一种白藜芦醇及其衍生物的合成方法
(一)技术领域
本发明涉及一种天然活性物质的合成,特别涉及一种白藜芦醇及其衍生物的化学合成方法。
(二)背景技术
白藜芦醇自面世以来,以其良好的消炎、抗癌、抗氧化作用,逐渐在医药、保健品等领域得到广泛使用。最新研究显示,白藜芦醇衍生物比白藜芦醇具有更优良的品质和更强的生理活性,该研究引起了世界科学界和舆论界的广泛关注。
文献报道的白藜芦醇及白藜芦醇衍生物的合成方法,以白藜芦醇为例,主要是以3,5-二羟基苯甲醇为原料,经甲基化、溴代、Arbuzov重排反应得到中间体3,5-二甲氧基苄基膦酸酯,再与茴香醛经过Wittig.Homer缩合反应得到白藜芦醇三甲醚,最后脱甲基化反应合成白藜芦醇。
白藜芦醇三甲醚脱甲基化反应,现有工艺普遍采用卤化硼、卤化铝作为催化剂,但这类物质选择性不高,且对环境不友好,主要有以下4种方法:
1.以白藜芦醇三甲醚为起始原料,在二氯甲烷中溶解,加入BBr3,经脱甲基化与重结晶,制得白藜芦醇。
2.以白藜芦醇三甲醚为起始原料,在甲苯溶剂中,加入AlCl3,脱甲基化反应、重结晶得到白藜芦醇。
3.在二氯甲烷中溶解AlCl3,加入二甲基硫醚反应,加入白藜芦醇三甲醚,脱甲基化和重结晶得到白藜芦醇。
4.以白藜芦醇三甲醚为起始原料,在吡啶溶剂中,加入AlCl3,脱甲基化得到白藜芦醇。
上述4种方法虽收率较高,但使用了大量的BBr3或AlCl3,对环境污染比较大,而且此类物质刺激性较强,遇水会分解甚至引起爆炸,存在一定的安全隐患。
关于醚类物质脱甲基化反应的催化剂,除了普遍使用的卤化硼、卤化铝,文献报道的还有稀硫酸、氢卤酸与乙酸等脱甲基试剂。专利(CN:86104272A,1986)中,胥佩菱等人使用硫酸选择性裂解没食子酸三甲醚,脱去甲基,但硫酸作为脱甲基试剂,反应活性较低,仅能与一些具备特殊结构的甲基醚反应;闻永举等(江苏农业科学,2010,2:322-323)使用氢溴酸与乙酸溶液共热裂解大黄素甲醚使其脱去甲基,该类方法需要较剧烈的条件,可能导致一些敏感性结构分解或改变,易使白藜芦醇及其衍生物分子式中的双键断裂。
曾有文献报道采用分子筛固体酸催化剂进行醚的水解反应,通常需要高温高压的气相反应条件,而白藜芦醇及白藜芦醇衍生物具有反式分子内双键的特殊结构,一般分子筛固体酸催化剂活性及反应条件不适合该类物质的水解反应。
本发明利用分子筛固体结构不溶于反应溶剂、对于特定的物质具有良好的选择性、方便回收套用等优点,以MCM-22固体酸催化剂为底物,引入Cu2+制备得到新型的GL-5固体酸催化剂,使得该催化剂不但具有较多的Bronsted酸,且拥有Lewis酸中心,两者在脱甲基化过程中起到协同作用,大大提高了催化剂的活性和选择性,从而提高了白藜芦醇及白藜芦醇衍生物的收率,减少了污染物的排放,适合工业化生产。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题是制备一种新型的GL-5固体酸催化剂,有效地催化合成白藜芦醇及白藜芦醇衍生物,该方法工艺合理、操作简便、三废排放量少,对环境影响较小。
本发明采用的技术方案如下:
一种如式(I)所示的白藜芦醇及其衍生物的合成方法,按照以下步骤进行:在有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)或二甲基甲酰胺(DMF)中,将式(II)所示的化合物与水在装有GL-5固体酸催化剂的固定床反应器中进行脱甲基化反应,反应完毕反应液经后处理得到式(I)所示的白藜芦醇及其衍生物;所述的式(II)所示的化合物与水的质量比为1∶0.1~0.2,所述的有机溶剂体积用量以式(II)所示的化合物质量计为10~20mL/g;通常本发明所述的水为纯水,即去离子水或蒸馏水;
(I)a.R′1,R′2,R′3=H; (II)a.R1,R2,R3,=H;
b.R′1,R′3=H;R′2=OH b.R1,R3=H;R2=OCH3
c.R′1,R′2=H;R′3=OH c.R1,R2=H;R3=OCH3
d.R′2,R′3=H;R′1=OH d.R2,R3,=H;R1=OCH3
其中,式(II)中R1、R2、R3至少两个各自独立为H,其余为甲氧基;式(I)中R′1、R′2、R′3分别与式(II)中R1、R2、R3位置相对应,R1、R2或R3为H的,相对应的R′1、R′2或R′3同时为H,R1、R2或R3为甲氧基的,相对应的R′1、R′2或R′3为羟基。
所述的GL-5固体酸催化剂(也叫GL-5分子筛催化剂)制备方法为:将偏铝酸钠、氢氧化钠以质量比1∶0.5~1溶于蒸馏水中,加入六亚甲基亚胺,常温下搅拌反应20~30min,加入白炭黑,继续搅拌1~2h,所述的六亚甲基亚胺的体积用量以偏铝酸钠质量计为7~15mL/g,通常所述的蒸馏水的体积用量以偏铝酸钠质量计为40~100mL/g,所述的白炭黑与偏铝酸钠质量比为6~10∶1,将反应液转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应器中,120~150℃静态晶化3天,晶化结束冷却至室温,将产物抽滤、滤饼用水洗涤,干燥,得初级产物,将初级产物浸没于0.1mol/L的CuCl2溶液,70℃反应12h,过滤,滤饼用水洗涤,干燥,得次级产物,将次级产物放入烘箱中,氮气保护下以5℃/min的速率升温至550℃,50min后切换成空气,继续焙烧7~8h,冷却至室温,研磨成30~50目,制得GL-5固体酸催化剂。
所述的式(II)所示的化合物与水的质量比优选为1∶0.12~0.16。
所述的后处理是将反应液加水冷却结晶,过滤,滤饼为白藜芦醇及其衍生物粗产品,用重结晶溶剂重结晶,制得式(I)所示的白藜芦醇及其衍生物;所述的重结晶溶剂为下列两种或两种以上任意比例的混合溶液:乙醇、水、甲苯、甲醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯或氯仿。
所述的式(I)所示白藜芦醇及其衍生物合成方法推荐为:将式(II)所示的化合物、有机溶剂DMSO或DMF与少量去离子水,在70~80℃条件下搅拌配成混合液,同时将填充有GL-5固体酸催化剂的固定床反应器升温到95~175℃,混合液以0.7~1.5mL/min的速度连续加入固定床反应器中,在GL-5固体酸催化剂的作用下反应,收集流出的反应液,将反应液加水冷却结晶,过滤,滤饼为白藜芦醇及其衍生物粗产品,用重结晶溶剂重结晶,制得式(I)所示的白藜芦醇及其衍生物,所述的重结晶溶剂为下列两种或两种以上任意比例的混合溶液:乙醇、水、甲苯、甲醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯或氯仿。
所述的重结晶溶剂优选为下列混合物之一:①体积比为乙醇∶水=1∶1;②体积比为乙醇∶水∶甲苯=1∶1∶2;③体积比为甲醇∶水∶甲苯=1∶4∶5;④体积比为丙酮∶石油醚=1∶1;⑤体积比为乙酸乙酯∶石油醚=1∶2;⑥体积比为乙醇∶氯仿=1∶2。
所述的重结晶有机溶剂的体积用量以白藜芦醇及其衍生物粗产品质量计为1.5~2.5mL/g。
所述的固定床反应器中,反应器为内径1cm、长1.5m的石英管,内部填充GL-5固体酸催化剂,催化剂床层内插有内径为0.3cm的石英衬管,内插热电偶,温度由热电偶加热控制,所填充的GL-5固体酸催化剂充填量以石英管的体积与石英衬管体积之差计。
所述的有机溶剂优选为DMSO,体积用量以式(II)所示化合物质量计优选为11~18mL/g。
所述的混合液加入固定反应床的速率优选为1mL/min。
进一步,本发明所述的式(I)所示的化合物按如下之一方法操作,(1)式(I)中,当R′1、R′2或R′3均为氢,即化合物为(I)a时,所述的固定床反应器温度为160~175℃;(2)式(I)中,当R′1、R′3均为氢,R′2为羟基时,即化合物为(I)b时,所述的固定床反应温度为100~125℃;(3)式(I)中,即化合物为(I)c时,当R′1、R′2均为氢,R′3为羟基时,所述的固定床反应温度为95~115℃;(4)当R′2、R′3均为氢,R′1为羟基时,即化合物为(I)d时,所述的固定床反应温度为110~135℃。
本发明所述白藜芦醇及其衍生物合成方法的有益效果主要体现在:本发明采用了GL-5固体酸为催化剂,产物选择性高、收率较高、且催化剂与溶剂易分离回收,可多次反复使用,对环境友好,避免了传统工艺中大量使用环境污染严重的AlCl3或BBr3,三废排放少,具有良好的应用价值。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此:
本发明实施例1-17所用的GL-5固体酸催化剂均是以实施例9制备方法制备;本发明实施例中所用去离子水的密度为1g/mL;本发明所述的GL-5固体酸催化剂充填量以石英管的体积与石英衬管体积之差计。
实施例1:
将13.5g(0.05mol)白藜芦醇三甲醚(化合物II-a)溶于250mL DMSO与2mL去离子水的混合溶液中,搅拌加热至75℃,将装有GL-5固体酸催化剂的固定床反应器升温至170℃。反应液以1mL/min的速度连续加入1.5m固定床反应器,流出液收集在锥形瓶中,收集完毕加入25mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼为11.0g,用18mL 50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体10.7g,即白藜芦醇(化合物I-a),收率(以化合物II-a物质的量计)为93.9%。
实施例2:
将18.9g(0.07mol)化合物II-a溶于300mLDMSO与3mL去离子水的混合溶液中,搅拌升温至75℃,将装有GL-5固体酸催化剂固定床反应器升温至170℃。反应液以1mL/min的速度连续加入1.5m的固定床反应器,流出液收集在锥形瓶中,收集完毕加入30mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼为15.2g,用25mL50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体14.7g,即白藜芦醇(化合物I-a),收率(以化合物II-a物质的量计)为92.1%。
实施例3:
固定床的反应温度为160℃,其它操作同实施例1,白藜芦醇(化合物I-a)的收率为90.7%。
实施例4:
将27g(0.1mol)化合物II-a溶于400mLDMSO与4mL去离子水的混合溶液中,搅拌升温至75℃,将装有GL-5固体酸催化剂的固定床反应器升温至170℃。反应液以1.5mL/min的速度连续加入1.5米的固定床反应器中,流出液收集在锥形瓶中,收集完毕加入40mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼为21.7g,用35mL50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体20.7g,即白藜芦醇(化合物I-a),收率(以化合物II-a物质的量计)为90.8%。
实施例5:
将反应液以0.7mL/min的速度连续加入固定床反应器,其它操作同实施例1,白藜芦醇(化合物I-a)的收率为91.3%。
实施例6:
重结晶所用有机溶剂为乙醇∶水∶甲苯=1∶1∶2(体积比)的混合溶剂20mL,其他操作同实施例1,白藜芦醇的收率为92.6%。
实施例7:
重结晶所用有机溶剂为甲醇∶水∶甲苯=1∶4∶5(体积比)的混合溶剂35mL,其他操作同实施例4,白藜芦醇(化合物I-a)的收率为89.9%。
实施例8:
重结晶所用有机溶剂为乙酸乙酯∶石油醚=1∶2(体积比)的混合溶剂20mL,其他操作同实施例1,白藜芦醇(化合物I-a)的收率为92.0%。
实施例9
GL-5分子筛催化剂的制备
将2g偏铝酸钠和1.5g氢氧化钠溶解于200mL蒸馏水中,将20mL六亚甲基亚胺一次性加入混合液中,搅拌反应30min,加入15g白炭黑,继续搅拌2h。将反应液转移到400mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应器(JM0-RD1,克勒格瓦尼分析仪器有限公司)中,于150℃下静态晶化3天,晶化结束后冷却至室温,将产物抽滤、洗涤,并于120℃下干燥12h,得初级产物。在70℃下,将初级产物与0.1mol/L的CuCl2溶液进行离子交换,反应12h后将产物过滤,洗涤,干燥,得次级产物。将次级产物放入烘箱(HARDUN-SUS304,武汉海顿电炉有限公司)中,氮气保护下以5℃/min的速度升温至550℃,50min后切换成空气,继续焙烧7h,冷却至室温研磨成30目,得GL-5固体酸催化剂。
实施例10:
将13.5g(0.05mol)化合物II-a溶解于250mLDMF中,并加入2mL去离子水,搅拌升温至70℃。将装有GL-5固体酸催化剂的固定床反应器升温至140℃,反应液以1ml/min的速度连续加入装有GL-5固体酸催化剂的固定床反应器,将流出液收集在锥形瓶中,加入25mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼10.8g,用20mL50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体10.3g,即白藜芦醇(化合物I-a),收率(以化合物II-a物质的量计)为90.4%。
实施例11:
将21.6g(0.08mol)化合物II-a溶解于400mLDMF中,并加入3mL去离子水,搅拌升温至70℃。将装有GL-5固体酸催化剂的固定床反应器升温至140℃,反应液以1mL/min的速度连续加入装有GL-5分子筛催化剂的固定床反应器,将流出液收集在锥形瓶中,加入30mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼17.0g,用30mL50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体16.6g,即白藜芦醇(化合物I-a),收率(以化合物II-a物质的量计)为91.0%。
实施例12:
将15g(0.05mol)2,3’4,5’-四甲氧基二苯乙烯(化合物II-b)溶于250mLDMSO与2mL去离子水的混合溶液中,搅拌加热至75℃,将装有GL-5分子筛催化剂的固定床反应器升温至110℃。反应液以1mL/min的速度连续加入1.5m固定床反应器,流出液收集在锥形瓶中,收集完毕加入25mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼为11.1g,用20mL 50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体10.5g,即氧化白藜芦醇(化合物I-b),收率(以化合物II-b物质的量计)为86.1%。
实施例13:
将12g(0.04mol)3,3’,4’,5-四甲氧基二苯乙烯(化合物II-c)溶于200mLDMSO与2mL去离子水的混合溶液中,搅拌加热至75℃,将装有GL-5分子筛催化剂的固定床反应器升温至100℃。反应液以1mL/min的速度连续加入1.5m固定床反应器,流出液收集在锥形瓶中,收集完毕加入25mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼为8.9g,用15mL 50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体8.3g,即白皮杉醇(化合物I-c),收率(以化合物II-c物质的量计)为85.0%。
实施例14:
将12g(0.04mol)3,4,5,4’-四甲氧基二苯乙烯(化合物II-d)溶于200mLDMSO与2mL去离子水的混合溶液中,搅拌加热至75℃,将装有GL-5分子筛催化剂的固定床反应器升温至120℃。反应液以1mL/min的速度连续加入1.5m固定床反应器,流出液收集在锥形瓶中,收集完毕加入25mL蒸馏水,搅拌约30min冷却,静置析出晶体,过滤(滤液蒸去甲醇和水之后,可循环使用),滤饼为9.0g,用15mL 50%的乙醇水溶液重结晶,得白色晶体8.6g,即4-羟基白藜芦醇(化合物I-d),收率(以化合物II-d物质的量计)为88.1%。
实施例15:
将DMSO改变为DMF,其它条件同实施例14,收率为84.1%。
实施例16:
将DMSO改变为DMF,其它条件同实施例15,收率为82.5%。
实施例17:
将DMSO改变为DMF,其它条件同实施例16,收率为84.7%。
实施例18:
将4g偏铝酸钠和4g氢氧化钠溶解于200mL蒸馏水中,将60mL六亚甲基亚胺一次性加入混合液中,搅拌反应30min,加入40g白炭黑,继续搅拌2h。将反应液转移到400mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应器中,于150℃下静态晶化3天,晶化结束后冷却至室温,将产物抽滤、洗涤,并于120℃下干燥12h,得初级产物。在70℃下,将初级产物与0.1mol/L的CuCl2溶液进行离子交换,反应12h后将产物过滤,洗涤,干燥,得次级产物。将次级产物放入烘箱中,氮气保护下以5℃/min的速度升温至550℃,50min后切换成空气,继续焙烧8h,冷却至室温研磨成30目,得GL-5固体酸催化剂。
实施例19:
将5g偏铝酸钠和3g氢氧化钠溶解于200mL蒸馏水中,将35mL六亚甲基亚胺一次性加入混合液中,搅拌反应20min,加入30g白炭黑,继续搅拌2h。将反应液转移到400mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应器中,于150℃下静态晶化3天,晶化结束后冷却至室温,将产物抽滤、洗涤,并于120℃下干燥12h,得初级产物。在70℃下,将初级产物与0.1mol/L的CuCl2溶液进行离子交换,反应12h后将产物过滤,洗涤,干燥,得次级产物。将次级产物放入烘箱中,氮气保护下以5℃/min的速度升温至550℃,50min后切换成空气,继续焙烧8h,冷却至室温研磨成30目,得GL-5固体酸催化剂。
实施例20:
将GL-5固体酸催化剂换成实施例18制备方法所制备的固体酸催化剂,其它条件同实施例1,收率为81.2%。
实施例21:
将GL-5固体酸催化剂换成实施例19制备方法制备的固体酸催化剂,其它条件同实施例1,收率为85.3%。