聶迎芳， 史久洲， 孫 露， 盧 雯

（南京林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京 210037）

香豆素是廣泛存在于自然界中的一種苯并吡喃酮為骨架的內(nèi)脂類化合物[1]。由于香豆素母體上常常帶有羥基、烷氧基、羰基等活性官能團(tuán)，這就使得香豆素能夠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)獲得多種結(jié)構(gòu)的衍生物[2]。香豆素作為天然產(chǎn)物的一種，具有較好的藥理活性，例如抗癌[3]、抑菌[4]、抗炎[5]、抗氧化[6]等重要的生物活性。同時(shí)，由于香豆素具有較好的光穩(wěn)定性好，Stokes位移大及光量子產(chǎn)率高等特點(diǎn)[7]，因此香豆素作為發(fā)色團(tuán)而被應(yīng)用在熒光傳感器中[8]。

晶體結(jié)構(gòu)解析是晶體學(xué)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，它研究晶態(tài)物質(zhì)內(nèi)部在原子尺度下的微觀結(jié)構(gòu)。它為固體物理學(xué)、材料科學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、分子生物學(xué)、礦物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等許多學(xué)科的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究提供必不可少的實(shí)驗(yàn)資料，使人們有可能從分子、原子以及電子分布的水平上去理解有關(guān)物質(zhì)的行為規(guī)律。雜原子上含有孤對(duì)電子，不僅能夠與金屬離子發(fā)生配位作用，同時(shí)也是形成氫鍵的重要組成部分，因此關(guān)于香豆素類化合物研究大都集中在香豆素母體上引入雜環(huán)或者帶有雜原子的官能團(tuán)，探討這些化合物的生物活性及熒光性質(zhì)等[9]。雖然4-羥基香豆素的合成已有文獻(xiàn)報(bào)道[10]，但是僅僅通過(guò)紅外光譜、核磁共振光譜對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的解析，并沒(méi)有通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)解析對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的確證。本文參照文獻(xiàn)的方法，以2-羥基苯乙酮、碳酸二乙酯及NaH為原料合成了4-羥基香豆素，并且利用X-射線單晶衍生對(duì)其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，從而進(jìn)一步拓展香豆素類化合物的晶體化學(xué)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器及試劑

Bruker AVANCE Ⅲ 600 MHz超導(dǎo)核磁共振光譜儀，Burker VERTEX 80V紅外光譜儀，Nonius CAD4單晶衍射儀。

2-羥基苯乙酮（99%，阿拉丁試劑公司），碳酸二乙酯（99%，阿拉丁試劑公司），NaH（60%，阿拉丁試劑公司），甲苯（南京化學(xué)試劑股份有限公司，重蒸除水），HCl（分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司），無(wú)水乙醇（分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司）。

1.2 標(biāo)題化合物的合成

參照文獻(xiàn)[10]，將2-羥基苯乙酮（156.57 mg, 1.15 mmol）和NaH（138.00 mg, 5.75 mmol）溶解于無(wú)水甲苯中，在0℃下，緩慢滴加溶解于無(wú)水甲苯的碳酸二乙酯（135.85, 1.15 mmol），反應(yīng)30 min后加熱至回流，繼續(xù)反應(yīng)5 h。在冰浴條件下加入20 mL的去離子水，用2N的HCl調(diào)節(jié)pH至中性。沉淀物過(guò)濾，洗滌，干燥得到白色固體0.177 2 g（產(chǎn)率95%）。經(jīng)核磁共振氫譜及紅表征。1H-NMR（600 MHz, DMSO-d6）δ 12.53（s, 1H），7.83（d, J＝7.2 Hz, 1H），7.65（d, J＝7.8 Hz, 1H），7.38～7.34（m, 2H），5.60（s, 1H）。IR（KBr）：3224（O-H），3036（Ar-H），1699（C=O），1253（C-O）。

1.3 晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定

在Nonius CAD4 X-射線單晶衍射儀上對(duì)標(biāo)題化合物進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，采用經(jīng)石墨單色化的MoKα（λ＝0. 071 073 nm）射線作為光源，結(jié)構(gòu)用SHELXS-1997程序解析，并用SHELXL-1997程序進(jìn)行校正[11]。非氫原子的坐標(biāo)以及各向異性熱參數(shù)均利用全矩陣最小二乘法進(jìn)行最后的修正，氫原子坐標(biāo)由理論加氫后，再進(jìn)行各向同性修正得到。

2 結(jié)果與討論

2.1 4-羥基香豆素晶體的培養(yǎng)

將4-羥基香豆素的粗產(chǎn)品溶解在無(wú)水乙醇中，在乙醚的氛圍中，室溫下通過(guò)溶劑擴(kuò)散的方法培養(yǎng)單晶，一周后就可以得到適合單晶測(cè)試的無(wú)色透明塊狀晶體。

2.2 晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

以Φ-ω方式在2.66°≤θ ≤25.37°范圍內(nèi)掃描，在293(2)K溫度下共收集了1418個(gè)衍射點(diǎn)，其中獨(dú)立衍射點(diǎn)819個(gè)。表1為標(biāo)題化合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)，表2為標(biāo)題化合物的主要鍵長(zhǎng)以及鍵角。

表1 標(biāo)題化合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)

（續(xù)表1）

表2 標(biāo)題化合物的主要鍵長(zhǎng)和鍵角

2.3 標(biāo)題化合物的晶體結(jié)構(gòu)

標(biāo)題化合物的晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該化合物結(jié)晶在單斜晶系的C2/C空間群，每個(gè)晶胞里含有8個(gè)4-羥基香豆素分子。從分子結(jié)構(gòu)圖可以看出，分子中香豆素母核上的碳碳鍵和碳氧鍵與文獻(xiàn)報(bào)道的4-氨基香豆素是一致的[12]。環(huán)外的C7-O1的鍵長(zhǎng)為1.346 8(39)?，介于正常C-O（1.43 ?）單鍵和C=O（1.20 ?）雙鍵之間，具有一定的雙鍵性質(zhì)。香豆素母核結(jié)構(gòu)近乎理想的平面結(jié)構(gòu)，其苯環(huán)與內(nèi)酯環(huán)的二面角為1.434(90)°。4-位上的羥基平面C7、O1、H(1A)與香豆素母核平面的二面角為4.054(188)°。這表明4-羥基香豆素與傳統(tǒng)的香豆素分子類似，整個(gè)分子具有很好的共軛平面性質(zhì)。

圖1 標(biāo)題化合物的晶體結(jié)構(gòu)圖

由于氫鍵具有穩(wěn)定性、方向性和飽和性，分子間氫鍵相互作用在材料科學(xué)和生命科學(xué)倍受關(guān)注，基于氫鍵自組裝超分子體系是超分子體系中相對(duì)較新穎和引人注意的領(lǐng)域，它在化學(xué)和生物體系中都占據(jù)非常重要的位置。氫鍵作用力是標(biāo)題化合物分子自組裝的重要弱相互作用。在標(biāo)題化合物的晶體結(jié)構(gòu)中，存在著以H1A和H5A為受體與O2形成的雙叉氫鍵相互作用（表3），并且通過(guò)雙叉氫鍵形成一維鏈狀結(jié)構(gòu)（圖2a）。鏈與鏈之間再進(jìn)一步通過(guò)經(jīng)典的O-H···O雙重氫鍵自組裝成二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖2b）。氫鍵的鍵長(zhǎng)鍵角見(jiàn)表3。

表3 標(biāo)題化合物中的氫鍵相互作用

3 結(jié)論

以2-羥基苯乙酮、碳酸二乙酯為原料，先將2-羥基苯乙酮和NaH溶解于經(jīng)過(guò)重蒸的甲苯中，在0℃下將溶解于甲苯的碳酸二乙酯緩慢滴加入并反應(yīng)30 min，后回流反應(yīng)5 h，以95%的較高產(chǎn)率合成了標(biāo)題化合物4-羥基香豆素，利用溶液擴(kuò)散的方法培養(yǎng)了標(biāo)題化合物的單晶，并通過(guò)X-射線單晶衍射解析了該化合物的晶體結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：從晶體結(jié)構(gòu)可知，標(biāo)題化合物分子與傳統(tǒng)的香豆素衍生物類似，香豆素母體部分中的苯環(huán)和吡喃環(huán)基本共平面性。氫鍵相互作用在該化合物的超分子組裝中發(fā)揮著十分重要的作用，促使該化合物分子從單分子組裝成二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖2 標(biāo)題化合物通過(guò)氫鍵作用沿著c軸方向形成一維鏈狀結(jié)構(gòu)（a），標(biāo)題化合物的二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（b）