張曉平， 金桂勇， 馬勝濤， 王二彬， 趙學斌，陳芝飛， 李 倬， 楚文娟， 趙 旭， 席高磊

(1. 河南農業(yè)大學煙草學院河南省香精香料與調香工程技術研究中心， 鄭州 450002；2. 河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心， 鄭州 450016)

1 引 言

當前，對天然產物提取或天然骨架結構進行修飾尤其是將多種抗氧化天然骨架結構或官能團集成，已成為當今國際抗氧化技術研究領域的熱點[1, 2]. 吡喃酮和喹啉類化合物是兩類存在于天然產物中的雜環(huán)類化合物，其天然骨架分別包含氧雜環(huán)和氮雜環(huán)，兩者具有廣泛的生理或藥理作用，如：抗菌[3, 4]、抗氧化[5, 6]和抗腫瘤[7, 8]等. 二茂鐵基由于存在富電子體系，常被作為抗氧化官能團，其衍生物擁有較強的抗氧化能力[9, 10]. 然而，國內外關于將二茂鐵基團、吡喃酮和喹啉合成為單個化合物以及對其抗氧化性能的研究少有報道. 近年來，本課題組[11]在Povarov三組分反應做了大量研究，以Ce(OTf)3為單一催化劑，催化4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮、芳香醛和二茂鐵基乙炔合成了二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物，產率為24%～62%，發(fā)現(xiàn)其具有一定的捕獲自由基性能. 此外，文獻[12-14]報道采用復合催化劑能夠有效提高有機反應的效率和目標化合物的合成產率. 鑒于此，本文開展了二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物化合物高效合成及抗氧化活性的研究.

文獻[15]報道在催化成環(huán)反應過程中，Ce(OTf)3和Sc(OTf)3作為催化劑復合后具有協(xié)同作用，這種獨特的相互作用能夠增強彼此的催化作用. 因此，本文以4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮、芳香醛和二茂鐵基乙炔為原料，以Ce(OTf)3和Sc(OTf)3為復合催化劑，在加熱回流條件下實現(xiàn)了Povarov三組分反應，高效合成了15種二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物(1a～1o)，產率為40.0%～66.8%，明顯高于文獻[11]報道的產率. 其中，1a～1o均為文獻[11]報道的化合物，其分子結構采用1H NMR、13C NMR和HR-MS(ESI)進行表征. 經抑制自由基引發(fā)DNA氧化反應對其抗氧化性能進行測試，以探究多結構骨架化合物抗氧化的構效關系. 測試結果表明15種化合物具有較好的抗氧化活性，這為新型抗氧化劑的開發(fā)應用提供了理論支持.

2 實驗部分

2.1 主要儀器與試劑

Agilent 1200/6220超高效液相色譜-電噴霧離子源-質譜聯(lián)用儀，美國Agilent科技有限公司產；Avance AMX-400核磁共振譜儀，美國Bruker公司產；UV1101紫外-可見分光光度計，上海菁華科學儀器有限公司產；JH40全自動熔點儀，上海佳航儀器儀表有限公司產；XS-225A標準電子天平(感量0.1 mg)，德國Sartorius公司產；RV10數(shù)顯型旋轉蒸發(fā)儀，德國IKA集團產.

分析純藥品：4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮、三氟甲磺酸鈰、三氟甲磺酸鈧，上海阿拉丁生化科技股份有限公司產；三氯乙酸(TCA)，上海達瑞精細化學品有限公司產；還原型谷胱甘肽(GSH)、四氯氫醌(TCHQ)，上海源葉生物科技有限公司產；2-硫代巴比妥酸(TBA)國藥集團化學試劑有限公司產.標準品藥品：脫氧核糖核酸鈉鹽(DNA)，比利時Acros Organics公司產；其他使用試劑均為分析純.

2.2 化合物1a～1o的合成方法

將二茂鐵乙炔0.42 g (2.0 mmol)、芳香醛(2.4 mmol)、4-甲基-7-氨基苯并吡喃酮0.42 g (2.4 mmol)、Ce(OTf)30.06 g (0.1 mmol)、Sc(OTf)30.05 g (0.1 mmol)和甲苯10 mL一起加入25 mL圓底燒瓶，攪拌后于110 ℃回流反應2 h (TLC檢測). 冷至室溫，溶劑濃縮，殘留物經硅膠柱層析[洗脫劑：V(二氯甲烷)/V(乙酸乙酯)=20/1]純化后得到化合物1a～1o(圖1). 按此方法合成參比化合物4-甲基-6,8-二苯基吡喃酮并喹啉(1p)，為二茂鐵基團對吡喃酮并喹啉類抗氧化能力的影響進行深層次研究.

圖1 目標化合物合成路線1a～1oFig.1 Synthetic route of target compounds 1a～1o

2.3 抗氧化性能測試

2.3.1 抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應檢測體系 按照文獻[16]方法對產物抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應進行檢測. 移取13.4 mL 2.24 g/L DNA溶液，加入1 mL 30 mmol/L的H2O2溶液、0.5 mL 120 mmol/L TCHQ溶液和0.1 mL 7.5 mmol/L待測化合物儲備液，充分混合后于37 ℃水浴30 min. 從中移取2 mL，再加入1 mL 1% TBA溶液和1 mL 3.0% TCA溶液，于100 ℃水浴加熱30 min，冷卻至室溫，加入1.5 mL正丁醇充分振蕩萃取TBARS. 在535 nm下測定正丁醇的吸光度A化合物，以蒸餾水代替化合物儲備液測其吸光度A空白.

2.3.2 抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應檢測體系 按照文獻[17]方法對產物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應進行檢測.移取13.4 mL 2.24 g/L DNA溶液，加入1 mL 75 mmol/L的CuSO4溶液、0.5 mL 90 mmol/L GSH溶液和0.1 mL 7.5 mmol/L待測化合物儲備液，充分混合后于37 ℃水浴90 min. 從中移取2 mL，再加入1 mL 30 mmol/L EDTA溶液、1.0 mL 1.0% TBA溶液和1 mL 3% TCA溶液，于100 ℃水浴加熱30 min，冷卻至室溫，加入1.5 mL正丁醇充分振蕩萃取TBARS，在535 nm下測定正丁醇的吸光度A化合物，以蒸餾水代替化合物儲備液測吸光度A空白.

3 結果與討論

3.1 合 成

3.1.1 催化劑篩選 以化合物1a的合成為例，探討反應條件對化合物1a產率的影響，結果見表1. 由表1可以看出，以Ce(OTf)3和Sc(OTf)3為復合催化劑，110 ℃加熱反應2 h，是合成目標化合物的較佳方法，化合物1a的產率為64.8%，高于文獻[11]方法產率. 原因是Povarov反應分為兩步：首先芳香胺和醛形成Schiff堿，之后Schiff堿與炔發(fā)生Diels-Alder反應形成喹啉分子中的吡啶環(huán). 而Ce(OTf)3和Sc(OTf)3不僅可以催化芳香胺和醛形成Schiff堿，也能夠活化炔上的C≡C，促使Schiff堿與炔發(fā)生Diels-Alder反應生成喹啉. 兩者復合后存在協(xié)同作用，這種獨特的相互作用能夠增強彼此的催化作用[15]，進一步提高Povarov反應中醛胺縮合反應和Diels-Alder反應的效率，從而產生高于Ce(OTf)3和Sc(OTf)3單獨使用時的催化效能，使反應向正方向進行，減少副產物生成，大大提高Povarov-3CR的反應效率.

表1 反應條件對1a產率的影響

3.1.2 化合物結構表征 分別采用JH40全自動熔點儀、核磁共振譜儀(NMR)和超高效液相色譜-電噴霧離子源質譜聯(lián)用儀(UHPLC-ESI-MS)對化合物1a～1p進行結構表征.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-苯基吡喃酮并喹啉(1a)：黃色固體; 產率64.8%; m.p. 218～220 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.68 (s, 1H), 8.27 (s, 2H), 8.10 (s, 1H), 7.82 (s, 1H), 7.60 (d,J= 6.0 Hz, 2H), 7.54 (t,J= 6.8 Hz, 1H), 6.27 (s, 1H), 4.71 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.22 (s, 5H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.2, 157.3, 152.6, 150.9, 130.1, 129.1, 127.5, 126.3, 124.8, 124.1, 117.1, 115.8, 114.4, 88.4, 72.3, 69.9, 68.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO2{[M+H]+} 472.1000, found 472.1008.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-呋喃基吡喃酮并喹啉(1b)：黃色固體; 產率59.7%; m.p. 253～255 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.63 (s, 1H), 7.99 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.79 (d,J= 9.2 Hz, 1H), 7.71 (s, 1H), 7.34 (s, 1H), 6.66～6.67 (m, 1H), 6.25 (s, 1H), 4.69 (s, 2H), 4.51 (s, 2H), 4.23 (s, 5H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.2, 153.2, 152.5, 150.9, 149.1, 147.5, 144.7, 126.1, 124.1, 123.3, 117.0, 115.6, 114.3, 112.5, 111.1, 88.4, 72.2, 69.9, 68.3, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C27H19FeNO3{[M+H]+} 462.0793, found 462.0790.

4-甲基-6,8-二二茂鐵基吡喃酮并喹啉(1c)：紅色固體; 產率62.2%; m.p. 242～244 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.30 (s, 1H), 7.94 (s, 1H), 7.76 (s, 1H), 6.24 (s, 1H), 5.17 (s, 2H), 4.70 (s, 2H), 4.58 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.29 (s, 5H), 4.15 (s, 5H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 160.5, 159.5, 152.7, 151.1, 145.5, 145.4, 125.9, 125.1, 123.7, 116.4, 115.2, 113.8, 88.8, 72.3, 71.0, 69.9, 69.8, 68.2, 68.1, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C33H25Fe2NO2{[M+H]+} 580.0662, found 580.0660.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-二甲氨基苯基)吡喃酮并喹啉(1d)：黃色固體; 產率47.7%; m.p. 285～287 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.53 (s, 1H), 8.27 (s, 3H), 7.81 (s, 1H), 6.91 (s, 2H), 6.27 (s, 1H), 4.79 (s, 2H), 4.58 (s, 2H), 4.30 (s, 5H), 3.12 (s, 6H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.5, 152.6, 151.8, 151.0, 128.6, 127.7, 125.9, 124.0, 123.8, 120.9, 116.4, 115.2, 113.8, 112.3, 89.0, 72.2, 69.8, 68.2, 40.3, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C31H26FeN2O2{[M+H]+} 515.1422, found 515.1425.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(2-甲氧基苯基)吡喃酮并喹啉(1e)：黃色固體; 產率66.8%; m.p. 214～216 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.69 (s, 1H), 8.12 (s, 1H), 7.91 (d,J= 7.2 Hz, 1H), 7.81 (d,J= 6.0 Hz, 1H), 7.49 (t,J= 7.6 Hz, 1H), 7.18 (t,J= 7.6 Hz, 1H), 7.12 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 6.28 (s, 1H), 4.67 (s, 2H), 4.50 (s, 2H), 4.24 (s, 5H), 3.97 (s, 3H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.4, 157.4, 157.3, 152.6, 151.0, 150.6, 145.9, 131.9, 130.9, 128.9, 128.7, 126.5, 123.5, 121.4, 117.0, 115.7, 114.3, 111.5, 88.1, 72.3, 69.8, 68.3, 55.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO3{[M+H]+} 502.1106, found 502.1103.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-甲氧基苯基)吡喃酮并喹啉(1f)：紅色固體; 產率64.9%; m.p. 259～261 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.68 (s, 1H), 8.10 (s, 1H), 7.87 (s, 1H), 7.82 (d,J=7.6 Hz, 2H), 7.51 (t,J= 7.6 Hz, 1H), 7.09 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 6.28 (s, 1H), 4.71 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.22 (s, 5H), 3.97 (s, 3H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 160.3, 159.3, 157.1, 152.6, 150.9, 140.2, 140.1, 130.1, 126.5, 124.9, 123.9, 119.8, 117.2, 116.1, 115.7, 114.4, 112.6, 88.5, 72.3, 69.9, 68.4, 55.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO3{[M+H]+} 502.1106, found 502.1110.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-甲氧基苯基)吡喃酮并喹啉(1g)：黃色固體; 產率61.9%; m.p. 241～243 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.64 (s, 1H), 8.25 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 8.03 (d,J= 6.4 Hz, 1H), 7.79 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.11 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 6.25 (s, 1H), 4.69 (s, 2H), 4.51 (s, 2H), 4.22 (s, 5H), 3.92 (s, 3H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 161.3, 159.3, 157.0, 152.6, 151.0, 150.7, 147.1, 131.2, 129.5, 128.8, 126.3, 124.3, 123.8, 116.8, 115.5, 114.5, 114.1, 88.8, 72.3, 69.8, 68.3, 55.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO3{[M+H]+} 502.1106, found 502.1109.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(2-氯苯基)吡喃酮并喹啉(1h)：黃色固體; 產率66.3%; m.p. 243～245 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.54 (s, 1H), 8.05 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.84 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.79 (dd,J= 2.4 Hz,J= 6.8 Hz, 1H), 7.58 (dd,J= 2.0 Hz,J= 7.2 Hz, 1H), 7.42～7.49 (m, 2H), 6.29 (s, 1H), 4.69 (s, 2H), 4.51 (s, 2H), 4.19 (s, 5H), 2.52 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.2, 157.8, 152.6, 151.1, 150.4, 146.9, 138.9, 132.3, 131.8, 130.5, 130.4, 128.3, 127.4, 126.6, 124.0, 117.3, 116.1, 114.7, 87.9, 72.4, 69.9, 68.6, 19.6; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H20ClFeNO2{[M+H]+} 506.0610, found 506.0609.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-氯苯基)吡喃酮并喹啉(1i)：紅色固體; 產率62.4%; m.p. 225～227 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.65 (s, 1H), 8.31 (s, 1H), 8.11 (d,J= 6.8 Hz, 1H), 8.05 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.82 (d,J= 8.8 Hz, 1H), 7.49～7.54 (m, 2H), 6.28 (s, 1H), 4.70 (s, 2H), 4.53 (s, 2H), 4.21 (s, 5H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.1, 155.8, 152.5, 150.9, 150.5, 148.0, 140.5, 135.3, 130.3, 129.9, 127.7, 126.5, 125.3, 124.5, 124.1, 117.3, 115.9, 114.6, 88.3, 72.3, 69.9, 68.5, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H20ClFeNO2{[M+H]+} 506.0610, found 506.0603.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-氯苯基)吡喃酮并喹啉(1j)：黃色固體; 產率64.4%; m.p. 286～288 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.63 (s, 1H), 8.23 (d,J= 7.6 Hz, 2H), 8.09 (s, 1H), 7.83 (d,J= 7.2 Hz, 1H), 7.57 (d,J= 7.2 Hz, 2H), 6.28 (s, 1H), 4.71 (s, 2H), 4.54 (s, 2H), 4.20 (s, 5H), 2.50 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.1, 157.5, 157.5, 156.0, 152.5, 150.9, 136.4, 129.3, 128.8, 126.4, 126.3, 126.3, 124.4, 124.3, 117.2, 115.9, 114.6, 72.3, 69.9, 68.6, 19.5; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H20ClFeNO2{[M+H]+} 506.0610, found 506.0608.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(2-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1k)：黃色固體; 產率48.3%; m.p. 248～250 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.81 (s, 1H), 8.08 (s, 1H), 7.96 (d,J= 6.8 Hz, 1H), 7.80 (s, 1H), 7.37 (t,J= 7.2 Hz, 1H), 7.13 (d,J= 8.0 Hz, 1H), 7.05 (t,J= 7.2 Hz, 1H), 6.29 (s, 1H), 4.74 (s, 2H), 4.57 (s, 2H), 4.12 (s, 5H), 2.49 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 158.9, 152.4, 150.8, 148.8, 148.8, 147.4, 125.1, 123.9, 123.8, 123.8, 123.8, 116.2, 114.8, 88.4, 72.6, 70.1, 68.8, 19.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+} 488.0949, found 488.0943.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1l)：紅色固體; 產率44.1%; m.p. 267～269 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.77 (s, 1H), 8.67 (s, 1H), 7.98 (dd,J= 8.8 Hz,J= 16.0 Hz, 2H), 7.77～7.80 (m, 2H), 7.43 (t,J= 8.0 Hz, 1H), 6.97 (d,J= 7.6 Hz, 1H), 6.38 (s, 1H), 4.86 (s, 2H), 4.46 (s, 2H), 4.17 (s, 5H), 3.34 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 158.3, 158.0, 155.8, 153.3, 150.3, 149.9, 147.0, 139.1, 130.1, 125.7, 125.0, 123.9, 117.9, 117.3, 116.0, 115.5, 113.8, 113.7, 87.2, 72.0, 69.8, 68.0, 20.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+}488.0949, found 488.0946.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(4-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1m)：紅色固體; 產率40.0%; m.p. 275～277 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 10.02 (s, 1H), 8.64 (s, 1H), 8.24 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 7.93 (dd,J= 8.4 Hz,J= 20.0 Hz, 2H), 7.00 (d,J= 8.0 Hz, 2H), 6.36 (s, 1H), 4.85 (s, 2H), 4.45 (s, 2H), 4.16 (s, 5H), 3.34 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 160.1, 158.9, 156.3, 153.9, 150.9, 150.6, 147.2, 129.2, 129.0, 126.0, 125.4, 123.7, 116.4, 115.9, 115.7, 114.0, 87.7, 72.5, 70.4, 68.4, 19.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+} 488.0949, found 488.0944.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3-甲氧基-4-羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1n)：黃色固體; 產率47.4%; m.p. 281～283 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.63 (s, 1H), 8.68 (s, 1H), 7.97 (dd,J=8.8 Hz,J= 16.8 Hz, 2H), 7.93 (d,J= 2.0 Hz, 1H), 7.86 (dd,J= 2.0 Hz,J= 8.4 Hz, 1H), 7.02 (d,J= 8.0 Hz, 1H), 6.38 (d,J= 1.2 Hz, 1H), 4.87 (s, 2H), 4.46 (s, 2H), 4.19 (s, 5H), 3.97 (s, 3H), 3.32 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 158.9, 156.3, 153.9, 150.9, 150.5, 149.6, 148.5, 147.0, 129.4, 126.1, 125.3, 124.1, 121.0, 116.4, 116.0, 115.7, 114.0, 111.2, 88.1, 72.5, 70.3, 68.4, 56.1, 19.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C30H23FeNO4{[M+H]+} 518.1055, found 518.1052.

4-甲基-6-二茂鐵基-8-(3,4-二羥基苯基)吡喃酮并喹啉(1o)：紅色固體; 產率50.7%; m.p. 178～180 ℃;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.48 (s, 1H), 9.37 (s, 1H), 8.61 (s, 1H), 7.92 (dd,J= 8.8 Hz,J= 24.0 Hz, 2H), 7.86 (d,J= 1.6 Hz, 1H), 7.70 (dd,J= 2.0 Hz,J= 8.4 Hz,1H), 6.97 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 6.35 (s, 1H), 4.82 (s, 2H), 4.44 (s, 2H), 4.18 (s, 5H), 3.34 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6): 158.9, 156.4, 153.9, 150.9, 150.6, 148.5, 146.8, 146.2, 129.4, 126.0, 125.3, 123.8, 119.4, 116.5, 115.9, 115.6, 114.7, 113.9, 88.0, 72.4, 70.3, 68.4, 19.3; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H21FeNO3{[M+H]+} 504.0898, found 504.0893.

4-甲基-6,8-二苯基吡喃酮并喹啉(1p)：白色固體; 產率71.6%; m.p. 279～281 ℃;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ: 8.24 (d,J= 7.2 Hz, 3H), 7.91 (d,J= 8.4 Hz, 1H), 7.85 (s, 1H), 7.51～7.56 (m, 6H), 7.43～7.45 (m, 2H), 6.24 (s, 1H), 2.51 (s, 3H);13C NMR (100 MHz, CDCl3): 159.0, 157.9, 152.3, 150.8, 150.4, 149.4, 141.0, 138.2, 130.2, 129.0, 128.1, 128.0, 128.0, 127.7, 126.3, 126.2, 124.4, 122.4, 116.2, 115.9, 114.6, 19.4; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C25H17NO2{[M+H]+} 364.1338, found 364.1336.

3.2 抑制自由基引發(fā)的DNA氧化反應性能

3.2.1 抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應檢測分析 空白實驗和加入目標化合物后測得的吸光度值分別記為A空白和A化合物，化合物抗氧化能力可以通過相對于空白TBARS吸光度的百分數(shù)(TBARS百分數(shù))進行衡量，即(A化合物/A空白)×100%[18]. 為了更直觀地表達化合物抗氧化構效關系，參照文獻[19]方法制得化合物TBARS百分數(shù)與結構之間的梯形圖(圖2).

圖2 1a～1p抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應性能梯形圖

由圖2可知，化合物1a～1p的TBARS百分數(shù)在36.6%～83.3%之間，均遠低于空白的100%，表明16個化合物均能夠抑制HO·氧化DNA. 化合物1a、1c和1p的TBARS百分數(shù)分別為71.6%、83.3%和64.1%. 隨著分子中苯環(huán)被二茂鐵基取代，化合物的TBARS百分數(shù)逐漸增大，說明二茂鐵基團不利于提高吡喃酮并喹啉化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應的能力，且隨著二茂鐵基團數(shù)量的增加，抗氧化性能不斷降低. 這是因為二茂鐵中Fe2+能夠與H2O2發(fā)生Fenton反應生成Fe3+、HO·和OH-，增加了反應體系中HO·的量，起到促氧化作用[20]. 與化合物1a相比，化合物1b的TBARS百分數(shù)相比增加3.2%，說明呋喃環(huán)對二茂鐵基吡喃酮并喹啉抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應能力的貢獻低于苯環(huán). 化合物1d的TBARS百分數(shù)遠小于化合物1a，表明-N(CH3)2起到了提高抗氧化能力的作用，即-N(CH3)2是較為有用的抗氧化官能團[21]. 化合物1e～1g的TBARS百分數(shù)在62.9%～68.3%之間，低于化合物1a，說明-OCH3也能提高化合物的抗氧化性能，三者TBARS百分數(shù)符合“間位>鄰位>對位”規(guī)律(-OCH3位置)，即-OCH3處于對位時，化合物具有更強的抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應性能[11]. 化合物1h～1j的TBARS百分數(shù)介于69.1%～76.7%，僅化合物1j的TBARS百分數(shù)低于化合物1a，說明苯環(huán)對位的-Cl起到了抗氧化作用，而鄰位和間位的-Cl則發(fā)揮了促氧化作用. 含有酚羥基化合物1k～1o的TBARS百分數(shù)在36.6%～59.4%之間，遠低于化合物1a，說明酚羥基是化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應的主要官能團. 其中，單羥基化合物中，化合物1k的TBARS百分數(shù)最小，說明羥基處于鄰位時最有利于提高化合物抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應性能. 在化合物1m分子中羥基鄰位增加一個-OCH3得到化合物1n，其TBARS百分數(shù)繼續(xù)下降，說明經典的抗氧化結構片段(3-甲氧基-4-羥基苯基結構)[15]發(fā)揮了很好的抗氧化作用. 雙羥基化合物1o的TBARS百分數(shù)明顯低于單羥基化合物1k～1m，說明隨羥基數(shù)目增加，化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應的性能不斷提高.

3.2.2 抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應檢測分析 參考3.2.1節(jié)方法對化合物1a～1p進行抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應檢測，得出TBARS百分數(shù)，并做梯形圖(圖3).

由圖3可知，化合物1a～1p的TBARS百分數(shù)在22.9%～67.2%之間，遠低于空白的100%，說明16種化合物均可抑制GS·引發(fā)DNA氧化，與3.2.1節(jié)抑制HO·引發(fā)DNA氧化結果相同. 其中，化合物1p的TBARS百分數(shù)是62.7%，引入單個二茂鐵基和兩個二茂鐵基所生成的化合物1a和1c，其TBARS百分數(shù)分別是57.7%和43.3%，三者TBARS百分數(shù)順序為化合

圖3 1a～1p抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應性能梯形圖Fig.3 The activities ladder diagram of 1a～1p in inhibiting GS·induced oxidation of DNA

圖4 二茂鐵基喹啉抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應性能梯形圖

物1c<化合物1a<化合物1p，表明二茂鐵基團能夠提高化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應的能力，而且隨二茂鐵基團數(shù)量增加，抗氧化性能迅速提高.這與抑制HO·引發(fā)DNA氧化反應所得結論相反，原因在于引入二茂鐵基團增大了化合物的共軛體系，增加了與GS·發(fā)生自由基加成的位點，提高了抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應的性能，同時二茂鐵基中Fe2+也起到了一定的抗氧化作用[22]. 化合物1b的TBARS百分數(shù)低于化合物1a，表明2′-呋喃基比苯基有利于抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應，這與抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應體系的結果相反. 化合物1d的TBARS百分數(shù)遠小于化合物1a，說明4′-(N(CH3)2)有助于化合物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應，與抑制HO·引發(fā)的DNA氧化反應一致. 在化合物1a的8-位苯環(huán)不同位置引入-OCH3或-Cl后，所得化合物1e～1g的TBARS百分數(shù)在52.2%～55.6%之間，均低于化合物1a，而化合物1h～1j的TBARS百分數(shù)介于63.1%～67.2%，均高于化合物1a，說明給電子基團-OCH3有抗氧化作用，而吸電子基團-Cl則有促氧化作用. 其中，化合物1e、1f和1g的TBARS百分數(shù)符合(-OCH3位置)“間位>對位>鄰位”的規(guī)律，說明-OCH3處于鄰位更有利于化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應. 含羥基化合物1k～1o的TBARS百分數(shù)均小于48%，表明酚羥基作為傳統(tǒng)抗氧化基團，能夠有效提高化合物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應能力. 其中，化合物1m的TBARS百分數(shù)小于化合物1k和1l，表明羥基處于對位最有利于提高化合物抑制GS·引發(fā)的DNA氧化反應性能. 化合物1n的TBARS百分數(shù)小于化合物1m，表明-OCH3和-OH存在協(xié)同作用，可進一步提高單羥基化合物的抗氧化作用. 16種化合物中，雙羥基化合物1o的TBARS百分數(shù)最低，說明隨羥基數(shù)目增加，化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應的性能不斷提高. 此外，將文獻[23]報道的13種二茂鐵基喹啉化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應結果作圖(圖4), 對比發(fā)現(xiàn)，其TBARS百分數(shù)明顯高于結構對應的二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物，表明后者的抗氧化性能明顯優(yōu)于前者，即增大共軛體系能夠提高化合物抑制GS·引發(fā)DNA氧化反應的性能. 原因是隨化合物的空間位阻增大，分子更容易識別DNA，并嵌入DNA凹槽與其結合，起到抗氧化的作用[11, 24].

4 結 論

本文采用Ce(OTf)3和Sc(OTf)3復合催化Povarov三組分反應高效制備了15種二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物(1a～1o)，通過檢測化合物抑制自由基(HO·和GS·)引起的DNA氧化反應探究其抗氧化性能. 結果表明：15個二茂鐵基吡喃酮并喹啉化合物均可有效抑制自由基(HO·和GS·)引發(fā)DNA氧化，其抗氧化能力優(yōu)于對應的二茂鐵基喹啉化合物，是一類性能優(yōu)良的抗氧化劑. 二茂鐵基吡喃酮并喹啉分子中引入推電子基團(-N(CH3)2、-OCH3和-OH)能夠提高其抗氧化活性，推電子基團還有一定的協(xié)同抗氧化作用，而且隨推電子基團數(shù)目增加，抗氧化能力隨之提升；分子結構引入吸電子基團(-Cl)則抗氧化能力有所降低. 分子結構引入二茂鐵基團和呋喃基團降低了化合物抑制HO·引發(fā)DNA氧化能力，但提高了抑制GS·引發(fā)DNA氧化能力. 化合物1o抑制HO·和GS·引發(fā)DNA氧化反應TBARS百分數(shù)分別是36.6%和22.9%，與其他化合物相比最優(yōu)，是優(yōu)異的抗氧化劑.