毕业设计（论文）-对甲基苯基-1-O-β-D-吡喃葡萄糖苷的合成.doc

目录中文摘要3Abstract4引言51 糖苷类化合物的合成研究进展61.1 Koenigs-Knorr法71.2 E.Fischer法81.3 相转移催化法82材料与方法82.1实验仪器82.2实验药品92.3实验方法93 实验步骤103.1 -D-五乙酰吡喃葡萄糖()的制备103.2 2,3,4,6-四-O-乙酰基-1-O-对甲基苯基-D-吡喃葡萄糖苷()的制备103.3 对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷()的制备114 结果与讨论114.1乙酰化反应114.2 成苷反应134.2.1催化剂的影响134.2.2反应时间的影响。134.2.3其它因素134.3 糖苷的甲醇解145 结论15致谢16参考文献17对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷的合成摘要：对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷是中药材天麻中存在的一种具有生理活性的天然糖苷类化合物，主要用于中枢神经系统、心血管系统的疾病的治疗。本文主要研究了对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷的合成方法，并对其合成的实验条件进行了讨论归纳，为优化合成工艺进行了初步的探索。实验中采用葡萄糖作为起始原料，经历乙酰化、糖苷化和脱乙酰化三步反应，成功合成了对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷。关键词：对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷；合成；糖苷化Synthesis of p-methylphenyl-1-O-D-glucopyranosideStudent majoring in pharmacy Dan YangTutor Yuwen LiAbstract: p-methylphenyl-1-O-D-glucopyranoside, one of the most important component found in Gastrodia elata Blume, is mainly used in the treatment of central nerve system and cardiovascular disease. In this paper, the p-methylphenyl-1-O-D-glucopyranoside was synthesized in three steps with D-glucose as starting material. Treatment of D-glucose with sodium acetate and acetic anhydride under reflux conditions lead to the peracetylated D-glucose, followed by glycosylation with p-cresol and deacetylation using sodium methoxide affording p-methylphenyl-1-O-D-gluco-Pyranoside. Keywords: p-methylphenyl-1-O-D-glucopyranoside; synthesis ; glycosylation引言对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷，是兰科植物天麻中存在的一种具有生理活性的天然糖苷类化合物。现代药理学研究表明，天麻具有中枢神经系统、心血管系统等很多生理活性1,2如：息风止痉、平抑肝阳、祛风通络，治疗头痛眩晕、肢体麻木、癫痫抽搐、破伤风等，近几年来还发现有增智健脑延缓衰老的作用，对于老年性痴呆也有一定疗效。大量文献对天麻的化学成分进行了一系列系统研究2,3,5，发现天麻中含有多种与活性有关的糖类化合物，如对羟甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷、3,5-二甲氧基苯甲酸-4-O-D-吡喃葡萄糖苷、腺苷等。但对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷的报道却很少，最近，沈阳药科大学首先分离得到该化合物，并进行了相关光谱学数据的测定3。所谓糖苷4，就是具有环状结构的醛糖或酮糖的半缩醛羟基上的氢被烷基或芳基所取代的缩醛衍生物。广义上，糖或糖的衍生物称为糖基，另一非糖物质称为苷元或配基，两者通过糖的端基碳原子连接而成的化合物，即糖苷或叫配糖体，若配基是糖，这样的糖苷一般称为低聚糖或寡糖。苷的共性部分在糖，而苷元部分几乎包含各种类型的天然成分，性质也各异。糖苷的分类很多，根据糖苷化合物分子结构中的配糖体与糖环相连的原子类型，可把糖苷分为氧苷、氮苷、硫苷和碳苷等，而氧苷最为常见，即配基是氧原子与端基碳结合形成的糖苷；由-半缩醛羟基形成的糖苷称为-糖苷；由-构型半缩醛羟基形成的糖苷称为-糖苷。自然界广泛存在氧苷，它们大多是-糖苷，且很多具有特殊的生物活性，从而担负着重要的生理功能，如：天麻素（酚苷）、红景天苷（醇苷）等氧苷对神经系统有显著作用；水杨苷、仙茅苷、白杨苷、熊果苷、神衰果素、牛蒡子苷、连翘苷等氧苷广泛地应用于身体保健或治疗疾病的各种药物制剂中5，这类糖苷化合物的特点是：糖是单糖，苷元是酚性化合物。根据此类化合物的特点，通过改变单糖和苷元，可以合成一系列小分子酚性糖苷化合物，对所合成糖苷进行的活性筛选，确认这些化合物是否具有较好活性。对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷就是典型的小分子酚性糖苷化合物。作为一种天然产物，大多数情况下是从中药天麻中直接提取、分离得到，但是由于天然存在的糖苷类物质含量较低，直接从天然产物中提取，成本很高，且分离困难，干燥过程极易水解和树脂化，不能满足科学研究及及应用的需求，产率和纯度也有制约。而糖生物学的兴起及与糖有关的药物学的蓬勃发展又需要相当量的有关糖缀合物的纯品，故糖苷的化学合成尤其是立体选择性的化学合成途径成为首选。1糖苷类化合物的合成研究进展一般制备糖苷的方法就是：酸性条件下，醇和糖的反应，但由于糖自身结构中存在多个羟基和缩醛结构，特别是吡喃或呋喃环上各个基团的影响，糖直接脱水生成糖苷键的反应需要强烈的条件，需要特殊的试剂，因而通常先用离去基团（X）来活化异头位，制备成糖基给体，如:稀戊基糖苷、硫代糖苷、糖酯、糖的卤代物、糖的1,2-原酸酯、糖的恶唑啉、糖的1,2-缩水内醚以及不饱和的化合物等，再在促进剂作用下生成糖苷化产物6。1901年，Koenigs和knorr建立的Koenigs-knorr法首先解决了这个问题，他们把乙酰化的糖和溴化氢反应生成乙酰溴代糖，由于Br很易离去，使得糖基具有足够的活性，很易和其他亲核试剂反应生成糖苷。人们就对用化学法合成具生物活性的糖苷类化合物进行了大量广泛的研究，合成了很多寡糖和糖苷类化合物，但由于此类反应中间体四乙酰溴代葡萄糖的诸多缺点7，如稳定性差，易水解，反应条件苛刻等，且立体选择性并不是很高，后来人们对该方法做了大量改进，作为对该法的改良和发展氟代糖的出现为糖苷的合成提供了一种极有价值的方法， 由于其电负性最强，离去活性最低，所以氟代糖的稳定性最好，操作也更方便、稳定，产率也有明显提高，但立体选择性还不是很高，且由于氟代糖的离去活性较低，选用较强活性的亲氟体作为催化剂是必需的。1980年Schmidt建立了三氯乙酰亚氨酯8方法，该方法用不同强度的碱，可以很好的得到两种室温下稳定的、-亚氨酯，再与醇、酚等亲核试剂反应生成糖苷，这种形成亚胺酸酯的方法可以应用于所有保护的吡喃、呋喃单糖及寡糖的端基活化反应。 三氯乙酰亚胺酸酯法进行糖基化反应时需要Lewis酸的催化，通常的催化剂有：BF3.Et2O、TMSOTF等，本法合成糖苷、寡糖具有收率高、立体选择性好、反应条件温和、应用范围广等特点，是目前糖基化反应中被经常使用的方法之一。以硫代异头碳的糖作为合成糖苷键时的糖基给体也是另一类常用方法。糖基硫苷对许多化学条件都很稳定，但该类反应早期主要是用重金属盐作为催化剂，并未克服Koenigs-Knorr法的缺陷，现在正在向以非重金属盐为催化剂的方向发展。此外用于糖苷合成的方法还有很多，如：4-戊稀法、卤代乙酸酯法、糖基硅烷醚法等，目前，常用的是Koenigs-Knorr法、E.Fischer法和相转移催化法。1.1 Koenigs-Knorr法该法始于1901年，在糖苷化学中发挥了重要的作用，经过几十年的发展，现已成为糖苷类化合物化学合成的经典方法之一，该法9是指从-卤代糖出发，在银盐的催化下产生-苷，某些Lewis酸也可催化，如SnCl4, BF3Et2O,ZnCl2，相转移催化剂等。该反应的原理就是先对葡萄糖进行乙酰化保护生成五乙酰葡萄糖,再进行溴代生成四乙酰溴代葡萄糖，以其为糖基供体与酚性苷元进行糖苷化反应，由于乙酰基的邻位参与作用，而生成-糖苷。该类反应产物纯度和收率都比较高。但反应条件苛刻，需避光、无水，反应步骤长，中间体四乙酰溴代葡萄糖具有较好的离去性能，但制备溴代四乙酰葡萄糖的条件十分苛刻。由于热效应显著，温度上升急剧，反应必须严格控制系统的温度及溴试剂的滴加速度，并密切注意温度的变化。此外，溴代四乙酰葡萄糖的稳定性很差，极易水解，且其纯度直接影响下步糖苷反应的收率及立体选择性。但该类反应仍在糖化学中占有重要的地位，开辟了化学合成糖苷的先河，仍有很强的生命力。1.2 E.Fischer法E.Fischer法是从糖出发，先进行乙酰化，生成全乙酰化糖，再与醇等在Lewis酸或酸性阳离子树脂催化下生成糖苷化产物。Fischer糖基化达到平衡时，产物异构体的比例依赖于它们各自热力学上的稳定性以及控制热力学的因素，目前糖基化反应的机理还有些争议。1.3 相转移催化法相转移催化法10是合成酚糖苷的最常用的方法。在TBAB、CTMA等做相转移催化剂是时，酚羟基糖苷化反应大多取得了较高的产率。该类反应在碱性条件下，通过相转移催化剂的作用，使酚羟基与碱反应生成亲核性极强的酚氧负离子，再对卤苷做SN2进攻生成酚糖苷。因为酚钠盐亲核性强，溴代糖又很容易离去，故二者很易进行糖苷化反应。该反应条件温和，操作方面；立体选择性高，产物为-型。但碱性条件下卤苷易发生消除反应，催化剂用量多，不易回收。但是目前，还没有一种方法可以普遍适用于全部糖苷类化合物的合成，因为形成糖苷键的各种反应的结果不仅受到所有试剂及反应条件的影响，甚至受到糖环上每个取代基的直接影响，所以，在每个具体的合成中，都要根据目标分子的结构及设计的合成路线的需要，选择适当的糖苷化方法。本文以研究天然存在的糖苷化产物对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷的合成方法为目的，参考大量文献，遵循立体合成的设计思路，设计实验：采用便宜易得的葡萄糖作为起始原料，经历乙酰化反应制得-D-五乙酰吡喃葡萄糖，-D-五乙酰吡喃葡萄糖与对甲基苯酚成苷后，又在甲醇-甲醇钠体系中脱乙酰基，成功合成了对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷。由于该反应是典型的立体选择性反应，且充分利用了羟基保护的原理，所以对其它天然糖苷类化合物的化学合成具有一定的借鉴意义。2材料与方法21 实验仪器表1主要仪器与设备仪器名称生产厂家DF-101B集热式恒温加热磁力搅拌器SHZ-循环水式真空泵薄层层析GF254硅胶板干燥箱RE-52A型旋转蒸发仪PTHW型调温电热套AR1140型电子分析天平WRS-1B数字熔点仪冰箱ZF-1型三用紫外分析仪灯点样毛细管PH试纸78型磁力搅拌器巩义市予华仪器有限公司郑州长城科工贸有限公司青岛胜海化工有限公司上海福玛实验设备有限公司上海亚荣生化仪器厂河南豫华仪器有限公司奥豪斯公司上海精密科学仪器有限公司澳柯玛股份有限公司江苏海门其林贝尔仪器制造有限公司泰州市兆华贸易有限公司上海三爱思试剂有限公司常州国华电器有限公司2.2 实验药品表2药品规格及来源试剂名称规格来源BF3Et2O对甲苯酚二氯甲烷（已纯化）石油醚乙酸乙酯饱和氯化钠溶液饱和碳酸氢钠溶液95%乙醇溶液浓硫酸-茴香醛试剂葡萄糖乙酸酐无水乙酸钠无水甲醇无水硫酸钠无水乙醇甲醇钠无水ARARARARARARARARARARAR自制成都科龙化工试剂厂莱阳市康德化工有限公司烟台三和化学试剂有限公司天津广成化学试剂有限公司自制自制自制自制天津北方天医化学试剂厂成都科龙化工试剂厂天津广茂化学试剂有限公司天津巴斯夫化工有限公司莱阳市康德化工有限公司烟台三和化学试剂有限公司天津市光复精细化工研究所浓硫酸-茴香醛试剂的制备：浓硫酸1ml加到含茴香醛的乙醇溶液50ml中制得。二氯甲烷的纯化方法：用5%碳酸钠溶液洗涤，再用水洗涤，然后用无水氯化干燥，蒸馏收集40-41的馏分，保存在棕色瓶中。2.3 实验方法 3实验步骤3.1 -D-五乙酰吡喃葡萄糖()的制备将无水葡萄糖(24.6g.0.14mol)， 无水乙酸钠(30g,0.37mol )，132ml乙酸酐置于装有温度计、滴液漏斗的250ml圆底烧瓶中，不断搅拌下开始慢慢加热，当温度升到90时，乙酸钠慢慢溶解并放出大量的热，温度迅速上升到120，乙酸钠完全溶解。100下回流3h ，TLC监测反应进程，溶液颜色由无色变为浅黄色再到棕黄色。反应结束，停止加热，将反应液倒入600ml 冰水中，不断搅拌析出白色固体，过滤，冷水洗涤，所得固体用95乙醇重结晶，过滤真空干燥得白色结晶40.2g ，收率为75.4%, 熔点129-130(文献值11熔点130-131)。3.2 2,3,4,6-四-O-乙酰基-1-O-对甲基苯基-D-吡喃葡萄糖苷()的制备12在250ml的单口烧瓶中，加入-D-五乙酰吡喃葡萄糖8.0g（0.06mol），对甲基苯酚15.6g(0.04mol)，二氯甲烷80ml，得到淡黄色溶液，将14.2g(0.1mol)三氟化硼乙醚液溶解在20ml二氯甲烷中，在冰水浴及磁力搅拌下，用5ml的一次性注射器通过橡胶塞分几次将其逐滴滴入烧瓶中。滴加完毕，撤去冰浴，继续搅拌使之自然升至室温，反应3h，此间溶液一直呈现浅黄褐色并用TLC进行跟踪监测反应终点。反应完毕，在冰水浴冷却下，向烧瓶中加入约140ml饱和碳酸氢钠溶液至溶液呈中性，此时溶液变浅，为浅黄色，且有油状物出现，再用120ml乙酸乙酯萃取中和液，溶液分为两层，上层无色澄清，下层呈浅黄色，中间有少许乳化层，分出下层，上层和乳化层继续用120ml乙酸乙酯萃取一次，取下层。合并两次萃取液，加入约350ml饱和食盐水除水破乳，静置分层，弃去下层，将上层液体倒入250 mL的三角瓶中，加入无水硫酸钠静置过夜。过滤，滤液置500ml单口烧瓶中，经减压浓缩后，得到深黄褐色油状物，室温放置，析出白色固体，该固体用95%的乙醇溶液重结晶，95%的乙醇-水洗，得白色针状晶体，浅黄色滤液再重结晶2次，合并晶体干燥后，称得9.96 g，熔点116.8-117.5，产率56.9%。3.3 对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷()的制备将9.5g(0.02mol)溶于80ml无水甲醇中，加入催化量的甲醇钠溶液，室温下磁力搅拌反应3h，加入强酸性阳离子交换树脂中和至pH=7，滤去树脂，滤液经减压浓缩后为白色固体，用甲醇：氯仿=1:4的混合溶剂重结晶，得无色晶体4.28 g，熔程131-133（文献值3熔点132-134），收率79.3%。4结果与讨论4.1乙酰化反应糖的乙酰化反应是经典的羟基保护反应，控制升温速度，减少副反应的发生，可以保证乙酰化反应进行完全，常用的是糖和乙酸酐的反应，所得乙酰化产物的异构体种类依赖于乙酰化时所用的温度和催化剂。酸酐是强酰化剂，反应具有不可逆性，用酸酐为酰化剂，进行酰化时多在酸或碱催化下进行，一些文献10提到对吡喃糖环（如葡萄糖）羟基进行1,2,3,4,6-O-五乙酰化反应时的产物构型与反应条件的关系：当葡萄糖在Lewis酸、高氯酸等酸性试剂的存在下与乙酐发生五乙酰化反应时，其主要产物是热力学稳定的构型异构体；而当其在弱碱乙酸钠的存在下与乙酐加热至100进行五乙酰化反应时，其主要产物为动力学稳定的构型异构体。 在吡啶、醋酸钠为催化剂的条件下反应进行的糖的酯化反应，都有文献报道过1,7，吡啶和醋酸钠都是碱，催化反应的机理14可能是(以吡啶为例):但在高温和醋酸钠为催化剂的条件下，-糖的乙酰化比-糖乙酰化快的多，主要产物是-乙酰化糖，且用无水醋酸钠代替吡啶做缚酸剂，高收率高，反应时间短15。综合以上参考，故选用醋酸钠催化葡萄糖和乙酸酐的五乙酰化反应合成单一构型的构型异构体。4.2 成苷反应4.2.1催化剂的影响以三氟化硼乙醚液为催化剂，毒性小，避免了用重金属盐作为催化剂毒性问题，且保证了所得产物构型的专一性。增加催化剂的用量可以提高反应收率，但用量过大，糖苷有可能进一步的反应，生成副产物降低收率。4.2.2反应时间的影响。该反应按实验步骤经过小试，反应效果极佳，反应完全无任何副产物。加大剂量后（即按照步骤中所写剂量反应时），三氟化硼乙醚的二氯甲烷溶液滴加完毕后，未撤去冰浴反应3h，TLC检测（石油醚：乙酸乙酯2：1），显示反应未进行完全，可能是温度太低，反应速度缓慢，故撤去冰浴继续搅拌反应，并进行TLC跟踪检测，1h后反应停止。TLC结果如下：Rf=0.28，Rf0.41，Rf对甲苯酚=0.83，两种副产物，0.41Rf10.83,0.28Rf20.41，紫外灯下无暗斑，有暗斑，副产物1无暗斑，副产物2有暗斑。产物经洗涤，浓缩，重结晶，干燥后再做TLC检测，副产物消失，产物较纯，故推测副产物1可能是糖的异构化体，副产物2可能是产物的异构体。4.2.3其它因素一般的糖苷化条件下，热力学稳定的的-糖苷化产物为主要产物，而该实验中的五乙酰及葡萄糖2位有邻基参与的基团，可以立体选择性的合成-糖苷化产物。从反应机理分析，该反应一般是经过以下机理：从中可以看出，中间体原酸酯的生成也是主要的副反应，酸性条件下可转化成糖苷化产物，但同时也往往产生出其它多种副产物。这也是反应收率低的原因之一。另外，该反应必须无水，否则生成的糖苷易水解损失。但由于实验室条件有限，不能通氮气进行保护，可能会造成一部分产物糖苷水解，一部分在酸性条件下发生异构化，而使反应不完全，产率较低。还有文献报道16，以BF3Et2O为催化剂时，无论溶剂是否干燥，都会有副产物的生成。故综合以上条件，该反应的产率已经很高。4.3 糖苷的甲醇解该反应属于典型的酯交换反应，甲醇钠为催化剂，反应后的甲醇钠可通过酸性交换树脂进行中和、脱盐，避免了产物后处理的繁琐步骤，利于糖苷的分离与纯化，明显减少损失；产物乙酸甲酯和多余的甲醇沸点很低，可通过减压蒸馏除去，使产物纯度很高，产率也不低。另外，该反应应在低温、无水的条件下进行，否则糖苷键易断裂，影响收率和产物纯度。5结论对甲基苯基-1-O-D-吡喃葡萄糖苷的制备，采用间接的合成方法：第一步，将葡萄糖的羟基进行全保护，制成五乙酰葡萄糖酯，由于酰氧基比羟基易离去，故活化了糖苷键，使反应容易发生，生成的产物的构型，则通过控制反应条件在乙酸钠-乙酸酐加热进行，可以得到专一的-异构体产物，产率为75.4%。第二步，以-D五乙酰葡萄糖为原料，在酸性介质中经历端基酰氧基的亲核取代得到糖基的衍生物，该方法化学专一性很强，即只有糖的异头碳发生取代，而糖环上其他碳上的酰氧基维持不变。另外，C-2位酯基的存在使得反应能够专一性的生成-异构体产物，产物采用95%乙醇分步结晶法，最终产率为56.9%。第三步，2,3,4,6-四-O-乙酰基-1-O-对甲基苯基-D-吡喃葡萄糖苷在甲醇-甲醇钠体系中，在无水条件下反应，产物的后处理过程中采用强酸性阳离子交换树脂，简化了实验步骤，减少了损失，最终的产物得率为79.3%。致谢本论文是在老师的悉心指导下完成的，从论文的选题、试验的实施到论文结稿的整个过程中，李老师多次询问，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨，热忱鼓励，让我深受感动和鼓舞。李老师严谨的治学态度、活跃的科学思维以及孜孜不倦的敬业精神，为我在今后的学习和研究树立了榜样，在此向李老师致以诚挚的感谢！我还要衷心感谢化学与药学院各位任课老师在四年的本科生学习过程中对我的精心指导和帮助，使本人能顺利完成四年学习任务，掌握扎实的专业知识，完成大学给予我的成长。在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。借此机会，向所有在我的学习和生活中帮助和支持过我的同学和朋友们，表达我真诚的感谢！谢谢你们，愿我们的友谊长存。最后，感谢我的家人，感谢你们的理解与支持，以及多年来默默地关心和期待伴我走过了漫长的求学之路，仅以此论文的完成作为衷心的回报！并向参加论文答辩和评审的各位专家教授致以深深的谢意！参考文献：1 兰秀宏, 罗素琴, 云学英, 等. 对羟基苯甲酸葡萄糖苷酰胺类衍生物的合成J. 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