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探究獲取蟲草素的化學(xué)合成方法
蟲草素純品主要通過從人工培育的蛹蟲草中提取分離得到，操作繁瑣、制備成本較高，所以要嘗試對蟲草花進(jìn)行分離，下面是小編搜集整理的一篇探究獲取蟲草素的化學(xué)合成方法的范文，歡迎閱讀查看。
蟲草素又稱3'-脫氧腺苷，由Cunningham[1]于1950年第一次從蛹蟲草中分離得到。生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)蟲草素具有抗腫瘤、抑菌、抗病毒、消炎等[2]廣譜生物活性和藥理作用。近年來研究人員發(fā)現(xiàn)蟲草素可能具有增強(qiáng)人類免疫力[3]和清除因老齡化引起的體內(nèi)自由基的功效[4].另外，臨床上已有以蟲草素為主要成分的新藥用于白血病的治療[5],應(yīng)用前景良好，因此具有巨大的市場潛力。但是，蟲草素純品的獲得非常不易，因此國際市場上蟲草素的價(jià)格非常昂貴。
目前，蟲草素純品主要通過從人工培育的蛹蟲草中提取分離得到，操作繁瑣、制備成本較高[6].為了大規(guī)模的獲取蟲草素用于生物活性研究，我們首先嘗試了對蟲草花進(jìn)行分離，但是最終只獲得500mg樣品，純度約93%.該方法成本太高，因此我們試圖通過化學(xué)合成的方法獲取蟲草素。
通過對骨架分析可知，蟲草素由一個3-脫氧的核糖和腺嘌呤進(jìn)行糖苷化連接而成。目前文獻(xiàn)報(bào)道的蟲草素的化學(xué)合成工藝主要有兩種：一是以腺苷(1)為原料，通過將1的3'-位羥基溴代，接著用自由基還原去除3'-位的鹵素制備蟲草素[7];二是利用木糖為原料通過多步基團(tuán)保護(hù)，單獨(dú)裸露出3-位羥基，接著用自由基還原反應(yīng)制得3-脫氧核糖，再與1進(jìn)行糖苷化連接制得蟲草素[8].
本文以1為原料[9],經(jīng)3步反應(yīng)簡單快速地合成了蟲草素。即1與原乙酸三甲酯在醋酸作用下反應(yīng)制得2',3'-羥基原酸酯化的中間體(2),接著加入乙酰溴，水解2',3'-原酸酯，通過一鍋兩步法以40.5%的收率制得2',5'-O-二乙�；�-3'-溴代腺苷(3);3在三丁基氫化錫和偶氮異二丁腈(AIBN)作用下經(jīng)還原脫溴反應(yīng)制得2',5'-O-二乙酰基-3'-脫氧腺苷(4);4經(jīng)水解去除糖環(huán)羥基上的乙�；铣闪讼x草素，3步總收率29.8%,純度>95%,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1HNMR和MS確證[7].本文還重點(diǎn)對3的合成條件進(jìn)行了優(yōu)化。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1儀器與試劑
UV1900型雙光束紫外分光光度計(jì);Bruker400MHz型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));Hitachi型高效液相色譜儀;5500Q-Trap型液質(zhì)聯(lián)用儀。
高效薄層層析板，青島海浪;柱層析用硅膠，200目~300目，青島海洋化工廠;SephendexLH-20,北京綠百草公司;其余所用試劑均為分析純，愛斯特試劑公司，其中醋酸、甲苯和甲醇使用前經(jīng)干燥和純化。
1.2合成
(1)3的合成在反應(yīng)瓶中依次加入110.0g(37.5mmol)和冰醋酸75mL,氮?dú)獗Ｗo(hù)，水浴冷卻，攪拌下緩慢滴加原乙酸三甲酯14.4mL(112mmol),滴畢;于室溫反應(yīng)過夜(TLC檢測);冰水浴冷卻下反應(yīng)15min;緩慢滴加乙酰溴7.6mL(93.7mmol)(30min);升溫至20℃,反應(yīng)6h(TLC檢測).低溫蒸去大部分乙酸和過量乙酰溴，殘余物用氯仿(80mL)溶解，用飽和NaHCO3溶液調(diào)至pH7~8,依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，蒸干溶劑后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(DCM)∶V(MeOH)=15∶1]純化得黃色油狀物36.26g,收率40.5%;MSm/z:414,416{[M+H]+}.
(2)4的合成在反應(yīng)瓶中加入35.53g(13.4mmol)和無水甲苯67mL,攪拌使其溶解;加入AIBN0.44g(2.68mmol),于室溫反應(yīng)10min;氮?dú)獗Ｗo(hù)下滴加三丁基氫化錫5.8g(20.1mmol),滴畢;回流(110℃)反應(yīng)2h(TLC檢測).傾入100mL輕石油醚中(析出淡黃色固體),過濾，濾餅用冰輕石油醚洗滌得4粗品3.87g,收率87.0%,直接進(jìn)行下步反應(yīng)。
(3)蟲草素的合成[8]在反應(yīng)瓶中依次加入無水甲醇37mL和4640mg(1.87mmol),攪拌使其溶解;回流反應(yīng)3h(TLC檢測).緩慢冷卻至室溫，減壓濃縮后經(jīng)SephendexLH-20柱層析[洗脫劑：V(H2O)∶V(MeOH)=10∶1]純化得淡黃色固體蟲草素405mg,收率85.1%,Rf=0.3(展開劑：A=4∶1),m.p.226℃~228℃，[α]20D-35.2°(c0.10,MeOH);UV-Vis(CH3OH)λmax:213,260nm;1HNMRδ：8.36(s,1H,2-H),8.15(s,1H,8-H),7.30(s,2H,NH2),5.87(d,J=6.0Hz,1H,1'-H),5.69(d,J=5.6Hz,1H,2'-H),5.19~5.17(m,1H,5'-OH),4.57(s,1H,2'-OH),4.34(s,1H,4'-H),3.69~3.66(m,1H,5-Ha'),3.51~3.46(m,1H,5-Hb'),2.27~2.20(m,1H,3-Ha'),1.93~1.90(m,1H,3-Hb')(與文獻(xiàn)[8]值一致);MSm/z:274.1{[M+Na]+}.
2結(jié)果與討論
2.1合成
本文參照文獻(xiàn)方法通過兩步反應(yīng)合成3:一是1的環(huán)化;二是乙酰溴開環(huán)。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)雖然收率較好，但伴隨生成的副產(chǎn)物5(Chart1)較多，很難分離純化。其次，第一步反應(yīng)產(chǎn)物2在乙酸乙酯、二氯甲烷及乙醚中的溶解性均較差，只在氯仿中有一定的溶解度。因此，萃取時氯仿用量較大。此外，由于第二步反應(yīng)中DMSO會干擾反應(yīng)的進(jìn)行(DMSO會和原位生成的HBr反應(yīng)),所以需要將其盡量除凈。文獻(xiàn)方法通過大量水洗和柱層析處理，后處理操作步驟較為繁瑣。在第二步溴解反應(yīng)中，我們發(fā)現(xiàn)按文獻(xiàn)方法操作，3/5=4/1,選擇性不理想，給后處理分離純化帶來了較大困難。
2.2反應(yīng)條件優(yōu)化
在1的原酸酯化反應(yīng)中，為了克服現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)，尋找更加合理的合成工藝，對反應(yīng)的溶劑進(jìn)行了篩選，考察不同溶劑對反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1.由表1可見，以DMSO為溶劑時，2收率82%;以醋酸和DMF為溶劑時，收率較高，分別為72%和65%,且雜質(zhì)較少，可以作為DMSO的替代溶劑;乙腈和二氯甲烷為溶劑時收率較低，不能作為替代溶劑。
在2的溴解反應(yīng)過程中，考察了溶劑對反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2.首先參照文獻(xiàn)[9]方法以乙腈為溶劑時，以78%的收率獲得3和5的混合物，3/5=4/1[較文獻(xiàn)值(6/1)稍低];嘗試以乙酸為溶劑，3和5總收率為63%,3/5最佳能達(dá)6/1.
因此在進(jìn)行溴解反應(yīng)時，乙酸可作為較佳溶劑。
鑒于此，可將原酸酯化反應(yīng)和溴解反應(yīng)合并進(jìn)行，反應(yīng)以40.5%收率制得3和5,3/5=6/1.該方法提高了反應(yīng)選擇性的同時也簡化了后處理程序。由于醋酸的沸點(diǎn)相對較低，因此可以在低溫下將乙酸和過量乙酰溴蒸餾出，大大簡化了后處理難度。但是反應(yīng)選擇性一般，需進(jìn)一步改進(jìn)以利于工業(yè)化生產(chǎn)。
3結(jié)論
以廉價(jià)易得的腺苷(1)為原料，經(jīng)3步反應(yīng)以29.8%總收率成功合成了具有抗腫瘤、抑菌、抗病毒活性的天然產(chǎn)物蟲草素。合成中間體2',5'-O-二乙�；�-3'-溴代腺苷的最佳反應(yīng)條件為：137.5mmol,醋酸75mL(作為溶劑和催化劑),將原乙酸三甲酯112mmol在冰水浴條件下緩慢滴加入體系，于室溫反應(yīng)過夜;冰浴條件下，將乙酰溴93.7mmol在30min內(nèi)緩慢滴加入反應(yīng)體系，于20℃反應(yīng)6h,收率40.5%.該改進(jìn)方法為蟲草素工業(yè)化合成提供了新的途徑。
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