王楊軍, 王利濤, 何世君, 何珮嵐, 趙　亮, 張鵬云*

(1. 西北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州　730070； 2. 甘肅省化工研究院，甘肅 蘭州　730022；3. 中國科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所，甘肅 蘭州　730000； 4. 中國科學(xué)院 上海藥物研究所，上?！?00000)

?

·快遞論文·

新型α-生育酚自旋標(biāo)記衍生物的合成

(1. 西北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州730070； 2. 甘肅省化工研究院，甘肅 蘭州730022；3. 中國科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所，甘肅 蘭州730000； 4. 中國科學(xué)院 上海藥物研究所，上海200000)

以2-硝基丙烷為原料，經(jīng)溴化、取代及還原反應(yīng)合成了中間體2,3-二甲基-2,3-二羥胺基丁烷(3)； α-生育酚與4-甲酰苯甲酸經(jīng)酯化反應(yīng)制得4-甲酰苯甲酸-2,5,7,8-四甲基-2-(4,8,12-三甲基十三烷基)-6-色滿酯(4)； 3與4的加成反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)高碘酸鈉氧化合成了一種新型的α-生育酚自旋標(biāo)記衍生物——4-[2-(4,4,5,5-四甲基-1,3-二氧基-2-吡咯啉基)]苯甲酸-2,5,7,8-四甲基- 2-(4,8,12-三甲基十三烷基)-6-色滿酯，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR, IR， HR-ESI-MS，元素分析和EPR表征。

2-硝基丙烷； 二羥胺；α-生育酚； 自旋標(biāo)記衍生物； 合成

維生素E是二十世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的一種脂溶性維生素，又稱為生育酚，包括α,β,γ,δ-生育酚和α,β,γ,δ-三烯生育酚八種化合物[1]，是人體必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)。其中，α-生育酚在食物中分布最廣且生物活性最高，是一種對人體健康至關(guān)重要的化合物[2]，在分子結(jié)構(gòu)中酚羥基能提供質(zhì)子和電子，捕獲有害自由基，是性能優(yōu)良的天然抗氧化劑[3]。但是，α-生育酚苯環(huán)上的羥基易被氧化，使之不再起到相應(yīng)的生物活性，通過酯化反應(yīng)修飾可以有效地保護(hù)酚羥基。目前合成的生育酚酯類衍生物主要有α-生育酚琥珀酸酯[4]、α-生育酚硫辛酸酯[5]、α-生育酚醋酸酯[6]、α-生育酚油酸酯[7]以及α-生育酚煙酸酯[8]等。通過對生育酚結(jié)構(gòu)修飾，不僅提高了分子的穩(wěn)定性，而且增加了藥物的某些藥理活性[9-10]，如α-生育酚琥珀酸酯是生育酚及衍生物中抗癌性能最優(yōu)的化合物[11]。

氮氧自由基類化合物擁有特殊的單電子分子結(jié)構(gòu)，具有許多化學(xué)和生理功能特性[12]：自旋標(biāo)記[13]、抗氧化[14]、抗癌及抗輻射[15]等。在天然藥物分子引入中氮氧自由基，不僅能夠降低藥物自身的毒副作用，而且還可以利用電子順磁共振技術(shù)來研究藥物代謝及其作用機(jī)理[16]。

為制備一種高效、低毒且具有抗輻射活性的藥物分子，本文以2-硝基丙烷為原料，經(jīng)溴化、取代及還原反應(yīng)合成了中間體2,3-二甲基-2,3-二羥胺基丁烷(3)；α-生育酚與4-甲酰苯甲酸經(jīng)酯化反應(yīng)制得4-甲酰苯甲酸-2,5,7,8-四甲基-2-(4,8,12-三甲基十三烷基)-6-色滿酯(4)； 3與4的加成反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)高碘酸鈉氧化合成了一種新型的α-生育酚自旋標(biāo)記衍生物——4-[2-(4,4,5,5-四甲基-1,3-二氧基-2-吡咯啉基)]苯甲酸-2,5,7,8-四甲基-2-(4,8,12-三甲基十三烷基)-6-色滿酯(6， Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR, IR， HR-ESI-MS，元素分析和EPR表征。

Scheme 1

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

Avance TMⅢ 400 MHz型超導(dǎo)核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；IFS120HR型傅里葉變換紅外光譜儀(涂膜);APEX II FT-ICR型質(zhì)譜儀；VairEL型元素分析儀；A300-9.5/12型電子順磁波譜儀(CH2Cl2為溶劑，微波頻率9.444 GHz，微波功率0.764 mW，調(diào)制頻率100.00 kHz，調(diào)制幅度0.50 G)； Perkin Elmer 200 Series型高效液相色譜儀[JADE-PAK ODS C18色譜柱(5 μm 150 × 4.6 mm)]。

2-硝基丙烷，分析純，北京百靈威科技有限公司；4-甲酰苯甲酸，分析純，阿拉丁試劑(上海)有限公司；α-生育酚，優(yōu)級純，上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司；4-二甲氨基吡啶和N,N′-二環(huán)己基碳二亞胺，分析純，上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司；其余所用試劑均為分析純。

1.2合成

(1) 2,3-二甲基-2,3-二硝基丁烷(1)的合成[17-18]

冰浴冷卻下，在反應(yīng)瓶中依次加入2-硝基丙烷46.8 mL(0.5 mol)和氫氧化鈉溶液83.3 mL(0.5 mol)，攪拌下反應(yīng)0.5 h；滴加液溴12.8 mL (0.25 mol)，滴畢，反應(yīng)0.5 h；加入無水乙醇150 mL，回流(84～90 ℃)反應(yīng)3 h。趁熱倒入冰水(400 mL)中，抽濾，濾餅用蒸餾水洗滌，真空干燥得白色片狀固體 1 33.9 g，產(chǎn)率77.1%， m.p.111～112 ℃(110～112 ℃[19])。

(2) 3的合成[20-23]

將1 4 g (22.7 mmol)溶于盛有90 mL THF的圓底燒瓶中，攪拌下加入氯化銨5 g (93.5 mmol)的水(30 mL)溶液，冰水浴，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，分批加入Zn粉8 g(122.4 mmol)，加畢(1～2 h)，撤去冰水浴和氮?dú)猓谑覝胤磻?yīng)12 h。抽濾，濾液減壓旋蒸除去THF，加入乙醇50 mL，抽濾除去不溶物，在冰浴條件下，向?yàn)V液中緩慢滴入25%乙醇硫酸溶液，調(diào)至pH 3，攪拌0.5 h，抽濾，濾餅用乙醇洗滌，干燥得白色固體，用乙醇/水重結(jié)晶得白色片層狀晶體2,3-二甲基-2,3-二羥胺基丁烷硫酸鹽(2)2.96 g，產(chǎn)率53%， m.p.175～176 ℃(172～174 ℃[24])。

冰浴冷卻下，在反應(yīng)瓶中依次加入甲醇50 mL， 2 2.5 g (10.0 mmol)和氫氧化鈉0.7 g(18.5 mmol)，攪拌下反應(yīng)2 h。將反應(yīng)液離心10 min(5 000 r·min-1)，收集上清液，減壓濃縮后殘余物用THF和二氯甲烷混合溶劑重結(jié)晶得白色針狀晶體3 1.2 g，產(chǎn)率79.1%, m.p.146～148 ℃(157～159 ℃[24])。

(3) 4的合成[25]

在反應(yīng)瓶中依次加入α-生育酚4.3 g(10.0 mmol)， 4-甲酰苯甲酸1.6 g(10.3 mmol)和無水二氯甲烷60 mL，攪拌下加入4-二甲氨基吡啶0.12 g(1.0 mmol)，加畢，反應(yīng)10 min；緩慢滴加N,N′-二環(huán)己基碳二亞胺2.1 g (10.0 mmol)的無水二氯甲烷(20 mL)溶液，滴畢，反應(yīng)22 h。過濾，濾液蒸干后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1 ∶8]純化得黃綠色油狀黏稠液體4 5.6 g，產(chǎn)率98.9 %，Rf≈0.65(A=1 ∶4)，純度98.6%(HPLC，下同);1H NMRδ:10.16(s, 1H, CHO), 8.41(d,J=8.2 Hz, 2H, ArH), 8.04(d,J=8.3 Hz, 2H, ArH), 2.63(t,J=6.8 Hz, 2H, ArCH2), 2.12(s, 3H, ArCH3), 2.06(s, 3H, ArCH3), 2.02(s, 3H, ArCH3), 1.83(ddd,J=17.6 Hz, 12.0 Hz, 5.9 Hz, 2H, CH2), 1.57(d,J=10.8 Hz, 2H, CH2), 1.55(s, 3H, CH3), 1.49～1.31(m, 3H, CH), 1.23(dd,J=31.5 Hz, 16.9 Hz, 10H, CH2), 1.14～0.97(m, 6H, CH2), 0.85(dd,J=11.8 Hz, 5.0 Hz, 12H, CH3); HR-ESI-MSm/z: Calcd for C37H54O4{[M+NH4]+} 580.436 0, found 580.435 6。

(4) 5的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入甲醇40 mL和2,3-二甲基-2,3-二羥胺基丁烷5.2 g(35.3 mmol)，攪拌使其溶解；加入4 4.9 g(8.8 mmol)的二氯甲烷(40 mL)溶液，加畢，回流(40 ℃)反應(yīng)3 d。反應(yīng)液經(jīng)硅膠柱色譜(洗脫劑：A=1∶4)純化得淡綠色油狀黏稠液體5 3.2 g，產(chǎn)率51.8%，Rf≈0.31(展開劑：A=1 ∶1)，純度97.1%;1H NMRδ: 8.25(d,J=8.2 Hz, 2H, ArH), 7.67(d,J=8.3 Hz, 2H, ArH), 4.93(s, 2H, OH), 4.86(s, 1H， NCHN), 2.62(t,J=6.7 Hz, 2H, ArCH2), 2.12(s, 3H, ArCH3), 2.05(s, 3H, ArCH3), 2.01(s, 3H, ArCH3), 1.85(t,J=6.7 Hz, 2H, CH2), 1.82～0.68(m, 20H, CH2, CH), 1.09～0.91(s, 3H, CH3), 1.09～0.68(m, 12H, CH3), 0.86(d,J=6.9 Hz, 12H, CH3); IRν: 3 250(O—H), 2 926, 2 868(C—H), 1 736(C=O), 1 462, 1 378(N—O), 1 274, 1 241, 1 092(C—O), 860 cm-1; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C43H68N2O5{[M+H]+} 693.520 1, found 693.519 5。

(5) 6的合成

冰浴冷卻，攪拌下在反應(yīng)瓶中依次加入二氯甲烷100 mL， 5 0.87 g(1.25 mmol)和高碘酸鈉0.29 g(1.34 mmol)的水(50 mL)溶液，反應(yīng)30 min(反應(yīng)液由灰綠色變?yōu)樗{(lán)黑色)。分液，水層用二氯甲烷萃取，合并有機(jī)相，用無水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑后經(jīng)硅膠柱色譜(洗脫劑：A=2 ∶ 1)純化得深藍(lán)色油狀黏稠液體6 0.84 g，產(chǎn)率97.3%，Rf≈0.66(展開劑：A=12 ∶1)，純度98.9%； IRν：2 931, 2 863(C—H), 1 735(C=O), 1 609(C=N), 1 459, 1 366(N—O), 1 271, 1 239, 1 090(C—O), 856 cm-1; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C43H65N2O5{[M+H]+}690.496 6, found 690.496 2; Anal. calcd for C43H65N2O5: C 74.91, H 9.43, N 4.06； found C 74.55, H 8.69, N 3.96。

2　結(jié)果與討論

2.1合成

在制備3時(shí)，文獻(xiàn)[26-27]報(bào)道了兩種反應(yīng)體系：乙醇/水和THF/水。實(shí)驗(yàn)中用乙醇/水為溶劑還原 2 后，經(jīng)索氏提取(約72 h)只能得到極少量3；而先用THF/水作溶劑，然后在乙醇/水體系中，將還原后的羥胺與硫酸反應(yīng)生成硫酸鹽，進(jìn)而順利得到3，反應(yīng)時(shí)間約12 h，產(chǎn)率41.8%。

4是合成6的關(guān)鍵步驟。雖然4-甲酰苯甲酸在二氯甲烷(室溫)中溶解性較差，但是，延長反應(yīng)時(shí)間(12 h)，原料反應(yīng)完全。在甲醇中合成5時(shí)，室溫與加熱條件下反應(yīng)均不能進(jìn)行。這是由于4碳鏈較長、極性小，在甲醇中溶解性差，非均相反應(yīng)為影響反應(yīng)進(jìn)行的主要原因；若將溶劑換成甲醇/二氯甲烷(1/1，V/V)，則能成功制得5。說明溶劑是影響該步反應(yīng)的關(guān)鍵因素之一，甲醇與二氯甲烷混合溶液為溶劑時(shí)，在回流條件下，反應(yīng)速率明顯加快，原料反應(yīng)完全(產(chǎn)率51.8%)。因此，溫度也是影響此步反應(yīng)的另一個(gè)因素。

2.2表征

(1)1H NMR

1H NMR分析表明：4的CHO質(zhì)子吸收峰位于δ10.16，苯環(huán)質(zhì)子吸收峰出現(xiàn)在δ8.41～8.04附近，苯環(huán)上甲基質(zhì)子吸收峰位于δ2.12～2.02。 5的苯環(huán)質(zhì)子吸收峰出現(xiàn)在δ8.25～7.67，咪唑環(huán)上OH質(zhì)子峰位于δ4.93。

(2) IR

圖1為5和6的IR譜圖。由圖1可見， 2 931 cm-1和2 865 cm-1處吸收峰為飽和C—H伸縮振動吸收峰，1 735 cm-1處為酯鍵C=O伸縮振動吸收峰；C=N振動吸收峰出現(xiàn)在1 609 cm-1； 1 459 cm-1和1 366 cm-1為N—O振動吸收峰；1 271 cm-1～1 090 cm-1處為C—O振動吸收峰。5除與6有相似的紅外振動吸收外，還在3 250 cm-1處出現(xiàn)明顯的咪唑環(huán)O—H伸縮振動吸收峰。

ν/cm-1圖1 5和6的IR譜圖Figure 1 IR spectra of 5 and 6

(3) EPR

由6的EPR譜圖(圖2)可知， 6中未成對電子與兩個(gè)等性氮核相互作用，部分能級重合，最終產(chǎn)生五條譜線，強(qiáng)度比為1∶2∶3∶2∶1，g=2.007 0， A=7.53 G。

Magnetic field/G圖2 6的電子順磁共振譜圖Figure 2 EPR spectrum of 6

3　結(jié)論

以天然α-生育酚和2-硝基丙烷為原料，設(shè)計(jì)并合成了生育酚的自旋標(biāo)記衍生物。該合成條件溫和、產(chǎn)率較高、副反應(yīng)少、產(chǎn)物易于分離純化(純度>97%)，為測試生育酚自旋標(biāo)記衍生物抗氧化和抗輻射活性提供了較為可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

[1]Singh V K， Brown D S， Kao T C. Tocopherol succinate:A promising radiation countermeasure[J].Int Immunopharmacology,2009,9(12):1423-1430．

[2]Hofius D， Sonnewald U. Vitamin E. Biosynthesis:Biochemistry meets cell biology[J].Trends Plant Sci,2003,8(1)：6-8．

[3]張倩. 生育酚琥珀酸酯和生育酚乙酸酯的制備[D]．武漢：武漢工業(yè)大學(xué),2008.

[4]李紅衛(wèi).α-生育酚琥珀酸酯的合成及其抗腫瘤作用的研究[D]．哈爾濱：哈爾濱醫(yī)科大學(xué),2005.

[5]Thomas S， Vieira C S， Hass M A，etal. Stability,cutaneous delivery, and antioxidant potential of a lipoic acid andα-tocopherol codrug incorporated in microemulsions[J].J Pharm Sci,2014,103(8)：2530-2538．

[6]吳春燕,蔡敏,易靈紅.α-生育酚醋酸酯的制備[J].化工技術(shù)與開發(fā),2011,40(8):28-30.

[7]李萍,李軍生,譚賢勇,等.α-生育酚油酸酯合成工藝研究[J].食品科技,2007,31(11):172-174.

[8]何海運(yùn).α-生育酚煙酸酯的合成和提純[D]．杭州：浙江大學(xué), 2006.

[9]李文舉,徐海麗,歐陽貴平. 新型4-氨基喹唑啉衍生物的合成及其抗腫瘤活性[J].合成化學(xué),2015,23(1):17-22.

[10]聞娣娣,劉啟倫,李秋蓮,等. 新型5H-茚[1, 2-b]吡啶和11H-茚[1, 2-b]喹啉三氟甲磺酸鹽衍生物的合成其及抗腫瘤活性[J].合成化學(xué),2010,8(4):415-419.

[11]Prasada K N， Kumar B， Cole W C，etal. α-Tocopheryl succinate,the most effective form of vitamin E for adjuvant cancer treatment:A review[J].J A Coll Nutr,2003,22(2)：108-117．

[12]Mitchell J B， Russo A， Krishna M C，etal. Radiation,radicals,and images[J].Ann N Y Acad Sci,2000,899(1)：28-43．

[13]Li W G， Zhang X Y， Wu Y J，etal. Antioxidative activity of spin labeled derivatives of podophyllic acid hydrazide[J].Acta Pharmacol Sin,2002,23(8)：727-732．

[14]Mitchell P F， Carlos A M， Tyurina Y Y，etal. Hemigramicidin-TEMPO conjugates:Novel mitochondria-targeted anti- oxidants[J].Biochem Phmarcol,2007,74(6)：801-809．

[15]Kirilyuk I A， Kaledin V I， Nikolin V P，etal. Nitroxyl antioxidant TPPA-TEMPO increases the efficacy of antitumor therapy on the model of transplantable mouse tumor[J].Bull Exp Biol Med,2010,150(1)：75-77．

[16]王彥廣,田暄,李景新,等. 氟尿嘧啶自旋標(biāo)記衍生物的合成與抗腫瘤活性[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),1993,14(10):1399-1401.

[17]Zhang J W， Zhao M， Cui G H，etal. A class of novel nitronyl nitroxide labeling basic and acidic amino acids:Synthesis,application for preparing ESR optionally labeling peptides,and bioactivity investigations[J].Bioorg Med Chem,2008,16(7)：4019-4028．

[18]Frank N L， Clérac R， Sutter J P，etal. Synthesis, crystal structure,magnetic,and electron paramagnetic resonance properties of a spiroconjugated biradical. Evidence for spiroconjugation exchange pathway[J].J Am Chem Soc,2000,122(9)：2053-2061．

[19]Zhao M， Li Z， Peng L，etal. Novel 1-oxyl-2-substitutedphenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazolines:Synthesis,selectively analgesic action,and QSAR analysis[J].Bioorg Med Chem,2007,15(8)：2815-2826．

[20]Shultz D A， Vostrikova K E， Bodnar S H，etal. Trends in metal-biradical exchange interaction for first-row MII (nitronyl nitroxide-semiquinone) complexes[J].J Am Chem Soc,2003,125(6)：1607-1617．

[21]Stroh C， Romero F M， Kyritsakas N，etal. Synthesis,structure and properties of benzoic acids bearingpara-ormeta-imino nitroxides orortho-nitronyl nitroxide radical centres[J].J Mater Chem,1999,9(4)：875-882．

[22]Ovcharenko V I， Fokin S V， Korobkov V I，etal. Synthesis of vicinal bishydroxylamine[J].Russ Chem Bull,1999,48(8)：1519-1525．

[23]Wu Y， Bi L， Bi W，etal. Novel 2-substituted nitronyl nitroxides as free radical scavengers:Synthesis,biological evaluation and structure-activity relationship[J].Bioorg Med Chem,2006,14(16)：5711-5720．

[24]Lamchen M， Mittag T W. Nitrones. Part IV.Synthesis and properties of a monocyclic α-dinitrone[J].J Chem Soc C:Organic,1966：2300-2303．

[25]Deb A， Manna S， Modak A，etal. Oxidative trifluoromethylation of unactivated olefins:An efficient and practical synthesis of α-trifluoromethyl-substituted ketones[J].Angew Chem,2013,125(37)：9929-9932．

[26]Teki Y， Nakajima S. Design,synthesis and electronic states of an iminonitroxide radical with excited quartet high-spin state and photo-induced electron transfer in its CT complex[J].Polyhedron,2005,24(16)：2185-2188．

[27]Hirel C， Vostrikova K E， Ovcharenko V I，etal. Nitronyl and imino nitroxides:Improvement of Ullman’s procedure and report on a new efficient synthetic route[J].Chem Eur J,2001,7(9)：2007-2014．

Synthesis of A Novel Spin-labeled Derivative ofα-Tocopherol

WANG Yang-jun1,2,WANG Li-tao3,4,HE Shi-jun4,HE Pei-lan4,ZHAO Liang3*,ZHANG Peng-yun1,2*

(1. Department of Chemical Engineering, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China;2. Gansu Research Institute of Chemical industry, Lanzhou 730020, China;3. Lanzhou Institute of Chemical Physics Research, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;4. Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200000, China)

An intermediate, 2,3-bis(hydroxylamino)-2,3-dimethylbutane(3), was prepared by bromination, substitution and reduction reaction using 2-nitro-propane as the raw material. 4-Formyl-benzoic acid 2,5,7,8-tetramethyl-2-(4,8,12-trimethyl-tridecyl)-chroman-6-yl ester(4) was synthesized by the esterification ofα-tocopherol with 4-formyl-benzoic acid. A novel spin labeled derivative ofα-tocopherol, 4-(1,3-dioxyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazolin-2-yl)-benzoic acid 2,5,7,8-tetramethyl-2-(4,8,12-trimethyl-tridecyl)-chroman-6-yl ester, was obtained by oxidation of intermediate product, which was obtained through addition reaction of 3 with 4. The structure was characterized by1H NMR, IR， HR-ESI-MS, elemental analysis and EPR.

2-nitro-propane; bishydroxylamine; α-tocopherol; spin-labeled derivative; synthesis

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.06.16037

2016-02-01

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21405162, 21405161)； 烏魯木齊市科技局重點(diǎn)項(xiàng)目(Y141320007)； 中國科學(xué)院上海藥物研究所新藥研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(SIMM1601KF-16)

王楊軍(1988-)，男，漢族，甘肅隴南人，碩士研究生，主要從事天然藥物的修飾及生物活性研究。 E-mail: wyj1988fighter@163.com

通信聯(lián)系人：張鵬云，高級工程師， E-mail: zhpengy@sina.com； 趙亮，研究員， Tel. 0931-4968261, E-mail: zhaol@licp.cas.cn

O626； O621.3

A