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1、果糖及其衍生物的应用研究进展第30卷第10期2007年10月化工科技市场CHEMICALTECHNOLOGYMARKET9果糖及其衍生物的应用研究进展赵锡武(中国石油大庆化工研究中心,大庆163714)摘要:本文综述了果糖的基本性质及其在药物制剂,药物合成,化工中间体合成等方面的应用进展情况.关键词:果糖,糖化合物,医药,应用中图分类号:TS245.4文献标识码:A文章编号:10094725(2007)100OO908DevelopmentandapplicationsoffructoseonmedicamentandchemicalZhaoXiwu(TheDaqingPetrochemica
2、lResearchCenterofPetroChina,Daqing163714,China)Abstract:Thecharacteroffructoseandapplicationsoffructoseonmedicament,synthesizemedicamentandchemosynthesisetcareintroducedinthispaper.Keywords:fructose;medicament;chemosynthesis;application果糖是一种左旋性的六碳酮糖,为最甜的天然甜味剂.晶体果糖是吸水极强的白色无臭棱柱状结晶或粉末,果糖和葡萄糖以化合态存在于蔗糖中.
3、果糖和葡萄搪为同分异构体,前者为酮糖,后者为醛糖.果糖在结晶状态下,只存在一D一吡喃果糖异构体.当果糖溶于水中时,由于迅速发生了变旋作用,可能存在三或四种互变异构体j,如图1所示.0Hl0HH0H.卢一D一吡喃果糖卢一D一呋喃果糖D一呋喃果糖图1果糖溶液中的同分互变异构体果糖现被大量用于食品添加剂.而在医药行业可被制成注射液及用作合成药物;另外,果糖也用于人类和其它哺乳动物的辅助生殖方面.在化工行业,果糖也是一种重要的化工原料和中间体.1在医药行业中的应用1.1含果糖药物制剂果糖注射液:含果糖质量分数为5%10%,规格有250mL和500mL等.目前,果糖注射液作为新一代高能量营养输液,被许多
4、发达国家用于临床急症外科患者实施胃肠外营养补充,以代替葡萄糖,氨基酸和脂肪乳等传统营养输液.其高疗效,安全性被发达国家权威机构认可并收人药典,已成为仅次于葡萄糖的第二大注射液.其优势主要表现在:代谢不依赖胰岛素,可有效保持机体血糖浓度稳定;代谢稳定,快,供能迅速,对创伤及手术病人可大大减少蛋白质的分解,调节体内氮平衡,且可以有效降低体内自由脂酸被氧化的程度,减少酮体的生成量,减轻酮酸症中毒患者的症状;此外.果糖还有纠正蛋白质,脂肪的代谢异常,促进蛋白质合成的临床优势.适用于需要补充能量和体液的患者及因术后,烧伤,外伤和菌血症等引起的低耐糖症患者,糖尿病患者及用于治疗乙醇急性中毒.上述综合临床优
5、势决定了果糖注射液将成为全球临床急症外科用药中糖类输液的首选.甘油果糖注射液(商品名布瑞得):每500mLH10化工科技市场第3O卷第1O期中含甘油5Og,果糖25g,氯化钠5.4g.本品为无色的澄明液体,味微甜,微咸.为甘油,果糖,氯化钠组成的高渗复方制剂,通过高渗透性脱水,能使脑水分含量减少,降低颅内压,其作用起效较缓,持续时问较长.用于脑血管病,脑外伤,脑肿瘤,颅内炎症及其他原因引起的急慢性颅内压增高,脑水肿等症患者的治疗.此外,果糖还用于配制转化糖注射液,果糖氯化钠注射液及果糖Vc片等.1.2合成托吡酯2,3:4,5一双一O一(1一甲基亚乙基)一一D一吡喃果糖氨基磺酸酯,俗名托吡酯(商
6、品名妥泰Topiramate),分子式Cl2H2lNO8S,分子量339.36,熔点:122125.是一种新型的氨基磺酸酯取代的果糖衍生物,结构上全新的情绪稳定剂j,质量分数>99%.1995年在英国首次上市,1999年获准在我国上市.在欧美已被广泛用于治疗各种类型的癫CH:2OHH+CH3COCH3H3CH2OH痫,单纯和复杂部分性发作及全身性强直一阵挛性发作.本品还是碳酐酶的抑制剂,并可作为儿童少年情绪稳定剂.作为一种新型抗癫痫药,作用机制独特,药代动力学理想,安全性高,联合或单药治疗疗效确切,而不良反应轻且短暂,有很好的治疗前景.以硫酸为催化剂,果糖与丙酮缩合得2,3:4,5一双一
7、O一(1一甲基亚乙基)一口一D一吡喃果糖,然后再与氨基磺酰氯和NaH在DMF中反应制得2,3:4,5一双一O一(1一甲基亚乙基)一口一D一吡喃果糖氨基磺酸酯,或与硫酰氯反应得2,3:4,5一双一O一(1一甲基亚乙基)一口一D一吡喃果糖氯磺酸酯,并在THF中通氨,在0.21MPa压力下得2,3:4,5一双一O一(1一甲基亚乙基)一口一D一吡喃果糖氨基磺酸酯(图2),再用乙醇一水重结晶得白色针状结晶.CH2OSO:lCH2OSOjNH2图22,3:4,5一双一O一(1一甲基,-riTE基)一一D一吡喃果糖氨基磺酸酯合成路线华东理工大学的卓超等人参照上述方法进行了合成,并作了改进J.1.3合成果糖一
8、1,6一二磷酸(FDP)FDP(二磷酸果糖)是目前世界上治疗心脑血管疾病的一种安全有效的药物,是机体葡萄糖代谢中的一个重要中间产物.FDP具有调节细胞代谢,增加细胞能量,维持细胞骨架,提高红细胞韧性和释氧等功能.FDP是2O世纪8O年代中期,由意大利Foscama公司推出的注射剂药物,我国2005年FDP针剂和注射液用量近210万瓶,用药金额已接近2亿元.传统的制备方法是以葡萄糖为原料,利用啤酒酵母进行转化生产.而以果糖为原料直接合成FDP更有优势,使果糖溶液与固定化酵母接触,在磷酸或磷酸盐及镁离子存在下,将果糖溶液中的果糖转化得到果糖一1,6一二磷酸.如将质量分数10%一25%的果糖溶液加入
9、0.4mol/L磷酸钠,0.01mol/L硫酸镁,在4O一45条件下,自上而下通过生物酵母固定化酶柱,进行生物反应,得到含有果糖一1,6一磷酸质量分数8%一10%的溶液.经精制,结晶,质量分数达99%以上.该方法比传统工艺的转化率和收率提高20%,产品耐热性由4O提高到60,并节省成本2O%.1.4合成抗肿瘤药物1.4.1合成支链单糖支链单糖在某些具有抗癌,抗肿瘤活性的抗苗素中的存在,引起人们对其合成方法的广泛研究,利用酮糖通过亲核加成,缩合等反应,可以合成自然界中存在或不存在的具有抗肿瘤生理活性的支链糖,氨基糖,硝基糖及糖的唑类化合物等见图3.于建新等以果糖为原料合成了一系列支链单糖:果糖和
10、无水丙酮在酸催化下进行1,2:4,5位羟基的选择性保护,得到了游离3一羟基的二丙酮一口一果糖;再应用两种新的氧化剂体系即三氧化2007年lO月赵锡武:果糖及其衍生物的应用研究进展铬一乙醚一二氯甲烷/硅藻土或重铬酸吡啶一三氟乙酸酐进行3一羟基的氧化,得到相应的酮糖,计有1.2:4.5一二一0一异亚丙基一D一吡喃型果糖,1,2:4,5一二一0一异亚丙基一3一酮一D一吡喃型果糖,1,2:4,5一二一0一异亚丙基一30一甲基一口一D一吡喃型阿洛糖,1,2:4,5一二一0一异亚丙基一3一C一苯基一口一D一吡喃型果糖.CHIlX一02XNOH3XNNHoophCH-!x?NNC(OH)pCH,H2C-OH
11、lC=OJHOCHIMeOHCOH+IHHCOHlH2COHl用二甲基亚砜(DMSO)一乙酸酐,氯铬酸吡啶,重铬酸吡啶(PDC)一乙酸酐以及重铬酸烟碱氧化二丙酮果糖2,可以得到酮糖3;然后将有机锂试剂(几种烷基锂和苯基锂)与酮糖3进行亲核加成,得到支链单糖4.5.如图4所示,其中5为第一例带有芳环支链的单糖.2.(cia)2b(trans)图3部分合成的取代基果糖衍生物图4二丙酮果糖的氧化及支链糖的合成果糖丙酮化的选择性受到催化剂硫酸浓度的影响,果糖在低浓度硫酸的丙酮中缩合得到2,而在高浓度硫酸的丙酮中则得到1.2所述的中间体2,3:45一二一O一异亚丙基一口一D一果糖.通过酮糖和羟胺缩合得到
12、的糖肟,进一步还原或氧化成氨基糖或硝基糖(图3):1,2:4,5一二一0一异亚丙基一D一吡喃型果糖一3一酮肟,1,2:4,5一二一0一异亚丙基一口一D一吡喃型果糖一3一酮苯甲酰腙.1.4.2果糖螺杂环化合物刘宏等在合成芳香取代果糖(3一位)螺杂环化合物的工作中,合成了一系列脂肪取代酰腙的衍生物,如:1,2:4,5一二一0一异亚丙基一3一酮一一D一吡喃型果糖与脂肪酰肼同系物在乙酸催化下缩合生成两种相应的酰腙几何异构体,它们在甲醇,氯仿,环己烷溶液中,两种异构体会互相转化,见图5.韩冬等在合成芳香取代果糖(3一位)螺杂环化合物的基础上,合成了相应的一系列脂肪取代的糖螺杂环非对映异构体化合物:具有抗
13、肿瘤活性的果糖并1,3,4一嗯二唑类化合物(图6)1,2:4,5一二一0一异亚丙基一口一D一赤式一2,3己二酮一2,6一吡喃型果糖脂肪酰腙在加热的醋酐溶液中环合生成1,3,4一嗯二唑非对映异构体,见图7.鞋12化工科技市场第30卷第10期+NH2NHCORAcOHMeOH.=<R=CnH什1(,T=O9).C11H23.C15H31AR图5两种酰腙几何异构体的合成鹾ooca,詈n=erAc2O90.CQBR=HC9HI9.C11H23,C15H31AB图71.3.4一嗯二唑非对映异构体的合成1.4.3糖基磷酸酯类化合物糖酯类化合物于1988年被发现具有广泛的抗菌,抗肿瘤,抗病毒等的生理活
14、性,可用作医用药物.为研究糖基磷酰胺酯的合成方法并筛选出有抗肿瘤活性的化合物,以期发现新型,高效,低毒,有应用前景的抗肿瘤药物,陈茹玉等对果糖与磷酰胺合成糖酯做了研究,合成了一系列新型N,N一二(2一氯乙基)果糖基磷酰胺酯.基本反应路线如图8.H删一佣警H3CN(CH2CH2Cl?HCl否嚣五-OHOpN(CH2CHzCI)2ICIo0OpNfCH2CH2Cll袅式中RzNH2,HNP,HNCH2Ph,HNc6H5,HNB,NMc2,NEt2,NP,NBu2,Oct图8N.N一二(2一氯乙基)果糖基磷酰胺酯合成路线经对上述产物抗肿瘤活性实验证明,这类化合物对L1210细胞和S180腹水癌有一定
15、的抑制作用.1.4.4糖基氨基酸类化合物氨基酸是生命活动不可缺少的因子,果糖等单糖与氨基酸或小肽相连通常用作分析糖与蛋白质在体内的相互作用,同时还具有一定的抑癌效用.果糖等单糖或二糖可以与一个氨基酸结合形成希夫碱,N一糖苷,酯或Amadori重排产物,从2007年10月赵锡武:果糖及其衍生物的应用研究进展13而产生一定的抑瘤效果.例如,l位脱氧果糖的氨基正己酸化合物在体外就显示了抑制恶性肿瘤转移的作用,并可抑制小鼠肺部恶性肿瘤的增殖,结构如图9.HN/HwV图9脱氧果糖的氨基正己酸化合物此外,通过化学合成得到果糖一D一亮氨酸,经裸鼠实验,该化合物显示出有效的抑制人的自发性胸部癌症的活性.2化学
16、中间体2.1合成5一氯甲基呋喃甲醛及噻吩一2.5一二羧酸己糖在浓盐酸催化下脱水,可一步生成5一氯甲基呋喃甲醛(CFAL).CFAL具有蕉香味,含有醛基氯甲基二个活泼的官能团,是合成呋喃类香料的重要中间体,也是合成药物及多种精细化工产品的中间体.由于果糖分子主要是以呋喃型形式存在,因而采用果糖及高果糖浆为原料易于在温和条件下直接脱水转化为CFAL.K?Hamade等采用少量的阳离子表面活性剂或氯化镁等碱土金属或碱金属盐为催化剂,有效地使果糖发生了催化脱水反应.通过CFAL可以合成噻吩一2,5一二羧酸,它是合成双苯骈嗯唑噻吩型荧光增白剂(如:EBF,OB,1980等),高效农用杀菌剂和抗癌药物的重
17、要中间体.以果糖为原料,经过脱水氯化,加氢,水解,硫化,氧化等步骤,可以得到质量分数99%以上的噻吩一2,5一二羧酸.反应式如图10.oH圭嚣a聃嚣CI4cocrl2CCO3HHOOCCOOHHCC图10以果糖为原料的噻吩一2,5一二羧酸合成路线具体过程为:(1)果糖与少量水调成浆状,在氮气保护下加入氯苯及浓盐酸.于剧烈搅拌下,在75左右反应1.5h,脱色,分出溶剂,中和并干燥.减压蒸馏得5一氯甲基一2一呋喃甲醛.(2)将5一氯甲基一2一呋喃甲醛,Pd/C催化剂加人DMF中,在60oC,0.40.5MPa,加氢反应8h后,滤去催化剂,减压蒸馏得二甲基呋喃,收率大于99%.(3)将二甲基呋喃水解
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