6—甲基—4—羟基—2—吡喃酮衍生物的合成与生物活性

孔学+陈贯虹+郑立稳+黄玉杰+王加宁+王建武

摘要：以马来酸为原料，通过合环、O-烃化、酰化反应，先后得到6-甲基-4-羟基- 2-吡喃酮、6-甲基-4-烷氧基-2-吡喃酮及其6-甲基-4-羟基-3-酰基-2-吡喃酮衍生物，并进行抑菌生物活性测试。产物的结构经过1H NMR和MS进行表征，初步的生物活性测试结果表明，部分该系列化合物对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）与串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有较好的抑制活性。

关键词：吡喃酮；合成；抑菌活性

中图分类号：TQ460.3文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）02-0091-03

收稿日期：2013-06-09

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2011BAE06B04-11）；山东省科技发展计划（编号：2011GNC11101）；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金（编号：BS2011NY015）。

作者简介：孔学（1980—），女，山东邹平人，硕士，副研究员，从事生物农药方面的研究。E-mail：swhg@sdas.org。

通信作者：陈贯虹，硕士，副研究员，主要从事生物农药创制与环境生态修复研究。E-mail：chengh@sdas.org。α-吡喃酮是一类由绿色木霉、哈茨木霉、康宁木霉等真菌产生的具有椰子香味的物质，可用作抗生素、抗真菌素、细胞毒素、神经毒素、植物毒素等[1-5]。α-吡喃酮天然产物中最简单的是6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮，近年来，国内外对由该中间体所形成的衍生物的研究与应用，特别是在制药方面研究的报道已有不少[6-9]。1984年 Kang等报道了大量合成α-吡喃酮采用的丙二酸亚异丙酯法：在三乙胺存在下，丙二酸亚异丙酯与双乙烯酮反应得到化合物1-羟基-3-氧代亚丁基丙二酸亚异丙基酯，然后在对甲苯磺酸的催化下于甲苯中回流，脱丙酮、环合生成3-乙酰基-4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮[10]。Suzuki等报道，将3-乙酰基-4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮在155 ℃受热则脱羧生成6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮[11]。张晓梅等将丙二酸亚异丙酯与双乙烯酮在三乙胺存在下的反应改在氯仿中进行，直接得到 6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮[12]。本研究在丙二酸亚异丙酯法的基础上对6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮的合成方法进行了改进，并在该化合物吡喃酮环的3位与4位引入不同的取代基，设计合成了9个目标化合物，并进行结构表征，其合成路线见图1。

1材料与方法

1.1仪器和试剂

X-4数字显示显微熔点测定仪（温度计未经校正，北京泰克仪器有限公司）；AV DPX300核磁共振仪（TMS为内标，德国布鲁克公司）；Q-TOF6510质谱仪（美国安捷伦科技公司）。试剂均为市售分析纯。

1.2化合物的合成

1.2.16，6-二甲基二氢-2H-吡喃-2，4（3H）-二酮（2）的合成将52 g马来酸粉末悬浮于60 mL乙酸酐中，体系用水冷却，在搅拌下加入1.5 mL浓硫酸，在以上溶液中缓慢滴加40 mL丙酮，温度保持在20～25 ℃（需要冷却）。反应2 h后，反应瓶置于冰箱中过夜，抽滤，结晶用冰水充分洗涤3次，干燥得到化合物1粗品35 g。采用70 mL丙酮溶解化合物，加入适量水（约140 mL）进行结晶，得化合物2纯品25 g，熔点95～96 ℃。

1.2.26-甲基-4-羟基-2-吡喃酮（化合物3）的合成将 14.4 g （0.1 mol）化合物2及35 mL二氯甲烷、15 mL氯苯置于反应瓶中，在搅拌下冷却至5 ℃以下，依次加入10.1 g（0.1 mol）三乙胺和10.1 g （0.12 mol）双乙烯酮，加完后缓慢升温至室温，继续搅拌2 h。反应液采用冷稀盐酸充分洗涤，经无水硫酸钠干燥、过滤后，脱去大部分二氯甲烷。将剩余的溶液加热回流2 h，有黄色晶体析出，冷却结晶，抽滤并用少量乙醚洗涤结晶，晾干后得化合物3 （6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮）10.1 g，收率82%，熔点187～189 ℃（文献为188～189 ℃），1H NMR（CDCl3） 化学位移：2.245（s，3H，CH3），5484（d，1H，CH），5.885（s，1H，CH），1.557（s，1H，H2O，加重水消失）。HR-MS（ESI）m/z 为127.0398（M+ H+，100%）。

1.2.33-酰基-4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮（4a至4d）的合成将6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮（0.5 g，0.004 0 mol）、丙酸（0.35 g，0.004 1 mol）、DCC（0.90 g，0.004 5 mol）和DMAP（0.1 g，0.000 82 mol）加入到100 mL的圆底烧瓶中，加入50 mL甲苯溶解，搅拌均匀。在100 ℃油浴中加热搅拌反应6 h，点板检测反应，有一个主荧光点。反应完毕用旋转蒸发仪除去大部分溶剂，加入100 mL乙酸乙酯，用50 mL水分3次洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，抽滤，再旋转蒸馏浓缩，柱色谱分离（流动相E ∶P=1 ∶6）得到产品4a。以同样方法合成4b、4c、4d。

4a：熔点110～111 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2271（d，3H，CH3），2.666（s，3H，CH3），5.935（s，1H，Ar-CH）。

4b：熔点101～102 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1164（t，3H，CH3），2.269（s，3H，CH3），3.112（q，2H，CH2），5935（s，1H，Ar-CH），HR-MS（ESI） m/z为183.064 7（M+H+，100%）。

4c：熔点51～52 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.980（m，3H，CH3），1.685（m，2H，CH2），2.271（d，3H，CH3），3051（m，2H，CH2），5.935（s，1H，CH）。

4d：熔点64～65 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.111（d，3H，CH3），3.481（m，2H，CH2），5.700（s，1H，CH）。

1.2.44-烷氧基-6-甲基-2-吡喃酮（5a至5c）的合成将4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮（0.8 g，0.006 3 mol）固体、0.75 mL溴代烷（R1-Br）（0.009 5 mol）溶液和2 mL三乙胺（0.019 mol）溶液加入50 mL的圆底烧瓶中，加入20 mL左右的乙腈溶液，搅拌溶解，在40 ℃油浴中反应2 h。采用旋转蒸发仪除去大部分溶剂，直接以柱色谱分离得到产品。流动相配比约E ∶P=1 ∶5，在紫外灯下为单荧光点，原料有少量残余，在原点位置基本无荧光。脱除处理溶剂，产物为固体，产率50%～70%，熔点88～89 ℃。

5a：熔点88～89 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.205（s，3H，CH3），3.790（s，3H，CH3），5.407（d，1H，CH），5.774（q，1H，CH），HR-MS（ESI）m/z为141.0553（M+ H+，100%）。

5b：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.385（m，3H，CH3），2205（s，3H，CH3），4.052（m，2H，CH2），5.378（d，1H，CH），5.776（d，1H，CH）。

5c：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：0.964（m，3H，CH3），1437（m，2H，CH2），1.748（m，2H，CH2），2.200（s，3H，CH3），3.936（m，2H，CH2），5.377（t，1H，CH），5.771（m，1H，CH）。

1.3生物活性测定

供试病原菌：立枯丝核菌（Rhizoctonia solani），为无孢科丝核菌属；串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme Sheld），为瘤座孢科镰刀菌属。

采用生长速率法，将待测药剂与冷却后的PDA培养基混合均匀倾倒平板，待测药剂浓度分别为50、100 μg/mL，接种供试病原菌，28 ℃培养3～5 d，记录病原菌生长情况，以多菌灵为对照。

抑制率=（对照直径-接种时直径）2-（处理菌直径-接种时直径）2（对照直径-接种时直径）2×100%

2结果与分析

吡喃酮衍生物对植物病原真菌的抑菌效果见表1、表2。化合物4b在浓度50 μg/mL时对串珠镰刀菌的抑菌率为8750%，化合物4c在浓度50 μg/mL时对立枯丝核菌的抑菌率为80.18%；而在浓度为100 μg/mL时，4b和4c对立枯丝核菌的抑菌率均达到了95%以上，4c在该浓度对串珠镰刀菌的抑菌率为87.50%，4b对串珠镰刀菌的抑菌率仅为4167%。表明化合物4b在低浓度条件下对串珠镰刀菌有抑菌效果，浓度较高时可能阻碍串珠镰刀菌生长。本试验以乙醇为对照，当4b和4c浓度为100 μg/mL时对立枯丝核菌有较好的抑菌效果，抑制率达到95%以上。

3结论

本研究在丙二酸亚异丙酯法的基础上对6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮的合成方法进行了改进，并在该化合物吡喃酮环的3位与4位引入不同的取代基，设计合成了9个目标化合物，并进行结构表征，初步的生物活性测试结果表明，部分该系列化合物对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）与串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有较好的抑制活性。

参考文献：

[1]陈凯，李纪顺，杨合同，等. 0.2%α-吡喃酮WP对植物病原真菌的防治效果[J]. 农药，2006，45（9）：632-633.

[2]Evidente A，Cabras A，Maddau L，et al. Viridenepoxydiol，a new pentasubstituted oxiranyldecene produced by Trichoderma viride[J]. J Agric Food Chem，2006，54（18）：6588-6592.

[3]Parker S R，Cutler H G，Jacyno J M，et al. Biological activity of 6-pentyl-2H-pyrane-2-onean its analogs[J]. J Agric Food Chem，1997，45（7）：2774-2776.

[4]El-Hasan A，Walker F，Schne J，et. al. Antagonistic effect of 6-pentyl-alpha-pyrone produced by Trichoderma harzianum toward Fusaium moniliforme[J]. Journal of Plant Diseases and Protection，2007，114（2）：62-68.

[5]Schubert M，Fink S，Schwarze F W M R. In vitro screening of an antagonistic trichoderma strain against wood decay fungi[J]. Arboricultural Journal，2008，31（4）：227-248.

[6]孙军，袁鹄，马德垺，等. 多甲基α-吡喃酮的简捷合成方法[J]. 华东理工大学学报：自然科学版，2005，31（2）：177-179.

[7]周庆发，赵慎，王珣，等. 2-吡喃酮衍生物合成研究进展[J]. 有机化学，2012，30（11）：1652-1663.

[8]Li Y，Ye D，Chen X，et al. Breviane spiroditerpenoids from an extreme-tolerant Pencillium sp. isolated from a deep sea sediment sample[J]. J Nat Prod，2009，72（5）：912-916.

[9]Kikuchi H，Hoshi T，Kitayama M，et al. New diterpene pyrone-type compounds，metarhizins A and B，isolated from entomopathogenic fungus，Metarhizium flavoviride and their inhibitory effects on cellular proliferation[J]. Tetrahedron，2009，65（2）：469-477.

[10]Kang J，Kim Y H，Park M，et al. An improved preparation of triacetic acid derivatives[J]. Synthetic communication，1984，14（3）：265-269.

[11]Suzuki E，Sekizaki E，Inoue S. A convenient synthesis of alkylated 4-hydroxy-2-pyrones[J]. Journal of the Chemical Society，Chemical Communications，1973，16：568.

[12]张晓梅，花冬梅，王道全，等. 6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮及其3-羧酸衍生物的简便合成方法[J]. 农药学学报，1999，1（2）：82-84.

4d：熔点64～65 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.111（d，3H，CH3），3.481（m，2H，CH2），5.700（s，1H，CH）。

1.2.44-烷氧基-6-甲基-2-吡喃酮（5a至5c）的合成将4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮（0.8 g，0.006 3 mol）固体、0.75 mL溴代烷（R1-Br）（0.009 5 mol）溶液和2 mL三乙胺（0.019 mol）溶液加入50 mL的圆底烧瓶中，加入20 mL左右的乙腈溶液，搅拌溶解，在40 ℃油浴中反应2 h。采用旋转蒸发仪除去大部分溶剂，直接以柱色谱分离得到产品。流动相配比约E ∶P=1 ∶5，在紫外灯下为单荧光点，原料有少量残余，在原点位置基本无荧光。脱除处理溶剂，产物为固体，产率50%～70%，熔点88～89 ℃。

5a：熔点88～89 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.205（s，3H，CH3），3.790（s，3H，CH3），5.407（d，1H，CH），5.774（q，1H，CH），HR-MS（ESI）m/z为141.0553（M+ H+，100%）。

5b：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.385（m，3H，CH3），2205（s，3H，CH3），4.052（m，2H，CH2），5.378（d，1H，CH），5.776（d，1H，CH）。

5c：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：0.964（m，3H，CH3），1437（m，2H，CH2），1.748（m，2H，CH2），2.200（s，3H，CH3），3.936（m，2H，CH2），5.377（t，1H，CH），5.771（m，1H，CH）。

1.3生物活性测定

供试病原菌：立枯丝核菌（Rhizoctonia solani），为无孢科丝核菌属；串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme Sheld），为瘤座孢科镰刀菌属。

采用生长速率法，将待测药剂与冷却后的PDA培养基混合均匀倾倒平板，待测药剂浓度分别为50、100 μg/mL，接种供试病原菌，28 ℃培养3～5 d，记录病原菌生长情况，以多菌灵为对照。

抑制率=（对照直径-接种时直径）2-（处理菌直径-接种时直径）2（对照直径-接种时直径）2×100%

2结果与分析

吡喃酮衍生物对植物病原真菌的抑菌效果见表1、表2。化合物4b在浓度50 μg/mL时对串珠镰刀菌的抑菌率为8750%，化合物4c在浓度50 μg/mL时对立枯丝核菌的抑菌率为80.18%；而在浓度为100 μg/mL时，4b和4c对立枯丝核菌的抑菌率均达到了95%以上，4c在该浓度对串珠镰刀菌的抑菌率为87.50%，4b对串珠镰刀菌的抑菌率仅为4167%。表明化合物4b在低浓度条件下对串珠镰刀菌有抑菌效果，浓度较高时可能阻碍串珠镰刀菌生长。本试验以乙醇为对照，当4b和4c浓度为100 μg/mL时对立枯丝核菌有较好的抑菌效果，抑制率达到95%以上。

3结论

本研究在丙二酸亚异丙酯法的基础上对6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮的合成方法进行了改进，并在该化合物吡喃酮环的3位与4位引入不同的取代基，设计合成了9个目标化合物，并进行结构表征，初步的生物活性测试结果表明，部分该系列化合物对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）与串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有较好的抑制活性。

参考文献：

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[3]Parker S R，Cutler H G，Jacyno J M，et al. Biological activity of 6-pentyl-2H-pyrane-2-onean its analogs[J]. J Agric Food Chem，1997，45（7）：2774-2776.

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[5]Schubert M，Fink S，Schwarze F W M R. In vitro screening of an antagonistic trichoderma strain against wood decay fungi[J]. Arboricultural Journal，2008，31（4）：227-248.

[6]孙军，袁鹄，马德垺，等. 多甲基α-吡喃酮的简捷合成方法[J]. 华东理工大学学报：自然科学版，2005，31（2）：177-179.

[7]周庆发，赵慎，王珣，等. 2-吡喃酮衍生物合成研究进展[J]. 有机化学，2012，30（11）：1652-1663.

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[9]Kikuchi H，Hoshi T，Kitayama M，et al. New diterpene pyrone-type compounds，metarhizins A and B，isolated from entomopathogenic fungus，Metarhizium flavoviride and their inhibitory effects on cellular proliferation[J]. Tetrahedron，2009，65（2）：469-477.

[10]Kang J，Kim Y H，Park M，et al. An improved preparation of triacetic acid derivatives[J]. Synthetic communication，1984，14（3）：265-269.

[11]Suzuki E，Sekizaki E，Inoue S. A convenient synthesis of alkylated 4-hydroxy-2-pyrones[J]. Journal of the Chemical Society，Chemical Communications，1973，16：568.

[12]张晓梅，花冬梅，王道全，等. 6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮及其3-羧酸衍生物的简便合成方法[J]. 农药学学报，1999，1（2）：82-84.

4d：熔点64～65 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.111（d，3H，CH3），3.481（m，2H，CH2），5.700（s，1H，CH）。

1.2.44-烷氧基-6-甲基-2-吡喃酮（5a至5c）的合成将4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮（0.8 g，0.006 3 mol）固体、0.75 mL溴代烷（R1-Br）（0.009 5 mol）溶液和2 mL三乙胺（0.019 mol）溶液加入50 mL的圆底烧瓶中，加入20 mL左右的乙腈溶液，搅拌溶解，在40 ℃油浴中反应2 h。采用旋转蒸发仪除去大部分溶剂，直接以柱色谱分离得到产品。流动相配比约E ∶P=1 ∶5，在紫外灯下为单荧光点，原料有少量残余，在原点位置基本无荧光。脱除处理溶剂，产物为固体，产率50%～70%，熔点88～89 ℃。

5a：熔点88～89 ℃，1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：2.205（s，3H，CH3），3.790（s，3H，CH3），5.407（d，1H，CH），5.774（q，1H，CH），HR-MS（ESI）m/z为141.0553（M+ H+，100%）。

5b：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：1.385（m，3H，CH3），2205（s，3H，CH3），4.052（m，2H，CH2），5.378（d，1H，CH），5.776（d，1H，CH）。

5c：1H-NMR（300 MHz，CDCl3）：0.964（m，3H，CH3），1437（m，2H，CH2），1.748（m，2H，CH2），2.200（s，3H，CH3），3.936（m，2H，CH2），5.377（t，1H，CH），5.771（m，1H，CH）。

1.3生物活性测定

供试病原菌：立枯丝核菌（Rhizoctonia solani），为无孢科丝核菌属；串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme Sheld），为瘤座孢科镰刀菌属。

采用生长速率法，将待测药剂与冷却后的PDA培养基混合均匀倾倒平板，待测药剂浓度分别为50、100 μg/mL，接种供试病原菌，28 ℃培养3～5 d，记录病原菌生长情况，以多菌灵为对照。

抑制率=（对照直径-接种时直径）2-（处理菌直径-接种时直径）2（对照直径-接种时直径）2×100%

2结果与分析

吡喃酮衍生物对植物病原真菌的抑菌效果见表1、表2。化合物4b在浓度50 μg/mL时对串珠镰刀菌的抑菌率为8750%，化合物4c在浓度50 μg/mL时对立枯丝核菌的抑菌率为80.18%；而在浓度为100 μg/mL时，4b和4c对立枯丝核菌的抑菌率均达到了95%以上，4c在该浓度对串珠镰刀菌的抑菌率为87.50%，4b对串珠镰刀菌的抑菌率仅为4167%。表明化合物4b在低浓度条件下对串珠镰刀菌有抑菌效果，浓度较高时可能阻碍串珠镰刀菌生长。本试验以乙醇为对照，当4b和4c浓度为100 μg/mL时对立枯丝核菌有较好的抑菌效果，抑制率达到95%以上。

3结论

本研究在丙二酸亚异丙酯法的基础上对6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮的合成方法进行了改进，并在该化合物吡喃酮环的3位与4位引入不同的取代基，设计合成了9个目标化合物，并进行结构表征，初步的生物活性测试结果表明，部分该系列化合物对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）与串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme Sheld）具有较好的抑制活性。

参考文献：

[1]陈凯，李纪顺，杨合同，等. 0.2%α-吡喃酮WP对植物病原真菌的防治效果[J]. 农药，2006，45（9）：632-633.

[2]Evidente A，Cabras A，Maddau L，et al. Viridenepoxydiol，a new pentasubstituted oxiranyldecene produced by Trichoderma viride[J]. J Agric Food Chem，2006，54（18）：6588-6592.

[3]Parker S R，Cutler H G，Jacyno J M，et al. Biological activity of 6-pentyl-2H-pyrane-2-onean its analogs[J]. J Agric Food Chem，1997，45（7）：2774-2776.

[4]El-Hasan A，Walker F，Schne J，et. al. Antagonistic effect of 6-pentyl-alpha-pyrone produced by Trichoderma harzianum toward Fusaium moniliforme[J]. Journal of Plant Diseases and Protection，2007，114（2）：62-68.

[5]Schubert M，Fink S，Schwarze F W M R. In vitro screening of an antagonistic trichoderma strain against wood decay fungi[J]. Arboricultural Journal，2008，31（4）：227-248.

[6]孙军，袁鹄，马德垺，等. 多甲基α-吡喃酮的简捷合成方法[J]. 华东理工大学学报：自然科学版，2005，31（2）：177-179.

[7]周庆发，赵慎，王珣，等. 2-吡喃酮衍生物合成研究进展[J]. 有机化学，2012，30（11）：1652-1663.

[8]Li Y，Ye D，Chen X，et al. Breviane spiroditerpenoids from an extreme-tolerant Pencillium sp. isolated from a deep sea sediment sample[J]. J Nat Prod，2009，72（5）：912-916.

[9]Kikuchi H，Hoshi T，Kitayama M，et al. New diterpene pyrone-type compounds，metarhizins A and B，isolated from entomopathogenic fungus，Metarhizium flavoviride and their inhibitory effects on cellular proliferation[J]. Tetrahedron，2009，65（2）：469-477.

[10]Kang J，Kim Y H，Park M，et al. An improved preparation of triacetic acid derivatives[J]. Synthetic communication，1984，14（3）：265-269.

[11]Suzuki E，Sekizaki E，Inoue S. A convenient synthesis of alkylated 4-hydroxy-2-pyrones[J]. Journal of the Chemical Society，Chemical Communications，1973，16：568.

[12]张晓梅，花冬梅，王道全，等. 6-甲基-4-羟基-2-吡喃酮及其3-羧酸衍生物的简便合成方法[J]. 农药学学报，1999，1（2）：82-84.