·論著·

6-甲氧基靛紅的合成工藝改進(jìn)

王鴻玉1,2，宋云龍2，章玲2，曾強(qiáng)2，朱駒2，張輝1(1.沈陽(yáng)藥科大學(xué)制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110016；2.第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)教研室，上海 200433)

[摘要]目的 探索6-甲氧基靛紅的合成工藝改進(jìn)方法。方法 以3-甲氧基苯胺為起始原料，經(jīng)Sandmeyer方法首先生成中間體1-肟基-N-(3-甲氧基苯基)乙酰胺，在甲磺酸催化下關(guān)環(huán)得到6-甲氧基靛紅。結(jié)果 在關(guān)環(huán)反應(yīng)中，催化劑采用甲磺酸，替代文獻(xiàn)中常用的濃硫酸，溫度80℃，反應(yīng)30 min，收率達(dá)81.24%。結(jié)論 提出了一條操作簡(jiǎn)單、條件溫和、收率高的6-甲氧基靛紅的合成工藝，適合大量制備。

[關(guān)鍵詞]6-甲氧基靛紅；合成工藝；甲磺酸

[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然科學(xué)

[作者簡(jiǎn)介]王鴻玉，碩士研究生，E-mail: hywang1020@163.com

[通訊作者]張輝,研究方向：藥物有機(jī)合成研究.E-mail: zh19683@163.com

[中圖分類號(hào)]R916.42[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

DOI[]10.3969/j.issn.1006-0111.2015.02.009

[收稿日期]2014-02-24[修回日期]2014-09-10

Improvement of synthesis method of 6-methoxyisatin

WANG Hongyu1,2, SONG Yunlong2, ZHANG Ling2, ZENG Qiang2, ZHU Ju2, ZHANG Hui1(1.School of Pharmaceutical Engineering, Shenyang Pharmaceutical University, Shenyang 110016, China; 2. Department of Medicinal Chemistry, School of Pharmacy, Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

Abstract[]ObjectiveTo improve the synthetic condition of 6-methoxyisatin. MethodsThe starting material 3-methoxyaniline was firstly converted into the intermediate 1-oximino-N- (3-methoxyphenyl) acetamide through Sandmeyer reaction, then 6-methoxyisatin was conducted with methanesulfonic acid as catalyst in the following ring closure reaction. ResultsIn the second step of the cyclization reaction, methanesulfonic acid was used to replace the concentrated sulfuric acid which is widely used in literature. The temperature was 80℃, the reaction time was 30 min, and the yield was 81.24%. ConclusionThis study provided a synthesis process of 6-methoxyisatin with simple operation, mild reaction condition and high yield, which is suitable for large scale preparation of the compound.

[Key words]6-methoxyisatin; synthesis; methanesulfonic acid

靛紅廣泛存在于自然界的各種植物中，如菘藍(lán)屬植物的葉子[1]，最早是從炮彈樹(shù)的果實(shí)中分離得到的。靛紅也是一種人體的內(nèi)源性化合物，具有抗焦慮、鎮(zhèn)靜、抗驚厥、抗氧化及抗腫瘤等活性。 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，靛紅衍生物對(duì)乳腺癌、前列腺癌、急性淋巴細(xì)胞性白血病、結(jié)腸癌和肺癌具有細(xì)胞毒作用[2]， 靛紅衍生物作為抗腫瘤藥物的研究已成為當(dāng)今熱點(diǎn)之一[3]。

6-甲氧基靛紅在醫(yī)藥化工等領(lǐng)域是關(guān)鍵的有機(jī)中間體，在多種天然產(chǎn)物以及活性化合物的合成中均作為關(guān)鍵起始原料。螺羥吲哚類生物堿中，strychnofoline(圖1)可以抑制像小鼠黑色素瘤B16等腫瘤細(xì)胞系的有絲分裂，從發(fā)酵的肉湯中分離出的spirotryprostatins A (2)具有完全抑制哺乳動(dòng)物tsFT210 細(xì)胞的G2/M 過(guò)程[3]，Lerchner等[4]首次采用6-甲氧基靛紅作為關(guān)鍵中間體全合成得到該類生物堿。在生物方面，Petrov等[5]發(fā)現(xiàn)6-甲氧基靛紅衍生物NMP6 (3)可作為CB2受體的熒光探針，用于免疫細(xì)胞受體結(jié)合的可視化。

6-甲氧基靛紅作為關(guān)鍵合成砌塊，應(yīng)用非常廣泛，但其價(jià)格昂貴、合成成本較高。因此，對(duì)6-甲氧基靛紅的工藝改進(jìn)具有重大意義。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前6-甲氧基靛紅的合成方法主要有：①經(jīng)典的Sandmeyer方法：首先生成中間體1-肟基-N-(3-甲氧基苯基)乙酰胺，再通過(guò)濃硫酸催化關(guān)環(huán)反應(yīng)得產(chǎn)物6-甲氧基靛紅[6]，但該方法中，中間體1-肟基-N-(3-甲氧基苯基)乙酰胺無(wú)法與濃硫酸充分混合均勻，濃硫酸會(huì)使部分反應(yīng)物碳化，導(dǎo)致收率較低，文獻(xiàn)報(bào)道的收率為40%。②Stoll合成法：采用3-甲氧基苯胺和草酰氯反應(yīng)、傅克?；磻?yīng)得終產(chǎn)物[7，8]，但是，該法合成的總收率只有15%。Mason等[9]則采用3-甲氧基苯胺和草酰氯單乙酯反應(yīng)，再通過(guò)鹵代、傅克?；P(guān)環(huán)，其總收率高達(dá)67%，但是步驟增加，帶來(lái)的成本也隨之增高。③Soderberg合成法[10]：2-(2-鹵乙炔基)-1-硝基苯在鈀催化下，使用一氧化碳作為還原劑關(guān)環(huán)合成靛紅，該法合成6-甲氧基靛紅產(chǎn)率為59%，但原料昂貴，且操作不便。

圖1　部分活性靛紅衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

綜上所述，Sandmeyer方法由于其原料便宜，受到廣泛關(guān)注。但是，該方法的環(huán)合步驟通常采用濃硫酸為溶劑兼催化劑，收率較低。有研究人員嘗試采用三氟化硼乙醚溶液[11]、多聚磷酸[12]等催化劑替代濃硫酸，雖取得一定程度的改善，但尚不理想。因此，本研究選用Sandmeyer方法，系統(tǒng)考察了不同溫度、催化劑種類以及用量對(duì)關(guān)環(huán)反應(yīng)收率的影響，最終得到了高收率、適于大量制備的工藝路線(圖2)。

圖2　6-甲氧基靛紅的合成路線

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑Bruker Avance 300型核磁共振儀(Bruker公司，德國(guó))，內(nèi)標(biāo)為T(mén)MS，3-甲氧基苯胺(AR)；鹽酸羥胺(AR，純度 98.5%)；水合氯醛(AR)；無(wú)水硫酸鈉(AR)；甲磺酸(CP)，所有試劑均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1化合物a的合成在150 ml三頸瓶中，加入水合三氯乙醛16.5 g和無(wú)水硫酸鈉86.7 g后，加水300 ml，迅速攪拌至澄清；稱取鹽酸羥胺32.7 g，加入稀鹽酸100 ml溶解[水-濃鹽酸(9∶1)]，加入3-甲氧基苯胺11.1 g，攪拌形成懸濁液，將此懸濁液加入到前面制備得到的水合三氯乙醛的水溶液中，很快析出大量固體，繼續(xù)攪拌5 min后，轉(zhuǎn)移至60 ℃油浴中，加熱反應(yīng)2 h，TLC[乙酸乙酯-二氯甲烷(1∶5)]監(jiān)測(cè)反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，待大量沉淀析出后過(guò)濾、烘干，得到褐色固體，為中間體a。

1.2.2目標(biāo)化合物的合成將15 ml的甲磺酸加入到50 ml的雙頸瓶中，并少量多次分批將3 g的中間體a加入，確保加料過(guò)程中保持反應(yīng)溫度在70℃以下，待加完中間體a后，在80 ℃下反應(yīng)30 min，TLC[乙酸乙酯-二氯甲烷(1∶4)]監(jiān)測(cè)，反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，再將反應(yīng)液倒入裝有碎冰的燒杯中，過(guò)濾得粗品，然后將粗品溶解于1 mol/L的氫氧化鈉溶液中，用乙酸中和、過(guò)濾，取濾液，再用鹽酸中和酸化，過(guò)濾后乙醇重結(jié)晶，得到純品6-甲氧基靛紅。1H NMR(300 MHz, CD3OD), δ: 7.5(d,J=8.7 Hz, 1H, Ar-H), 6.64(dd,J1=6.3 Hz,J2=10.1 Hz, 1H, Ar-H), 6.48(d,J=2.1 Hz, 1H, Ar-H), 3.93(s, 3H, OCH3)。

2結(jié)果

2.1反應(yīng)條件對(duì)中間體a收率的影響本研究發(fā)現(xiàn)，硫酸鈉的用量、反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的收率影響較大。無(wú)水硫酸鈉可以降低3-甲氧基苯胺的相對(duì)濃度，適當(dāng)增大其用量有助于提高反應(yīng)收率[8]；溫度過(guò)高則會(huì)帶來(lái)副產(chǎn)物的增加。最終，我們選取3-甲氧基苯胺為11.1 g時(shí)，無(wú)水硫酸鈉的用量為86.7 g，溫度60 ℃的情況下反應(yīng)2 h為最佳條件。

2.2反應(yīng)條件對(duì)環(huán)合反應(yīng)收率的影響

2.2.1酸的種類對(duì)收率的影響我們選用中間體a 3 g、35 ml酸、在反應(yīng)溫度80 ℃的情況下，選用不同的酸進(jìn)行考察，通過(guò)表1可以發(fā)現(xiàn)，不同的酸對(duì)收率影響較大。推測(cè)其原因，可能有：①使用濃硫酸時(shí)，加料過(guò)程中的量不好控制，很容易放熱過(guò)多，另外，濃硫酸具有碳化作用，這也容易導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)多的副產(chǎn)物。②濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性，在工業(yè)生產(chǎn)中易導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。如果使用甲磺酸，由于其物理、化學(xué)性質(zhì)相對(duì)于濃硫酸較為溫和，使得加料過(guò)程中溫度易于控制在70 ℃以下，可減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

表1　酸的種類對(duì)環(huán)合反應(yīng)收率的影響

2.2.2溫度對(duì)收率的影響該反應(yīng)采用中間體a 3 g，以甲磺酸為溶劑兼催化劑，用量為35 ml，選取60、80和100 ℃ 3種不同反應(yīng)溫度考察溫度對(duì)關(guān)環(huán)反應(yīng)的影響。從表2可以看出，溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，收率都較低。溫度過(guò)高，容易產(chǎn)生副產(chǎn)物；溫度過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不完全。因此，反應(yīng)溫度控制在80 ℃是比較合理的。值得注意的是，在加中間體a時(shí)，會(huì)放出大量的熱能，所以要少量、多次、分批加入，避免放出的熱能過(guò)多導(dǎo)致局部過(guò)熱，產(chǎn)生不必要的副產(chǎn)物。

表2　反應(yīng)溫度對(duì)環(huán)合反應(yīng)收率的影響

2.2.3甲磺酸用量對(duì)收率的影響該系列反應(yīng)中，我們采用中間體a 3 g, 反應(yīng)溫度為80 ℃，以甲磺酸作為溶劑兼催化劑。從表3可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲磺酸的量選取在15 ml時(shí)收率是最高的。甲磺酸用量逐漸增多時(shí)收率略有下降，推測(cè)這與溶劑用量增加導(dǎo)致部分產(chǎn)物無(wú)法析出有關(guān)。

2.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合以上因素，我們認(rèn)為當(dāng)中間體a為3 g時(shí)，采用甲磺酸為溶劑兼催化劑，用量15 ml，反應(yīng)溫度80 ℃，反應(yīng)時(shí)間30 min為最佳實(shí)驗(yàn)條件。

3討論

本研究側(cè)重于對(duì)Sandmeyer方法合成6-甲氧基靛紅的第二步關(guān)環(huán)反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，與文獻(xiàn)中靛紅及其衍生物的合成廣泛使用濃硫酸為溶劑不同，本研究采用甲磺酸為溶劑兼催化劑，在提高收率上取得了顯著效果，是本研究的一大創(chuàng)新點(diǎn)。此外，本研究還系統(tǒng)考察了溫度、反應(yīng)溶劑兼催化劑的用量對(duì)反應(yīng)收率的影響，得到了一條優(yōu)化的合成路線，相比之前文獻(xiàn)報(bào)道，收率有顯著提高，并可用于工業(yè)生產(chǎn)。這體現(xiàn)了綠色化學(xué)的概念，同時(shí)提出了一條操作簡(jiǎn)單、條件溫和、收率高的6-甲氧基靛紅的合成工藝路線。

表3　甲磺酸用量對(duì)環(huán)合反應(yīng)收率的影響

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[本文編輯]李睿旻