喹啉天然产物的应用

摘要喹啉为无色液体。能与醇、醚及二硫化碳混溶，易溶于热水，难溶于冷水。具吸湿性，能从空气中吸收水分，至含水22%，能随水蒸气挥发。异喹啉又称苯并吡啶，无色结晶，能与多种有机溶剂混溶，溶于稀酸；具吸水性，碱性较喹啉强；有类似茴香油和苯甲醚气味。综述部分喹啉，异喹啉天然产物的合成以及化学合成的研究进展，并对其现存问题和发展方向进行分析和展望。关键词喹啉；应用1喹啉类化合物的合成1.1煤焦油提取法在萘油加工过程中，稀硫酸洗涤萘油时所产生的废酸中就溶有硫酸喹啉，一般含量约为20%，用二甲苯做萃取剂，抽提掉废酸中的中性油类后，用氢氧化钠中和游离酸，中和后粗喹啉进行精馏处理。1.2Skraup法将苯胺和甘油的混合物与硝基苯和浓硫酸一起加热，即可得到喹啉，该法是目前工业化生产主导方法，可以通过选择不同的芳香胺和取代的α,β-不饱和羰基化合物，能够制取各种取代的喹啉和含有喹啉的稠环化合物。如2-甲基喹啉、3-甲基喹啉、4-甲基喹啉多用该法生产。1.3Doebner-Vonmiller法用芳香胺与一种醛类在浓盐酸存在共热，可以加入氧化剂，也可以不加，则生产相应取代喹啉，如2-甲基喹啉、2-苯基喹啉、2，4-二甲基喹啉、2-苯基-4-羧基喹啉等可以采取该法生产。1.4Combes法将芳香胺与β-二羰基化合物在酸性环境中进行缩合，可以得到喹啉环，如羟基喹啉、烷基取代羟基喹啉、乙酯基羟基喹啉等均可以采用该法生产。2喹啉类产物的应用世界上喹啉生产与消费主要集中在美国、日本、西欧等工业发达国家和地区,许多公司采用煤焦油提取方法生产精喹啉,也有部分公司采用化学合成方法生产多种喹啉的衍生物。近年来关于含有喹啉结构的新型医药、农药和染料开发比较活跃。我国喹啉的提取与研究开发较早,目前有一定数量供应国内市场,其中精喹啉和异喹啉生产主要采用从煤焦油提取而得。另外还有部分化学试剂公司提供试剂的喹啉产品。近年来我国喹啉的衍生物开发也取得了较大进步,国内有多家企业能够生产喹啉酸、喹啉酮、氢化喹啉、卤代喹啉、硝化喹啉、羟基喹啉、盐酸喹啉、羧酸喹啉等。喹啉是一种重要的精细化工原料,主要用于合成医药、染料、农药和多种化学助剂。许多喹啉化合物都是重要医药中间体,而且近年来许多含喹啉环的新型药物被不断开发出来。喹啉本身最初也是从抗疟药物奎宁经过蒸馏而得到。主要应用于合成抗疟药物,如补疟喹、磷酸氯喹、磷酸伯胺喹和胺酚喹啉等;解热镇痛药物辛可芬;局部麻醉药物盐酸地布卡因;抗阿米巴病药喹碘仿、氯碘喹啉、双碘喹啉等;抗菌素药物克菌定;由喹啉环及其它杂环可以合成扑蛲灵和克泻痢宁;许多取代喹啉N-氧化物都是重要药物,如4-氨基-5-硝基喹啉N-氧化物有抑制肿瘤生长的作用,甲基喹啉N-氧化物和它的4-硝基-3-氯喹啉衍生物都具有显著的抗细菌和抗真菌药效,美国新开发的强抗菌剂Utibid就是一种喹啉酮化合物。2.1染料以喹啉及喹啉衍生物可以合成酸性染料黄3、直接黄22、溶剂黄33和Palanil黄3G,这些品种都是黄色染料的主导品种;喹啉类花青染料目前仍是彩色照相的重要光敏物质,不同数量的喹啉环组成可使光的敏感区域从紫外光到红外光或其中任意一段;喹啉经过硝化、还原得到氨基喹啉,主要用于纺织品染色辅助剂和毛发、毛皮染色剂。喹啉在结构上为吡啶环与苯环的稠合体,在化学性质上近似于吡啶和萘,其亲电取代几乎仅发生于苯环,亲核取代则几乎发生于吡啶环。在合成吡啶环上取代的AQ时,一般可以由喹啉取代直接合成,苯环上取代的AQ则有较为经典。2.2食品饲料添加剂喹啉氧化可以得到烟酸。烟酸是一种重要的维生素,可以合成多种烟酸系药物,如烟酸胺、强心剂、兴奋剂等。除了合成多种药物外,还广泛应用作食品和饲料添加剂,近年来国内烟酸发展非常迅速。烟酸也称作维生素B3，或维生素PP，耐热，能升华。烟酸又名尼克酸、抗癞皮病因子。在人体内还包括其衍生物烟酰胺或尼克酰胺。它是人体必需的13种维生素之一，是一种水溶性维生素，属于维生素B族。烟酸在人体内转化为烟酰胺，烟酰胺是辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成部分，参与体内脂质代谢，组织呼吸的氧化过程和糖类无氧分解的过程2.3农药喹啉许多衍生物为重要的农药品种,如7-氯喹啉N-氧化物可作为谷物种植中阔叶杂草的除草剂;取代8-氨基喹啉具有植物性毒素活性,可以制备除草剂;由N-取代的二硫化氨基甲酸的喹啉酯制得除草剂,活性可与2,4-D相比,而且毒性和残留性较低;氨基甲酸的喹啉酯、喹啉-8-羧酸衍生物及其盐都具有较好杀虫性能;8-羟基喹啉的铜盐是非常有效的杀菌剂。2.4抗氧化剂大多数含喹啉环的抗氧化剂都是1,2-二氢喹啉的衍生物,多种1,2-二氢烷基喹啉都是国内外早已生产与应用的优良抗氧剂,可以作为抗臭氧化剂、防老剂应用于橡胶加工业中,也可以用作食品抗氧剂及润滑油添加剂等。如目前全球橡胶抗氧化剂三大主导品种之一的橡胶防老剂RD就含有喹啉环结构。2.5药物自从认识到氯代喹啉胺类化合物具有抗疟疾作用以来,喹啉衍生物至今仍是抗疟疾的主要药物。4-氨基喹啉类药物最先应用于临床,主要代表为氯喹,目前国内外仍将其作为控制疟疾病的首选药物。以氯喹作为主体修饰,也是研究新的抗疟药物的主要方向:如卡莫喹和毒性较低于氯喹的吡咯喹;一类代表性的,对DNA和RNA的复制有明显抑制作用的、具有长链聚氨基侧链的化合物;具有一定抗炎止痛作用的4-位氨基的邻位苯醚取代化合物;以及在四氢萘酚环上引入叔丁胺结构,合成的4-位四氢萘酚取代物等。此外,这一系列喹啉的1-氧化物也能表现出良好的抗疟活性。比如卡莫喹的1-氧化物对鼠疟的作用就比卡莫喹强3～4倍;具有其它侧链改变的一系列1-氧化物也表现出不同程度的抗疟活性。后来的研究中还发现,将7-位氯替换为其他官能团,很多化合物的抗疟活性有明显增强。如7-三氟甲基、4-位酚类取代系列的侧链化合物8-AQ类衍生物中也有大量用作防止疟疾复发和传播的药物,如伯氨喹和扑疟喹等。伯氨喹现已被作为防止疟疾复发和传播的首选药物;扑疟喹是在侧链上引入碱性基团合成的一类红内期抗疟药物,抗疟作用很强,但毒性较大。由于喹啉环结构独特的生物活性,经常被用作药物分子的修饰,很多神经类药物和抗过敏药物中都有它的身影。虽然AQ对神经系统表现的药物活性被发现得相对较晚,但研究进展迅速,已有不少结构被申请专利,其中的大部分对神经系统功能的退化、紊乱、及与此相关的一系列并发症具有很明显的实验疗效。文献所示的一类2-AQ衍生物是其中较有代表性的结构,已被证明是有效的神经类药物,对治疗精神紊乱具有一定的疗效。AQ所带的氨基的强化学活泼性也使它和它的衍生物在药物筛选中被经常地作为修饰剂使用。比如,用5-AQ修饰的分子结构已被证明有较好的药学活性,能对一些由组蛋白乙酰基转移酶引发的病症作出预防和治疗;同样以5-AQ修饰的分子结构,在药学检测中发现对精神焦虑症和性功能紊乱都表现出较好的活性;以及Ymnashita等合成的一系列以3-AQ为修饰,对中枢神经系统的紊乱有很强的药物活性的药物2.5化学助剂喹啉及其衍生物可以作为多种助剂,如喹啉及其衍生物的N-氧化物都能作为配位体和许多金属离子形成络合物,作为重要的分析化学试剂使用;多种喹啉化合物可作为缓蚀剂,如在水泥中加入喹啉或其铬酸盐,可以防止混凝土中钢筋腐蚀;金属采用8-羟基喹啉可以抑制或减缓其腐蚀;汽车抗冻液中加入2-氯喹啉、4-氨基喹啉、8-硝基或羟基喹啉作为缓蚀剂效果明显;喹啉衍生物作为催化剂在多种石油工业合成中应用,如喹啉的锂络合物可作为丙烯醛和甲基丙烯醛的1,4加成聚合的催化剂。2-氯喹啉4-氨基喹啉8-羟基喹啉氨基喹啉由于其独特的共轭结构,使其大部分的衍生物具有光学活性,如7-氨基喹哪啶的溶液,或由它们配位的盐的溶液,都能发出极强的荧光,这使得它们在分析中具有很光明的应用前景。AQ的一些衍生物也被证明具有良好的光学性能,能作为保存信息的光学记录媒体。在实际应用和研究中,5-AQ、8-AQ及它们的衍生物是被研究最多、应用也最广泛的一类。其中,与在之前已得到广泛应用的、至少能与50种金属离子配位的8-羟基喹啉相比,8-AQ只与15种金属离子生成稳定化合物[13]的特性使其选择性提高了很多8-AQ作为光度试剂以萃取光度法测定Pd,灵敏度(ε)可达3.65×104L·mol-1/cm,并有很好的选择性,直到现在还是Pd的优良荧光试剂;将8-AQ用作Mo(Ⅵ)的极谱分析试剂[14],其检测范围能达到1.0×10-9～1.0×10-7mol/L。此外,Cd-8-氨基喹啉配合物于-0.86V处产生灵敏的吸附波[15],以此为手段,镉的检出下限可达0.0006mg/L,可用于环境水样微量镉的测定。AQ类的分析试剂,其偶氮衍生物占了很大部分。AQ偶氮化后,很容易引入其他官能团,因而可使试剂具有更大的共轭体系或更优良的配位结构,荧光强度得到加强,形成稳定的配合物后荧光熄灭,根据这一原理可以有效地对痕量金属作出定量检测。对偶氮衍生物的多年研究已经产生了大量灵敏度极高的显色试剂,并在光度分析中有着广泛应用,主要类型包括8-位偶氮衍生物、5-位偶氮衍生物以及5-、8-位偶氮衍生物等。图4所示的8-AQ的8-位偶氮衍生物均能与Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)等离子发生显色反应:图4a用于Ca的光度法测定时ε高达2.5×105,对比度Δλ为170nm,是测Ca的极佳显色试剂;黄章杰等[16,17]在偶氮化的8-AQ上引入杯芳烃(图4b)作为分析试剂时,杯芳烃是与阳离子形成各种不同合物的主体,而喹啉环则作为具有光敏信号的响应基团,据此可以制备一系列具有高选择性的分子识别试剂,如将冠醚、环糊精等类似的强配合结构用相同的方法被引入AQ得到的高效分析试剂。另一方面,AQ的偶氮化还能使试剂的结构得到扩展,两个偶氮基理论上可以合成任意长的共轭链结构,已有大量此类衍生物用作分析试剂的报道:图4a是荧光测定Cu的最灵敏试剂[18]之一,同时它还是Co(Ⅱ)的荧光试剂,也是荧光熄灭法测定Ni(Ⅱ)的良好试剂[19]。将图4b以荧光熄灭法铜离子,检出限可达1.0×10-9[20]。图4b二氨基喹啉偶氮衍生物2.6其它喹啉及其衍生物和同系物,都是很好的溶剂和萃取剂,特别是稠环芳香化合物的溶剂;喹啉衍生物可作为发光体与四溴化碳制成感光层,是非常理想的感光材料;喹啉及其衍生物在电镀、金属提取与冶炼行业应用也非常广泛。随着喹啉化合物应用领域的逐渐开拓,喹啉系列化合物研究开发与生产具有良好市场前景。结论在生产与运输过程中，应避免皮肤污染，注意呼吸道防护等，喹啉在医药和染料工业有着重要应用。综上所述,对喹啉及其衍生物多年的研究已使其在医药和分析科学等领域有了良好的表现,展示了很好的应用前景。但无论是作为药物还是分析试剂,绝大部分的研究成果仍然停留在实验结果上,这一方面是由于合成困难,另一方面是由于这些新结构的化合物在功效和成本上与已有的产品相比并没有太大的优势。随着喹啉化合物应用领域的逐渐开拓，喹啉系列化合物研究开发与生产具有良好市场前景。参考文献[1]梁诚.喹啉及其衍生物的开发与应用[2]李守贵.油浆阻垢剂在RFCCU中的应用方兴未艾,炼油,1998,3(4):49—51[3]陈冬冬;徐峰.油浆阻垢剂的工业应用,炼油与化工,1999,5:46—49[4]余江虹,原鲜霞,贾超,兰天,张慧娟,王宇石,马紫峰,叶伟东.氨基喹啉及其衍生物的性质、合成和应用[5]亓晨晓，杨圣伟，孙丽萍.吡咯并[4,3,2-de]喹啉类类天然产物的研究进展[6]AlbertA,GoldacreR.Nature[J],1944,153:467.[7]TondysH,VanDerPlasHC,WozniakM.JofHeterocyclieChem[J],1985,22(2):353.[8]KorodiF.SynCommun[J],1991,21:1841.[9]LangF,ZewgeD,HoupisIN.TetrahedronLett[J],2001,42(19):3251.[10]MaliowskiM,KaczmarekL.JFuerPrakt