CN104744529B - 一种适于工业化生产天麻素的高效高收率制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于工业化生产天麻素的高效高收率制备方法，包括制备、后处理步骤，具体包括：以四乙酰为原料，加入体积重量比2~50倍量的醇溶剂，加热至45～100℃回流，加入还原剂进行还原反应，搅拌，至反应液滴加显色剂不显红色，即停止反应，浓缩回收醇溶剂，浓缩至四乙酰体积重量比的1~3倍；反应后处理液进行淬灭还原剂，静置、除杂、结晶、过滤和/或干燥得到目标物。本发明在已成熟工业化路线基础上，将合成反应从三个减少为两个，采用一步法工艺，无需分离纯化中间体，从而将合成工艺中的三个合成步骤变为一个步骤，一步合成且所得天麻素无需精制就能得到符合国家药品标准的高纯度天麻素。

Description

一种适于工业化生产天麻素的高效高收率制备方法

技术领域

本发明属于药物合成技术领域，具体涉及一种适于工业化生产天麻素的高效高收率制备方法。

背景技术

天麻素是一种天然化合物，是中药天麻的有效成分。天麻素具有镇静、催眠、抗惊厥等多种生理活性，临床上主要用于治疗眩晕、头痛、耳聋、耳鸣和神经衰弱等。

得到天麻素的方法有提取和合成两种。天麻素合成则源于20世纪七十年代末，周俊等人从中药天麻中分离得到一个新化合物，经结构鉴定为4-羟甲基苯基-β-D-吡喃葡萄糖甙，药理学研究表明此化合物具有镇静、安眠作用，认为是中药天麻的有效成分，命名为天麻素。在1980年前后，周俊等人完成了天麻素全合成路线的设计并以该路线完成了天麻素的化学合成（路线见图一）。而后随着国家药品标准对原料药天麻素质量的提高，在该合成路线基础上，经过不断的研究和改进增加了一个合成步骤，形成了如今成熟工业化的天麻素全合成路线（见图二）。现如今，以该成熟工业化合成路线进行天麻素的生产，无论从原料的来源还是从生产的成本考虑都比提取法更具优势。而基于该合成路线的天麻素合成方法的改进，也已经有许多文献资料和一些相关专利，这些改进基本都是从四乙酰（化合物Ⅲ）到天麻素（化合物Ⅵ）的合成方法的改进（以下简称“天麻素半合成方法的改进”）。

最早的改进是在1980年《天麻的化学研究Ⅱ.天麻苷及其类似物的合成》（周俊等：化学学报38（2）：162～165，1980）中提出的。而后在1984年，《天麻素合成方法的改进》（庞其捷等：医药工业3:3～4,1984）又提出了改进方法，将还原四乙酰的方法由低温条件下硼氢化钾还原改为Raney镍催化加氢。而发明专利《天麻素合成方法》（公布号：CN102516329A公布日：2012.06.27发明人：江正祥、王千里等）提供了一种天麻素的全合成方法（合成路线未发生改变）。该全合成方法中的从四乙酰到天麻素的合成方法为：使用Raney镍或钯炭为催化剂，以无水乙醇作为吸氢溶剂，在四乙酰中通氢气加压氢化得到乙酰天麻素，过滤，在含有乙酰天麻素的滤液中加入醇钠或氨进行脱保护基反应、减压浓缩得天麻素，重结晶得到纯天麻素。目前这些天麻素半合成方法的改进，主要都是还原四乙酰方法的改进，而这些改进使用的都是催化加氢还原四乙酰的方法，使用了Raney镍或钯炭作为催化剂，改进了催化加氢的方法。但是以Raney镍或钯炭为催化剂催化加氢，以工业生产的大批量投料来说存在很多缺点：1、催化剂价格昂贵且购买储存等操作麻烦，催化剂的回收和重复利用也是一件极为复杂的事情，为工业化连续生产带来困难，对周围环境造成污染隐患；2、催化加氢对反应罐以及生产现场均有特殊要求，对于安全生产提出更高要求，无形中提高生产管理成本。另外，目前的天麻素半合成方法都需要经过精制工序才可以得到高纯度的天麻素，以四乙酰到精制计算收率，其收率为92%～96%。

而发明专利《一种化学合成天麻素的方法》（公布号：CN102977161A）和《一种适合于产业化的天麻素化学合成方法》（公布号：CN103275146A）则提供了不同的全合成方法，该全合成方法使用五乙酰葡萄糖代替四乙酰葡萄糖作为糖基给体，形成了新的天麻素全合成路线：

此路线避免了使用溴和红磷或三溴化磷，但在整个合成路线中需要使用大量的二氯甲烷、氯仿或四氯化碳等氯代烃溶剂，甚至要用到苯这类制药产业尽量规避不使用的“一类溶剂”，这相当于在另外一个方面对环境造成了危害和污染。另外，这两个发明在此全合成路线上采用的合成方法所用试剂繁杂，且诸如三氟化硼乙醚等部分试剂需要特殊储藏条件、每步反应的后处理复杂、试剂耗量大，综合来看，该全合成路线与目前已成熟工业化的全合成路线比较，在工业化方面不具有优势。因此，开发一种能解决上述技术问题且适于工业化生产天麻素的方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适于工业化生产天麻素的高效高收率制备方法。

本发明的目的是这样实现的，包括制备、后处理步骤，具体包括：

A、制备：以四乙酰为原料，加入体积重量比2~50倍量的醇溶剂，加热至45~100℃回流，加入还原剂进行还原反应，搅拌，至反应液滴加显色剂不显红色，即停止反应，浓缩回收醇溶剂，浓缩至四乙酰体积重量比的1~3倍；

B、后处理：

方法一：向A步骤制备得到的浓缩液中加入醇溶剂，降至0~30℃，淬灭该醇溶液体系中的还原剂，使体系的pH≤10，0~30℃下静置1~12h，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至析出天麻素，停止浓缩，0~30℃下静置结晶1~12h，过滤和/或干燥得到目标物天麻素；

方法二：将A步骤制备得到的浓缩液继续浓缩至固体状，加入固液体积比1~10倍的水溶解，淬灭该水溶液体系中的还原剂，使调节体系的pH≤10，浓缩水溶液至固体状，加入固液体积比1~20倍的醇溶剂溶解，0~30℃下静置1~12h，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至析出天麻素，停止浓缩，0~30℃下静置结晶1~12h，过滤和/或干燥得到目标物天麻素。

本发明在已成熟工业化路线基础上，将合成反应从三个减少为两个，采用一步法工艺，无需分离纯化中间体，从而将合成工艺中的三个合成步骤变为一个步骤，一步合成且所得天麻素无需精制就能得到符合国家药品标准的高纯度天麻素。

附图说明

图1为现有技术中天麻素全合成路线示意图；

图2为天麻素成熟工业化全合成路线示意图；

图中：Ⅰ、葡萄糖，Ⅱ、2,3,4,6-四乙酰-α-D-1-溴吡喃葡萄糖（简称“溴代四乙酰葡萄糖”），Ⅲ、4-甲酰苯基-2′,3′,4′,6′-四-O-乙酰-β-D-吡喃葡萄糖甙（简称“四乙酰”）；Ⅳ、4-羟甲基苯基-2′,3′,4′,6′-四-O-乙酰-β-D-吡喃葡萄糖甙（简称“乙酰天麻素”），Ⅴ是4-乙酰化羟甲基苯基-2′,3′,4′,6′-四-O-乙酰-β-D-吡喃葡萄糖甙（简称“五乙酰”），Ⅵ是4-羟甲基苯基-β-D-吡喃葡萄糖甙（简称“天麻素”）；

图3为本发明一步法示意图；

图4为本发明反应示意图；

图5为本发明一步法的反应示意图；

图6为本发明后处理方法一示意图；

图7为本发明后处理方法二示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的适于工业化生产天麻素的高效高收率制备方法，其特征在于包括制备、后处理步骤，具体包括：

A、制备：以四乙酰为原料，加入体积重量比2~50倍量的醇溶剂，加热至40~100℃回流，加入还原剂进行还原反应，搅拌，至反应液滴加显色剂不显红色，即停止反应，浓缩回收醇溶剂，浓缩至四乙酰体积重量比的1~3倍；

B、后处理：

方法一：向A步骤制备得到的浓缩液中加入醇溶剂，降至0~30℃，淬灭该醇溶液体系中的还原剂，使体系的pH≤10，0~30℃下静置1~12h，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至析出天麻素，停止浓缩，0~30℃下静置结晶1~12h，过滤和/或干燥得到目标物天麻素；

方法二：将A步骤制备得到的浓缩液继续浓缩至固体状，加入固液体积比1~10倍的水溶解，淬灭该水溶液体系中的还原剂，使调节体系的pH≤10，浓缩水溶液至固体状，加入固液体积比1~20倍的醇溶剂溶解，0~30℃下静置1~12h，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至析出天麻素，停止浓缩，0~30℃下静置结晶1~12h，过滤和/或干燥得到目标物天麻素。

所述的醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或几种。

所述的醇溶剂为甲醇。

A步骤中所述的还原剂为硼氢化钾或硼氢化钠。

所述的还原剂为硼氢化钾。

A步骤中所述的显色剂为稀盐酸和2,4-二硝基苯肼试剂。

B步骤中所述的淬灭是用酸进行淬灭。

所述的酸为无机酸。

所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸中的一种，酸的浓度为5~30%。

所述的酸的浓度为10~25%。

本发明以四乙酰为原料，采用一步法合成得到天麻素。该一步合成天麻素的方法，采用了一步法的工艺，其主要包括两个反应——硼氢化钾（或者硼氢化钠）还原四乙酰、碱性环境下皂化反应脱乙酰基。一步法指的是原料经过多个反应，不经中间体的分离纯化，直接获得所需产物的合成方法。显而易见，该方法与目前文献和专利报道的通过多个反应多步骤全合成或半合成天麻素的方法比较，具有诸多优势，解决了一系列技术问题。本发明的有益效果如下：

1、将从四乙酰到天麻素的合成反应从三个减少为两个（去除了由Ⅳ到Ⅴ的反应），剩余两个反应同时进行，无需分离纯化中间体，从而将合成工艺中的三个合成步骤变为一个步骤，即从四乙酰一步合成得到天麻素。最大程度的简化生产操作，降低了对设备的要求，最大程度精简设备以及操作人员，降低管理和生产成本，更适用于大规模的工业化连续生产。

2、一步法合成得到天麻素即为符合国家药品标准的高纯度天麻素，省去精制工序，收率因而提升，达到95.0%~98.0%（以摩尔收率计算）。

3、本发明采用硼氢化钠或硼氢化钾回流条件下还原四乙酰，其与催化加氢还原四乙酰所用的氢气以及催化剂Raney镍或钯炭相比：价格低廉，购买渠道广泛、储存简单，大幅降低生产成本。

4、本发明所用溶剂单一，为低毒的醇类有机溶剂，且几乎全部回收，符合当前环保政策“零排放”的要求。无论生产前的仓储还是生产中的使用对人员和环境都更加的友好，大幅降低安全管理方面的成本。

5、本发明的方法无需催化加氢，对生产设备无特殊限制，符合安全生产的要求。

本发明提供的一步法具体如下：

（1）反应部分

以四乙酰为原料，加入体积重量比2～50倍量的醇溶剂，加热至回流状态，加入还原剂进行还原反应，搅拌，至反应液滴加显色剂不显红色，浓缩回收醇溶剂，浓缩至四乙酰体积重量比的1～3倍量。TLC检测反应终点。若仍有中间体，加入四乙酰体积重量比2~10倍量的醇溶剂，浓缩回收醇溶剂至四乙酰体积重量比的1～3倍量，重复该操作直至TLC检测反应结束。

其中：

1.上述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或其他可以溶解四乙酰的醇中的一种；优选甲醇，倍量优选2～10倍。

2.上述还原剂为硼氢化钾或硼氢化钠中的一种；还原剂优选硼氢化钾。

3.上述还原剂加入量以显色反应进行判定。显色剂为稀盐酸和2,4-二硝基苯肼试剂（二者的配制方法依照中国药典2010版），显色方法为：取5～20ml反应液，用滴管加入2～5滴稀盐酸，再加入2～5滴2,4-二硝基苯肼试剂，振摇后显色。

（2）后处理部分

后处理方法一：向浓缩液中加入醇溶剂，降至室温，确认无天麻素析出。用酸淬灭该醇溶液体系中的还原剂，使体系的pH≤10，室温静置1～12小时，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至天麻素开始析出，停止浓缩，室温静置结晶1～12小时，过滤或直接干燥，得高纯度天麻素。

后处理方法二：将浓缩液浓缩至呈固体状，加入适量水使天麻素完全溶解无析出。用酸调节体系的pH，使体系的pH≤10，浓缩水溶液至呈固体状，加入适量醇溶解天麻素，确认室温下无天麻素析出，室温静置1～12小时，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至天麻素开始析出，停止浓缩，室温静置结晶1～12小时，过滤或直接干燥，得高纯度天麻素。

其中：

1.上述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或其他可以溶解四乙酰的醇中的一种；优选甲醇。

2.上述的酸优选无机酸；无机酸优选盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸中的一种；浓度一般为5%～30%的水溶液，优选10%～25%的水溶液。

3.本发明制备的天麻素可通过TLC-UV法（使用紫外检测仪）进行测定，具体可参看天麻素的国家药品标准：WS1-XG-020-2001。

本发明提供的一步法合成天麻素的反应关键点在于加热回流条件下还原剂还原四乙酰和碱性环境下皂化反应脱乙酰基两个反应同时进行。

其中一步法的工艺原理是：还原剂在还原四乙酰后其本身分解为碱性物质，为皂化反应脱乙酰基提供了碱性环境，因此，还原剂还原四乙酰和皂化反应脱乙酰基两个反应可以同时进行。其他技术人员在本发明给出的一步法的提示之下，可能会在该一步法的基础上加入其他呈碱性的或本身不显碱性但在反应体系中可呈现出碱性的物质来使得该一步法更加优化，也落入本发明的保护范围内。

本发明提供的一步法解决了半合成或全合成天麻素，必须精制才可以得到符合国家相关标准的天麻素的问题。该问题解决的关键点在于一步法提供的后处理方法，见附图6和附图7。

其核心是：将反应液处理为稳定的溶液，加入适量酸并静置使得其中的杂质自然析出，除去该类物质得到含有高纯度天麻素的除杂后溶液，结晶即得到符合国家相关标准的天麻素。任何技术人员利用本发明提供的“加酸并静置使其中杂质自然析出，得到含有高纯度天麻素的溶液”的方法来进行半合成或全合成天麻素反应中的后处理，从而无需精制得到高纯度的天麻素，均落入本发明的保护范围内。

实施例1

取四乙酰1kg，加入5L甲醇，加热至60℃的回流状态，加入硼氢化钾进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收甲醇至浓缩液为3L,TLC检测反应未结束，加入甲醇2L，浓缩至浓缩液为1.5L,TLC判定反应结束。

向以上1.5L浓缩液中加入2L甲醇，用15%的硝酸水溶液淬灭硼氢化钾，并使该醇溶液的pH为9，静置10小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置10小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.623kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率62.3%，摩尔收率95.4%。

实施例2

取四乙酰1kg，加入3.5L无水乙醇，加热至78℃的回流状态，加入硼氢化钾进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收无水乙醇至浓缩液为2L,TLC检测反应未结束，加入无水乙醇3L，浓缩至浓缩液为2L,TLC判定反应结束。

向以上2L浓缩液中加入4L无水乙醇，用20%的硫酸水溶液淬灭硼氢化钾，并使该醇溶液的pH为7，静置8小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置8小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.625kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率62.5%，摩尔收率95.8%。

实施例3

取四乙酰1kg，加入4L丙醇，加热至82℃的回流状态，加入硼氢化钠进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收丙醇至浓缩液为1.5L,TLC检测反应未结束，加入甲醇3L，浓缩至浓缩液为2L,TLC判定反应结束。

向以上2L浓缩液中加入5L丙醇，用20%的盐酸淬灭硼氢化钠，并使该醇溶液的pH为7，静置9小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置4小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.621kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率62.1%，摩尔收率95.1%。

实施例4

取四乙酰1kg，加入6L甲醇，加热至64℃的回流状态，加入硼氢化钾进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收甲醇至浓缩液为2L,TLC检测反应结束。

向以上2L浓缩液中加入1.5L甲醇，用25%的硫酸水溶液淬灭硼氢化钾，并使该醇溶液的pH为8，静置8小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置10小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.633kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率63.3%，摩尔收率97.0%。

实施例5

取四乙酰1kg，加入3L甲醇，加热至55℃的回流状态，加入硼氢化钠进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收甲醇至浓缩液为1.5L,TLC检测反应未结束；加入甲醇1.5L，浓缩至浓缩液为1.5L,TLC检测反应未结束；加入甲醇1.5L，浓缩至浓缩液为1.5L，TLC判定反应结束。

向以上1.5L浓缩液中加入1.5L甲醇，用10%的硫酸水溶液淬灭硼氢化钠，并使该醇溶液的pH为3，静置11小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置9小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.631kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率63.1%，摩尔收率96.7%。

实施例6

取四乙酰1kg，加入3L甲醇，加热至58℃的回流状态，加入硼氢化钾进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收甲醇至浓缩液为1L,TLC检测反应未结束，加入甲醇3L，浓缩至浓缩液为1L,TLC判定反应结束。

向以上1L浓缩液中加入2L甲醇，用15%的高氯酸水溶液淬灭硼氢化钾，并使该醇溶液的pH为6，静置8小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置12小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.635kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率63.5%，摩尔收率97.3%。

实施例7

取四乙酰1kg，加入5L甲醇，加热至62℃的回流状态，加入硼氢化钾进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收甲醇至浓缩液为2L,TLC检测反应结束。

将以上2L浓缩液继续浓缩至呈固体状，加入2.5L水，升温至40℃并恒温，用25%的硫酸水溶液调节该水溶液的pH为10，浓缩水溶液至呈固体状，加入3L甲醇溶解固体，确认室温下无天麻素析出，静置8小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置10小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.632kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率63.2%，摩尔收率96.8%。

实施例8

取四乙酰1kg，加入6L无水乙醇，加热至75℃的回流状态，加入硼氢化钾进行还原反应，持续搅拌；反应30min后取样滴加显色剂，不显红色时（若显红色，继续加硼氢化钾进行反应），浓缩回收无水乙醇至浓缩液为1.5L,TLC检测反应结束。

将以上1.5L浓缩液继续浓缩至呈固体状，加入2.8L水，升温至42℃并恒温，用20%的高氯酸水溶液调节该水溶液的pH为8，浓缩水溶液至呈固体状，加入3L甲醇溶解固体，确认室温下无天麻素析出，静置10小时，除去析出的固体，浓缩至天麻素开始析出，停止浓缩，浓缩液室温静置10小时结晶，将块状固体弄碎，干燥，得天麻素0.630kg。

该天麻素经检测符合国家相关标准，以四乙酰计，质量收率63.0%，摩尔收率96.5%。

Claims (5)

1.一种天麻素制备方法，其特征在于包括制备、后处理步骤，具体包括：

A、制备：以4-甲酰苯基-2′,3′,4′,6′-四-O-乙酰-β-D-吡喃葡萄糖甙为原料，加入体积重量比2~50倍量的醇溶剂，加热至45~100℃回流，加入还原剂进行还原反应，搅拌，至反应液滴加显色剂不显红色，即停止反应，浓缩回收醇溶剂，浓缩至4-甲酰苯基-2′,3′,4′,6′-四-O-乙酰-β-D-吡喃葡萄糖甙体积重量比的1~3倍；所述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或几种，所述还原剂为硼氢化钾或硼氢化钠；

B、后处理：

方法一：向A步骤制备得到的浓缩液中加入醇溶剂，降至0~30℃，用酸淬灭该醇溶液体系中的还原剂，使体系的pH≤10，0~30℃下静置1~12h，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至析出天麻素，停止浓缩，0~30℃下静置结晶1~12h，过滤和/或干燥得到目标物天麻素；

方法二：将A步骤制备得到的浓缩液继续浓缩至固体状，加入固液体积比1~10倍的水溶解，用酸淬灭该水溶液体系中的还原剂，使体系的pH≤10，浓缩水溶液至固体状，加入固液体积比1~20倍的醇溶剂溶解，0~30℃下静置1~12h，除去从醇溶液中析出的固体，浓缩醇溶液至析出天麻素，停止浓缩，0~30℃下静置结晶1~12h，过滤和/或干燥得到目标物天麻素；

B步骤所述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述天麻素制备方法，其特征在于A步骤中所述的显色剂为稀盐酸和2,4-二硝基苯肼试剂。

3.根据权利要求1所述天麻素制备方法，其特征在于所述淬灭所使用酸为无机酸。

4.根据权利要求3所述天麻素制备方法，其特征在于所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸或高氯酸，酸的浓度为5~30%。

5.根据权利要求4所述天麻素制备方法，其特征在于所述酸的浓度为10~25%。