生物碱aaptamine的全合成研究

陈建新，王瑾瑾，李银辉，卢爱党

（河北工业大学 海洋科学与工程学院，天津 300130）

生物碱aaptamine的全合成研究

陈建新，王瑾瑾，李银辉，卢爱党

（河北工业大学 海洋科学与工程学院，天津 300130）

生物碱 aaptam ines具有广泛的生物活性，有着重要的医药研究价值．以高藜芦胺为起始原料，经酰化、Bischler-Napieralski反应、氧化、硝化得到6,7-二甲氧基-8-硝基异喹啉-1-甲醛 (9)．化合物9经Henry反应，用叔丁醇钾作碱催化与硝基甲烷反应得到1-(6,7-二甲氧基-8-硝基异喹啉)-2-硝基乙醇(10)，化合物10再在DMAP催化、乙酸酐作用下脱水成 (E)-6,7-二甲氧基-8-硝基-1-(2-硝基乙烯基)异喹啉 (11)，最后铁粉还原关环成功合成了aaptam ine，总收率为28%．aaptamine盐酸盐结构经1HNMR、13CNMR和HRMS表征确认，其他中间体结构均经1H NMR、13CNMR表征确认．

生物碱；aaptam ine；全合成；Henry反应；催化脱水

0 引言

海洋是人类物质资源的天然宝库，已知海洋生物的物种总数占地球生物的80%以上[1]，从海洋天然产物中寻找新型活性药物先导已成为当今研究的热点．Aaptam ine(1)及其天然同系物统称为aaptam ines，是具有苯并[de][1,6]萘啶骨架的海洋生物碱．自1981年，Nakamura等人首次从日本冲绳县海域的海洋海绵生物中提取出aaptam ine(1)[2]，其它结构的aaptam ines如：isoaapatam ine(2)、9-demethyl-aaptam ine(3)[3]及其二聚体[4]等同系物也相继被报道．近几十年来，世界各国对aaptam ines及其衍生物的应用展开了广泛的研究，逐渐发现该类生物碱除了清除自由基和抗氧化性外，还具有更广泛的药理作用，如抗癌、抗菌消炎、抗HIV病毒、抗寄生虫、抗抑郁、防污功能等作用[3,5]，此外还有蛋白酶抑制活性[6]．

Joule等人[7-8]在Tollari报道的合成路线[9]基础上进一步改进，从原料6,7-二甲氧基-1-甲基异喹啉出发，经浓硝酸硝化（41%）、二氧化硒氧化（54%）后生成6,7-二甲氧基-8-硝基异喹啉-1-甲醛，再与硝基甲烷在三氧化铝的作用下发生Henry反应生成硝基醇化合物（84%），然后在三氯化铝作用下连续脱水-分水得到硝基烯烃化合物（36%），最后用铁粉处理得到生物碱aaptam ine盐酸盐（89%）．该路线共5步，总收率约为6%．

在前期工作的基础上[10-11]，积累了大量制备硝基烯烃的经验，针对Joule合成路线中存在的缺陷进行改进，以高藜芦胺为原料制备天然产物生物碱 aaptam ine．通过硝化反应的调整、关键中间体实验方法的改进及条件探索，反应方程式如图2所示，探索出一条操作简便、收率较高的合成路线．从高藜芦胺出发，共需8步反应，总收率为28%；从6,7-二甲氧基-1-甲基异喹啉出发，共需5步反应，总收率为34%．

图1 Aaptamine及其同系物的化学结构Fig.1 Chemicalstructuresof aaptamine(1)and some congeners

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：高藜芦胺（97%，南京多点化工），10%钯碳（南京多点化工），乙酸酐、三乙胺、DMAP、叔丁醇钾等均为分析纯（天津市河东区广达试剂）．

仪器：Avance IIIplus 400MHz核磁共振仪，瑞士Bruker公司（TMS作内标）；7.0 T傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（美国IonSpec）；X-4数字显微熔点仪，河南巩义予华仪器有限公司；CJB-S磁力搅拌器，河南巩义予华仪器有限公司．

1.2 实验方案

天然产物生物碱aaptam ine全合成路线如图2所示．

图2 Aaptamine的全合成路线Fig.2 TotalSynthesisof Aaptamine

1.3 实验方法

1.3.1 N-3,4-二甲氧基苯乙基乙酰胺 (5)的合成[12]

N2保护下，将乙酸酐（10.2 g，0.1mol）溶于二氯甲烷（200m L）中，然后滴加高藜芦胺 (4)（18.1 g，0.1mol）．室温搅拌24 h后，依次加入1M HCl（100m L×2）、饱和NaHCO3（100m L）溶液和饱和氯化钠溶液（100m L）洗涤．有机相用无水硫酸镁干燥，过滤后真空脱溶得白色固体，乙醚重结晶提纯．收率95%；熔点：93～95℃（lit.[12]100～102℃）；1HNMR（CDCl3，400MHz）： 1.94（s，3H），2.75（t，J=7.2Hz，2H），3.48（dd，J=6.8Hz and 12.8Hz，2H），3.85（s，3H），3.86（s，3H），5.59（brs，1H），6.71（s，1H），6.73（d，J=2.0Hz，1H），6.80（d，J=8.0Hz，1H）；13CNMR（CDCl3，100MHz）：170.0，149.0，147.6，131.3，120.6，111.8，111.3，55.8，40.7，35.1，23.3．

1.3.2 6,7-二甲氧基-1-甲基-3,4-二氢异喹啉 (6)的合成[12]

N2保护下，将化合物5（11.6 g，50mmol）与POCl3（6.9m L，75mmol）溶解在100m L甲苯中，加热回流6h．冷却室温后过滤，然后将滤饼加入到盛有二氯甲烷（100m L）的圆底烧瓶中，用饱和K2CO3（100mL）调节pH=9～10，同时溶液由浑浊变澄清．混合液分液后，水相用二氯甲烷（50m L×3）萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，然后用无水硫酸钠干燥，过滤后真空脱溶，得棕色固体，柱层析（硅胶：100～200m，洗脱液为乙酸乙酯）提纯得浅棕色固体产物．收率：91%；熔点：97～99℃（lit.[12]124～126℃）；1HNMR （CDCl3，400MHz）： 2.36（s，3H），2.63（t，J=10.4Hz，2H），3.62（t，J=9.6Hz，2H），3.90（s，3 H），3.91（s，3 H），6.68（s，1 H），6.98（s，1H）；13C NMR（CDCl3，100MHz）：163.7，150.7，147.3，131.0，122.3，111.1，108.9，56.1，55.8，46.8，25.6，23.3．

1.3.3 6,7-二甲氧基-1-甲基异喹啉 (7)的合成[13]

将化合物6（12.2 g，59.3mmol）溶解在对异丙基甲苯（120m L）中，加入Pd/C（10%，1.0 g），反应体系在176℃温度下反应30 h．体系冷却室温后过滤除去钯碳，滤液真空脱溶后柱层析提纯（硅胶：100～200m，洗脱液为乙酸乙酯：甲醇=10：1），得棕色固体产物7．收率：95%；熔点：88～93℃（lit.[14]104 ～105℃）；1HNMR（CDCl3，400MHz）： 2.85（s，3H），3.98（s，3H），4.00（s，3H），7.00（s，1H），7.21（s，1H），7.34（d，J=7.6Hz，1H），8.24（d，J=7.6Hz，1H）；13CNMR（CDCl3，100MHz）：155.4，152.1，149.4，140.3，132.2，122.7，117.9，104.8，103.3，55.6，55.5，22.0．

1.3.4 6,7-二甲氧基异喹啉-1-甲醛 (8)的合成[8]

N2保护下，将SeO2（1.66 g，15mmol）溶解在1,4-二氧六环中（30m L），加热至95℃时滴加化合物7 （2.0 g，10 mmol）的1,4-二氧六环（60 m L）溶液．滴加完毕后，反应体系继续反应6 h．将体系冷却至室温，然后过滤，滤液真空脱溶．残留物柱层析提纯（硅胶：100～200m，洗脱液为石油醚：二氯甲烷：乙酸乙酯=1∶1∶1），提纯后提到淡粉色固体产物8．收率为76%；熔点：169～171℃（lit.[8]174～176℃）；1HNMR（CDCl3，400MHz）： 4.06（s，3H），4.10（s，3H），7.14（s，1H），7.74（d，J=5.6Hz，1H），8.63（d，J=5.2Hz，1H），8.75（s，1H），10.37（s，1H）；13CNMR（CDCl3，100MHz）：196.5，153.2，152.9，147.3，141.6，134.4，124.0，123.2，104.6，103.5，56.3，56.1．

1.3.5 6,7-二甲氧基-8-硝基异喹啉-1-甲醛 (9)的合成

0℃条件下，将化合物8（0.63g，2.89mmol）溶解在浓硫酸（5m L）中，缓慢滴加2M硝酸-硫酸溶液（1.45m L，1.0 equiv.）．反应3 h后，缓慢滴加至冰水中，混合液用，NaOH（25%）溶液调节至pH=9．用二氯甲烷（60m L×3）萃取水相，合并有机相并用无水MgSO4干燥，过滤后真空脱溶得粗品，柱层析（硅胶：100～200 m，洗脱液石油醚∶二氯甲烷∶乙酸乙酯=1∶2∶2）提纯得到黄色固体9．收率为60%；熔点：194～196℃（lit.[8]203～205℃）；1HNMR（CDCl3，400MHz）： 4.09（s，3H），4.10（s，3H），7.30 （s，1H），7.75（d，J=5.6 Hz，1 H），8.65（d，J=5.2 Hz，1 H），10.12（s，1 H）；13C NMR（CDCl3，100MHz）：191.3，155.8，150.0，145.7，142.6，140.7，135.0，123.0，112.9，108.5，63.0，56.6．

1.3.6 1-（6,7-二甲氧基-8-硝基异喹啉）-2-硝基乙醇 (10)的合成

将化合物9（1.31g，5mmol）、CH3NO2（0.61 g，10mmol）溶解在tBuOH（5m L）和1,4-二氧六环（5mL）的混合溶剂中，0℃温度下，加入tBuOK（0.03mg，0.06equiv.）．TLC检测，原料消失后加入H2O（25m L）和二氯甲烷（50 m L）．混合体系分液后，水相用二氯甲烷（50 m L）萃取．合并有机相，用无水MgSO4干燥，过滤后真空脱溶，得到淡粉色固体硝基醇化合物10，用乙醚洗涤后得纯品．收率为92%；熔点：154～156℃（lit.[8]158～160℃）；1H NMR（CDCl3，400MHz）： 4.04（s，3H），4.10（s，3H），4.51（dd，J =8.8 and 11.2Hz，1 H），4.73（d，J=12.8Hz，1H），5.05（br s.1H），5.64（d，J=6.4Hz，1H），7.30 （s，1H），7.64（d，J=4.0Hz，1H），8.49（d，J=4.8Hz，1H）；13CNMR（DMSO-d6，100MHz）：154.7，153.6，143.9，141.8，141.0，135.6，121.2，113.0，110.8，79.8，69.1，63.1，57.4．

1.3.7 (E)-6,7-二甲氧基-8-硝基-1-（2-硝基乙烯基）异喹啉 (11)的合成

4.06（s，3 H），4.10（s，3 H），7.67（d，J=5.6 Hz，1 H），7.93（d，J=12.8 Hz，1 H），8.13（d，J= 12.8Hz，1H），8.56（d，J=5.2Hz，1H）；13CNMR（DMSO-d6，100MHz）：159.0，148.1，147.8，147.8，147.6，143.7，139.2，137.5，126.8，118.2，114.5，67.2，61.6．

1.3.8 Aaptamine盐酸盐的合成

N2保护下，将化合物11（30 mg，0.1 mmol）溶解在乙酸（2.5 m L）和乙醇（2.5 m L）的混合溶液中，一次性加入铁粉（140mg）．反应液室温搅拌2 h后加热至80～90℃，继续反应0.75 h．反应体系冷却至室温，快速抽滤，向滤液中加入浓盐酸（0.5m L），室温搅拌30m in后真空脱溶，残留物柱层析快速提纯（酸性氧化铝：200～300m，洗脱液二氯甲烷∶甲醇=10∶1）得棕色固体Aaptam ine盐酸盐，再用三氯甲烷和丙酮重结晶得纯品．收率为82%；熔点：110～112℃（lit.[8]108～112℃）；1HNMR（DMSO-d6，400MHz）：3.82（s，3 H），3.99（s，3 H），6.51（d，J=6.8Hz，1H），6.85（d，J=6.8Hz，1H），7.13（s，1H），7.41（d，J=6.8Hz，1H），7.86（t，J=6.0Hz，1H），12.31（s，1H），13.24（s，1H）；13CNMR（DMSO-d6，100MHz）：157.4，150.2，142.4，134.2，133.1，131.9，130.2，116.8，113.1，101.4，98.5，60.9，57.0；HRMS（ESI）calcd for C13H13ClN2O2（M+Na-HCl）+251.079 1，found 251.079 2．

2 结果与讨论

2.1 化合物9的合成条件探索

按照文献 [8]报道，化合物7用二氧化硒氧化能顺利得到相应的醛8；但如果以原料1-甲基-6,7-二甲氧基-8-硝基异喹啉进行氧化，反应将进行的异常困难，不仅使用的溶剂（1,4-二氧六环）要绝对的无水，反应时间也大大延长，而且伴随有副产物6-甲氧基-7-羟基-8-硝基异喹啉-1-甲酸的生成．为了避免以上情况的发生，在合成过程中首先将化合物7进行氧化以76%的收率得到相应的醛8，然后将化合物8溶解在浓硫酸中，0℃条件下滴加2M HNO3的浓硫酸溶液，以60%的收率得到相应的硝基化合物．

2.2 关键中间体硝基醇化合物10的合成条件探索

在前期工作基础上，发现叔丁醇钾催化作用下，化合物9与硝基甲烷能顺利发生Henry反应生成相应的硝基醇化合物10．将碱及其用量、温度、溶剂等因素对反应转化率的影响进行对比实验，反应进行12 h后处理，结果见表1．

表1 不同因素对硝基醇10制备的影响Tab.1 The exploration of rection conditions for the synthesisof alcohol101

表1实验结果表明：为了降低硝基醇化合物的脱水现象，首先在0℃下进行实验，溶剂采用叔丁醇和四氢呋喃（体积比为1∶1），化合物10的收率只有50%（序号1），反应过程中检测存在有大量原料．将体系的温度升至室温25℃下进行，收率大幅度提高至82%（序号2），反应过程中仍然发现因溶解问题，部分原料未能参加反应．根据实验结果对反应中使用的溶剂进行调整，采用叔丁醇和1,4-二氧六环（体积比为1：1），反应物加入后搅拌半小时左右既能全部溶解，收率提高至92%（序号3）．使用甲醇钠催化剂或者降低叔丁醇钾用量时，反应收率大幅下降，原料反应不充分（序号4和序号5）；但若提高叔丁醇钾的用量，柱层析分离过程中得到15%的脱水产物．

2.3 硝基烯烃11的合成条件探索

根据文献报道，硝基醇脱水的过程比较困难，分子中如果有邻近的氮原子、氧原子很容易发生脱水-重排[8,15-16]（见图3），导致副产物1-甲基-6,7-二甲氧基-8-硝基异喹啉生成．为了克服副产物的生成，采用碱催化作用下与乙酸酐首先发生酯化反应，进而脱除一分子乙酸得到相应的硝基烯烃11．

图3 化合物9催化脱水过程Fig.3 The catalytic dehydrogenation processof alcohol9

为了考察碱的种类及用量、反应温度等因素对化合物11收率的影响，以硝基醇化合物10、乙酸酐为原料，对以上因素进行筛选．

表2 化合物11合成条件的探索Tab.2 The exploration of rection conditions for the synthesisof nitroolefin 111

从表2结果可知，当使用碱为三乙胺（6%equiv.）时，化合物11的收率只有65%，有大量原料未完全反应；使用DMAP（6%equiv.）为催化剂时，室温条件下，反应15m in原料就能完全反应，几乎以定量的收率得到化合物11；增加DMAP用量为12%equiv.反应时间缩短；降低反应温度为0℃时，反应时间大大延长．无论是温度和DMAP用量改变，主要影响到反应的时间，对化合物11的收率并未有明显影响．但是如果反应中不添加乙酸酐（序号5），反应不能进行．

3 结论

以高藜芦胺为原料，对天然产物生物碱aaptam ine的全合成进行了优化，特别是对重要中间体10和11合成进行了优化．从碱的种类及其用量、反应温度、反应溶剂等方面优化后以92%的收率得到化合物10．DMAP催化作用下，硝基醇化合物与乙酸酐反应后以几乎定量收率得到硝基烯烃化合物11．经优化后，发展了一条合成生物碱aaptam ine的路线，从高藜芦胺出发，共需8步反应，总收率为28%．

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[责任编辑 田 丰 夏红梅]

Totalsynthesisof aaptam ine

CHEN Jianxin，WANG Jinjin，LIYinhui，LU Aidang

(SchoolofMarine Scienceand Engineering,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300130,China)

Aaptam inesalkaloidsw ith diversebiologicalpropertieshave importantpotential in drug development.6,7-Dimethoxy-8-nitroisoquinoline-1-carbaldehyde(9)wasobtained from homoveratrylam ineby acylation,Bischler-Napieralski reaction,oxidation and nitration.Compound 9wascondensedw ith nitromethaneusing tBuOK asbaseviaHenry reaction togive1-(6,7-dimethoxy-8-nitroisoquinolin-1-yl)-2-nitroethanol(10),and then dehydration in thepresentofAc2O using DMAPascatalyst.Iron-acetic acid treatmentof(E)-6,7-dimethoxy-8-nitro-1-(2-nitrovinyl)isoquinoline(11)produced aaptam ine.The totalyieldwas28%.Theaaptam inewasconfirmed by1HNMR,13CNMR and HRMS,and theother intermediateswere confirmed by1H NMR,13CNMR.

A lkaloids;aaptam ine;Totalsynthesis;Henry reaction;Catalytic dehydration

O621.3

A

1007-2373(2016)02-0044-06

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.02.008

2015-03-24

国家自然科学基金（21302038，21476059）；河北省自然科学基金（B2013202237）

陈建新（1969-），男（汉族），教授，博士，博士生导师．通讯作者：卢爱党（1982-），女（汉族），讲师，博士．

数字出版日期：2016-04-26 数字出版网址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1208.T.20160426.0939.004.htm l