（化学工程专业论文）维生素k2的合成研究.pdf

浙江大学坝卜学位论文 摘要 随着现代医学的发展，维生素k 2 的特殊药理作用备受人们关注。维生索k 2 主要来源于生物提取，因而其成本相对较高，应用和发展也受到了一定的阻碍， 积极开发其化学合成方法和如何进行工业化生产也正已日益受到重视。 本文综述了k 族维生素的认知历史、应用领域和生理性质，选择了一条符 合工业化生产、简单、经济性和具有良好立体选择性的“甲萘醌一环戊二烯加成物 法”合成维生素k 2 。该方法合成维生素k 2 仅有三步反应，以环戊二烯作为辅助 试剂。甲萘醌作为起始反应物，同环戊二烯在室温反应得到无色晶体内 d i e l s a l d e r 加成物，摩尔收率9 2 4 。再经与溴代茄尼醇烷基化和逆d i e l s a l d e r 反应得到维生素k 2 ，以甲萘醌一环戊二烯加成物计两步摩尔收率为8 5 3 。以甲 萘醌计总摩尔收率为7 8 8 。 研究d i e l s a l d e r 反应合成甲萘醌环戊二烯加成物的最佳反应条件：环戊二 烯和甲萘醌的摩尔量比为2 ，减少了环戊二烯使用量；以四氢呋哺为溶剂，在较 低温度下即可减压蒸馏除去，有效地避免了逆d i e l s a l d e r 反应发生；以三氯化 铁为催化剂，成本相对低廉；反应温度1 0 1 5 ，较好地平衡了反应速度和转化 率。 甲萘醌环戊二烯加成物与工业品氨基钠反应脱除质子生成钠盐，经溴代茄 尼醇烷基化得到维生素k 2 环戊二烯加成物：采用1 ，2 二甲氧基乙烷与n ，n 一二甲 基甲酰胺体积比为9 的混合溶剂作为溶剂，有效地加快了反应速度：以工业品氨 基钠为缩合剂，成本低廉，过程安全；反应温度为3 ，解决了该反应存在的反 应温度过低的问题。 逆d i e l s a l d e r 反应，采用甲苯为溶剂，在1 0 0 。c 反应4 0 分钟，反应时间短， 后处理得到产物色泽好纯度高。粗产物采用正丁醇重结晶，避免使用较繁琐的柱 层析分离。经h p l c 分析得产品纯度为9 8 1 ，顺反比例为9 1 9 1 9 ，符合药典 的要求。 关键词：维生素k 2 ，合成，d i e l s a i d e r 反应，烷基化 维生索k 2 的合成研究 a b s t r a c t t h es p e c i a lp h a r m a c o l o g i c a le f f e c to fv i t a m i nk 2i sp a i dm o r ea t t e n t i o nw i t ht h e d e v e l o p m e n to fm o d e mm e d i c i n e ，b u ti t sa p p l i c a t i o na n di m p r o v e m e n ta r eh i n d e r e d b yh i 曲e rc o s tf o ri t sb i o l o g i c a le x t r a c t i o n s oi t i sb e i n ga t t a c h e dm o r ea n dm o r e i m p o r t a n c et h a th o w t od e v e l o pac h e m i c a lm e t h o dt os y n t h e s i z ev i t a m i nk 2a n dp u t i ti n t oi n d u s t r i a l i z a t i o n t h ec o g n i t i v eh i s t o r y , a p p l i c a t i o nf i e l da n dp h y s i o l o g i c a lp r o p e r t yo fv i t a m i nk w e r es u m m a r i z e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h es y n t h e s i so fv i t a m i nk 2b yt h ei n t e r m e d i a t e o f l ，4 ，4 a ，5 ，8 ，9 a h e x a h y d r o 一9 a n m e t h y l le t ，4 u m e t h a n o a n t h r a q u i n o n e w h i c hw a s e c o n o m i c a l ，f i n es t e r e o s e l e c t i v i t ya n df i t t i n gt oi n d u s t r i a l i z a t i o nw a ss t u d i e d v i t a m i n k 2c a nb es y n t h e s i z e di no n l yt h r e es t e p sw h e r ec y c l o p e n t a d i e n ew a su s e da sa n a u x i l i a r ya g e n t ：w h e nm e n a d i o n er e a c t e dw i t hc y c l o p e n t a d i e n ei nr o o mt e m p e r a t u r e a si n i t i a t i v em a t e r i a l ，t h em o l a ry i e l do fc o l o r l e s sc r y s t a lo fe n d o d i e l s a l d e ra d d i t i v e p r o d u c tr e a c h e d9 2 4 a f t e rt h a t v i t a m i nk 2c a nb eo b t a i n e db ya l k y l a t i o nf r o mt h e f o r m e rc r y s t a lw i t hs o l a n e s y lb r o m i d e ，a n dt h e nr e t r o d i e l s a l d e rr e a c t i o n t h em o l a r y i e l do ft h e s et w os t e p sw e r e8 5 3 b a s e do n1 , 4 ，4 a ，5 ，8 ，9 a h e x a h y d r o 一9 a n - m e t h y l 一 一lc t , 4 e t m e t h a n o a n t h r a q u i n o n e a n dt h et o t a lm o l a r y i e l d i s7 8 8 b a s e do n m e n a d i o n e t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so fs y n t h e s i z i n g 1 , 4 ，4 a ，5 ，8 ，9 a - h e x a h y d r o 一9 a q m e t h y l 一 一l a 4 a - m e t h a n o a n t h r a q u i n o n eb yd i e l s a l d e rr e a c t i o nw e r er e s e a r c h e d t h em o l a r r a t i oo fm e n a d i o n ea n dc y c l o p e n t a d i e n ew a s 1 ：2 b y w h i c ht h ea m o u n to f c y c l o p e n t a d i e n ec a nb er e d u c e d t e t r a h y d r o f u r a nw h i c hc a nb er e m o v e db yv a c u u m d i s t i l l a t i o ne a s i l yw a su s e da ss o l v e n t ，a n dt h e nr e t r o - d i e l s a l d e rr e a c t i o nw o u l db e p r e v e n t e de f f e c t i v e l yw h e ni nt h ed i s t i l l a t i o n f e r r i cc h l o r i d ea sc a t a l y s tm a d et h ec o s t r e l a t i v e l yl o w e r f u r t h e r m o r e ，t h ev e l o c i t ya n dc o n v e r s i o no f r e a c t i o nc a nb eb a l a n c e d b e t t e ra sr e a c t i n gi n1 0 - 1 5 。c 1 ，4 ，4 。，5 ，8 ，9 a h e x a h y d r o 9 a a m e t h y m 。u - ( 2 e ，6 e ，1 0 e ，1 4 e ，1 8 e ，2 2 e ，2 6 e ，3 0 e ， 3 4 e ) 一3 ，7 ，1 l ，i5 ，1 9 。，2 3 ，2 7 ，3 1 ，3 5 , - h e x a d e c a t e t r a e n y l 1 c t ，4 a m e t h a n o a n t h r a q u i n o n e 浙江大学坝一卜学位论文 c a l lb eo b t a i n e d b y t h e d e p m t o n a t o n o f 1 , 4 ，4 ”5 ，8 ，9 r h e x a h y d r o 一9 a - m e t h y l 一 一1d ，4 a m e t h a n o a n t h r a q u i n o n ew i t hi n d u s t r i a ls o d i u ma n l i d e a n dt h e na l k y l a t i o nw i t h s o l a n e s y lb r o m i d e t h er e a c t i o nv e l o c i t yw o u l ds p e e d e du pe f f e c t i v e l yw h e n 1 , 2 - d i m e t h o x y e t h a n ea n dn ，n - d i m e t h y l f o m a m i d ea ss o l v e n tw i t h9 ：1o fv o l u m er a t i o t h er e a c t i n gp r o c e s sw a ss a f ea n dc o s tw a sl o w e rw h e ni n d u s t r i a ls o d i u ma m i d ew a s u s e da sc o n d e n s i n ga g e n t t h ep r o b l e mo fo v e rl o wr e a c t i n gt e m p e r a t u r ew a ss e t t l e d d o w n i n 一3 t h ep u r i t yo fp r o d u c ta f t e rt r e a t m e n tw a sh i g h e ra n dl u s t e rw a sf i n ew h e n r e t m d i e l s a l d e rr e a c t i o no fs h o r t e rd u r m i o nw a si n1 0 0 f o r4 0m i n u t e sw i t h t o l u e n ea ss o l v e n t t h et r o u b l e s o m es e p a r a t i o no fc o l u m nc h r o m a t o g r a p h yw o u l db e a v o i d e da sc r u d ep r o d u c tr e c r y s t a l l i z e di nn b u t a n 0 1 t h ep u r i t yo fp r o d u c ta n a l y z e d b yh p l cw a s9 8 1 a n dr a t i oo fc i s f o r ma n dt r a n s f o r mw a s9 1 9 1 9 w h i c h c o n f o r m e dt ot h ec r i t e r i o no fp h a r m a c o p o e i a k e y w o r d ：v i t a m i nk 2 ，s y n t h e s i s ，d i e l s a l d e rr e a c t i o n ，a l k y l a t i o n 浙江大学坝一l 学位论义 1 1 选题背景 第一章前言 k 族维生素是一系列含有2 一甲基1 ，4 一萘醌衍生物的总称，对控制血液凝固 具有决定性作用。k 族维生素除了包括常见的维生素k i 、k 2 和k 3 外，还包括 维生素i ( 4 、k 5 和k - s 等品种。维生素k 2 ( m e n a q u i n o n e s ) 为黄色结晶，主要 曲肠道细菌合成，可以从各种细菌中分离出来，是一种脂溶性维生素。 维生素k 是人体中不可缺少的重要维生素之一。然而由于许多食物中富含 维生素k 及肠道细菌能产生维生素k ，健康成人和年长儿童一般不会因膳食供 给不足发生维生素k 缺乏。维生素k 能迅速改善由于维生素k 缺乏引起的出 血，几十年来维生素k 一直用于治疗出i 】n 的抗凝剂，似乎不作为人体内一种重 要营养物被关注。随着研究的发展，近些年来对维生素k 2 的应用也有了长足的 发展，主要可以归为以下几个方面： 1 、治疗维生素k 缺乏性出血症，促进凝血酶原的形成，加速凝f 】l ，维持 正常的凝血时间。 在动物体内具有生物活性的是维生素k 2 ，而维生素k ，和维生素k 3 都要转 化为维生素k 2 才请起作用。三种维生素k 的形式都在肝中转化成维生素k 2 ， 并和胃肠微生物合成的维生素k 2 起被吸收利用。 近4 0 年来，尤其是近2 0 年来，由于血清维生素k 及维生素k 缺乏诱导蛋 白检测技术的突破，全球各地相继报道了众多的有关婴儿因维生素k 缺乏引起 出血的文章，认为维生素k 缺乏是世界性婴儿出血疾病和死亡的重要原因。1 9 9 5 年全国儿童死亡监测资料表明，颅内出血是我国婴儿死亡的第七位死亡原因， 死亡率为7 7 4 1 0 万。维生素k 2 制剂都能有效地恢复凝血酶原至正常水平，控 制其出血。 有些老年人也有维生素k 2 缺乏，出现凝血酶原时蚓长的现象：预防血栓使 用双羧香豆素过量时，凝血酶原也会减少：在静脉营养中，输注射液加入了抗 生素，阻凝维生紊k 2 在肠道内合成；但水溶性维生素k 。的衍生物转变为活化 型维生素k 2 的速度太慢，效果不好。胆道阻塞时维生素k 2 吸收减少，也可产 生维生素k 2 缺乏，口服或经消化道补给时，必须与胆赫同时供给。有些肝病， 维生素k 2 的合成研究 由于功能不全凝l ：| i | 因子合成减少，补给维生素k 对凝缸作用无效，需要直接补 充维生素k 2 。 2 、维生素k 2 可预防肝硬化进展为肝癌。 日本研究人员在7 月2 1 日的美国医学会杂志上报告，病毒性肝硬化 女病人每天增补维生素k 2 可能帮助预防发展为肝细胞癌。该初步结论尚需得到 大规模临床研究的证实，维生素k2 对男性患者是否有同样疗效也需进一步研 究。 3 、治疗和预防骨质疏松症，维生素k 2 可促进生成骨蛋白质，再与钙共同 生成骨质，增加骨密度，防止骨折。 维生素k 2 促进钙代谢，对防治骨质疏松的作用是肯定的。研究确认，维生 素k 可作用于成骨细胞，促进骨组织钙化，同时还能抑制破骨细胞引起骨吸收， 从而增加骨密度，不仅可防还可治骨疏松。目前，一些国家已批准将维生紊k 作为治疗骨质疏松药物正式在临床使用。 荷兰m a a s t r i c h t 大学教授d r c e e sv e r m e e r 表示，以现有维生素k 2 营养补 充剂用于人体的数据为基础，发现维生素k 2 的效果比起维生素k i 要来得佳。 4 、具有利尿、强化肝脏的解毒功能，并能降低血压。 n a t u r a l 公司宣称，在白种人身上，维生素k 2 已经被证实对心_ f i l 管健康有 益，原因在于维生素k 2 能协助调控钙离子的利用与促进m a t r i xg l a - p r o t e i n 活性， 此蛋白质能抑制血管钙化。在鹿特丹的一个参与者超过4 0 0 0 人的调查中发现， 维生素k 2 摄入量较多的群体相对与其它群体降低了5 0 的心脏疾病风险、5 0 的心血管硬化相关疾病以及2 0 的总体死亡概率。 5 、促进以神经生长因子为媒介的p c i 2 d 细胞的轴突生长。 c h ik w a n t s a n g 【2 】等人报道了维生素k 】和k 2 的一种新的作用，即促进以神 经生长因子为媒介的p c i 2 d 细胞的轴突生长。神经生长因子是神经的生长载 体，是神经轴突再生以及生长的一个重要亲神经因子。p c i 2 d 细胞在神经生长 因子的存在下经维生素k 】和k 2 处理，结果发现大大增加了神经细胞的比例以 及乙酰胆硷酯酶的活动。 维生素k 2 产品的使用最早是日本，纳豆是日本的传统食品，富含维生素 k 2 ，在每1 0 0 克纳豆中含有8 7 0 u g 维生素k 2 ，是其他食品的数百倍。骨质是由 2 浙江人学坝： 学位论文 维生素k 2 和优质蛋白质先形成骨元蛋白，再与钙生成骨质，蓄积骨中，之后由 日本o y a k a 公司申报专利药物，主要用于治疗维生素k 2 缺乏性出血症和强效 抗骨质疏松剂，其专利保护期2 0 0 8 年到期，日本已有较多的医药和保健品公司 正在加紧开发相关新产品。随着维生素k 2 的独特功能的发现，目前美国用于抗 骨质疏松的制剂已经进入3 期临床阶段，相应的保健食品也有约6 家公司正处 在开发和试生产初期。此外印度、以色列、加拿大、韩国等都有保健品公司在 加紧开发相关产品。国内，目前上海西宝生物科技有限公司正在联合某药物研 究院及下属药厂申报原料药和2 类新药剂型，此外上海昂立、哈药集团等也在 研制预防骨质疏松症的维生素k 2 复合钙的高端保健品。随着医疗保健事业的发 展和维生素k 2 的新功能发现，天然的维生素k 2 已经不能满足市场的需求，所 以积极开发化学合成方法，具有重要意义，而其立体选择性合成的研究是一项 非常富有挑战性的课题。 1 2k 族维生素的认知历史 1 9 2 9 年，丹麦科学家h e n r i kd a l l l 【3 1 发现，当鸡长时间缺乏一种能为非极性 溶剂所萃取的物质时，会出现皮下组织、肌肉以及其他组织出血，并有血液凝 固延迟现象。其他一些研究室的研究h 卜【6 1 证明，这种疾病不能被任何一种已知 维生素或是其他具有生理活性的类脂包括胆固醇所治疗。1 9 3 5 年，d a m f 7 1 8 】 提出这种抗出血因子是一种新的脂溶性维生素，他称之为维生素k ，k 为德语 中“k o a g u l a d o n ”的缩写。 后有报道【9 】称发现了一种新的未知的能用酯从苜蓿中萃取出来的维生素。 随后，d a m 和他的同事叩以及d o i s y 等1 用同样的方法成功地分离出来了这种 黄色油状物，被称为维生素k 】( p h y l l o q u i n o n e ) 。进一步的研究又很快得到 了该维生素的结构( 图1 1 ) 。根据分子结构知识，美国的d o i s y 12 1 、a l m q u i s t l l 3 和f i e s e r l l 4 1 以及瑞士的k a r r e r 【1 5 1 、i s l e r 成功地合成了这个维生素。而其立体 构型直到后来刁被m a y e r 、j a c k m a n 等人阐明。维生素k 主要存在于高等植 物以及许多绿色、棕色、红色以及监绿色藻类的光合成组织中。有关维生素 k 1 分布状况的文献很少，而且相应的测试方法也不是十分可靠。另外，维生素 k - 含量稀少且难以萃取。总的来说，绿色蔬菜是维生素k 的最好来源，含量 维生素k 2 的合成研究 在l o 到1 0 0ug l o o g2 _ i 自j t l9 1 。 o v i t a m i nb ( m e n a d i o n e v i t a m i nk 2 ( m e n a q u i n o n e s v i t a m i nk 1 “2e ，7r ，i ir ) 一p h y l l p q u i n o n e 图11 维生素k 3 、维生素k 2 和维生素k ，的结构。 f i g 1 1s t r u c t u r eo fv i t a m i nk 3 ，k 2a n dk 1 1 9 3 9 年，d o i s y 及其研究小组2 0 i 从腐败的鱼肉中分离出一种熔点为5 4 。c 的 结晶化合物，且其具有维生素k i 类似的生理性质。紧接着i s l c r 以及同事【2 l 】进 行了化学研究并证明了这个k 族维生素品种在萘醌环的3 位上含有包含一个7 个类异戊二烯结构组成的不饱和侧链，将其命名为维生素k 2 。3 5 ) 或甲萘醌类一7 ( 3 5 为侧链的碳原子的个数，7 为侧链类异戊二烯结构组成单元数【2 2 1 ) 。维生素 k 2 的侧链长度从c 5 到c 6 5 不等，可以从为数众多的细菌中分离出来，最具有代 表性的是维生素k 2 。3 5 ) 、k 2 。4 0 ，和k 2 ，它们在细菌中的含量很少，在o 3 4 “m o l g 干重之间| _ 2 3 】1 2 4 j 。 维生素k 3 在自然界中不存在，通过人工合成。 1 3k 族维生素的生理性质 1 3 1k 族维生素和血液凝固 维生素k 是哺乳动物产生凝血因子i i 、t x 以及x 的一个非常重要的 辅因子。d a m 【3 l 在2 0 世纪3 0 年代首先阐明了维生素k 缺乏与减少血液凝块和 凝血酶原之间的关系。m a r t i u s 2 5 】在2 0 世纪5 0 年代提出了维生索k 参与细胞呼 浙江大学硕：l 学位论文 吸的氧化磷酰化过程。 f 】：l 液凝块群的几种蛋白质被认为受到维生素k 作用的影 响，在血液凝块群形成过程中，凝血酶原酶分子与磷脂质体形成聚合体，钙离 子起到促进作用。凝血酶原酶键合c a 抖，而在缺乏维生素k 时，凝血酶原就失 去了对c a 2 + 的亲合性。 y a s u h i r oa k i y a m a t 2 6 l 等人研究报道了具有低凝血酶原的实验鼠对维生素k 2 同系物的吸收及其对血液凝固的不同作用( 图1 2 1 ，5 ) 。 ( a ) ( b ) 星毫 e 雪 蔓苗 重三 i 拿 童 塞 一hh h 一一一一一一一一h h h r i n l es i t e , , a d n t i n i s l r z 由n 一 l t = ，t = j t = ， 3b363e36 t i t l ea f t e ra d m i | 1 j s a 恤 ( ” 图127 各m k n 在口服3 小时和6 小时后在血浆( a ) 以及肝脏内( b ) 的浓度。各种m k - n 的口服用量为0 1 m g k g 体重，实验对象为因连续服用华法令溶液以及缺乏维生k 的饮食 而引起凝血酶原偏低的实验鼠。华法令的用量为00 6 m g k g 体重。m k - n 悬浮在5 ( w v ) 的阿拉伯胶中。每个点以及柱值代表四只实验鼠的平均s e m 值。n 代表异戊二烯的单元 数( o - 1 4 ) 。n d 代表n o td e t e c t a b l e 。 f i g 12c o n c e n t r a t i o n so fe a c hm k ni nt h ep l a s m a ( a ) a n di nt h el i v e r ( b ) 3a n d6h ra f t e r o r a la d m i n i s t r a t i o n e a c hm k - na tad o s eo fo 1 m g k gb o d yw e i g h tw a sa d m i n i s t e r e d o r a l l yt oh y p o p r o t h r o m b i n a e m i cr a t si n d u c e db ya d m i n i s t r a t i o no fv i t a m i nk d e f i c i e n td i e t a n dw a r f a r i ns o l u t i o nf o r8 d a y st h em e a nd o s eo fw a r f a r i nw a s00 6m g k gb o d yw e i g h t m k - n w a ss u s p e n d e di n5 ( w v ) g u ma r a b i c e a c hp o i n ta n db a rr e p r e s e n tt h em e a n s e mo ff o u rr a t s nr e p r e s e n t st h en u m b e ro fi s o p r e n eu n i t s ( 0 - 1 4 ) ，n d ：n o td e t e c t a b l e 5 m p 。0 ， ， 一 。 0 0 一川p、 “，dll针，j c j 黑矗! m 一 二 。 】= ，f j 5。- =j ，一， 。 = 。 ：一= 。 】= 。 h 。 ， h冗 口 】= 叭，“_l埘i_耋1 维生素k ：的合成研究 芒 宝 毫t 1 0 ： 孟z 口 导 占o ( a ) c o a g u l a t i o na c t i v i t y m k na d m 洲l t b r b g b n o r m a lp r o l h r or n b i r l q l i d n i l - ， m k na d m i n i l t c r c d 图1 3 各m k - n ( 0 1 m g k g ) 在口服3 小时和6 小时后的血液凝固活性( a ) 以及肠道内 的标准凝血酶原水平( b ) 。测试条件与图12 同。 f i g1 3t h ee f f e c t so fo r a lm k a d m i n i s t r a t i o n ( 0 1m g k g ) o nb l o o dc o a g u l a t i o na c t i v i t y ( a ) a n dt h en o r m a lp r o t h r o m b i nl e v e li np l a s m a ( b ) 3a n d6h ra f t e ra d m i n i s t r a t i o n t h e c o n d i t i o n sw e r et h es a m ea sd e s c r i b e di nf i g 1 2 黛i 23 4 弋6 il(!口9 1 11 21 31 4o m 64 5678 【 1o l | ； fj 、 、 一u 。_ 二二一，! 匕j u j 一, fs u o 一- = j u o 图14 各m k n 静脉注射1 小时和3 小时后在肝脏内的浓度。m k n 溶解在1 ( w v ) 的 h c o 一6 0 中，用量为1 0 n m o l k g 体重。实验对象为因连续服用华法令溶液以及缺乏维生k 的饮食而引起凝血酶原偏低的实验鼠。华法令的用量为o 0 6 m g k g 体重。每个点以及柱值 代表四只实验鼠的平均_ + s e m 值。n d 代表n o td e t e c t a b l e 。 f i g 14c o n c e n t r a t i o n so fe a c hm k - ni nt h ei i v e r1a n d3h ra t t e ri n t r a v e n o u s a d m i n i s t r a t i o n m k - nw a sd i s s o l v e dj n1 ( w v ) o fh c o 一6 0a n dm k - r la tad o s eo f 10 n m o l k gb o d yw e i g h tw a sg i v e nt or a t si n d u c e db ya d m i n i s t r a t i o no fv i t a m i nk d e f i c i e n t d i e ta n dw a r f a r i ns o l u t i o nf o r8 d a y s t h em e a nd o s eo fw a r f a r i nw a s00 6m g k gb o d y w e i g h t e a c hp o i n ta n db a rr e p r e s e n tt h em e a n s e mo ff o u rr a t s nr e p r e s e n t st h e n u m b e ro fi s o p r e n eu n i t s ( o - 1 4 ) n d ：n o td e t e c t a b l e ；黑uh 曲黜 赙 器一 均 血戮 山础u_宜 上=二】o 工二=r ：l门：三|o 扎 咧轴吐 ，门_j蓦t，畸叶强 _ l f ：血u一也，陆。汀叫ii止一n川址。f=h山om圳：ii且： h ：鼬上=二岫； 哪l卅i4l|j 求；善譬5 1 l 牙口。 珏 加 ：2 0 0 三苫星号 ja一三=口暮lu8口言au叠e 浙江大学坝：l 学位论文 ( a ) c o a g u l a t i o na c t i v i t y 曲 i 删t 1 m k na d m i n i s t e r e d b ) n o r m a lp r o t h r o m b i n 剑岫由由 图1 5 各m k - n ( 0 1 m g k g ) 在静脉注射1 小时和3 小时后的血液凝固活性( a ) 以及肠 道内的标准凝血酶原水平( b ) 。测试条件与图15 同。 f i g 15t h ee f f e c t so f i n t r a v e n o u sm k - na d m i n i s t r a t i o nf 0 1 n m o l k g ) o nb l o o d c o a g u l a t i o na c t i v i t y a n dt h en o r m a lp r o t h r o m b i nl e v e li np l a s m a ( b ) 1a n d3h ra l t e r a d m i n i s t r a t i o n t h ec o n d i t i o n sw e r et h es a m ea sd e s c r i b e di nf i g 14 实验表明，m k - 4 、m k 一5 和m k 一6 是最为有效的天然存在的维生素k 2 ，其 能快速并有效地改善维生素k 缺乏。而由肠道细菌合成的具有更多异戊二烯单 元数的m k 7 到m k 1 3 ，则不能被有效i 吸收，即使吸收了也不能有效地改善维 生素k 缺乏。m k - 9 是由细菌合成的一种典型的维生素k 2 ，在口服6 小时后并 没有呈现维生素k 的活性。比较了口服m k 0 、m k 4 和m k 一92 4 小时后的维 生素k 活性，m k 一0 和m k 9 在2 4 小时后改善了低凝血酶原症状，但没有m k 4 有效，这表明异戊二烯单元数直接影响到维生素k 从服用到发挥作用的时间。 以重量为单位的口服实验结果几乎与以摩尔数为单位的静脉注射结果相同。 1 3 2 维生素k 和骨质疏松症 随着年龄增长骨质不断流失从而导致了骨质疏松症i _ 2 7 1 。这种流失可以导致 骨吸收以及骨生成量越来越少，最终导致骨折。骨质疏松症被普遍认为是一种 公众健康问题【2 ”。绝经后的骨质疏松跟雌激素的减少有关。骨骼随年龄的增长 0 叩 凹 i n u in nd 垤臼i u j u oluonu，1n了lnuo上u。 ：；c o： o 剑。立训 l，lll 印 柏 扑 口 一掌一量兰un吕焉in胃口u 维生素k ：的合成研究 其新陈代谢衰退也是造成骨质疏松的一个原因。药物和营养补充在防止因年龄 问题而造成骨质流失方面起着重要的作用。 有证据不断证明，维生素k 作为一种营养物质在维持正常的骨骼新陈代谢 方面起着重要作用。维生素k 2 对骨钙蛋白的y 羧基化起着重要的作用。骨钙 蛋白是一种由骨组织中的成骨细胞合成的含有y 羧基谷氨酸的骨基质蛋白【2 9 ：l 。 维生素k 2 3 5 ，具有七个异戊二烯单元，是维生素k 2 的种，大量存在于纳豆中。 最近有实验证明长时间的进食维生素k 2 恤，能有效的预防老鼠因切除卵巢而造 成骨质流失1 3 0 】。另有报道称食用维生素k 2 。3 5 ) 可以加强正常人体内血清中骨钙 蛋白的y 一羧基化。维生素k 2 。2 0 ，可以刺激骨骼矿化【3 2 1 和抑制骨吸收| ：3 3 1 。纳豆 中富含的天然维生素k 2 。蛳，被证实是一种可以预防因年龄增长而导致骨质流 失的营养因子【3 4 】。这些发现都证实了维生素k 2 能够有效预防骨质疏松症，维生 素k 2 能加速骨钙蛋白的g 羧基化，这对骨质钙化起到了非常积极的作用1 3 5 j 。 1 3 3 维生素k 的代谢过程 维生素k 从肠道吸收后进入淋巴腺系统1 3 “。像维生素k 等非极性脂类的 吸收需要胆汁和胰液的存在。w i s s 和g l o o r l 3 7 1 在老鼠上的实验表明，植醌能够 在肝脏中浓缩和保留。动物不能自身合成萘醌环，作为维生素的一个组成部分， 通常需要饮食中摄入。细菌合成维生素k 2 时通常不直接需要甲萘醌单体作为中 间体，而是需要1 , 4 二羟基2 萘酚酸作为来源，经过异戊二烯基化、脱羧基和 甲基化形成维生素k 2 。m a r t i u s 和e s s e r 3 8 首次观察到动物摄入的甲萘醌( 维生 素k 3 ) 转化成维生素k 2 ( 2 0 ，继而m a r t i u s 3 9 】又证实了植醌和另外一些异戊二烯 基化的甲萘醌通过去烷基化再烷基化的顺序转变成维生素k 2 。2 0 ，。早期的研究 表明，静脉注射的维生素kj 和的代谢物的主要排泄渠道是粪便 4 。1 9 6 6 年， m a r t i u s 和e s s e r 4 l 】发现维生素k l 和维生素k 2 的侧链在老鼠体内被降解成为含 有7 个碳原子的物质，末端有一个羧基，再循环产生y 一内酯，这个内酯可以看 成是葡萄糖醛酸的结合物然后最终从尿道排出 4 2 j 。 1 3 4 维生素k 和生物活性 在维生素k 发现早期人们就意识到维生素k 。并不是唯一的生物活性形式。 浙江大学坝：l 学位论义 d o i s y 以及他的同事【2 0 1 在1 9 3 9 成功地分离出了生物活性类似于维生素k 的晶 体维生素k 2 01 9 5 3 4 3 1 年，以摩尔量为基础，对维生素k i 和维生素k 3 进行了治 疗性的等量活性测试。然而，甲萘醌及其他水溶性形式在恢复因抗凝作用而引 起的血液凝固时间延长方面的活性要比维生素k 低得多【4 “。经过多方面的研 究，i s l e r 等【4 5j 考察了许多维生素k i 和维生素k 2 衍生物对刁；同抗凝血剂的解毒 作用，结果说明活性对侧链的长度有一最小要求。维生素k l 及其衍生物和维生 索k 2 系列与活性的关系在患有维生素k 缺乏症的小鸡上进行了实验测定，无 分支或有较少分支侧链的维生素k i 衍生物比维生素k i 的活性小1 4 6 】_ 1 4 8 j 。以天然 维生素k l ( 2 e ，7 r ，1 l r ) 作为标准，将其活性看作1 0 0 ( 图1 6 ) ，由全合成 得到的非光学活性的维生素k i ( 2 e ，7 r s ，1 1 r s ) 具有相同的生物活性。一个 意外的发现是维生素k i ( 2 z ，7 r s ，1 1 r s ) 实际上没有生物活性 4 9 1 l 5 0 1 。此外， 当3 位侧链的双键被氢化后其活性几乎全部消失1 4 “。对于维生素k 2 ，其活性赖 于异戊二烯的单元数，一个特殊的情况是维生素k 2 。2 5 ，的活性是标准物的1 4 倍 4 。其它维生素k z 都显示了较低的活性，随着异戊二烯的单元数的增加其活 性缓慢下降。早在1 9 5 0 1 5 1 1 就证实了维生素k l 的代谢物维生素k i 一2 ，3 环氧化物 具有很高的活性。1 9 8 3 年，w e i s e r 和k o m a n 【4 6 q 常清楚地证明了维生素k l 一2 ，3 环氧化物在用于治疗性的凝血酶原时间测试中的活性是维生素k ，的1 7 倍。 k l k i k l d h k lk 2 ( a ) )k z ( z )k ! ( m 】k i - 2 ，3 2 e ，7 r i i r 】( 2 e ，7 r si i r s ) ( 2 z ，7 r s ，_ r s ) 一d i h y dr 。一 e p o x d e 7 r sf f l 雕) 黜 删耄耄 删跳僦 耄耄嘶 维生索k 2 的台成研究 v i t a m i n 码( ( 2e ，7 r ，1 1 r ) 一p h y l l p q u i n o n e ) 7v i t a m i nk i 一2 ，3 - e p o x i d e v i t a m i nl c 2 ( m e n a q u i n o n e s 图16 维生素k 1 及其衍生物和维生素k 2 系列在患有维生素k 缺乏症的小鸡上进行治疗凝 血酶原时间测试所表现的相对活性比较。 f i g1 6c o m p a r i s o no ft h ea c t i o no fv a r i o u sk - v i t a m i na n da n a l o g sa sd e t e r m i n e di n c u r a t i v ep r o t h r o m b i nt i m et e s t si nv i t a m i nk - d e f i c i e n tc h i c k s 1 3 5 维生素k 的生物合成和营养需求 2 0 世纪6 0 年代中叶，c o x 等人进行了实验发现，标有h c 的莽草酸被大肠 杆菌吸收后出现在维生素k 2 类【5 2 1 中，被植物吸收后出现在维生素k i | ：5 3 1 中，这 一发现引起了有关维生素生物合成的长时间讨论。2 0 世纪8 0 年代，以同位素 标记前体化合物进行研究获得了不少信息，表明在形成维生素k 的过程中经过 了莽草酸酯路径【5 4 】( 图1 7 ) 。 在芳香族化合物的生物形成过程中，分支酸官能团作为分支点55 1 ，在作为 辅因子的硫胺素焦磷酸( t p p ) 存在下，与n 一古洛酮糖酸一起转变成芳香族中 间体o 琥珀酰基苯甲酸( o s b ) 。形成的琥珀基半醛t p p 被认为是中间体。 从。一琥珀酰基苯甲酸( 0 s b ) 形成l ，4 一二羟基一2 一萘甲酸( d h n a ) 依赖于辅酶 a ( c o a ) 和三磷酸腺苷( a t p ) ，并需要两个酶系统：o s b c o a 合成酶和d h n a 合成耐5 7 】。经过异戊二烯基化、脱羧和脱甲基最终形成维生素k 2 类。有证据显 示菠菜的叶绿体中存在种酶，它能将香叶草基香叶草基焦磷酸酯还原成香叶 草基焦磷酸酯【5 8 】，香叶草基焦磷酸酯接着与1 , 4 二羟基2 一萘甲酸反应。这些 酶参与了维生素k 【的生物合成。在最后一步，通过s 腺苷蛋氨酸( s a m ) 在 1 0 雌 浙