硕士学位论文-新型脱氢枞胺衍生物的合成.doc

分分类类号号 TQ学学位位代代码码 308 学学校校代代码码 10298 密密 级级 GK学学 号号 3100310 二二一三一三 年年 四四 月月 论文题目：新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 作 者： 专 业：化学工艺 研究方向：有机合成 指导教师： 研究生硕士学位论文 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的 成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意中国博士学位论文全文数据库出版章程、 中国优秀硕士学位论文 全文数据库出版章程(以下简称“章程”，见)，愿意将本人的学位论文提交“中国 学术期刊（光盘版）电子杂志社”在中国博士学位论文全文数据库、 中国优秀硕士学位论文全 文数据库中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI中国知识资源总库， 在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关 权益。 论文密级：论文密级： 公开保密（_ 年_月至_年_月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 作者签名：_ 导师签名：_ _年_月_日 _年_月_日 稿酬领取通知 学位论文出版后，杂志社向被录用论文作者支付稿酬，稿酬支付标准为博士论文作者 一次性获得价值 400 元人民币的“CNKI 网络数据库通用检索阅读卡”和 100 元人民币的 现金稿酬；硕士论文作者一次性获得价值 300 元人民币的“CNKI 网络数据库通用检索阅 读卡”和 60 元人民币现金稿酬。 请作者直接与杂志社联系领取学位论文发表证书和稿酬。联系方式如下： 联联系人：系人：吴老师 电话电话： ：01062791817（兼传真）、62793176、62701179（兼传真） 通通讯讯地址：地址：北京 清华大学邮局 84-48 信箱 采编中心 邮编邮编： ：100084 致 谢 本论文在林中祥教授严格的要求和悉心的指导下完成的。三年来，导师坦荡正直的品 格、严谨的治学态度、造诣深厚的学问、孜孜以求的精神使我深受教诲和启迪，不仅使我 树立了自己的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世 的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心 血。在我遇到困难时，导师一直不断教育我，鼓励我，使我能够走出逆境。在此，谨向导师 表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 在论文的研究过程中，还得到了本校化工院徐海军老师、本校理化中心袁翠美老师、 中国药科大学沈文斌老师、本课题组研究生刘超祥、余星、赵丽、胡军强、梁丹、林星、房 成、李强、夏浩、段学露等人的热情帮助和指导，在此向以上诸位表示感谢！另外，还要感 谢东北师范大学生命科学学院遗传与细胞研究所鲍永利教授、美国 Cleveland 州立大学化 学系临床化学实验室周爱民教授对化合物活性筛选给予的帮助。 此外，还要感谢国家自然科学基金（项目编号 31170536）及江苏省高校优势学科建设 工程资助项目给予的资金支持，在此表示感谢！ 最后，感谢我父母和钱洁尘对我事业方面的理解和支持，没有他们的付出与牺牲，我 的课题研究谈不上顺利完成，再次真心的感想和祝福他们。 作者：陆洲 二零一三年四月 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 I 摘摘 要要 脱氢枞胺是歧化松香胺的主要成分，是一种重要的松香改性产品。其特有的三环二 萜结构赋予其衍生物有抗菌、抗病毒、抗癌等生物活性。本文主要研究对脱氢枞胺 B 环 进行结构改造，合成了一些新型脱氢枞胺衍生物。并对合成的化合物进行了抗癌、抗自 由基、抗 HIV 活性测试，以期将脱氢枞胺衍生物的应用领域拓展到生物制药领域，此项 研究对松香产品的深加工的发展有重要意义。 本文以脱氢枞胺为原料，用乙酸酐或三氟乙酸酐保护氨基，采用三氧化铬进行 7 位 氧化，合成出了中间体乙酰脱氢枞胺-7-酮和三氟乙酰脱氢枞胺-7-酮。再通过 7 位的酮分 别和乙酰肼、苯甲酰肼、氨基脲、胺基硫脲、异烟肼、碳酰肼、盐酸羟胺反应，成功的 合成出了 7 种文献未见报道的新型脱氢枞胺酰腙类化合物。 研究了二氧化硒对乙酰脱氢枞胺-7-酮和三氟乙酰脱氢枞胺-7-酮的氧化反应，反应以 醋酸为溶剂，二氧化硒为氧化剂，在 80反应 5 h，研究发现脱氢枞胺 6 位没有按预期 氧化成酮，而是在 5,6 位之间形成了烯键。反应得到乙酰脱氢枞胺-(5,6-烯)-7-酮和三氟乙 酰脱氢枞胺-(5,6-烯)-7-酮两种新型脱氢枞胺衍生物，对以后研究如何改造脱氢枞胺 B 环 有重要意义。 研究了将没食子酸基团引入脱氢枞胺的方法，反应先以浓硫酸为催化剂，醋酸酐为 酰化剂，合成出三乙酰基没食子酸，然后再和二氯亚砜进行氯酰化反应合成出三乙酰基 没食子酸酰氯，接着将脱氢枞胺和三乙酰基没食子酸酰氯反应，加入少量三乙胺做催化 剂，合成出 N-(3,4,5-三乙酰基苯甲酰基)-脱氢枞胺，最后将其用二氯甲烷溶解，加入少 量水合肼进行脱乙酰化反应，得到 N-(3,4,5-三羟基苯甲酰基)-脱氢枞胺。 研究了用没食子酸的衍生物 3,4,5-三甲氧基苯甲醛和脱氢枞胺反应合成出了一种新 型脱氢枞胺 Schiff 碱。 对合成出的新型脱氢枞胺衍生物用 IR，1H NMR，13C NMR，ESI-MS 等分析方法进 行了结构确认。 测试了部分合成化合物的抗肺癌细胞（H292） 、肝癌细胞（HepG2） 、自由基、HIV 活性。其中样品三氟乙酰脱氢枞胺-(5,6-烯)-7-酮、乙酰脱氢枞胺-(5,6-烯)-7-肟对肺癌细胞 （H292）有较好的抑制活性，IC50值分别为 25 g/mL、 20 g/mL；样品乙酰脱氢枞胺- 7-硫代氨基脲酰腙、乙酰脱氢枞胺-7-(O-苄基肟)、N-(3,4,5-三乙酰氧基苯甲酰基)-脱氢枞 胺、N-(3,4,5-三甲氧基)-脱氢枞胺 Schiff 碱在浓度为 5 g/mL 时对肝癌细胞（HepG2）细 胞生长有较好的抑制效果，抑制率分别为 41.50%，37.88%，35.03%，57.38%；化合物 乙酰脱氢枞胺-7-硫代氨基脲酰腙、N-(3,4,5-三乙酰氧基苯甲酰基)-脱氢枞胺、N-(3,4,5-三 羟基苯甲酰基)-脱氢枞胺有较好的抗自由基活性，对清除（DPPH）半数抑制浓度分别 为 0.087103，0.067103，0.002103；化合物化合物乙酰脱氢枞胺-(5,6-烯)-7-肟 （IC50=159.26 g/mL）表现出了对 HIV-1 RT 有一点点抑制效果外，其它四个化合物均 没有什么活性。 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 II 关键词：关键词：脱氢枞胺；酰腙；没食子酸；抗癌；抗自由基 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 III Synthesis and biological activities of several novel derivatives of dehydroabietylamine Abstract Dehydroabietic amine is one of the rosin derivatives. Its characteristic tricyclic diterpene structure feature the molecule with antibacterial, antivirus and anticancer activities. The purpose of this paper is to modify the B ring of dehydroabietic amine, synthesize new derivatives of dehydroabietic amine. Some of the synthesized compounds were tested the ability of anti-cancer, and anti-free radical, anti-HIV. It is hoped that the further processing industry of rosin can be prompted, while these rosin derived compounds are applied to biopharmaceutical fields. Starting from dehydroabietic amine, acetyl dehydroabietic amine -7- ketone and three fluorine acetyl dehydroabietic amine -7- ketone were synthetized by acetylization and chromic acid oxidation. Then Some active groups like acetyl hydrazine, benzoyl hydrazine, semicarbazide, amino thiourea, isoniazid, carbon hydrazine and hydrochloric acid hydroxy amine were inserted to B ring by Schiff base condensation reaction. A series of new type of dehydroabietic amine derivatives which never been reported were synthesesed. This paper also studies the further oxidation reaction to the acetyl dehydroabietic amine - 7- ketone and three fluorine acetyl dehydroabietic amine -7- ketone, The reaction using acetic acid as solvent, selenium dioxide as oxidizing agents, in 80 reaction 5 hours, oxidation reaction results dehydroabietic amine six doesnt expected oxidation into ketone, but in a 5, 6 formed between the olefinic bond. Two new dehydroabietic amine derivatives were synthesized by this reaction, and it produce a far-reaching significance for future research how to transform dehydroabietic amine B ring. The studu of how to combine gallic acid with dehydroabietic amine were successfully developed by using new synthesis methods. First, three acetyl gallic acid were synthesized by using acylation reaction, then use it to synthetic three acetyl gallic acid chloride. The N -(3, 4,5 - three acetyl benzoic acid) - dehydroabietic amine were synthesized through acylation reaction by hree acetyl gallic acid chloride and dehydroabietic amine. At larst, the N -(3, 4,5 - three acetyl benzoic acid) - dehydroabietic amine were hydrolyzed by using hydrazine hydrate to produce N- (3,4,5 - three hydroxy benzoic acid) - dehydroabietic amine. In addition, a new type of dehydroabietic amine Schiff base were synthesized by dehydroabietic amine and 3,4,5 - trimethoxy - Benzaldehyde. Structures of the synthesized compounds were characterized by IR, 1H NMR, 13C NMR, 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 IV MS and HRMS. Some of the synthesized compounds were tested the ability of anti-cancer, and anti-free radical, anti-HIV. The results indicated that compounds Trifluoro-acetyl dehydroabietic amine (5, 6-ene) 7- ketone, Acetyl dehydroabietic amine - (5, 6-ene) -7- ketone has good inhibition activity to lung cancer cells (H292), the IC50 is 25 g/mL, 20 g/mL; compounds Acetyl dehydroabietic amine -7- thio semicarbazide acyl hydrazone, Acetyl dehydroabietic amine -7- (O- benzyl oxime), N - (three, four, five, three acetoxyl group benzene formyl) - dehydroabietic amine, N - (three, four, five, three oxygen radicals) - dehydroabietic amine Schiff bases has good inhibition activity to liver cancer cells (HepG2), the inhibition rate of them is 41.50%, 37.88%, 35.03%, 57.38%; compounds 3d, 8, 9 has good inhibition activity to (DPPH), the IC50 of Acetyl dehydroabietic amine -7- thio semicarbazide acyl hydrazone, N - (three, four, five, three acetoxyl group benzene formyl) - dehydroabietic amine, N - (three, four, five - trihydroxy benzene formyl) - dehydroabietic amine is 0.087103 mg L-1, 0.067103 mg L-1, 0.002103 mg L-1; compound Acetyl dehydroabietic amine - (5, 6 -ene) -7- oxime (IC50=159.26 g/mL) has little inhibition activity to HIV-1 RT. Keywords: Dehydroabietic amine; Acyl hydrazone; Gallic acid; Cancer; Anti-free radical 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 V 目 录 ABSTRACT .II 第一章第一章 绪论绪论 .1 1.1 脱氢枞胺概述脱氢枞胺概述.1 1. 2 脱氢枞胺的改性研究进展脱氢枞胺的改性研究进展.2 1.2.1 氨基成盐衍生物.2 1.2.2 氨基生成 C-N 衍生物.2 1.2.3 氨基生成 C=N 衍生物.7 1.2.4 芳环改性衍生物.7 1.2.5 脱氢枞胺 B 环的改性研究.12 1.3 脱氢枞胺衍生物的生物活性脱氢枞胺衍生物的生物活性.13 1.3.1 抗肿瘤活性.13 1.3.2 抗病毒活性.14 1.3.3 抗菌活性.15 1.3.4 杀虫.16 1.4 本文的研究目的与意义本文的研究目的与意义.16 第二章第二章 脱氢枞胺脱氢枞胺 B 环修饰衍生物的合成研究环修饰衍生物的合成研究.18 2.1 前言前言.18 2.2 实验部分实验部分.18 2.2.1 实验试剂.18 2.2.2 实验仪器.19 2.2.3 脱氢枞胺酰腙类衍生物的合成.19 2.2.3.1 合成路线 .19 2.2.3.2 化合物 2a2b 的合成 .20 2.2.3.3 化合物 3a3g 的合成 .20 2.2.3.4 化合物 3h3i 的合成.22 2.2.4 脱氢枞胺肟类衍生物的合成.23 2.2.4.1 合成路线 .23 2.2.4.2 化合物 4a4d 的合成 .23 2.2.5 乙酰脱氢枞胺-(5,6-烯)-7-酮及其相关衍生物的合成 .24 2.2.5.1 合成路线 .24 2.2.5.2 化合物 5a、5b 的合成.25 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 VI 2.2.5.3 化合物 6 的合成 .25 2.2.5.4 化合物 7 的合成 .26 2.3 结果与讨论结果与讨论.26 2.3.1 化合物 2A2B的合成条件选择.26 2.3.2 化合物 3A3I、4A4D的合成条件选择及结构表征 .27 2.3.2.1 化合物 3a3i、4a4d 的合成条件选择 .27 2.3.2.2 化合物 3a3i、4a4d 的结构表征 .28 2.3.3 化合物 5A5B、6、7 的合成条件选择及结构表征.29 2.3.3.1 化合物 5a5b、6、7 的合成条件选择 .29 2.3.3.2 化合物 5a5b、6、7 的结构解析 .30 第三章第三章 脱氢枞胺与没食子酸的反应研究脱氢枞胺与没食子酸的反应研究 .32 3.1 前言前言.32 3.2 实验部分实验部分.32 3.2.1 实验试剂.32 3.2.2 实验仪器.32 3.2.3 脱氢枞胺没食子酸衍生物的合成.33 3.2.3.1 合成路线 .33 3.2.3.2 化合物 8 的合成 .33 3.2.3.3 化合物 9 的合成 .34 3.2.3.4 化合物 10 的合成 .34 3.3 结果与讨论结果与讨论.34 3.3.1 化合物 8、9、10 的合成条件的选择.34 3.3.2 化合物 8、9、10 的结构解析.35 第四章第四章 新型脱氢枞胺衍生物的生物活性研究新型脱氢枞胺衍生物的生物活性研究 .37 4.1 前言前言.37 4.2 抗肿瘤活性测试抗肿瘤活性测试.37 4.2.1 体外抗肺癌细胞（H292）活性测试.37 4.2.1.1 测试原理和方法 .37 4.2.1.2 结果与讨论 .38 4.2.2 体外抗肝癌细胞（HEPG2）活性测试.38 4.2.2.2 测试原理和方法 .38 4.2.2.3 结果与讨论 .38 4.3 抗自由基活性测试抗自由基活性测试.39 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 VII 4.3.1 测试原理和方法.39 4.3.1.1 清除超氧阴离子(O2-)实验.39 4.3.1.2 清除二苯代苦味酰基自由基(DPPH)实验.40 4.3.2 结果与讨论.40 4.4 体外抗体外抗 HIV-1 逆转录酶活性初筛实验逆转录酶活性初筛实验.41 4.4.1 实验原理和方法.41 4.4.2 结果与讨论.42 4.5 化合物抗自由基活性和抗癌活性之间的关系化合物抗自由基活性和抗癌活性之间的关系.42 第五章第五章 结论结论 .44 参考文献参考文献 .45 在读期间发表论文在读期间发表论文 .50 附图附图 .51 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 1 第一章 绪论 1.1 脱氢枞胺概述 脱氢枞胺（图 1-1） ，又名去氢枞胺，是一种具有三环菲结构的松香改性产品。它是 由松香通过催化歧化得到歧化松香，再通过催化与氨气形成酰胺、脱酰基成腈，然后再 通过加氢等一系列反应得到。其具有性质稳定，比旋光度较大等其它松香衍生物所不具 备的一些独特的理化性质13。 NH2 1 2 3 4 56 7 8 9 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 16 图 1-1 脱氢枞胺分子结构及碳原子编号 Fig. 1-1 Molecular structure and carbon atom numbers of dehydroabietylamine 目前，对脱氢枞胺的改性主要集中在氨基和苯环上，在这方面的研究工作做的比较 多，但对中间环 B 环的改性研究却很少，可能是因为在 B 环上改性比较困难，需要用到 一些新的方法和技术。相信随着有机合成理论和技术的发展，对脱氢枞胺的改性研究将 有更新的发展。 脱氢枞胺及其衍生物的用途很广，主要可用于光学活性拆分剂、燃料、表面活性剂、 木材防腐剂、润滑剂、浮选剂、阻蚀剂等，在造纸、医药、农药、化工等方面有着广泛 的应用4。脱氢枞胺还是一种优良的手性拆分剂，是最早用于手性拆分的脱氢松香衍生 物，已成功运用于抗生素盘尼西林和 L-多芭的生产中，也有报道用于 D-生物素机其它手 性药物合成过程中关键中间体拆分58。这些用途显示出脱氢枞胺及其衍生物极具开发价 值。脱氢枞胺的提纯方式9见图 1-2. 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 2 NH2 + CH3 SO3H EtOH,stir 5h NH3+SO3-PhMe NH3+SO3-PhMe NaOH/H2O,Toluene stir,3h NH2 图 1-2 脱氢枞胺提纯反应式 Fig 1-2 The purification of dehydroabietylamine 1. 2 脱氢枞胺的改性研究进展 1.2.1 氨基成盐衍生物 脱氢枞胺可与酸或酚类物质成盐，其中研究得较多的是脱氢枞胺醋酸盐，脱氢枞胺 醋酸盐不仅用于分离纯化脱氢枞胺，还有效地用于杀藻、杀细菌、霉菌、腹足类动物和 其它害虫10。此外王延1112等还研究了脱氢枞胺季胺盐用于表面活性剂及抗菌活性。 Schertz13报道合成了具有杀虫活性的脱氢枞胺五氯酚盐，该产品可用于木材杀虫剂， 还是一种极好的绳索、黄麻制品、纺织品和木材的防腐剂。用脱氢枞胺五氯酚盐、五氯 酚锌盐的脱氢枞胺复合物等作为杀霉菌剂时，都不会伤害植物的叶，只有纯的脱氢枞胺 对植物有毒性。 1.2.2 氨基生成 C-N 衍生物 脱氢枞胺N-C衍生物是研究得最多的衍生物。 陈泳1415等人以苯甲酰氯和脱氢枞胺为原料，合成了N-苯甲酰基-脱氢枞胺，并以 相同的方法合成出一系列类似衍生物，对合成出的产物进行了抗癌活性和抑菌活性测试， 测试结果表明部分化合物有很好的生物活性。 合成路线如下： 新型脱氢枞胺衍生物的合成及其生物活性研究 3 NH2 (substituted)benzoyl chloride toluene, 8h H N C O R5R4 R3 R2R1 2a R1=H, R2=H, R3=H, R4=H, R5=H 2b R1=H, R2=H, R3=Cl, R4=H, R5=H 2c R1=Cl, R2=H, R3=H, R4=H, R5=H 2d R1=H, R2=H, R3=NO2, R4=H, R5=H 崔国友等16 以脱氢枞酸与氯化亚砜制得脱氢枞酸酰氯，脱氢枞酸酰氯和甘氨酸在超