乙酰阿魏酸丹皮酚酯合成工艺优化研究

蒋志勇,刘文彬,张小娟,陈　阳,刘　惠,彭彩云

(1.湖南中医药大学 药学院,湖南 长沙　410208;2.岳阳职业技术学院 生物医药系，湖南 岳阳　414000;3.湖南中医药大学 中药民族药物创新与发展实验室，湖南 长沙　410208)



乙酰阿魏酸丹皮酚酯合成工艺优化研究

蒋志勇1,2,刘文彬1,3,张小娟1,3,陈阳1,刘惠1,彭彩云1,3

(1.湖南中医药大学 药学院,湖南 长沙410208;2.岳阳职业技术学院 生物医药系，湖南 岳阳414000;3.湖南中医药大学 中药民族药物创新与发展实验室，湖南 长沙410208)

摘要:文章将阿魏酸经乙酰化后与SOCl2反应制备酰氯,再以2.5%NaOH为催化剂,乙酰阿魏酰氯与丹皮酚拼接合成酯。对目标化合物进行了IR和1H-NMR结构表征。由实验可得乙酰阿魏酸丹皮酚酯合成的最佳工艺如下:乙酰阿魏酰氯和丹皮酚的摩尔比为2∶1,反应时间为2 h,反应温度为15℃,2.5%NaOH的用量为6 mL。在该工艺条件下产物的收率可达到75.2%。因此以2.5%NaOH为催化剂合成乙酰阿魏酸丹皮酚酯,收率高,反应条件温和,操作简便。

关键词:乙酰阿魏酸丹皮酚酯;优化反应;乙酰化

阿魏酸(ferulic acid)广泛存在于我国名贵中草药中,如阿魏、当归、川芎、蜂胶、酸枣仁等,具有抗血小板释放5-HT，从而起到抗血小板聚集作用,以及抗炎和调节免疫、选择性阻滞β1肾上腺素受体、清除氧自由基,抗脂质过氧化、提高膜稳定性、镇痛等诸多药理作用[1-3]。丹皮酚(paeonol)主要存在于萝摩科植物徐长卿的干燥根皮和毛茛科植物牡丹的干燥根皮或全草中,具有清热凉血、解热镇痛、活血化瘀、抑菌抗炎增强免疫、抗氧化等药理作用,且活性强、毒副作用低[4-7]。对于阿魏酸和丹皮酚及其某些衍生物的抗氧化作用,文献[8]研究表明阿魏酸对羟基自由基、超氧离子和铁离子具有一定的还原能力,且还原铁离子的能力是Vc的2倍；文献[9-10]研究发现阿魏酸酯类、酰胺类、阿魏酸脂质体等均具有一定的抗氧化活性；文献[11]研究表明丹皮酚及其磺化物对·OH、H2O2具有很强的清除能力,且丹皮酚磺化物的清除能力更强。为提高阿魏酸、丹皮酚脂溶性和生物利用度,本文将阿魏酸与丹皮酚拼合成酯类前药,并期望通过体内酶促作用释放活性物质阿魏酸和丹皮酚,达到协同抗氧化作用。

阿魏酸酯化反应多在碱性条件下进行[12-16],本实验以2.5%NaOH溶液为催化剂,在丙酮溶剂中乙酰阿魏酸酰氯与丹皮酚拼接合成乙酰阿魏酸丹皮酚酯,同时探讨了乙酰阿魏酰氯和丹皮酚的投料比、催化剂2.5%NaOH的用量、反应时间、反应温度对酯化反应的影响。合成路线如下:

1仪器与试剂

1.1仪器

DZ-2BCII真空干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司);旋转蒸发仪RE-52A(上海亚荣生化仪器厂);SHZ-(Ⅲ)A循环水式真空泵、DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限责任公司);WQF-200型傅里叶变换红外光谱仪(北京北分瑞利分析仪器(集团)公司);1H-NMR(Varian Mercury 400核磁共振仪);MS(Kratos MS-80型质谱仪);X-4数字显示显微熔点测定仪(北京泰克仪器有限公司)。

1.2试剂及药品

阿魏酸(江苏盐城朗德化学品公司),丹皮酚、乙酸酐(成都市科隆化工试剂厂),均为分析纯;氯化亚砜、吡啶(天津市科密欧化学试剂有限公司);丙酮、三氯甲烷(湖南汇虹试剂有限公司),均为分析纯；2.5%NaOH水溶液(自制)。

2方法

2.1乙酰阿魏酸的合成

称取3.88 g(0.02 mol)的阿魏酸,溶于20 mL(0.21 mol)乙酸酐,加入吡啶1 mL,温度88℃,油浴回流反应7 h(TLC检测反应进程),停止反应,冷却至室温,放入冰箱冷却析晶、过滤、冰水洗产物至无乙酸味,50℃下真空干燥1 h,得白色粉末状固体3.664 g,产率79.3%。Mp.192～193℃(文献[12]为193～195℃)。IR(KBr):3 011、2 944、2 840、2 597、1 765、1 686、1 635、1 504、1 419、1 202、1 258、1 124、690、647 cm-1。

1H-NMR(DMSO)δ:12.49(1H,s,—COOH),7.61(1H,d,Ar—H),7.55(1H,d,Ar—H),7.48(1H,d,Ar—H),7.25(1H,m,—C=CH),6.57(1H,d,—CH=C),3.02(3H,s,—OCH3),2.51(3H,m,J=3 Hz,—COOCH3)。

2.2乙酰阿魏酸酰氯(A)的合成

称取0.99 g(0.004 2 mol)乙酰阿魏酸,溶于30 mL氯仿,加入吡啶1 mL和2 mL(0.027 0 mol)氯化亚砜,室温下搅拌至澄清,油浴加热,升温至80℃,回流反应2 h,停止反应,冷却至室温,旋转蒸干,得乙酰阿魏酸酰氯。Mp.127～130℃(文献[13]为129～131℃)。IR(KBr):3 080、2 966、2 847、1 784、1 695、1 610、1 432、1 376、1 325、1 208、1 184、902、584、538 cm-1。

2.3乙酰阿魏酸丹皮酚酯(B)的制备

称取0.88 g(0.005 mol)丹皮酚溶于10 mL 2.5%NaOH,室温下搅拌至全溶,在搅拌下缓慢滴入酰氯丙酮溶液,40 min内滴完,继续搅拌3 h;停止反应,乙酸乙酯(30 mL×3)萃取,合并乙酸乙酯,冰的饱和食盐水(30 mL×3)洗乙酸乙酯层,加无水硫酸钠干燥24 h;过滤,浓缩,冷却析晶,析出淡黄色晶体,乙醇重结晶得白色晶体。Mp.130～131℃。IR(KBr):1 760.54、1 736.99、1 673.66、1 642.29、1 614.74、1 601.01、1 568.22、1 515.51、1 357.87、1 322.86、1 286.59、1 260.10、1 201.67、1 141.62、1 070.53、1 030.39、994.95、864.71、821.97 cm-1。

1H-NMR(CHCl3)δ:7.89(2H,m,Ar—H),7.21(2H,s,Ar—H),7.11(1H,s,Ar—H),6.88(1H,t,J=4 Hz,J=8 Hz,Ar—H),6.68(1H,d,—CH=C),6.64(1H,d,—C=CH),3.89(6H,t,J=4 Hz,J=12 Hz,Ar—OCH3),2.55(3H,s,Ar—O—OCH3),2.34(3H,s,Ar—COCH3)。

3结果与讨论

3.1碱量对反应产物的影响

乙酰阿魏酸酰氯和丹皮酚的摩尔比为2∶1,反应温度为10℃，反应时间为3 h时,NaOH的用量对反应产物的影响如图1所示。

图1　反应碱量对产物收率的影响

由图1可知,2.5%NaOH量为6 mL时,产物收率最高,为 63.3%。在弱碱性环境中,酚羟基形成氧负离子,参与反应,随着碱量的增加,产物收率开始增加,当碱量为6 mL时,产物收率最高为63.3%;但继续增加碱量,产物收率并没有相应的提高,当碱量为8 mL时,产物收率只有30.4%。其原因是在碱量过大时,酰氯水解,乙酰基脱落,副产物多,目标产物质量分数下降;在碱量过大时,生成的酯不稳定,易水解。所以碱量过多或过少都不利于反应的进行,反应效率降低。

3.2温度对反应产物的影响

当乙酰阿魏酸酰氯和丹皮酚的摩尔比为2∶1,碱量为6 mL,反应时间为3 h时,改变反应的温度,产物收率的变化如图2所示。

θ/℃

由图2可知,在乙酰阿魏酸酰氯和丹皮酚的摩尔比为2∶1,反应时间为3 h,2.5%NaOH的用量为6 mL时,温度为15℃时,产物收率最高,为65.8%。在低温时,反应速度慢,反应也不完全,目标产物的质量分数降低。但温度过高,酰氯的水解速度过快,副产物增加,使参加反应的酰氯量明显减少,生成的酯也相应地减少,温度由15℃升高到20℃,由65.8%降到35.6%,变化很大。因此,最佳反应温度为15℃。

3.3时间对反应产物的影响

当乙酰阿魏酸酰氯和丹皮酚的摩尔比为2∶1,碱量为6 mL,反应温度为10℃,改变反应时间,产物收率的变化如图3所示。

t/h

图3反应时间对产物收率的影响

由图3可知,反应时间为3 h,产物收率最高，为62.1%,缩短反应时间,反应不完全,产物收率不能达到最佳值；反应时间过长,部分酯水解,副产物增加。选择最佳的反应时间为3 h,酯的收率才能最大化。

3.4原料摩尔比对反应产物的影响

当NaOH的用量为6 mL,反应温度为10℃,反应时间为3 h时,改变乙酰阿魏酸酰氯和丹皮酚的摩尔比,产物收率的变化如图4所示。

摩尔比

图4原料摩尔比对产物收率的影响

由图4可知,当乙酰阿魏酸酰氯和丹皮酚的摩尔比为2∶1时,酯产率最高,酰氯的量过少或过多都不利于反应的进行,酰氯水解,放出热的同时,也会降低溶液的pH值和生成副产物,这些都会使酰氯的量减少,不利于酯的生成。随着摩尔比的增加,产物收率增加,适当增加酰氯的量有利于提高产物收率。但摩尔比由2∶1变成2.5∶1时,产物收率由56.4%降到26.9%,降低严重。这可能是由于酰氯的量过大,水解严重,副反应增加,溶液的pH值过低,不利于反应的进行。

3.5酰氯滴加速度对产物的影响

实验过程中,滴加酰氯的速度过快,使反应体系中酰氯的浓度过高,放出大量的热,水解速度加快,副产物增多,溶液的pH值变化大,酯的收率低。所以,酰氯的滴加速度应该缓慢而均匀,而且是滴加在快速搅拌的反应体系中。

3.6正交实验结果分析

以碱量、摩尔比、反应时间和温度为主要影响因素,以产率(Y)作为综合评价指标,考察各因素对乙酰阿魏酸丹皮酚酯产率的影响，正交实验水平和因素见表1所列,正交实验方案及结果见表2所列。

表1　正交实验因素和水平

表2　正交实验结果

由表2可知,摩尔比对产率的影响比较大,因素作用的主次为:物料摩尔比>碱量>温度>时间,优化方案为A2B2C1D2,即选择物料摩尔比2∶1,NaOH的用量为6 mL,反应温度为15℃,反应时间为2 h,可得最多的乙酰阿魏酸丹皮酚酯,经过实验验证,在优化合成条件下合成产物的收率为75.2%。

由于物料摩尔比对乙酰阿魏酸丹皮酚酯收率的影响较大,反应时间较小,所以在实际操作中,可根据实际情况适当减少反应时间来降低成本。

4结论

本文以阿魏酸和丹皮酚为起始原料,阿魏酸经乙酰化、酰氯化制备成乙酰阿魏酸酰氯,再以2.5%NaOH水溶液为催化剂,乙酰阿魏酸酰氯与丹皮酚进行酯化反应,合成乙酰阿魏酸丹皮酚酯。反应体系以乙酰阿魏酸酰氯和丹皮酚的摩尔比为2∶1,反应时间为2 h,碱的用量为6 mL,反应温度为15℃,目标产物的收率最好,并经IR、1H-NMR确定了产物的结构。通过对不同影响因素进行分析得出最优工艺条件,该工艺操作简便、经济,适合工业生产。

[参考文献]

[1]刘会荣.阿魏酸钠的药理作用与临床应用[J].中国药业,2005,14(3):78-79.

[2]黄瑾,胡晋红,朱全刚.阿魏酸及其衍生物的药理作用[J].中药材,2001,24(7):522-526.

[3]杨奎,周明眉,姜远平,等.川芎嗪、阿魏酸对血小板释放5-HT的影响[C]//第六次全国中西医结合实验医学学术研讨会会议论文集,2002:158-161.

[4]邢国胜,房德敏,周咏梅,等.丹皮酚的制备及药理作用研究进展[J].中草药,2006,37(11):1758-1763.

[5]胡云飞,徐国兵.牡丹皮及其主要成分丹皮酚的药理作用研究进展[J].安徽医药,2014,18(4):589-592.

[6]孙国平,沈玉先,张玲玲,等.丹皮酚的体内外抗肿瘤作用[J].安徽医科大学学报,2002,37(3):183-185.

[7]国家药典委员会.中国药典:一部[M].北京:中国医药科技出版社,2010:160-161.

[8]赵文红,邓泽元,范亚苇,等.阿魏酸体外抗氧化作用研究[J].食品科学,2010,31(1):219-223.

[9]秦晶,陈大为,崔侨,等.阿魏酸脂质体的制备及其体外抗氧化活性评价[J].药学学报,2007,42(10):1092-1096.

[10]郝东,杨欣欣,张江华,等.阿魏酸薄荷酯的合成与体外总抗氧化能力[J].中国实验方剂学杂志,2013,19(15):95-98.

[11]吴晓慧,吴国荣,张卫明,等.丹皮酚及其磺化物体外抗氧化作用[J].南京师大学报:自然科学版,2005,28(3):86-88.

[12]张春桃,刘金雷,宫晓艳.正交优化乙酰阿魏酸的合成工艺[J].中国药师,2008,11(6):665-666.

[13]杨丽丽,黄鹏,汪电雷,等.白藜芦醇乙酰阿魏酸酯的合成[J].广州化工,2013,41(17):68-69,100.

[14]余燕影,李先和,曹树稳,等.染料木素乙酰阿魏酸酯的合成[J].天然产物研究与开发,2009,21(2):194-198.

[15]刘强,刘文彬,黄珍辉,等.三乙胺催化合成乙酰阿魏酸丹皮酚酯[J].湖南中医药大学学报,2015,35(3):34-36.

[16]黄珍辉.乙酰阿魏酸丹皮酚酯的合成及抗氧化研究[D].长沙:湖南中医药大学,2013.

(责任编辑闫杏丽)

Study of process optimization of the syntheses of acetylferulic paeonol ester

JIANG Zhi-yong1,2,LIU Wen-bin1,3,ZHANG Xiao-juan1,3, CHEN Yang1,LIU Hui1,PENG Cai-yun1,3

(1.School of Pharmacy,Hunan University of Chinese Medicine,Changsha 410208,China；2.Dept.of Biological Medicine,Yueyang Vocational and Technical College,Yueyang 414000,China；3.TCM and Ethnomedicine Innovation and Development Laboratory,Hunan University of Chinese Medicine,Changsha 410208,China)

Abstract:The ferulic acid was first acetylated then halogenated with SOCl2to prepare the acetylferuloyl chloride.By using NaOH with the concentration of 2.5% as the catalyst,acetylferuloyl chloride and paeonol were esterificated into the acetylferulic paeonol ester.The structural characterization of target compound was identified by IR and1H-NMR.When the mole ratio of paeonol to acyl chloride was 1∶2,the reaction time was 2 h,the reaction temperature was 15℃ and the dosage of 2.5%NaOH was 6 mL,a better yield of 75.2% could be gotten.Therefore,with NaOH as the catalyst,the acetylferulic paeonol ester has high yield with mild reaction conditions and simple operation.

Key words:acetylferulic paeonol ester;optimal reaction;acetylation

收稿日期：2015-06-26；修回日期：2015-10-15

基金项目：湖南省科技厅资助项目(2013FJ4054);湖南省教育厅科研资助项目(14C0850);湖南省药学重点学科资助项目和湖南中医药大学“十二五”药物分析重点学科资助项目

作者简介：蒋志勇(1983-),男,湖南岳阳人,湖南中医药大学硕士生,湖南岳阳职业技术学院讲师;彭彩云(1972-),女,湖南湘西人,湖南中医药大学教授,硕士生导师.

doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.04.026

中图分类号:O625.3

文献标识码：A

文章编号：1003-5060(2016)04-0566-04