CN103087027B - 一种多羟基异黄酮的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多羟基异黄酮的制备工艺，该多羟基异黄酮包括4',6,7-三羟基异黄酮和3',4',6,7-四羟基异黄酮。本发明以廉价易得的化工原料：3,4-二甲氧基苯酚、3,4-二甲氧基苯乙腈及对羟基苯乙腈为起始原料，通过对Hoesch反应、增碳关环反应及脱甲基保护等三步反应的优化研究，分别实现了4',6,7-三羟基异黄酮和3',4',6,7-四羟基异黄酮的大量制备。本发明具有经济、高效、环保、安全、易于工业化等特点。所述4',6,7-三羟基异黄酮和3',4',6,7-四羟基异黄酮可用于医学、食品卫生等方面的新药研究及开发。
Description
技术领域
本发明属于生物制药领域，特别涉及一种多羟基异黄酮的制备工艺。
背景技术
异黄酮是大豆中一类重要的非营养素成分，早年研究显示其具有显著的防治癌症作用（Steemas A，et a1．Environ Toxicol Pharmacol，1999，7(3)，209-211）。分子水平的研究证实，异黄酮具有抑制乳腺癌、前列腺癌、肝癌和胃癌细胞系的生长繁殖的作用（Lamartiniere CA，et al.Chemoprevents Mammary Cancer，1995，208，120-120．；Park JH，Oh EJ，Choi YH，et a1．Int J Oncol，2001，18(5)，997-1002）。而流行病学调查表明，西方发达国家的乳腺癌、前列腺癌和直肠癌等的发病率是以大豆为主食之一的发展中国家（如中国、韩国及日本）的4～l0倍（孙家莉.天津药学,2001;13(2)，10-12）。目前，异黄酮的研究及应用十分广泛，除抗癌作用，大豆异黄酮还有很多其他重要的生理药理活性，如抗心血管疾病、防治骨质疏松等，尤其是因为它具有强清除体内自由基和自身作为食品安全无毒的特性，多应用于抗衰老的保健品中。
4',6,7-三羟基异黄酮（T2）和3',4',6,7-四羟基异黄酮（T3)两个化合物均为多羟基异黄酮类化合物;有文献报道4',6,7-三羟基异黄酮(T2)具有强的抗氧化能力及抑制脂质体聚集的能力，其来源是通过萃取韩国的一种大豆而获得(FoodChemistry2011，129,183-187),同时T2还对结肠癌具有较好的预防治疗效果(Carcinogenesis.2011,4:629-635.)。T3属于四羟基异黄酮，结构新颖，其活性研究报道甚少。目前，4',6,7-三羟基异黄酮和在市场上仅以毫克~克级销售，且价格昂贵。T3的合成工艺目前并未见文献报道，只是被证实存在于大豆苷元(主要的大豆异黄酮)代谢产物中(Archives of Microbiology,164(6),428-34;1995)。
有文献报道（Bioorganic&Medicinal Chemistry,2007，15(23)，7408-7425），以3,4-二羟基苯酚、对羟基苯乙腈为起始原料，经Hoesch反应和增碳关环两步反应，合成4',6,7-三羟基异黄酮（T2）。该路线虽简洁，但Hoesch反应收率低，且增碳关环反应操作繁琐，使得T2的合成效率较低,，难以大量制备。同时，由于3,4-二羟基苯酚稳定性差，不易获得而价格昂贵，导致T2的合成成本非常高。GoTo等（Chemical&Pharmaceutical Bulletin,2009，57(4),346-360;）以3,4-二羟基苯酚、对羟基苯乙酸为原料，采用一锅煮方法，合成4',6,7-三羟基异黄酮（T2）。该法虽路线简短，操作简单，但收率也很低（8%），且原料较昂贵，不易获得，无法实现工业化大量生产制备。
综上所述，制备4',6,7-三羟基异黄酮（T2）和3',4',6,7-四羟基异黄酮（T3)，目前还没有经济、高效的实验室研究合成工艺，更无相关大批量生产制备工艺报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种多羟基异黄酮的制备工艺，所述多羟基异黄酮包括4',6,7-三羟基异黄酮（T2）和3',4',6,7-四羟基异黄酮（T3)，该工艺具有简便、高效、环保、易于工业化生产等特点，为进一步研究多羟基异黄酮类化合物的药理作用奠定了物质基础。
本发明的技术方案是：
4',6,7-三羟基异黄酮的制备工艺，有以下步骤：
1）1,4-二氧六环溶剂中，室温时，加入13-15mol无水氯化锌，通入干燥氯化氢至饱和，然后加13-15mol对羟基苯乙腈反应4-6h后加入13mol3,4-二甲氧基苯酚，反应30-36h；随后加入到80~120L5%稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2h，得到2,4`-二羟基-4,5-二甲氧基脱氧安息香；
2）N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入3mol步骤1）所得2,4`-二羟基-4,5-二甲氧基脱氧安息香，在温度为0-10℃时，将18mol的BF3.Et2O加入其中反应30min，得A溶液；另一反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺有机溶剂，加入6mol PCl5于50℃反应30min后加至A溶液中，室温反应8-12h，随后加入随后加入到40-60L10%稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2h，得到4'-羟基-6,7-二甲氧基异黄酮；
3）二氯甲烷或者三氯甲烷有机溶剂中，在温度为0-10℃时，加入35mol的无水三氯化铝及35mol的二甲基硫醚反应0.5-1h，加入7mol步骤2）所得的4'-羟基-6,7-二甲氧基异黄酮于室温反应8-12h后,加入到100-140L0~5℃10%HCl溶液中水解2h后，得到4',6,7-三羟基异黄酮，经重结晶精制，得纯度为99.4%的4',6,7-三羟基异黄酮产品。
3',4',6,7-四羟基异黄酮的制备工艺，有以下步骤：
1）1,4-二氧六环溶剂中，室温时，加入6-8mol无水氯化锌，通入干燥氯化氢至饱和，然后加6-8mol3,4-二羟基苯乙腈反应4-6h后加入6.5mol3,4-二甲氧基苯酚，反应30-36h；随后加入到40-60L5%稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2h，得到2-羟基-3`,4`,4,5-四甲氧基脱氧安息香；
2）N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入3mol步骤1）所得2-羟基-3`,4`,4,5-四甲氧基脱氧安息香，在温度为0-10℃时,将18mol的BF3.Et2O加入其中反应30min,得A溶液；另一反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入6mol PCl5于50℃反应30min后加至A溶液中，室温反应8-12小时，随后加入到40-60L10%稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2小时，得到3',4',6,7-四甲氧基异黄酮；
3）二氯甲烷或者三氯甲烷溶剂中，在温度为0-10℃时，加入30mol的无水三氯化铝及30mol的二甲基硫醚反应0.5-1h，加入6mol的步骤2）所得6,7,3',4'-四甲氧基异黄酮，于室温反应8-12h后,加入到100-140L0~5℃10%HCl溶液中水解2h后，得到3',4',6,7-四羟基异黄酮。经重结晶精制，得纯度为99.0%、大量的3',4',6,7-四羟基异黄酮产品。
4',6,7-三羟基异黄酮和3',4',6,7-四羟基异黄酮的制备工艺中步骤1）、2）、3）中所述的室温温度范围为10~30℃。
上述制备工艺中步骤3）所述的重结晶精制，其重结晶溶剂为水与1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺或甲醇的混合溶剂，其混合比例为1：1~2。
本发明以3,4-二甲氧基苯乙腈或3,4-二甲氧基苯酚及对羟基苯乙腈为起始原料，经Hoesch反应、增碳关环、脱双甲基保护等三步反应，合成4`,6,7-三羟基异黄酮或3'，4′，6,7-四羟基异黄酮。通过对反应机理的分析，本发明对第一步Hoesch反应进了改进：1)调整了工艺中催化剂(无水氯化锌、氯化氢气体的)和原料的加入顺序；2)用1,4-二氧六环替代低沸点、易燃易爆的乙醚作为反应溶剂,实现了室温反应(10~30℃)，且5%以内溶剂水分不会对实验产生明显影响，使反应操作安全、条件温和；3)改进采用了一次性通入HCl气体至饱和的反应催化工艺，减轻了因持续通入HCl气体，造成的对操作人员、仪器及环境的危害。通过对第二步增碳关环反应的改进，实现了简单高效的增碳关环化工艺，该工艺具有高的收率及纯度，反应条件温和（室温10~30℃）、后处理简单，合成得到粗品无需处理直接用于重结晶精制，易于工业化生产。在第三步脱甲基化反应中，将无水三氯化铝与二甲基硫醚体系应用于异黄酮化合物的脱甲基化、建立了一种简单高效的工艺，该法收率及纯度高，室温反应(10~30℃)即可，反应时间短且无副反应产生(一次性脱去全部甲基)。本发明采用的试剂便宜、易得，且操作简单。
本发明中涉及的原料间3,4-二甲氧基苯乙腈或3,4-二甲氧基苯酚、对羟基苯乙腈均为重要的化工原料，成本低廉，易于获得。
本发明分别以3,4-二甲氧基苯酚、3,4-二甲氧基苯乙腈及对羟基苯乙腈为起始原料，通过对Hoesch反应、增碳关环反应及脱甲基保护等三步反应的优化研究，分别实现了4',6,7-三羟基异黄酮（T2）和3',4',6,7-四羟基异黄酮（T3）大量的、高纯度的合成制备，具有产品收得率高、成本低，合成路线短、反应条件简单、温和、安全，成本低，环境污染小，易于工业化生产等优点。
本发明制得的T2和T3可应用于医学、食品卫生等方面的新药研究及开发。
通过以下实施例有助于进一步理解本发明，但并不能限制本发明的内容。在本发明的构思前提下，对本发明制备工艺的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
附图说明
图1为T2的核磁共振氢谱谱图（1H NMR）；
图2为T2的核磁共振碳谱谱图（13C NMR）；
图3为T2的质谱谱图（MS）；
图4为T3的核磁共振氢谱谱图（1H NMR）；
图5为T3的核磁共振碳谱谱图（13C NMR）；
图6为T3的质谱谱图（MS）。
具体实施方式
实施例中所采用的仪器和试剂：
仪器：
熔点用上海精密科学仪器有限公司生产的WRR熔点仪测定。
所有化合物1H NMR和13C NMR由美国Varian公司生产的Mercury Plus-400核磁共振谱仪测定，TMS作内标，未经特殊说明，均用DMSO(氘代二甲基亚砜)作溶剂，δ值单位为ppm。
质谱由HP5989A型质谱仪测定，IR由Testscan Schimadzu FTIR8000series测定。
所有反应均以薄层层析跟踪，使用烟台市芝罘黄务硅胶开发试验厂所生产的高效薄层层析硅胶板（型号CF-254），254nm荧光检测。
主要原料：
对羟基苯乙腈、3,4-二甲氧基苯酚、3,4-二甲氧基苯乙腈均为市售工业纯级别。
试剂：
无水氯化锌、无水三氯化铝、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺，1,4-二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基硫醚等试剂均为市售的分析纯。
实施例14’,6,7-三羟基异黄酮(T2)的制备
1.制备2,4`-二羟基-4,5-二甲氧基脱氧安息香（化合物3）
将2kgZnCl2加入到6L1,4-二氧六环溶液当中，搅拌分散后在6h内通入1.6kgHCl气体，然后停止通入HCl气体，强烈搅拌下将2kg对羟基苯乙腈（化合物1）分批加入其中，加完反应6小时候投入2kg3,4-二甲氧基苯酚(化合物2)，室温反应36h后停止搅拌，将反应液加入到85℃100L5%HCl溶液中水解2h析出大量淡黄色沉淀，过滤热水洗沉淀至中性，烘干称重得产品—2,4`-二羟基-4,5-二甲氧基脱氧安息香（化合物3）3.175kg，收率85%，纯度96%(HPLC）;熔点（mp）:174～175.5℃;1H NMR(400MHz,DMSO)δppm:12.50(1H,s,2-OH),9.32(1H,s,4′-OH),7.42(1H,s,6-H),7.09,7.11(2H,d,J=8.6Hz,2′,6′-H),6.70,6.72(2H,d,J=8.6Hz,3′,5′-H),6.55(1H,s,3-H),4.22(2H,s,CH2)3.82(3H,s,4-OMe),3.76(3H,s,5-OMe)；13C NMR(400MHz,DMSO)δppm:44.100,56.205,56.410,100.731,112.497,115.538,125.430,130.735,141.889,156.380,,156.680,159.567,202.981。
2.制备4'-羟基-6,7-二甲氧基异黄酮（化合物4）
将2kg2,4`-二羟基-4,5-二甲氧基脱氧安息香（化合物3）加入到12L DMF溶液中，控温0~10℃，搅拌情况下，在3h内将1.4L BF3Et2O溶液滴入其中，反应30min后得A溶液。将3kg PCl5加入到0~10℃18L DMF强烈搅拌的溶液中，待溶解完全以后移入55℃水浴中反应30min后静止室温得B溶液。将B溶液缓缓加入到A溶液当中，于10~30℃反应8h后将反应液加入到85℃100L5%HCl溶液中水解2h，静止过滤水洗，烘干称重得产品4'-羟基-6，7-二甲氧基异黄酮（化合物4）1.864kg，收率90%，纯度94%(HPLC)，熔点分析测试：232～234℃，1H NMR(400MHz,DMSO)δppm:9.561(1H,s,4′-OH),8.374(1H,s,2-H),7.43(1H,s,5-H),7.40，7.42(2H,d,J=8.6Hz,2,6-H),7.21(1H,s,8-H),6.816.83(2H,d,J=8.6Hz,3,5-H),3.92(3H,s,6-OMe),3.87(3H,s,7-OMe)13CNMR(400MHz,DMSO)δppm:55.937,56.552,100.436,123.418,130.345,147.565,151.904,152.980,154.357,157.441,174.579。
3.4`,6,7-三羟基异黄酮(T2)的合成
将8kgAICl3加入到0~10℃24L CH2Cl2强烈搅拌的溶液中,待分散后在4h内将4L二甲基硫醚溶液滴加到反应体系中，然后在强烈搅拌情况下，分批加入2kg4'-羟基-6,7-二甲氧基异黄酮（化合物4），室温反应(10~30℃)8h后，将反应液加入到0~5℃120L10%HCl溶液中，水解2h后静止分层，倒去上层溶液(回收处理)，水洗静止分层弃去上清液(重复三次)，再加入16L95%乙醇溶液搅拌洗涤2h(重复三次),沉淀过滤，烘干称重得4',6,7-三羟基异黄酮（T2）1.667kg(粗品)，收率92%，纯度96%(HPLC);产品纯化：用1,4-二氧六环和水的混合体系对T2进行重结晶，得到白色针状晶体，重结晶收率为88%,纯度99.4%(HPLC)，熔点：322～323℃。1H NMR(400MHz,DMSO)δppm:10.40(1H,br.s,OH-6),9.80(1H,br.s,OH-7),9.52(1H,br.s,OH-4′),8.25,(1H,s,H-2),7.38(1H,s,H-5),7.37(2H,d,J=8.6Hz，H-2，H-6′),6.90(1H,s,H-8),6.81，6.79(2H,d,J=8.6Hz，H-3′H-5′)；13CNMR(400MHz,DMSO)δppm:103.035,108.340,115.187,116.851,122.989,130.368,144.903,151.131,152.499,157.303,174.697;EI-MS(m/z):293.0409(M+Na）；UV(MeOH):λmax=260nm；IR(KBr压片)cm-1:3286.1(Ar-OH);1674(6-C=O),832.8(Ar-OH)；elemental analysis：C=66.56%、H=3.76,理论值：C=66.67%、H=3.73。参见图1-图3。
实施例23',4',6,7-四羟基异黄酮(T3)的制备
1.制备2-羟基-3`,4`,4,5-四甲氧基脱氧安息香（化合物6）
将1kg ZnCl2加入到3.5L1,4-二氧六环溶液当中，搅拌分散后在6h内通入0.7kgHCl气体，然后停止通入HCl气体，强烈搅拌下将1.15kg3,4-二甲氧基苯乙腈(化合物5)分批加入其中，加完反应6小时候分批投入1kg3,4-二甲氧基苯酚（化合物2），室温反应36h后停止搅拌，将反应液加入到85℃50L5%HCl溶液中水解2h析出大量淡黄色沉淀，过滤热水洗沉淀至中性，烘干称重得产品2-羟基-3`,4`,4,5-四甲氧基脱氧安息香（化合物6）1.768kg，收率82%，纯度97%(HPLC），熔点136.9-137.7℃，1H-NMR(DMSO,400MHz)δ(ppm):3.682-3.711(d,6H,J=11.6Hz,O-CH3),3.761(s,3H,O-CH3),3.813(s,3H,O-CH3),4.270(s,2H,-CH2),6.542(s,1H,Ar-H),6.791-6.812(d,1H,J=8.4Hz,Ar-H)6.875-6.896(d,1H,J=8.4Hz,Ar-H),6.929(s,1H,Ar-H),7.428(s,1H,Ar-H)；13C-NMR(DMSO,400MHz)δ(ppm):44.193,55.393,55.431,55.930,56.166,100.365,110.658,111.847,112.296,113.344,121.510,127.375,141.623,147.571,148.570,156.400,159.167,202.238。
2.制备3',4',6,7-四甲氧基异黄酮（化合物7）
将1kg2-羟基-3`,4`,4,5-四甲氧基脱氧安息香（化合物6）加入到5.5L DMF溶液中，控温0~10℃，搅拌情况下，在2h内将1.2L BF3Et2O溶液滴入其中，反应30min后得A溶液。将1.3kgPCl5加入到0~10℃8L DMF强烈搅拌的溶液中，待溶解完全以后移入55℃水浴中反应30min后静止室温得B溶液。将B溶液缓缓加入到A溶液当中，于10~30℃反应8h后将反应液加入到85℃50L5%HCl溶液中水解2h，静止过滤水洗，烘干称重得产品3',4',6,7-四甲氧基异黄酮（化合物7）0.915kg，收率89%，纯度95%(HPLC)，熔点分析测试：186.6-187.7℃，1H-NMR(DMSO,400MHz)δ(ppm):3.780(s,6H,O-CH3),3.864(s,3H,O-CH3),3.919(s,3H,O-CH3),6.996-7.017(d,1H,J=8.4Hz,Ar-H)7.134-7.160(m,1H,Ar-H),7.209-7.224(t,2H,J=3.0Hz,Ar-H),7.445(s,1H,Ar-H),8.457(s,1H,Ar-H)；13C-NMR(DMSO,400MHz)δ(ppm):55.454,55.503,55.717,55.345,100.259,104.062,111.523,112.681,116.896,121.122,122.878,124.563,147.385,148.234,148.535,151.630,153.276,154.198,174.223。
3.制备3',4',6,7-四羟基异黄酮(T3)
将7kgAICl3加入到0~10℃24L CH2Cl2强烈搅拌的溶液中,待分散后在4h内将3.5L二甲基硫醚溶液滴加到反应体系中，然后在强烈搅拌情况下，将2kg3',4',6,7-四甲氧基异黄酮（化合物7）分批投入到反应体系中，室温反应(10~30℃)8h后，将反应液加入到0~5℃120L10%HCl溶液中，水解2h后静止分层，倒去上层溶液(回收处理)，水洗静止分层弃去上清液(重复三次)，再加入20L95%乙醇溶液搅拌洗涤2h(重复三次),沉淀过滤，烘干称重得3',4',6,7-四羟基异黄酮（T3）1.504kg(粗品)，收率90%，纯度95%(HPLC);产品纯化：用1,4-二氧六环和水的混合体系对T3进行重结晶，得到白色针状晶体，重结晶收率为86%，纯度99.0%(HPLC)，熔点：294.3-296.4℃；1H-NMR(DMSO,400MHz)δ(ppm):6.760-6.779(t,2H,J=3.8Hz,Ar-H),6.890(s,1H,Ar-H),7.007-7.011(d,1H,J=1.6Hz,Ar-H),7.373(s,1H,Ar-H),8.203(s,1H,-O-CH=C)；13C-NMR(DMSO,400MHz)δ(ppm):102.694,108.074,115.200,115.269,116.557,116.614,119.861,122.852,123.404,144.542,144.908,150.780,152.011,152.361,174.402；EI-MS(m/z):285(M-）。参见图4-图6。
Claims (3)
1.一种4',6,7-三羟基异黄酮的制备工艺，其特征在于，有以下步骤：
1)1,4-二氧六环溶剂中，室温时，加入13-15mol无水氯化锌，通入干燥氯化氢至溶液饱和，然后加13-15mol对羟基苯乙腈反应4-6h后加入13mol3,4-二甲氧基苯酚，反应30-36h；随后加入到80～120L5％稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2h，得到2,4`-二羟基-4,5-二甲氧基脱氧安息香；
2)N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入7mol步骤1)所得2,4`-二羟基-4,5-二甲氧基脱氧安息香，在温度为0-10℃时，将42mol的BF3·Et2O加入其中，反应30min，得A溶液；另一容器中加入N,N-二甲基甲酰胺有机溶剂，加入14mol PCl5于50℃反应30min后加至A溶液中，室温反应8-12h，随后加入到80-100L10％稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2h，得到4'-羟基-6,7-二甲氧基异黄酮；
3)二氯甲烷或者三氯甲烷有机溶剂中，在温度为0-10℃时，加入35mol的无水三氯化铝及35mol的二甲基硫醚，反应0.5-1h，加入7mol步骤2)所得的4'-羟基-6,7-二甲氧基异黄酮，于室温反应8-12h后，加入到100-140L0～5℃10％HCl溶液中水解2h后,得到4',6,7-三羟基异黄酮，经重结晶精制，得纯度为99.4％的4',6,7-三羟基异黄酮产品，所述的重结晶精制中重结晶溶剂为水与1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺或甲醇的混合溶剂，其混合比例为1：1～2。
2.一种3',4',6,7-四羟基异黄酮的制备工艺，其特征在于有以下步骤：
1)1,4-二氧六环溶剂中，室温时，加入6-8mol无水氯化锌，通入干燥氯化氢至饱和，然后加6-8mol3,4-二羟基苯乙腈反应4-6h后，加入6.5mol3,4-二甲氧基苯酚，反应30-36h；随后加入到40-60L5％稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2h，得到2-羟基-3`,4`,4,5-四甲氧基脱氧安息香；
2)N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入3mol步骤1)所得2-羟基-3`,4`,4,5-四甲氧基脱氧安息香，在温度为0-10℃时,将18mol的BF3·Et2O加入其中反应30min,得A溶液；另一容器中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂，加入6mol PCl5于50℃反应30min后加至A溶液中，室温反应8-12小时，随后加入到40-60L10％稀盐酸中，在温度为85℃水解1-2小时，得到3',4',6,7-四甲氧基异黄酮；
3)二氯甲烷或者三氯甲烷溶剂中，在温度为0-10℃时，加入30mol的无水三氯化铝及30mol的二甲基硫醚反应0.5-1h，加入6mol的步骤2)所得6,7,3',4'-四甲氧基异黄酮，于室温反应8-12h后，加入到100-140L0～5℃10％HCl溶液中水解2h后，得到3',4',6,7-四羟基异黄酮，经重结晶精制，得纯度为99.0％的3',4',6,7-四羟基异黄酮产品，所述的重结晶精制中重结晶溶剂为水与1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺或甲醇的混合溶剂，其混合比例为1：1～2。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：步骤1)、2)、3)中所述的室温温度范围为10～30℃。
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