丹参素异丙酯/冰片酯的合成及手性拆分研究

刘 佩,秦方刚,白亚军,王笑笑,郑晓晖

(西北大学 生命科学学院, 陕西 西安 710069)



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丹参素异丙酯/冰片酯的合成及手性拆分研究

刘 佩,秦方刚,白亚军,王笑笑,郑晓晖

(西北大学 生命科学学院, 陕西 西安 710069)

以原儿茶醛为初始原料,经苄基保护酚羟基,氯乙酸酯参与的Darzens环氧化,钯碳/氢气催化还原,共4步反应,分别得到混旋丹参素异丙酯及丹参素冰片酯,总产率分别达到58%，56%以上。这两种混旋丹参素酯分别经超临界流体色谱(Supercritical fluid chromatography,SFC)法分离纯化,得到相应光学纯度的丹参素异丙酯及丹参素冰片酯(收率均达90%以上,ee值均达99.5%以上)。该合成路线原料易得,步骤短,产率高,是一种适合工业化生产混旋丹参素异丙酯及丹参素冰片酯的合成方法;利用SFC分离纯化,简单易行,产物光学纯度高,可进行工业化生产。

Darzens环氧化;催化加氢;丹参素异丙酯;丹参素冰片酯;超临界流体色谱;手性拆分

丹参素异丙酯,化学名为(±)-3,4-二羟基苯基-2-羟基丙酸异丙酯(缩写为IDHP),是本课题组采用代谢组学技术对复方丹参方研究过程中发现的一种体内代谢物[1]。其药理学研究表明，丹参素异丙酯具有抗心肌纤维化[2]、抗脑缺血[3]、抗氧化[4]、抗外源性自由基所致心律失常[5]、扩张血管[6]等作用。

丹参素冰片酯,化学名为(±)-3,4-二羟基苯基-2-羟基丙酸冰片酯(缩写为DBZ),是根据药物药效团拼合原理及中药方剂理论中“君-使对药”的配伍原则,将“君药”丹参的有效成分丹参素和“使药”冰片以酯键的形式结合设计而成的。丹参素冰片酯具有抗动脉粥样硬化[7-8]、抗心脑缺血[9]、降低血压、改善心脏舒张功能[10]等作用。

以上两种化合物,郑晓晖课题组已进行了较为深入的合成研究。路线一,以3,4-二羟基苯甲醛为原料,与乙酰甘氨酸反应生成噁唑酮衍生物,经水解后用锌汞齐还原得到丹参素,再与相应的醇反应得到混旋丹参素异丙酯/冰片酯[11-12]。该路线,使用锌汞齐作为还原剂,产率低,毒性大,不适合工业化生产。路线二,以3,4-二羟基苯甲醛为原料,经苄基保护、Darzens环氧化、Lewis酸开环、NaBH4还原、催化加氢脱保护得到混旋丹参素异丙酯/冰片酯[13]。该路线,步骤较长,总产率低,不适合工业化生产。路线三,姜茹等以3,4-二羟基苯甲醛为原料,经苄基保护,Knoevenagel 缩合反应,酰化反应得到酰氯后再与相应的醇反应得酯,通过Sharpless不对称双羟化反应构建手性中心,最后经选择性催化加氢,同时脱保护得到光学纯度较高的R-IDHP，S-IDHP及R-DBZ，S-DBZ[11,14]。该路线催化剂成本较高,产率低,不适合工业化生产。路线四,在路线一的基础上,改用雷尼镍催化加氢还原酮酸酯类衍生物得到混旋IDHP/DBZ,并用SFC成功分离得到相应较高光学纯度(ee 99.2%以上)的化合物[15]。该路线合成成本较低，易操作，适合工业化生产，但拆分产率(IDHP收率为90%，DBZ收率为86%)有待进一步提高。

经文献查询,本文在Nagoya[16]合成丹参素以及张群正[13]合成IDHP的基础上,采用不同于上述4种合成方法。以原儿茶醛为初始原料,经过苄基保护酚羟基,氯乙酸酯参与的Darzens环氧化,催化加氢/脱保护,共4步反应分别得到混旋IDHP及DBZ。建立了新的合成路线,简化了后处理过程,提高了产率,IDHP的产率由已有的49%提高至58%,DBZ的产率由已有的48%提高至56%。同时,改进了SFC手性分离混旋IDHP及DBZ的拆分条件,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,促进了手性IDHP及DBZ的工业化生产。其合成路线如图1所示。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

Agilent1100型高效液相色谱仪(DAD二极管阵列检测器);Agilent1200 series型HPLC-6520 Q-TOF质谱;Varian Gemini 2000(VnmrS 600MHz)型核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂,TMS为内标);拆分设备:NOVASEP-SFC 3050;其他试剂均为市售分析纯。

1.2 混旋丹参素异丙酯/冰片酯的合成

1.2.1 3,4-二苄氧基苯甲醛(2)的合成[17]1 000 mL圆底烧瓶中加入原儿茶醛55.2g，N,N-二甲基甲酰胺600 mL,缓慢加入氯化苄116.0 g,称取无水K2CO3165.6 g加入其中,室温下搅拌反应2h后,再加入K2CO355.2 g,120℃加热2 h,冷却至室温,抽滤,滤液加入冰水中,用稀盐酸酸化,产生黄色沉淀,抽滤,用冰水洗涤,得化合物3,4-二苄氧基苯甲醛 122.1 g,产率为96%。

1.2.2 氯乙酸异丙酯(3a)的合成[18]1000 mL圆底烧瓶中加入二氯甲烷400 mL、异丙醇30.0 g、三乙胺50.5 g,0℃下加入氯乙酰氯56.4 g,室温搅拌反应2 h,反应液中加入200 mL水,用饱和碳酸氢钠溶液200 mL洗涤,二氯甲烷萃取(150 mL×3),合并有机相,用无水硫酸钠干燥,减压浓缩得浅褐色油状物65.8 g,产率为97%。

采用类似方法合成,氯乙酸冰片酯(3b)106.9 g,产率为93%。

1.2.3 3-(3,4-二苄氧基苯基)环氧丙酸异丙酯(4a)的合成[19]500mL单颈烧瓶中,加入甲醇钠12.2g、甲醇150mL,再称取3,4-二苄氧基苯甲醛47.7 g、氯乙酸异丙酯24.5 g,溶于100 mL二氧六环中,30 mim内滴入反应体系中,室温搅拌过夜,将反应液加入100 mL的冰水中,醋酸调pH至中性,用二氯甲烷萃取(200 mL×4),合并有机相,用无水硫酸钠干燥,减压浓缩,粗产品用异丙醇/石油醚重结晶得灰白色固体43.9 g,产率为70%。

采用类似方法合成3-(3,4-二苄氧基苯基)环氧丙酸冰片酯(4b),得灰白色固体54.6 g,产率71%。

1.2.4 丹参素异丙酯(1a)的合成[16]1 000 mL单颈圆底烧瓶中,加入3-(3,4-二苄氧基苯基)环氧丙酸异丙酯37.6 g，异丙醇400mL，5%(质量分数)催化剂Pd/C 3.76 g,通入氢气,常温、常压下反应1 h后,过滤,减压浓缩,粗产品用乙醇重结晶,得淡黄色固体19.4 g,产率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)。

采用类似方法合成丹参素冰片酯(1b),得淡黄色粉末17.8 g,产率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手性分离纯化

1.3.1 混旋丹参素异丙酯的手性分离 SFC分离条件:手性柱为CHIRALPAK AD-H,5 cm×25 cm;洗脱条件v(乙醇)∶v(水)=40∶60;流速为125 mL/min, 检测波长为260 nm,温度为35℃。对10 g混旋丹参素异丙酯进行拆分(收率93%),分别得到S-丹参素异丙酯4.8 g,光学纯度为99.6%和R-丹参素异丙酯4.5 g,光学纯度99.5%(见图2)。

S-丹参素异丙酯: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-丹参素异丙酯: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 混旋丹参素冰片酯的手性分离 SFC分离条件:手性柱为CHIRALPAK AD-H, 5 cm×25 cm;洗脱条件v(乙醇)∶v(水)=20∶80;流速为130 mL/min, 检测波长为254 nm,温度为35℃。对15 g混旋丹参素冰片酯进行拆分(收率90%),分别得到S-丹参素冰片酯6.9 g,光学纯度为99.5%和R-丹参素冰片酯6.6 g,光学纯度99.5%(见图3)。

S-丹参素冰片酯: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-丹参素冰片酯: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)。

图3 R-DBZ，S-DBZ及混旋DBZ色谱图Fig.3 The chromatogram of R-DBZ，S-DBZ，DBZ

(色谱检测条件:色谱柱CHIRALPAK AD-RH 5 μm,4.6 mm×250 mm column;检测波长280 nm;流动相v(乙腈)∶v(水)(含体积分数为0.1%甲酸)=75∶25;流速0.4 mL/min;柱温25℃)

2 结果与讨论

本文采用新的合成路线,得到了混旋丹参素异丙酯及丹参素冰片酯。相比之前的路线,提高了产率,较已有合成路线四提高了8%～9%,降低了成本、减少了对环境的污染。

此外,优化了SFC分离纯化混旋IDHP及DBZ的拆分条件,用乙醇/水体系替代了之前的甲醇/水体系,毒性小、分离效果好,拆分收率较已有合成路线四提高了3%～4%,光学纯度为99.5%以上。

通过对IDHP及DBZ合成路线的改进及拆分条件的优化,进一步促进了手性IDHP，DBZ等丹参素酯类衍生物的工业化生产。

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(编 辑陈镱文)

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

国家重大仪器设备开发专项(2013YQ170525);子任务:超临界流体色谱在中药组方及其代谢物中的应用研究实施方案(2013YQ17052509);陕西省重点科技创新团队

刘佩，女，山西省运城人，从事中药学研究。

郑晓晖,男,教授,从事中药复方成分分析、代谢和应答,创新药物研发等研究。

R932

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