麥冬中萜類成分龍腦次苷的合成研究

程冬萍，周俠毅，宋立芳

(浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，浙江 杭州 310014)

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麥冬中萜類成分龍腦次苷的合成研究

程冬萍，周俠毅，宋立芳

(浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，浙江 杭州 310014)

摘要：采用2,3,4,6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖與三氯乙腈親核加成得到2,3,4,6-四-O-乙?；?α-D-吡喃葡萄糖三氯乙酰亞胺酯，亞胺酯與l-龍腦進(jìn)行糖苷化，再用甲醇鈉脫保護(hù)得到龍腦次苷。并著重對(duì)糖苷化一步的反應(yīng)條件進(jìn)行探索優(yōu)化，得到了較優(yōu)的反應(yīng)條件：當(dāng)投料比為n(亞胺酯)∶n(l-龍腦)=1.3,催化劑三氟化硼·乙醚用量為10%，二氯甲烷中-15 ℃反應(yīng)5 h，收率65.0%.

關(guān)鍵詞：龍腦次苷；三氯乙酰亞胺酯；糖苷化；脫保護(hù)

龍腦次苷是自然界中稀有的雙環(huán)單萜葡萄糖苷，是中藥麥冬的特征性成分之一[1].由于龍腦次苷在麥冬中的含量低微，如果采用傳統(tǒng)的提取分離方法從中藥麥冬來獲得龍腦次苷，則生產(chǎn)成本高昂.文獻(xiàn)[2]報(bào)道龍腦次苷的合成方法是以四乙?；宕咸烟亲鳛樘腔w，在碳酸銀的催化下，和苷元l-龍腦進(jìn)行糖苷化反應(yīng)，再經(jīng)過脫保護(hù)得到龍腦次苷，報(bào)道收率為35%.但是此方法不僅使用了價(jià)格昂貴的重金屬鹽催化劑，而且底物溴代葡萄糖不穩(wěn)定，反應(yīng)總收率低下.因此，改用三氯乙酰亞胺酯作為糖元供體，與傳統(tǒng)的溴代法相比，收率高，操作簡(jiǎn)便.其中重點(diǎn)研究了葡萄糖三氯乙酰亞胺酯與l-龍腦的糖苷化條件.

1合成工藝探索及優(yōu)化

2,3,4,6-四-O-乙?；?α-D-吡喃葡萄糖三氯乙酰亞胺酯Ⅳ的合成路線為

其中第一步乙?；瘬?jù)文獻(xiàn)報(bào)道有醋酸酐-醋酸鈉法[3]、硫酸-醋酸酐法[4]、氯化鋅-醋酐法[5]和三氯化鐵-醋酐法[6]等，這幾種方法收率都在70%～80%之間.醋酸酐-醋酸鈉法和三氯化鐵-醋酸酐法都要消耗大量的醋酐，成本高，后處理難度大；硫酸-醋酐法以濃硫酸做催化劑，濃硫酸酸性強(qiáng)，反應(yīng)劇烈，有一定危險(xiǎn)性；氯化鋅-醋酐法以氯化鋅為催化劑，作用較溫和.該反應(yīng)D-葡萄糖Ⅰ與溶劑醋酐的投料比為1∶6 g/mL，氯化鋅與Ⅰ用量的摩爾比為40%，收率可達(dá)85%.

第二步脫1位乙?；鶓?yīng)有兩種方法，一是與溴化氫、碳酸銀反應(yīng)[7]，二是與碳酸銨反應(yīng)[8].前者操作較繁瑣，總收率較低，還使用了毒性大的溴化氫氣體和高成本的銀鹽.相比之下，碳酸銨法應(yīng)用更廣泛.其中底物五乙?；咸烟洽蚺c溶劑DMF的投料比為1∶2 g/mL，碳酸銨與Ⅱ用量的摩爾比為2，收率可達(dá)90%.

第三步亞胺化多采用1, 8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)[9]催化，反應(yīng)條件溫和，收率高，后處理簡(jiǎn)單.催化劑DBU的量一般在10%以內(nèi)即可，實(shí)驗(yàn)中投量為7%，三氯乙腈與底物用量的摩爾比為2，收率可達(dá)65%.

故最終選用以上合成路線制備化合物Ⅳ.

l-龍腦2-O-2,3,4,6-四-O-乙?；?β-D-吡喃葡萄糖苷Ⅴ的合成路線為

該反應(yīng)一般要路易斯酸作催化劑，如三氟甲磺酸三甲基硅酯[10]、三氟化硼·乙醚[11]和對(duì)甲苯磺酸[12]等.

1.1催化劑選擇

本研究考察了四種催化劑，三氟化硼·乙醚、三氟甲磺酸酐、苯磺酸以及三氟甲磺酸三甲基硅酯.將1 mmoll-龍腦和1.3 mmol三氯乙酰亞胺酯溶于5 mL二氯甲烷，氮?dú)獗Ｗo(hù)，于5 ℃下加入1.0 mmol催化劑，攪拌過夜，反應(yīng)結(jié)果如表1所示.

表1　催化劑篩選

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出：以三氟甲磺酸酐催化無目標(biāo)產(chǎn)物生成，以苯磺酸催化有極少量產(chǎn)物，以三氟甲磺酸三甲基硅酯催化生成的是α構(gòu)型的產(chǎn)物，只有以三氟化硼·乙醚催化時(shí)可得到約40%的目標(biāo)產(chǎn)物.初步確定三氟化硼·乙醚作為糖苷化反應(yīng)的催化劑.

1.2單因素試驗(yàn)

根據(jù)上述結(jié)果，投入1 mmoll-龍腦，1.3 mmol三氯乙酰亞胺酯，5 mL二氯甲烷和三氟化硼·乙醚，5 ℃反應(yīng)過夜.結(jié)果見表2.

表2　單因素試驗(yàn)表1)

注：1) 表中底物l-龍腦用量均為1 mmol，所有反應(yīng)均在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行.

由表2中可以得出：當(dāng)三氟化硼·乙醚降至0.1 mmol，收率仍能達(dá)到38%，與1.0 mmol的收率相比無明顯變化，因此三氟化硼·乙醚用量為0.1 mmol即可.

根據(jù)三氟化硼·乙醚的考察結(jié)果，投入1 mmoll-龍腦，0.1 mmol三氟化硼·乙醚，5 mL二氯甲烷，5 ℃反應(yīng)，考察三氯乙酰亞胺酯的用量對(duì)反應(yīng)的影響(表2中第二至五組).可以得出三氯乙酰亞胺酯的量由1.0 mmol增至1.3 mmol，收率有所提高，但繼續(xù)增加三氯乙酰亞胺酯，收率開始降低.選取其中收率最好的1.3 mmol，滴加三氯乙酰亞胺酯(二氯甲烷溶解)，收率略有提高(表2中第二組與第六組).故三氯乙酰亞胺酯暫且選擇滴加，用量為1.3 mmol.

確定投料比、催化劑用量以及加料方式后，投入1 mmol的l-龍腦，5 mL的二氯甲烷，1.3 mmol的三氯乙酰亞胺酯，0.1 mmol的三氟化硼·乙醚，其中4 mL二氯甲烷用于溶解龍腦，剩余1 mL二氯甲烷用于溶解三氯乙酰亞胺酯且滴加，考察了溫度對(duì)反應(yīng)的影響.

總體來看，-20 ℃左右是較適宜的反應(yīng)溫度.為驗(yàn)證三氯乙酰亞胺酯的加入方式對(duì)收率的影響，特地補(bǔ)做一組-20 ℃的實(shí)驗(yàn)，直接加入三氯乙酰亞胺酯而非滴加，收率僅為30.2%(該條件下反應(yīng)收率較5 ℃低，其可能原因?yàn)樵诘蜏叵麦w系中水分含量較高，三氯乙酰亞胺酯水解更嚴(yán)重)，故必須滴加.

確定最佳反應(yīng)條件后，考察了反應(yīng)時(shí)間的影響，通過TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)度后發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)5 h后原料l-龍腦以完全消失，故選擇反應(yīng)時(shí)間為5 h.

1.3正交試驗(yàn)分析及穩(wěn)定性考察

根據(jù)以上的單因素試驗(yàn)確定了三氟化硼·乙醚、三氯乙酰亞胺酯和溫度三個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)三個(gè)水平，如表3所示.L9(33)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4.

表3　正交試驗(yàn)的因素和水平1)

注：1) 表中底物l-龍腦用量均為1 mmol，所有反應(yīng)均在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為5 h.

表4　L9(33)糖苷化反應(yīng)正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

觀察表4的極差分析，影響反應(yīng)收率的最大因素是三氟化硼·乙醚的量，其次是三氯乙酰亞胺酯，溫度對(duì)收率影響較小.溫度的k1最大，亞胺酯k2最大，三氟化硼·乙醚k3最大，因此正交實(shí)驗(yàn)所得的最佳反應(yīng)條件組合為A1B2C3，即溫度為-15 ℃，三氯乙酰亞胺酯是1.4 mmol，三氟化硼·乙醚的量是0.1 mmol.

觀察表4中各因素在不同水平下的收率變化，反應(yīng)溫度從-15 ℃降至-20 ℃，收率明顯下降，由-20 ℃降至-25 ℃，收率基本平穩(wěn).因此在考查范圍內(nèi)，-15 ℃反應(yīng)效果較好.溫度-15 ℃繼續(xù)升高，反應(yīng)收率仍有提高的可能，故補(bǔ)做一組實(shí)驗(yàn)，三氯乙酰亞胺酯的用量為1.4 mmol，催化劑為0.1 mmol，-10 ℃反應(yīng)，收率為66.0%，因此以-15 ℃為最佳溫度.

三氯乙酰亞胺酯為1.4 mmol時(shí)收率有最大值，故以1.4 mmol為最佳投量.

三氟化硼·乙醚從0.01 mmol增加至0.05 mmol，再增加至0.1 mmol，收率幾乎呈直線式增長(zhǎng).雖然前述單因素實(shí)驗(yàn)中0.1 mmol與1.0 mmol的收率無明顯差異，但不能確定繼續(xù)增加三氟化硼·乙醚是否會(huì)使收率提高.因此補(bǔ)做一組實(shí)驗(yàn)，1.4 mmol三氯乙酰亞胺酯，三氟化硼·乙醚增至0.2 mmol，-15 ℃反應(yīng)，收率79.1%，與0.1 mmol時(shí)無明顯變化，故選0.1 mmol為最佳投量.

綜上所述，最佳組合為A1B2C3，即-15 ℃，三氯乙酰亞胺酯為1.4 mmol，催化劑為0.1 mmol.對(duì)該組條件做穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，收率與前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，如表5所示.

表5　穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)1)

注：1) 表中底物l-龍腦用量均為1 mmol，所有反應(yīng)均在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為5 h.

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1主要儀器與試劑

主要儀器：X-4 型數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(溫度未校正)；Bruker Avance III(500M)核磁共振儀.

主要試劑：D-葡萄糖(CP，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司) ；醋酐(AR，杭州雙林化工試劑廠) ；三氯乙腈(AR，無錫海碩生物有限公司) ；DBU (AR，杭州雙林化工試劑廠) ；三氟化硼·乙醚(AR，阿拉丁試劑公司) ；l-龍腦(AR，阿拉丁試劑公司).

2.2實(shí)驗(yàn)過程與方法

龍腦次苷的總合成路線為

1,2,3,4,6-五-O-乙?；?α-D-吡喃葡萄糖Ⅱ：在1 000 mL圓底燒瓶中加入600 mL醋酸酐和30.2 g(0.222 mol)氯化鋅[5]，加熱至60 ℃使氯化鋅溶解.停止加熱，在60 ℃以下分批加入100 g D-葡萄糖Ⅰ，約45 min加完.然后100 ℃回流4 h，降至室溫，減壓蒸餾除去未反應(yīng)的醋酸酐，將剩余溶液倒入3 000 mL冰水中，攪拌約2 h待晶體充分析出后，過濾，洗滌，用50%乙醇水溶液重結(jié)晶，60 ℃減壓干燥得白色粉末162.10 g，收率82.4%，m.p.110～111 ℃.

2,3,4,6-四-O-乙?；?β-D-吡喃葡萄糖Ⅲ：稱取97.6 g (0.25 mol)Ⅱ，2.48 g (0.5 mol)碳酸銨，加入到195 mL DMF中，40 ℃反應(yīng)6 h[8]，用乙酸乙酯萃取，有機(jī)相用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓除去溶劑得80.4 g淡黃色糖漿，收率92.4%.

2,3,4,6-四-O-乙?；?α-D-吡喃葡萄糖三氯乙酰亞胺酯Ⅳ：將174.2 g (0.5 mol) Ⅲ和144.4 g(1.0 mol)三氯乙腈加入到350 mL干燥的二氯甲烷中溶解，降至0 ℃，滴加入5.2 mL (0.035 mmol) DBU，室溫反應(yīng)過夜[9].次日旋干溶劑，柱層析分離得160.1 g淡黃色糖漿，收率65.0%.1H-NMR (500 MHz, CDCl3): δ 1.97(s, 3H), 1.98(s, 3H), 2.00(s, 3H), 2.02(s, 3H), 4.07(dd,J=12.4 Hz, 1.7Hz, 1H), 4.17(m, 1H), 4.23(dd,J=12.4, 4.13 Hz, 1H), 5.09(dd,J=10.1, 3.61 Hz, 1H), 5.13(t,J=9.8 Hz, 1H), 5.51(t,J=9.8 Hz, 1H), 6.51(d,J=3.7 Hz, 1H), 9.69(s, 1H).

3結(jié)論

以廉價(jià)易得的D-葡萄糖為原料經(jīng)過全乙酰化、脫1位乙?；⑴c三氯乙腈親核加成后，再與l-龍腦進(jìn)行糖苷化，最后通過甲醇鈉脫保護(hù)即為龍腦次苷，共5步反應(yīng)，總收率35.4%.每步反應(yīng)均具有良好的收率，且反應(yīng)過程及后處理均較為簡(jiǎn)便.其中糖苷化是比較困難的一步.對(duì)于該步反應(yīng)我們擯棄了傳統(tǒng)的溴代糖法，用三氯乙酰亞胺酯法借助鄰基參與效應(yīng)高選擇性地合成了龍腦次苷.并對(duì)其進(jìn)行單因素考察和正交試驗(yàn)優(yōu)化，最后將該步反應(yīng)收率提升至79%.三氯乙酰亞胺酯法成功用于合成龍腦次苷，為其它單萜葡萄糖苷尤其是大位阻的雙環(huán)單萜葡萄糖苷的合成提供了思路.

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(責(zé)任編輯：陳石平)

A study on the synthesis ofl-borneol 2-O-β-D-glucopyranoside in radix ophiopogonis

CHENG Dongping, ZHOU Xiayi, SONG Lifang

(College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

Abstract:2,3,4,6-tetra-O-acetyl-α-D-glucopyranosyl trichloroacetimidate was obtained by 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucose reacting with trichloroacetonitrile, and then reacted with l-borneol to give l-borneol -2-O-2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranoside through glycosidation. The target product l-borneol 2-O-β-D-glucopyranoside was formed through the deprotection of l-borneol -2-O-2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranoside in methanol with sodium methoxide as base. The reaction conditions were optimized and the optimal process conditions were obtained. l-borneol reacted with trichloroacetimidate (1.3 equiv.) in dichloromethane at -15 ℃ for 5 h in the presence of 0.1 equivalents of boron fluoride ethyl ether to give an optimum yield of 65.0%.

Keywords:l-borneol-2-O-β-D-glucopyranoside; trichloroacetic imine esters; glycosylation; deprotection

收稿日期：2015-09-30

作者簡(jiǎn)介：程冬萍(1976—)，女，浙江溫州人，副教授，博士，研究方向藥物和藥物中間體的合成研究，E-mail：chengdp@zjut.edu.cn.

中圖分類號(hào)：O629.13

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-4303(2016)02-0169-05