（应用化学专业论文）植烯的合成及其抗氧性的研究.pdf

摘要 摘要 本课题主要研究，天然色素四氢番茄红素和八氢番茄红素的全合成，同时检测这两 种合成色素的抗超养自由基和羟基自由基的能力，从而探讨其在化妆品中应用的可能 性。 7 ，8 ，7 ，8 四氢番茄红素的合成分为三步：第一步，由溴代试剂三溴化磷在一5 0 与金合欢醇反应合成溴代金合欢。粗产品用硅胶柱进行分离纯化，洗脱剂为v ( 无水 乙醚) ：v ( 环己烷) = 1 ：1 0 ，通过薄层层析、紫外、高效液相与质谱分析鉴定目标产物， 得率为7 8 6 4 。第二步，由溴代金合欢与三苯基磷在甲苯回流2 4 h 得到季磷盐，通过 紫外、液质联用分析鉴定为目标产物，纯度为9 4 7 4 。第三步，经w i t t i g 反应，季磷 盐与2 ，7 二甲基2 ，4 ，6 辛三稀1 ，8 二醛在c 2 h 5 n a c 2 h 5 0 h 体系中反应4 h ，粗产品用硅胶 柱分离，洗脱剂为二氯甲烷。通过紫外、红外、质谱、1 h 核磁鉴定为目标产物四氢番 茄红素，得率9 3 9 6 ，总产率为6 2 3 。并且，采用超氧自由基与羟基自由基体系，测 定四氢番茄红素清除自由基能力，对其抗氧性能进行研究，抑制率分别为2 7 8 2 ， 2 5 3 3 。 7 ，8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 八氢番茄红素的合成分为五步：第一步，用实验室制备的三氧 化铬吡啶将原料金合欢醇在室温下，氧化成金合欢醛，并用紫外，液相，气质联用鉴定 氧化产物，转化率能够达到9 0 以上。第二步，在超干无水乙醚中，用氢化铝锂将金合 欢醛还原成二氢金合欢醇，反应温度为室温。产物通过，紫外，液相，气质联用的鉴定， 转化率也能达到8 6 5 2 以上。第三步，有三溴化磷在5 o 与二氢金合欢醇反应合 成溴代二氢金合欢。第四步，由溴代二氢金合欢与三苯基磷在甲苯回流2 4 h 得到季磷盐。 第五步，通过w i t t i g 反应，季磷盐与2 ，7 二甲基2 ，4 ，6 辛三稀1 ，8 二醛在c h 3 n a c h 3 0 h 体系中反应4 h ，粗产品用硅胶柱分离，洗脱剂为二氯甲烷。通过紫外、红外、质谱、1 h 核磁鉴定为目标产物四氢番茄红素，总产率为6 4 。并且，采用超氧自由基与羟基自由 基体系，测定四氢番茄红素清除自由基能力，对其抗氧性能进行研究，抑制率分别为 4 7 4 5 ，4 0 6 3 。 7 ，8 ，7 ，8 四氢番茄红素和7 ，8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 - 八氢番茄红素的合成研究和抗氧性 测定在我国还没有人研究过，本论文研究了特定结构的四氢番茄红素和八氢番茄红素的 全合成，及其抗氧能力，这有助于我国开发类胡萝b 素类物质药物以及化妆品的抗衰老 剂和抗氧化剂。 关键词：7 ，8 ，7 ，8 四氢番茄红素，7 ，8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 - 八氢番茄红素，金合欢醇， 抗氧化 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i st o p i cw a sm a i n l ye n g a g e di nt h es y n t h e s i so ft h en a t u r a l l yc a r o t e n o i d s ( 7 ，8 ，7 ， 8 t e t r h y d r o l y c o p e n ea n d7 , 8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 - o c t a h y d r o l y c o p e n e ) ，t h e nt h ea n t i o x i d a t i o n a c t i v i t i e so ft h e mw e r es t u d i e d t h r e es t e p sw e r em a d et o g e tt h e7 ，8 ，7 ，8 - t e t r h y d r o l y c o p e n e f i r s t ，t h ef a m e s o l b r o m i d ew a sp r o p a r e db y ( a l l e 、- f a r n e s a lw h i c hw a sf i r s th a l o g e n a t e du s y i n gah a l o g e n a t i o n r e a g e n t p b r 3 i ne t h a n 0 1 u n d e rt h et e m p e r a t u r eo f5 一0 t h ec r u d ep r o d u c tw a s s e p a r a t e db ys i l i c a g e lc o l u m nu s i n ge t h a n o l ：c y c l o h e x a n e ( 1 ：10 ) a se l u e n t ，t h ey i e l dw a s 7 8 6 4 t h e n ，t h ec 1 5 - w i t t i gs a l tw a so b t a i n e da f t e ra d d i n gt r i p h e n y l p h o s p h i n ei nt o l u e n e u n d e rr e d i s t i l l a t i o nc o n d i t i o nw h i c hn e e d e d2 4 h t h ep r o d u c ti si d e n t i f i e dt ob er e a l c15 - w i t t i gs a l tb yu v l c m sa n dt h ep u r i t yi sa l s oi d e n t i f i e d ，9 4 7 4 t h i r d ，f r o mt h ew i t t i g s a l t ，t h es y m m e t r i c - c a r o t e n o i dw a so b t a i n e db yat w o f o l dw i r i gc o n d e n s a t i o n w i t ht h e s o c a l l e d ( 2 e ，6 e ) 一2 ，7 一d i m e t h y l o c t a - 2 ，4 ，6 - t r i e n 一1 ，8 一d i a l d e h y d e t h e r e a c t i o n s y s t e mu s e d e t h e a n o la st h es o l v e n ta n ds o d i u me t h y l a t ea st h eb a s e t h ec r u e dp r o d u c tw a ss e p r a t e db y s i l i c a g e lc o l u m n u s i n gd i c h l o r o m e t h a n ea se l u e n t t h ea i m e dp r o d u c t ( 一c a r o t e n o i do b t a i n e d b y3s t e p s ，t h et o t a ly i e l dw a s6 2 3 ( c a l c u l a t e db yf a m e s a l ) t h eq u a l i t a t i o na n a l y s i so ft h e a i m e dp r o d u c tw a sc o n f i r m e db yi r ，u v ，m s ，1h n m r a tl a s t ，u s i n gt h eh y d r o x y lr a d i c a l s y s t e m ，s u p e r i 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 so f 一c a r o t e n o i dw a ss t u d i e d t h e r e s u l ts u g g e s t e dt h a ti n h i b i t i o nr a t i oo f t w ow e r e2 7 8 2 ，2 5 3 3 。 f i v es t e p sw e r em a d et o g e tt h e7 , 8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 - o c t a h y d r o l y c o p e n e f i r s t ，t h e f a r n e s o lw a so x i d i z e dt om a d ef a r n e s o la l d e h y d e t h e nl i t h i u ma l u m i n u mh y d r i d ew a sg o tt o c o m p l e t et h er e d u c t i o nr e a c t i o no fl ，2 d i h y d r o f a m e s 0 1 t h i r d ，1 ，2 - d i h y d r o f a m e s o lb r o m i d e w a sp r e p a r e db yi n t e r m i d i a t eo fs t e pt w ou d e rt h et e m p e r a t u r eo f - 5 一0 f o r t h ，w i t t i gs a l t w a so b t a i n e da f t e ra d d i n gt r i p h e n y l p h o s p h i n ei nt o l u e n eu n d e rr e d i t i l l a t i o nc o n d i t i o nw h i c h n e e d e d2 4 h a tl a s t ，t h et a r g e tp r o d u c t7 , 8 ，9 ，10 ，7 ，8 ，9 ，10 - o c t a h y d r o l y c o p e n ew a so b t a i n e d b y at w o f o l d w i t t i g c o n d e n s a t i o nw i t ht h e s o c a l l e d ( 2 e ，6 e ) - 2 ，7 一d i m e t h y l o c t a 一2 ，4 ， 6 - t r i e n 1 8 一d i a l d e h y d e t h er e a c t i o ns y s t e mu s e de t h e a n o la st h es o l v e n ta n ds o d i u me t h y a t ea s t h eb a s e t h ec r u e dp r o d u c tw a ss e p r a t e db ys i l i c a g e lc o l u m n u s i n gd i c h l o r o m e t h a n ea se l u e n t t h et o t a ly e i l dw a s6 4 t h ei n t e r m a d i a t e sa l la b o v ea n dt a r g e tp r o d u c tw a si d e n t i f i e dw i t h u v ，i r ，l c m s ，g c m sa n dlh n m r 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 ri x id e r 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 so f - c a r o t e n o i dw a ss t u d i e d t h er e s u l ts u g g e s t e d t l l a ti n h i b i t i o nr a t i oo ft w ow e r e4 7 4 5 ，4 0 6 3 t h e r ea r ev e r yl i t t l er e s e r c h e so fs y n t h e s i so f7 ，8 ，7 ，8 - t e t r h y d r o l y c o p e n ea n d7 , 8 ，9 ， 1o ，7 ，8 ，9 ，l0 - o c t a h y d r o l y c o p e n e ，a n ds o d ot h ea n t i o x i d a t i o na c t i v i t i e so ft h e m i na w o r d ，t h ea l lw o r k sh a db e e nd o n ei nt h ep a p e rh a v eap r o m o t i n ge f f e c to nt h er e s e r c ha n d d e v e l o p m e n to fa n t i o x id a n tw h i c hb e e nu s e di nc o s m e t i cp r o d u c t s k e y w o r d s ：7 ，8 ，7 ，8 - t e t r h y d r o l y c o p e n ea n d7 , 8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 - o c t a h y d r o l y c o p e n e f a r n e s o l ，a n t i o x i g e n i i 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。 签名：赌日期：碰z 塑 关于论文使用授权的说明 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。 签名：幽- - i 二、j 3 、，- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 导师签名：击队 下一 第一章绪论 第一章绪论 1 1 类胡萝卜素的介绍 类胡萝卜素( c a r o t e n o i d s ) 通常是指4 0 碳的碳氢化合物( 胡萝卜素) 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 从胡萝卜根中分离出碳水化合物类 的色素，以“胡萝卜素”命名；之后，b e r z e l i u s 从秋天的叶片中分离提取出黄色的极性色 素，并名之为“叶黄素”。随着技术的发展，人们又分离出一系列的天然色素，并命名为 “类胡萝卜素”。在自然界，类胡萝卜素广泛存在于动物，植物及微生物中。在植物中， 类胡萝卜素存在于叶绿体和有色体膜上。绝大多数类胡萝卜素呈绚丽的黄色、橙色或红 色；类胡萝卜素都具有共同的化学结构特征，它们是由8 个异戊二烯基本单位组合成的 多烯链，通过共轭双键构成的一类化合物或其氧化衍生物，类胡萝卜素分子中最重要的 部分是决定生物功能和颜色的共轭双键系统。部分类胡萝卜素结构如下： 卤f a 曲j 。椭饵花药黄素 。殷k 从棚辣椒素 虾青素 p 一胡萝卜素 目前己发现有6 0 0 多种天然的类胡萝卜素，可分为四个亚族：胡萝卜素，如仅、d 一、 y 胡萝卜素，番茄红素；胡萝卜醇，如叶黄素，玉米黄素，虾青素；胡萝卜醇的酯类， 如d 阿朴8 胡萝卜酸酯；胡萝卜酸，如藏红素，胭脂树橙。早在半个世纪前，人类就 己知伐、b 胡萝卜素可水解生成维生素a ，进而参与视觉生理代谢，是防止由于维生素 a 缺乏而引起夜盲症的重要营养物质。约有1 0 的类胡萝卜素是维生素a 的前体，维生 素a 作为人体中一种关键的营养素，其缺乏会导致人的皮肤变厚、干燥、发生皱纹，会 增加患癌症、心脏病、眼疾等多种疾病的危险，还会加剧腹泻、呼吸疾病、儿童麻疹等。 在多种类胡萝卜成分之中，d 胡萝卜素作为维生素a 的前体，早已倍受关注。p 胡萝卜 素的缺乏，轻度导致发生夜盲症，重度会造成角膜溃疡、晶体脱落以致失明。维生素a 缺乏是现今发展中国家普遍存在的严重问题，据世界卫生组织估测，由于维生素a 的营 养水平不足导致每年至少2 0 0 万人死亡，其中主要是学龄前儿童；在非洲东南部，每年 因维生素a 缺乏有近一万儿童失明川- 【2 。 1 2 类胡萝卜素十分重要的抗氧性 目前已被证实的具有抗氧化作用的植物性食品有：维生素类、多酚类、类黄酮、花 色素、香辛料类等，其中维生素类中的类胡萝卜素被誉为植物中的抗氧化尖兵。 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。类胡萝卜素，尤其是p 胡萝卜素不仅是维生素a 的前 江南大学硕+ 学位论文 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。 体内的内源性抗氧化物( v - c 、v - e 、辅酶q 、s o d 、g s h 等) 是防御自由基氧化 胁迫的第一道防线，当其防御能力减弱时，就需要补充各种食品或药品中的外源性抗氧 化物以有效阻断和消除各种氧化损伤，使身体保持健康状态，延缓衰老。为消除自由基 的危害，寻找高效、无毒、价廉的抗氧化物质已成为营养保健的研究热点之一。 医学研究发现，由各种氧自由基所引发的氧化作用，是导致身体中各组分和器官损 伤、病变的重要原因之一。现己证实，动脉硬化、心脏病、肿瘤、肾病、肝病、糖尿病、 白内障乃至衰老等近百种疾病的发生和发展均与氧化有关【3 】o 1 3 1 类胡萝卜素能消除单线态氧 类胡萝卜素能消除单线态氧，已于1 9 6 8 年得到证实。由叶绿素之类光敏剂吸收光 能后，引发三重态氧的激发态，使三重态氧3 0 2 引发反应而产生单线态氧1 0 2 ，类胡萝 b 素吸收1 0 2 的能量而使之回复到三重态氧，自己成为吸附能量的类胡萝卜素，经放出 热能后重新回至普通的类胡萝卜素，同时消除1 0 2 。这种消除1 0 2 的能力只能在有9 个 以上共轭双键的类胡萝b 素才具备，只有五个共轭双键的视黄醇就无法消除1 0 2 【4 】。 各种类胡萝卜素对1 0 2 的消除能力有所不同，部分类胡萝卜素清除单线态氧能力( 焯 灭速率) 比较：番茄红素 虾青素 b 胡萝b 素 玉米黄质 叶黄 素紫黄质。 其中的番茄红素的消除能力为最强，但不同体外条件下的测定结果有所不同。而血 液中所存在的胆红素、胆绿素、生育酚对1 0 2 的消除能力低于大多数类胡萝b 素。类胡 萝卜素对1 0 2 的消除能力，构成了体内对氧化伤害的部分防御能力。 1 3 2 类胡萝卜紊捕捉自由基 类胡萝卜素对1 0 2 的消除作用在2 0 世纪6 0 年代已被证明。脂质的过氧化反应由自 由基引起，类胡萝卜素捕获自由基后，就终止了脂质的过氧化历程，从而保护了脂质不 受氧化作用的变性和破坏【5 】。 脂质的过氧化反应，可表示为： 起始反应： l h 连锁反应：l + 0 2 一l 0 0 l 0 0 + l h l 0 0 h + l 停止反应：l o o + l o o 一非活性物质 l o o ( 指质过氧自由基) l h ( 脂类) l ( 脂质自由基) l o o h ( 过氧化脂质) 在上述反应过程中，产物l o o b 是稳定的，但当介质中氧分压高时，就会进一步 形成氧自由基( l o o b o o ) ，这样自由基的连续反应就会不断继续下去。相反的， 如氧浓度低时，可重新回复至稳定的l o ，即是一个可逆反应，并抑制l o o b o o 的生成。因此，类胡萝卜素在低氧分压下捕捉自由基的能力比在高氧浓度下更强， 因为在高氧浓度下会产生新的过氧化自由基，因此自由基数无法减少。这是类胡萝b 素 不同于其他抗氧化剂的特性，故只有在身体组织等中氧浓度较低的条件下，才能发挥抗 氧化能力。 2 第一章绪论 有人对主要类胡萝b 素对d p p h 所产生自由基的清除能力进行比较，结果以番茄红 素的效率最强，分别为c i 胡萝b 素的5 3 2 倍，b 隐黄质的5 9 5 倍，b 一胡萝卜素6 7 6 倍，玉米黄质的1 3 8 9 倍和叶黄素的2 2 7 3 倍。 1 3 3 类胡萝卜素对氧化伤害的防御 在卟啉症患者的体内蓄积有较高的感光过敏物质卟啉，当皮肤受到室外光线的照 射，就会引起体内卟啉的作用而产生较多的1 0 2 ，从而导致表皮的氧化伤害。而b 胡萝 卜素能抑制表皮的脂质过氧化反应，故采用b 胡萝卜素对卟啉症的治疗有明显效果。 据分析，老年性痴呆患者红细胞膜的过氧化磷脂，远比同龄的正常人为高，前者平均为 9 7 0 n m o l l ，而后者仅2 8 0 n m o l l 。而b 胡萝卜素是防止红细胞氧化老化的有效成分 之一。 1 3 4 类胡萝卜素是重要营养物质维生a 的前体 早在半个世纪前，人类就已知仅、3 - 胡萝b 素可水解生成维生素a ，进而参与视觉 生理代谢，是防止由于维生素a 缺乏而引起夜盲症的重要营养物质。约有1 0 的类胡 萝b 素是维生素a 的前体，维生素a 作为人体中一种关键的营养素，其缺乏会导致人 的皮肤变厚、干燥、发生皱纹，会增加患癌症、心脏病、眼疾等多种疾病的危险，还会 加剧腹泻、呼吸疾病、儿章麻疹等。在多种类胡萝b 成分之中，b 胡萝b 素作为维生素 a 的前体，早已倍受关注。d 胡萝卜素的缺乏，轻度导致发生夜盲症，重度会造成角膜 溃疡、晶体脱落以致失吲6 。 维生素a 缺乏是现今发展中国家普遍存在的严重问题，据世界卫生组织估测，由于 维生素a 的营养水平不足导致每年至少2 0 0 万人死亡，其中主要是学龄前儿童；在非洲 东南部，每年因维生素a 缺乏有近一万儿童失明。 1 3 5 类胡萝卜素具有增强免疫功能 生物体内免疫系统的两个主要功能是抵御细菌、病毒的侵染和抑制预防癌细胞的生 长。上世纪8 0 年代初s e i f t e r 就有关于增补类胡萝卜素可增强免疫活性的报道，1 9 9 1 年 b e n d i c h 指出：类胡萝卜素能增加免疫系统中b 细胞的活力、消灭外源入侵的病原菌； 能提高淋巴辅助t 细胞的活力，协助b 细胞产生抗体，并提高其它免疫组分的活性；还 能增加自然杀伤细胞的数目，以消除机体内被感染的细胞或癌细胞。据报道，除卜胡 萝b 素外，番茄红素等也有增加免疫力的功能。 1 3 6 类胡萝卜素预防癌症的功能 类胡萝卜素有防癌抗癌的作用。多项证据表明许多类胡萝卜素具有抗癌活力，类胡 萝b 素的应用可能使癌症致死的危险性降低2 0 3 0 。流行病学、药理实验都肯定a 一、 b 胡萝b 素、番茄红素、叶黄素等类胡萝卜素具有抗癌作用。其中，p 胡萝b 素对一些 癌前病变如口腔癌、鼻咽癌有比较好的治疗效果，d 胡萝卜素对肺癌、宫颈癌、卵巢癌、 食道癌也有预防作用。流行病学研究还表明，饮食中富含类胡萝b 素的果蔬的抗癌位点 有肺、胰、腺、胃、肝、结肠、乳腺等处。 综上所述，类胡萝卜素具有相当有效的治疗和预防疾病的作用，有益于人类的健康。 然而，人体自身不能合成类胡萝卜素，果蔬是其重要来源。如果仅考虑类胡萝卜素为维 江南人学硕十学位论文 生素a 源，一般每人每天补充5 - - 6 m g l 3 胡萝b 素已足够，但若考虑利用类胡萝b 素来 治疗和预防疾病，人体的需求量则大的多。果蔬本身虽含有丰富的类胡萝b 素，但单靠 其自身很难达到预防疾病的需求，食用强化类类胡萝b 素果蔬或作物不失为一解决问题 的方法。 现在，随着生物化学和分子生物学研究的不断发展，类胡萝b 素生物合成的主要途 径已被人们基本阐明，并且影响、调控其生物合成途径中的一系列关键酶基因也已陆续 被分离鉴定。这为通过基因工程技术，调控果蔬等作物的类胡萝b 素生物合成途径，提 高作物中类胡萝b 素尤其是p 胡萝卜素的含量奠定了基础。 1 3 人体自由基概述 医学研究发现，由各种氧自由基所引发的氧化作用，是导致身体中各组分和器官损 伤、病变的重要原因之一。现己证实，动脉硬化、心脏病、肿瘤、肾病、肝病、糖尿病、 白内障乃至衰老等近百种疾病的发生和发展均与氧化有关。 1 3 1 自由基简介 人体组织由6 0 万亿1 0 0 万亿个各种各样类型的细胞所组成。约有2 0 0 种不同性 质的细胞，大多数细胞通过分裂而再生，细胞的新陈代谢过程是细胞中的氧( 0 2 ) 与细 胞食物在细胞线粒体中经酶促降解作用而产生能量的过程。线粒体使氧和氢结合生成 水，然后利用其释放的能量产生a t p ( 三磷酸腺苷) 。细胞中的氧( 0 2 ) 在转变成水的 过程中，会产生许多活性氧( r o s ) ，其中，大部分活性氧在形成水之前都会得到很好 的保护，但总有少数活性氧( 2 5 ) 在反应过程中泄漏出来，成为多余的氧自由基， 从而导致组织的伤害，乃至诱发各种疾病，促使机体衰老。 1 3 2 人体自由基的形成 细胞在正常代谢过程中，存在着许多细胞内酶的各种催化活动，这类酶催化反应是 形成自由基的最重要途径。如细胞内存在的黄嘌呤氧化酶、髓过氧化酶等重要的可溶性 酶类，都会诱发大量的自由基，如： 次黄嘌呤+ h 2 0 + 2 0 2黄嘌呤+ 2 0 2 。+ 2 i - i + 黄嘌呤+ h 2 0 + 2 0 2尿酸+ 2 0 2 。+ 2 h + 也可是非酶催化的反应过程，如： 血红蛋白f e 2 + + 0 2 一血红蛋白f e ”+ 0 2 。 这些活性氧对侵入体内的细菌等，有很强的杀伤能力，也包括对炎症、化学物质等 的消除能力。这是自由基在维持机体正常代谢中的积极作用，是必不可少的有益贡献。 除正常情况外，一些化学物质 如腐败、酸败、霉变等变质的食物、抗菌素、杀虫 剂、农药( 如百草枯) 、麻醉剂】、污染的空气、香烟的烟雾和焦油、辐射能、光化学空气 污染物，乃至运动、心理压力等也都会激发活性氧和自由基的产生。而在人体内部，如 当发生炎症、缺血、心肌梗死、脑血栓发作等时，以及体内部分组织一旦血液停止流动 到再开始流动的这一瞬间，都会爆发性地产生大量自由基，这是由于体内的再生而导致 急剧的活动，伴随着剧烈活动的同时所产生的自由基。 4 第一章绪论 1 3 3 自由基的氧化伤害 人的每个细胞每天可受到1 0 1 3 1 0 1 4 次自由基的攻击。而当体内的氧化增强系统与 抗氧化系统之间的平衡向氧化增强方向变化时，就会造成氧化胁迫( 亦称氧化应激) 。细 胞组织受到活性氧、自由基的氧化胁迫，使构成细胞组织的各种物质，如脂质、糖类、 蛋白质、脱氧核糖核酸( d n a ) 等所有的大分子物质，发生各种氧化反应，引起变性、交 联、断裂等氧化伤害，进而导致细胞结构和功能的破坏，以及机体组织的损伤和器官的 病变，从而导致伤害和病变1 7 j 。 1 4 番茄红素的简介 番茄红素是食物中的一种天然色素成分，在化学结构上属于类胡萝b 素。自然界的 番茄红素纯品为深红色针状物质，由于其最早是从西红柿中分离获得，所以称番茄红素。 番茄红素是一种很强的抗氧化剂，在自然界中发现抗氧化能力最强的天然食品成 分，其清除氧自由基的能力是维生素e 的1 0 0 倍，是0 【、p 一胡萝卜素的2 倍之多。，对 防治前列腺癌、肺癌、乳腺癌、子宫癌等有显著效果，还有预防心脑血管疾病、提高免 疫力、延缓衰老等功效，有植物黄金之称，被誉为“2 l 世纪保健品的新宠”。 番茄 红素在自然界中主要存在于番茄、西瓜、红色葡萄柚以及红色棕榈油中，其中在番茄中 的含量最高。 近年来的研究表明番茄红素具有很多重要的功能，首先，它具有极强的抗氧化能力， 番茄红素是迄今为止所发现的抗氧化能力最强的天然物质。它能防治心血管疾病，能 提高机体免疫力，预防癌症，抑制癌细胞的繁殖。 1 9 5 9 年，美国医学家首次报道番茄红素具有抗癌效果； 1 9 8 5 1 9 9 1 年，意大利医 学研究院用大剂量番茄红素进行预防癌症试验，发现血清番茄红素浓度与胃癌发病率成 负相关，证实番茄红素可降低肿瘤发病率；1 9 8 9 年，美国进行动物实验证实番茄红素 可降低肺癌的发生率；1 9 9 2 年，美国哈佛大学医学院试验证明血中番茄红素的水平与 胰腺癌呈负相关。哈佛专家对4 7 0 0 0 名男子经过6 年的研究证实，血液中番茄红素含 量高者患前列腺癌机会少4 4 。最近研究发现，限制性紫外线照射可使皮肤中番茄 红素浓度下降3 1 4 6 ，由此推断，皮肤中的番茄红素起着防紫外线作用，即可防止 紫外线所引起的色斑、黑点等。 预防和抑制癌症：最新研究成果表明，每天摄取3 0 毫克番茄红素，可以达到预防 前列腺癌、消化道癌以及膀胱癌等多种癌症的效果。人体无法合成番茄红素，必须从膳 食中摄取，吃一个生番茄只能吸收0 0 5 毫克的番茄红素。因此，在前列腺疾病的治疗中， 补充番茄红素是必不可少的。 保护心血管：在动脉粥样硬化的发生和发展过程中，血管内膜中的脂蛋白氧化是一 个关键因素。番茄红素在降低脂蛋白氧化方面发挥着重要作用。据报道，口服天然番茄 红素，能使血清胆固醇降至5 2 0 毫摩尔升以下，番茄红素用于防治高胆固醇和高血脂 症，可以减缓心血管疾病的发展。 江南人学硕士学位论文 抗紫外线辐射功能：番茄红素能对抗紫外线损伤。研究人员给1 0 名健康人各补充 2 8 毫克b 胡萝卜素和2 毫克番茄红素1 2 个月，结果服用番茄红素人群紫外线引发红斑 的面积减少，程度减轻。 抑制诱变作用：肿瘤生成的重要机制之一是组织细胞在外界诱变剂的作用下发生基 因突变，而番茄红素能阻断这个过程，发挥抗癌作用。如地中海地区居民在煎烤鱼和肉 的同时使用番茄酱，减少了烹调过程中杂胺等诱变剂的形成。所以虽然当地居民喜食易 致癌的煎烤食物，但是宫颈癌、前列腺癌以及肝癌的发病率却很低【8 】- 【1 5 】。 1 5 八氢番茄红素与四氢番茄红素的简介 四氢番茄红素( c a r o t e n o i d ) 是一种很重要的类胡萝卜素，分子是为c 4 0 h 6 0 ，分 子量为5 4 0 8 5 9 m o l 。最早从番茄中分离提取出来，故此得名。广泛存在于番茄、西瓜、 红色葡萄柚等果实中，以及茶的叶片和萝卜与胡萝t - 的根部。 其化学结构是由七个双键共轭体系与四个非共轭体系组成的直线型碳氢化合物，具 有多种顺反异构体，在植物中存在的四氢番茄红素几乎都是反式的。研究表明，顺式与 反式异构体在化学与物理特性上完全不同。由于其共轭体系较多易发生顺反变化及发生 氧化降解，对光、热及酸的不稳定性；在碱性条件下，稳定性较好；高纯度的产品，若 没有其它物质的保护极不稳定，易被氧化。 其不具有环状结构，没有维生素a 的活性，因此过去没有得到重视。但近年来的研 究表明，四氢番茄红素具有优越的生理功能。在类胡萝卜素中，其具有较强的抗氧性能， 并具有抗癌防癌，增强机体免疫力和抗衰老等作用。比番茄红素少两个共轭体系，其抗 氧性可能会相对弱一些，但比起其它色素，仍具有较强的抗氧性；阻止脂质过氧化、提 高机体免疫等独特的生物学活性，对癌症、心血管等慢性疾病有延缓和抑制作用等。 人体自身也不能产生四氢番茄红素，须从食物中获取，目前成为国际上功能食品成 分研究的一个热点，因此是一种很有开发价值的功能性天然色素【l6 1 。 同时，在化妆品中的应用也较为广泛，有延缓衰老，美白，诱导细胞分化等作用， 如： ( 1 ) 可用作化妆品色素，用它可调出非常美丽的金黄色泽； ( 2 ) 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，有一篇同本公开特许公报报道 在化妆品中用入番茄红素对盐溶性和酸溶性胶原蛋白的生成都有促进作用； ( 3 ) 能延缓衰老，抵抗紫外线的辐射，皮肤不受紫外线的光线伤害，避免了皱纹、 甚至皮肤癌的形成，有一日本专利将其用于美白化妆品中。 本文研究类胡萝卜素中的四氢番茄红素，其结构为： 八氢番茄红素是相对于番茄红素的共轭体系，多了4 个氢的一类物质的总称， 这一系列的八氢番茄红素的都是重要的类胡萝卜素类物质，不但是重要的抗氧剂，抗癌 6 第一章绪论 药物，也是合成番茄红素的前导体，如一种叫植稀的八氢番茄红素在生物细胞内能够直 接转化成番茄红素。 目前研究得比较多的八氢番茄红素就是植稀【1 7 1 ，广泛存在于多种蔬菜和水果如南 瓜、番茄、红葡萄、柠檬等中，是生物体在合成b 胡萝卜素或番茄红素中的中间产物。 有供应的植烯为淡黄色结晶，能溶于二硫化碳、苯和氯仿，略溶于乙醚、石油醚和油类， 极难溶于乙醇和甲醇，几乎不溶于水、酸或碱，紫外最大吸收特征波长为2 8 6 n m 。植烯 的结构。 收集海藻( d u n a l i e l l ab a r d a w i l ) ，离心洗涤除盐，喷雾干燥，粉碎成末，测定 此物中含植烯2 和d 胡萝卜素o 5 ，在超声波下用二氯甲烷萃取1 5 m i n ，滤出萃取液， 在氮气保护下蒸发至干，用石油醚溶解，滤除不溶部分，在氮气下浓缩至小体积，经中 性氧化铝柱，以氯仿丙酮混合溶剂洗脱，收集色带，为植烯的洗脱部分。 经研究，植烯在进入生物体后，在酶的作用下，能转变为p 一胡萝卜素或番茄红素， 但植烯与传统多萜类成分如b 胡萝卜素、番茄红素等不同的是，植烯受光照而降解的影 响很小，在a 区和b 区2 5 4 n m 和3 6 5 n m 光线照射，残留量是p 胡萝卜素的一倍以上。 表1 - 1 植烯照射残留表 t a b 1 - 1r e s i d u eo fi r r a d i a t e do c t a h y d r o l y c o p e n e 照射时间( m i n )植烯的残留率( ) p 胡萝卜素的残留率( ) 3 0 5 4 4 62 5 o o 9 02 0 3 3 1 1 3 6 1 2 01 5 7 09 4 7 】5 0】3 6 45 6 8 p 胡萝卜素、番茄红素是常用的色素，均为特征的橙色，欲在白色面用化妆品中加 入有相当难度，利用植烯可转化的特点，可方便的在各种化妆品中用入。 植烯有强烈的抗氧性，对羟基自由基、过氧化氢、臭氧及其他自由基均有清除作用， 如对羟基自由基的半抑制浓度为1 1 2 p g m l 。植烯有代替p 胡萝卜素、番茄红素的作用， 因此也有它们相当的维生素样营养皮肤的作用，是细胞的活化剂。 本文中所研究的八氢番茄红素为有五个共轭体系的7 ，8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 一八氢番茄红 素其结构为： 由于合成和抗氧性的相关研究文献都很少，无法确定天然产物中的这种八氢番茄红 素的实际抗氧性有多少。但是，作为重要的类胡箩卜素中的一种，与植稀比较起来，具 有更多的共轭体系应到具有更好的抗氧，抗癌效能。本文只是从基础的合成研究出发， 研究了7 ，8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 八氢番茄红素的化学合成方法，并初步测定了其对羟基和超 氧自由基的抑制作用，并没有进行比较性实验。 7 江南人学硕+ 学位论文 1 6 立题依据 由于类胡萝b 素具有多种功能，又在食品、医药及化妆品方面得到广泛的应用。近 年来，由于类胡萝b 素自身的防癌抗癌美白抗皱纹等功效，一直是研究的热点，7 ，8 ，7 ， 8 一四氢番茄红素和7 ，8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 - 八氢番茄红素，是一种天然存在于番茄等多种 植物中的类胡萝b 素，也是转化成番茄红素和植烯的中间体。国外曾有报道，用2 ，6 ，1 0 三甲基1 ，5 ，9 一十一碳三烯2 醇为起始原料，合成四氢番茄红素而对于八氢番茄红素的合 成还没有相关报道。文献中的这种方法副反应多，对最终产物的提纯和产率有较大影响。 目前对于它们的合成，抗氧和抗自由基能力的研究还很少，本课题所研究的合成方案， 不但原料来源广，价格便宜，并且w i t t i g 反应的高选择性已经不容置疑的问题。对于本 课题的研究，能够为类胡萝b 素类物质的化学合成起到积极的促进作用，因此具有较大 的研究价值。 综上所述，四氢番茄红素和八氢番茄红素在治疗或预防心脑血管疾病以及癌症等方 面具有明确的药理效应，特别是其具有广谱的抗癌活性和低毒性，而且显示出好的效果， 在进一步的基础研究和临床实验后，有望成为未来的主流抗癌新药，或具有强力活血化 瘀功效的治疗心脑血管疾病的新药。并且在大力倡导“绿色”化妆品的今天，天然活性 化妆品顺应了回归大自然的发展潮流和人们的消费心理。番茄红素，以及其包含的主要 有效成分，四氢、六氢、八氢番茄红素，还有它们的各类衍生物的杰出的药理性能，在 应用到“绿色”化妆品之中后，能够使天然活性化妆品，特别是中草药化妆品成为我国 化妆品在国际化妆品市场竞争中取胜的法宝。同时，它具有的特殊功效调美丽的金黄色， 很高的单线态氧自由基的捕获能力，能延缓衰老，抵抗紫外线的辐射，皱纹、甚至皮肤 癌的形成，也为人类追求美，追求健康，抵抗衰老，提供一个有利的武器。因此，深度 开发番茄红素类化合物的药用价值以便广泛应用于医疗领域和美容化妆品领域，具有重 要的社会意义和经济价值。 鉴于以上所述，本课题主要从事以下几方面的研究： ( 1 ) 金合欢基溴的合成工艺研究，优化，金合欢基溴的表征。 ( 2 ) 金合欢基季磷盐合成工艺研究，优化，金合欢基季磷盐的表征。 ( 3 ) 7 ，8 ，7 ，8 四氢番茄红素的合成，结构表征，以及抗氧性的测定。 ( 4 ) 金合欢醛的合成研究，表征。 ( 5 ) 二氢金合欢醇的合成研究，表征。 ( 6 ) 二氢金合欢基溴的合成研究，表征。 ( 7 ) 二氢金合欢季磷盐的合成研究，表征。 ( 8 ) 7 ，8 ，9 ，1 0 ，7 ，8 ，9 ，1 0 八氢番茄红素合成，表征以及抗氧性的测定。 8 第二章7 ，8 ，7 ，8 四氢侨茄红素的合成研究 第二章7 ，8 ，7 ，8 一四氢番茄红素的合成研究 引言 目前，国内外对7 ，8 ，7 ，8 四氢番茄红素的合成研究很少，基本以提取为主，并且 合成出来的方法也很少，国外仅有一篇论文报道【墙】以2 , 6 ，1 0 三甲基一1 ，5 ，9 十一碳三烯2 醇为起始原料合成四氢番茄红素，但这方法副反应多，最终产物难于提纯，产率也低。本 文中的设计是从经典的w i t t i g 反应出发，其选择性高，产率高，而且反应简捷，方便， 并且对其它类胡萝b 素类物质的化学合成起到积极的促进作用。 四氢番茄红素分子式逆向分析 b ， 二j 弋八人。h 表2 1 实验仪器 t a b 2 1e x p e r i m e n ti n s t r u m e n t 9 江南人学硕十学位论文 环己烷 三苯基磷 金合欢醇 三溴化磷 甲醇 柱层层析硅胶 层析硅胶( g f 2 5 4 ) 一薄板 无水乙醚 无水乙醇 二氯甲烷 乙酸乙酯 甲苯 苯 p h 试纸 氢氧化钠 无水碳酸钾 无水硫酸镁 氯化钠 2 ，7 二甲基2 ，4 ，6 辛三稀 1 。8 一二醛 分析纯 化学纯 化学纯 化学纯 色谱纯 试剂级 试剂级 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 试剂级 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 江苏汉邦科技有限公司 青岛海洋化工厂分厂 浙江省台州市路桥四甲生化塑料厂 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 上海三思试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 实验室制备 2 1 金合欢醇羟基的溴取代反应 引言 溴化物是有机合成中非常有用的一类中间体，萜烯基溴化物对于帖类化合物的深加 工具有较大意义，如金合欢基溴是合成活性物质角鲨烯的最重要的中间体之一。三溴化 磷无色或淡黄色发烟液体，有刺激性臭味，有腐蚀性。稳定性较好，密封干燥保存。但 遇水分解生成溴化氢有毒气体，能与丙酮、乙醚、氯仿、二硫化碳、四氯化碳等相混。 相对密度为2 8 5 2 9 c m 3 ，熔点为一4 0 ，沸点为1 7 5 3 ，蒸气压为1 3 3 3 帕( 4 7 8 ) 。在 有机合成中主要作为溴化剂及还原剂。 萜烯醇类的衍生化反应基本上局限于酯化、脱水等很少数的反应，其他反应很难直 接进行。因此，若要将萜烯醇转化成其他形式的衍生物，必须经过卤化物这样的活泼性 较高的中间体。以三溴化磷为溴化剂进行萜烯醇溴化的反应，虽然目前研究和应用得还