蔗糖酯类阳离子类脂中间体合成研究(Ⅴ)论文

1、摘摘 要要 本文首先论述了蔗糖酯类阳离子类脂合成目的、意义、背景和国内外发展状况，然 后重点研究探索了其重要中间体的合成及分析方法。蔗糖酯类阳离子类脂中间体 （卤化）的合成研究（合成路线的设计、选择、产品的提纯），以蔗糖为原料在对甲苯磺 酸和 n,n-二甲基甲酰胺（dmf）的作用下，用原乙酸三甲酯进行酯化得到蔗糖-6-乙酸酯，然 后在次氯酸钠和溴化钠的作用下，用四甲基哌啶氧化物（tempo）进行选择性氧化，得到 1,6 位氧化物，再经酯化以及酯基去保护反应，最后经卤化即可得到目标产物。本文探索了 蔗糖酯类阳离子类脂合成反应的合成方法及卤化反应的物料比，反应时间，反应温度对目 标产物收率的影响。

2、通过单因素和正交实验得到较佳反应条件为：(1)物料摩尔比为碘：蔗糖 二酸二月桂醇酯=8.0:1.0；（2）反应温度 80 ；（3）反应时间为 1.5 h。产品收率可达 53.7%， 产品为白色晶体。 关关键词键词：蔗糖酯类阳离子类脂 蔗糖-6-乙酸酯 卤化 abstract this paper discusses the synthesis of sucrose esters of cationic lipid purpose, significance, background and development of the situation at home and abroad, with

3、 emphasis on the important intermediates of its synthesis and analytical methods sucrose as raw material in the p- toluenesulfonic acid and the role of dmf, the use of methyl ester trimethyl to be sucrose esterification-6-acetate,and then in sodium hypochlorite and sodium bromide under with tetramet

4、hyl-piperidine oxide (tempo) to selective oxidation by 1,4-bit oxides,this compound is needed to go by esterify and ester group deprotection reaction, and then the target compound is obtained through the halogenation. in this article the last stride halogenation is described in the synthetic reactio

5、n of sucrose esters of cationic lipid purpose, in which material ratio, reaction time and reaction temperature are explored in order to discuss the effect to the yield of the target compound. by single factor and orthogonal experiment, the optimal reaction conditions are as follows: (1) the mole rat

6、io of material for iodine: sucrose diacid two lauryl alcohol ester = 8.0:1.0; (2) reaction temperature :80 ; (3) reaction time : 1.5 h. the yield is 53.7% and the product is white crystal. . key words ：sucrose ester cationic lipids; sucrose-6-acylates; halogenation; 目 录 摘 要 .i abstract .ii 目 录 .iii

7、1. 绪 论 .1 1.1 课题的目的和意义 .1 1.2 国内外文献综述 .2 1.3 本文的主要研究内容 .2 1.4 实验研究内容 .3 2 合成路线设计 .4 2.1 初步设计卤化反应的合成路线 .4 2.1.1 初步设计以 dmf 为溶剂的 c-6 位羟基选择性卤化反应 .4 2.1.2 初步设计吹 hcl 法的 c-6 位羟基选择性卤化反应.4 2 .2 初步设计合成实验原理及步骤 .5 2.2.1 初步设计合成实验原理 .5 2.3 初步设计试验步骤 .6 2.3.1 c-6 羟基保护（蔗糖-6-乙酸酯的合成）.6 2.3.2 蔗糖-6-乙酸酯的选择性氧化 .6 2.3.3 羧酸

8、酯化 .7 2.3.4 酯基去保护 .7 2.3.5 卤化.7 3 实验部分 .8 3.1 实验试剂与仪器 .8 3.1.1 实验试剂 .8 3.1.2 实验仪器 .9 3.2 原料的制备 .10 3.2.1 c-6 羟基保护（蔗糖-6-乙酸酯的合成）的探索.10 3.2.2 1，6位羟基氧化的探索 .10 3.2.3. 羧酸酯化酯基去保护的探索 .13 3.2.4 酯基去保护 .14 3.3 卤化反应的探索 .15 3.4 实验探索结果.17 3.4.1 总体合成路线.17 3.4.2 试验步骤 .18 3.4.3 合成工艺流程.18 3.4.4 实验装置图 .21 4 实验结果与讨论 .2

9、2 4.1 产品结构分析与确证 .22 4.1.1 碘化物结构解析 .22 4.2 单因素试验 .24 4.3 正交试验探索 .24 4.3.1 正交试验设计 .24 4.3.2 正交试验过程 .25 4.3.3 最佳条件的选择 .25 结 论 .28 参 考 文 献 .29 致 谢 .30 1. 绪绪 论论 1.1 课题的目的和意义课题的目的和意义 随着生物化学与分子生物理论的不断发展，基因治疗已成为医学界最活跃的研究领 域之一。基因治疗载体在基因治疗过程中起一个转运和保护的作用，是基因治疗成功与 否的关键。因此，基因治疗载体的开发对基因治疗的发展尤为重要，其有效开发将推动 基因治疗向常规治

10、疗方法的转变1。目前，用于临床的基因载体大致分为病毒载体和非病 毒载体两类它们都具有各自鲜明的优缺点，在临床治疗上亟需改进。脂质体在所有已用 于临床试验的基因载体中仅次于病毒载体，居第二位，是最有发展前景的非病毒载体。 其中，阳离子脂质体由于具有对阴离子型聚电解志敏感，对待负电荷的 dna 有较高的转 运能力，还能转运 rna、核糖体及其他大电荷的分子和大分子物质进入细胞等优点，其 转染效率比其他脂质体高出许多倍，因而被广泛应用于基因转移技术中2。 阳离子类脂在作为基因载体和药物传递等方面的应用越来越受到人们的关注。人们 己研制出多种直接传递生物活性剂到活细胞内的方法。其中包括被称作“载体法”

11、的方法， 此方法包括使用载体促进生物活性剂胞内传递到特定靶细胞如疾病细胞内。人们已研制 出多种用于转染生物活性剂的载体。例如，脂质体和聚合物已被用于转染遗传物质，包 括脱氧核糖核酸(dna)和核糖核酸(rna) 3。然而，目前可用的载体(包括脂质体和聚合物)对 于生物活性物质在体内的胞内传递一般是无效的。此外，目前可用载体在体外细胞转染 方面的应用也是有限的。 然而，目前能得到的阳离子类脂和阳离子脂质体对生物活性剂的体内胞内传递一般 是无效的。此外，它们对于生物活性剂在血清内的胞内传递一般也是无效的。因为细胞 需要血清来生存，所以这是一种严重缺陷。实质上，在包含阳离子类脂和阳离子脂质体 的基因

12、转染研究过程中，通常需要从组织培养浴中移去血清。转染后，补充血清。这样 必须包括附加操作步骤，从而使得阳离子类脂和阳离子脂质体感染细胞变得复杂和麻烦。 特别需要新的或更好的阳离子类脂用于胞内传递生物活性剂4。 在如何获得阳离子类脂方面，人们提出了许多合成方案，但还不甚完善，需要进一 步探讨和研究。本课题就是以蔗糖为原料通过酯化选择性氧化再酯化，酯交换，卤化等 步骤来合成蔗糖酯类阳离子类脂的，本课题的目的就在于此。 近年来，人们研制开发了阳离子类脂，如 n,n-二（十二烷基氨基羰基亚甲基）- n,n-二(-n,n-二甲基氨基乙基氨基碳基亚甲基)亚环己基-1,4-二胺(cdta-la-dma)和

13、n,n-二(十二烷氧基碳基亚甲基)-n,n-二(-n,n,n-三甲基铵甲基氨基羰基亚甲基)乙二 胺二碘化物。目前国外已经有公司申请了相关的专利，并且就有关的阳离子类脂的合成 给出了相应的方法，所以在前人的工作基础上我们能相应的完成蔗糖酯类阳离子类脂的 合成5。就阳离子类脂的合成目前国内外的研究现状，还不能得到较高的产率，而且原料 也不太容易获得，而本课题采用蔗糖为原料来合成蔗糖酯类阳离子类脂，不仅原料易得 而且也能获得一个较好的收率。 目前的生物活性剂体内转染细胞的方法一般是无效的，这样阻碍了对治疗各种疾病 的改进方法的研究和使用。细胞膜为选择性屏障，它能阻止物质随机进人细胞内。因此， 胞内传

14、递生物活性剂过程中最主要的困难被认为是如何将活性剂从胞外区转移到胞内区， 同样也难以将生物活性剂定位于选定细胞膜的表面6。因此阳离子类脂在作为基因载体在 基因治疗方面必将具有广阔的应用前景。因此探索一种合成简单，无污染或少污染的新 的阳离子类脂有着重要意义。 1.2 国内外文献综述国内外文献综述 基因治疗是现代癌症治疗的热点，并且正在逐步变成现实。基因治疗的主要目的是 成功的将遗传物质传递到目标组织、器官或者细胞。然而裸露的治疗基因容易被核酸酶 降解，表现出很差的细胞摄取效率。因此制备安全高效的基因载体就成为成功的基因治 疗的一个必要条件。病毒载体可以有效的转染遗传物质进入宿主细胞，但它们有很

15、多不 足，比如容易致突变，可能诱导免疫应答从而使得基因表达消失。因此人们越来越多的 吧目光投向了非病毒载体。非病毒载体中的载体有一系列工艺优势，比如制备简单，储 存稳定，耐热压灭菌和冷冻干燥等等。阳离子载体由于可以静电吸附基因，构成稳定的 基因复合物而日益得到广泛的研究。目前的研究主要集中在体外实验，毒性仍然是这类 载体应用于基因治疗的主要障碍，而载体的毒性主要取决于制备过程中使用的阳离子类 脂7。 阳离子类脂作为一种表面活性剂，由于其具有较好的生物活性所以其在基因治疗方 面得到广泛的应用 1987 年，felgner 和同事首次报道利用天然二醚联阳离子脂质 （dotma）作为人类基因载体进入

16、细胞进行基因治疗。自那时以来，一些出版的报纸对 用于基因传递的阳离子脂质体的合成方案进行了报道，引起了社会的广泛关注。近年来 国内外不断有新的阳离子类脂的合成获得成功，并取得相应的专利8。 目前，合成阳离子类脂的方法有很多，这主要是采用的原料不同从而得到的阳离子 类脂的骨架不同的原因。近年来应用较多的是卤化法获得阳离子类脂。而蔗糖酯类阳离 子类脂的合成目前国内还没有相关的报道，本课题应用蔗糖为原料进行蔗糖酯类阳离子 类脂的合成，要经过蔗糖三羧酸酯中间体的合成，然后再进行酯交换卤化等步骤9。 1.3 本文的主要研究内容本文的主要研究内容 以蔗糖为原料酯化，得到蔗糖-6-乙酸酯，蔗糖-6-乙酸酯再

17、经过选择性氧化，再酯化 得到蔗糖三羧酸酯，再经 6 位羟基去保护生成 1,6-蔗糖二酯再经过 6 位羟基卤化得到 目的产物蔗糖酯类阳离子类脂。本文以 1,6-蔗糖二酯卤化得到目的产物作为重点讨论 部分，通过单因素实验和正交试验对实验条件进行优化，确定最佳工艺条件。 1.4 实验研究内容实验研究内容 1、探索蔗糖酯类阳离子类脂中间体（卤化）的合成研究（合成路线的设计、选择、 产品的提纯） ； 2、研究产物结构确证方法； 3、研究各因素对蔗糖酯类阳离子类脂的中间体卤化的影响，设计单因素实验和正交 试验； 4、确认目标产物的收率为指标确定最佳条件 c-6 羟基保护（蔗糖-6-乙酸酯的合成） 的探索；

18、 2 合成路线设计合成路线设计 2.1 初步设计卤化反应的合成路线初步设计卤化反应的合成路线 通过中外文献的检索为发现相关蔗糖酯类阳离子类脂卤化反应的文献，再结合中外 文献的基础上采用模拟推断法自行设计了两种方案如下： 2.1.1 初步设计以初步设计以 dmf 为溶剂的为溶剂的 c-6 位羟基选择性卤化反应位羟基选择性卤化反应 酯化物（5.45 mmol）的 dmf（60 ml）溶液中加入三苯基膦 ph3p(6.04 g, 23mmol)以 及咪唑（3.18 g, 46.7 mmol）和碘 i2(5.4 g, 2.14 mmol),混合物加热至 80 反应 1.5 h,产物 视性质纯化处理。

19、o oh ho oh oh o o coor ho rooc ho i2p(ph)3 imidazoledmf o i ho oh oh o o coor ho rooc ho e 2.1.2 初步设计吹初步设计吹 hcl 法的法的 c-6 位羟基选择性卤化反应位羟基选择性卤化反应 酯化物(0.01 mol)与三甲基氯硅烷 tmscl(0.02 mol，2.2 g)混合液中加如 dmso(0.0026 mol,0.2 g),反应用 hcl 吹扫 1 分钟，继续搅拌反应 10 分钟，产物视性质纯化处理。 o oh ho oh oh o o coor ho rooc ho hcl(g) dmso

20、o cl ho oh oh o o coor ho rooc ho e tmscl 2 .2 初步设计合成实验原理及步骤初步设计合成实验原理及步骤 2.2.1 初步设计合成实验原理初步设计合成实验原理 以蔗糖为原料酯化，得到蔗糖-6-乙酸酯，蔗糖-6-乙酸酯再经过选择性氧化，再酯化 得到蔗糖三羧酸酯，再经 6 位羟基去保护生成 1,6-蔗糖二酯再经过 6 位羟基卤化得到 目标产物蔗糖酯类阳离子类脂，其合成过程如下所示。 1 蔗糖蔗糖-6-乙酸酯的合成乙酸酯的合成 o oh ho oh oh o o oh oh oh ho ch3c(och3)3 ch3c6h4so3h o oh oh o o

21、oh oh oh ho o o ch3 h3co cycle-opening 4-ac6-ac o ac ho oh oh o o oh oh oh ho 2 蔗糖蔗糖-6-乙酸酯的选择性氧化乙酸酯的选择性氧化 o ac ho oh oh o o oh oh oh ho naocl/nabr/tempo h2o-ph 10 o ac ho oh oh o o coona oh naooc ho hcl o ac ho oh oh o o cooh oh hooc ho o ac ho oh oh o o oh oh oh ho naocl/tempo h2o-ph 10 o ac ho oh

22、oh o o coona oh naooc ho hcl o ac ho oh oh o o cooh oh hooc ho 500khz ultrasound b 3 羧酸酯化羧酸酯化 4 羟基去保护羟基去保护 5 卤化卤化 2.3 初步设计试验步骤初步设计试验步骤 2.3.1 c-6 羟基保护（蔗糖羟基保护（蔗糖-6-乙酸酯的合成）乙酸酯的合成） 干燥蔗糖（12.5 g,0.0365 mol，真空干燥箱中 60 干燥 24 h）于三颈烧瓶中，加 50 ml dmf,缓慢滴加原乙酸三甲酯（5.25 ml,0.04 mol）及对甲苯磺酸（75 mg,0.435 mmol） 溶液，剧烈搅拌，室温

23、下反应 150 min，溶液无色透明，加蒸馏水（5 ml） ，继续搅拌反 应 30 min，加特丁胺（1.25 ml,0.048 mol） ，继续搅拌反应 70 min，ph 值约为 9，中和， 过滤，滤液用旋转蒸发仪将 dmf 蒸出，结晶得到白色晶体蔗糖-6-乙酸酯（a） 。 2.3.2 蔗糖蔗糖-6-乙酸酯的选择性氧化乙酸酯的选择性氧化 方案一：取前一步骤产物 0.608 g（2 mmol） ，temp o0.008 g（0.052 mmol）以及 nabr 0.160 g（1.56 mmol）溶于 25 ml 冷水中成溶液，21%次氯酸钠溶液 2.43 ml 加至上 溶液中，用冰水浴控制

24、反应温度控制在 52 ，每隔 30 min 用酸度计测量反应溶液的 ph 值，并用 0.5m 的氢氧化钠控制 ph 在 10 反应之间为 10 小时（为避免酯水解反应时间应 尽量短） 。反应结束后，保持 ph 值在 4 左右，滤去反应液中的不溶物，待产物（b）析出。 方案二：取前一步骤产物 0.608 g（2 mmol） ，temp o0.008 g（0.052 mmol）以及 nabr 0.160 g（1.56 mmol）溶于 25 ml 冷水中成溶液，21%次氯酸钠溶液 2.43 ml 加至上 溶液中，用冰水浴控制反应温度控制在 52 ，反应在 40khz 的超声波冰水浴中进行。 每隔 2

25、0 min 用酸度计测量反应溶液的 ph 值，并用 0.5m 的氢氧化钠控制 ph 在 10.5 反应 之间为 6 小时（为避免酯水解反应时间应尽量短） 。反应结束后，保持 ph 值在 4 左右， 滤去反应液中的不溶物，待产物（b）析出。 2.3.3 羧酸酯化羧酸酯化 在装有温度计，回流冷凝管，搅拌器的 250 ml 三口烧瓶中加入甲苯 12 ml，对甲苯 磺酸 0.06 g，月桂醇 0465 g 和对苯二酚 0.04 g，加热到 60 使其全部溶解，再加入上一 步产物 b，升温至设定反应温度 120 ，反应时间为 4 h，待产物析出。 2.34 酯基去保护酯基去保护 c 中加入甲醇 20 m

26、l，甲醇钠 0.1 g，在 70 水浴条件下反应，得到酯去羟基保护产 物（d） 。 2.3.5 卤化卤化 在物质 c（1.82 mmol）的 dmf（20 ml）溶液中加入三苯基膦 ph3p(2.01 g,7.6 7mmol)以及咪唑（1.06 g,46.7 mmol）和碘 i2(1.8 g,0.71 mmol),混合物水浴加热至 80 并 搅拌，反应时间为 1.5 h,经处理得产物（e） ，产物视性质纯化处理。 3 实验部分实验部分 3.1 实验试剂与仪器实验试剂与仪器 3.1.1 实验实验试剂试剂 本实验所使用的原料如表 1 所示。 表1 化学试剂名称及规格 序号试剂名称规格生产厂家 1蔗

27、糖分析纯天津市恒兴化学试剂制造有限公司 2原乙酸三甲酯分析纯安徽安特生物化学有限公司 3叔丁胺分析纯天津市褔晨化学试剂厂 4对甲苯磺酸分析纯天津市光复精细化工研究所 5甲醇分析纯天津市北方天医化学试剂厂 6盐酸分析纯天津市恒兴化学试剂制造有限公司 7n,n-二甲基甲酰胺分析纯天津市天河化学试剂厂 8甲苯分析纯东陵区精细化学厂 92,2,4,6-四甲基哌啶氧化物 （tempo） 分析纯天津市大茂化学试剂厂 10溴化钠分析纯天津市大茂化学试剂厂 11次氯酸钠分析纯天津市北方天医化学试剂厂 12月桂醇分析纯天津市光复精细化工研究所 13对苯二酚分析纯天津市大茂化学试剂厂 14三苯基膦（ph3p）分析

28、纯国药集团化学试剂有限公司 15咪唑分析纯天津市瑞金特化学品有限公司 16碘分析纯天津市永大化学试剂研发中心 17三甲胺分析纯国药集团化学试剂有限公司 18甲醇钠分析纯国药集团化学试剂有限公司 19冰醋酸分析纯天津市北方天医化学试剂厂 20氯仿分析纯天津市北方天医化学试剂厂 21石油醚分析纯天津市北方天医化学试剂厂 3.1.2 实验仪器实验仪器 本次实验所用的仪器设备如表 2 所示。 表 2 实验仪器与设备一览表 序号名称生产厂家 型号 1 恒温水浴锅 上海申生科技有限公司 w5-100sp 2 电热鼓风干燥箱上海一恒科技有限公司 bpg-9070a 3 循环水式真空泵河南省巩义市英峪仪器一厂

29、 shz-d 4 定时电动搅拌器山东鄄城华鲁有限公司 s7401 5 电子分析天平上海精密科学股份有限公司 fa2004 6 旋转蒸发仪上海亚荣生化仪器厂 re5299 7 托盘药物天平北京医用天平厂制造 8 微机熔点仪上海精密科学仪器有限公司 wrs-2a/2 9 澳柯玛双温转换冷柜青岛澳柯玛股份有限公司 bdc-191 10 圆底烧瓶北京市光明医疗仪器厂 250ml 11 三口烧瓶北京市光明医疗仪器厂 500ml 12 三口烧瓶北京市光明医疗仪器厂 250ml 13 量筒北京市光明医疗仪器厂 200ml 14 分液漏斗北京市光明医疗仪器厂 15 滴液漏斗北京市光明医疗仪器厂 16 烧杯北京

30、市光明医疗仪器厂 100ml 17 布氏漏斗北京市光明医疗仪器厂 18 锥形瓶北京市光明医疗仪器厂 100ml 19烧杯北京市光明医疗仪器厂 250ml 3.2 原料的制备原料的制备 3.2.1 c-6 羟基保护（蔗糖羟基保护（蔗糖-6-乙酸酯的合成）的探索乙酸酯的合成）的探索 干燥蔗糖（50 g, 0.146 mol，真空干燥箱中 60 干燥 24 小时）于三颈烧瓶中，加 200 ml dmf,缓慢滴加原乙酸三甲酯（21 ml,0.19 mol）及对甲苯磺酸（300 mg,1.74 mol）溶液，剧烈搅拌，室温下反应 150 min,溶液无色透明，加蒸馏水（20 ml）,继续搅 拌反应 30

31、 min,加特丁胺（5 ml,0.048 mol）,继续搅拌反应 70 min,ph 值约为 9，中和、过 滤，滤液用甲苯共蒸发法将 dmf 蒸出，残留物结晶得到白色晶体 a。 图 1 化合物 b1 的 tlc 图 通过质谱和核磁，外加用标准品(来源于大连民族学院)通过 tlc 板比对，确认产品 a 为蔗糖-6-乙酸酯 总结：试验结果与原设定步骤符合。 3.2.2 1，6位羟基氧化的探索位羟基氧化的探索 1、蔗糖-6-乙酸酯 1.412 g，tempo 0.0113 g，nabr 0.3423 g 溶于 40 ml 蒸馏水中。 量取 10 ml naocl 调 ph 为 10。0 冰水浴并搅拌

32、进行超声。在此期间用 0.5m naoh 调 节 ph 维持在 10。反应 10 h（反应液开始为浅黄色逐渐变为无色）最终得浅黄色液体略带 残渣过滤得澄清液体。用 4m hcl 调节 ph 为 4。30 挥去溶液中水分，加入 30 ml 甲 醇重结晶，得白色晶体，即为化合物 b1。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂,用薄层色谱法进行跟踪试验 b1 的极性大于 a， 、并用 质谱与核磁确定其结果，经谱图解析，确认产品 b1 为二羧酸，溶于水微溶于甲醇。 图 2 化合物 b1 的 tlc 图 2、对超声应用的必要性的研究 糖-6-乙酸酯 3.4437 g，tempo 0.0616 g，nabr 1.

33、4930 g 溶于 50 ml 蒸馏水中。量取 10 ml naocl 调 ph 为 10。0 冰水浴并搅拌。在此期间用 0.5m naoh 调节 ph 维持在 10。反应 10 h（反应液开始为浅黄色逐渐变为无色）最终得浅黄色液体略带残渣过滤得 澄清液体。用 4m hcl 调节 ph 为 4。30 挥去溶液中水分，加入 30 ml 甲醇重结晶，得 白色晶体，即为化合物 b2。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，确认产品 b2 为被氧化物且与 b1 为同一物质，溶于水微溶于甲醇。 图 3 化合物 b2 的 tlc 图 3、对温度对试验影响的研究 蔗糖-6-乙

34、酸酯 1.9334 g，tempo 0.0330 g，nabr 0.7423 g 溶于 40 ml 蒸馏水中。量 取 10 ml naocl 调 ph 为 10。常温反应并搅拌。在此期间用 0.5m naoh 调节 ph 维持在 10。反应 8 h（反应液开始为浅黄色逐渐变为无色）最终得浅黄色液体略带残渣过滤得澄 清液体。用 4m hcl 调节 ph 为 4。30 挥去溶液中水分，加入 30 ml 甲醇重结晶，得白 色晶体，即为化合物 b3。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，确认产品 b3 不是要合成的目的产物。 图 4 化合物 b3 的 tlc 图 4、

35、加大 naocl 用量，称取蔗糖-6-乙酸酯 4.0015 g，tempo 0.0700 g，nabr 1.3200 g 溶于 40 ml 蒸馏水中。量取 28 ml naocl 调 ph 为 10。常温反应并搅拌。在此期间用 0.5m naoh 调节 ph 维持在 10。反应 8 h（反应液开始为浅黄色逐渐变为无色）最终得浅 黄色液体略带残渣过滤得澄清液体。用 4m hcl 调节 ph 为 4。30挥去溶液中水分，加 入 30 ml 甲醇重结晶，得白色晶体，即为化合物 b4。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，确认产品 b4 比 b1 和 b2 的氧化程度

36、高，溶于水微溶于甲醇。 图 5 化合物 b4 的 tlc 图 5、极端加大 naocl 的用量，称取蔗糖-6-乙酸酯 2.0155 g，tempo 0.07375 g，nabr 0.6693 g 溶于 40 ml 蒸馏水中。量取 60 ml naocl 调 ph 为 10。常温反应并搅拌。在此 期间用 0.5m naoh 调节 ph 维持在 10。反应 8 h（反应液开始为浅黄色逐渐变为无色）最 终得浅黄色液体略带残渣过滤得澄清液体。用 4m hcl 调节 ph 为 4，30 挥去溶液中水 分，加入 30 ml 甲醇重结晶，得白色晶体，即为化合物 b5。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂，用薄层

37、色谱法进行鉴定，结果如下图所示，确认产品 b5 应与 b4 为同一物质溶，溶于水微溶于甲醇。 图 6 化合物 b5 的 tlc 图 6、总结： 在考虑到生产成本问题可省去超声，naocl 的用量 2 倍量即可，但温度必须在 0 条件下进行。试验结果与原设定步骤不符合，1,6位羟基氧化的可行性操作为： 蔗糖-6-乙酸酯 10 mmol(20 mmol 伯羟基)，tempo（0.13 mmol,0.02 g）以及 nabr 7.8 mmol,0.8 g)溶于水（50 ml）中成溶液，以 4m hcl 溶液调节 15%次氯酸钠溶液（2.2 mmol 次氯酸钠/mmol 伯羟基，100%过量）至所需值

38、，加至上溶液中，两溶液均调至所 需温度，反应温度控制在 0 ，ph 值用 ph-stat 控制在 10 以加入 0.5m naoh（反应时间 10 小时，为避免酯水解反应时间应尽量短） ，产品纯化视性质定。 3.2.3. 羧酸酯化酯基去保护的探索羧酸酯化酯基去保护的探索 1、称取产品 b4 0.2023 g，月桂醇 0.2480 g，对二苯酚 0.0250 g，对苯磺酸 0.03320 g 溶入 6 ml 甲苯中，100 水浴并搅拌反应 4 h。溶液一直程浅黄色并含有残渣。过滤得澄 清浅黄色溶液，加入 20 ml 石油醚旋蒸出去甲苯和石油醚。未出现晶体。 2、称取产品 b4 0.2047 g，

39、月桂醇 0.2486 g，对二苯酚 0.0342 g，对苯磺酸 0.0420 g 溶入 12 ml 甲苯中，60 溶解后 120 加热并搅拌反应 4 h。溶液由浅黄色逐渐变为灰黑 色。过滤得澄清浅黄溶液，加入 20 ml 石油醚旋蒸出去甲苯和石油醚。加 20 ml 甲醇重 结晶得微黄色晶体，即产品 c1。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，确认产品 c1 应为酯化物。 图 7 化合物 c1 的 tlc 图 3、检测 naocl 极大倍量获得的蔗糖二乙酸酯是否对酯化反应有影响 称取产品 b5 3.2780 g，月桂醇 2.1320 g，对二苯酚 0.2416

40、g，对苯磺酸 0.4015 g 溶入 60 ml 甲苯中，60 溶解后 120 加热并搅拌反应 4 h。溶液由浅黄色逐渐变为灰黑色。 过滤得澄清浅黄溶液，直接 65 旋蒸出去甲苯。加 50 ml 甲醇重结晶得微黄色晶体，即 产品 c2。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，确认产品 c1，c2 应为同物质。 图 8 化合物 c2 的 tlc 图 4、考察月桂醇的用量对酯化反应的影响 称取产品 b5 0.3804g，月桂醇 1.0950 g，对二苯酚 0.0439 g，对苯磺酸 0.0731 g 溶入 12 ml 甲苯中，60 溶解后 120 加热并搅拌反应 4

41、 h。溶液由浅黄色逐渐变为灰黑色。 过滤得澄清浅黄溶液，加入 20 ml 石油醚旋蒸出去甲苯和石油醚。加 20 ml 甲醇重结晶 得微黄色晶体 c3。 以丙酮：甲醇(1：4)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，确认产品 c2 与 c3 应为同一物质。 图 9 化合物 c2 的 tlc 图 5、总结： 试验结果与原设定步骤符合，且月桂醇的过量对酯化反应影响不大，羧酸酯化以及 酯基去保护的可行性操明确作为： 产品 b 0.2047 g，月桂醇 0.2486 g，对二苯酚 0.0342 g，对苯磺酸 0.0420 g 溶入 12 ml 甲苯中，60 溶解后 120 加热并搅拌反应 4 h

42、。溶液由浅黄色逐渐变为灰黑色。 过滤得澄清浅黄溶液，加入 20 ml 石油醚旋蒸出去甲苯和石油醚。加 20 ml 甲醇重结晶 得微黄色晶体。 3.2.4 羟基去保护羟基去保护 称取产品 c20.1864 g 中加入 20 ml 甲醇，0.1 g 甲醇钠，70 水浴反应 1 h，得褐色 液体并有残渣，过滤挥干。加 20 ml 甲醇重结晶得微黄色晶体，即产品 d。 图 10 化合物 d 的 tlc 图 通过质谱和核磁，外加 tlc 板比对，确认目标产品。 3.3 卤化反应的探索卤化反应的探索 1、称取产品 c2 0.2623 g，咪唑 0.5100 g，三苯基膦 1.0125 g，碘 0.8367

43、 g 溶于 20 ml dmf 中，80 水浴加热并搅拌反应 1.5 h。溶于始终为橘红色并含有残渣，过滤得橘 红色液体。向溶液中加入 60 ml 甲苯旋蒸蒸出 dmf（未蒸出多少） ，取 2 ml 液体加入 5 ml 蒸馏水，溶液变浑浊说明产品不溶于水。向溶液中加入 250 ml 蒸馏水静置，24 h 后 出现针状晶体，过滤挥干得产品 e1。 以丙酮：甲醇(1：1)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，由图得 e1 疑似未被卤化。 图 11 化合物 d1 的 tlc 图 2、跟踪产物考察反应时间对试验的影响。 称取产品 c2 0.3108 g，咪唑 0.4106 g，三苯基膦 0.

44、6250 g，碘 0.6250 g 溶于 20 ml dmf 中，80 水浴加热并搅拌反应 4 h，溶液始终为橘红色并含有残渣，过滤得橘红色 液体。以丙酮：甲醇(1：1)为展开剂，用薄层色谱法进行跟踪，结果如图 12 所示。 向溶液中加入 250 ml 蒸馏水，静置 24 h 后出现针状晶体，过滤挥干得产品 e2。以 丙酮：甲醇(1：1)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如图 13 所示。 由图得反应在 3 h 时到达终点，且 e2 极性大于 e1，有卤化迹象。 图 12 tlc 跟踪反应进程图 图 13 化合物 d2 的 tlc 图 3、在此加大碘的用量。 称取产品 c2 0.1157 g

45、，咪唑 0.1870 g，三苯基膦 0.2125 g，碘 0.2247 g 溶于 20 ml dmf 中，80 水浴加热并搅拌反应 3 h，溶液始终为橘红色并含有残渣，过滤得橘红色 液体。向溶液中加入 250 ml 蒸馏水，静置 24 h 后出现针状晶体，过滤挥干得产品 e3。 以丙酮：甲醇(1：1)为展开剂，用薄层色谱法进行鉴定，结果如下图所示，由图得 e2 和 e3 为同一物质 图 14 化合物 d3 的 tlc 图 4、考虑碘极大量情况下的卤化反应。 称取产品 c2 0.3500 g，咪唑 0.2911 g，三苯基膦 0.5486 g，碘 2.4952 g 溶于 20 ml dmf 中，

46、80 水浴加热并搅拌反应 3 h，溶液始终为橘红色并含有残渣，过滤得橘红色 液体。向溶液中加入 250 ml 蒸馏水，静置，产品一直处于浑浊状态，70 烘干加水重新 分离，过滤得微黄色晶体。所以在加大碘的用量时，虽然提高了产率，但同时加大了产 品的纯化难度，使产品纯度下降。 5、总结： 试验结果与原设定步骤不符合，卤化反应的可行性操作为：物质 d（5.45 mmol）的 dmf（20 ml）溶液中加入三苯基膦 ph3p(6.04 g，23 mmol)以及咪唑（3.18 g，46.7 mmol）和碘 i2 (10.6 g，42 mmol)，混合物加热至 80 反应 3 h，产物视性质纯化处理。

47、3.4 实验探索结果实验探索结果 3.4.1 总体合成路线总体合成路线 3.4.2 试验步骤试验步骤 1 c-6c-6 羟基保护（蔗糖羟基保护（蔗糖-6-6-乙酸酯的合成）乙酸酯的合成） 干燥蔗糖（50 g, 0.146 mol，真空干燥箱中 60 干燥 24 小时）于三颈烧瓶中，加 200 ml dmf,缓慢滴加原乙酸三甲酯（21 ml,0.19 mol）及对甲苯磺酸（300 mg,1.74 mol）溶 液，剧烈搅拌，室温下反应 150 min,溶液无色透明，加蒸馏水（20 ml）,继续搅拌反应 30 min,加特丁胺（5 ml,0.048 mol）,继续搅拌反应 70 min，ph 值约为

48、 9，中和，过滤，滤液 用甲苯共蒸发法将 dmf 蒸出，残留物结晶得到白色晶体蔗糖-6-乙酸酯（a） 。 2 1，6位羟基氧化位羟基氧化 蔗糖-6-乙酸酯 10 mmol(20 mmol 伯羟基)，tempo（0.13 mmol,0.02 g）以及 nabr (7.8 mmol,0.8g)溶于水（50 ml）中成溶液，以 4m hcl 溶液调节 15%次氯酸钠溶液（2.2 mmol 次氯酸钠/mmol 伯羟基，100%过量）至所需值，加至上溶液中，两溶液均调至所 需温度，反应温度控制在 0 ，ph 值用 ph-stat 控制在 10 以加入 0.5m naoh（反应时间 10 h，为避免酯水解

49、反应时间应尽量短） ，产品纯化视性质定（b） 。 3 羧酸酯化羧酸酯化 称取产品 b 0.2047 g，月桂醇 0.2486 g，对二苯酚 0.0342 g，对苯磺酸 0.0420 g，溶 于 12 ml 甲苯中，60 溶解后 120 加热并搅拌反应 4 h。溶液由浅黄色逐渐变为灰黑色。 过滤得澄清浅黄溶液，加入 20 ml 石油醚旋蒸出去甲苯和石油醚。加 20 ml 甲醇重结晶， 得微黄色晶体。 4酯基去保护酯基去保护 称取产品 c20.1864 g 中加入 20 ml 甲醇，0.1 g 甲醇钠，70 水浴反应 1 h，得褐色 液体并有残渣，过滤挥干。加 20 ml 甲醇重结晶得微黄色晶体，

50、即产品 d。 5 卤化反应卤化反应 物质 d（5.45 mmol）的 dmf（20 ml）溶液中加入三苯基膦 ph3p(6.04 g, 23 mmol) 以及咪唑（3.18 g, 46.7 mmol）和碘 i2 (10.6 g, 42 mmol),混合物加热至 80 反应 2 h,产物 视性质纯化处理。 3.4.3 合成工艺流程合成工艺流程 蔗糖酯类阳离子类脂的合成工艺如下图所示： 干燥蔗糖 n,n-二甲基 甲酰胺 对甲苯磺酸 原乙酸三甲酯 蔗糖 4,6-原乙酸酯 水 搅拌 150min搅拌 30min 叔丁胺蔗糖-6-乙酸酯 除杂质后的蔗糖- 6-乙酸酯 残馏物 溶解有产品的溶液 有晶体析出

51、的溶液溶液蔗糖-6-乙酸酯晶体 a 蔗糖-6-乙酸酯 蔗糖-4-乙酸酯 调 ph=7 减压蒸馏 加入适的量氯仿 过滤 过 滤 滤 加入氯仿、冰 醋酸（2:1） 蔗糖-6-乙酸酯 溴化钠 tempo 滴加 0.5m 氢 氧化钠至 ph=10 反应液 滤液 冰水浴， 8h 次氯酸钠滤液用 4m hcl 调 ph 为 4 洗脱液 浓缩液 上聚酰胺色谱柱 80%乙醇水溶液洗脱 旋转蒸发仪浓缩8 浓缩蒸干 产物 b 产物 b 甲苯 对苯甲磺酸 加适量甲醇、 甲醇钠 反应液 浓缩液 加热 60至全部溶解 对苯二酚 加入 2 倍体积石油醚 反应液 反应液 70水浴加热回 流 80%乙醇水溶液洗脱 80水浴加

52、热并搅拌 浓缩蒸干 产物 c 月桂醇 升温至 120 44 旋转蒸发仪浓缩 加适量 dmf、三 苯基膦、咪唑、 典 加适量甲苯 咪唑 三苯基膦 dmf 反应液 80搅拌加 热 加入 10 倍蒸馏 水 浑浊液体 静 置 有晶体析出 过滤 终产品 d 碘 图 15 蔗糖类阳离子类脂的合成工艺图 咪唑 3.4.4 实验装置图实验装置图 蔗糖酯类阳离子类脂合成装置图如图 17 所示。 图 16 合成反应装置图 4 实验结果与讨论实验结果与讨论 4.1 产品结构分析与确证产品结构分析与确证 产品结构式如下： 4.1.1 碘化物结构解析碘化物结构解析 白色粉末（meoh），易溶于甲醇，难溶于三氯甲烷，乙醚

53、。在1hnmr谱中，低场 无信号，高场0.88（3h，t）为化合物中c12h25的末端甲基质子信号，4.08（2h，t）和 2.07（2h，m）为与酯基相连的-ch2ch2-基团亚甲基的质子信号，1.28-1.54（18h，m） 为c12h25的其他质子信号，5.39（1h，d，j=7.2hz）为蔗糖母核中葡萄糖单位端基质子信 号，4.41（1h，d，j=7.0）为蔗糖母核中果糖单位5位的质子信号，4.19-3.25（10h，m） 为蔗糖母核其他质子信号。 在13cnmr谱中，显示了36个碳信号，其中175.66和171.61为两羰基碳信号，104.11为 蔗糖母核中葡萄糖单位的端基碳信号，9

54、2.20为蔗糖母核中果糖单位的端基碳信号，82.81- 61.87为蔗糖母核上其他9个碳的信号，14.664和13.48分别为两个c12h25的末端碳信号， 64.02为两个c12h25与酯基相连的的碳信号，32.57-22.64为信号强度较高的两个c12h25基团 的其他20个碳的重叠信号。将其13cnmr谱结合1hnmr谱数据进行归属，鉴定化合物为蔗 糖-1,4-二甲酸月桂醇二酯碘化物。 图 17 化合物 1hnmr 谱 图 18 化合物 13cnmr 谱 4.2 单因素试验单因素试验 根据上届做的初步探索结果和大量的探索实验得到较佳的因素数和水平数。 （1）物料摩尔比为碘：蔗糖二酸二月桂

55、醇酯=8:1； （2）反应温度为 80 ； （3）反应时间为 2.5 h。 4.3 正交试验探索正交试验探索 4.3.1 正交试验设计正交试验设计 为了能更好的缩减实验成本，提高效率，使工艺条件得以进一步优化，以单因素探 索实验所得最佳工艺条件为基准，缩小相应因素的水平范围，选定正交实验三因素三水 平表： 表 3 碘化反应因素与水平数设计表 实验号 料液比(a) （二酯：碘） 反应时间(b) （小时） 反应温度(c) （） 11:41.570 21:82.580 31:163.590 表 4 碘化反应正交实验设计表 实验号 料液比(a) （二酯：碘） 反应时间(b) （小时） 反应温度(c)

56、（） 误差项实验方案 11:41.5701a1b1c1 21:42.5802a1b2c2 31:43.5903a1b3c3 41:81.5803a2b1c2 51:82.5901a2b2c3 61:83.5702a2b3c1 71:161.5902a3b1c3 81:162.5703a3b2c1 91:163.5801a3b3c2 4.3.2 正交试验过程正交试验过程 表 5 碘化反应正交实验表 实验号二酯（g） 碘（g）产率（%）误差项实验方案 10.13340.062347.51a1b1c1 20.14550.069148.12a1b2c2 30.14440.069047.93a1b3c3

57、 40.11330.234753.73a2b1c2 50.11370.228552.91a2b2c3 60.11570.224752.32a2b3c1 70.11420.457449.52a3b1c3 80.11440.453749.03a3b2c1 90.11630.451149.91a3b3c2 处理结果如下表： 表 6 正交实验数据处理 实验号料液比(a) （二酯：碘） 反应时间(b) （小时） 反应温度(c) （） 误差项产率（%） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 k1 k2 k3 r 1:4 1:4 1:4 1:8 1:8 1:8 1:16 1:16 1:16 47.83 52.97 49.46 5.1333 1 2 3 1 2 3 1 2 3 50.23 50.00 50.03 0.23333 1 2 3 2 3 1 3 1 2 49.60 50.56 50.10 0.9667 1 2 3 3 1 2 2 3 1 50.10 49.96 50.00 0.2333 47.5 48.1 47.9 53.7 52.9 52.3 49.5 49.0 49.9 4.3.3 最佳条件