（应用化学专业论文）类胡萝卜素物质及其中间体的合成与性能研究.pdf

摘要 摘要 本课题主要研究了藏红花酸二甲酯的半合成和全合成，采用的是w i t t i g 和 w i t t i g - h o m e r 的方法结合。 从购得的栀子黄色素中，采用甲醇乙酸乙酯的柱层析梯度洗脱，分离出的藏红 花素通过h p l c 分析，可以获得纯度为8 4 2 9 的藏红花素。 采用栀子黄色素直接水解和酯交换的方法制备出藏红花酸和藏红花酸二甲酯， 对产物进行重结晶处理，得到纯度为9 6 7 的藏红花酸和9 7 2 藏红花酸二甲酯。 其红外、紫外、核磁等与参考文献值一致。采用超氧自由基和羟基自由基体系，测 定它们的清除自由基能力，对其抗氧化性能进行研究，并与b h t 进行对比。结果表 明，在试验质量浓度范围内，藏红花酸以及藏红花酸二甲酯的清除羟基自由基与超 氧自由基的能力都明显强于b h t ，为优秀的天然抗氧化剂。 论文研究藏红花酸二甲酯的全合成。以w i t t i g - h o m e r 方法合成出2 ，7 - 二甲基 2 ，4 ，6 - 辛三烯二醛，用l ，4 二溴2 - 丁烯与亚磷酸三乙酯反应，再在碱性条件下 与丙酮醛缩二甲醇反应，最后在酸性条件下水解，得到辛三烯二醛，产物通过二氯 甲烷乙醚重结晶，产率为5 8 7 。采用w i u i g 反应合成出氯代惕各酸甲酯，先用溴 丙酸甲酯与三苯基膦制成叶立德，再与氯乙醛反应，合成出氯代惕各酸甲酯，产物 经硅胶柱分离，洗脱剂为乙醚和石油醚( 1 ：1 ) ，产率为7 5 1 。最后还采用w i t t i g 反应，将氯代惕各酸甲酯制成叶立德，与辛三烯二醛结合，合成出藏红花酸二甲酯， 此步产率为7 8 6 。总共经过七步反应，总产率为4 6 1 ( 按l ，4 - 二溴2 丁烯计) 。 反应中的关键中间体以及最终产物的定性分析是通过熔点、红外、质谱、核磁等手 段确定。 藏红花酸二甲酯的天然制取和人工全合成在我国还没有人研究过，本论文研究 了藏红花酸二甲酯的全合成，这有助于我国开发藏红花酸以及类胡萝h 素类物质药 物以及化妆品的抗衰老剂和抗氧化剂。 关键词：栀子黄色素藏红花酸藏红花酸二甲鸶抗氯化w i t “g 反应 w i t t i g - h o m e r 反应 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es e m ia n dt o t a ls y n t h e s i so f c r o e e t i nd i m e t h y le s t e rw a ss t u d i e di nt h i st h e s i s i t s f i n i s h e db yw i t t i ga n dw i t t i g - h o m e rr e a c t i o n f i r s t ，t h ec r o c i nw a ss e p e r a t e df r o mt h eg a d e n i ay e l l o wp i g m e n t ，b yg r a d i e n te l u t i o n u s e dm e t h a n o l e t h y la c e l ：a t ea se l u e n t i t sp u r l t yw a s8 4 2 9 a n a l y s e db yh p l c t h e n ，c r o e e t i na n dc r o c e t i nd i m e t h y le s t e rw e r eo b t a i n e db yh y d r o l y s i sa n de s t e r c h a n g er e a c t i o no fg a r d e n i ay e l l o wp i g m e n t p u r i f i e db yr e e r y s t a l l i z a t i o n ，t h e i rp u r i t y w e r e9 6 7 a n d9 7 2 t h e - rd a t ao f i r u v , 1 h n m r w e r ea t c c o r dw i t hr e f e r e n c e s a tl a s t , u s i n gt h eh y d r o x y lr a d i c a ls y s t e m ，s u p e r o x i d er a d i c a ls y s t e m ，t h ea n t i o x i d a t i o na c t i v i t i e s o fc r o c e t i na n dc i o c e t i nd i m e t h y le s t e rw e r es t u d i e da n dc o m p a r e dw i t hb h t t h er e s u l t s h o w e dt h a tc r o e e t i na n dc r o c e t i n d i m e t h y l e s t e rp o s s e s s e d s t r o n g e rs c a v e n g i n g a c t i v i t y o nh y d r o x y lm d i c a ia n ds u p e r o x i d ei n d i c a lt h a nb h ta tt h ec o n c e n t r a t i o no f e x p e r i m e n t t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tc r o c e t i na n dc r o e e t i nd i m e t h y le s t e rw o u l db e e f f e c t i v en a t u r a lf r e er a d i c a ls c a v e n g e r s l a s t , t h et t a ls y n t h e s i so fc r o e e t i nd i m e t h y le s t e rw a ss t u d i e d a tf i r s t , t h e i n t e n n e d i a t e 2 7 - d i m e t h y l 2 4 。6 - o c t a t r i e n e d i a l w a so b t a i n e d b yw i r i g h o m e r r e a c t i o n 1 4 d i b r o m o 2 - b u t e n er e a c t e dw i t h t r i e t h y lp h o s p a h i t e t h e n r e a c t e dw i t h l ，1 - d i m e t h o x y a c e t o n ei nb a s e ，a f t e rh y d r o l y s e di na c i d ，r e c r y s t a l l i z e db yc h 2 c l f f e t h e r , o c t a t r i e n e d i a iw a so b t a i n e dw i t l lay i e l do f5 8 7 t h e l le h l o r om e t h y lt i g l a t ew a s o b t a i n e db yw i t t i gr e a c t i o n i tc a l lb es y n t h e s i s e db y2 - b r o m om e t h y lp r o p i o n a t er e a c t e d w i t ht r i p h e n y lp h o s p h i n e ，t h e nr e a c t e dw i t hc h l o r o a c e t a a l d e h y d e ，s e p a r a t e db ys i l i c ag e l c o l u m n ，u s e de t h e r p e t r o l e u me t h e r ：1 ) a se l u e n t ，t h ey i e l dw a s7 5 1 a tl a s t , t h ea i m e d p r o d u c te r o c e t i nd i m e t l ：i y le s t e rw a so b t a i n e db yr e a c t e do c t t d e n e d i a lw i t ht h ey l i d eo f c h t o mm e t h y lt i g l a t e ，t h ey i e l dw a s7 8 麟t h et o t a ls y n t h e s i sw a s7s t e p s ，t h et o t a ly i e l d w a s4 6 1 ( c a l c u l a t e db y1 , 4 - d i b r o m o - 2 - b u t e n e ) t h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i so ft h ek e y i n t e r m e d i a t e sa n dt h ea i m e dp r o d u c tw a sc o n f i r m e db ym p i r , m s 1 i - i n m r t h ep r e p a r a t i o no fc r o c e t i nd i m e t h y le s t e rf r o mn a t u a la n dt h et o t a ls y n t h e s i s h a v e n tb e e nr e s e a r c h e di no u rc o u n t r y t h er e s e a r c ho ft o t a is y n t h e s i so fc r o c e t i n d i m e t h y le s t e ri n t h i sp a p e rc a nh e l pt od e v e l o pc r o c e t i na n do t h e rc a r o t e n o i d s p h a r m a c e u t i c a la n dt h ec a ) s m e t i cu s e da n t i o x i d e n ta n da n t i a g i n gi no u rc o u n t r y k e yw o r d s ：g a d e n i ay e l l o wp i g m e n t a n t i o x i d a t i o n w i t t i gr e a c t i o n i i c r o c e t i nc r o c e t i n d i m e t h y l e s t e r w i t t i g - h o m e rr e a c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 关于论文使用授权的说明 年月罗日 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 日期：矽7 年月7 日 第一章综述 1 1 引言 第一章综述 藏红花( s a f f r o n ，c r o c u ss a t l v u sl ) 为鸢尾科( i f i d a c e a e ) ， 藏红花属多年生草本 植物【“，又名蕃红花、西红花，作为妇科良药在欧洲和亚洲广泛应用，又可用于开发 功能性食品、天然色素、保健性化妆品等；还可以把藏红花作为观赏植物载培。但 是藏红花只是柱头入药，产量极低；又因为其资源极其有限，致使其价格昂贵，一 直被誉为“植物黄金”。藏红花原产西班牙、希腊、南欧各国，以及伊朗等地，印度、 日本也有栽培，经印度传入我国西藏，因此称为藏红花，在我国的浙江、江苏、山东、 北京等地有栽培【1 ，2 】。作为药用植物藏红花在国外的最早记载是在公元1 5 5 0 年左右 埃伯斯纸草书之中唧。我国历来都是进口供药用，虽然进行引种栽培，提供少 量商品，但是因种源少、适宜栽培的地区有限、条件苛刻等因素，满足不了市场的需 求，因此出现了供不应求的局面。 藏红花的药理作用有镇静、祛痰、刺激、解痉，用于胃痛、调经，可治疗痢疾、 麻疹，发热黄疸、肝脾肿大、泌尿道感染及糖尿病等 2 1 。近年来，科学家发现藏红 花柱头中的一些化学物质，如藏红花素、藏红花苦素、藏红花醛和藏红花酸具有明 显的抗癌作用。可以从分子水平抑制原癌基因的启动以及癌细胞d n a 和r n a 合 成。因此藏红花已成为新型抗癌药物的研究热点【4 5 1 。除了在医药上具有较高的药用 价值外，藏红花作为一种珍贵调味剂、香料和染料在欧洲已经有几百年的悠久历史 别。然而藏红花资源短缺，1 5 万2 0 万朵花经l 生4 0 0h 以上的人工劳动才能生产lk g 的藏红花，这使藏红花的价格高达2 0 0 0 美元，公斤【7 1 。 本论文主要研究的藏红花素、藏红花酸以及藏红花酸二甲酯，其结构式如下： i ；r - 0 c 咆 侧 琳魂 制 i ”x ：心口 江南大学硕士学位论文 图一藏红花素、藏红花酸、藏红花酸二甲酯结构图 ( 当r 为第三种或是第四种时，为藏红花素，藏红花素由于其含糖的不同而很难得到单一 的结构：当r 为第二种时，为藏红花酸：当r 为第一种时，为藏红花酸二甲酯。它们不但存在 于藏红花中。还存在于栀子果中。) 1 2 藏红花中有效成分的研究 1 2 1 藏红花素的简介 藏红花素是藏红花、栀子中共存的一类自然界中少有的水溶性类胡萝h 素，它 是栀子黄色素的主体成分，具有抗癌、抑制肿瘤、降血脂、护肝、淬灭自由基、抗 氧化等作用，另外还具有水溶性好、着色力强，对光稳定、p h = 1 4 范围内均呈鲜 艳的黄色，一旦着色很稳定等优点，被广泛的应用于医药、食品领域。 目前，为数不多的文献报道表明，藏红花素具有类胡萝卜素的许多特性，具有 很强的抗氧化、淬灭自由基和抑癌活性。g a i n e r 报道藏红花素能够抑制小鼠及鸡肿 瘤细胞的增殖和扩散【柳；w a n g 和t s e n g 等人报道藏红花素对黄曲酶酶素b i ( a f b i ) 所致肝损伤有保护作用；w e n - c h e n g 和w a n g 等人发现实验动物摄食大量藏红花素 无毒副作用，而且在大鼠体内及体外细胞培养中能够抑制c - 6 瘤细胞的形成； a b d u l l a e v 及n a i r 等人报道藏红花素具有抗肿瘤、抑制肿瘤细胞核酸的形成及抗诱 变的作用；w e n - c h e n g 等人研究表明，藏红花素以剂量依赖的方式抑制苯并芘诱导 的薪生瘤的形成与转移，在c 3 h i o t l 2 细胞中藏红花素可以成倍的降低b ( a ) p 与 d n a 的共价联接以及大幅度提高谷胱甘肽s 转移酶( g s t ) 的活性，因此他们认 为藏红花素的抗癌机制可能在于一方面提高了g s t 的活性，抑制毒物与d n a 的共 价联接，另一方面它具有淬灭自由基、抗氧化的功能，可以降低毒物对细胞的氧化 损伤，再者它具有提高免疫球蛋白的能力，可以培养强机体的免疫力，提高了机体 对毒物的抵抗力【9 】o 1 2 2 藏红花酸的简介 藏红花酸也是存在于藏红花和栀子果中，但是含量极少。藏红花酸有多个全反 式共轭双键，所以具有很高的抗氧化性能，在医学上具有保护肝脏，抑制肿瘤，抗 氧化等多种药理功能，属于医疗价值极高，售价昂贵的进口药品。同时，在化妆品 中的应用也有广阔的前景。如可用作化妆品色素，用它可调出非常美丽的金黄色泽； 对氧自由基有捕获功能，特别对能量很高的单线态氧自由基的捕获能力更强，是最 好的抗氧剂之一，单线态氧自由基会破坏蛋白纤维，有一篇日本公开特许公报【1 0 】报道 在化妆品中用入藏红花酸对盐溶性和酸溶性胶原蛋白的生成都有促进作用，其效果 优于番茄红素，见表一。 第一章综述 藏红花酸0 0 5 的丙酮溶液 藏红花酸0 2 的丙酮溶液 b - 胡萝1 - 素0 2 的丙酮溶液 番茄红素0 2 的丙酮溶液 丙酮 1 3 8 士7 1 4 2 士1 l 8 8 士3 l o l 士2 1 0 0 1 2 3 藏红花酸二甲醋的简介 藏红花酸二甲酯的天然存在量极其少，因此对其抗氧化性能及药理作用研究很 少。但是，作为合成类胡萝h 素物质的重要中间体，如虾青素，红木素，玉米黄质， 番茄红素等，在这方面国外已有所研究。他们的研究主要集中于将藏红花酸二甲酯 作为中间体来合成类胡萝h 素物质，因此合成藏红花酸二甲酯成为重点、也是难点 之一。同时，也可以将藏红花酸二甲酯水解制成藏红花酸，从而满足藏红花酸天然 含量少的缺点。 1 3 天然存在的植物研究现状 藏红花素和藏红花酸天然存在于藏红花和栀子果中，这方面人们早就了解。我 国从古代开始就将栀子过作为中药，而藏红花也是作为药物，在民间早就得到应用， 只不过人们不知道里面的有用成分。随着科学技术的发展，人们已经发现藏红花和 栀子果中有很多有用的成分，于是大家在追求从天然的藏红花和栀子果中提取分离 这些有用的成分，但是天然存在量很少，而且分离比较难。实际应用很少，人们从 天然的植物中得到粗提物就应用于生活中，如藏红花的粗提物作为菜肴的调味和调 色品。栀子果的提取物的种类更多，有栀子黄色素、栀子蓝色素等，特别是栀子黄 色素的应用更多，因其含藏红花素的量比较多，常用作食用色素，既可使颜色漂亮， 还有很大的药用价值。 栀子黄色素的起主要作用组分是类胡萝h 素类的藏红花素( c r o c i n ) 和极少量的 藏红花酸( c r o c e t i n ) ，另外还有栀子苷。它是世界上唯一存在的水溶性类胡萝h 素， 对酸不敏感，着色性好。一旦着色很稳定。 1 3 1 栀子黄色素研究现状 桅子黄色素是栀子的主要开发产品，它是纯天然的色素，无毒、安全性高，具 有一定的营养价值和保健作用，在世界市场上，尤其在美、日等国颇受欢迎。栀子 3 4 6 3 2 0 洲 跚 粥 s c 蝴 l u o o 0 江南大学硕士学位论文 黄色素在日本天然色素市场中占第4 位，年需要3 2 0 吨，售价4 5 0 0 日元k g ，桅 子黄色素作为染料在民间应用已久，但我国对桅子黄色素的研制始于2 0 世纪8 0 年 代初，目前，分离的方法主要有：大孔树脂法、超滤法、反向膜渗透法、聚乙烯冻 胶法、铅盐沉淀法、活性炭吸附法、中性氧化铝除杂法、酸碱沉淀法、植物霉处理 法、溶剂沉淀法、溶剂回流法等，但真正用于生产的方法却很少，国外仅有大孔树 脂法已工业化生产，我国在此方面研究却很少，更没有工业化的大孔树脂法分离藏 花素、藏花酸与栀子苷。目前所生产的栀子黄色素仍很难打入国际市场，限制了栀 子黄色素精制工艺的工业化应用。此外，对桅子黄色素这种功能性的食品添加剂我 国还没有从功能角度对其进行深入研究，尤其桅子黄色素的主体部分即水浴性的类 胡萝h 素一藏花素和具有疗效作用的杂质部分栀子甙的功能作用还缺乏科学 的依据，因此，也极大地限制该色素合理、科学、广泛地应用。 1 3 2 藏红花的研究现状 藏红花除了在医药上具有较高的药用价值外。藏红花作为一种珍贵调味剂、香 料和染料在欧洲已经有几百年的悠久历史。然而藏红花资源短缺。1 5 万2 0 万 朵花经过4 0 0h 以上的人工劳动才能生产lk g 的藏红花，这使藏红花的价格高达 2 0 0 0 美元公斤【”。藏红花的栽培生产主要是采用室内栽培、收获鲜花的方法，但是 在室内开花期间，待放的花苞会突然发生萎蔫，继而腐烂，造成产量和质量的下降。 这种萎花现象每年都有不同程度的发生，同时我国藏红花因栽培条件下不能结实， 要靠球茎繁殖，在栽培过程中球茎越种越小，小球茎开花少而且花小，甚至不开花， 从而失去药用价值，繁殖速度慢，不能满足市场的需求，因此研究者试图通过不同 的途径来解决资源短缺的问题。如球茎的诱导，离体培养柱头状物、细胞培养、开 发替代品等。在这一方面清华大学郭志刚等进行了研究，并且取得了较好的结果： 筛选出生长较快的愈伤组织并通过二步培养法生物合成藏红花素1 1 i ，”】。 但是，天然存在量很少，而且分离提取难度大，人们早在上世纪中期就开始追 求天然合成。对于藏红花酸和藏红花酸二甲酯的合成的意义并不只是在于对藏红花 酸的合成，满足人们对藏红花酸的追求，弥补藏红花和栀子果的不足。而且通过合 成藏红花酸二甲酯来得到对应的二醛，可以合成各种天然的类胡萝h 素，这一直是 人们追求的热点。 4 第一章综述 1 4 类胡萝卜素简介 类胡萝h 素( c a r o t e n o i d s ) 通常是指4 0 碳的碳氢化合物( 胡萝p 素) 和它们的氧化 衍生物( 叶黄素) 两大类色素的总称。1 8 3 1 年w a c h e n r o d e r 从胡萝h 根中分离出碳水 化合物类的色素，以“胡萝卜素”命名。 自由基是机体代谢过程中形成的一些活性氧。生物系统中一旦形成高度活泼的 具有损伤能力的自由基后，就会对细胞遗传物质和细胞膜进行强烈的破坏，导致细 胞功能下降，机体衰老以及疾病的发生。类胡萝h 素，尤其是b 胡萝h 素不仅是维 生素a 的前体，而且能抑制、清除体内自由基，可以延缓衰老和预防肿瘤、血栓、 动脉粥样硬化等疾病。同时，类胡萝h 素有防癌抗癌的作用。多项证据表明许多类 胡萝h 素具有抗癌活力，类胡萝h 素的应用可能使癌症致死的危险性降低2 0 3 0 。 随着人类对类胡萝h 素药用价值及医疗保健作用的不断发现，对类胡萝h 素的 种类和数量的需求也将会越来越大。目前主要通过化学合成法、天然产物提取法、 生物发酵法、酶法提取、基因工程合成等方法得到类胡萝h 素。国外已经有不少关 于类胡萝b 素的制备方法的研究，如：从自然物中提取，生物发酵等，但是这类产 品，有些甚至是已经可以工业化制造的方法所制得的产品，不但造价昂贵，且天然 类胡萝h 素在其中含量少，提取纯度也不是太高。据国内外，相关研究显示，目前， 用化学方法合成类胡萝h 类物质，能有效的提高产物纯度，降低成本，有比较广阔 的研究和发展空间。本课题主要研究化学合成法，采用w i t t i g 和w i t t i g - h o m e r 反应。 1 5w i t t i g 与w i t t i g - h o r n e r 反应简介 自1 9 5 3 年w i t t i g 和g e i s s l e r t 道甲叉三苯腆烷与二苯酮生成l ，l 一二苯乙烯的 反应后，四十多年来w i t t i g 反应迅速成为有机合成的一个重要方法。 w i t t i g 反应形式如下例： p 扛c h 墨州 +phlip h a p c t t 2 +脚h+l 西 e p h ：产= c 心 ( = 晕= 确3 一c 心) + p h 2 c o h b c c 心+ 确事p _ - 0 本反应是很重要的制烯方法。这一反应无与伦比的重要性是可在特定的位置上 但是，w i t t i g f f 壶有其自身的缺点。那就是磷叶立德的反应产物磷氧化合物会 溶于有机溶剂，不易与烯烃化合物分离。经典的w i t t i g 反应，在进行烯烃合成时， 有其局限性，例如，当稳定的亚甲基化膦作为试剂时，一般只能与醛反应，不能与 酮反应；当试剂为亚甲基化膦( 在亚甲基上有吸电子取代基团如强酸、酯基、羧基、 江南大学硕士学位论文 氰基等) 时，亚甲基碳原子的亲核性减低，不易与羰基化合物反应，甚至不能与最活 泼的醛类起反应，这就使人们考虑进一步改进w i t t i g 反应。 1 9 5 8 年h o m e r 丰l l w i p p e l 首先报导了用p o 稳定负离子合成烯烃的这类反应。 。n r 2 _ 三盥型生卜c 6 hc h = c ( c p ( o ) c h 2 c 6 h 5 5 c h = c6 h 5 ) 2 + r 2 p r 2 二。卜o 6 h 5 b + 心r h 2 ( c 6 h 5 ) c o 。 两年以后，w a d s w o r t h 和e m m o n s 指出这个反应在合成上应用的可能性。经过2 0 多年深入的研究，现在w i t t i g - h o m e r 反应己成为合成烯烃的主要方法之一，它与 w i t t i g 反应互为补充，使羰基烯化广泛用于有机合成，和w i t t i g 反应比较， w i t t i g h o m e r 反应尚有如下优点【1 4 1 ： ( 1 ) 膦酰基稳定的碳阴离子比相应的磷叶立德具有更强的亲核性，因此它们能在温 和条件下与多种类型的羰基化合物发生反应生成烯烃； ( 2 ) 在w i t t i g 反应的操作中，产物烯烃和氧化磷不易分离，而w i t t i g - h o m e r 反应中所 得到的次磷酸、磷酸或磷酸阴离子都溶于水，易于与烯径分离： ( 3 ) 磷叶立德需要比较昂贵的叔膦作为起始原料，而w i t t i g h o m e r 反应中的烷基膦酸 酯可以用较便宜的试剂、方便的方法制得； ( 4 ) 膦酰化试剂对碱不很敏感，对空气中的水气反应也缓慢，因而实验操作比较方 便； ( 5 ) 一般来说，w i t t i g - h o m e r 反应的副反应比较少。 1 5 1w i t t i g 反应的应用概述 毫无疑问，w i t t i g 反应是合成取代烯类化合物的非常重要的方法。不但在有机 合成得到广泛的研究，而且在天然产物中也越来越得到应用。具体来说，可以与醛 酮反应合成烯烃、共轭烯烃、不饱和酮，用稳定的磷叶立德和环状的酸酐反应，生 成相应的烯醇内酯，若用比较活泼的磷叶立德，烯醇则继续形成环状的不饱和酮。 反应高度的位置选择性，为合成环外键的化合物提供了一条有效途径；w i t t i g 反应 在烷烃的合成中还能起分子内的反应，用来制备含5 1 6 个碳原子的环状化合物，可 以起单关环和双关环反应：通过选择w i t f i s i 式剂，可以合成各种结构的取代烯烃。总 之，w i t t i g 反应为合成环外双键，共扼烯烃以及不饱和醛、酮、酯提供了一种很有 效的途径。另外，通过中间体磷内盐的形成，控制反应条件制取顺、反异构体也已 在有机合成中广泛应用。同时也广泛应用于多烯化合物的工业合成中。 如维生素a 的合成，1 9 5 3 年，在w i t t i g 反应发现后很短的时间内，德 雪b a s f 公 司的科学家便将其应用到维生素a 的合成中。不久，b a s f 公司就将以w i t t i g 反应为 关键步骤的方法应用到了维生素a 的工业生产中；r o c h e 公司应用w i t t i g 反应，合成 6 第一章综述 虾青素，总收率为5 2 t 1 纠6 】。此外，r o c h e 公司应w i t t i g 反应合成斑鳌黄。 1 6 结论和立题依据 社会的发展和科技的进步，使得人们的物质、精神和文化生活水平发生了巨大 的变化，藏红花酸及其衍生物的医疗保健作用国内外的学者已经作了很多研究，但 是藏红花酸在我国仍属于昂贵的进口药物，国内研究比较少，主要是因为藏红花和 栀子中的藏红花酸的含量不高，提取分离得到的量极少。另外，藏红花酸也可用于 化妆品中，这是最近研究比较多的，主要用作抗氧化剂和色素稳定剂。满足人们对 天然化妆品的追求。 作为合成类胡萝卜素类物质的重要中间体，藏红花酸二甲酯也是存在于栀子中 的色素成分，但含量低，无提取价值，可改用天然衍生物制备法制取。这在国内外 的研究还属空白，通过对藏红花酸二甲酯的研究，可促进对类胡萝h 素类物质的合 成的研究。另外也可以通过化学合成方法得到，国外主要是通过这条路合成藏红花 酸二甲酯的。但是其中一个重要的中间体是辛三烯二醛，对于它的合成国内还很少 有研究，国外的报道也不多。因此，合成辛三烯二醛显得尤为重要，这将推动我国 开发藏红花酸类药物的研究以及类胡萝h 素类物质的合成，以满足人们的医疗保健 需求。鉴于以上所述，本课题主要从事以下几方面的研究： ( 1 ) 从天然的栀子黄色素中，经过提取分离，水解，酯交换等方法处理，得到天然 的，高纯度的藏红花酸以及藏红花酸二甲酯。 ( 2 ) 对天然的藏红花酸以及藏红花酸- e o 酯作抗氧化性试验，并与常用的抗氧化剂 做对比研究。 ( 3 ) 采用人工合成法，对藏红花二甲酯进行人工合成。整个过程主要采用w i t t i g 和 w i t t i g h o m e r 反应。首先，合成出关键的中间体辛三烯二醛和卤代惕各酸甲酯， 然后，再经过一步反应，合成出最终产品藏红花酸二甲酯。 7 江南大学硕士学位论文 第二章栀子黄色素中有效成分的提取及制备研究 桅子黄色素是一个混合物，含有类胡萝h 素的藏花素、藏花酸，环烯醚萜甙类 的桅子甙，黄酮以及绿原酸。一直作为传统中药的栀子过具有和血、活血、化淤、 止痛、降压等多种药理功能。特别是其中的藏红花素以及藏红花酸，更是医疗价值 高，售价贵。本章以天然的栀子黄色素作为原料，拟采用柱层析方法，分离制备藏 花素，再经水解和酯交换得到藏红花酸和藏红花酸二甲酯。 试剂与仪暑 主要试剂： 8 第二章栀子黄色素中有效成分的提取及制各研究 第一节栀子黄色素中藏红花素的含量分析及纯化 引言 栀子黄色素是一种天然的水溶性类胡萝h 素色素，其主要作用成分是藏红花素。 由于藏红花素的药理作用，所以桅子黄色素也有着很好的药理作用，应用很广泛。 但是，对于其中藏红花素的含量以及分离制备的文献并不多，没有人提到藏红花素 的含量。 栀子黄色素的定量分析方法主要有对比法、分光光度法、薄层扫描法及高效液 相色谱法，这里主要讨论高效液相色谱法的研究情况。对藏红花素的定量分析一般采 用十八烷基硅烷键合硅胶为固定相，流动相多采用甲醇水或乙腈水体系做线形或梯 度洗脱。以纯品藏红花素作为对照品，用外标法进行定量分析测定。样品的制各一般 是用甲醇或甲醇水溶液进行提取。周素娣等在这方面作了很多的研究，但是由于栀 子黄色素中藏红花素旁边所接的糖苷不同，藏红花素的类型不同，所以很难分理处 不同的藏红花素以及其定量分析。 本试验主要采用了t l c 方法对栀子黄色素的成分作了粗略的分析，然后采用硅 胶柱层析方法，对其中的藏红花素进行了分离的工作。最后采用h p l c 方法对藏红 花素进行了含量分析。 2 1 1t l c 法分析栀子黄色素中可能组分及柱层析洗脱舸的选择 2 1 1 1 实验方法 准确称取0 0 1 0 9 栀子黄色素，加入l m l 水配制成1 的样品溶液。取1 0 0 m l 广 口瓶若干，分别加入少量正丁醇醋酸水( 4 ：1 ：1 ) 、甲醇水( 不同比例) 、乙酸乙 酯，甲醇水( 1 0 0 ：1 6 5 ：1 3 5 ) 1 7 1 ，并饱和1 0 m i n 。再放入点样好的硅胶板( 1 5 c m o 8 c m ) ，使展开剂沿一直线均匀上爬，观察现象。当展开剂爬至上行线时拿出，晾 干，记下黄色斑点位置。计算各个点的r f 值。口 il 2 1 1 2 试验结果 ll il 1 用正丁醇醋酸水( 4 ：l ：1 ) 为展开剂分出三个黄色斑点，如图三 io 其中：r f i = o 4 8lo 习 r f ，：0 5 9 l0 1 4 r f 3 = 0 6 8ll | - - - 1 2 用甲醇水( 不同比例1 ：1 、1 ：2 、1 ：3 、l ：4 ) ，也发现均出现三个斑点一 图三 9 江南大学硕士学位论文 l ：1 时r f 值分别为：o 3 6 、0 7 2 、0 9 4 l ：2 时r f 值分别为：0 0 4 、0 2 4 、o 7 0 1 ：3 时r f 值分别为：o 0 9 、o 2 9 、o 6 5 l ：4 时r f 值分别为：o 2 4 、o 2 9 、o 6 8 3 以乙酸乙酯甲醇水( 1 0 0 ：1 6 5 ：1 3 5 ) 为展开剂分出四个黄色斑 点，如图四 其中： r f l = 0 0 5 r f 2 = o 0 8 r f 3 2 0 1 7 r “= o - 3 0 由此可知，栀子黄色素中含有多种色素组分，要将其色素组分分开并获得高纯 度的藏红花素，决定采用柱层析法分离；同时，由实验可知，用乙酸乙酯甲醇水 ( 1 0 0 ：1 6 5 ：1 3 5 ) 可以分出四个黄色斑点，说明用它作洗脱剂分离效果较好，但 由于采用硅胶柱层析，硅胶易于吸水，而使分离能力下降，因此改用甲醇乙酸乙酯， 做梯度洗脱。 2 1 2 栀子黄色素硅胶柱层析法得藏红花素 2 1 2 1 实验步骤 首先采用小柱( 3 0 1 s c m ) 洗脱，采用的方法是用乙酸乙酯、甲醇，逐渐增 加甲醇的量梯度洗脱。先将硅胶用乙酸乙酯调匀，浸泡1 2 h ，备用。然后称取栀子 黄色素2 0 0 9 8 ，加水溶解，调成糊状，放入5 0 烘箱中烘干，研磨成粉状，备用。 采用湿法装柱，边加边轻敲柱壁。然后将研磨好的样品小心加入，加入0 8 c m 厚的 样品。再加入乙酸乙酯洗脱，至色带不再移动时可改变洗脱剂的极性，逐渐增加甲 醇得含量，收集液体。随着甲醇量的增加，洗下的颜色越来越深，但最后颜色又变 浅。由最初的浅黄色至最终的深黄色直至亮黄色。洗脱时间为9 天。 2 1 2 2 实验结果 一共洗下五个色带：l 乜3 4 为无色，4 匕8 。为浅黄色，矿，1 矿为深黄色，l l 。、l 岁 为黄色，1 3 。、1 4 。为亮黄色。对洗下的液体作t l c 分析，分别对所收集的4 匕l l 。瓶 作t l c 分析，以乙酸乙酯甲醇，水( 1 0 0 ：1 6 5 ：1 3 5 ) 为展开剂， 矿：展开为两点，其r f 值分别为：0 7 1 、0 7 8 5 8 ： 展开为一点，其r f 值为o 7 8 矿：展开为一点，其r f 值为o 5 2 一 q 砚引 一卵 _-_-。_t_-_-_-_r_l 第二章栀子黄色素中有效成分的提取及制备研究 矿：展开为一点，其r f 值为0 5 矿：展开为一点，其r f 值为0 2 8 矿：展开为一点，其r f 值为o 2 2 l o # ：展开为两点，其r f 值分别为0 2 1 、0 1 0 1 l o ：展开为两点，其r f 值分别为0 1 0 、0 0 5 然后分别对5 气1 1 4 作紫外分析，在检测波长为2 4 0 - - - 6 0 0 n m 内扫描结果，发现矿 紫外图谱与文献报道标准藏红花素【1 7 】一致。 图五藏红花素紫外分析图 再将矿重结晶( 乙醇：乙醚，l ：3 ) ，结晶物为深红色片状物，有光泽，易溶 于水、甲醇。其红外图谱： 图六藏红花素红外分析图 其中，3 4 2 1 2c m l 处是一个羟基特征伸缩振动特征峰，1 0 7 3 5c m 4 处是c - o 伸 缩振动的特征峰，1 7 0 0 7 啪1 处是共轭羰基伸缩振动特征峰，1 5 7 7 6c r n 。是一c = c 伸缩振动特征峰。因此，可以判断9 8 为藏红花素，后改用大柱洗脱，共十五天，得 江南大学硕士学位论文 到样品7 6 m g 。 2 1 3h p l c 方法分析栀子黄色素中藏红花素13 坞1 的含量 样品：栀子黄色素、用硅胶柱洗脱下的藏红花素结晶，用去离子水溶解，配成 0 1 的样品，并超生震荡。 柱子：y w g c 1 8 ( 4 6 2 5 0 r a m ) 流动相：乙腈水= 4 ：l 流速：o 4 m l m i n 检测波长：2 5 4 n m 、4 4 0 r i m 结果如下： 丹钟 图七栀子黄色素h p l c 分析图 图八藏红花素h p l c 分析图 由上圈比较可知，经柱子洗脱后，在4 4 0 r i m 处检测，藏红花素的含量为8 4 2 9 ， 由此可知，用硅胶柱可基本分离出栀子黄色素中的藏红花素，栀子黄色素中藏红花 素的含量为2 2 5 。 1 2 第二章栀子黄色紊中有效成分的提取及制各研究 第二节藏红花酸的制备及水解工艺 引言 由于栀子黄色素中主要有效成分为藏红花素，同时还含有少量的藏红花酸，靠 柱分离制备藏红花酸不太现实，而藏红花素为藏红花酸和糖类形成的酯类，故可以 采用酸式或碱性水解【1 明的方法制备藏红花酸： 注：上式中的酯为藏红花素，占栀子黄色素的2 2 5 本论文采用碱式水解，制备出藏红花素，再对产品进行重结晶研究，经h p l c 分析，得到比较纯的藏红花素。 2 2 1 实验方法 将5 0 11 9 栀子黄色素溶于1 5 m l1 0 k o h 溶液中，在1 0 0 c 时用油浴恒温搅拌 反应2 h 。随着水解反应的进行，溶液由橙红色逐渐转变为红棕色，黏度变大。待反 应停止，让产物自然冷却，而后滴加浓h c i ，直至p h = 2 - 3 。此时溶液有砖红色沉淀 析出，抽滤，得橙红色滤饼。再用水洗几次滤饼。将滤饼真空干燥，称量得o 3 2 8 9 。 2 2 2 藏红花酸的纯化 由于藏红花素水解制酸，虽用水洗滤饼，但依然会带上很多杂质，故对其纯化 进行研究。 2 2 2 1 甲醇纯化 2 2 2 1 1 实验步骤 称取租品藏红花酸0 5 0 0 9 放入烧瓶中，加入1 2 5 m l 无水甲醇，摇匀。控制水浴 温度5 0 c ，小心回流，并搅拌。反应3 0 m i n ，停止，冷却至室温。抽滤，真空干燥 过夜，得固体0 4 2 1 9 。 2 2 2 1 2h p l c 分析甲醇结昌后的藏红花酸i 揶0 1 1 样品： 柱子： 流动相： 甲醇结晶后的藏红花酸，用无水甲醇溶解，配成o 1 的样品溶液， 超生震荡，备用。 y w g c 1 8 “6 2 5 0 m m ) 乙腈水= 4 ：1 江南大学硕士学位论文 流速： o 4 m l m i n 检测波长：4 2 3 n m 结果如下： 图九用甲醇重结晶藏红花酸h p l c 分析 由图可知由甲醇纯化后的藏红花酸仍然不纯，i 净1 3 4 0 9 处的面积占5 8 2 8 。 2 2 2 2n ，n - 二甲基酰胺重结量 2 2 2 2 1 实验步骤 称甲醇重结晶后干燥样品，称量为0 4 2 0 9 砖红色粉状固体。加入n ，n 二甲基 酰胺1 8 m l ，在8 0 水浴加热搅拌，回流4 0 m i n ，停止，将反应液在8 0 下静置， 趁热抽滤，置于瓶中，在室温下避光放置，结晶析出红色固体0 2 3 5 9 ，有金属光泽 的片状物。 2 2 2 2 2h p l c 分析n ，n - 二甲基酰胺结昌后的藏红花酸 样品：n ，n 二甲基酰胺结晶后的藏红花酸。用无水甲醇溶解，配成0 1 的 样品溶液，超生震荡，备用。柱子：y w g - c 1 8 ( 4 6x2 5 0 m m ) 流动相：乙腈水：4 ：l 流速：0 4 m l m i n 检测波长；4 2 3 n m 结果如下； 1 4 第二章扼子黄色索中有效成分的提取及制备研究 * 图十n ，n 二甲基酰胺重结晶h p l c 分析 将甲醇重结晶与n ，n 二甲基酰胺重结晶的结果比较，发现用n ，n 二甲基酰 胺重结晶后的物质颜色更鲜艳，更红些，而且经过两步纯化，藏红花酸的纯度可以 达到9 6 6 9 。 2 2 3 藏红花酸的定性分析 2 2 3 1 藏红花酸的豢外及红外分析 藏红花酸的紫外分析是将少量藏红花酸配成甲醇溶液进行的，红外分析采用 k b r 压片法进行的。 图十一藏红花酸紫外分析图 由图可知藏红花酸的u v ( 甲醇溶液弦。产“5 ，4 2 0 ，3 1 2n m 。i r ( k b r ) c m j 2 4 0 0 - - 3 6 0 0 ，1 6 6 2 ，1 6 1 0 ，1 5 7 7 ，1 4 2 4 ，1 3 6 8 ，1 3 1 6 ，1 2 7 4 ，1 2 4 3 ，1 1 8 0 ，1 1 1 7 ，9 6 9 。 江南大学硕士学位论文 红外图谱与标准图谱一致。 2 - 2 3 2 藏红花酸的h n m r 分析 将经两步法纯化的藏红花酸再经乙酸乙酯甲醇重结晶，做核磁共振分析，所用 试剂为d m s o ，所用仪器为b r u k e r d p x4 0 0 ( 中科院上海有机所) 。其图谱见附图， 数据为6 1 2 2 1 ( s ，2 1 q ) ，7 2 2 ( d ，2 h ) ，6 8 5 ( d ，2 h ) ，6 7 8 ( d ，2 h ) ，6 6 5 ( d ，2 h ) ，6