M-1)-.

2 結(jié)果與討論

2.1 苯甲酰肼(2)的合成工藝

2.1.1 原料配比對(duì)苯甲酰肼產(chǎn)率的影響 以無水乙醇為溶劑在回流條件下反應(yīng)6 h，只改變質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%水合肼和苯甲酸甲酯的配料摩爾比，粗產(chǎn)品用無水乙醇重結(jié)晶，結(jié)果如下：

表1 原料配比對(duì)產(chǎn)率的影響Table.1 Effect of raw material ratio on yield

結(jié)果表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%水合肼與苯甲酸甲酯的配料摩爾比為3.0時(shí)，苯甲酰肼的產(chǎn)率最高，大于3.0時(shí)產(chǎn)率基本無變化.因此質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%水合肼與苯甲酸甲酯的適原料摩爾比為3.0.

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)苯甲酰肼產(chǎn)率的影響 以無水乙醇為溶劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%水合肼和苯甲酸甲酯的配料摩爾比為3∶1，改變反應(yīng)時(shí)間，初產(chǎn)品用無水乙醇重結(jié)晶，結(jié)果如下：

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響Table.2 Effect of reaction time on yield

結(jié)果表明當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為6 h時(shí)，苯甲酰肼的產(chǎn)率高達(dá)90.1%，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)率基本不變，基于節(jié)約能源方面的考慮，適宜的反應(yīng)時(shí)間為6 h.

2.2 5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3)的合成工藝

2.2.1 CS2用量對(duì)5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮產(chǎn)率的影響 以無水乙醇為溶劑，苯甲酰肼和KOH摩爾比為1∶1.2，改變CS2的用量，回流反應(yīng)8 h，按上述方法提純，結(jié)果如下：

表3 CS2用量對(duì)產(chǎn)率的影響Table.3 Effect of dosage of CS2 on yield

結(jié)果表明二硫化碳與苯甲酰肼的配料摩爾比為1.5時(shí)，5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮的產(chǎn)率高達(dá)85.8%，大于1.5時(shí)，產(chǎn)率基本不變.因此，二硫化碳與苯甲酰肼的適宜配料摩爾比為1.5.

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮產(chǎn)率的影響 以無水乙醇為溶劑，苯甲酰肼，KOH，CS2的摩爾比為1∶1.2∶1.5，反應(yīng)回流，改變反應(yīng)時(shí)間，按上述方法提純，結(jié)果為：

表4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響Table.4 Effect of reaction time on yield

結(jié)果表明當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為8 h時(shí)，5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮的產(chǎn)率高達(dá)85.8%，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)率基本不變，基于節(jié)約能源方面的考慮，適宜的反應(yīng)時(shí)間為8 h.

2.3 3-取代苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮化合物的合成工藝

2.3.1 溶劑對(duì)3-對(duì)硝基苯胺亞甲基-5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮產(chǎn)率的影響 按上述反應(yīng)條件反應(yīng)，改變所用溶劑(體積均為15 mL)，粗產(chǎn)品重結(jié)晶，結(jié)果為：

表5 溶劑對(duì)產(chǎn)率的影響Table 5 Effect of solvent on yield

結(jié)果表明以V(甲醇)∶V(四氫呋喃)=2∶1的混合液為溶劑時(shí)，產(chǎn)率均高于單純以甲醇或四氫呋喃為溶劑時(shí)的產(chǎn)率.以甲醇為溶劑時(shí)，反應(yīng)過程中迅速得到絮狀沉淀，使得5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3)與目標(biāo)產(chǎn)物共析導(dǎo)致大量原料包裹在絮狀沉淀中，同時(shí)還影響反應(yīng)液的攪拌，這些因素不僅會(huì)影響反應(yīng)的產(chǎn)率，同時(shí)影響目標(biāo)產(chǎn)物的分離；而以四氫呋喃為溶劑時(shí)，原料與目標(biāo)產(chǎn)物均有較好的溶解性，導(dǎo)致析出的產(chǎn)物較少而影響產(chǎn)率.因此V(甲醇)∶V(四氫呋喃)=2∶1的混合液為較適宜的溶劑.

另外，本實(shí)驗(yàn)在以5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3)與甲醛和胺發(fā)生Mannich反應(yīng)的過程中先嘗試了與仲胺嗎啡啉反應(yīng)預(yù)期得到對(duì)應(yīng)的Mannich堿，然而結(jié)果生成的產(chǎn)物卻不是預(yù)期的化合物，而是5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3)在3-N為發(fā)生羥甲基化，嗎啡啉并沒有接到5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3)上.這可能是因?yàn)?-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮(3)的親和性比嗎啡啉強(qiáng)，而易于與甲醛先發(fā)生親和反應(yīng)，得到的羥甲基化產(chǎn)物與嗎啡啉脫水得到Mannich堿的反應(yīng)能壘又太高，常溫下難以進(jìn)行而無法得到預(yù)期產(chǎn)物.

3 結(jié) 語

本研究通過參考相關(guān)文獻(xiàn)和資料，設(shè)計(jì)在5-苯基-1,3,4-噁二唑-2-硫酮的3-N位通過發(fā)生Mannich反應(yīng)引入一定疏水基團(tuán)，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，通過核磁共振氫譜和質(zhì)譜結(jié)構(gòu)表征，合成了4a～4g共7個(gè)目標(biāo)化合物，大部分未見文獻(xiàn)報(bào)道，同時(shí)對(duì)反應(yīng)中的原料配料比，反應(yīng)時(shí)間及溶劑選擇等參數(shù)進(jìn)行了工藝優(yōu)化.后續(xù)將檢測(cè)目標(biāo)化合物對(duì)酪氨酸酶的抑制活性，期望得到高效的酪氨酸酶抑制劑，以用于醫(yī)藥，農(nóng)藥及化妝品等領(lǐng)域.

致 謝

衷心感謝深圳海王藥業(yè)對(duì)該項(xiàng)目研究提供的資助！

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