立体选择性合成α-细辛脑的工艺研究.docx

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1、0 要 -细辛脑是中药石菖蒲中提取出的有效成分。通过对大量文献调查研究，作 者发现 -细辛脑具有多方面的作用。自上世纪 60 年代起，国内外对 -细辛脑即 进行了广泛的研究，已证实其在止咳、祛痰、镇静、抗惊厥等方面具有广泛的生 物学活性。而中草药资源有限，关于 -细辛脑的立体选择性合成问题越来越受到 关注。在此基础上，本文对立体选择性合成 -细辛脑的反应条件进行了深入考察。 本文以 1,2,4-三甲氧基苯为原料，经 Vilsmeier 反应制得 2,4,5-三甲氧基苯甲 醛。首先研究了利用 Wittig 反应合成 -细辛脑，结果表明产率和立体选择性都较 低。然后研究了 Grignard 反应合

2、成 -细辛脑，利用 2,4,5-三甲氧基苯甲醛与乙基 溴化镁反应制得相应的中间体醇，考察了该醇脱水时不同脱水剂对产率和立体选 择性的影响。结果表明采用硫酸铜催化，甲苯恒沸脱水，合成 -细辛脑（2-(E)-1-丙烯基)-1,4,5-三甲氧基苯），立体选择性 93.3%，总产率 80.26%（以醛计）。 由 -细辛脑的合成路线可知，在合成的 -细辛脑中伴有少量的其顺反异构体 -细辛脑，其结构与 -细辛脑相似，但 -细辛脑具有很强的毒性。根据中国药典 0 2000 年版）要求，在合成的 -细辛脑中 -细辛脑的含量应小于 1%。作者分别 采用了 HPLC 法和 GC 法对 -细辛脑的含量进行了测定。对

3、比发现，GC 法较 HPLC 法简便迅速。测定结果表明 -细辛脑的含量符合药典要求。 该方法为 -细辛脑的工业生产提供了一种高效简便的方法。 关键词：-细辛脑、无水硫酸铜、立体选择性、合成、HPLC 法、GC 法author has found thatAbstract-Asarone is the effective ingredient taked out from Acorus gramineus soland. The-Asarone is very useful in different fields after reading a numberof literatures. Int

4、ernal and overseas scientists have studied on -Asarone in the early 1960s. It is found that -Asarone play an essential role in relieving a cough, removing the phlegm, calmless, resisting convulsion. Because Chinese traditional medicine is limited, studies on stereoselective synthesis of -Asarone hav

5、e been paid more and more attention to. This paper will study the condition of stereoselective synthesis of -Asarone.2, 4, 5-trimethoxybenzaldehyde was synthesized from 1, 2, 4-trimethoxybenzene by the Vilsmeier reaction. First, synthesis of -Asarone by Wittig reaction was studied, the result showed

6、 that the yield and stereoselectivity to synthesize -Asarone is lower. Then synthesis of -Asarone by Grignard reaction was studied. The intermediate aromatic alcohol was prepared by the reaction of magnesium ethyl bromide with 2,4,5-trimethoxybenzaldehyde, the catalysis of different dehydrant was ev

7、aluated for the yield and stereoselectivity to synthesize -Asarone. The results showed that -Asarone was stereoselectively obtained with dominant E-stereoselectivity(93.3%) under catalysis of cupric sulfate in dry toluene, the yield was 80.2 % (based on the aromatic aldehyde).From the synthetic rout

8、e of -Asarone, a few -Asarone will be maked with -Asarone. -Asarone whose structure like -Asarone has strong toxicity. The content of -Asarone shouldnt achieve 1% according to the requirement of Chinese pharmacopoeia (2000). The content of -Asarone was mensurated by the method of HPLC and GC. Compar

9、ing the two methods GC is more simple and convenient than HPLC. The result showed that the content of -Asarone reached the requirement of pharmacopoeia.A new simple and efficient proces for the industrial production of -Asarone was provided.Key Words: -Asarone、cupric sulfate、stereoselectivity、Synthe

10、sis、HPLC、GC0 录 第 1 章 绪 论 11.1 -细辛脑简介 1 1.2 -细辛脑的研究进展 2 1.2.1 体内代谢 2 1.2.2 药理作用 4 1.2.3 临床应用 5 1.3 本论文的选题背景及目的 9 第 2 章 2,4,5-三甲氧基苯甲醛的合成及利用 Wittig 反应合成 -细辛脑 11 2.1 引言 11 2.2 2,4,5-三甲氧基苯甲醛的合成 12 2.2.1 合成方法研究 11 2.2.2 实验部分 14 2.2.3 小结 11 2.3 利用 Wittig 反应合成 -细辛脑 15 2.3.1 合成方法研究 12 2.3.2 实验部分 12 2.4 小结 17

11、 第 3 章 1-(2,4,5-三甲氧基苯)-1-丙醇的合成及合成 -细辛脑的脱水剂选择 18 3.1 引言 18 3.2 仪器与药品 19 3.2.1 THF 的精制 19 3.2.2 溴乙烷的精制 20 3.2.3 无水甲苯的精制 20 3.3 1-(2,4,5-三甲氧基苯)-1-丙醇的合成 20 3.3.1 合成方法研究 20 3.3.2 实验部分 20 3.3 合成 -细辛脑的脱水剂选择 21 3.4.1 以对甲苯磺酸（p-TsOH）为脱水剂 21 3.4.2 以 20 %的硫酸溶液为脱水剂 21 3.4.3 以无水氯化钙为脱水剂 22 3.4.4 以硫酸氢钾为脱水剂 22 3.4.5

12、 以无水硫酸铜为脱水剂 22 3.5 结果与讨论 22 3.6 -细辛脑及中间体醇、原料醛的 1HNMR 谱 24 第 4 章 -细辛脑的含量分析 27 4.1 引言 27 4.2 HPLC 法测定 -细辛脑的含量 27 4.2.1 HPLC 的类型 30 4.2.2 HPLC 法在药物分析中的应用 30 4.2.3 HP1050A-高效液相色谱仪的检测条件 30 4.2.4 HPLC 法测定 -细辛脑的含量 30 4.3 GC 法测定 -细辛脑的含量 30 4.3.1 GC 法在药物分析中的应用 31 4.3.2 GC7890气相色谱仪的检测条件 32 4.3.3 GC 法测定 -细辛脑的含

13、量 32 4.4 小结 39 第 5 章 总结与展望 40 5.1 总结 40 5.2 展望 40 参考文献 42 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 47 0 谢 48 插图索引图 1.1 -细辛脑的药时曲线3图 2.1 利用乙烯化反应合成 -细辛脑的反应路线11图 2.2 利用 Wittig 反应合成 -细辛脑的反应路线12图 2.3 利用 Grignard 反应合成 -细辛脑的反应路线12图 2.4 利用 Vilsmeier 反应合成 2,4,5-三甲氧基苯的反应机理13图 2.5 利用 Wittig 反应合成 -细辛脑的反应机理16图 3.1 Grignard 试剂在乙醚中形成

14、稳定的溶剂化物示意图18图 3.2 THF 精制的实验装置图19图 3.3 -细辛脑的 1HNMR 谱图24图 3.4 中间体醇的 1HNMR 谱图25图 3.5 原料醛的 1HNMR 谱图26插索引表 1.1 -细辛脑生物利用度参数3表 2.1 三氯氧磷的用量对产物收率的影响14表 3.1 不同脱水剂的脱水情况23表 4.1 GC 法测定 -细辛脑的含量对照表33第 1 章 绪 论自上世纪 60 年代起，国内外对 -细辛脑进行了广泛的研究，已证实其有很 强的药理活性，具止咳、祛痰、平喘、镇静、解痉以及抗惊厥作用。对肺炎双球 菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长也有不同程度抑制作用。提取的单体临

15、床 应用于肺炎、哮喘、癫痫大发作等收到良好效果1。目前国内有四家细辛脑注射 液生产厂家，市场需求量较大，它的身上蕴藏着巨大的商业价值。1.1 -细辛脑简介 -细辛脑（-Asarone），又名 -细辛醚，化学名为 2-(E)-1-丙烯基)-1,4,5- 三甲氧基苯，分子式为 C12H16O3，分子量为 208.25 ，结构式为： OCH3OCH3H3COHHCH3其顺反异构体为 -细辛脑，结构式为：OCH3OCH3H3COHCH3H-细辛脑呈微黄色针状结晶，熔点 61 ，不溶于水，溶于乙醚，乙醇，氯 0 ，脂溶性极强，它和其异构体 - 细辛脑是天南星科植物石菖蒲（Acorus gramineus

16、 soland ）的主要有效成份之一，主要存在于中药石菖蒲（Acorus gramineus soland）等植物的挥发油中。-细辛脑口服吸收迅速，15 分钟可达峰， 血浆蛋白结合率为 61 %，可迅速分布于肝、肾、胆汁及心、脑、肺、脾等脏器， 绝对生物利用度极低，胶囊为 2.75 %，片剂为 5.56 %，半衰期长为 34 小时， 个体差异大，表观分布容积为 126 L/。 -细辛脑具有镇咳、祛痰、平喘作用，临床用于治疗慢性支气管炎，慢性阻 塞性肺病。具有镇静抗惊作用，临床用于抗癫痫，是初发癫痫患者首选药之一。 除此之外还有降压、降脂2、利胆作用。通过对 -细辛脑的毒理学研究发现 -细辛脑小

17、鼠口服 LD60 为 417.6 mg/，腹腔注射 LD50 为 310 mg/，实验表明 - 0 1 - 细辛脑对鼠伤寒沙门氏菌 TA98 有致突变作用3。当剂量大于 182.5 mg/是产生 致畸作用4。1.2 -细辛脑的研究进展 0 10多年来-细辛脑的研究不断深入，在基础药理、体内代谢、临床应用， 及在毒理学方面的研究有很大进展。以下为-细辛脑在体内代谢、药理作用、临 床应用和毒理学方面的研究进展状况。 1.2.1 体内代谢1.2.1.1 血药浓度测定杨巷菁等5 在1987年报道了用气相色谱法测定兔血液中-细辛脑浓度的方 法，采用FID检测器，最低检出浓度为400 ngml-1。Tsa

18、i等61992年用HPLC-UV法将兔血清中的最低检出浓度提高到100 ngml-1。但是仍不能满足人体内药动学 研究的要求，因为-细辛脑进入人体后浓度极低，达1100 ngml-1。1994年刘宗 河等7首次报道了测定人血中-细辛脑的方法，其主要是依据-细辛脑化学结构 在苯环上接有3个氧基和1个丙烯基，在紫外光的照射下可发射出极强的荧光，故 可用荧光检测器检测，最后使血清最低检出浓度达到1200 ngml-1。而后，又有 改进此法的报道，检出最低浓度为0.2 ngml-1，取血量减少到0.25 ml，更适合药 动学和生物利用度的研究8 。1.2.1.2 体内代谢过程-细辛脑口服吸收迅速，15

19、 min即可达到血浓度高峰，血浆蛋白结合率61%， 并迅速分布于肝、肾、胆汁及心、脑、肺、脾等脏器。其中肝、肾浓度接近于血 浆浓度，其余依次递减，部分由胆汁排泄后，仍经肠肝再吸收，最后主要随小便 排出，小部分被肝脏代谢10。主要代谢物为2,4,5-三甲氧丙烯酸(肉桂酸) 9。1.2.1.3 药动学新西兰兔静脉给予不同剂量5，10，20 mgkg-1后，-细辛脑表现为二室模型， 分布容积没有改变，但清除率却成比例减少为1.28，0.99和0.69 Lh-1kg-1，而t1/ 2 却成比例增加为0.45，0.79和1.27 h。故认为-细辛脑在兔体内的药动学属非线性 18。-细辛脑在人体内的药动学

20、研究，首先由杨正鸿等10于1993年报道。在10 名健康志愿者单剂量口服合成-细辛脑片剂120 mg后，测得t1/ 2为3.5 h，达峰时( tmax) 0.91 h，峰浓度(cmax) 120 ngml1，药时曲线下面积(AUC) 149 nghml-1，吸- 2 -收速度常数( Ka) 4.1 h-1，口服显二室模型。该药在人体内吸收快，分布广泛，但 存在较大的个体差异。1.2.1.4 生物利用度杨正鸿11对12名健康受试者单剂量用药后，通过HPLC法测定血药浓度，测 定了-细辛脑片剂和胶囊剂在人体中的生物利用度。12名受试者的平均血药浓度 -时间曲线见附图。附表列出了-细辛脑片剂和胶囊剂

21、的绝对生物利用度, 分别为 5.56%和2.73%。可见-细辛脑的绝对生物利用度极低。-细辛脑是脂溶性很强的 药物，水溶性差可能是其生物利用度低的重要原因。故有必要对其生产工艺和处 方组成做一改进。关于-细辛脑体外溶出速率与体内生物利用度的相关性正待进 一步研究中。0 1.1 -细辛脑药时曲线 -注射剂(16 mg)；-片剂(120 mg)；-胶囊剂(120 mg) 0 1.1 -细辛脑生物利用度参数 剂型AUC0F*TLagTmaxCmax(ngh/ml)(%)(h)(h)(ng/ml)注射剂396250片剂1351185.54.90.180.040.880.315455胶囊剂72702.7

22、2.20.210.020.800.313140-细辛脑片剂的绝对生物利用度明显高于胶囊剂(P 0.05) , 胶囊剂与片剂 的相对生物利用度为49.1%。究其原因, 可能是生产过程中-细辛脑的粒度、辅 料及工艺不同造成。-细辛脑的吸收迅速, 口服后滞留时间均较小, 达峰时较快。 静脉给药平均药时曲线最佳拟合为三室模型(权重选择1/C2) , 口服给药最佳拟合 则为二室模型(权重选择1/C2)。实验证明-细辛脑片剂和胶囊剂的绝对生物利用 度不仅低, 而且个体差异很大, 有待进一步研究。生物利用度低的产品，其吸收- 3 -更易受生理等因素变化的影响, 往往出现个体差异大的情况。 通过对12名健康受

23、试者单剂量交叉给予人工合成的-细辛脑胶囊剂120 mg、片剂120 mg和针剂16 mg后，HPLC-荧光法测定血药浓度。结果发现胶囊剂和片 剂的绝对生物利用度极低，这可能与-细辛脑是脂溶性极强的化合物，且熔点低 有关。说明制成生物利用度高的固体制剂还有一定困难。1.2.2 药理作用1.2.2.1 抗癌活性胡伯渊等12通过观察人癌细胞的形态学改变、活细胞染色计数和测定细胞 生长率等方法，进行了-细辛脑对人癌细胞株抗癌活性的定量研究。发现在-细辛脑的作用下，SGC-7901，Detroit-6和Hela人癌细胞发生变形，最终导致脱落、 破坏、溶解且生长稀疏，繁殖受到抑制，而环磷酰胺对照组的作用远

24、较-细辛脑 弱。-细辛脑对SGC和D6细胞产生圆缩和脱落的时间可随剂量加大而缩短，与对 照组相比有明显差别。测得对SGC 细胞株有效抑制浓度(ED50)接近于25 gml -1。 对SGC细胞株的生长抑制，比环磷酰胺对照组强。在细胞接种48 h后，才将-细 辛脑(25 gml-1) 加入到生长液中，6 d后的活细胞染色计数为0.07 万ml-1，而环 磷酰胺(100 gml-1)则为7.0 万ml-1。如果在细胞接种同时加入-细辛脑，则6 d 后的细胞染色计数可降到零，而环磷酰胺仍有2.47 万ml-1。研究显示了-细辛 脑对SGC，D6和Hela等人癌细胞株有一定抗癌活性。1.2.2.2 降

25、血脂作用-细辛脑是肝内HMG-CoA还原酶的抑制剂，Pazed等13将成年雄鼠按80 mgkg-1 的-细辛脑口服用药8 d后，可降血浆中胆固醇38 %。-细辛脑的治疗主 要是影响血浆中LDL，而HDL不受影响，结果是LDLHDL的比值降低74 %。此 结果说明-细辛脑可抑制脂类的合成和降血脂作用。Hernandez等14用成年鼠的肝细胞进行体外试验，于培养物中加入10 mgml-1 的-细辛脑12周后，发现各种脂类明显减少。三酰甘油减少80 %97 %，胆固 醇酯减少50 %92 %，胆固醇减少64 %70 %，磷脂减少70 %87 %，磷酸盐脱 氢酶和苹果酸酶(由甘油脂类和脂肪酸合成的标记

26、酶)的活性也同样分别减少22 %50 %和30 %70 %。此结果说明-细辛脑可明显地抑制脂类的合成和分泌，具 有降血脂作用。Chamorro等25也用成年鼠肝细胞试验，同样显示了上述的结果。 并且作了动物体内的研究，对高血胆固醇症模型雄性鼠，每日口服80 mgkg-1，7 d后胆固醇和三酰甘油分别减少57.3 %和42.5 %。- 4 -1.2.2.3 利胆作用-细辛脑能刺激高胆固醇大鼠的胆汁运输，增加胆盐、磷脂和胆固醇的分泌， 它还能降低胆囊中胆固醇的水平，这是由于-细辛脑对胆结石细胞溶解酶的影响13。经肠道给予1/5的LD50剂量(约136 mgkg-1)的-细辛脑后，大鼠的胆汁引流量

27、可显著升高，作用较去氢胆酸持久，但没有去氢胆酸的胆汁后抑制现象。另一项 研究也表明-细辛脑可减少80.0 %的大田鼠体内的胆石15。1.2.3 临床应用1.2.3.1 止咳祛痰实验证明-细辛脑通过增强气管纤毛运动，且能减少纤毛与粘液之间的粘附， 引起分泌物增加,使浓痰变稀,减低痰液粘滞，易于咳出；同时对咳嗽中枢也有较 强的抑制作用；从而达到显著的祛痰、镇咳目的，现已被临床实验所证实16。刘露等17对有咳嗽、咳痰等症状的50例患儿在常规治疗的基础上辅以-细辛脑 注射液治疗，用量为0.5 1.0 mgkg-1d-1，稀释于5 %的葡萄糖注射液中,最大量不 超过24 mgd-1稀释于5 %的葡萄糖注

28、射液中使之成为浓度为0.01%0.02%，静脉 滴注，其治疗组有效率达83.3%。陈国水等18抽取112例喘息性疾病，按11随 机分组，其中治疗组56例，对照组56例，用量为0.51.0 mgkg-1 d-1 稀释于5%或 10%的葡萄糖注射液中，最大量不超过24 mgd-1稀释于5 %的葡萄糖注射液, 使之 成为浓度为0.01% 0.02%，静脉滴注，治疗组的平均住院天数为6.5 d，而对照 组为9 d，明显缩短，有显著差异(P0.05)。对照组给予青霉 素类药物静脉滴注，治疗组则在对照组的基础上，加用-细辛脑注射掖0.5 1.0 mgkg-1d-1用5 % GS稀释成0.01% 0.02%

29、的溶液静脉滴注，喘息较重的患儿，静脉给药8 h后，再给-细辛脑注射液加入2 ml生理盐水中雾化吸入一次，两组疗程 均为7 d。治疗组经-细辛脑注射液佐治后,临床症状和体症减轻。陶付营等22对- 5 -细辛脑辅助治疗支气管哮喘的急性发作进行观察，支气管急性发作病例46例， 分为治疗组21例，对照组25例，对照组常规治疗、吸氧、输液、抗生素等应用治 疗，而治疗组在此基础上加用-细辛脑注射液。1次16 24 mg，用5 %或10 %葡 萄糖注射液稀释成0.01 % 0.02 %的溶液静点，结果治疗组显效76.19 %，总有 效率95.24 %，对照组显效20 %，总有效率64 %，治疗组明显优于对照

30、组的疗效。 严健等23将188例喘息性支气管炎患儿随机分为对照组62例，治疗组126例，对 照组按常规治疗，治疗组在常治疗的基础上家用-细辛脑0.15 1.0 mgkg-1d-1， 每日1次，连用3 9 d，结果治疗治疗组在咳嗽、喘息及肺部哮鸣音吸收方面均 优于常规治疗组，病程也明显缩短(P 0. 01)。-细辛脑可拮抗气管致痉剂组胺 和5-羟色胺引起的支气管收缩，能减少动物咳嗽次数24，魏楷等25在部分慢性 阻塞性肺病(COPD)患者中进行了试用，选定60例病例，随机分为三组-细辛脑 组：20例用-细辛脑16 mg溶于100 ml NS中静脉滴注，每日2次，对照组：20例 用氨茶碱0.25

31、g溶于5 %葡萄糖250 ml静脉滴每日1次，联用组：20例每日用-细 辛脑32 mg分两次静滴，并用氨茶碱0.25 g静滴。所以-细辛脑与氨茶碱联合使用 有明显的协同作用，有良好的解痉平喘作用。1.2.3.3 抗菌消炎 本品可抑制杀灭肺炎球菌、金黄色葡萄球菌等，可用于治疗成人、儿童细菌 性肺炎和肺部感染，临床实验表明-细辛脑与青霉素的抗菌消炎作用具有可比 性，其祛痰作用远远超过青霉素，只有退热作用次于青霉素，并且不存在过敏实 验的麻烦和过敏实验的危险性26。王维实等26应用细辛脑片剂治疗148例，以60 mg tidpo连服14 21 d为一个疗程。对照组：应用野马追风片治疗69例，以4片tid po。治疗组控制率61.1 %，总有效率85.8 %，而对照组控制率为27.5 %总有效率 60.9 %，从数据上看明显差异。细辛脑注射液