β-蒿甲醚合成工藝研究

楊建鋒

(上海交通大學(xué) 藥學(xué)院，上海200240)

β-蒿甲醚合成工藝研究

楊建鋒

(上海交通大學(xué) 藥學(xué)院，上海200240)

以青蒿素為原料，使用一鍋法制備β-蒿甲醚.通過(guò)改進(jìn)的工藝方法，使得由青蒿素一步合成β-蒿甲醚的收率提高到70%以上，含量達(dá)到99.5%以上.改進(jìn)的工藝方法歸納為：青蒿素在乙酸甲酯和甲醇中被還原成二氫青蒿素后，直接催化醚化為蒿甲醚，通過(guò)結(jié)晶得到高含量的β-蒿甲醚.此工藝路線操作簡(jiǎn)單，極具工業(yè)化生產(chǎn)的價(jià)值.

青蒿素；β-蒿甲醚；一鍋法；工藝改進(jìn)

2015年瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院宣布，將諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)一半獎(jiǎng)分享給青蒿素抗瘧疾療法的發(fā)現(xiàn)者屠呦呦，以表彰她在抗瘧領(lǐng)域做出的突出貢獻(xiàn).青蒿素及其衍生物作為一類全新抗瘧藥，具有作用迅速、高效、低毒且與其它大多數(shù)抗瘧藥無(wú)交叉抗藥性等特點(diǎn)，已被WHO認(rèn)定為目前治療瘧疾最有效，最安全的指定類用藥[1-3].另外，在近幾年臨床研究中發(fā)現(xiàn)，青蒿素及其衍生物除主要的抗瘧作用外，還在抗腫瘤、抗病毒、抑制免疫系統(tǒng)、抗機(jī)體纖維化、抗血吸蟲(chóng)和抗真菌等方面表現(xiàn)出了良好的活性[4-5].隨著對(duì)其藥理的深入探索，青蒿素及其衍生物日益廣泛的醫(yī)療應(yīng)用，已經(jīng)備受國(guó)內(nèi)、外學(xué)者關(guān)注.

青蒿素提取自艾屬類植物黃花蒿，是一種具有過(guò)氧橋結(jié)構(gòu)的倍半萜內(nèi)酯化合物，它的衍生物主要有雙氫青蒿素(dihydroartemisinin)、蒿甲醚(artemether)、蒿乙醚(arteether)、青蒿琥酯(artesunate)等.毒物藥理學(xué)研究和臨床研究表明：蒿甲醚具有更好的寄生蟲(chóng)清除率，半衰期短，副作用低等優(yōu)點(diǎn)，和其他抗瘧疾藥物相比，具有更多的潛力，尤其適用于治療多藥耐藥性和復(fù)雜株惡性瘧原蟲(chóng)[1].

由青蒿素合成蒿甲醚(Ⅲ)主要?dú)v經(jīng)兩個(gè)步驟，即青蒿素(Ⅰ)還原為二氫青蒿素(Ⅱ)，后再經(jīng)催化醚化為蒿甲醚(Ⅲ).反應(yīng)過(guò)程如下(Scheme 1)所示.

而醚化后的蒿甲醚主要有兩種構(gòu)型：α-蒿甲醚(Ⅳ)和β-蒿甲醚(Ⅴ).結(jié)構(gòu)式如圖1所示.

由于蒿甲醚中主要抗瘧活性成分為β-蒿甲醚[6].如何高效定向的合成β-蒿甲醚成為目前抗瘧類藥物研發(fā)的焦點(diǎn).現(xiàn)有文獻(xiàn)表明：以青蒿素為原料，硼氫化鈉為還原劑，所得雙氫青蒿素收率最高只有79%左右[7-11].而二氫青蒿素醚化為蒿甲醚的第二步過(guò)程，在最佳工藝條件下收率也僅僅達(dá)到69.9%[3,12].若兩個(gè)過(guò)程均按最高收率計(jì)算，由青蒿素合成蒿甲醚的總收率也只在50%-56%之間，并且不一定適用于工業(yè)化生產(chǎn).

Scheme 1青蒿素轉(zhuǎn)化為蒿甲醚

圖1 α-和β-蒿甲醚

相關(guān)文獻(xiàn)指出青蒿素還原醚化合成蒿甲醚的收率可以達(dá)到75.8%[13].但是該文獻(xiàn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程描述過(guò)于簡(jiǎn)潔，經(jīng)多次重復(fù)均無(wú)法達(dá)到理想收率.在反應(yīng)過(guò)程中，二氫青蒿素醚化為蒿甲醚，其中僅有65%-75%轉(zhuǎn)化為β-蒿甲醚，而部分轉(zhuǎn)為α-蒿甲醚和其他相關(guān)雜質(zhì)，若需獲得較純?chǔ)?蒿甲醚，則實(shí)際收率可能在49%-56%之間，甚至更低.

通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，深入研究青蒿素合成蒿甲醚過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理，本文對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行大幅的工藝優(yōu)化調(diào)整，在已有工藝的基礎(chǔ)上，使用一鍋法制備β-蒿甲醚，減少中間過(guò)程不必要的反應(yīng)物損耗，并通過(guò)一定的工藝優(yōu)化改進(jìn)，使青蒿素轉(zhuǎn)化成β-蒿甲醚的總收率提高到70%以上，液相含量檢測(cè)也在99.5%以上，符合國(guó)家藥典標(biāo)準(zhǔn).且本文所述的一鍋法由青蒿素轉(zhuǎn)化為蒿甲醚的工藝要求較為簡(jiǎn)單，工藝所需成本較低，所需反應(yīng)溶劑均為常規(guī)試劑，在收率上比現(xiàn)有文獻(xiàn)所述的最高收率高10%以上，具有工業(yè)化生產(chǎn)的前景.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

青蒿素：賽諾菲；甲醇、二氯甲烷、乙酸甲酯、鹽酸等均為分析純；氯化鈣、硼氫化鈉為工業(yè)級(jí)試劑.實(shí)驗(yàn)室用水為純化水.

瑞士Buchi M-560型熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未經(jīng)校正)；Avance DMX Ⅲ 400 M 核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，瑞士Bruker公司).

1.2蒿甲醚的合成過(guò)程

將青蒿素(10.0g，0.035mol)溶解于乙酸甲酯(120 mL)和甲醇(25 mol/40 mL)的混合溶劑中，降溫后加入適量催化劑，繼續(xù)攪拌降溫至0℃左右，分批加入KBH4(3.12 g，0.058mol)(或摩爾當(dāng)量的NaBH4)，同溫下反應(yīng)，2 h后TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)完全，濃鹽酸調(diào)pH值至1.0-2.0，20 ℃水浴下進(jìn)行醚化反應(yīng).3 h后TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)完全后冷卻，用NaHCO3溶液調(diào)節(jié)pH至中性，分層后有機(jī)層減壓濃縮至干.甲醇(60 mL)溶解后通過(guò)逐滴滴加純化水(30 mL)的方法使蒿甲醚析晶，冰水浴下攪拌1 h，抽濾后濾餅用甲醇水溶液洗滌烘干，即為β-蒿甲醚.

mp 87.6-88.1 ℃(參考文獻(xiàn)[6]，86-88 ℃)；1H NMR (400 MHz, CDCl3), 5.41 (s, 1H), 4.70 (d, 1H), 3.45 (s, 3H), 2.64 (m, 1H), 2.42-2.39 (m, 1H), 2.08 (m, 1H), 1.95 (m, 1H), 1.81-1.75 (m, 2H), 1.67-1.63 (m, 1H), 1.58 (s, 1H), 1.50-1.47 (m, 4H), 1.38-1.33 (m, 2H), 1.29-1.22 (m, 1H), 0.97 (d, 3H), 0.92 (d, 3H)；13C NMR (100 MHz, CDCl3), 10.9, 20.3, 22.5, 24.9, 26.1, 35.3, 37.0, 37.5, 44.0, 50.1, 55.3, 80.1, 91.3, 103.3, 105.7.

2 結(jié)果與討論

本合成路線采用乙酸甲酯和甲醇作為反應(yīng)溶劑，將青蒿素還原為二氫青蒿素，再直接用濃鹽酸催化醚化后，采用一定結(jié)晶工藝得到β-蒿甲醚，達(dá)到了70%的收率，比現(xiàn)有文獻(xiàn)工藝高出約10%；而反相滴加的結(jié)晶工藝也使得含量達(dá)到了99.5%以上，完全能夠達(dá)到β-蒿甲醚國(guó)家藥物藥典標(biāo)準(zhǔn)要求.

青蒿素在乙酸甲酯和甲醇的反應(yīng)溶劑體系、還原劑(硼氫化鉀或硼氫化鈉)條件下還原為二氫青蒿素的過(guò)程中，我們添加了一定量的Lewis酸催化劑：氯化鋁、氯化鋅、氯化鈣等參與反應(yīng).適量的Lewis酸催化劑能夠大幅減少還原反應(yīng)的時(shí)間，最大限度地避免因反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使反應(yīng)物降解變質(zhì)，確保反應(yīng)過(guò)程的穩(wěn)定性，提高反應(yīng)物的原子利用率，從反應(yīng)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)，Lewis催化劑對(duì)于還原性較柔的硼氫化鉀起到的催化效果尤為明顯.

還原過(guò)程中，硼氫化鉀或者硼氫化鈉均可以起到還原的作用，且對(duì)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率影響不大.但是由于硼氫化鈉的還原性強(qiáng)于硼氫化鉀，故所參與的反應(yīng)過(guò)程較硼氫化鉀的劇烈，對(duì)于溫度的控制要求較高，但帶來(lái)相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是，劇烈的反應(yīng)能大大縮短還原過(guò)程的時(shí)間，減少青蒿素和二氫青蒿素在反應(yīng)體系中的不穩(wěn)定性所帶來(lái)的損耗.而硼氫化鉀參與的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程相對(duì)硼氫化鈉柔和，反應(yīng)體系的溫度比較容易控制，操作上比較便利.

還原反應(yīng)的溫度對(duì)于反應(yīng)收率也有著很大的影響.溫度超過(guò)7℃，則反應(yīng)收率開(kāi)始降低，而溫度過(guò)低，反應(yīng)時(shí)間則會(huì)大幅度延長(zhǎng).醚化反應(yīng)溫度取20℃左右為最適反應(yīng)溫度，有助于提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和定向反應(yīng)選擇性.所以控制反應(yīng)溫度在一個(gè)合理的范圍，對(duì)于合成β-蒿甲醚的反應(yīng)過(guò)程有著舉足輕重的作用.

還原反應(yīng)終點(diǎn)的確定通過(guò)TLC監(jiān)測(cè)，展開(kāi)劑選擇石油醚：乙酸乙酯=8∶2，確定終點(diǎn)后，繼續(xù)進(jìn)行醚化反應(yīng).加酸量以調(diào)節(jié)pH值至1.0-2.0之間.pH太大所需反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，過(guò)小則蒿甲醚產(chǎn)物易降解變質(zhì).

3 結(jié)論

本文所述的一鍋法合成β-蒿甲醚的反應(yīng),是以青蒿素為原料,在乙酸甲酯和甲醇中經(jīng)KBH4(或NaBH4)還原得到二氫青蒿素，不經(jīng)分離直接催化醚化為蒿甲醚，通過(guò)結(jié)晶得到高含量的β-蒿甲醚，反應(yīng)收率達(dá)到70%以上,β-蒿甲醚的含量為99.5%,工藝過(guò)程較為簡(jiǎn)單，所需反應(yīng)物為常規(guī)反應(yīng)溶劑，具有較好的工業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值.

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StudyoftheSyntheticProcessofβ-Methyl-dihydroarteannuin

Yang Jianfeng

(School of Pharmacy, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240)

β-Methyl-dihydroarteannuin was synthesized in one-pot from artemisinin.The yield was increased up to 70% with the content of 99.5% via the improved process.Artemisinin was hydrolyzed using methyl acetate and methanol as the solvent, followed by etherification with methanol to afford methyl-dihydroarteannuin, and then recrystallization from methanol to obtain β-methyl-dihydroarteannuin in high content.This method is practical for the synthesis of β-methyl-dihydroarteannuin for its simple operation.

arteannuin; β-Methyl-dihydroarteannuin; one-pot synthesis; process improvement

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2017.08.014

TQ463

A

1008-293X(2017)08-0080-04

2016-07-04

楊建鋒(1977- )，男，江西南昌人，上海交通大學(xué)藥學(xué)院，研究方向：藥物合成.

(責(zé)任編輯魯越青)