丹參素異丙酯/冰片酯的合成及手性拆分研究

劉 佩,秦方剛,白亞軍,王笑笑,鄭曉暉

(西北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 陜西 西安 710069)

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·生命科學(xué)·

丹參素異丙酯/冰片酯的合成及手性拆分研究

劉 佩,秦方剛,白亞軍,王笑笑,鄭曉暉

(西北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 陜西 西安 710069)

以原兒茶醛為初始原料,經(jīng)芐基保護(hù)酚羥基,氯乙酸酯參與的Darzens環(huán)氧化,鈀碳/氫氣催化還原,共4步反應(yīng),分別得到混旋丹參素異丙酯及丹參素冰片酯,總產(chǎn)率分別達(dá)到58%，56%以上。這兩種混旋丹參素酯分別經(jīng)超臨界流體色譜(Supercritical fluid chromatography,SFC)法分離純化,得到相應(yīng)光學(xué)純度的丹參素異丙酯及丹參素冰片酯(收率均達(dá)90%以上,ee值均達(dá)99.5%以上)。該合成路線原料易得,步驟短,產(chǎn)率高,是一種適合工業(yè)化生產(chǎn)混旋丹參素異丙酯及丹參素冰片酯的合成方法;利用SFC分離純化,簡單易行,產(chǎn)物光學(xué)純度高,可進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

Darzens環(huán)氧化;催化加氫;丹參素異丙酯;丹參素冰片酯;超臨界流體色譜;手性拆分

丹參素異丙酯,化學(xué)名為(±)-3,4-二羥基苯基-2-羥基丙酸異丙酯(縮寫為IDHP),是本課題組采用代謝組學(xué)技術(shù)對復(fù)方丹參方研究過程中發(fā)現(xiàn)的一種體內(nèi)代謝物[1]。其藥理學(xué)研究表明，丹參素異丙酯具有抗心肌纖維化[2]、抗腦缺血[3]、抗氧化[4]、抗外源性自由基所致心律失常[5]、擴(kuò)張血管[6]等作用。

丹參素冰片酯,化學(xué)名為(±)-3,4-二羥基苯基-2-羥基丙酸冰片酯(縮寫為DBZ),是根據(jù)藥物藥效團(tuán)拼合原理及中藥方劑理論中“君-使對藥”的配伍原則,將“君藥”丹參的有效成分丹參素和“使藥”冰片以酯鍵的形式結(jié)合設(shè)計(jì)而成的。丹參素冰片酯具有抗動脈粥樣硬化[7-8]、抗心腦缺血[9]、降低血壓、改善心臟舒張功能[10]等作用。

以上兩種化合物,鄭曉暉課題組已進(jìn)行了較為深入的合成研究。路線一,以3,4-二羥基苯甲醛為原料,與乙酰甘氨酸反應(yīng)生成噁唑酮衍生物,經(jīng)水解后用鋅汞齊還原得到丹參素,再與相應(yīng)的醇反應(yīng)得到混旋丹參素異丙酯/冰片酯[11-12]。該路線,使用鋅汞齊作為還原劑,產(chǎn)率低,毒性大,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。路線二,以3,4-二羥基苯甲醛為原料,經(jīng)芐基保護(hù)、Darzens環(huán)氧化、Lewis酸開環(huán)、NaBH4還原、催化加氫脫保護(hù)得到混旋丹參素異丙酯/冰片酯[13]。該路線,步驟較長,總產(chǎn)率低,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。路線三,姜茹等以3,4-二羥基苯甲醛為原料,經(jīng)芐基保護(hù),Knoevenagel 縮合反應(yīng),?；磻?yīng)得到酰氯后再與相應(yīng)的醇反應(yīng)得酯,通過Sharpless不對稱雙羥化反應(yīng)構(gòu)建手性中心,最后經(jīng)選擇性催化加氫,同時(shí)脫保護(hù)得到光學(xué)純度較高的R-IDHP，S-IDHP及R-DBZ，S-DBZ[11,14]。該路線催化劑成本較高,產(chǎn)率低,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。路線四,在路線一的基礎(chǔ)上,改用雷尼鎳催化加氫還原酮酸酯類衍生物得到混旋IDHP/DBZ,并用SFC成功分離得到相應(yīng)較高光學(xué)純度(ee 99.2%以上)的化合物[15]。該路線合成成本較低，易操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但拆分產(chǎn)率(IDHP收率為90%，DBZ收率為86%)有待進(jìn)一步提高。

經(jīng)文獻(xiàn)查詢,本文在Nagoya[16]合成丹參素以及張群正[13]合成IDHP的基礎(chǔ)上,采用不同于上述4種合成方法。以原兒茶醛為初始原料,經(jīng)過芐基保護(hù)酚羥基,氯乙酸酯參與的Darzens環(huán)氧化,催化加氫/脫保護(hù),共4步反應(yīng)分別得到混旋IDHP及DBZ。建立了新的合成路線,簡化了后處理過程,提高了產(chǎn)率,IDHP的產(chǎn)率由已有的49%提高至58%,DBZ的產(chǎn)率由已有的48%提高至56%。同時(shí),改進(jìn)了SFC手性分離混旋IDHP及DBZ的拆分條件,提高了拆分收率(IDHP的拆分收率由已有的90%提高至93%,DBZ的拆分收率由已有的86%提高至90%)，降低了拆分成本,促進(jìn)了手性IDHP及DBZ的工業(yè)化生產(chǎn)。其合成路線如圖1所示。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

Agilent1100型高效液相色譜儀(DAD二極管陣列檢測器);Agilent1200 series型HPLC-6520 Q-TOF質(zhì)譜;Varian Gemini 2000(VnmrS 600MHz)型核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));拆分設(shè)備:NOVASEP-SFC 3050;其他試劑均為市售分析純。

1.2 混旋丹參素異丙酯/冰片酯的合成

1.2.1 3,4-二芐氧基苯甲醛(2)的合成[17]1 000 mL圓底燒瓶中加入原兒茶醛55.2g，N,N-二甲基甲酰胺600 mL,緩慢加入氯化芐116.0 g,稱取無水K2CO3165.6 g加入其中,室溫下攪拌反應(yīng)2h后,再加入K2CO355.2 g,120℃加熱2 h,冷卻至室溫,抽濾,濾液加入冰水中,用稀鹽酸酸化,產(chǎn)生黃色沉淀,抽濾,用冰水洗滌,得化合物3,4-二芐氧基苯甲醛 122.1 g,產(chǎn)率為96%。

1.2.2 氯乙酸異丙酯(3a)的合成[18]1000 mL圓底燒瓶中加入二氯甲烷400 mL、異丙醇30.0 g、三乙胺50.5 g,0℃下加入氯乙酰氯56.4 g,室溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 h,反應(yīng)液中加入200 mL水,用飽和碳酸氫鈉溶液200 mL洗滌,二氯甲烷萃取(150 mL×3),合并有機(jī)相,用無水硫酸鈉干燥,減壓濃縮得淺褐色油狀物65.8 g,產(chǎn)率為97%。

采用類似方法合成,氯乙酸冰片酯(3b)106.9 g,產(chǎn)率為93%。

1.2.3 3-(3,4-二芐氧基苯基)環(huán)氧丙酸異丙酯(4a)的合成[19]500mL單頸燒瓶中,加入甲醇鈉12.2g、甲醇150mL,再稱取3,4-二芐氧基苯甲醛47.7 g、氯乙酸異丙酯24.5 g,溶于100 mL二氧六環(huán)中,30 mim內(nèi)滴入反應(yīng)體系中,室溫?cái)嚢柽^夜,將反應(yīng)液加入100 mL的冰水中,醋酸調(diào)pH至中性,用二氯甲烷萃取(200 mL×4),合并有機(jī)相,用無水硫酸鈉干燥,減壓濃縮,粗產(chǎn)品用異丙醇/石油醚重結(jié)晶得灰白色固體43.9 g,產(chǎn)率為70%。

采用類似方法合成3-(3,4-二芐氧基苯基)環(huán)氧丙酸冰片酯(4b),得灰白色固體54.6 g,產(chǎn)率71%。

1.2.4 丹參素異丙酯(1a)的合成[16]1 000 mL單頸圓底燒瓶中,加入3-(3,4-二芐氧基苯基)環(huán)氧丙酸異丙酯37.6 g，異丙醇400mL，5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))催化劑Pd/C 3.76 g,通入氫氣,常溫、常壓下反應(yīng)1 h后,過濾,減壓濃縮,粗產(chǎn)品用乙醇重結(jié)晶,得淡黃色固體19.4 g,產(chǎn)率90%。ESI-MS (m/z):239.1 [M-H]-。1H NMR (DMSO-d6,600 MHz)δ8.71 (s, 1H), 8.63 (s, 1H), 6.60 (s, 1H), 6.58 (d,J=8.0 Hz, 1H), 6.43 (d,J=8.0 Hz, 1H), 5.38 (d,J=5.9 Hz, 1H), 4.89-4.79 (m, 1H), 4.06 (q,J=13.0, 6.2 Hz,1H), 2.72 (dd,J=13.7, 5.8 Hz, 1H), 2.64 (dd,J=13.7, 7.4 Hz, 1H), 1.16 (d,J=6.3 Hz, 3H), 1.09 (d,J=6.3 Hz, 3H)。

采用類似方法合成丹參素冰片酯(1b),得淡黃色粉末17.8 g,產(chǎn)率89%。ESI-M(m/z): 333.2 [M-H]-。1H NMR (600 MHz, DMSO-d6)δ8.69 (s,1H), 8.62 (s,1H), 6.60 (s, 1H), 6.58 (d,J=8.0 Hz, 1H), 6.44 (d,J=8.0 Hz, 1H), 5.43 (t,J=6.1 Hz,1H), 4.72 (dd,J=26.0, 9.0 Hz,1H), 4.14 (m, 1H), 2.78-2.66 (m,2H), 2.27-2.14 (m,1H), 1.85-1.77 (m,1H), 1.70-1.58 (m,2H), 1.25-1.12 (m,2H), 0.86-0.69 (m, 10H)。

1.3 SFC手性分離純化

1.3.1 混旋丹參素異丙酯的手性分離 SFC分離條件:手性柱為CHIRALPAK AD-H,5 cm×25 cm;洗脫條件v(乙醇)∶v(水)=40∶60;流速為125 mL/min, 檢測波長為260 nm,溫度為35℃。對10 g混旋丹參素異丙酯進(jìn)行拆分(收率93%),分別得到S-丹參素異丙酯4.8 g,光學(xué)純度為99.6%和R-丹參素異丙酯4.5 g,光學(xué)純度99.5%(見圖2)。

S-丹參素異丙酯:1HNMR(DMSO-d6, 600 MHz):δ8.72(s,1H), 8.63(s,1H), 6.63(d,J=6Hz, 2H), 6.59(s, 1H), 6.44(dd,J=6Hz, 1H), 5.40(d,J=6 Hz, 1H), 4.81-4.88 (m, 1H), 4.06-4.10(m, 1H), 2.74(dd,J=12Hz, 1H), 2.66(dd,J=12Hz, 1H), 1.17(d,J=6Hz, 3H), 1.10(d,J=6Hz, 3H)。

R-丹參素異丙酯:1HNMR(DMSO-d6, 600 MHz):δ8.73 (s, 1H), 8.63 (s, 1H), 6.61 (d,J=6Hz, 2H), 6.61(s, 1H), 6.45(dd,J=6Hz, 1H), 5.39(d,J=6Hz, 1H), 4.83-4.90(m, 1H), 4.07-4.09(m, 1H), 2.74(dd,J=12Hz, 1H), 2.67(dd,J=12Hz, 1H),1.17(d,J=6 Hz, 3H), 1.11(d,J=6Hz, 3H)。

1.3.2 混旋丹參素冰片酯的手性分離 SFC分離條件:手性柱為CHIRALPAK AD-H, 5 cm×25 cm;洗脫條件v(乙醇)∶v(水)=20∶80;流速為130 mL/min, 檢測波長為254 nm,溫度為35℃。對15 g混旋丹參素冰片酯進(jìn)行拆分(收率90%),分別得到S-丹參素冰片酯6.9 g,光學(xué)純度為99.5%和R-丹參素冰片酯6.6 g,光學(xué)純度99.5%(見圖3)。

S-丹參素冰片酯:1HNMR(DMSO-d6, 600 MHz):δ8.70(s, 1H), 8.63(s, 1H), 6.61(d,J=6Hz, 2H), 6.45(dd,J=6 Hz, 1H), 5.43(s, 1H), 4.70(d,J=12Hz, 1H), 4.17(m, 1H), 2.73(dd,J=6Hz, 1H), 2.14-2.20(m, 1H),1.77-1.81(m, 1H), 1.61-1.66(m, 1H), 1.58-1.60(m, 1H), 1.20-1.23(m, 1H), 2.68(dd,J=12Hz, 1H), 2.21-2.26(m, 1H), 1.80-1.84(m, 1H), 1.64(t,J=6Hz, 1H), 1.15-1.23(m, 1H), 1.06-1.10(m, 1H), 0.84(s, 3H), 0.82(s, 3H), 0.76(s, 3H), 0.72(dd,J=12Hz, 1H)。

R-丹參素冰片酯:1HNMR(DMSO-d6,600 MHz):δ8.70(s, 1H), 8.62(s,1H), 6.61(d,J=6Hz, 2H), 6.45(dd,J=6 Hz, 1H), 5.44(s, 1H), 4.74(d,J=12Hz, 1H), 4.14 (m, 1H), 2.76(dd,J=12Hz, 1H), 2.69(dd,J=12Hz, 1H), 2.20-2.26(m, 1H), 1.79-1.84(m, 1H), 1.64(t,J=6Hz, 1H), 1.15-1.25(m, 1H), 0.89(dd,J=6Hz,1H), 0.86(s, 3H), 0.84(s, 3H), 0.68(s, 3H)。

圖3 R-DBZ，S-DBZ及混旋DBZ色譜圖Fig.3 The chromatogram of R-DBZ，S-DBZ，DBZ

(色譜檢測條件:色譜柱CHIRALPAK AD-RH 5 μm,4.6 mm×250 mm column;檢測波長280 nm;流動相v(乙腈)∶v(水)(含體積分?jǐn)?shù)為0.1%甲酸)=75∶25;流速0.4 mL/min;柱溫25℃)

2 結(jié)果與討論

本文采用新的合成路線,得到了混旋丹參素異丙酯及丹參素冰片酯。相比之前的路線,提高了產(chǎn)率,較已有合成路線四提高了8%～9%,降低了成本、減少了對環(huán)境的污染。

此外,優(yōu)化了SFC分離純化混旋IDHP及DBZ的拆分條件,用乙醇/水體系替代了之前的甲醇/水體系,毒性小、分離效果好,拆分收率較已有合成路線四提高了3%～4%,光學(xué)純度為99.5%以上。

通過對IDHP及DBZ合成路線的改進(jìn)及拆分條件的優(yōu)化,進(jìn)一步促進(jìn)了手性IDHP，DBZ等丹參素酯類衍生物的工業(yè)化生產(chǎn)。

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(編 輯陳鐿文)

Synthesis and chiral separation of isopropyl and bornylβ-(3,4-dihydroxyphenyl) -α-hydroxypropionate

LIU Pei, QIN Fang-gang, BAI Ya-jun, WANG Xiao-xiao, ZHENG Xiao-hui

(College of Life Sciences, Northwest University, Xi′an 710069， China)

Isopropyl and bornylβ-(3,4-dihydroxyphenyl) -α-hydroxypropionate have been synthesized by employing protection of 3,4-dihydroxybenzaldehyde as a starting material, darzens ring-oxidation and palladium carbon catalytic hydrogen reduction. The synthetic yields of these two target compounds are more than 56%. The procedure is simple, easy to work up and suitable for large-scale industrial production. Furthermore, a method is optimized for chiral separation isomers of IDHP and DBZ by supercritical fluid chromatography (SFC) with higher yield (>90%) and optical purity (ee>99%).

darzens ring-oxidation; catalytic hydrogenation; isopropylβ-(3,4-dihydroxyphenyl) -α-hydroxypropionate; bornylβ-(3,4-dihydroxyphenyl) -α-hydroxypropionate; supercritical fluid chromatography; chiral separation

2012-09-01

國家重大儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)(2013YQ170525);子任務(wù):超臨界流體色譜在中藥組方及其代謝物中的應(yīng)用研究實(shí)施方案(2013YQ17052509);陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

劉佩，女，山西省運(yùn)城人，從事中藥學(xué)研究。

鄭曉暉,男,教授,從事中藥復(fù)方成分分析、代謝和應(yīng)答,創(chuàng)新藥物研發(fā)等研究。

R932

：ADOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2015-03-013