双氢青蒿素制备工艺改进.doc

双氢青蒿素制备工艺改进我国关于双氢青蒿素(DHA)制备方面的研究 一直处于国际前列。近年来，国内的研究更多偏重 于DHA的药理分析及作用机制 J，而关于DHA 制备方面文献报道不多。曾有文献 报道，在乙醇 溶剂中，通过硼氢化钾与青蒿素(QHS)反应2 h后， 再盐析15 h得粗产物。此方法所耗时间较长且乙 醇溶剂中反应不彻底，收率较低，不利于工业生产。 1979年，刘静明等 报道了在甲醇溶剂中，用硼氢 化钠将青蒿素还原，并通过减压蒸出溶媒的方法得到 产物。由于甲醇沸点较低，在减压蒸馏过程中，所蒸出甲醇不能及时全部被冷凝，故蒸馏过程中大部分 甲醇溢出，污染环境，危害健康，操作不安全。此外， 也有一些关于在室温下用相转移催化法制备DHA 的报道 m ，操作复杂，使用试剂较多，产物分离困 难，室温下反应物和生成物易分解，产物不纯，不利 于工业化生产。本文在文献7l0方法基础上进行了改进，在确 定温度为05的条件下，改进后的工艺与文献7 相比，反应溶剂由乙醇改为了甲醇，还原剂硼氢化钾改为相对便宜的硼氢化钠；省去了调pH、盐析、重结晶等 处理步骤，反应时间由35 h缩短到15 h，收率由 5793提高到7154 ，产品质量分数从9933提高 到9987。与文献8相比，甲醇用量由120 nL降为 100 mL，硼氢化钠用量南15 g降为10 g；省去了冰醋 酸中和、减压蒸馏、重结晶等处理步骤，且文献8重结 晶后收率仅4733。综合以上各方法，本研究的特点 在于：筛选了最佳工艺，优化了反应条件，缩短了反应 步骤，提高了产物收率和质量分数。1 实验部分11 试剂与仪器青蒿素为工业品质量分数990，DHA标准对照品(广西桂林南 药提供)，硼氢化钠，氢氧化钠，甲醇等均为AR。Nexus470型FTIR红外光谱仪(美国HP公司)； uV一2501PC型紫外可见分光光度计(13本岛津)； Agilent 1200高效液相色谱仪(美国Agilent公司)；X 一4数字显示显微熔点测定仪(北京泰克仪器有限公 司)；KF一2型低温浴槽(辽阳市恒温仪器厂)；DCG C型多功能磁力搅拌器(巩义市英峪予华仪器厂)。12 制备方法在250 mL三口烧瓶中加入05 I5 g QHS (531 mmo1)，100 mL无水甲醇，置水浴中，搅拌溶 解，搅拌下分次缓慢加入硼氢化钠10 g(264 mmo1)，继续搅拌一定时间。然后将反应液缓慢倒 人250 mL冰冻去离子水中，磁石搅拌数分钟，过滤， 真空干燥得白色结晶粉末1073 1 g，收率7154 ， 质量分数9987，熔点146150(文献7值 146149 cc)。UV，Anm：238，292。13 产品表征(1)FTIR表征参照药典，以KBr压片，以DHA标准对照品为 参照，用傅立叶变换红外光谱仪测定产品KFIR图 谱，如图1、2所示。从图2中可以看出，吸收峰在3 37840 cm 处 有DHA的一0H特征吸收，在1 13474 cm 处有一 C一0吸收，在1 09316、1 06184(3111 处有一C一 0一C吸收以及在800900 cm 处特有的一O O一吸收，样品与标准对照品图谱一致。(2)HPLC表征根据文献1216方法，确定以l，(甲醇)：V(水) ： 80：20为流动相，流速：10 mlMmin，检测波长210 nm，进样量：20 L，色谱柱：Zorbax Eclipse XDBC18 (150 mm46 nun 5 m)，柱温：25 ，测定了DHA 标准品和产品的HPLC谱，如图3、4所示。对比图4与图3可以看出，1、2两个峰为溶剂 峰，3为DHA的OL异构体，4为DHA的 异构体。 产品与标准对照品出峰时间一致。2 结果与讨论21 产物分离分析实验采用冰冻去离子水将产物分离。需分离的 目标产物在甲醇溶剂中溶解度较大，但几乎不溶于 水，加入去离子水后，由于甲醇与水互溶，导致甲醇 溶解度降低，原溶于甲醇中的目标产物经搅拌，以沉 淀方式析出。因此，冰冻去离子水用量是反应产物 能否很好分离与析出的关键因素，而产物分离与析 出好坏直接影响到产物收率和质量分数。本实验选 择青蒿素用量15 g、溶剂用量100 mL、还原剂10 g、 反应时问15 h的条件下，改变冰冻去离子水的用 量，考察其对DHA产率和质量分数的影响，结果如 图5所示。实验证明冰冻去离子水用量以250 mL为最佳， 此时产物析出完全，DHA质量分数较高。低于250 mL时，甲醇水混合体系中水与甲醇体积比较小， 甲醇溶解度较大，产物没有完全析出，同时部分无机盐类没有完全溶解于水中而部分以沉淀方式析出， 致收率和质量分数偏低。而高于250 mL后，有机物 部分溶解于甲醇一水混合体系中，析出不完全，造成 收率DHA下降，而DHA质量分数无明显提高。去 离子水用量控制在250 mL为宜。22 反应影响因素反应温度是此还原反应的关键因素，温度偏高， 反应物和生成物易于分解，收率偏低。而温度太低， 反应速度较慢。故参考文献8选取温度为05 cc，效果较为理想。221 溶剂选择2211 溶剂种类选择还原反应在溶剂中进行，选择合适溶剂对反应 至关重要。实验考察了甲醇和乙醇两种溶剂。在青蒿素用量15 g、还原剂10 g，反应时间15 h条件 下，分别用甲醇和乙醇作为溶剂，通过多次平行实 验，采用紫外可见分光光度计对反应过程的每个阶 段抽样分析，测试吸光度结果如图6所示。用甲醇溶剂进行反应时，QHS吸光度随反应时 间延长明显降低，由开始的1105降低到0064可 见青蒿素几乎完全被还原，转化率较高。而采用乙醇 溶剂进行反应时，QHS吸光度随时间延长降低缓 慢，反应时间增加，QHS吸光度趋于平缓，说明反应 基本终止，表明DHA收率非常低。原因一是甲醇溶 剂极性大于乙醇，所提供的质子较多，在复合阴离子 BH 存在下，甲醇溶剂中更易得到醇类产物 ：二 是一般情况下，青蒿素的内酯羰基能被硼氢化钠还 原，但反应若在乙醇中进行，可能产生酯交换，而得 到乙酯 ；三是青蒿素在乙醇溶剂中溶解度不如甲 醇，低温下，溶于乙醇溶剂中的QHS有部分结晶析 出，故造成反应不完全，收率较低。2212 溶剂用量选择在QHS用量15 g、还原剂i0 g，反应时间15 h、冰冻去离子水250 mL的条件下，考察了溶剂用量对DHA收率和质量分数的影响，结果如图7所示。实验中选择6O、80 mL溶剂用量时，青蒿素的溶 解性较差，需升温至40左右才能全部溶解，这就 破坏了还原反应的适宜温度，且低温反应过程中，部 分QHS结晶析出，造成反应不完全，产物质量分数 偏低。溶剂用量为120、140 mL时，QHS有较好的 溶解性，但浓度的降低，导致反应速率减慢，故在 1。5 h固定反应时问内，反应不彻底，收率和质量分 数均偏低，若要提高产物收率和质量分数，则要延长 反应时间。溶剂用量为100 mL时，青蒿素不仅具有 较好的溶解性，且产物收率较高，产物质量分数与 120 mL溶剂用量时相差不大。综合考虑，选择溶剂 用量为100 mL。222 还原剂用量在青蒿素用量15 g、溶剂100 mL、反应时问15 h、冰冻去离子水250 mL的条件下，还原剂用量对 DHA收率和质量分数的影响如图8所示。还原剂用量是决定反应是否完全的主要因素。硼氢化钠在反应中的活性、选择性直接影响反应的 产率和产品质量分数 。还原剂太少，反应不彻 底，DHA收率和质量分数偏低。还原剂太多，反应 过度进行，硼氢化钠不仅还原QHS结构中的内酯， 而且还可还原过氧基团得到脱氧QHS【2 ，实验证明 脱氧QHS无抗疟活性，过氧基团是抗疟活性的必要 基团 。过量的还原剂还可进一步还原掉青蒿素分子结构中的缩醛和缩酮，生成更彻底的还原产 物 。在产物分离纯化过程中，由于盐类较多而导致 分离不完全，造成产物不纯。要提高产物质量分数， 则必须加大冰冻去离子水用量。还原剂太多造成不 必要的浪费，致成本偏高。如图8所示，还原剂选择 10 g比较适宜。223 反应时间在青蒿素用量15 g、溶剂100 mL、还原剂10 g， 冰冻去离子水250 mL的条件下，考察了反应时间对 DHA收率及质量分数的影响，结果如图9所示。反应在0510 h时，还原剂硼氢化钠未能充 分扩散到有机溶剂中，反应只在QUS颗粒表面进 行，反应不彻底，产物不纯，收率偏低；反应时间为 15 h时，还原剂和QHs在有机溶剂中充分接触，反 应彻底，DHA收率和质量分数均达到最佳值。反应 时间取15 h较为合适。23 工艺改进分析本实验采用甲醇作为反应溶剂，解决了低温下 在乙醇溶剂中反应收率较低、反应不彻底的问题，收 率从文献7的5793提高到7154 ，DHA质量 分数从9933提高到9987。文献8采用减压蒸馏得到产品，部分甲醇溢 出，污染环境，危害健康，操作不安全，不适合工业化生产。文献710均是通过重结晶提纯最终产 品，操作复杂，产品损失大，收率降低。本研究用去 离子水在冰冻状态下将反应液中有机相和无机相分 开，得到纯度较高产物，工艺简捷，效率提高。文献9，10用相转移催化进行反应，条件温 和，但操作复杂。本研究用非催化还原法顺利得到 产品，缩短了反应步骤和反应时间，过程简单，易于 操作，能得到纯度高、色泽好的产品。3 结论(1)本实验采用甲醇作为反应溶剂，解决了低 温下乙醇溶剂中反应收率较低的问题；用去离子水 在冰冻状态下将反应液中有机相和无机相分开，得 到了纯度较高产物，解决了产物的分离问题。(2)通过单因素实验确定了反应的最佳工艺条 件：反应温度05 ，青蒿素