1、南京林业大学本科毕业设计（论文）题 目：脱氢枞胺基含氮杂环化合物的合成及与 DNA 的作用 毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，
2、允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日摘 要脱氢枞胺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抗菌、抗病毒、抗癌等生物活性。本文的研究目的是对脱氢枞胺的 B 环进行改性，合成新的脱氢枞胺衍生物，并测试其与 DNA 的相互作用，希望能将脱氢枞胺衍生物的应用领域拓展到生
3、物制药领域，促进松香产品深加工的发展。本文以脱氢枞胺为原料，经过乙酰化、铬酸氧化在 B 环引入羰基，得到氧化乙酰脱氢枞胺，再通过 Beckmann 重排在 B 环引入氮原子扩环得到新化合物N-(3-异丙基-8,11a-二甲基-6- 氧代-6,7,7a,8,9,10,11,11a-八氢-5H-二苯并b,d氮杂卓-8- 基甲基)-乙酰胺，氢化铝锂还原得到新化合物乙基-(3- 异丙基 l-8,11a-二甲基-6,7,7a,8,9, 10,11,11a-八氢-5H-二苯并b,d 氮杂卓-8-基甲基)- 胺。将 7-氧代乙酰脱氢枞胺溴化，得到新化合物 6-溴-7-氧代乙酰脱氢枞胺。作者还尝试用 6-溴-
4、7-氧代乙酰脱氢枞胺构造呋喃、吡咯杂环，却意外地得到了原来的 7-氧代乙酰脱氢枞胺和消除产物 5,6-烯-7-氧代乙酰脱氢枞胺。将合成的 4 种化合物与 E. coli 质粒 DNA 作用，经琼脂糖凝胶电泳分析，发现它们都能切割 E. coli 质粒 DNA，形成新的条带。关键词：脱氢枞胺；Beckmann 重排；DNA 切割AbstractDehydroabietic amine is one of the rosin derivatives. Its characteristic tricyclic diterpene structure feature the molecule with
5、 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 and investigate its interaction with DNA. It is hoped that the further processing industry of rosin can be promoted, whil
6、e these rosin derived compounds applied to bio pharmaceutical fields.Starting from dehydroabietic amine, a carbonyl group is introduced to B ring by chromic acid oxidation, a ketone is obtained. A nitrogen atom is inserted to B ring via Beckmann rearrangement with ring extension, then reduce it to E
7、thyl- (3-isopropyl- 8,11a-dimethyl-6,7,7a,8,9,10,11,11a-octahydro-5H-dibenzob,dazepin-8-ylmethyl)-amine by lithium aluminum hydride. The author also attempt to construct furan and pyrrole heterocycles fused with B ring, but the original ketone and an elimination product is obtained.The interation of
8、 those 4 compounds with DNA is analysed by gel electrophoresis. They are all able to cleavage plasmid DNA of E. coli.Keywords: dehydroabietic amine, Beckmann rearrangement, DNA cleavage目 录第一章 综述 .11.1 松香 .11.1.1 松香的来源 .11.1.2 松香的化学成分 .11.1.3 松香的生产状况 .11.1.4 歧化松香 .21.2 脱氢枞胺 .31.2.1 概述 .31.2.2 脱氢枞胺的生产
9、和制备 .31.3 脱氢枞胺的衍生物 .41.3.1 氨基成盐衍生物 .41.3.2 C-N 衍生物 .41.3.3 C=N 衍生物 .51.3.4 芳环的改性 .51.3.5 B 环的改性 .61.4 脱氢枞胺衍生物的生物活性 .71.4.1 抗肿瘤活性 .81.4.2 抗病毒活性 .91.4.3 抗菌活性 .101.4.4 抗氧化 .101.4.5 杀虫 .111.5 本文研究的目的、意义及主要内容 .11第二章 脱氢枞胺 B 环改性的研究 .122.1 引言 .122.2 实验部分 .122.2.1 试剂仪器 .122.2.2 分析方法 .132.2.3 脱氢枞胺的提纯 .132.2.4
10、 脱氢枞胺的乙酰化和氧化 .132.2.5 Beckmann 重排 .142.2.6 氢化铝锂还原 .152.2.7 氧化乙酰脱氢枞胺的 溴化 .162.2.8 合成呋喃杂环的尝试 .172.2.9 合成吡咯杂环的尝试 .172.2.10 合成 2,4-二硝基苯腙 .172.3 结果与讨论 .182.3.1 反应条件的选择 .182.3.2 产物的分离提纯 .212.3.3 产物结构分析 .222.4 本章小结 .36第三章 DNA 切割实验 .373.1 引言 .373.2 实验部分 .373.2.1 测试材料 .373.2.2 测试步骤 .373.3 结果与讨论 .38第四章 结论 .39
11、致谢 .40参考文献 .411第一章 综述1.1 松香1.1.1 松香的来源松香是松树分泌的粘稠液体经过蒸馏得到的一种天然树脂。它是松树的二次代谢产物，也是自然界存在的第二大天然产物，其储量仅次于天然橡胶，是一种有待开发的巨大天然资源宝库。松树具有顽强的生命力，是分布最广的树木之一，据估计松树约占地球上森林面积的三分之一。松树在我国从南到北都有分布，因此松香是我国林产化学工业中最重要的产品之一。 11.1.2 松香的化学成分松香是多种树脂酸和少量脂肪酸、中性物质的混合物，其的组成随产地和加工方法的不同而异。松香的主要成分是树脂酸，树脂酸是一类化合物的总称。它们都是带有一个羧基和两个共轭的双键的
12、三环二萜。根据烷基类型和双键位置的差异可以分为枞酸型(abietic acid)、海松酸型 (pimaric acid)、异海松酸 (isopimaric acid)型 3类。树脂酸中，枞酸型其为主要成分。现例举各类典型化合物如下。图 1.1 3 种典型的树脂酸双键的存在赋予松香易氧化、易加成的特性。羧基使得松香具有酸性，可以通过酯化、酰胺化进行改性。树脂酸独特的化学结构给有机化学家提供了丰富的想象空间。因此松香在医药、农药、表面活性剂和胶黏剂等方面都有广泛的应用和广阔的前景。 11.1.3 松香的生产状况目前松香的世界年产量为 110-120 万吨。主要产于中国、美国、巴西、葡萄牙、洪都拉斯
13、、墨西哥等国。世界松香消费主要在美国、欧洲、中国、日本和非洲。 22美国的松香生产课追溯到 1606 年。由于经济发展，产区人口资源发生变化，松香产量在相当长的时间内不断下降，直到 20 世纪 70 年代被我国赶超。美国松香的年平均消耗量为 1.78104 t/a。其松香价格在 1968-1980 年间上涨到原来的 4 倍以上。我国从 1953 年开始生产松香，每年约产 30 万吨，最高可达 40 万吨。1980年后超过美国居世界第一，占世界松香总产量的 40%。我国松香的主要产地为广西、广东、福建、江西、云南、湖南、海南等省份，其中广西、广东两省的产量占全国松香产量的一半以上。 2我国松香产
14、业发展还存在一些问题。主要是森林资源支撑能力较弱，原料林基地建设缓慢，质量不高，效益较差；产业整体素质偏低，经济增长方式粗放，科技贡献率不高，落后产能庞大；林产品科技含量低，品牌意识薄弱，国际知名产品缺乏；林业机械制造业水平总体落后，高端林产品加工机械主要依赖进口。此外，国际金融危机也给我国林业产业发展带来了新的挑战。1.1.4 歧化松香人们发现松香在热处理后，其抗氧化性和耐候性都发生了显著提高。1937 年，Fleck 和 Palkin3首次报道了钯催化下对松香的热处理，并从中分离出脱氢枞酸(dehydroabietic acid)4； 1938 年他们从经过 250275C 钯催化热处理的
15、松香中分离出脱氢枞酸、二氢枞酸(dihydroabietic acid)和四氢枞酸(tetrahydroabietic acid)，首次证明松香受热发生了歧化反应 5。图 1.2 松香的催化歧化Fleck 和 Palkin 又在 1939 年证明了无催化剂条件下加热的松香也能够发生歧化反应，生成脱氢枞酸和内酯化的二氢枞酸(lactonized dihydroabietic acid) 6。图 1.3 松香的热歧化3在钯催化下将歧化松香加热到 300C，其中的二氢枞酸、四氢枞酸发生脱氢反应，生成脱氢枞酸，最终得到以脱氢枞酸为主要成分的歧化松香(disproportionated rosin)。1
16、.2 脱氢枞胺1.2.1 概述脱氢枞胺(dehydroabietic amine)，又名去氢枞胺，是歧化松香胺的主要成分。它是一种具有三环二萜结构的光学活性碱。脱氢枞胺及其衍生物广泛用于手性拆分、金属离子浮选、表面活性剂、杀菌、制药等领域。因此开展对脱氢枞胺及其衍生物的研究特别符合我国市场需求。这不但有助于推动我国松香产品的深加工的发展，而且对我国林业资源的合理开发利用以及生态环境的保护都具有非常重要的意义。图 1.4 脱氢枞胺1.2.2 脱氢枞胺的生产和制备工业上采用腈化-氢化法生产脱氢枞胺。在催化剂钨酸铵存在下用氨气处理歧化松香，歧化松香中的羧基与氨成盐后，经过两次脱水得到歧化松香腈(de
17、hydroabietyl nitrile)。将歧化松香腈在骨架镍催化剂存在下加压氢化，得到歧化松香胺(disproportionated abietic amine)，其主要成分为脱氢枞胺 1。4图 1.5 脱氢枞胺的生产王道林 7等将歧化松香胺和对甲苯磺酸在乙醇中作用，歧化松香胺中的脱氢枞胺形成对甲苯磺酸盐析出；再将盐沉淀滤出与氢氧化钠水溶液和甲苯混合搅拌，把释出的脱氢枞胺萃取到甲苯层，旋蒸得到脱氢枞胺纯品。图 1.6 脱氢枞胺的提纯陈泳 8将上述提纯工艺设计成实验供林化专业学生练习。1.3 脱氢枞胺的衍生物1.3.1 氨基成盐衍生物作为氨基化合物，脱氢枞胺能够和酸反应成盐。人们关注较多的是
18、脱氢枞胺的乙酸盐。它不仅可以用来分离提纯脱氢枞胺，而且能够有效地杀灭藻类、细菌、霉菌、腹足类动物等害虫。Schertz9等合成了脱氢枞胺的五氯酚盐。该盐具有杀虫活性，能用作防腐剂和木材杀虫剂。虽然脱氢枞胺对植物有毒性，但脱氢枞胺五氯酚盐在用作杀菌剂时不会伤害植物。1.3.2 C-N 衍生物脱氢枞胺 C-N 衍生物被人们关注得较多。Steck10等发现脱氢枞胺、脱氢枞胺乙酸盐以及脱氢枞胺和环氧乙烷加成产物可以防止血吸虫的尾蚴穿透，从而避免感染血吸虫病。Goodson11合成了一系列含肽键的脱氢枞胺衍生物。抑菌活性测试表明，该系列化合物在 3-12mg/mL 浓度范围内对平板阳性菌及阴性菌具有较好
19、的抑菌效果；系列化合物的位置异构体仍然具有活性。曾韬等 12以 N,N-聚氧乙烯松香胺为原料，合成了 N,N-聚氧乙烯基-N-苄基氯化铵和 N,N-聚氧乙烯基-N- 甲基硫酸酯季铵盐，并测试了它们的表面活性等5物理化学性质，发现它们具有良好的表面特征。其中前者可以用于抗菌剂、防霉剂方面，后者可以用在工业助剂方面。梁梦兰等 13研究了以脱氢枞胺为原料合成 N,N-二甲基-N-脱氢枞基氯化铵和 N,N,N-三甲基 -N-脱氢枞基单甲酯胺两种阳离子表面活性剂的合成工艺，并测定了它们的界面性能等物化性质，发现它们具有良好的表面活性。曾韬等 14研究了醛酸法合成 N,N-二甲基脱氢枞胺的方法，并对合成产
20、物进行了表征。产物的分析结果表明，醛酸法合成 N,N-二甲基脱氢枞胺是可行的。何曼等 15以脱氢枞胺为原料，合成了脱氢枞胺键合交联的聚苯乙烯树脂，并将该产物初步用于对映体的分离。王延等 16以脱氢枞胺为原料，合成了三种 N-脱氢枞基-N,N-二羟乙基季铵盐类阳离子表面活性剂，表征了产品的结构，测定了产品的表面物理化学性质，并对产品的抗菌缓蚀性能进行了应用研究。王延等 17采用酸碱二步催化乙氧基化反应，以脱氢枞胺位原料，合成了一系列具有不同 EO 加和数的脱氢枞胺聚氧乙烯醚，并对产物的表面物化性质、缓蚀性能及产品结构与性能的关系进行了研究。结果表明该产品可以作为阳离子表面活性剂及金属缓蚀剂使用。
21、王延等 18以脱氢枞胺为原料，合成了 6 种脱氢枞基季铵盐，对合成化合物通过 UV、IR、NMR 及元素分析手段进行确认。抗菌实验测试发现，该产品对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌具有一定抗菌活性。1.3.3 C=N 衍生物1864 年，Schiff 19首次合成了具有碳氮双键结构的化合物，称作 Schiff 碱或亚胺。其氮原子上的孤对电子赋予其重要的化学和生物学性质。Schiff 碱能够参与氨基酸代谢，如 L-谷氨酸的氧化脱氨途径，嘌呤核苷酸循环等，碳氮双键是其生物活性的效应基团。Schiff 碱的合成可以自由选择反应物，改变取代基的种类和位置，便于开发大量结构新颖的产品。脱氢枞胺水杨醛 Schif
22、f 碱及其铜配合物的分子既有一定的刚性，又有一定的柔性，且在不对称合成中表现出高的立体选择性。配合物对漆酚的氧化聚合及松香的氧化反应均具有一定的催化性能，并且对铜有缓蚀作用。姚绪杰等 20以脱氢枞胺为原料，合成了 5 种脱氢枞胺水杨醛类 Schieff 碱，用 IR、 1HNMR 确证其结构，并用静态失重法研究了它们在酸性介质中对铜的缓蚀性能，发现脱氢枞胺-5,6-二羟基水杨醛 Schiff 碱对铜的缓蚀性能最强。饶小平 21在乙醇溶剂中合成了脱氢枞胺水杨醛 Schiff 碱，以及脱氢枞胺（5-硝基）水杨醛 Schiff 碱，通过 IR 进行表征，UV-Vis 研究了它们在有机溶剂中的光至变色和溶致变色性能。研究发现这两种 Schiff 碱都能在氯仿溶液中发生光至变色，后者能在 DMF 中发生溶致变色，并讨论了变色的机理。姜大炜 22以无水乙醇为溶剂，在回流条件下，将系列取代水杨醛的乙醇溶液加入脱氢枞胺的乙醇溶液中，合成了 9 种 Schiff 碱，并对产物进行了结构表征。他还用得到的 Schiff 碱进一步合成了 8 个铜系配合物和 6 个镍系配合物，并对产物进行了结构表征。1.3.4 芳环的改性
