黄芩素结构修饰的研究

侯珏卓，陈 喆

(天津药物研究院药业有限责任公司技术开发部，河北天津300193)

黄芩素(Baicalein)是传统中药黄芩(Scutellaris baicalensis georgi)的有效成分黄芩苷(Baicalin)的苷元，具有抗氧化［1］、抗菌、抗病毒［2］、抗过敏［3］、抗炎、降压［4］、利尿、利胆［5］等多种生理活性，临床上主要用于抗菌消炎和抗感染．目前，有关黄芩素的制剂已在临床上应用于上呼吸道感染、急性扁桃体炎、咽炎、慢性阻塞性肺病，传染性肝炎、急慢性胃肠炎及细菌性痢疾、肾盂肾炎等，显示出了较好的疗效．

黄芩素具有良好的药理活性，毒副作用微小，而且在我国资源丰富，来源广泛，经济成本低，但是黄芩素结构中存在3个相邻酚羟基，易于形成分子内氢键，造成其亲脂性、亲水性均较差，黄芩素类药物在临床应用上存在着溶解性差、生物利用度低等缺点［6］，制约着其在现代中药建设中的发展．近几年，如何提高黄芩素类药物的溶解性与生物利用度，增加在人体的吸收，成为了国内外的研究热点．目前关于黄芩素活性方面的研究报道较多［7］，但是对黄芩素结构修饰及构效关系的研究报道甚少．由于黄芩素的结构中A环有羟基取代，可作为先导化合物进行结构修饰以发掘这类化合物潜在的生理功能．故本研究以黄芩素为母体，根据黄酮类化合物的构效关系，通过化学的方法改变其结构或引入能转变成盐的官能团，合成了一系列黄芩素类衍生物，实现增加溶解性的目的，是一种药物创新的有效途径［8］．

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

RE-52AA旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂);90-3恒温双向磁力搅拌器(上海振荣科学仪器有限公司);瑞士Bruker Avance500核磁共振波谱仪(DMSO-D6或 CDCl3-d为溶剂，TMS为内标)．

黄芩素(实验室提取分离纯化);丙酮、醋酐、石油醚、氯仿(天津市江天化工技术有限公司);无水碳酸钾、甲醛水溶液(天津市百世化工有限公司);溴苄(天津精益合成科技有限公司);苄胺、1，4-二溴丁烷(阿法埃莎化学有限公司);氮气(天津市兴盛气体有限公司);硅胶(上邦实业天津分公司);实验室所用的试剂与溶剂均为分析纯．

1．2 化合物的制备

黄芩素按文献［9］方法制备，利用萃取、柱层析等分离、纯化方法从中药黄芩的甲醇提取液中分离出黄芩素粗品，利用重结晶等纯化方法进一步得到黄芩素晶体．以黄芩素为母体，按图1所示研究路线，合成5种黄芩素类衍生物．

图1 黄芩素的结构修饰

1．2．1 黄芪素衍生物1的合成

8-(N-异丙胺基)-亚甲基-5，6，7-三羟基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黄芪素衍生物1)的合成:称量黄芩素0．1 g于50 mL三颈烧瓶中，加入甲醇10 mL和甲醛水溶液(w/w=36%)0．03 mL，升温至65℃，至反应液澄清．缓慢加入异丙胺0．047 mL，加热回流搅拌2 h后，旋蒸除去溶剂，得黄色固体粗品．将得到的黄色固体进一步上反相柱纯化，得到淡黄色固体，精品收率75%．

1．2．2 黄芪素衍生物2的合成

8-烯胺甲基-5，6，7-三羟基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黄芪素衍生物2)的合成:称量黄芩素0．1 g于50 mL三颈烧瓶中，加入甲醇10 mL和甲醛水溶液(w/w=36%)0．03 mL，升温至65℃，至反应液澄清．缓慢加入氨水(w/w=35．28%)0．11 mL，加热回流反应30 min．旋蒸除去溶剂，得黄色固体粗品．将得到的黄色固体进一步上反相柱纯化，得到淡黄色固体，精品收率86%．

1．2．3 黄芪素衍生物3的合成

二氢苯并噁嗪类化合物(黄芪素衍生物3)的合成:称量黄芩素0．1 g于50 mL三颈烧瓶中，加入甲醇10 mL和甲醛水溶液(w/w=36%)0．03 mL．缓慢滴加苄胺0．05 mL，加热回流反应3h．旋蒸除去溶剂，得黄色固体粗品．将得到的黄色固体进一步上反相柱纯化，得到淡黄色固体，精品收率69%．

1．2．4 黄芪素衍生物4的合成

5-羟基-6，7-二乙酰氧基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黄芪素衍生物4)的合成:称量黄芩素0．27 g与醋酐5 mL置于50 mL三颈圆底烧瓶中，缓慢滴加浓硫酸6滴，加热搅拌反应30 min，自然降温至室温．将反应液倾倒入已经冰浴的蒸馏水50 mL中，用5%碳酸氢钠调节溶液pH值至弱碱性，水相用乙酸乙酯30 mL萃取3次．合并乙酸乙酯层．加入无水硫酸镁干燥，静置过夜，真空蒸除溶剂，过硅胶柱，洗脱剂:V(石油醚)V(丙酮)=9 2，得淡黄色固体，收率80%．1．2．5 黄芪素衍生物5的合成

5-羟基-6，7-正丁二氧基-2-苯基-4H-1-苯并吡喃-4-酮(黄芪素衍生物5)的合成:称量黄芩素0．14 g置于50 mL三颈烧瓶中，加入30 mL丙酮溶解．氮气保护下依次加入0．08 mL1，4-二溴丁烷，0．2 g无水碳酸钾，0．2 g碘化钠，加热回流搅拌48 h后，过滤，在滤液中加入几滴醋酸，真空旋蒸除去丙酮后，残留物丙酮重结晶，得到浅黄色固体，精品收率85%．

1．3 化合物的结构表征

利用1H-NMR对所制备的黄芩素及合成的五种化合物做如下表征．

1．3．1 黄芩素的结构表征

1H NMR(500MHz，DMSO-D6)，δ:12．65(1H，s，5-OH)，10．56(1H，s，7-OH)，8．80(1H，s，6-OH)，8．05-8．08(2H，m，-C6H5)，7．54-7．61(3H，m，-C6H5)，6．92(1H，s，3-H)，6．62(1H，s，8-H)．

1．3．2 黄芩素衍生物1的结构表征

1H NMR(300MHz，DMSO-D6)，δ:12．45(1H，s，5-OH)，7．99-8．02(2H，m，-C6H5)，7．55-7．56(3H，m，-C6H5)，6．71(1H，s，3-H)，4．26(2H，s，N—CH2-)，3．32(1H，m，N-CH)，1．28-1．29(6H，s，-2CH3)．

1．3．3 黄芩素衍生物2的结构表征

1H NMR(300MHz，DMSO-D6)，δ:12．85(1H，m，5-OH)，7．82-7．84(2H，m，-C6H5)，7．44-7．45(3H，m，-C6H5)，6．86(1H，s，3-H)，4．40(1H，s，N=CH-)．

1．3．4 黄芩素衍生物3的结构表征

1H NMR(300MHz，CDCl3-d)，δ:12．45(1H，s，5-OH)，7．76-7．78(2H，m，-C6H5)，7．49-7．54(3H，m，-C6H5)，7．34-7．38(5H，m，-C6H5)，6．68(1H，s，3-H)，5．08(2H，s，-O-CH2-N)，4．26(2H，s，Ar-CH2-)，3．97(2H，s，-C-CH2-N-)．

1．3．5 黄芩素衍生物4的结构表征

1H NMR(300MHz，CDCl3-d)，δ:12．95(1H，s，5-OH)，7．88-7．90(2H，m，-C6H5)，7．54-7．59(3H，m，-C6H5)，6．98(1H，s，3-H)，6．75(1H，s，8-H)，2．36-2．38(6H，m，2CH3CO-)．

1．3．6 黄芩素衍生物5的结构表征

1H NMR(300MHz，CDCl3-d)，δ:12．78(1H，s，5-OH)，7．86-7．88(2H，m，-C6H5)，7．49-7．54(2H，m，-C6H5)，6．63(1H，s，3-H)，6．54(1H，s，8-H)，4．74(2H，t，1″-H)，4．24(2H，t，4″-H)，2．06(2H，m，2″-H)，1．83(2H，m，3″-H)．

2 结果与讨论

在黄芩素1H-NMR中，黄酮母核A环上5位酚羟基易与相邻4位羰基发生分子内缔合形成氢键，如图2所示，有去屏蔽作用，出现在较低场，造成5位羟基化学位移大于6、7位羟基氢的化学位移，如图3所示，因此12．65处单峰归属为A环5位酚羟基的氢;黄酮母核A环上的羟基氢均出现在谱图中的低场，8．80、10．56处单峰分别归属为黄酮母核A环6位、7位羟基氢;由于B环2'位于6'位的氢处于C环双键的去屏蔽区，受到各向异性效应的影响，共振信号比其它质子出现在相对低场，因此8．05-8．08 处多重峰归属为B 环2'、6'位的的2个氢;7．54-7．61处多重峰归属为B环上3'、4'、5'位的3个氢;6．92处单峰归属为C环3位上的氢，6．62处单峰归属为A环8位上的氢．

图2 黄芩素的化学结构

图3 黄芩素的氢键效应

2．1 黄芩素A环8位的结构修饰

黄芩素A环8-位氢与脂肪伯、仲胺或芳香伯、仲胺在甲醛水溶液中按照一定摩尔配比进行Mannich反应，产物可通过与酸反应生成盐类，达到增加其溶解性的目的．该反应条件温和，制备步骤简单，收率高．如果改变伯胺与甲醛的毫摩尔比后，得到含六元环的二氢苯并噁嗪衍生物(3)．可能是反应产物Mannich碱进一步与甲醛反应生成N-取代羟甲基化中间体，再脱水环合，得到含六元环的二氢苯并噁嗪衍生物(3)．故在与伯胺反应中要注重伯胺与甲醛比，以得到目标产物．

本文合成并利用1H-NMR鉴定以下3个Mannich碱衍生物．

2．1．1 黄芩素衍生物1的表征

对照黄芩素1H-NMR谱图，在化合物(1)的1H-NMR中，12．45处单峰归属为A环5位羟基氢;7．99-8．02处多重峰归属为B环2'位于6'位的氢;7．55-7．56 处多重峰归属为 B 环上3'、4'、5'位的3个氢;6．71处单峰归属为C环3位上的氢;4．26处单峰归属为A环8位亚甲基上的两个氢．

同时，区别于黄芩素1H-NMR谱图，化合物(1)1H-NMR谱图中在高场出现了两组新信号．将3．32处多重峰归属为A环8位侧链N-CH叔碳上的氢，1．28-1．29处单峰归属为A环8位侧链-HNCH(CH3)2两个甲基上的6个氢．因此，可以鉴定成功合成了化合物(1)．

2．1．2 黄芩素衍生物2的表征

对照黄芩素1H-NMR谱图，在化合物(2)的1H-NMR中，12．85归属处单峰位为A环5位酚羟基，7．82-7．84 与7．44-7．45 归属为 B 环的5 个氢，6．86处单峰归属为C环3位上的氢．

同时，区别于黄芩素1H-NMR谱图，化合物(2)1H-NMR谱图中4．40处出现了一组新的单峰，归属为A环8位侧链NH=CH-上次甲基的氢．因此，可以鉴定成功合成了化合物(2)．

2．1．3 黄芩素衍生物3的表征

对照黄芩素1H-NMR谱图，在化合物(3)的1H-NMR中，12．45处单峰归属为A环5位酚羟基，7．76-7．78 与7．49-7．54 处多重峰归属为 B 环的5个氢，6．68处单峰归属为C环3位上的氢．

同时，区别于黄芩素1H-NMR谱图，化合物(3)1H-NMR谱图中，出现了四组新的信号，7．34-7．38处多重峰归属为饱和六元环氮上N-CH2-Ph部分苯基上的5个芳香氢，5．08处单峰归属为饱和六元环-O-CH2-N部分亚甲基上的2个氢，4．26处单峰归属为饱和六元环Ph-CH2-部分亚甲基上的2个氢，3．97处单峰归属为饱和六元环-C-CH2-N-部分上的2个氢．因此，可以鉴定成功合成了化合物(3)．

通过Mannich反应在黄芩素8位α氢引入了胺甲基类基团，成功合成并鉴定了3个Mannich碱衍生物．通过引入胺甲基对天然药物活性成分黄芩素进行结构修饰，利用胺甲基成盐能够改善此类药物的水溶性，不仅促进了此类药物在人体内的转运过程，同时也提高了其在作用部位的有效浓度，进而改善了药物的吸收性能，提高药物生物利用度，是一种提高黄芩素类化合物水溶性的有效方法．

2．2 黄芩素C环6、7位的结构修饰

利用乙酰基保护6，7位羟基成功合成了化合物(4)．同时利用黄芩素的7-位羟基的较强酸性选择性的与溴取代物反应，脱去溴化氢．但通过1H-NMR鉴定，没有得到预期产物(6)，而是生成了环状化合物(5)，如图1所示．反应说明黄芩素的6，7位羟基的反应选择性不高．2．2．1 黄芩素衍生物4的表征

对照黄芩素1H-NMR谱图，在化合物(4)的1H-NMR中，12．95处单峰归属为A环5位酚羟基，7．88-7．90 与7．54-7．59 处多重峰归属为 B 环的5个氢，6．98处单峰归属为C环3位上的氢，6．75处单峰归属为A环8位上的氢．

同时，区别于黄芩素1H-NMR谱图，化合物(4)1H-NMR谱图中，在2．36-2．38处出现一组新的单峰，归属为主环6与7位乙酰基上的6个氢．因此，可以鉴定成功合成了化合物(4)．

2．2．2 黄芩素衍生物5的表征

对照黄芩素1H-NMR谱图，在化合物(4)的1H-NMR中，12．78处单峰归属为A环5位酚羟基，7．49-7．54 与7．86-7．88 处多重峰归属为 B 环的5个氢，6．63处单峰归属为C环3位上的氢，6．54处单峰归属为A环8位上的氢．

同时，区别于黄芩素1H-NMR谱图，化合物(4)1H-NMR谱图中，高场出现了新的信号，4．24与4．74两处三重峰归属为8元饱和环上分别与氧相连的2个亚甲基的4个氢，1．83与2．06两处多重峰分别归属为8元饱和环上除与氧相连的2个亚甲基的4个氢．因此，可以鉴定成功合成了化合物(5)．

3 结 论

(1)通过Mannich反应在黄芩素8位α氢引入了胺甲基类基团，成功合成并鉴定了3个Mannich碱衍生物;该类反应条件温和，制备方法简便，产品收率高，可作为一种向黄芩素母核引入含氮基团，提高黄芩素类化合物水溶性的有效方法．

(2)在伯胺的Mannich反应中要注意伯胺与甲醛的摩尔比，比例变化会得到不同产物．在实验过程中，随着苄胺与甲醛的毫摩尔比由1 1改变为1 2，反应产物的Rf值发生了显著的变化，不再与Mannich碱一致，经1H-NMR鉴定为含六元环的二氢苯并噁嗪衍生物．可能是反应产物Mannich碱进一步与甲醛反应生成N-取代羟甲基化中间体，再脱水环合，得到含六元环的二氢苯并噁嗪衍生物．

(3)针对6、7位羟基进行修饰，利用乙酰基选择性地保护6，7位羟基可以成功合成预期化合物，实验结果表现出较强的选择性．但利用其7-位羟基选择性地与溴取代物反应时效果不佳．

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