6-甲氧基靛红的合成工艺改进

·论著·

6-甲氧基靛红的合成工艺改进

王鸿玉1,2，宋云龙2，章玲2，曾强2，朱驹2，张辉1(1.沈阳药科大学制药工程学院，辽宁 沈阳110016；2.第二军医大学药学院药物化学教研室，上海 200433)

[摘要]目的 探索6-甲氧基靛红的合成工艺改进方法。方法 以3-甲氧基苯胺为起始原料，经Sandmeyer方法首先生成中间体1-肟基-N-(3-甲氧基苯基)乙酰胺，在甲磺酸催化下关环得到6-甲氧基靛红。结果 在关环反应中，催化剂采用甲磺酸，替代文献中常用的浓硫酸，温度80℃，反应30 min，收率达81.24%。结论 提出了一条操作简单、条件温和、收率高的6-甲氧基靛红的合成工艺，适合大量制备。

[关键词]6-甲氧基靛红；合成工艺；甲磺酸

[基金项目]国家自然科学

[作者简介]王鸿玉，硕士研究生，E-mail: hywang1020@163.com

[通讯作者]张辉,研究方向：药物有机合成研究.E-mail: zh19683@163.com

[中图分类号]R916.42[文献标志码]A

DOI[]10.3969/j.issn.1006-0111.2015.02.009

[收稿日期]2014-02-24[修回日期]2014-09-10

Improvement of synthesis method of 6-methoxyisatin

WANG Hongyu1,2, SONG Yunlong2, ZHANG Ling2, ZENG Qiang2, ZHU Ju2, ZHANG Hui1(1.School of Pharmaceutical Engineering, Shenyang Pharmaceutical University, Shenyang 110016, China; 2. Department of Medicinal Chemistry, School of Pharmacy, Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

Abstract[]ObjectiveTo improve the synthetic condition of 6-methoxyisatin. MethodsThe starting material 3-methoxyaniline was firstly converted into the intermediate 1-oximino-N- (3-methoxyphenyl) acetamide through Sandmeyer reaction, then 6-methoxyisatin was conducted with methanesulfonic acid as catalyst in the following ring closure reaction. ResultsIn the second step of the cyclization reaction, methanesulfonic acid was used to replace the concentrated sulfuric acid which is widely used in literature. The temperature was 80℃, the reaction time was 30 min, and the yield was 81.24%. ConclusionThis study provided a synthesis process of 6-methoxyisatin with simple operation, mild reaction condition and high yield, which is suitable for large scale preparation of the compound.

[Key words]6-methoxyisatin; synthesis; methanesulfonic acid

靛红广泛存在于自然界的各种植物中，如菘蓝属植物的叶子[1]，最早是从炮弹树的果实中分离得到的。靛红也是一种人体的内源性化合物，具有抗焦虑、镇静、抗惊厥、抗氧化及抗肿瘤等活性。 据文献报道，靛红衍生物对乳腺癌、前列腺癌、急性淋巴细胞性白血病、结肠癌和肺癌具有细胞毒作用[2]， 靛红衍生物作为抗肿瘤药物的研究已成为当今热点之一[3]。

6-甲氧基靛红在医药化工等领域是关键的有机中间体，在多种天然产物以及活性化合物的合成中均作为关键起始原料。螺羟吲哚类生物碱中，strychnofoline(图1)可以抑制像小鼠黑色素瘤B16等肿瘤细胞系的有丝分裂，从发酵的肉汤中分离出的spirotryprostatins A (2)具有完全抑制哺乳动物tsFT210 细胞的G2/M 过程[3]，Lerchner等[4]首次采用6-甲氧基靛红作为关键中间体全合成得到该类生物碱。在生物方面，Petrov等[5]发现6-甲氧基靛红衍生物NMP6 (3)可作为CB2受体的荧光探针，用于免疫细胞受体结合的可视化。

6-甲氧基靛红作为关键合成砌块，应用非常广泛，但其价格昂贵、合成成本较高。因此，对6-甲氧基靛红的工艺改进具有重大意义。根据文献报道，目前6-甲氧基靛红的合成方法主要有：①经典的Sandmeyer方法：首先生成中间体1-肟基-N-(3-甲氧基苯基)乙酰胺，再通过浓硫酸催化关环反应得产物6-甲氧基靛红[6]，但该方法中，中间体1-肟基-N-(3-甲氧基苯基)乙酰胺无法与浓硫酸充分混合均匀，浓硫酸会使部分反应物碳化，导致收率较低，文献报道的收率为40%。②Stoll合成法：采用3-甲氧基苯胺和草酰氯反应、傅克酰化反应得终产物[7，8]，但是，该法合成的总收率只有15%。Mason等[9]则采用3-甲氧基苯胺和草酰氯单乙酯反应，再通过卤代、傅克酰化关环，其总收率高达67%，但是步骤增加，带来的成本也随之增高。③Soderberg合成法[10]：2-(2-卤乙炔基)-1-硝基苯在钯催化下，使用一氧化碳作为还原剂关环合成靛红，该法合成6-甲氧基靛红产率为59%，但原料昂贵，且操作不便。

图1　部分活性靛红衍生物的化学结构

综上所述，Sandmeyer方法由于其原料便宜，受到广泛关注。但是，该方法的环合步骤通常采用浓硫酸为溶剂兼催化剂，收率较低。有研究人员尝试采用三氟化硼乙醚溶液[11]、多聚磷酸[12]等催化剂替代浓硫酸，虽取得一定程度的改善，但尚不理想。因此，本研究选用Sandmeyer方法，系统考察了不同温度、催化剂种类以及用量对关环反应收率的影响，最终得到了高收率、适于大量制备的工艺路线(图2)。

图2　6-甲氧基靛红的合成路线

1材料与方法

1.1实验仪器与试剂Bruker Avance 300型核磁共振仪(Bruker公司，德国)，内标为TMS，3-甲氧基苯胺(AR)；盐酸羟胺(AR，纯度 98.5%)；水合氯醛(AR)；无水硫酸钠(AR)；甲磺酸(CP)，所有试剂均购自国药集团上海化学试剂有限公司。

1.2实验方法

1.2.1化合物a的合成在150 ml三颈瓶中，加入水合三氯乙醛16.5 g和无水硫酸钠86.7 g后，加水300 ml，迅速搅拌至澄清；称取盐酸羟胺32.7 g，加入稀盐酸100 ml溶解[水-浓盐酸(9∶1)]，加入3-甲氧基苯胺11.1 g，搅拌形成悬浊液，将此悬浊液加入到前面制备得到的水合三氯乙醛的水溶液中，很快析出大量固体，继续搅拌5 min后，转移至60 ℃油浴中，加热反应2 h，TLC[乙酸乙酯-二氯甲烷(1∶5)]监测反应完全后，冷却至室温，待大量沉淀析出后过滤、烘干，得到褐色固体，为中间体a。

1.2.2目标化合物的合成将15 ml的甲磺酸加入到50 ml的双颈瓶中，并少量多次分批将3 g的中间体a加入，确保加料过程中保持反应温度在70℃以下，待加完中间体a后，在80 ℃下反应30 min，TLC[乙酸乙酯-二氯甲烷(1∶4)]监测，反应完全后，冷却至室温，再将反应液倒入装有碎冰的烧杯中，过滤得粗品，然后将粗品溶解于1 mol/L的氢氧化钠溶液中，用乙酸中和、过滤，取滤液，再用盐酸中和酸化，过滤后乙醇重结晶，得到纯品6-甲氧基靛红。1H NMR(300 MHz, CD3OD), δ: 7.5(d,J=8.7 Hz, 1H, Ar-H), 6.64(dd,J1=6.3 Hz,J2=10.1 Hz, 1H, Ar-H), 6.48(d,J=2.1 Hz, 1H, Ar-H), 3.93(s, 3H, OCH3)。

2结果

2.1反应条件对中间体a收率的影响本研究发现，硫酸钠的用量、反应温度对反应的收率影响较大。无水硫酸钠可以降低3-甲氧基苯胺的相对浓度，适当增大其用量有助于提高反应收率[8]；温度过高则会带来副产物的增加。最终，我们选取3-甲氧基苯胺为11.1 g时，无水硫酸钠的用量为86.7 g，温度60 ℃的情况下反应2 h为最佳条件。

2.2反应条件对环合反应收率的影响

2.2.1酸的种类对收率的影响我们选用中间体a 3 g、35 ml酸、在反应温度80 ℃的情况下，选用不同的酸进行考察，通过表1可以发现，不同的酸对收率影响较大。推测其原因，可能有：①使用浓硫酸时，加料过程中的量不好控制，很容易放热过多，另外，浓硫酸具有碳化作用，这也容易导致产生过多的副产物。②浓硫酸具有强腐蚀性，在工业生产中易导致生产设备腐蚀严重。如果使用甲磺酸，由于其物理、化学性质相对于浓硫酸较为温和，使得加料过程中温度易于控制在70 ℃以下，可减少副产物的产生。

表1　酸的种类对环合反应收率的影响

2.2.2温度对收率的影响该反应采用中间体a 3 g，以甲磺酸为溶剂兼催化剂，用量为35 ml，选取60、80和100 ℃ 3种不同反应温度考察温度对关环反应的影响。从表2可以看出，温度过高或过低时，收率都较低。温度过高，容易产生副产物；温度过低，则会导致反应不完全。因此，反应温度控制在80 ℃是比较合理的。值得注意的是，在加中间体a时，会放出大量的热能，所以要少量、多次、分批加入，避免放出的热能过多导致局部过热，产生不必要的副产物。

表2　反应温度对环合反应收率的影响

2.2.3甲磺酸用量对收率的影响该系列反应中，我们采用中间体a 3 g, 反应温度为80 ℃，以甲磺酸作为溶剂兼催化剂。从表3可以发现，当甲磺酸的量选取在15 ml时收率是最高的。甲磺酸用量逐渐增多时收率略有下降，推测这与溶剂用量增加导致部分产物无法析出有关。

2.2.4实验结果综合以上因素，我们认为当中间体a为3 g时，采用甲磺酸为溶剂兼催化剂，用量15 ml，反应温度80 ℃，反应时间30 min为最佳实验条件。

3讨论

本研究侧重于对Sandmeyer方法合成6-甲氧基靛红的第二步关环反应进行优化，与文献中靛红及其衍生物的合成广泛使用浓硫酸为溶剂不同，本研究采用甲磺酸为溶剂兼催化剂，在提高收率上取得了显著效果，是本研究的一大创新点。此外，本研究还系统考察了温度、反应溶剂兼催化剂的用量对反应收率的影响，得到了一条优化的合成路线，相比之前文献报道，收率有显著提高，并可用于工业生产。这体现了绿色化学的概念，同时提出了一条操作简单、条件温和、收率高的6-甲氧基靛红的合成工艺路线。

表3　甲磺酸用量对环合反应收率的影响

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[本文编辑]李睿旻