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1、湖南大学化学理科基地科研训练项目结题总结柚皮苷半合成生物活性黄酮醇和橙酮类化合物研究姓名 * 专业班级 * 学号 *1.项目简介研究内容 黄酮醇约占黄酮类化合物的三分之一, 其抗肿瘤、抗病毒、抗感染和抗心血管疾病等生物活性是黄酮类中最强的一类天然产物。如山萘酚(Kaemferol)对肺癌、宫颈癌和前列腺癌有很好的抵制作用,高摄入山萘酚还会明显降低患大肠癌和胰腺癌的风险。鼠李柠檬素(Rhamnocitrin)是从藏药翁布(Myricaria germanica)提取出来的药用有效成分。3,5-二羟基-7,4-二甲氧基黄酮具有神经保护作用。橙酮广泛存在于菊料植物中,具有镇痛、抗炎症、抗肿瘤活性,还
2、可作为酪氨酸酶的抗阻剂,是化妆品中的美白因子。鉴于黄酮醇类和橙酮类化合物的重要药用价值,以及这两类化合物合成方法上的不足。我们从易得的柚皮苷为原料,经过糖苷水解、脱氢、苄基保护、甲基化、过氧丙酮(DMDO)氧化或Algar-Flynn-Oyamada(AFO)反应和脱苄基保护等反应步骤,半合成了山萘酚(1, Kaemferol),5,7,4-三甲氧基黄酮醇(2)、3,5-二羟基-7,4-二甲氧基黄酮醇(3),鼠李柠檬素(4,Rhamnocitrin)等4种天然黄酮醇类和4,6,4-三羟基二氢橙酮(5)、4-羟基-6,4-二甲氧基二氢橙酮(6)两种新的橙酮类化合物。重点探讨了过氧丙酮(DMDO)
3、直接氧化黄酮制备黄酮醇和AFO法制备黄酮醇与橙酮的合成方法,改进优化了反应条件。所有合成化合物的结构已通过1H NMR、MS和IR等波谱方法进行了确认。该合成途径原料易得,工艺简便,收率较高,具有较高的应用价值。技术路线 Scheme 1 天然黄酮醇的合成路线 Scheme 2 二氢橙酮的合成路线2.项目实施情况总结 (1)、通过文献查阅,完成了文献综述,训练了文献查询、概括、综合、分析、归纳及科技论文写作能力。 通过英文文献查阅与英译汉,每人已翻译一篇英文科技期刊上的有机合成化学方面的论文,提高了阅读与翻译英语水平的能力。(2)、通过在有机化学科研室在导师指导下并跟着硕士研究生进行实验研究以
4、丰富易得的天然二氢黄酮类柚皮苷为原料,经过糖苷水解、脱氢、苄基保护、甲基化、过氧丙酮(DMDO)氧化或Algar-Flynn-Oyamada(AFO)反应和脱苄基保护等反应步骤,半合成了山萘酚(1, Kaemferol),5,7,4-三甲氧基黄酮醇(2)、3,5-二羟基-7,4-二甲氧基黄酮醇(3),鼠李柠檬素(4,Rhamnocitrin)等4种天然黄酮醇类和4,6,4-三羟基二氢橙酮(5)、4-羟基-6,4-二甲氧基二氢橙酮(6)两种新的橙酮类化合物。并用红外光谱、质谱和核磁共振波谱法确证了产物的化学结构。并对所合成的部分目标化合物进行了生物活性测试。(3)、综合训练了科技文献的查询、英文
5、文章翻译,有机化合物提取、分离和结构鉴定以及有机合成的实验操作方法,学习了如何用红外光谱图、核磁共振波谱图分析有机化合物的结构,了解并初步熟悉了进行有机化学科研工作的思维方法和研究手段。对于动手能力也有较大的提高。(4)、由于本科阶段课程较多,以及应对专业课程和英语四、六级考试,时间比较紧,能在实验室进行实验工作的时间较少。再加上有些专业技能和科研训练欠系统,知识结构还不完整,进行科研工作大部分只能协助研究生进行。3. 项目主要成果(1).以柚皮苷为原料,经过糖苷水解、脱氢、苄基保护、甲基化、过氧丙酮(DMDO)氧化或Algar-Flynn-Oyamada(AFO)反应和脱苄基保护等反应步骤,
6、半合成了山萘酚(1, Kaemferol),5,7,4-三甲氧基黄酮醇(2)、3,5-二羟基-7,4-二甲氧基黄酮醇(3),鼠李柠檬素(4,Rhamnocitrin)等4种天然黄酮醇类和4,6,4-三羟基二氢橙酮(5)、4-羟基-6,4-二甲氧基二氢橙酮(6)两种新的橙酮类化合物。(2).重点探讨了过氧丙酮(DMDO)直接氧化黄酮制备黄酮醇和AFO法制备黄酮醇与橙酮的合成方法,改进优化了反应条件。该合成途径原料易得,工艺简便,收率较高,具有较高的应用价值。(3).我们所用的合成具有路线较短,操作简便,总产率较高的优点,具有较高的应用价值。即将在国内外科技期刊上发表2篇学术论文。4.项目创新点
7、(1). 过氧丙酮环氧化(DMDO)法合成黄酮醇化合物的改进方法研究我们对过氧丙酮环氧化反应进行改进:将原料黄酮类化合物溶于二氯甲烷/丙酮(4:3)溶液中,以碳酸钠/碳酸氢钠水溶液为缓冲溶液,保持反应体系的pH值在9左右,采用间歇式滴加过硫酸氢钾复合盐水溶液的方法,对黄酮C环上的双键进行环氧化反应,待原料反应完全后,用硫代硫酸钠洗涤反应液。用对甲苯磺酸对环氧化合物进行酸性水解,得到黄酮醇类化合物,产率可达95%以上。采用间歇式滴加过硫酸氢钾水溶液的方法,可在一定程度上克服过氧丙酮易分解的不利因素。高收率地合成了黄酮醇化合物1,2, 3和4。该合成方法区域选择性较好,几乎没有副产物生成,整个反应
8、体系能在水溶液中进行,不需要相转移催化剂,反应过程中没有有毒物质产生,达到了绿色化学的基本要求。为工业扩大化生产提供了有利条件。(2). AFO法合成4-取代橙酮化合物的新途径我们以6位含取代基的查尔酮为原料,运用改进的AFO法合成橙酮类化合物,关键是双氧水的投入量和滴加速度。双氧水的投入量过少,反应不完全;双氧水的投入量过多,原料虽能反应完全,但酸化后只有少量的橙酮固体析出。双氧水滴加速度过快,反应剧烈放热,易生成黄酮醇类化合物,但也容易生成其他副产物,给分离提纯造成困难。因此,最佳反应条件是在冰浴条件下,双氧水与查尔酮的摩尔比以4:1为最佳,缓慢滴加的双氧水,且保持反应体系的温度不超过5反
9、应24小时。本文运用该法高收率合成了含4-取代的橙酮类化合物5和6,为橙酮类化合物的合成提供了新的途径。运用AFO法合成橙酮类化合物,收率较高、操作简单且成本较低,为工业化生产提供了有利条件。(3). 改进了橙酮和黄酮醇的鉴定方法黄酮醇和橙酮是同分异构体,极性极为相似,但黄酮醇在石油醚/乙酸乙酯中溶解性差,且易与硅胶吸附而难以脱离。我们根据两者溶解性的差异,以丙酮为溶剂进行重结晶,得到纯的橙酮化合物。剩余的母液可以石油醚/乙酸乙酯为展开剂进行硅胶柱层析,分离出这两种黄酮化合物。利用黄酮类化合物易与浓硫酸反应,生成不同颜色的佯盐来进行鉴别:先把化合物溶于有机溶剂中,在溶液中滴入2滴浓硫酸,若溶液显洋红色,则证明该物质是橙酮;若显亮黄色且带荧光,则证明该物质的是黄酮醇;若溶液显橙色,说明它是黄酮醇和橙酮的混合物。 5.项目组感言 通过这两年来的理科基地项目的训练,我们小组的成员了解了更多与有机合成和生物活性药物相关的知识。同时通过文献的查阅和在实验室和研究生一起进行实验操作,进一步锻炼了我们小组成员的实验操作能力。非常感谢学院能给我们这样一个平台来增强我们学生的各方面能力,为我们将来的学习工作奠定了一个良好的基础! 指导教师:*
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