（有机化学专业论文）新型膦异香豆素的合成研究.pdf

中山大学硕士学位论文 新型膦异香豆素的合成研究 专业：有机化学 硕士生：杨勋 指导老师：汪波副教授 摘要 膦异香豆素是一类新型的有机磷化合物，具有潜在的生物活性。本论文在前人工 作的基础上，对膦异香豆素进行了进一步的衍生化，成功地探索出将膦异香豆素结构中 与磷相连的环外烷氧基转变成羟基的方法，合成了一系列新的膦异香豆素化合物。全论 文共分为三章。 第一章，综述了异香豆素的生物活性和合成方法，以及医药有机磷化学的发展和 现状，并介绍了本论文的研究背景膦异香豆素的合成及生物活性的初步研究。 第二章，讨论了膦异香豆素和4 卤膦异香豆素的合成方法，合成了3 位有环丙基 的膦异香豆素和4 一碘膦异香豆素：通过三甲基溴硅烷将膦异香豆素的p - o e t 水解为 p o h ，合成了一系列该类化合物；最后总结了对膦异香豆素进行结构改造的一些不成 功尝试。 第三章，主要介绍了实验所用的仪器、药品和化合物的合成方法，以及合成化合 物的谱学数据。 关键词：膦异香豆素，合成，三甲基溴硅烷，水解反应 中山大学硕士学位论文 t h es t u d yo nt h es y n t h e s i so fs o m e n e w p h o s p h a i s o c o u m a r i n s m a j o r ：o r g a n i cc h e m i s t r y n a m e ：x u n y a n g s u p e r v i s o r ：b ow a n g ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) a b s t r a c t p h o s p h a i s o e o u m a r i n sa r ean e wk i n do fp h o s p h o n ew i t hp o t e n t i a lb i o a c t i v i t i e s t h i s d i s s e r t a t i o nf o c u s e do nt h es y n t h e s i so fn e wp h o s p h a i s o c o m n a r i n sb yd e r i v i n gf r o mk n o w n p h o s p h a i s o c o u m a r i n s a n d e x p l o r i n g t h em e t h o do f h y d r o l y z i n g p - o e to f p h o s p h a i s o c o u m a r i n st op - o h t h ed i s s e r t a t i o nc o n t a i n st h r e ec h a p t e r s i nc h a p t e ro n e ，t h eb i o a c t i v i t i e sa n dm e t h o d so ft h es y n t h e s i so fi s o c o u m a r i n sw e r e s u m m a r i z e d ，t h ep r o g r e s so fo r g a n o p h o s p h o m sc h e m i s t r yi nm e d i c i n ew a sr e v i e w e d ，a n dt h e b a c k g r o u n do f t h i sd i s s e r t a t i o nw a si n t r o d u c e d i nc h a p t e rt w o ，t h es y n t h e s i so fp h o s p h a i s o c o u m a r i n sa n d4 - h a l o p h o s p h a i s o c o u m a r i n s w a sf i r s t l yd i s c u s s e d ，a n ds o m eo ft h e me s p e c i a l l yw i t h3 - c y c l o p r o p y ls u b s t i t u t e dw e r e s y n t h e s i z e d t h e nam e t h o do fc h a n g i n gp o e to fp h o s p h a i s o c o u m a d r i n s t op o hb y h y d r o l y z a t i o n w i t h t r i m e t h y l s i l y l b r o m i d ew a s d e v e l o p e d a n das e r i e so f p h o s p h a i s o c o u m a r i n sw i t hp - o hw e r es y n t t i e s i z e d i nt h ee n d ，s o m eu n s u c c e s s f u la t t e m p t s w e r es u m m a r i z e db r i e f l y i nc h a p t e rt h r e e ，t h ei n s t r u m e n t sa n dr e a g e n t su s e di nt h ee x p e r i m e n t s ，t h em e t h o d so f t 1 中山大学硕士学位论文 t h ee x p e r i m e n t s ，a n dt h ed a t ao ft h ec o m p o u n d sw e r ei n t r o d u c e d k e yw o r d s ：p h o s p h a i s o c o u m a r i n s ，s y n t h e s i s ，t r i m e t h y l s i l y lb r o m i d e ，h y d r o l y z a t i o n i i i 中山大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 异香豆素的生物活性和合成概述 1 1 1 异香豆素的生物活性 异香豆素( i s o c o u m a r i n s ) 是指具有苯并吡喃酮骨架结构的一类化合物，最初是从 植物和微生物的代谢物中分离出来的，因其与香豆素的骨架结构和天然来源非常相似而 得名( 图l - 1 ) 。 54 ：q 太 异香豆素香豆素 幽l 一1 异香豆素具有广谱的生物活性，许多具有重要生物活性的天然产物和有机合成小分 子都含有异香豆素骨架结构。其生物活性主要包括作为蛋白酶抑制剂、抗菌、抗肿瘤、 抗高血压、抗关节炎等。 ( 1 ) 蛋白酶抑制剂 据大量文献报道 1 i ，异香豆素是一类有效的丝氨酸蛋白酶的自杀性抑制剂，其抑制 作用发生在丝氨酸残基的活性中心打开内酯环生成酰基酶，该酰基酶可以继续与亲核试 剂( 如溶剂或h i s 5 7 ) 发生反应，生成稳定的烷基化酶，从而使酶发生不可逆失活。d c i ( 化合物1 ) 是最普通的一种丝氨酸蛋白酶抑制剂2 1 ，它几乎可以抑制所有的丝氨酸蛋 白酶。化合物2 和3 在体外表现出抑制凝血酶活性，化合物3 在兔子模型体内也表现出 抑制凝血酶活性【3 】o 化合物4 对凝血酶、凝血因子x a 、a 、a 和a 具有抑制作用州。 化合物5 能抑制人嗜中性弹性蛋白酶h n e ( h u m a nl e u k o c y t e ( n e u t r o p h i l ) e l a s t a s e ) f 5 1 ( 图1 2 ) 。 除了抑制丝氨酸蛋白酶以外，异香豆素还能抑制一些具有代表性的蛋白酶，如半胱 氨酸蛋白酶( c y s t e i n ep r o t e a s e ：c a s p a s e - 3 ) 、天冬氨酸蛋白酶( a s p a r t y lp r o t e a s e ： h i v - p r o t e a s e ) 、2 0 s 蛋白酶体( 2 0 sp r o t e a s o m e ) 和淀粉状蛋白多肽y 一胰泌素酶中间产 物( a m y l o i dp e p t i d ey s e c r e t a s e m e d i a t e dp r o d u c t i o n ) 等 6 i 。 中山大学硕士学位论文 4 付+ h ： c h 2 ) s c n h 2 图1 2 3 c h 2 ) s g n h 2 n * h z 5 ( 2 ) 抗菌活性 据报道，3 一取代异香豆素和二氢异香豆素具有十分有效的抗菌作用，包括抗真菌 和抗细菌活性。 1 9 8 1 年，n o z a w o 等7 1 合成了一系列3 取代的异香豆素，其中大部分化合物( 图 1 3 ) 如化合物6 、7 在体内测试中表现出对f u s a r i u ms p l e n d e n s 和g i b e r e l l az e a e 等真菌 有抑制作用。同时，他们发现，3 ，4 - 二氢异香豆素比相应的异香豆素活性更好，而在异 香豆素8 一位上的o h 可以提高其抗菌活性。 月o 州3 o 卧哪o h 1 叩o 吒 1 6 h 2 3 7 r 2 r i a ) r ：b r ，r 1 - r 2 ：h b ) r 1 = b r r = r 2 = h c ) r 2 = b r r = r i = h 8 9 a ) r = b r , r 1 - r 2 = h b ) r 1 = b r r = r 2 = h c ) r 2 = b r ，r = r 1 _ h 1 0 l l l z 图1 3 1 9 9 8 年，r a m a 等嘲发现，3 烷基异香豆素和二氢异香豆素可以有效地抑制病原性 的革兰阳性菌和革兰阴性菌。化合物8 对于两种革兰阴性菌：s t a p h yl o c o c c u sa u r e u s 和 c o r y n e b a c t e r i u md e p t h e r i a e 表现出的抑制活性可以与标准的抗生素a m p i e i l l i n 和 a m o x i c i l l i n 相媲美。而化合物9 、1 0 对三种革兰阳性菌：s a u r e u s ， c d i p h t h e r i a 和 b a c i l l u s ，以及两种革兰阴性菌：e s c h e r i c h i ac o l i 和s a l m o n e l l at y p h i 具有抑制活性，这也 雌。 吁 中山大学硕士学位论文 反应出3 ，4 一二氢异香豆素比相应的异香豆素抗菌活性更好。 此外，2 0 0 1 年h u s s a i n 等【9 】还报道了3 - 溴苯基异香豆素1 1 及其相应的3 , 4 一二氢异 香豆素1 2 对大部分的革兰阳性和革兰阴性菌具有抑制作用，对动、植物及人体的 p a t h o g e n s 也有抑制作用。 ( 3 ) 抗肿瘤活性 目前，治疗癌症的一个新领域就是抑制血管生成，这种治疗方法就是通过抑制血管 再生，阻断癌细胞的营养素，从而达到抑制癌细胞生长的目的。 1 9 9 0 年，从s t r e p t o v e r t i c i l l i t m ae u r o c i d i u mm 1 4 3 3 7 f 1 1 中分离出来的异香豆素 c y t o g e n i n ( 化合物1 3 ，见图1 - 4 ) 对e h r l i c hc a r c i n o m a 表现出潜在的抗肿瘤活性，且在 老鼠体内、体外测试中都表现出低的细胞毒性【1 。研究还发现，c y t o g e n i n 的抗肿瘤活 性是通过活化和调节巨噬细胞( m a c r o p h a g e s ) t - 细胞来实现的。 图1 4 1 4 ( n m 一3 、 1 9 9 9 年，n a k a s h i m a 等【l l 】报道了一种新合成的异香豆素n m 3 ( 化合物1 4 ) 具有抑 制血管生成的活性，同时也表现出口服的抗血管生成活性，且细胞毒性小。 2 0 0 0 年，据报道1 1 2 j ，n m 一3 作为一种调节剂应用于放射疗法中，可以有效地增强对 内皮细胞( e n d o t h e l i a lc e l l s ) h u v e c 转移的抑制作用，显著减小癌细胞的体积，相比 单独使用放射疗法，不仅疗效显著增强了，且没有附加的毒性。 2 0 0 1 年，n a o k i 等 1 3 1 也报道了n m 3 不仅表现出抗肿瘤活性，而且可以通过化学药 力相乘作用，增强地塞米松( 肾上腺皮质激素类药) 诱导细胞凋亡的能力。 ( 4 ) 其它活性 异香豆素除了上述的活性外，还具有抗高血压、抗关节炎1 4 、抗变态反应、免疫调 节、细胞毒性【1 6 】和区别诱导白血病细胞1 7 1 等多种生物活性。 v 中山大学硕士学位论文 1 1 2 异香豆素的合成 异香豆素具有广谱的生物活性，同时也是合成杂环和碳环化合物十分有用的中间 体，因此异香豆素的合成一直以来都是研究热点，倍受关注。对于异香豆素的合成，近 年来研究者们已经作出了很多努力，有利用传统的方法合成这些杂环化合物6 ，1 8 1 ，也有 利用过渡金属催化，尤其是利用钯催化合成的方法阻2 。 ( 1 ) 传统合成方法叫 1 9 8 8 年，h a u s e r 等1 8 司报道了传统的合成异香豆素的方法( 图1 - 5 ) 。 n a h c h 3 c h o - 图1 5 2 0 0 3 年，b i h e l 等6 峙艮道了利用邻一乙酸基苯甲酸合成异香豆素的方法( 图1 - 6 ) 。 墨。了f u m i n g n i t r i c a c i d 叫- t c o o h 。甓掣0 2 “矿一f c o 湖o h p c i s , t o l u 望e 0 2 n r e f l u x ，1 5 h 图1 6 o r l r 1 = c h 女c h 2 c h 2 b r 。 ( 2 ) 利用过渡金属催化分步合成的方法 1 9 8 4 年，l a r o c k 等19 】通过对苯甲酸进行邻位铊金属化，然后在钯催化作用下与烯 烃化合物发生偶联反应，再进一步发生环合作用，得到异香豆素( 图1 7 ) 。 9 洲岽竺c o 叩o h c o o h眠，：罟pdcl2(ligi)ch2c12 c f t。一 ， 图1 7 c ( c h 3 ) 3 此后，s a l ( a m o t o 等通过钯催化2 - 卤代苯甲酸酯与炔烃口0 1 ，烯 磐”，烯基锡化合物口2 1 的偶联反应，然后再进行环化反应的方法，得到了一系列3 - 取代异香豆素( 图1 - 8 ) 。 4 毋。 骂 强 中山大学硕士学位论文 6 n h c i 双溉。熹嘛。h o e tt 育t s o h 婶湖日叹溉。热嘛育婶征 文二早- - - c r 。1 h 舳g s 0 4 _ i = o r 2 0 0 3 年，y a o 等 2 3 也报道了两步合成异香豆素的方法( 图1 - 9 ) 。 o r l 垦笙! ! - c a t p d i c u 图1 9 r 1 = m e ： r 2 = n - c 6 h 1 3 ，p h ， e = 1 2 ，i c i ， ( 3 ) 利用过渡金属催化一步合成的方法 3 , 4 一二取代异香豆素的合成 1 9 8 9 年，h e c k 报道了利用钯催化邻碘苯甲酸酯和苯乙炔的反应直接合成3 。4 一二 苯基异香豆素t 2 4 1 的方法( 图1 - 1 0 ) 。 p d ( o a c ) 2 。p ( o i t d ) 3 + p h p h 坠! ! 坐马暨 d m f i o o p h 图1 1 0 1 9 9 9 年，l a r o c k 等2 5 峙艮道了通过钯催化邻一卤苯甲酸酯与非末端炔烃的反应，直接 合成3 , 4 一二取代异香豆素的方法( 图1 1 1 ) 。 + r 1 i 一r 2p d ( o a c ) 2 , n a 2 c 0 3 , l i c v l d m fo rm e c n ，1 0 0 c 图1 1 l r r i 。r 2 = c h 3 ，p h r 2c ( c h 3 ) 3 一 茈桀 叶 一 g 雌。 一次 。哎 雌 洲 硭 雄 弧 。时 中山大学硕士学位论文 3 取代异香豆素的合成 1 9 9 5 年，l i a o 等口6 】通过钯一氯化锌催化邻一碘苯甲酸和末端炔烃的反应，一步得到 了一系列3 - 取代异香豆素( 图1 - 1 2 ) 。 + h c ；c r! ! ! ! ! ! ! ， e t 3 n ，z n c l 2 图1 1 2 r r = n c 4 h 9 ，c h 2 0 c h 3 2 0 0 5 年，s u b r a m a n i a n 等刚通过p d c c u i 体系催化邻一碘苯甲酸与末端炔烃的反应 得到3 - 取代异香豆素( 图1 1 3 ) 。 q 删 + 三三_ _ r p d c p p h c u l 3 - e t 3 n ，e t o h 图1 1 3 r r = a ma 叭i x = h ，o c h 3 ，n 0 2 1 9 9 8 年，w a n g 等圆利用钯催化2 - ( 2 ，2 一二溴乙烯基) 苯甲酸酯与有机锡的反应 合成了一系列3 一取代异香豆素( 图1 - 1 4 ) 。 一g 轰b r 拳 图1 1 4 r 1 r 1 = p h ，v i n y l ， r 2 = m e b u 对于4 一卤代异香豆素的合成，往往用卤环化方法例。 1 9 8 4 年，o l i v e r 等口9 “峙艮道了用邻苯乙炔基苯甲酸酯的溴环化反应合成4 - 溴异香豆 素的方法( 图1 - 1 5 ) o ! ! ! !- h o a c 图i 1 5 1 9 8 8 年，n a g a r 面a n 等口9 0 j 报道了邻炔基苯甲酸的卤环化反应，合成了一系列4 - 卤 异香豆素( 图1 - 1 6 ) 。 曲 洲 。哎 邓 * 邓 r 中山大学硕士学位论文 n h a l o s u c c i n i m i d e 1 磊面j i 寸 c h 2 c 1 2o rc h c l 3 x 图1 1 6 近几年来，r o s s i 小组对碘环化反应合成3 , 4 一二取代异香豆素进行了比较深入的研 究 2 9 9 - j 】( 图1 - 1 7 ) ，得到的4 一碘异香豆素既可以发生p d ( i i ) 催化的脱碘还原反应【30 1 ， 也可以发生s t i l l e 类型3 1 的偶联反应( 图1 - 1 7 ) 。 刚一 r 1 r 1 图1 1 7 l o r o c k 小组【2 9 k , 1 】对r o s s i 小组发展的上述反应进行了补充和拓展( 图1 1 8 ) ，研究 表明，得到的4 碘异香豆素可以发生钯催化的s o n o g a s h i r a 反应、h e c k 反应和s u z u k i 反应( 图1 1 9 ) 。 h z c ：c h c 0 2 e t i 丽面矿 n a h c 0 3 ，d m f 8 s o c ，6 0 i c i 卜 c h 2 c 1 2 图1 1 8 9 “ 三坠， p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 c u l ，e t 3 n ， p h 。 婶。 雌。 中山大学硕士学位论文 邻炔基苯甲酸( 酯) 的卤环化反应一般只得到六元环的4 一卤异香豆素，4 位上的卤 原子可进一步转化为其它官能团，为合成4 位上含其它取代基的异香豆素提供了一条 有效途径。 1 2 医药有机磷化学的发展和现状 1 2 1 有机磷化合物的生物学意义 磷属第五主族元素，是化学和生物学中最为重要的“软件元素”之一，1 6 6 9 年由 德国b r a n d 通过蒸馏尿液获得。1 8 1 1 年，v a u g u e 从脑脂中分离得到第一个有机磷化合 物卵磷脂，1 8 6 8 年m i e s h e r 从绷带血中分离出另一个天然有机磷化合物“核 酸”( d n a ) ，1 9 2 9 年f i s k e 又发现了a t p 。通过进一步的研究表明，有机磷化合物还 是所有细胞不可缺少的要素，参与了许多至关重要的生化反应，关联着生命的全过程。 如a t p 几乎参与所有生化反应中的能量转移过程；d n a 分子中含有约9 的磷，以磷 酸二酯的结构存在，是生物遗传的主要物质基础。 1 2 2 有机磷农药的发展 二战前，非天然有机磷化合物几乎没有实际应用方面的报道。二战期间，有机磷化 合物被作为神经毒剂用于战争，其影响一直延续到今天。随后通过对高毒性的有机磷化 合物进行一定的结构改造，可以大大降低它们对哺乳动物的毒性，而对昆虫仍保持很高 的毒性，于是有机磷杀虫剂便应运而生了。 1 9 4 4 年，s c h r a d e r 合成的代号为e 6 0 5 的化合物，以其广谱、高效的杀虫活性，引 起注目，许多公司争相投产。自此，对这类杀虫剂的研究迅速展开，开发出许多具有优 良杀虫活性的有机磷农药，如敌敌畏等( 图1 - 2 0 ) 。经过5 0 多年的发展，有机磷化合 物现在不仅可用作杀虫剂，而且可用作除草剂、杀菌剂、植物生长调节剂、杀线虫剂、 昆虫化学不育剂、以及农药增效剂等。 叫口七m e e 6 0 5 图1 2 0 8 曰 ( m e o 1 2 p - o - c 2 c c l 2 敌敌畏 中山大学硕士学位论文 但是，有机磷农药在推进农业生产的同时，也导致了“毒性有机磷”的概念。虽然 目前有些高毒性的有机磷农药( 如敌敌畏) 已经被淘汰，但是人们仍然习惯把有机磷化 合物与毒性联系起来。事实上，大多数的有机磷化合物对人是低毒或无毒的。如杀虫剂 马拉硫磷( m a l a t h i o n ) 对哺乳动物的毒性l d 5 0 为4 1 0 0 m g k g ，杀虫剂p h o s m e t 的相应 l d 5 0 大于4 6 4 0 m g k g ，除草剂草甘膦( g l y p h o s m e ) 对哺乳动物毒性非常小( 图1 2 1 ) 1 3 2 。 s m e 0 一p s o m e o o m e 0 一；一s o m e p h o s m e t 图1 2 l h o i n “、r o h o h o g l y p h o s a t e 有机磷农药在当今的农药市场上仍占有很大比例，1 9 9 0 年全世界仍在生产的有机 磷农药品种约有1 0 0 多种，以美国为例，在2 8 0 种农药中有机磷农药为6 1 种，占品种 数的2 1 8 ，若以杀虫剂而论，有机磷农药品种在美国占杀虫剂品种的5 1 3 3 1 。 1 2 3 有机磷药物的发展 由于“毒性有机磷”概念的影响，医药有机磷化学经历了一个曲折的发展过程。二 十世纪五十年代末，抗肿瘤药环磷酰胺的研制成功，为有机磷药物的发展带来了希望。 环磷酰胺属于氮芥类抗肿瘤药物巾的一员，具有广谱的抗肿瘤活性，其毒性远比其它氮 芥小，至今仍是广泛应用于临床的一线药物。随后出现的磷霉素更是大大促进了有机磷 药物的发展。 在当今医药领域中，有机磷药物不仅在抗肿瘤药中仍然占有重要地位，而且在抗菌、 抗病毒、强心、降压、酶抑制剂和治疗骨科疾病等方面发挥着重要作用”1 。例如，肉 醇磷脂是治疗慢性缺m 性心脏病的新型强心药物；磷甲酸钠有抑制病毒d n a 聚合酶的 作用，临床上被用来治疗流感、b 型肝炎等病毒性疾病，毒副作用小，另外，它还具有 抗h i v 的活性( 图1 2 2 ) 。 。 中山大学硕士学位论文 环磷酰胺( 抗肿痛) h 、，h h 印p ( o i ( o h ) 2 磷霉素( 抗菌) 骨n h 2 h 0 ) ：b o h 2 c 邺一一”。 c h ，n h 磷甲酸钠( 抗病毒)肉醇磷脂( 强心) 图1 2 2 1 2 4 生物活性有机磷化合物的设计思路 随着有机磷化学在医药领域的不断发展，寻找新的有生物活性的有机磷化合物已经 成为当今有机磷化学研究的重点课题之一。 设计和发现新的生物活性有机磷化合物主要有两条途径： 一是用p - c 键代替天然磷酸酯中的p - o 、c 键 3 2 , 3 5 。研究表明，某些天然磷酸酯的 膦酸类似物可以抑制该磷酸酯的生理作用 3 6 1 。比如，骨骼中羟磷灰石的吸收过程会引 发许多疾病，而无机焦磷酸有抑制羟磷灰石的形成和吸收的作用，对水解稳定的双膦酸 作为焦磷酸的电子等排体，也能抑制该吸收过程。进一步的研究表明，许多双膦酸衍生 物对骨科疾病表现出良好的治疗效果，较早用于临床的双膦酸药物是e t i d r o n a t e 和 c l o d r o n a t e ，最近，研究的重点已转向含有烷胺基边链的双膦酸衍生物，如p a m i d r o n a t e ， a l e n d r o n a t e 和r i s e d r o n a t e 等( 图1 2 3 ) 3 2 1 。 骨骨 ( h o ) 2 p o p ( o h k 焦磷酸 oho | | | ( h o ) 2 p c p ( o h ) 2 h 取膦酸 骨甲hr ( h o ) 2 p c p ( o h ) 2 c h 3 ( h o ) 2 p e p ( o h l 2 。n n o 图l 一2 3 oc i o i iii ( h o ) 2 p c p ( o h ) 2 c i c l o d r o n a t e o o h 骨 ( h o ) 2 p c p ( o h ) 2 ( c h 2 ) 3 n h 2 r i s e d r o n a t e 咻 邺。 警差_ p l n c ano ol。一no i p o 0an 。：喜枞h 一心 0 c c o i p 2 oh 中山大学硕士学位论文 二是以已经证明有良好生物活性的羧酸化合物作为先导化合物，合成其膦酸类似物 3 2 , 3 5 。研究表明，膦( 磷) 酸基与羧酸基在某些情形下具有等效的生理活性”】，如化 合物1 5 是潜在的血管紧张肽转化酶( a c e ) 的抑制剂，它的膦酸类似物1 6 对a c e 也 表现出类似的抑制活性0 7 6 1 ( 图l 一2 4 ) 。 0 p h 八n h 图1 2 4 天然羧酸的膦酸类似物可能会抑制浚酸的生理作用，如：氮甲基一d 天冬氨酸 ( n m d a ) 是中枢神经系统的兴奋氨基酸受体，其膦酸类似物a p 5 对n m d a 受体表现 出很强的拮抗活性删( 图1 2 5 ) 。 h 0 0 c 、丫c o o h n h m e n m d a 图1 2 5 h 2 0 3 p v f c o o h n h 2 a p 5 已有研究工作者对天然氨基酸的膦酸类似物进行了合成，并对它们的生物活性进行 了研究，从中发现了不少有生物活性的含磷化合物，如天冬氨酸1 7 的膦酸类似物1 8 有良好的抗菌和除草活性，环状膦酰胺1 9 具有优良的抗癌活性( 图1 2 6 ) 。 , n h 2 h o o c 人c o o h 1 7 o h十“2 o = 占c o o h c h 3 1 8 图l - 2 6 o 一，c 一 h n c o o h 1 9 3 n o i ( 吼 心 阳ro m ( n h o 儿 孙 中山大学硕士学位论文 1 3 本论文的研究背景 异香豆素类化合物广泛的生物活性，激起了我们研究其膦酸类似物的研究兴趣，我 们设想，如果用膦酰基取代异香豆素内酯环中的碳基，得到的膦异香豆素( 图t - 2 7 ) 很有可能具有与异香豆素类似的生物活性，因为许多研究表明，膦( 磷) 酰基与羧酸基 在许多情形下有着等效或类似的生物活性1 3 7 1 。 ；3 2 8 驴。心 膦异香豆素骨架 图1 2 7 2 0 0 3 年，本课题组利用c u i 催化邻炔基苯膦酸单酯的分子内环化反应，首次对膦 异香豆素进行了合成( 图1 - 2 8 ) 。 r d m f r t 躲酽 、o r 1 = c l ，h ，o m e ，n 0 2 r 2 = c b h 5 ，n b u p - g h 3 c h 2 c 6 h 4 ， 2 0 0 4 年，本课题组又通过碘环化邻炔基苯膦酸二酯的方法合成了一系列4 碘膦异 香豆素( 图1 2 9 ) 。 ：盎。，【：!：!冷eto。o r 2 r 一毛i = c c 。i , 一h 。：o 1 t v l t e c , 。一。c v c - 。- r 。v ， 图1 2 9 2 0 0 5 年，本课题组又报道了卤环化邻炔基苯膦酸单酯合成4 一溴和4 一氯膦异香豆素 的方法( 图1 - 3 0 ) 。 x 。，掣等警r ，睁 r 1 八备：喜冒r 1 火苗 图1 3 0 1 2 r 1 = c i ，h ，o m e ， r 2 = c e h m4 - e t c 6 h 4 c y c l o p r o p y l x = b r , c i 中山大学硕士学位论文 本课题组口9 j 还对合成的部分膦异香豆素进行了蛋白酪氨酸磷酸酯酶p t p l b 抑制 活性的测试和体外抗肿瘤活性试验，结果表明它们对p t p l b 有中等的抑制活性( 其中 7 位有甲氧基取代的膦异香豆素在5 0 p _ m 浓度下，对p t p l b 抑制率为5 2 8 ) ，对人胃 癌细胞b g c 和人肝癌细胞h e p g 2 具有良好的细胞毒性( 其中7 位有甲氧基取代的膦异 香豆素对b g c 的i c 5 0 = 2 8 ，9 1 a g m l ) 。这些活性数据在一定程度上说明膦异香豆素确实 有着良好的生物活性前景。 从已有的活性数据可以看出，7 位有甲氧基取代的膦异香豆索的p t p l b 抑制活性和 对肿瘤细胞的毒性都明显优于其它已合成的膦异香豆素。文献中报道的具有良好生物活 性的异香豆素也往往6 位和8 位有甲氧基或羟基取代1 3 】，或7 位有酰胺基，3 位有烷 氧基取代 1 1 ”j 。由此可以推测，在膦异香豆素的苯环和磷杂环上引入烷氧基、羟基或酰 胺基。得到的新化合物的抗肿瘤等生物活性很可能会更好。但是，目前己合成的膦异香 豆素结构都比较简单且水溶性不好，具有上述取代基的膦异香豆素都还是未见文献报道 的新化合物。另外，可以将膦异香豆素结构中与磷相连的乙氧基转变成羟基或其它基团， 用以调节这类化合物的水溶性和生物活性，而这些研究也尚未开展。要深入研究这类化 合物的生物活性，很有必要合成更多类型、一定数量的陔类化合物，用以进行深入的药 理和构效关系研究。 1 4 本论文的研究内容和意义 本论文的工作正是在以上研究背景下进行的，拟进行以下两方面的工作： 1 ) 对膦异香豆素进行进一步的衍生化 由于7 位有甲氧基取代的膦异香豆素有更好的生物活性，我们计划合成一些7 位甲 氧基取代，3 , 4 位有其它取代基( 如酰基、炔基、环丙基等) 的膦异香豆素，同时摸索 合成6 ，8 位有甲氧基取代以及7 位有酰胺基取代的膦异香豆素的方法( 图1 3 1 ) 。 图i 3 1 中山大学硕士学位论文 2 ) 探索将膦异香豆素结构中与磷相连的环外烷氧基转变成羟基的方法( 图1 - 3 2 ) 合成一系列该类化合物。 n ，耐 o 一、o h 以上研究工作的开展，不仅可以丰富膦异香豆素的个数和种类，还可以为进一步研 究这类化合物的生物活性奠定基础。 中山大学硕士学位论文 第二章合成结果与讨论 2 1 合成结果 本文共合成了9 个未见文献报道的新化合物和1 7 个已有文献报道的化合物，新化 合物的结构通过1 hn m r ，m s ，i r ，e a ( 或1 3 cn m r ) 加以确定，结构式如下： 新化合物 p 、o 形o 、o 日h。嚷c 匕如p ( o e t ) 2 o 2 4 d2 5 d2 6 d 、。磷 m 卧 r r 丫卧 、o 火扭：。 c i 弋套p ：o o ，o h 2 7 d2 8 a2 8 e c ib r 。袋氏叱日巾。疋臼5 o h 卧、破卧 2 8 9 2 8 h2 8 i 已有文献报道的化合物 、r 0 、g 。p 2龠洲 o 、o 八雕o e t ) 2 o 2 l a 2 1 b2 2 a j o 洽- t - - - o h k 芦髀。 、。胖o s 0 2 ( c 。3。：。众驷o s 0 2 ( c f 6 巳 o 0 2 2 b 中山大学硕士学位论文 鼬杉卟彩鼬 、o 业l 彤o e t ) 20 2 n 批上、p l o e q 2 c i l 尹l p ( oe t ) ： o0o 2 4 a2 4 c2 4 e 、“刚“。t “ 2 5 a2 5 c2 5 e 。 俨r 丫阳 c i p h 、p 令：氐 “ d 、o e t 2 5 f2 6 a2 6 e l c ，q 嚣 伊r 丫孙 州目 2 6 f2 7 a 2 2 合成方法讨论 本论文总的合成路线图如下： o o p ( o e t ) 2l d a t h f r 如斟靠一囝： b e to “ 2 5 1 1 竺! ! 塑! ! - o m f 6 - 7 8 2 2 o h c f 3 c f 2 c f 2 c f 2 s 0 2 f 三型! ! ：塑9 1 1 p d c l 2 ( p p h 3 ) z e t 3 n ，l i c i ，c u t d m f6 0 5 - 6 h 竺! 型! ! - c h c l 3 ，5 0 ，1 2 h 姒o 阳s o z c 了f 吓n 一囝孓硝 、0 h 告 o 9 r 中山大学硕士学位论文 2 2 1 化合物2 2 的合成 化合物2 2 a ，2 2 b 是已知化合物，我们参照文献方法h 2 , 4 3 对其进行了合成( 图2 - 1 ) 。 取代苯酚2 0 与亚磷酸二乙酯在e t 3 n 的作用下，可以高产率地得到化合物2 1 a 和2 1 b 。 然后在l d a 作用下发生重排反应顺利得到2 2 a 和2 2 b 。 婶洲点婶叮旧2 警磷叫：阽r 3 = 鬟r 4 h , r l = 阽o m 帅e ( a ) ， 图2 1 2 2 2 全氟磺酸酯2 3 的合成 参照文献方法f 4 4 j “，合成全氟磺酸酯2 3 ( 图2 2 ) 。化合物2 2 a 与全氟磺酰氟在e t 3 n 既作溶剂又作碱的情况下，可以较高产率地得到相应的全氟磺酸酯2 3 a 。当对位是硝基 取代的化合物2 2 c 时，只有少量原料发生反应得到相应的目标产物2 3 c 。推测是因为硝 基的强吸电子作用，使得生成的2 3 c 在碱和水的作用下，又水解成了相应的酚原料，也 就是说，该反应是一个平衡反应，所以通过选用无水处理的c h 2 c 1 2 作溶剂，在无水条 件下，减少碱的用量来提高化合物2 3 c 的产率。但是，我们发现化合物2 2 b 与全氟磺酸 酯没有发生反应，仍需摸索条件。 r 1 ：业警避。，q m o s o 毗2 c f 一巳昨2 师= o 峨m e ( a ) 2 3 a ，c 图2 - 2 2 2 3 邻炔基苯膦酸二乙酯2 4 的合成 根据文献方法1 3 9 】，用p d ( i i ) 催化化合物2 3 与末端炔烃偶联，得到邻炔基苯膦酸 二乙酯2 4 ( 表2 - 1 ) 晖 中山大学硕士学位论文 表2 1 邻炔基苯膦酸二乙酯的合成8 。，q a 0 、s 。0 。2 。c ：5 2 。5 2 。5 2 6 j _ 。i i i i ； i ；i i ； ， d m f6 0 5 - 6 h 【a 】一般反应条件：投料摩尔比为2 3 ：a l b 1 c ：p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 ：e t 3 n ：l i c i ：c u l = 1 ：1 5 ：0 0 3 ：4 ：3 ：o 1 ，在d m f 溶剂中，6 0 反应5 6 h ； b 分离产率； c 此反应体系中可以不加l i c i ，c u l 。 从表2 一l 中可以看出，全氟磺酸酯2 3 c ，因为苯环上有强吸电性的硝基，在反应体 系中不加l i c i 、c u i ，反应也能够顺利进行；而全氟磺酸酯2 3 a 的苯环上带有强的供电 性甲氧基，需要加入l i c l 、c u l ，化合物2 4 a 和2 4 d 才能得到较高的产率。 根据文献 3 9 】，全氟磺酸酯与末端炔烃的偶联反应温度要达到9 0 。c ，而在实验过程 中通过点板( t l c ) 中发现，高温使偶联反应的产物点在硅胶板上拖很长的色带，杂质 点较多，且影响产率。通过比较后发现，当温度为6 0 时，偶联反应就可以顺利进行， 且杂质点少，产率也较高。同时，需要特别注意的是，偶联反应时加入药品的顺序和步 骤十分重要，会直接影响到偶联反应是否能够顺利进行。一般加入药品的顺序是：在氮 气保护下，干燥的三口瓶中加入化合物2 3 ，p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 ，l i c l 和c u i ，在室温下搅拌 1 5 分钟，然后滴加e t 3 n ，继续在室温下搅拌3 0 分钟，之后缓陵滴加末端炔烃，滴完后 升温至6 0 。c 反应5 - 6 小时。 2 2 4 邻炔基苯膦酸单乙酯2 5 的合成 邻炔基苯膦酸二乙酯2 4 在碱性水溶液中回流，其中的一个酯基发生水解反应，得 到相应的膦酸单酯2 5 ( 图2 3 ) 。 中山大学硕士学位论文 r 2 4 一n a o h ( 掣 r e r e t o i u h x r 1 2 5 ：r i = o m e r 1 = n 0 2 ； r i ：o m e r 1 = c i ： r i = c i ： r 2 = p h ( a ) r 2 = - p h ( c ) r 2 = c y c l o p r o p y l ( d ) r 2 = p h ( e ) r 2 = c y c l o p r o p y l ( f ) 至此，已经得到了合成膦异香豆素和4 卤膦异香豆素的前一步原料邻炔基苯磷 酸酯2 4 和2 5 。 2 , 2 5c u ( i ) 催化邻炔基苯膦酸单酯的环化反应合成膦异香豆素 根据参考文献f 3 9 】，以c m 作催化剂，d m f 为反应溶剂，在加热的条件下，邻炔基苯 膦酸单酯发生环化反应得到相应的膦异香豆素2 6 ( 表2 2 ) 。 表2 2c u i 催化环化反应合成膦异香豆素2 6 8 r 1 2 5 d m fr ，甜o 2 ， r 1 弋人。， 、o e t 2 6 a 】一般反应条件：2 5 ( o 3 r e t 0 0 1 ) ，c u l ( 00 3 m m 0 1 ) ，d m f ( 4o m l ) ，9 0 ( 2 反应4 小时； b 】分离产率。 2 2 6 碘环化反应合成4 碘膦异香豆素 根据文献方法【4 0 1 ，以邻炔基苯膦酸乙二酯2 4 ，以2 当量的碘为亲电试剂，以c h c l 3 或c h 2 c 1 2 为溶剂，在室温下搅拌1 2 小时后，得到4 碘膦异香豆素2 7 ( 图2 - 4 ) 。 中山大学硕士学位论文 o 2 4 a ，d ! ! 型! ! ， c h c l 3o rc h ：z c l 2 图2 - 4 2 7 a ，d r 2 r 2 = 尸h f a ) c y c l o p r o p y l d ) 2 2 7 化合物2 8 的合成 为了进一步提高膦异香豆素的生物活性，我们对膦异香豆素的p o e t 进行了水解反 应的尝试。因为生物体内最主要的介质就是水，要提高膦异香豆素的生物活性，提高其 水溶性是很重要的。如果能将p - o e t 水解成为p - o h ，羟基作为一个很好亲水性基团， 可能增加膦异香豆素在水中的溶解度，从而有可能使膦异香豆素的生物活性得到提高。 我们尝试了三种合成方案： ( 1 ) 考虑以最常用的氢氧化钠( n a o h ) 水溶液对化合物2 6 a 进行水解反应的尝 试，如图2 5 。 。囝0 了+ 、o e 卧t 岩、正g o + o h 卧。 o 人办。月啪”办。一 。 图2 - 5 以乙醇为溶剂，采用不同浓度的n a o h 水溶液( o 2 m o l m l ，0 6 m o l m l ，1 0 m o l m l ) ， 在室温下，水解化合物2 6 a ，通过点板( t l c ) 跟踪发现，无论n a o h 的浓度是多大， 反应一段时间后，原料均消失，并出现极性很大的产物点。1 h n m r 结果表明，该产物 不是目标化合物2 8 a ，而是膦酸内酯开环的产物。 ( 2 ) 有文献报道【4 6 】，l i c i 能水解膦酸内酯的p - o e t ，而不破坏内酯环( 图2 - 6 ) 。 l i c l f d m f - 8 0 0 c 于是我们选用了氯化锂( l i c l ) 进行尝试，以膦异香豆素化合物2