（应用化学专业论文）金丝桃素的合成研究.pdf

硕士论文金丝桃素的合成研究 摘要 金丝桃素为萘骈二葸酮类化合物，存在于贯叶连翘及同属植物。金丝桃素是贯叶连 翘中最具生物活性的物质，可由两分子大黄素缩合而成。据研究证明，金丝桃素具有多 种生物活性：( 1 ) 具有抗病毒活性，如有抗艾滋病人免疫缺陷病毒的作用、对口蹄疫病 毒的抑制作用、提高血液制品的安全性、治疗白血病、对高致病性禽流感病毒杀灭性等 作用； ( 2 ) 金丝桃素具有抗肿瘤性：( 3 ) 金丝桃素具有抗抑郁症的作用。此外金丝桃素 还有治疗痢疾、腹泻、胃病，创伤收敛，口服或外用可治疗牙痛等。 本文通过对金丝桃素的全合成路线研究，综述并设计了可行的几种合成路线及方 法，通过比较选用以中药虎杖为原料通过醇提法得到大黄素，然后以大黄素为原料，通 过还原、光照缩合为金丝桃素的路线。本文对金丝桃素的合成进行了研究，同时对金丝 桃素的应用及前景给予展望。 通过红外、质谱、核磁等分析手段对合成的化合物的结构表征，结果表明所得的产 物符合目标产物，所合成的化合物的结构、性能指标与设计目标要求一致，可以预测以 大黄素为初始原料合成金丝桃素的路线设计方案切实可行性。 关键词：金丝桃素，大黄素，结构表征，应用 a b s t r a c t h y p e r i c i ni s ad i a n t h r a q u i n o n ec o n s t i t u e n to fp l a n t so ft h e h y p e r i c u mg e n u s t h e m o l e c u l ec a na l s ob es y n t h e s i z e db yt h ec o n d e n s a t i o no ft w od e r i v a t i v e so f a n t h r a q u i n o n e t h ei n t e r e s ti nt h eh y p e r i c i ni sar e s u l to ft h e d i s c o v e r yo fi t sp h a r m a c e u t i c a lp o t e n t i a l s u c ha s i t sa n t i v i r a l a g e n t ，e s p e c i a l l ya n t i h i v ( t h eh u m a ni m m u n o d e f i c i e n c yv i r u s ) ，w h i c hi so f r e l e v a n c ef o rt h et r e a t m e n to fp a t i e n t s s u f f e r i n gf r o ma i d s ，a n di tc o n t r o l st h ea c t i o no f f m d v , t r e a t m e n to nl e u c o c y t h e m i a ，i m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fb l o o dp r o d u c e s ，a n di t sk i l l i n g t h ev i r u so fb i r df l u ；i t sa n t i d e p r e s s a n ta g e n ta n da n t i t u m o r a c t i v i t y b e s i d e s ，h y p e r i c i nh a s l o n gb e e nu s e di nt r a d i t i o n a lm e d i c i n e ，f o re x a m p l e ，i nt h et r e a t m e n to fw o u n dh e a l i n 臣 d i a r r h e a ，t u m m yb u g ，t o o t h a c h e i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h et o t a ls y n t h e s i sw a y so fh y p e r i c i nw e r es t u d i e d ，s u m m a r i z e da n d d e s i g n e d c o m p r e h e n s i v ee x t r a c t i o no fe m o d i nf r o mp o l y g o n u mc u s p i d a t u mw a ss t u d i e d t h e ne m o d i nw a sc o n v e r t e dd i r e c t l yt oe m o d i na n t h r o n e ，t h el a t t e rc a nb ec o n v e r t e dt o h y p e r i c i nu n d e rt h ec o n d i t i o no fl i g h t t h ei n f l u e n c ef a c t o r so fp r o c e s s e sw e r ed i s c u s s e da n d t h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e db ye x p e r i m e n t s i r 1hn m r , m st e c h n i c sw e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h ep r o d u c t s t h er e s u i t sp r o v e d t h a tt h es t r u c t u r e sa n d p e r f o r m a n c ei n d e x e so ft h ep r o d u c t sc o n f o r m e dt ot h ed e s i g n r e q u i r e m e n t k e y w o r d s ：h y p e r i c i n ，e m o d i n ，s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o n ，a p p l i c a t i o n i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：j 阻劢呼年占月? 刁日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 硕士论文 金丝桃素的合成研究 1 绪论 金丝桃素( h y p e r i c i n ) 是贯叶连翘中最具生物活性的物质，具有抗病毒、抗抑郁和 光动力活性。它是二葸酮类化合物，即4 ，4 ，5 ，5 ，7 ，7 六羟基2 ，2 二甲基中位一萘骈二葸酮。 是由两分子大黄素( e m o d i n ，6 甲基1 ，3 ，8 三羟基葸醌) 缩合而成的稠环芳类化合物，分子 上下对称，一侧有疏水性甲基，而另- - 倾x j 都连接有亲水性的取代基。金丝桃素( h y p e r i c i n ) 是贯叶连翘( h y p e r i c u mp e r f o r a t u ml ) 中最具有生物活性的物质，除贯叶连翘外，金丝桃 素广泛分布于金丝桃属e u h y p e r i c i m 组其它植物和c a m p y l o p o r u s 组植物中( k e l l e r 分类 法) 【1 】；也存在于金丝桃组( s e c t t a e n i o c a r p i u m ) 和糙枝金丝桃组( s e c t h r i t e l l a ) 植物 中。王兆金等首次报道在黄海棠中含有金丝桃素【2 】。z e v a k o v a 用h p l c 研究表明7 种金 丝桃素植物中含有4 x 1 0 击6 5 1 0 。3 的金丝桃素【3 】。金丝桃素首次由d i e t r i c h 于1 8 9 1 年 分离得到。1 9 1 1 年s c z e r n y 命名为“h y p e r i c i n ，为蓝黑色针状结晶体，分解点3 2 0 ， 易溶于吡啶或其它有机胺类，呈橙红色并带红色荧光，不溶于多数有机溶剂中【4 。5 j ，可 溶于碱性水溶液，在p h 低于1 1 5 时呈红色溶液，p h 高于1 1 5 时为绿色溶液而带红色 荧光【6 】。以后b r o c k m a n 等又发现并分离到一种新的红色素假金丝桃素，1 9 7 5 年确定其 化学式。金丝桃素衍生物包括假金丝桃素和一些前体物质。见下图： h 3 h 3 ( 1 ) h y p c r c i n( 2 ) p e r o t o h y p e r i c i n( 3 ) h y p e r i c o d e h y d r o d i a n ( 1 ) 金丝桃素 ( 2 ) 原金丝桃素( 3 ) 金丝桃辅脱氢二葸酮 图1 金丝桃素及其衍生物的结构 金丝桃素广泛存在于金丝桃属e u h y p e r i c i n 组和c a m p y l o p o r u s 组植物中。它的植物 形态为：多年生草本植物，高3 0 - 6 0 c m ；茎直立，圆柱形，多分枝；叶对生，长椭圆形 至线形，长1 - 2 c m ，宽2 - 9 m m ，先端钝，基部稍抱茎，全缘，下面密布透明腺点，叶缘 散生黑色腺点：聚伞花序顶生；萼片5 ，披针形；花瓣5 ，黄色；萼片、花瓣边缘均有 黑色腺点；雄蕊多数，组成3 束，花药有黑色腺点；子房上位，花柱3 裂。蒴果长卵圆 形，具有水泡状突起。种子具细纵纹。花期5 - 6 月，果期卜8 月。喜向阳和湿润的土壤。 分布于山东、河北、陕西、江苏、四川、贵州。生于山坡、路旁、田埂杂草中。 l 绪论 硕上论文 近年来国外的研究表明，金丝桃素具有抗抑郁、镇静、抗菌消炎、光动力活性、抗 肿瘤、抗病毒等药理活性。尤其是抗病毒作用突出，能抗d n a 、r n a 病毒。此外由于 金丝桃素是萘骈二葸酮类化合物，因而具有活跃的电子共轭体系，所以它还是一种有效 的光敏剂【7 】，在光动力学治疗中表现出强的诱导肿瘤细胞凋亡的活性【s 】。在德国，金丝 桃素已与蛋白结合，用于治疗艾滋病及甲、乙型肝炎；用作抗抑郁药已有百余年历史。 m e r u e l o 等报道了金丝桃素具有抗逆转录病毒( 包括抗人类免疫缺陷病毒h i v ) 的作用。 近年国外已完成金丝桃素抗艾滋病的i i 期临床，治疗恶性神经胶质瘤的临床研究也在进 行中。近年来，金丝桃素因其对人体无基因毒性与系统性毒性，作为一种有效、安全的 抗肿瘤药物，引起人们的广泛兴趣。最近在国家重点实验室进行的金丝桃素对禽流感 h 5 n 1 和h 9 n 2 亚型病毒的体外杀灭实验，研究表明金丝桃素具有良好的杀病毒作用【9 1 ， 能最大限度的降低畜禽的死亡率，提高存活率，挽回畜禽死亡所造成的巨大经济损失。 因此，金丝桃素的研制对人类战胜病毒起到积极的作用，具有广阔的推广应用前景。 1 1 课题的理论意义和应用价值 金丝桃素( h y p e r i e i n ) 作为贯叶连翘中最具有生物活性的物质，近年来的研究表明， 金丝桃素具有抗抑郁、抗菌消炎、抗肿瘤、抗d n a 、r n a 病毒等药理活性。目前特别 是在抗癌和抗病毒方面逐渐引起人们的研究兴趣，金丝桃素具有光敏活性和光动作用， 使它成为一种新的光敏物质应用于癌症的光化学治疗，同时也可初步解释其抗病毒机 制。另外金丝桃素能抑制h i v 复制循环的装配与释放过程，抑制了h i v 的活性【l ，丰 富了a i d s 药物的机制。由于金丝桃素具有的多种药理作用，使其成为当前国际研究开 发继人参、银沓叶、红豆杉之后的热点之一，具有重大的新药开发价值。目前全世界需 要金丝桃素提取物5 万吨以上，而现在仅能提供2 万吨，其中我国占6 0 ，我国虽盛产 贯叶连翘，但资料显示金丝桃素在贯叶连翘全草中的含量仅有万分之几，因此只有通过 化学方法对其进行提取和精制，才能达到国际市场对贯叶连翘提取物中金丝桃素含量须 不小于0 3 的要求。贯叶连翘的活性成分金丝桃素在花叶等器官中含量最高，因而多 在花期大量采收，致使开花结果中断，个体繁殖受阻，种群数量剧减，导致资源严重枯 竭。鉴于金丝桃素类的重要药用价值和广阔的市场前景，凭借单一的提取、分离工艺远 远不能满足市场需求，达到实现金丝桃素中试及产业化的目标有一定的困难，因此在不 提高生产成本的前提下，我们考虑从化学合成的角度来实现这一目的，对实现金丝桃素 中试及产业化的目标有一定的现实意义。于是，我们的视线从传统的天然植物转向了化 学合成中药成分的方法，多种多样的化学合成方法的探索与研究也应运而生。但是由于 单纯的化学合成存在路线长的缺点，本文采用天然药物提取大黄素然后用化学合成的方 法得到金丝桃素。 2 硕士论文金丝桃素的合成研究 1 2 金丝桃素的应用 1 2 1 金丝桃素具有抗病毒活性 ( 1 ) 有抗艾滋病人免疫缺陷病毒( h i v ) 的作用，艾滋病( a i d s ) 是威胁人类健康的 顽症，引起a i d s 的主要原因是h i v 。近年发现贯叶连翘中所含金丝桃素( h y ) 对多 种逆转病毒( 包括h ) 包膜病毒有一定的抗病毒作用，引起人们的高度重视。国外开 发金丝桃素抗病毒剂专利，令世人瞩目【1 1 1 。早在2 0 世纪8 0 年代，m e m e l 等报道了金丝 桃素抗逆转录酶的作用，金丝桃素2 u g m l 与h i v 一同培养，结果显示逆转录酶活性降 低了7 5 【1 2 1 。美国研究人员 13 】采用口服金丝桃素的方式，对3 0 例艾滋病感染者进行临 床观察，患者每天口服0 5 m g k g ( 体重) 金丝桃素，其中1 6 人c d 4 值保持稳定或有所上 升，表明免疫状况好转。金丝桃素不影响病毒的转录和翻译而是干扰病毒的装配与释放。 另外，h i v - i c d n a 整合作用离体实验表明，金丝桃素可抑制从h 1 v 感染细胞中分离的 整合酶。因而金丝桃素可能也影响病毒的整合作用。金丝桃素对h i v 的抑制作用为a i d s 患者带来了希望。动物实验也表明，金丝桃素可抑制人体免疫缺陷病毒( h ) 及其它 一些反录病毒。金丝桃素已用于艾滋病人i 期临床实验性治疗【1 4 。15 1 。纽约大学医学中心 和以色列w e i z m a n 科学研究所的研究结果也表明金丝桃素在体内外都有很强的抗病毒 活性，且与叠氮胸苷( a z t ) 有协同作用 16 1 。金丝桃素能抑制h i v 及其它一些反转录病毒， 它通过影响h i v 复制循环的装置与释放过程抑制h w 活性，丰富了抗a i d s 药物的机 制 1 7 - 18 1 。 ( 2 ) 对高致病性禽流感病毒杀灭效果良好，据报道由中国农业科学院兰州畜牧与 兽药研究所报送国家禽流感参考实验室的“金丝桃素对禽流感h 5 n 1 和h 9 n 2 亚型病毒 的杀灭效果”检验同前完成。结果表明，金丝桃素对高致病性禽流感病毒杀灭效果良好， 最后杀灭率可达1 0 0 。据了解，除“金丝桃素对禽流感h 5 n 1 和h 9 n 2 亚型病毒的杀灭 效果”试验外，与之相关的两项重要科学试验也已经完成，并取得了良好的效果。作为 国家“十五”科技攻关课题，金丝桃素这一新药制剂的研制成功，不但对多种畜禽病毒性 传染病有良好的防治效果，并且可最大限度的降低死亡率，提高存活率，挽回因禽兽死 亡所造成的巨大经济损失l l 引。 ( 3 ) 对口蹄疫病毒( f m d v ) 的抑制作用，口蹄疫是由口蹄疫病毒( f o o t - a n d m o u t h d i s e a s ev i r u s ，f m d v ) 弓i 起的一种传染病，曾在全球大规模流行，造成了严重的危害。研 究结果表明，金丝桃素有明显的抑制f m d v 致b h k 2 1 细胞病变效应及f m d v 在b h k 2 1 细胞内的代谢增殖等作用，虽然其抑制机理尚不清楚，但其抗病毒效果明显，加之多年 的临床应用证明，患者对该药有很好的耐受性，且副作用小【2 u 】。 ( 4 ) 治疗白血病，金丝桃素是一种光敏剂，在光诱导下抗病毒活性更强，它可抑 制人体内的白细胞【2 。利用光的作用，金丝桃素产生单线态氧2 2 1 ，发生高能态原子迁移， 1 绪论 硕上论文 抑制h l 6 0 细胞，甚至杀死白细胞。 1 2 2 金丝桃素具有抗抑郁症作用 抑郁症是三大精神病之一，贯叶连翘提取物在欧洲尤其在德国作为抗抑郁药物使用 有几百年的历史，其主要有效成分是金丝桃素。研究人员用贯叶连翘提取物进行了数十 次、涉及上万病人的临床实验，实验证实贯叶连翘提取物在人体中确有抗抑郁性质 2 3 1 。 2 0 0 0 年，美国研究者b r e n n e r 等人用金丝桃素浸膏制剂与斯托宁作对照试验【2 4 1 ，以两种 药物治疗3 0 位轻、中度抑郁症患者进行双盲、随机研究，临床用药一周后，所用制剂 中金丝桃素日剂量为2 7 m g ，结果表明金丝桃制剂疗效与斯托宁相当，甚至优于斯托宁。 早在1 9 4 9 年，从贯叶连翘中提取金丝桃素用于抑郁病人，并有明显的疗效。后来药理 研究发现，贯叶连翘有明显的抗抑郁作用，对轻度、中度抑郁有效 2 5 1 ，可制成抗抑郁剂， 而且极少有不良副作用产生为了进一步证实结果的可靠性，l i n d e 等对2 7 个新的随机对 照研究结果、共2 2 9 1 个患者进行了分析，结果贯叶连翘提取物制剂与三环类抗抑郁药 抗抑郁的效果相同，而且前者副作用十分低【2 引。最近德国与美国的研究者报道了以金丝 桃制剂( 经金丝桃素含量标化) 治疗1 7 5 7 个轻、中度至严重抑郁症患者的2 3 次随机、 双盲、对照试验m e t a - 分析。临床用药为单独的贯叶金丝桃制剂，对照组为安慰剂或标 准抗抑郁药。结果表明金丝桃明显优于安慰剂，其疗效与标准抗抑郁药马普替林、丙咪 嗪、阿米替林相当【2 7 - 3 0 。 1 2 3 金丝桃素具有抗癌或抗肿瘤免疫功能 利用金丝桃素治疗肿瘤，一般需使用光动治疗( p d t ) p 1 | ，也称光化学治疗( p c t ) 。目 前光动疗法被认为是具有较有希望治疗肿瘤的方法。光动疗法是指把含光敏剂的药物先 设法定位于肿瘤细胞，然后用该药物最大吸收的可见光照射，最终会产生氧和细胞毒素 类物质而引起肿瘤细胞不可逆损伤和肿瘤消亡。而整个过程对其它细胞无害。c a r s o n 等 3 2 】用金丝桃素治疗胰腺癌取得了良好效果。金丝桃素的光动治疗法可以治疗膀胱癌【3 3 1 、 淋巴癌【3 4 1 、前列腺癌【3 5 - 3 6 、基体细胞癌3 7 1 、喉癌【3 8 等，还可以治疗各种肿瘤【3 9 、甚至 脑瘤。大量的人和动物体内外实验表明金丝桃素的p d t 对许多肿瘤或癌( 如胰腺癌、 膀胱癌) 是比较有效的。由光照金丝桃素对体外培养喉癌细胞作用的实验证明了金丝桃 素对喉癌细胞h e p 2 具有诱导凋亡、抑制生长的作用。可以预见，以金丝桃素作为光敏 剂行光动力疗法可为喉癌的治疗起到积极的作用。p d t 目前还是一种较新的癌症肿瘤治 疗方法，但金丝桃素具体的作用机制及实际应用方法还需作进一步的研究与探讨幽】。因 而以金丝桃素作为光敏物质的p d t ，临床应用还要作大量工作。 1 2 4 金丝桃素的其它作用 金丝桃素还有治疗肝炎病毒、巨细胞病毒、痢疾、腹泻、胃病，创伤收敛【4 1 1 ，消炎 4 硕士论文金丝桃素的合成研究 止痛疗伤的功效口服或外用可治疗牙痛、疱疹，骨折后的慢性神经痛、外科伤的疼痛、 炎症、神经手术引起的撕裂及创伤手术后的抽搐或痉挛【4 2 1 。临床试验证明金丝桃素的消 炎止痛效果与标准的消炎止痛片阿司匹林等效果相当。金丝桃素还有抗氧化、扩血管、 保肝、利尿、流感和治疗酒精中毒等作用。此外，金丝桃素还可以用来治疗失忆，预防 和治疗痴呆症，金丝桃素对神经分泌也有一定影响，可以提高血浆中皮质甾酮的释放， 减少催乳腺素1 4 。 1 3 金丝桃素的研究进展及其前景 早在古希腊金丝桃素就被作为药物使用。古希腊药学家d i o s e o r i d e s 和g a l e n 用含有金 丝桃素的贯叶连翘利尿和治疗创伤。1 8 3 0 年，布赫( b u c h e r ) 开始了对贯叶金丝桃的化 学研究，发现了活性成分金丝桃素。1 9 1 1 年，切尼( c c r n y ) 分离、鉴定了金丝桃素。 后来药理研究发现，贯叶金丝桃有明显的抗抑郁作用，对轻度、中度抑郁有效。到了十 九世纪五十年代，美国人把它用作和缓的镇静剂，而欧洲的一些地方还把它广泛作为茶 剂而用于焦虑和抑郁的治疗，并制成油膏，防止并治疗外部感染。尽管贯叶连翘在欧洲 主要集中在德国，直到1 9 9 6 年欧洲学者在英国著名期 ：j j b m j ( b r i t i s hm e d i c a lj o u r n a l ) 上发 表了贯叶连翘的抗抑郁和临床资料的评述之后，英国的医药工作者才开始广泛研究贯叶 连翘这一富含金丝桃素的神奇草药【4 8 1 。2 0 世纪8 0 年代，纽约大学医学中心和以色列的魏 司曼科学研究所发现金丝桃素和伪金丝桃素具有抗逆转录病毒的作用，现在已经完成了 它的抗艾滋病临床研究，近年来，国外已完成抗艾滋病的i i 期临床。据悉，美国维克马 公司合成会丝桃素正在作一期临床试验，使其成为当前国际研究开发热点之一。另外， 治疗恶性神经胶质瘤的临床研究也正在进行中。 目前关于金丝桃素的研究，国内多处于药理临床研究阶段，主要集中于肿瘤的辅助 治疗和抗病毒研究方面，国外现已将其用于抑郁症、艾滋病等的临床治疗。金丝桃素 p d t 能通过对多种凋亡和抗凋亡信号转导通路的作用，对细胞的死亡程序产生正向或是 负向调节，诱导细胞凋亡。金丝桃素具有很多药理活性，国内外研究者还应尽一步开发 研究。经过科研人员的努力，目前已从贯叶连翘中成功提取出金丝桃素，金丝桃素从金 丝桃属植物提取的方法有：乙醇提取法、碱液提取法等，并初步摸索出通过化学工艺进 行人工合成的线路和方法。为了避免自然资源过度的开发利用，保持自然景观和生态平 衡，化学合成中药成分的方法是为解决中药需求及疗效的稳定性和可靠性现状的必然手 段，众多研究者已着力于中药成分的全合成研究。就金丝桃素的合成而言现已有几种有 机和合成方案，h a r s h 等找到了一个促进大黄素转变为金丝桃素的基因h y p 1 ，为在基 因水平上研究金丝桃素的生物合成过程建立了平台【4 9 。5 0 】。 “金丝桃素”新药工程，是“十五”国家攻关课题。经3 年研究，现已完成了病毒细胞 实验、体外实验和家畜禽的实验，均得到了满意的效果。据介绍，“金丝桃素”中药的最 1 绪论硕士论文 大功能，就是直接作用于病毒d n a 或r n a 转录的过程，所以它可以抑制禽流感、口蹄 疫等病毒的繁殖。目前，该项目已通过了科技部的评估与检查。研制用于防治畜禽传染 病的兽用高效抗病毒药物，可预防多种传染病的发生与蔓延，挽回因畜禽死亡所造成的 经济损失，保证我国畜牧业健康发展。利用金丝桃素制成的抗病毒、抗肿瘤、抗抑郁等 药可产生良好的经济效益，国内外研究者正进一步开发金丝桃素的更多药理活性的研 究。据了解，据目前的科研进度，有望很快实现金丝桃素的中试生产和工业化生产，并 投放市场。金丝桃素的有机合成可避免人们对金丝桃属植物的疯狂采集，有效地减轻资 源的压力。 1 4 本文研究内容 1 4 1 金丝桃素的研究现状 本文主要是针对金丝桃素的合成路线设计来进行，即合成4 ，4 ，5 ，5 ，7 ，7 六羟基2 ，2 - 二甲基中位萘骈二葸酮。并对金丝桃素的应用给以阐述。目前合成金丝桃素的方法如 下所述。 1 4 1 1 以3 ，5 二甲氧基苯甲酸甲酯为原料全合成金丝桃素路线一 6 v i i v l l l h y p e r i c i n - 一 i x v x x a ：a 睁0 a l l 图1 4 1 13 ，5 二甲氧基苯甲酸甲酯合成金丝桃素路线一 硕士论文金丝桃素的合成研究 本实验过程采用以3 ，5 二甲氧基苯甲酸甲酯为初始原料与水合氯醛作用，经过羟烷 基化、酯交换、水解、脱羧、氧化、脱水、酰化等一系列反应来合成最终产物，反应步 骤较多，但反应收率较高，前几步均可达到9 0 以上，后几步产率较低【5 i 】。 1 4 1 2 以3 ，5 二甲氧基苯甲酸甲酯全合成金丝桃素路线二 n v v i i v i l l , p y r i d i n e - n o x i d e - - - - - - - - p r i p e r i d i n e c h 3 c h 3 图1 4 1 23 , 5 二甲氧基苯甲酸甲酯合成金丝桃素路线二 1 4 1 3 以丙酮及甲酸乙酯为初始原料合成金丝桃素的路线 嘲+ 螂1 竺旦吗泖 o 7 1 绪论硕十论文 h 3 c o o h 一，n 2 氢醌 0 h h o h o c h 3 c h 3 图1 4 1 3以丙酮及甲酸乙酯为原料合成金丝桃素的路线 本实验采用丙酮及甲酸乙酯为初始原料，经过缩合、酰化等一系列反应合成最终产 物。该合成过程，前两步的合成收率均可达到8 0 以上，但后面的反应收率很低，不足 3 0 左右，总的合成收率很低【5 2 5 3 1 。 1 4 1 4 以氯代烯酮为初始原料合成金丝桃素的路线 i v v 喁 o - h ： i 图1 4 1 4 以氯代烯酮为原料合成金丝桃素的路线 该反应采用氯代烯酮为初始原料，反应前两步收率均可达到5 0 左右，后两步收率 均在8 0 以上，第五步收率仅有3 9 ，再将生成的大黄素缩合成金丝桃素，这一过程 简单又直接5 4 - 5 5 1 。 1 4 1 5 以2 一甲基葸醌为初始原料进行金丝桃素的全合成 o o i o o 1 v f k q 硕士论文金丝桃素的合成研究 h 0 0 v 0 v l 0 v 图1 4 1 5 以2 甲基葸醌为原料合成金丝桃素的路线 c h 3 一i v 喁 啦 本路线采用2 甲基蒽醌为初始原料，经过硝化、还原、溴代、脱胺基、取代等一系 列反应，得到大黄素，再由大黄素在碱的氢醌作用下，缩合得到原金丝桃素，经过光照 反应得到金丝桃素【5 6 】。 通过对金丝桃素的合成路线设计探讨，得出如下结论： ( 1 ) 以3 ，5 二甲氧基苯甲酸甲酯为原料进行金丝桃素的合成路线一和二，原料易 得，反应条件较为温和，但反应步骤多，最终合成金丝桃素的收率低。 ( 2 ) 以丙酮及甲酸甲酯为原料合成金丝桃素的路线，合成路线较短，但各步的收 率不高，所以也不实用。 ( 3 ) 以氯代稀酮为原料合成金丝桃素的路线，合成的路线短，但反应条件较为苛 刻，原料不易得，所以也不理想。 ( 4 ) 以2 甲基葸醌为初始原料合成金丝桃素的路线，反应路线较短，条件温和， 但该反应的选择性较低，分离过于繁琐。 鉴于以上合成路线的优缺点，本着对合成路线简捷、选择性好和反应收率高的设计 方法，最终确定从中药虎杖中提取大黄素为初始原料合成金丝桃素的合成路线。本文对 合成的各步产物的工艺条件进行了分析研究，并对部分产物进行结构分析和表征。 1 4 2 课题研究的主要内容 实验内容： 1 金丝桃素的合成 ( 1 ) 大黄素的提取 9 辩 科 队 一 告吩吩 一手阑 珊人u o人v。举 i 绪论 硕十论文 主要研究以虎杖为原料，乙醇法提取大黄素，研究了反应温度、反应时间等因素对 产品产率的影响，探讨提取大黄素的最佳工艺条件。 ( 2 ) 1 ，3 ，8 三羟基6 甲基葸酮的合成 主要研究以1 ，3 ，8 一三羟基一6 甲基蒽醌为原料，合成目标产物的最佳工艺条件。 ( 3 ) 金丝桃素的合成 由1 ，3 ，8 - 三羟基- 6 甲基葸酮为原料，反应得到目标产物。 2 产品分析方法 通过红外，核磁，质谱，紫外等分析手段检测产物的结构，进而确定反应的进行。 实验方案： h 3 l o o h h 3 丛 -ho a c e t o n e h o c h 3 c h 3 o h 硕士论文金丝桃素的合成研究 2 植物提取大黄素 2 1 主要原料 虎杖( 中药材) 冰醋酸 乙醇 乙醚 碳酸氢钠 无水碳酸钠 浓盐酸 2 2 实验仪器 仪器 6 4 0 2 型电子继电器 增力电动搅拌机 6 6 8 型真空干燥箱 f y x 高压釜及控制器 s h z d o i i ) 循环水式真空泵 t y h w 型电热套 c s l 0 1 a 型电热鼓风干燥箱 7 9 w h 1 型恒温磁力搅拌器 s e n c or 2 0 1 旋转蒸发器 三用紫外分析仪 数显恒温水浴锅 数字温度控制仪 安徽毫州 南京化学试剂厂 南京化学试剂厂 上海实验化学试剂有限公司 中国上海虹光华工厂 南京化学试剂厂 南京化学试剂有限公司 厂家 南通科学仪器厂 上海标本模型厂 大连第四仪表厂 大连第四仪表厂 巩义市英峪予华仪器厂 巩义市英峪仪器一厂 重庆试验设备厂制造 浙江乐成电器厂 上海申胜生物技术有限公司 上海顾村电光仪器厂 国华电器有限公司 上海医用仪表厂 2 植物提取人黄素硕= i ：论文 2 3 实验内容 2 3 1 提取大黄素的流程图 虎杖粗粉 9 5 乙醇同流三次过滤 ii i 药渣il 滤液l i 减压回收乙醇 膏状物 醚层 () 剩余物 5 n a h c 0 3 萃取 醚层( 二) 碳酸氢钠溶液 调n h 信为1 2 讨波 5 n a 2 c 0 3 萃取 r 一一一一一 碳酸钠溶液 滤液 沉淀强酸成分 调p h 值为2 过滤 沉淀物 水洗重结品 人黄素结晶 2 3 2 实验步骤 取虎杖粗粉5 0 9 加入1 0 0 0 m l 三口烧瓶中，加入9 5 乙醇4 0 0 m l 置水浴上加热回 流，保持乙醇微沸5 - 6 小时，取下圆底烧瓶，趁热滤出乙醇提取液。滤渣再以乙醇热提， 最后一次残渣弃去。合并三次乙醇提取液，将提取液分批移入蒸馏烧瓶，常压下蒸馏回 1 2 硕士论文 金丝桃素的合成研究 收乙醇，得到深棕褐色膏状物。将膏状物趁热转移到三角烧瓶，加水3 0 m l ，乙醚萃取 6 次( 1 0 0 m l 、5 0 m l x 5 ) ，合并提取液，将其转移到分液漏斗，用5 n a h c 0 3 萃取分液 得到乙醚层( 内含总游离葸醌) ，分液得到的乙醚层加5 n a 2 c 0 3 萃取5 9 次，直至提 取液颜色较浅为止，合并n a 2 c 0 3 提取液，小心滴加盐酸酸化调p h 到2 。溶液静置、过 滤，沉淀物水洗至中性，依次用丙酮、甲醇重结晶数次，得到大黄素结晶o 1 5 2 9 。h p l c 纯化分析纯度高于9 9 。 取样做差量分析，结果如图3 2 1 2 。 l a b ：m e t t l e r s t a r es w9 0 1 图3 2 1 2 入黄素的差热分析 由图3 2 1 2 可知，该产品纯度好，熔点为2 5 2 9 4 2 5 7 2 9 。c 2 ；3 3 提取过程原理 从药材中提取活性成分的方法有溶剂法、水蒸气蒸馏法、升华法及超临界萃取法等。 其中水蒸气蒸馏法、升华法等方法的应用范围十分有限，大多数情况下是采用溶剂提取 法，而超临界萃取技术是2 0 世纪5 0 年代兴起的一种新型提取技术，在工业生产中得到 了日益广泛的应用。 1 3 2 植物提取大黄素硕上论文 ( 一) 溶剂提取法，是根据“相似相溶”这一原理进行的，通过选择适当溶剂将中药中的 化学成分从药材中提取出来。化合物亲水性和亲脂性程度的大小与其分子结构直接相 关，一般来说，两种基本母核相同的成分，其分子中官能团的极性越大或极性官能团数 目越多，则整个分子的极性就越大，表现亲水性强，而亲水性就越弱。其分子非极性部 分越大或碳链越长，则极性越小，亲脂性越强，而亲水性越弱。植物成分中，萜类、甾 体等脂环类及芳香类化合物因极性较小，易溶于氯仿、乙醚等亲脂性溶剂中；而糖苷、 氨基酸等类成分则极性较大，易溶于水及含水醇中；至于酸性、碱性及两性化合物，因 存在状态( 分子或离子形式) 虽溶剂而异，故溶解度随p h 值而改变。常见溶剂的极性 度强弱顺序可表示如下：石油醚( 低沸点到高沸点) 二硫化碳 四氯化碳 三氯乙烯 苯 二氯甲烷 氯仿 乙醚 乙酸乙酯 丙酮 乙醇 甲醇 乙腈 水 吡啶 乙 酸。 从药材中提取活性成分时，由于存在多种成分间的相互助溶作用，情况要复杂的多。 因此从药材中提取活性成分很难有一个固定的模式。 ( 二) 溶剂法分类 1 浸渍法是在常温及温热( 6 0 8 0o c ) 条件下用适当的溶剂浸渍药材以溶出其中成 分的方法。本法适用于有效成分遇热不稳定的或含大量淀粉、树胶、果胶、粘液质的中 药的提取。但本法出膏率低。需要特别注意的是当水为溶剂时，其提取液易于发霉变质， 须注意加入适当的防腐剂。 2 渗漉法是不断向粉碎的中药材中添加新鲜进出溶剂，使其渗过药材，从渗漉筒 下段出口流出浸出液的一种方法。但该法消耗溶剂量大，费时长、操作比较麻烦。 3 煎煮法是在中药材中加入水后加热煮沸，将有效成分提取出来的方法。此法简 便，但含挥发性成分或有效成分遇热易分解的中药材不适合用此法。 4 回流提取法是易挥发的有机溶剂加热回流提取中药成分的方法。但对热不稳定 的成分不宜用此法，且溶剂消耗量大，操作麻烦。用以上方法获得的多为混合物。尚需 进一步分离及精制。根据物质溶解度差别进行分离。 物质分离的许多操作往往在溶液中进行。常用的方法： 1 利用温度不同引起溶解度的改变以分离物质，如常见的结晶及重结晶等操作。 2 在溶液中加入另一种溶剂以改变混合溶剂的极性，使一部分物质沉淀析出，从 而实现分离。如：水醇法是在药材浓缩水提液中加入数倍高浓度乙醇，以沉淀除去多糖、 蛋白质等水溶性杂质；醇水法是在药材浓缩乙醇提取液中加入数倍量水稀释，放置以沉 淀除去树脂、叶绿素等水不溶性杂质；在皂苷乙醇浓缩液中加入数倍量乙醚( 醇醚法) 或丙酮，可使其沉淀。 3 对酸性、碱性或两性有机化合物来说，常通过加入酸、碱等物质来调节溶液的 p h ，改变分子的存在状态( 游离型或解离型) ，从而改变被分离物质的溶解度而实现分离。 1 4 硕士论文金丝桃素的合成研究 一些生物碱经酸性提出后，加碱性物质调至碱性即可从水中沉淀析出提取黄酮、葸醌类 等酚酸性成分时，采用的就是调节p h 值至某一类蛋白质的等电点使其沉淀。 4 酸性或碱性化合物还可通过加入某种沉淀试剂使之生成水不溶性盐而析出。例 如对酸性化合物可生成钙盐、钡盐、铅盐等；如生物碱等碱性化合物，可与苦味酸盐、 苦酮酸盐等生成有机酸盐，或与磷钼酸、雷氏盐等无机酸生成无机酸盐。得到的有机酸 金属盐类沉淀悬浮于水或乙醇中，通入硫化氢气体进行复分解反应，使金属硫化物沉淀 后，即可回收得到纯化的游离的有机酸类化合物。生物碱等碱性有机化合物的有机酸盐 类则可悬浮于水中，加入无机酸，使有机酸游离后先用乙醚萃取除去，然后再进行碱化、 有机溶剂萃取，回收有机溶剂即可得到碱性化了的碱性药物化学成分。 2 3 4 影响植物提取大黄素的单因素实验 ( 1 ) 温度对提取的影响 取虎杖粗粉5 0 9 加入1 0 0 0 m l 三1 3 烧瓶中，加入9 5 乙醇4 0 0 m l 置水浴上加热回 流，改变温度分别以7 0 、8 0 、8 5 、9 0 、9 5 反应5 - 6 小时，取下圆底烧瓶，趁 热滤出乙醇提取液。滤渣再以乙醇热提，最后一次残渣弃去。合并三次乙醇提取液，将 提取液分批移入蒸馏烧瓶，常压下蒸馏回收乙醇，得到深棕褐色膏状物。将膏状物趁热 转移到三角烧瓶，加水3 0 m l ，乙醚萃取6 次( 1 0 0 m l 、5 0 m l x 5 ) ，合并提取液，将其 转移到分液漏斗，用5 n a h c 0 3 萃取分液得到乙醚层( 内含总游离葸醌) ，分液得到的 乙醚层加5 n a 2 c 0 3 萃取6 次，直至提取液颜色较浅为止，合并n a 2 c 0 3 提取液，小心 滴加盐酸酸化调p h 到2 。溶液静置、过滤，沉淀物水洗至中性，依次用丙酮、甲醇重 结晶数次，结果见表2 3 4 1 。 表2 3 4 1 温度对提取的影响 温度( ) 大黄素质量( g ) 9 5 9 0 8 5 8 0 7 0 0 1 3 4 0 1 3 8 0 1 4 6 o 1 5 3 0 1 4 0 由表2 3 4 1 可以看出，温度的高低会影响得率大小，回流温度越高，得率降低；回 流温度低时，得到的大黄素质量也会降低。故选8 0 为最佳提取温度。 ( 2 ) 乙醇浓度对提取的影响 取虎杖粗粉5 0 9 加入1 0 0 0 m l 三口烧瓶中，分别加入9 5 、9 0 、8 5 、8 0 、7 0 的乙醇4 0 0 m l 置8 0 水浴上加热回流，反应5 小时，取下圆底烧瓶，趁热滤出乙醇提 取液。滤渣再以乙醇热提，最后一次残渣弃去。合并三次乙醇提取液，将提取液分批移 2 植物提取大黄素 硕士论文 入蒸馏烧瓶，常压下蒸馏回收乙醇，得到深棕褐色膏状物。将膏状物趁热转移到三角烧 瓶，加水3 0 m l ，乙醚萃取6 次( 1 0 0 m l 、5 0 m l x 5 ) ，合并提取液，将其转移到分液漏 斗，用5 n a h c 0 3 萃取分液得到乙醚层( 内含总游离葸醌) ，分液得到的乙醚层加 5 n a 2 c 0 3 萃取6 次，直至提取液颜色较浅为止，合并n a 2 c 0 3 提取液，小心滴加盐酸 酸化调p h 到2 。溶液静置、过滤，沉淀物水洗至中性，依次用丙酮、甲醇重结晶数次， 结果见表2 3 4 2 。 表2 3 4 2 乙醇浓度对提取的影响 由表2 3 4 2 中结果可以看出，选取9 5 乙醇其他条件不变时，提取得到的大黄素 得质量最多，反应结果最好。 ( 3 ) 时间对提取的影响 取虎杖粗粉5 0 9 加入1 0 0 0 m l 三口烧瓶中，加入9 5 的乙醇4 0 0 m l 置8 0 水浴上 加热回流，反应时间分别为3 、4 、5 、6 、7 小时，取下圆底烧瓶，趁热滤出乙醇提取液。 滤渣再以乙醇热提，最后一次残渣弃去。合并三次乙醇提取液，将提取液分批移入蒸馏 烧瓶，常压下蒸馏回收乙醇，得到深棕褐色膏状物。将膏状物趁热转移到三角烧瓶，加 水3 0 m l ，乙醚萃取6 次( 1 0 0 m l 、5 0 m l x 5 ) ，合并提取液，将其转移到分液漏斗，用 5 n a h c 0 3 萃取分液得到乙醚层( 内含总游离葸醌) ，分液得到的乙醚层加5 n a e c 0 3 萃取5 9 次，直至提取液颜色较浅为止，合并n a 2 c 0 3 提取液，小心滴加盐酸酸化调 p h 到2 。溶液静置、过滤，沉淀物水洗至中性，依次用丙酮、甲醇重结晶数次，结果见 表2 3 4 3 。 表2 3 4 - 3 时间对提取的影响 时间( h ) 大黄素质量( g ) 0 0 8 2 0 1 0 3 0 1 5 2 0 1 5 0 0 1 4 8 从表2 3 4 3 中可以看出，随着时i 、日j 的增加，得率也随之增大，当时间超过5 h 时， 转化率不会再有所增加，故选择5 h 为合适的提取时问。 1 6 硕士论文 金丝桃素的合成研究 ( 4 ) 物料比对提取的影响 取虎杖粗粉5 0 9 加入1 0 0 0 m l 三1 2 1 烧瓶中，加入9 5 的乙醇置8 0 。c 水浴上加热回流， 5 小时，加入乙醇的体积分别为虎杖体积的4 、6 、8 、1 0 倍，反应结束取下圆底烧瓶， 趁热滤出乙醇提取液。滤渣再以乙醇热提，最后一次残渣弃去。合并三次乙醇提取液， 将提取液分批移入蒸馏烧瓶，常压下蒸馏回收乙醇，得到深棕褐色膏状物。将膏状物趁 热转移到三角烧瓶，加水3 0 m l ，乙醚萃取6 次( 1 0 0 m l 、5 0 m l 5 ) ，合并提取液，将 其转移到分液漏斗，用5 n a h c 0 3 萃取分液得到乙醚层( 内含总游离蒽醌) ，分液得到 乙醚层加5 n a 2 c 0 3 萃取6 次，直至提取液颜色较浅为止，合并n a e c 0 3 提取液，小心 滴加盐酸酸化调p h 到2 。溶液静置、过滤，沉淀物水洗至中性，依次用丙酮、甲醇重 结晶数次，结果见表2 3 4 4 。 表2 3 4 4 物料比对提取的影响 乙醇：虎杖( 体积比) 大黄素质量( g ) 4 ：l 6 ：l 8 ：l 1 0 ：1 0 0 9 2 0 1 1 7 0 1 5 2 0 1 5 7 从表2 3 4 4 中可看出，较佳的条件为：乙醇体积为八倍虎杖体积用量。体积比用量 增多，有利于得率的提高。这是因为乙醇量增多，可以增大葸醌在乙醇中的溶解度，有 利于提取的进行。当大于8 倍体积时，提取结果有所增加，但是溶剂量消耗太多。综合 考虑，v ( 乙醇) ：v ( 虎杖) = 8 ：1 为较佳的用量。 2 3 5 植物提取大黄素的正交实验 为提高大黄素的提取率，选择了三个有关因素：反应温度a 、反应时间b 、乙醇和 原料的体积比c ，每个因素各取3 个水平见表2 3 5 1