紅景天苷及其類似物合成研究進(jìn)展*

陳 輝，崔 穎，2，李靈芝，2

(1．武警醫(yī)學(xué)院，天津 300162； 2．天津市職業(yè)與環(huán)境危害生物標(biāo)志物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300162)

紅景天苷(Salidroside)為景天科植物紅景天的主要有效成分，臨床研究結(jié)果表明，其具有抗缺氧、抗疲勞、抗微波輻射、抗寒冷作用、抗衰老、活血化瘀、抗病毒、抗腫瘤、抗炎、興奮中樞神經(jīng)和調(diào)節(jié)內(nèi)分泌等藥理作用，尤其在軍事、航天、運(yùn)動(dòng)及保健醫(yī)學(xué)上具重要應(yīng)用價(jià)值，是一種極具開發(fā)前景的環(huán)境適應(yīng)化合物。

從20世紀(jì)70年代至今，藥物及有機(jī)化學(xué)工作者在紅景天苷的合成及其結(jié)構(gòu)改造方面做了大量的工作，主要有以下幾個(gè)方面。

1 化學(xué)方法合成紅景天苷及其類似物

1.1酪醇的直接糖苷化 1969年A T Troshenko[1]等首先合成了紅景天苷及其類似物，其以對(duì)羥基苯乙醇為原料，分別與葡萄糖苷、乳糖苷和阿拉伯糖苷結(jié)合，之后脫乙酰得到相應(yīng)的產(chǎn)物。1976年Lalonda等較詳細(xì)地報(bào)道了其合成方法，見圖1。

圖1 以酪醇為原料合成紅景天苷及其類似物

1987年紀(jì)淑芳等[2]以2-(對(duì)氨基苯基)乙醇制得酪醇，用過(guò)量的酪醇與溴代四乙酰葡萄糖成苷后不經(jīng)分離中間體直接脫乙?；苽淞思t景天苷。K Endo等[3]也以類似的方法合成了紅景天苷。1998年宋丹青[4]等在前者合成方法的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了反應(yīng)條件，通過(guò)分批加入碳酸銀同時(shí)降低反應(yīng)溫度，使收率由原來(lái)的40%提高到87.9% 。未反應(yīng)原料酪醇的回收率為25%，見圖2。

許大艷等[5]也以對(duì)氨基苯乙醇為原料，先經(jīng)重氮化、水解制得對(duì)羥基苯乙醇，以氯芐保護(hù)酚羥基后，再與溴代四乙酰基葡萄糖成苷，最后催化氫化脫芐基得到紅景天苷，見圖3。此反應(yīng)路線，原料易得，價(jià)格適中，路線簡(jiǎn)單，紅景天苷的收率達(dá)到66%～70%。

圖3 以對(duì)氨基苯乙醇為原料合成紅景天苷

張俊等[6]首先合成溴代四乙酰葡萄糖和半乳糖，分別與肉桂醇、芐醇、苯乙醇、苯丙醇通過(guò)Koenigs-Knorr法縮合成苷，脫乙?；玫侥繕?biāo)化合物，經(jīng)柱層析純化產(chǎn)率為56%～72%，見圖4。通過(guò)小鼠力竭游泳實(shí)驗(yàn)考查化合物抗疲勞活性，研究結(jié)果表明苯環(huán)上側(cè)鏈對(duì)于抗疲勞活性的影響，短鏈優(yōu)于長(zhǎng)鏈，飽和鍵優(yōu)于不飽和鍵；在同一系列兩個(gè)化合物中，半乳糖苷優(yōu)于葡萄糖。該系列類似物的抗疲勞活性均弱于紅景天苷，可能與不含酚羥基有關(guān)。

圖4 以各種多碳醇為原料合成紅景天苷及其類似物

1.2經(jīng)過(guò)酚羥基保護(hù)的酪醇的糖苷化反應(yīng)合成 李國(guó)青等[7]以對(duì)羥基苯乙酸乙酯為原料，先將酚羥基進(jìn)行芐基保護(hù)，之后用四氫鋰鋁還原得酪醇，進(jìn)而與過(guò)量的溴代四乙酰葡萄糖反應(yīng)，在甲醇中用甲醇鈉脫乙?；?，再經(jīng)催化氫化脫芐基制得紅景天苷，見圖5，產(chǎn)率為56.3%。

圖5 以對(duì)羥基苯乙酸乙酯為原料合成紅景天苷

張三奇等[8]以對(duì)溴苯酚為原料，以丙酮為溶劑在碳酸鉀存在下用烯丙基保護(hù)酚羥基，制備4-烯丙氧基溴苯，進(jìn)而制得2-(4-烯丙氧苯基) 乙醇(2)，(2)與溴代乙酰糖成苷并脫乙?；捎寐然Z/氯化亞銅脫除烯丙基制備得紅景天苷，見圖6。在最后烯丙基脫除過(guò)程中作者以四氫呋喃或甲醇代替二甲基甲酰胺作為溶劑，方便了后處理。

圖6 以對(duì)溴苯酚為原料合成紅景天苷

張蓮姬[9]等以對(duì)羥基苯乙酸為原料，首先將酚羥基進(jìn)行芐基保護(hù)合成2-(4-芐氧基)苯基乙醇、之后將羧基酯化進(jìn)而還原成醇、糖苷化、脫保護(hù)等步驟合成了紅景天苷，見圖7。其中芐基保護(hù)的酪醇和溴代四乙酰葡萄糖縮合反應(yīng)后可不經(jīng)精制直接脫除乙?；?，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。

圖7 以對(duì)羥基苯乙酸為原料合成紅景天苷

鄧梅[10]等同樣以對(duì)羥基苯乙酸為原料合成了紅景天苷及其類似物，見圖8，其首先對(duì)酚基進(jìn)行乙?；Ｗo(hù)，之后用NaBH4/I2將羧基還原為羥基，分別與溴代四乙酰葡萄糖和溴代四乙酰半乳糖縮合，同時(shí)脫去乙?；?，分別以63%、67% 的總產(chǎn)率合成得到了紅景天苷及其類似物，與前者相比縮短了反應(yīng)步驟。

圖8 以對(duì)羥基苯乙酸為原料合成紅景天苷及其類似物

惠永正等[11]以四乙?；?α-D-葡萄糖基三氯乙酰亞胺酯作為糖苷化試劑，在催化量的路易斯酸催化下與2-(4-乙酰氧基)苯乙醇進(jìn)行糖苷化反應(yīng)，然后脫去保護(hù)基得到了紅景天苷，見圖9。

圖9 以四乙酰基-α-D-葡萄糖基三氯乙酰亞胺酯為糖苷化試劑合成紅景天苷

郭益冰等[12]以廉價(jià)易得的葡萄糖、半乳糖為原料制得溴代四乙酰葡萄糖和半乳糖，分別與苯甲醇、苯乙醇衍生物結(jié)合合成了14個(gè)紅景天苷類似物，見圖10。整條路線包括糖羥基乙酰化保護(hù)、端基碳溴代、糖苷鍵的形成、脫乙?；懊撈S基。王海波等[13]同樣合成了紅景天半乳糖苷類似物并測(cè)試其對(duì)柯薩奇B3病毒感染體外、體內(nèi)模型的抑制作用。研究結(jié)果表明：紅景天苷和紅景天半乳糖苷類似物對(duì)柯薩奇B3病毒有較強(qiáng)的抑制作用，效果優(yōu)于陽(yáng)性對(duì)照藥利巴韋林。

圖10 取代苯甲醇、苯乙醇為原料合成一系列紅景天苷類似物

石天堯等[14]以酪醇為原料，在氫氧化鈉堿性條件下，以異丙醇為溶劑，用乙酸酐將酚羥基乙酰化合成1，再與溴代四乙酰半乳糖成苷，脫去乙?；铣杉t景天苷的半乳糖類似物2，見圖11，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)半乳糖類似物對(duì)心臟的保護(hù)作用優(yōu)于紅景天苷。

圖11 以酪醇為原料合成紅景天苷類似物

1.3其他方法合成紅景天苷及其類似物 除上述兩種方法外，蔡溱等[15]通過(guò)改變苯環(huán)上取代基種類及其位置和糖的種類，合成了1-(4-羥基)苯乙基-β-D-吡喃葡萄糖苷(紅景天苷)、1-(3-羥基)苯乙基-β-D-吡喃葡萄糖苷、1-苯甲基-β-D-吡喃葡萄糖苷、1-苯丙基-β-D-吡喃葡萄糖苷、1-(2-羥基)苯甲基-β-D-吡喃葡萄糖苷和1-(4-羥基)苯乙基-β-D-吡喃半乳糖苷并測(cè)試其體外清除自由基活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)苯環(huán)上羥基取代基的位置可以影響化合物的清除自由基活性，羥基在3位上的化合物的作用強(qiáng)于4位上的化合物；苯環(huán)上碳鏈的長(zhǎng)短對(duì)化合物的清除自由基的能力也有一定的影響，短鏈(甲基)優(yōu)于長(zhǎng)鏈(丙基)；糖基為半乳糖時(shí)作用最強(qiáng)，葡萄糖與甘露糖時(shí)作用相近。

郝丹輝等[16]根據(jù)紅景天苷的結(jié)構(gòu)通過(guò)計(jì)算建模構(gòu)建出6種衍生物，通過(guò)計(jì)算分析了紅景天苷的幾何構(gòu)型、電荷分布等，以及酚羥基的有無(wú)、位置及側(cè)鏈碳鏈長(zhǎng)短對(duì)紅景天苷抗氧化活性的影響，結(jié)果表明：酚羥基是紅景天苷分子的抗氧化活性中心，并且酚羥基的位置會(huì)影響紅景天苷的抗氧化活性，酚羥基在3位對(duì)紅景天苷的抗氧化活性影響不大，在2位則會(huì)使之降低；碳鏈長(zhǎng)短對(duì)紅景天苷的抗氧化活性基本無(wú)影響，這與蔡溱等的研究結(jié)果有一定矛盾，尚需深入研究。

由于紅景天苷易被糖苷水解酶水解，而有文獻(xiàn)報(bào)道將糖氧苷化合物改造為糖碳苷化合物不僅可以提高穩(wěn)定性，還可以提高其生物活性，彭濤等[17]將其糖氧苷鍵改造為糖碳苷鍵，同時(shí)改變苯環(huán)上的取代基合成了一系列化合物，見圖12。將化合物3與取代苯甲醛縮合、還原合成關(guān)鍵中間體4，4不經(jīng)分離直接于乙酸溶液中脫去葡萄糖4，6位的芐基保護(hù)基即得目標(biāo)化合物2a-2j 10個(gè)紅景天苷的糖碳苷類似物，通過(guò)體外心肌細(xì)胞的缺氧-復(fù)氧損傷模型評(píng)價(jià)其心肌保護(hù)活性，結(jié)果表明，大多數(shù)化合物對(duì)缺氧-復(fù)氧損傷心肌具有明顯的保護(hù)作用，其中2 c、2 e、2 g、2 h和2i 5個(gè)化合物的活性強(qiáng)于紅景天苷，并呈劑量依賴關(guān)系。

圖12 以取代苯甲醛為原料合成紅景天苷糖碳苷類似物

2 生物法合成紅景天苷及其類似物

2.1組織培養(yǎng)合成紅景天苷 Wu 等[18]用致密愈傷組織體系進(jìn)行了紅景天苷高產(chǎn)出率培養(yǎng)條件的研究。確定了生成高產(chǎn)出率紅景天苷的最佳條件，紅景天苷最高收獲率可達(dá)到干重57.72 mg/g, 為野生植株的5到10倍。

2.2細(xì)胞培養(yǎng)合成紅景天苷 許建峰等[19-21]分別以高山紅景天根、莖、葉及種子萌發(fā)的子葉為外植體誘導(dǎo)出5種愈傷組織, 通過(guò)懸浮細(xì)胞培養(yǎng)和添加外源酪醇使單位質(zhì)量紅景天細(xì)胞(干重)中紅景天苷的含量達(dá)到516 μmol/g。系統(tǒng)地研究了高山紅景天細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律及過(guò)程調(diào)控，從而建立了細(xì)胞懸浮生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)z取的動(dòng)力學(xué)模型及其劑量關(guān)系。

由于培養(yǎng)細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)移酶的活性易受細(xì)胞生長(zhǎng)階段及環(huán)境因素影響，培養(yǎng)液中積累的酪醇并未有效地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物紅景天苷。因此，利用植物細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)紅景天苷存在一定的局限性。

2.3由β-葡萄糖苷酶合成紅景天苷 王夢(mèng)亮等[22-24]從紅景天根系土壤中篩選出了5個(gè)菌株，通過(guò)比較5個(gè)菌株合成紅景天苷的能力，確定為米曲霉為合成紅景天苷的出發(fā)菌株。作者利用海藻酸鈉和殼聚糖固定β-葡萄糖苷酶，以D-葡萄糖和酪醇為底物，探討了非水相反應(yīng)體系、底物濃度、反應(yīng)時(shí)間、細(xì)胞濃度和pH對(duì)β-葡萄糖苷酶催化酪醇和D-葡萄糖合成紅景天苷的影響。

近年來(lái)不少文獻(xiàn)報(bào)道利用植物種子中提取的β-葡萄糖苷酶成功合成了紅景天苷。Tong等[25]首先利用從蘋果種子粗粉中提取的β-葡萄糖苷酶在二氧六環(huán)和水混合體系中催化酪醇和D-葡萄糖合成了紅景天苷，收率為15.8%。Katsumi等[26]同樣利用從杏仁中提取的β-葡萄糖苷酶，在pH=5、30 ℃的磷酸鹽緩沖液中催化21種取代醇和D-葡萄糖合成了一系列紅景天苷類似物。Hiroyuki Akita等[27]從杏仁粗粉中提取的β-葡萄糖苷酶在叔丁醇-水混合系統(tǒng)中分別與7種不同的取代醇反應(yīng)，合成了一系列紅景天苷類似物，產(chǎn)率適中，在11%～22%之間

Lu等[28]同樣利用從杏仁粗粉中提取的β-葡萄糖苷酶作為催化劑，合成了一系列烷基β-D-吡喃葡萄糖苷。并且在此基礎(chǔ)上又測(cè)試了桃核粗粉、蘋果種子粗粉、枇杷種子粗粉中β-葡萄糖苷酶的活性。結(jié)果表明，相對(duì)于杏仁粗粉，桃核粗粉和蘋果種子粗粉中的糖苷酶，不僅表現(xiàn)出更高的活性，而且具有更廣泛的應(yīng)用性。Yu等[29]在Lu研究基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蘋果種子粗粉中的β-葡萄糖苷酶具有更好的熱穩(wěn)定性，并且可以反復(fù)利用，具有一定的優(yōu)越性。

3 結(jié)語(yǔ)

盡管化學(xué)合成紅景天苷及其類似物技術(shù)已日趨成熟，但大多都需要進(jìn)行選擇性保護(hù)、活化或使用昂貴的金屬催化劑，而生物合成具有反應(yīng)條件溫和，立體選擇性高，反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單，環(huán)境污染少等特點(diǎn)，在合成紅景天苷方面顯示了一定的優(yōu)越性。但目前生物合成法還存在反應(yīng)周期長(zhǎng)、效價(jià)低的問(wèn)題。因此，通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，縮短合成周期，提高紅景天苷產(chǎn)率，并在此基礎(chǔ)上合成活性更強(qiáng)，毒副作用小的新型紅景天苷類似物具有重要意義。

1 Troshenko A T，Juodvirshis A M．Synthesis of glycosides of 2-(p-hydroxyphenyl)ethanol．Khim prir Soedin，1969，5(4)：256

2 紀(jì)淑芳，周亞青. 紅景天苷的合成.沈陽(yáng)藥學(xué)院學(xué)報(bào)，1987，4(3)：199

3 Endo K，Seya K，Hikino H.Biogenesis-like transformation of salidroside to rengyol and its related cyc1ohexyletanoids.Tetrahedron，1989，45(12)：3673

4 宋丹青，甄濟(jì)生. 紅景天苷合成工藝的改進(jìn). 中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志，1998，29(10)：446

5 許大艷，劉大有. 紅景天苷的合成. 長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，25(4)：614

6 張俊，吳振剛，王慶偉. 紅景天苷系列類似物的設(shè)計(jì)合成及抗疲勞活性初篩.第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(19)：1916

7 李國(guó)青，李展. 紅景天苷合成方法改進(jìn). 中國(guó)藥物化學(xué)雜志，1996，6(2)：136

8 張三奇，尚剛偉. 合成紅景天苷的新途徑. 中國(guó)藥物化學(xué)志, 1997，7(4)：256

9 張蓮姬，李雪梅，田官榮.紅景天苷的合成. 延邊大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，28(2)：97

10 鄧梅，吳振剛，劉雪英．紅景天苷及其類似物的合成．第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28(16)：1501

11 惠永正，曾志宏，劉俊耀. 紅景天苷類化合物的合成方法. 中國(guó)專利：1403467A，2003-03-19

12 郭益冰，鄭成，孟穎. 紅景天苷及其類似物的合成. 南通大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，8(4)：9

13 王海波，丁媛媛，劉雪英，等. 紅景天苷及其半乳糖苷類似物體對(duì)柯薩奇B3病毒的抑制作用. 中國(guó)醫(yī)院藥學(xué)雜志，2009，29(18)：1514

14 石天堯，馮書芳，袁立邦. 酪醇半乳糖苷的合成及對(duì)缺血/再灌注心腦的保護(hù)作用研究. 心臟雜志，2010，22(4)：524

15 蔡溱，石力夫，姚斌，等. 紅景天苷及其衍生物體外清除自由基作用的研究. 中國(guó)現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)雜志，2005，22(2)：114

16 郝丹輝，蔣剛，蒲豐年，等. 紅景天苷幾種不同構(gòu)型對(duì)其抗氧化活性的影響. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，46(3)：697

17 彭濤，王林，韓鳳昭，等. 紅景天苷糖碳苷類似物的合成及心肌保護(hù)活性研究.中國(guó)藥物化學(xué)雜志，2009，19(2)：89

18 Wu S，Zu Y，Wa M L. High yield production of salidroside in the suspension culture of Rhodiola sachalinensis . Biotechnol，2003，106(1) ：33

19 許建峰，韓愛明，馮樸蓀. 高山紅景天細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)z取動(dòng)力學(xué)及其計(jì)量關(guān)系. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，1997，3(2)：100

20 許建峰，謝健，李寧. 高山紅景天致密愈傷組織顆粒懸浮培養(yǎng)結(jié)構(gòu)化動(dòng)力學(xué)模型.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，39(1)：43

21 許建峰，謝健，馮樸蓀，等.氣升式反應(yīng)器培養(yǎng)高山紅景天愈傷組織顆粒的動(dòng)力學(xué)與氧傳遞特性研究. 化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，1998，4(3)：305

22 王夢(mèng)亮，張芳，劉滇生. 微生物催化D-葡萄糖與酪醇葡糖基轉(zhuǎn)移合成紅景天甙的初步研究. 催化學(xué)報(bào)，2006，27(3)：233

23 王夢(mèng)亮，李萬(wàn)麗. 固定化β-葡萄糖苷酶催化合成紅景天苷的研究. 生物技術(shù)，2009，19(1)：68

24 王夢(mèng)亮，張瑞芳，任振興. 非水相介質(zhì)中β-葡萄糖苷酶催化合成紅景天苷的研究.天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2008，20：1072

25 Tong A M，Lu W Y，Xu J H，etal. Use of apple seed meal as a new source of β-glucosidase for enzymatic glucosylation of 4-substituted benzyl alcohols and tyrosol in monophasic aqueous-dioxane medium. Bioorg & Med Chem Lett，2004，14：2095

26 Katsumi Kurashima，Mikio Fujii，Yoshiteru IDA,etal. Simple synthesis of β-D-Glycopyranosides using β-Glycosidase from Almonds.Chem Pharm Bull，2004，52(2)：270

27 Hiroyuki Akita，Eiji Kawahara. Synthesis of naturally occurring β-D-glucopyranoside based on enzymatic β-glycosidation. J Mol Cata B: Enzymatic，2006，40：8

28 Lu W Y，Lin G Q，Yu H L,etal. Facile synthesis of alkyl β-D-glucopyranosides from D-glucose and the corresponding alcohols using fruit seed meals. J Mol Cata B: Enzymatic，2007，44：72

29 Yu H L，Xua J H，Lu W Y. Identification，purification and characterization of β-glucosidase from apple seed as a novel catalyst for synthesis of O-glucosides. Enzyme Microb. Technol，2007，40：354