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6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的合成

韓莉1，陸強(qiáng)1，羅金岳1，2，柳華鋒1，劉祖廣3

（1南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇南京210037；2江蘇省生物質(zhì)綠色燃料與化學(xué)品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210037;3廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530006）

摘要：6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌對腫瘤細(xì)胞有一定的抑制作用，研究其新的合成方法具有較重要的理論和實(shí)踐意義。本文以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌為原料，過氧化氫為氧化劑，通過環(huán)氧化反應(yīng)制備了目標(biāo)產(chǎn)物6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌。采用FT-IR、GC-MS和1H NMR等手段對產(chǎn)物進(jìn)行了表征，確定了產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。探討了氧化劑用量、反應(yīng)時間、溶劑種類和無水碳酸鈉用量對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和得率的影響，得到適宜的工藝條件為：以過氧化氫為氧化劑，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)∶n(無水碳酸鈉)=1∶8∶0.5，溶劑為乙醇，反應(yīng)溫度為30℃，反應(yīng)時間為2h。在上述條件下，產(chǎn)物得率為83.9%。

關(guān)鍵詞：萘二醌；堿性雙氧水；環(huán)氧化反應(yīng)；合成

第一作者：韓莉（1991—），女，碩士研究生。E-mail 920006597@qq.com。聯(lián)系人：羅金岳，教授，主要研究方向?yàn)榱之a(chǎn)化學(xué)加工。E-mail luojinyue @njfu.com.cn。

天然醌類化合物以次級代謝物廣泛分布于自然界。在植物界，主要存在于被子植物、菌類和地衣中，也存在于原核生物界的細(xì)菌中；在動物界，則主要存在于海洋動物如海綿、海膽、毛頭星等以及某些昆蟲中[1]。醌類化合物是一類含有兩個雙鍵的六碳原子環(huán)狀二酮結(jié)構(gòu)的芳香族有機(jī)化合物，特殊的醌型結(jié)構(gòu)形成了其多樣化的生物活性，如抗腫瘤[2-3]、抗氧化[4-5]、抗菌[6]和抗寄生蟲[7-8]等。

其中，對于萘醌類化合物的結(jié)構(gòu)修飾主要包括甲基化、氧化、還原、裂解等反應(yīng)。目前，萘醌類化合物烯酮雙鍵的環(huán)氧化反應(yīng)國內(nèi)外已經(jīng)有所報道，如Sarma等[9]以二聚萘醌為原料，堿性過氧化氫為氧化劑反應(yīng)，產(chǎn)率可達(dá)95%，體外抗腫瘤活性測試顯示醌環(huán)的雙鍵環(huán)氧化后活性更強(qiáng)。del Corral等[10]以6-(4-甲代戊基)萘-1,4-二酮為原料，加入堿性過氧化氫，室溫下攪拌反應(yīng)1h，目標(biāo)產(chǎn)物4-(4-甲代戊基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌得率達(dá)到95%，并初步評價了這類化合物對P-388白血病、A-549肺癌、HT-29結(jié)腸癌和MEL-28惡性黑色素瘤等腫瘤細(xì)胞的抑制作用，制備的6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn)[10]相近，因此，可能有相似的作用。本工作以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌為原料，通過選擇性雙鍵氧化反應(yīng)，合成了6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌，考察不同工藝條件對反應(yīng)的影響，從而為合成此類化合物提供了一種新的路徑。具體的合成路線如圖1。

圖1　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌合成路線

1　實(shí)驗(yàn)

1.1試劑和儀器

過氧化氫（市售30%）、無水碳酸鈉、二氯甲烷、四氫呋喃、無水乙醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯、氯化鈉、層析硅膠（38～63μm）、硅膠板（GF-254）等，均為分析純。

美國安捷倫公司7890A氣相色譜儀；安捷倫5975C質(zhì)譜儀；Nicolet 380 FT-IR紅外光譜儀；Avance AV-500核磁共振波譜儀。

1.2 6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌的制備方法

6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌的制備參考文獻(xiàn)[11]。

1.36-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的制備方法

在裝有磁力攪拌的250 mL單口燒瓶中加入2.40g（10mmol）6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌和50 mL溶劑，攪拌，并用恒壓滴液漏斗滴加計(jì)量的堿性過氧化氫（30%過氧化氫、無水碳酸鈉溶液）。反應(yīng)結(jié)束后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，再用乙酸乙酯溶解，用飽和食鹽水洗滌，有機(jī)相用無水硫酸鈉干燥，干燥物旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙酸乙酯。經(jīng)柱層析純化，石油醚-乙酸乙酯（體積比3∶1）為淋洗劑，再經(jīng)真空干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)物性狀為深黃色黏稠液體。

1.4產(chǎn)物的分析方法

紅外光譜采用液膜法。采用氣相色譜儀、質(zhì)譜儀聯(lián)用對產(chǎn)物進(jìn)行分析，分析條件為：HP-5毛細(xì)管柱（30m×0.25mm×0.25μm），初溫80℃，保留2min，10℃/min升溫至260℃，保留10min。載氣為氦氣，流速1mL/min，進(jìn)樣口溫度為280℃，離子源溫度為230℃，四級桿溫度為150℃，傳輸線溫度為250℃。進(jìn)樣量0.2μL，面積歸一法定量。

1H NMR分析條件為：四甲基硅(TMS)為內(nèi)標(biāo)，氘代三氯甲烷(CDCl3)為溶劑，質(zhì)子共振頻率500 MHz。

2　結(jié)果與討論

2.1產(chǎn)物的分析結(jié)構(gòu)表征

2.1.1產(chǎn)物的FT-IR分析結(jié)果

使用Nicolet 380 FT-IR紅外光譜儀對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行紅外分析鑒定，分析結(jié)果如圖2所示。

圖2　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的紅外譜圖

其中3027.31cm?1為烯烴C—H彎曲振動；2973.03cm?1、2923.62cm?1為飽和烷烴C—H伸縮振動；1692.90cm?1為羰基C=O伸縮振動；1449.25cm?1、1607.54cm?1為芳烴的骨架振動；1304.52cm?1為C—O—C對稱伸縮振動；743.72cm?1、856.78cm?1為芳烴C—H面外彎曲振動。

2.1.2產(chǎn)物的GC-MS分析結(jié)果

產(chǎn)物的質(zhì)譜如圖3所示，其中分子離子峰為m/z=256，基峰為m/z=186。主要的離子碎片及碎裂過程見圖4。

圖3　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的質(zhì)譜圖

圖4　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌主要離子碎片和碎裂過程

2.1.3產(chǎn)物的1H NMR分析結(jié)果

產(chǎn)物的1H NMR分析結(jié)果見表1。由表1數(shù)據(jù)得到的分析結(jié)果與圖5一致，可以確認(rèn)產(chǎn)物為6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-氫萘-1,4-二醌的結(jié)構(gòu)式。

2.2 6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌合成條件的選擇

6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌中烯酮基團(tuán)的環(huán)氧化反應(yīng)，使用金屬元素或非金屬元素作催化劑、無機(jī)氧為氧源時，往往存在催化劑制備工藝復(fù)雜、成本高等問題；直接使用有機(jī)過氧酸如過氧乙酸、過氟乙酸、間氯過氧苯甲酸作氧化劑時，由于有機(jī)過氧酸為親電試劑，不易使缺電子的烯烴基團(tuán)環(huán)氧化；而以過氧化氫為氧化劑，在堿性介質(zhì)中可以將烯烴雙鍵環(huán)氧化，并且使用過氧化氫具有廉價易得、操作簡單、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此，以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌制備6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌反應(yīng)中，以市售30%過氧化氫為氧化劑，產(chǎn)物得率及反應(yīng)選擇性主要受氧化劑用量、反應(yīng)時間、溶劑種類和無水碳酸鈉用量等因素影響。

圖5　6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的結(jié)構(gòu)式

表1產(chǎn)物的1H NMR數(shù)據(jù)及剖析

2.2.1過氧化氫用量對產(chǎn)物得率的影響

加入萘二醌2.40g（10mmol），氧化劑為過氧化氫，50mL乙醇，反應(yīng)時間2h，反應(yīng)溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。過氧化氫用量對產(chǎn)物得率及反應(yīng)選擇性影響如表2所示。

由表2可見，隨著過氧化氫用量的增加，得率增加，萘二醌的轉(zhuǎn)化率也升高，當(dāng)n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8時，得率最高達(dá)81.9%；當(dāng)繼續(xù)增加過氧化氫用量時，萘二醌的轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定，而環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性降低，可能是由于過氧化氫用量增加導(dǎo)致環(huán)氧基開環(huán)，副產(chǎn)物增多。因此，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8較適宜。2.2.2反應(yīng)溫度對產(chǎn)物得率的影響

表2過氧化氫用量對環(huán)氧化反應(yīng)的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50 mL乙醇，反應(yīng)時間2h，7%碳酸鈉溶液。不同反應(yīng)溫度對產(chǎn)物得率及反應(yīng)選擇性影響如表3所示。

表3反應(yīng)溫度對環(huán)氧化反應(yīng)的影響

由表3可見，隨著溫度的升高，萘二醌的轉(zhuǎn)化率基本不變，在溫度升到50℃時略有降低，而環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性在30℃時最高，繼續(xù)提高溫度，環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性則開始急劇下降，這是因?yàn)殡S著溫度的升高，環(huán)氧產(chǎn)物開始發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。因此，30℃為環(huán)氧化反應(yīng)的適宜溫度。

2.2.3溶劑類型對產(chǎn)物得率的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50mL溶劑，反應(yīng)時間2h，反應(yīng)溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。不同溶劑對產(chǎn)物得率及反應(yīng)選擇性影響如表4所示。

由表4可見，不同溶劑對環(huán)氧化反應(yīng)影響很大。以乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、四氫呋喃作為溶劑時，萘二醌的轉(zhuǎn)化率和環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性都特別低；用乙醇作為溶劑時，雖然對萘二醌的溶解性比較差，但萘二醌轉(zhuǎn)化率和環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性都比較高，這是因?yàn)檫^氧化氫是親水性，反應(yīng)底物是親油性，而乙醇屬于既親水性又親油性溶劑，從而達(dá)到了均相反應(yīng)的效果，故選擇乙醇作為溶劑較為適宜。

表4不同溶劑對環(huán)氧化反應(yīng)的影響

2.2.4反應(yīng)時間對產(chǎn)物得率的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50mL乙醇，反應(yīng)溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。反應(yīng)時間對產(chǎn)物得率及反應(yīng)選擇性影響如表5所示。

表5反應(yīng)時間對環(huán)氧化反應(yīng)的影響

由表5可見，隨著反應(yīng)時間的延長，萘二醌的轉(zhuǎn)化率逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)時間進(jìn)行3h后，環(huán)氧產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定。但當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行4h后，繼續(xù)延長反應(yīng)時間則環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性開始下降。因此，反應(yīng)時間為2h較為適宜。

2.2.5無水碳酸鈉用量對產(chǎn)物得率的影響

加入萘二醌2.40g(10mmol)，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)=1∶8，50mL乙醇，反應(yīng)2h，反應(yīng)溫度30℃，7%碳酸鈉溶液。無水碳酸鈉用量對產(chǎn)物得率及反應(yīng)選擇性影響如表6所示。

由表6可見，當(dāng)不加入無水碳酸鈉時，萘二醌的轉(zhuǎn)化率和環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性都比較低；隨著無水碳酸鈉用量的增加，萘二醌的轉(zhuǎn)化率基本沒有變化，而環(huán)氧產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率不斷提高，當(dāng)無水碳酸鈉用量為n(萘二醌)∶n(無水碳酸鈉)=1∶0.5時，繼續(xù)增加其用量，環(huán)氧產(chǎn)物的選擇性開始下降。因此，無水碳酸鈉用量n(萘二醌)∶n(無水碳酸鈉)=1∶0.5較為適宜。

表6無水碳酸鈉用量對環(huán)氧化反應(yīng)的影響

2.3穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

綜合各單因素實(shí)驗(yàn)條件，6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的合成反應(yīng)適宜的制備工藝條件為：氧化劑為過氧化氫（30%），萘二醌2.40g（10mmol），n(萘二醌)∶n(過氧化氫)∶n(無水碳酸鈉)=1∶8∶0.5，50mL乙醇，反應(yīng)溫度30℃，在此條件下，4次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為83.6%、83.9%、84.1%、84.1%，4次平均值為83.9%，重復(fù)率較好。

3　結(jié)論

（1）以6-(4-甲基-3-戊烯基)萘-1,4-二醌為原料，合成了6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌，并通過FT-IR、GC-MS、1H NMR等手段對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。

（2）探討了氧化劑用量、反應(yīng)時間、溶劑種類和無水碳酸鈉用量等因素對目標(biāo)產(chǎn)物反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和得率的影響，確定了適宜的制備條件：氧化劑為30%過氧化氫，n(萘二醌)∶n(過氧化氫)∶n(無水碳酸鈉)=1∶8∶0.5，溶劑為乙醇，反應(yīng)溫度為30℃，反應(yīng)時間為2h，在此優(yōu)選條件下，6-(4-甲基-3-戊烯基)-2,3-環(huán)氧基-2,3-二氫萘-1,4-二醌的得率為83.9%。

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Synthesis of 6-(4- methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione

HAN Li1，LU Qiang1，LUO Jinyue1，2，LIU Huafeng1，LIU Zuguang3

（1College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，Jiangsu，China；2Jiangsu Key Lab of Biomass-based Green Fuels and Chemicals，Nanjing 210037，Jiangsu，China；3Guangxi Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products，Nanning 530006，Guangxi，China）

Abstract：The study on the new synthesis method of 6-(4-methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione has an important theoretical and practical significance，as it can cause inhibition of the tumor cells.The target product，6-(4-methylpent-3-enyl)-2,3-epoxy-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione，was synthesized by epoxidation reaction with 6-(4-methyl-3- pentenyl)naphthalene-1,4-quinone as starting material and hydrogen peroxide as oxidizing agent.The structure of the product was identified by FT-IR，GC-MS and1H-NMR.The effects of amount of oxidant，reaction time，dosage of anhydrous sodium carbonate and types of solvent on reaction rate and percentage yield of the product were discussed.The optimum condition was obtained as follows：hydrogen peroxide as the oxidant，n(naphthalene-quinone)∶n(hydrogen peroxide)∶n(anhydrous sodium carbonate)= 1∶8∶0.5，solvent(ethanol)，the reaction temperature(30℃)，reaction time(2h).Under the above condition，the product yield was 83.9%.

Key words：naphthalene-quinone；alkaline hydrogen peroxide；epoxidation reaction;synthesis

基金項(xiàng)目：廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)項(xiàng)目（GXFC13-01）及江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目。

收稿日期：2015- 02-03；修改稿日期：2015-03-24。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.08.033

文章編號：1000–6613（2015）08–3113–05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中圖分類號：TQ 244.6