NO供体天然冰片衍生物的合成研究

冯改丽，招仲恒，罗璟，肖敏捷，王涛*

（广州中医药大学中药学院，广东广州510006）



NO供体天然冰片衍生物的合成研究

冯改丽，招仲恒，罗璟，肖敏捷，王涛*

（广州中医药大学中药学院，广东广州510006）

摘要：【目的】设计合成一氧化氮（NO）供体型冰片衍生物。【方法】以冰片合成原理为指导，天然冰片为原料，采用酯化、亲核取代等反应对其进行结构修饰，并利用硅胶柱层析方法对其产物进行分离纯化。【结果】合成得到3个NO供体天然冰片衍生物，即4-硝氧丁酸天然冰片酯、2-硝氧基乙酸天然冰片酯和2-(3-硝氧基丙氧基)-苯甲酸天然冰片酯，所有化合物结构均经红外光谱，核磁共振法等确证。【结论】合成方法操作简便、可行，可为进一步治疗心血管疾病的冰片类新药后续研究提供实验基础。

关键词：冰片；NO供体；合成

冰片是一味常用的中药，对中枢神经兴奋性有较强的双向调节作用，既“镇静安神”又有醒脑作用［1］，另外，还具有抗炎、抗菌、镇痛作用［2-3］。冰片不仅自身能通过血脑屏障，还能够增加血脑屏障的通透性，促使其他药物通过血脑屏障进入脑组织［4］。故而临床中冰片常作为佐使药物使用，尤其在心脑血管病治疗中的配伍应用最为广泛［5-6］，但在长期的临床用药中发现，冰片药效作用较小，且易升华以及具有一定的毒副作用。所以，为了降低冰片的毒副作用，提高药理作用［7］，许多学者对冰片结构的修饰开展了大量研究，发现所合成的冰片衍生物可降低冰片的毒副作用，并增强冰片的药效。

一氧化氮（NO）是重要的信使物质和效应分子，参与了体内多种生理和病理过程。有研究表明，NO是一种优良的血管舒张剂。生理状态下，NO能维持器官血流量相对稳定，使血管具有自身调节作用，从而降低平均动脉压，控制全身各种血管床的静息张力，增加局部血流［8］。因此，外源性地给予生理剂量的NO以维持其正常需要量，对于缓解和治疗心脑血管疾病有着极其重要的意义。而NO供体药物是外源性NO的重要来源，所以，在心血管疾病方面具有很好的预防和治疗作用。

本研究设计在冰片母核的基础上对其酯化、亲核取代合成NO供体型冰片衍生物，为治疗心血管类疾病的冰片类药物研发奠定基础。

1　仪器与试剂

Nicolet FT-IR 330红外光谱仪，KBr压片（美国Thermo Electron Nicolet公司）；RE-52A型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（2 800 r/min，巩义市予华仪器有限责任公司）；D40-2F型电动搅拌机（杭州仪表电机有限公司）；SB-3200D超声波清洗仪（宁波新芝生物科技股份有限公司）；DZT-6050型真空干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；导脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪，Bruker AVANCE AV 400/500（德国Bruker公司）；天然冰片（纯度﹥95%，江西林科天然冰片厂）；柱层析硅胶G，青岛海洋化工厂；其他试剂均为分析纯。

2　方法与结果

2.1 NO供体衍生物的合成设计

针对冰片结构中的羟基修饰位点，进行酯化反应，再通过亲核取代引入硝酸酯NO供体片段。具体合成路线见图1。

图1 NO供体冰片衍生物的合成路线

2.2 2-（3-硝氧基丙氧基）-苯甲酸冰片酯的合成

1）水杨酸天然冰片酯（I）的合成。

按照参考文献［9］的制备方法，制得黄色浓稠液体4.47 g，产率为21.0%。

2）2-（3-溴代丙氧基）-苯甲酸冰片酯（II）的合成。

50 mL圆底烧瓶中加入3 g（11.0 mmol）水杨酸天然冰片酯（I）及6.4 g（33.0 mmol）无水K2CO3，20 mL丙酮，在振摇下滴加3.5 mL（33.0 mmol）1，3-二溴丙烷，滴加结束后在常温下避光反应48 h，呈淡黄色。乙酸乙酯洗涤（30 mL×3），有机层加入无水MgSO4干燥，过滤，滤液减压蒸干，柱层析［V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）= 40∶1］洗脱分离得淡黄色油状液体0.6 g，产率为13.9%。

3）2-（3-硝氧基丙氧基）-苯甲酸冰片酯（III）的合成。

50 mL三口烧瓶中加入0.6 g（1.3 mmol）2-（3-溴代丙氧基）-苯甲酸冰片酯（II）溶于25 mL乙腈中，加入硝酸银0.55 g（3.2 mmol），避光搅拌回流30 h。反应液移至250 mL分液漏斗中，用乙酸乙酯洗涤（30 mL×3），有机层加入无水MgSO4干燥。过滤，滤液减压蒸干，柱层析［V（石油醚）：V（乙酸乙酯）= 40∶1］洗脱分离，得淡黄色油状液体，产率为46.0%。IR（KBr，cm-1）：2 952，1 718，1 636，1 491，1 451，1 391，1 273，1 135，1 078，972，861；1HNMR （400 Hz，CDCl）：7.77（1H，d，J =8.0 Hz，C6H4），7.43 （1H，d，J = 8.0 Hz，C6H4），6.98（2H，m，C6H4），4.75（2H，t，J = 12.0 Hz，CH2ONO2），4.14（2H，t，J = 5 Hz，CH2O），4.90（1H，ddd，J = 11.5，5.8，5.7 Hz，H-2），2.27（4H，m，H-3β，CH2），1.91（1H，m，H-6β），1.74（1H，m，H-5β），1.73（1H，m，H-4），1.51（1H，m，H-6α），1.26 （1H，m，H-α），1.24（1H，dd，J = 12.6，3.7 Hz，H-3α），1.07（3H，s，CH3），0.93（3H，s，CH3），0.87（3H，s，CH3）；13CNMR（100 Hz，CDCl3）：12.5，21.1，28.1，29.0，34.7，37.8，39.8，46.0，47.9，49.9，65.3，70.9，82.2，114.2，121.6，132.3，132.6，134.2，159.1，165.9。

2.3 4-硝氧丁酸冰片酯的合成

1）丁二酸冰片酯（IV）的合成。

按照参考文献［10］的制备方法，制得黄色浓粘稠液体状产物6 g，产率为25.0%。

2）冰片丁二酸溴代酯（V）的合成。

称取6 g（0.024 mol）丁二酸冰片酯（IV），9.8 g的碳酸钾和26 mL（0.33 mol）的1，2-二溴乙烷置于50 mL的圆底烧瓶里，并加入40 mL的DMF。室温下避光搅拌反应48 h，薄层监测反应。反应结束后，蒸馏水水洗2次（100 mL，50 mL），有机相中加入无水硫酸镁干燥。过滤，滤液减压蒸干，柱层析［V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）= 40∶1］洗脱分离，得淡黄色油状液体，产率为23.4%。

3）4-硝氧丁酸冰片酯（VI）的合成。

取化合物（V）3.7 g（0.010 mol），硝酸银3.5 g （0.021 mol），再加入乙腈20 mL至50 mL圆底烧瓶中，室温避光搅拌下反应24 h，薄层监控反应终点。反应结束后，过滤，滤液减压浓缩，柱层析［V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）= 250∶1］洗脱分离，得浅黄色粘稠液体，产物0.90 g，产率16.8%。IR （KBr，cm-1）：2 924，1 635，1 384，1 143；1HNMR（500 Hz，CDCl3）：4.8（2H，s，CH2ONO2），4.99（1H，ddd，J = 10.0，5.6，5.5 Hz，H-2），2.34（1H，m，H-3β），1.80（1H，m，H-6β），1.73（1H，m，H-4），1.67（1H，t，J = 9.0，4.5 Hz，H-5β），1.20～1.29（2H，m，H-5α，H-6α），0.96～1.00（1H，dd，J = 13.9，3.4 Hz，H-3α），0.87（3H，s，CH3），0.85（3H，s，CH3），0.80（3H，s，CH3）；13CNMR （125 Hz，CDCl3）：14.2，19.6，20.5，27.8，28.8，37.3，45.6，48.8，49.9，68.4，83.4（CH2ONO2），167.0（C=O）。

2.4 2-硝氧乙酸冰片酯的合成

1）2-溴乙酸冰片酯（VII）的合成。

取1 g（6.5 mmol）天然冰片加入250 mL三颈瓶中，并加入20 mL二氯甲烷作为溶剂，冰浴下逐滴滴加0.6 mL（6.9 mmol）溴乙酰溴，最后滴加6滴N，N-二甲基甲酰胺作为催化剂，逐渐升至室温继续搅拌反应24 h水洗（20 mL×3）后，薄层监控反应终点。反应结束后，加入无水MgSO4干燥。过滤，滤液减压浓缩后将产物进行柱层析［V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）= 40∶1］洗脱分离，得到浅黄色油状液体1.1 g，产率：61.5%。

2）2-硝氧基乙酸冰片酯（VIII）的合成。

取2-溴乙酸冰片酯（VII）1.1 g（4.0 mmol），硝酸银1 g（5.9 mmol）和20 mL乙腈加入50 mL圆底烧瓶中，在室温下避光搅拌反应24 h，薄层监控反应终点。反应结束后，过滤反应液，滤液减压浓缩后，进行柱层析［V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）= 40∶1］洗脱，得到的产物为浅黄色油状液体。产量：0.8 g，产率：77.5 %。IR（KBr，cm-1）：2 924，1 635，1 384，1 143；1HNMR（500 Hz，CDCl3）：4.8（2H，s，CH2ONO2），4.99（1H，ddd，J = 10.0，5.6，5.5 Hz，H-2），2.34（1H，m，H-3β），1.80（1H，m，H-6β），1.73（1H，m，H-4），1.67（1H，t，J = 9.0，4.5 Hz，H-5β），1.20～1.29（2H，m，H-5α，H-6α），0.96～1.00（1H，dd，J= 13.9，3.4 Hz，H-3α），0.87（3H，s，CH3），0.85（3H，s，CH3），0.80（3H，s，CH3）；13CNMR（125 Hz，CDCl3）：14.2，19.6，20.5，27.8，28.8，37.3，45.6，48.8，49.9，68.4，83.4（CH2ONO2），167.0（C=O）。

3　讨论

水杨酸天然冰片酯采用文献［9］方法合成，但产率不高，可能与天然冰片醇羟基所产生的大空阻有一定关系，反应中选择浓硫酸为酯化反应的催化剂，而浓硫酸具脱水性，易导致炭化，故加入浓硫酸必须缓慢且反应体系要充分混匀。

天然冰片与溴乙酰溴进行酯化反应时，受天然冰片仲醇结构中的空间位阻的作用可能会对产物的产率有一定程度的影响。因此，在反应过程中加入N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作为催化剂，使反应温度降低，产品纯度提高。并且DMF能与水混溶，因此，在后续步骤中容易除去。

4　结论

天然冰片是治疗心血管疾病的一味常用佐使药物，药效作用相对较弱。为提高其在心血管疾病中的药效，采用拼合原理指导对其进行化学修饰，不仅可以避免研究过程的盲目性，且在成熟的技术下开展合成，成功率高，有利于改善其临床缺陷。本实验以天然冰片为原料首次合成了三种新型的NO供体硝酸酯类天然冰片衍生物，以期通过冰片及NO结构片段的协同作用，达到研究目的，为进一步的药理研究打下了基础。

参考文献：

［1］曾建国．天然冰片的研究进展［J］．中国药物经济学，2011（2）：82-89.

［2］YANG C，PEI W，ZHAO J，et al. Bornyl caffeate induces apoptosis in human breast cancer MCF-7 cells via the ROS-and JNK-mediated pathways［J］. Acta Pharmacologica Sinica，2014，35（1）: 113-123.

［3］BADILLO L M D，MUÑOZ R E M，GARCIGLIA R S，et al. In vitro antioomycete activity of Artemisia ludoviciana extracts against Phytophthora spp［J］. Boletín Latinoamericanoy del Caribe de Plantas Medicinalesy Aromáticas，2010，9（2）: 136-142.

［4］FISHMAN J B，RUBIN J B，HANDRAHAN J V，et al. Receptor-mediated transcytosis of transferrin across the blood - brain barrier［J］. Journal of neuroscience research，1987，18（2）: 299-304.

［5］滕毅，杨海玲.冰片在药代动力学方面的研究进展［J］.中国临床药理学与治疗学，2015，20（4）：469-475.

［6］卢超贤.心脑血管疾病的药物应用现状分析［J］.中西医结合心血管病电子杂志，2014，2（7）：63-64.

［7］黄卫东，吕武清.冰片的研究进展［J］.中国药业，2008 （4）：64-66.

［8］吴巍，姚欣欣，史宏伟，朱辛奕.NO供体药物的研究进展［J］.吉林医药学院学报，2015，36（1）：42-44.

［9］王涛，周园，薛薇，等.水杨酸天然冰片酯的合成及透皮作用的研究［J］.中国药学杂志，2013，48（10）：823—826.

［10］田水清，吕坤，方桂珍，等.桦木醇丁二酸酯的合成［J］.林产化学与工业，2007，27（S1）：77-80.

［责任编辑：吴卓］

科技与应用

Sythetic Study of NO-Donor Natural Borneol Derivatives

FENG Gaili, ZHAO Zhongheng, LUO Jing, XIAO Minjie, WANG Tao*
（School of Chinese Materia Medica, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou Guangdong 510006, China）

Abstract:Objective: To synthesize NO-donor Natural Borneol Derivatives. Methods: According to prodrug principle, three NO-donor natural borneol derivatives, including 4-nitrooxy bornyl butyrate, 2-nitrooxy bornyl acetate and 2-(3-nitrooxy-propoxyl)-bornyl salicylate, were synthesized by using natural borneol as template via esterification and nucleophilic substitution. And the products were purified by Silica gel column chromatography. Results: The structures of the target products were confirmed by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance method. The results showed that the synthetic methods are simple and high yielding. Conclusions: This study can provide experimental basis for the development of new drugs for treating angiocardiopathy.

Key words:natural borneol; NO donor; synthesis

通信作者：王涛（1970—），女，广东广州人，副教授，E-mail：wangtao@gzutcm.edu.cn。

作者简介：冯改丽（1992—），女，陕西延安人，硕士研究生，研究方向：天然成分的结构修饰及活性评价。

收稿日期：2015-12-18

DOI：10.3969/j.issn.1672-6138.2016.01.001

中图分类号：R914

文献标志码：A

文章编号：1672-6138（2016）01-0001-04