CN105348063B - 一种药用丹皮酚合成和精制新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药用丹皮酚合成和精制新方法。是将2,4‑二羟基苯乙酮和憎水性脂族酮先后投入到反应瓶中，搅拌溶解后，再依次加入含有还原剂的纯化水、相转移催化剂和硫酸二甲酯，水浴升温至45～65℃，在连续搅拌下滴加碱水溶液使pH值保持在7.5~8.5范围内进行甲基化反应。然后有机层经用含有还原剂的洗碱水洗涤，再经稀酸中和、食盐水和纯化水洗涤后加干燥剂干燥，然后真空浓缩得到的粗品用含由还原剂的稀乙醇重结晶一次便得到目标产品。本方法大幅提高4‑羟基甲醚化的选择性，降低副产物的生成，简化后续分离过程，无需传统水蒸气蒸馏，满足安全、经济和环保的生产要求。

Description

一种药用丹皮酚合成和精制新方法

技术领域

本发明涉及一种合成与精制丹皮酚原料药的新方法，属于药物合成领域。

背景技术

丹皮酚（Paeonol）是中药牡丹的根皮和徐长卿的根或全草的主要有效成分，具有镇痛、抗炎、解热和抑制变态反应等药效作用，广泛用于医药和化妆品领域。其化学名称为2-羟基-4-甲氧基苯乙酮（2-hydroxy-4- methoxyacetophenone）。以牡丹皮或徐长卿的根茎为原料进行提取，并通过水蒸气蒸馏，是以往获得药用丹皮酚的主要途径。由于植物中丹皮酚含量低，蒸馏提取过程耗能费时，并耗费大量中药资源，近年来开发了化学合成的制备方法。

丹皮酚的化学合成多以间苯二酚为起始原料，经乙酰化、甲基化反应制得丹皮酚，粗品再经水蒸气蒸馏和重结晶，制得目标产品。合成路线如下：

在上述合成过程中，第一步乙酰化工艺已相对成熟。第二步甲基化反应因反应工艺条件的不同，所得产物的纯度和收率水平各异，且因粗品纯度的不同，后续分离、纯化手段也各不相同。

在第二步甲基化反应过程中，2,4-二羟基苯乙酮分子中的2个酚羟基易在强碱性和较高温度下容易被氧化破坏，生成醌类化合物；另一方面，反应条件与反应选择性以及异构物生成直接相关（下图所示的a、b、c）。附图a、b、c为丹皮酚的3种合成异构物的化学结构式。

这些异构副产物与丹皮酚的结构和性质相近，因而给后续主、副产物的分离、纯化带来很大麻烦，且过程中生成的醌类和醌氢醌类氧化副产物均为深色物质，致使反应结束后的水、油两相界面层在生产规模下无法识别。因此，目前化学合成工业生产丹皮酚时，总是难以摆脱采用高能耗的水蒸气蒸馏法作为必须的前精制手段，再附加一次或多次的重结晶分离过程，以满足产品质量要求。因此，甲基化反应工艺决定了后续的分离、纯化工艺、产品质量、收率、“三废”处理工艺及最终的生产成本。

已有很多有关制备丹皮酚的甲基化反应及后续分离纯化的研究，较具代表性的文献包括：

文献1：在2,4-二羟基苯乙酮的无水丙酮溶液中加入等摩尔无水碳酸钾和硫酸二甲酯，回流反应12hr。 回收丙酮后向浓缩物中加入10倍量以上的水，再用氯仿萃取。氯仿层经无水硫酸钠干燥并回收氯仿后得到固体，该粗品经水蒸气蒸馏后得到白色丹皮酚固体产品。收率78.3%，熔点52℃～53℃（文献值：49℃～51℃）。

参照文献1方法进行反应，反应液色泽极深，蒸出丙酮后的浓缩物溶于水后呈深褐色，经溶媒萃取后油、水两相均为褐色，肉眼无法识别两相界面，难以实施后续的萃取操作。经水蒸气蒸馏所得的丹皮酚色泽泛红，为无定型粉末，产品纯度较低，还需要进一步的重结晶精制。

文献2：将2,4-二羟基苯乙酮溶于无水乙醇中，加入无水碳酸钾和碘甲烷后于75℃～80℃搅拌反应2～4hr，室温下放置24～48 hr后经用稀盐酸酸化后再静止4～8hr，最后冷至4度以下静置18～30 hr。过滤、干燥得到目标产品，纯度98.54% ，未披露质量和产率信息。

文献2选择了乙醇溶剂及碘甲烷甲基化试剂，并试图以长时间的沉淀精制法代替水蒸气蒸馏。模拟试验结果表明，上述方法并未解决色泽以及纯度问题，况且碘甲烷试剂剧毒,价格昂贵，碘回收成本高。

文献3 ：以无水甲醇为溶媒，在四丁基碘化铵的存在下，使2,4-二羟基苯乙酮与碘甲烷于110℃回流反应6hr. 反应液冷却后直接加水进行水蒸气蒸馏制得到粗品，然后用50%稀乙醇重结晶，得到针状结晶品。熔点：49.2℃～51.5℃（文献值：49℃～51.℃）产率82.3%。

文献3使用了四丁基碘化铵，虽是典型的相转移反应催化剂，但反应是在以无水甲醇为溶媒的单相体系中进行的。且依然使用了昂贵、剧毒的碘甲烷作为甲基化试剂，并以水蒸气蒸馏作为前精制过程，后续还需稀乙醇重结晶作为分离和纯化手段。

文献4：公开了一种相转移催化法合成丹皮酚的工艺方法。其双相溶剂体系由水和甲苯组成，以四丁基溴化胺为相转移催化剂，硫酸二甲酯为甲基化试剂，氢氧化钾为碱化剂，于pH8.0～10.5条件下发生甲基化反应。反应完毕，先减压蒸出部分溶剂（甲苯），继之向残液中加入正庚烷，再冷却结晶、过滤、干燥后得到熔点合格的目标产物。

文献4采用了相转移催化反应体系，较大程度上抑制了副反应，故而摒弃了水蒸气蒸馏过程。该反应体系使用了甲苯作溶媒，不仅污染生产环境，还存在C₃-甲基异构化的可能。对比试验结果表明，采用向甲苯溶液中加入正庚烷促使产物沉淀析出的方式，难以获得理想纯度和较好晶型的产品（详见实施例7），继而影响到质量稳定、可控的工业化药品生产要求。

本发明旨在通过改变现有的甲基化反应和后续分离纯化工艺，使之最大程度地提高4-羟基甲醚化的选择性，降低副产物的生成，简化后续分离过程，从而能够在生产规模上制备出高纯度的产品，并满足安全性、经济和环保性的生产要求。

发明内容

本发明内容包括2,4-二羟基苯乙酮的甲基化反应以及获得目标产物丹皮酚的分离与精制过程。使用相转移催化反应体系进行甲基化反应，以憎水性脂肪族酮或脂环族酮作为有机相，水相中加入还原剂亚硫酸钠、焦亚硫酸钠和低亚硫酸钠等水溶性还原剂的一种或组合，相转移催化剂选择苄基三丁基卤化铵类或四丁基卤化铵类化合物，硫酸二甲酯为甲基化试剂，控制反应温度为45℃～65℃，并通过滴加碳酸钾溶液控制反应介质pH值在7.5～8.5范围，进行甲基化反应。反应结束后冷至室温并分出水层，残留在有机相中的硫酸二甲酯经用含上述还原剂的碳酸钠（钾）或氢氧化钠（钾）碱水溶液搅拌分解（分解反应pH值10～12），继之用酸中和、食盐水洗涤、无水硫酸钠干燥和真空浓缩，粗品浓缩物用含上述还原剂的45%～65%乙醇溶液重结晶一次即得药用丹皮酚产品。与现有技术不同，本发明采用了新的反应及其控制条件，新的后续分离、纯化方式，使在反应选择性、过程可控性、产品质量、节能降耗以及生产成本等方面均有显著提升，在环境影响以及安全性方面也有明显改善，并取得了意想不到的结果。本发明与现有技术的主要不同之处在于：

（1）将甲基化反应过程pH值下调并控制在狭窄的弱碱性范围（pH7.5～8.5），可以使反应条件变得更温和，一则可以充分降低反应过程中甲基异构化和氧化副产物的生成率（详见实施例1和实施例2的产品纯度和收率水平），二则可降低剧毒试剂硫酸二甲酯的消耗率。

（2）以憎水性脂族酮如甲基异丁基酮等低碳链脂肪族酮或脂环族酮作为甲基化反应的有机相溶剂，不仅避免了现有技术中高毒性高污染的甲苯溶剂的使用，而且在该溶剂体系下的相转移催化反应，虽然碱性偏弱、反应温度偏低，但反应速度却快，甲基化转化率更高。这种意想不到的结果的产生可能是因为包括甲基异丁基酮在内的憎水性脂族酮能够提高原料2,4-二羟基苯乙酮的反应活性和C₄-O-甲基化反应的位置选择性。

（3）在双相反应体系中加入水溶性还原剂，有效抑制了原料和产物在水相中的氧化副反应。实验结果表明，当在（1）与（2）所述的反应体系下选择加入亚硫酸钠、焦亚硫酸以及低亚硫酸钠等还原剂的一种或两种组合后，双相溶剂反应体系的色泽发生了显著的改变，如：不加还原剂时为深褐色，而加入后则为橙色至橙黄色，提示醌类和醌氢醌类氧化副产物的生成得到明显的抑制，从而为摒弃后续水蒸气蒸馏、简化分离过程创造了有利条件。

（4）本发明优先采用苄基三丁基溴化铵作相转移催化剂，并收到了比使用四丁基溴化铵更好的技术效果（详见实施例1和实施例6）。推测可能是该催化剂比后者更适合于本案弱碱性反应条件以及使用非极性脂族酮为溶剂的反应体系。

（5）基于前述的相转移催化反应体系及其反应控制条件，本发明后续分离、纯化方法是：先用含有还原剂的2%～8%的碱水溶液洗涤有机层，使残留的硫酸二甲酯充分分解。再将有机层依次用稀盐酸中和、食盐水洗涤后加干燥剂干燥脱水。将干燥液真空浓缩至干，浓缩物用含有还原剂的稀乙醇重结晶一次 后可直接获得纯度高、杂质含量低的白色丹皮酚结晶产品。

（6）本发明在重结晶溶剂稀乙醇中加入还原剂亚硫酸钠、焦亚硫酸和低亚硫酸钠的一种或它们的组合，并筛选出适宜浓度和脱色温度，有效抑制了重结晶过程中产物的部分氧化。有利于工业化生产过程的质量控制。

本发明进一步提供了甲基化反应体系的物料配比，其中：2,4-二羟基苯乙酮与憎水性脂族酮的重量比为1:2.0～1:6.0，与纯化水的重量比为1:1.5～1:3.0；2,4-二羟基苯乙酮与还原剂的摩尔比例为1:0.002～0.02，，催化剂的摩尔比为1：0.002～0.01。

为方便说明，用下述实验操作举例说明本发明具体步骤：

（1）将起始原料2,4-二羟基苯乙酮和甲基异丁基酮先后投入到反应瓶中，搅拌溶解后，再依次加入含有亚硫酸盐还原剂的水溶液、相转移催化剂和硫酸二甲酯。

（2）加料完毕后，用水浴升温至45～65℃，在连续搅拌下滴加浓度为10%～30%的碳酸钾或碳酸钠碱水溶液，并通过pH在线检测，将反应液的pH值控制在7.5～8.5之间。

（3）依据TLC跟踪监测结果，当反应原料转化完全后，继续搅拌10min~15min，再用冷水浴降温至室温。

（4）将反应液倒入分液漏斗中静止分层，水层再用甲基异丁基酮萃取1～2次，再合并有机层。

（5）将有机层先用含有还原剂的，浓度2%～8.0%碳酸钠或氢氧化钠水溶液振摇洗涤2～3次，同时取样检测，用以判断残留于反应液中的硫酸二甲酯是否分解完全。

（6）待硫酸二甲酯完全分解后，向有机层中加入稀盐酸水溶液进行中和，再依次用食盐水和去离子水洗涤至pH值基本不变后分去水层。

（7）往有机层中加入干燥剂干燥脱水，再滤除干燥剂。

（8）将干燥液真空浓缩至无溶剂蒸出为止，趁热将浓缩物倒出，自然放冷、吹干，即得淡黄色丹皮酚结晶粗品。以2,4-二羟基苯乙酮计，摩尔收率约95%，纯度≥98%（面积归一法）

（9）取粗品，加入含有还原剂的稀乙醇溶剂使之溶解，再加入活性炭搅拌加热脱色，过滤后得到近乎无色的脱色液；

（9）将脱色液置于冷水浴中均匀降温结晶。滤除母液，结晶物用相同冷溶媒洗涤后于40℃以下减压干燥，即得目标产品。重结晶过程折纯收率90%～92%，含量≥99.5%，总有关物质含量＜0.1%

（10）重结晶母液经适度浓缩、结晶、过滤后得到二析物粗品。此粗品依照上述方法重结晶一次，得到约6%产率的二析物产品。

本发明方法也可作为化学结构与丹皮酚类似的酚醚类化合物制备和纯化方法。

具体实施方式

实施例1:

1. 甲基化反应：于配置有搅拌器、在线pH计、温度计和滴液漏斗的1000ml圆底反应瓶中依次投入76.6g(0.5mol)2,4-二羟基苯乙酮、250ml甲基异丁基酮、0.91g（0.0025mol）苄基三丁基溴化铵、3.15g(0.025mol)亚硫酸钠、150ml纯化水。在持续搅拌下水浴升温至45 °～50℃时一次性加入82.8g(0.65mol)硫酸二甲酯。搅均后自恒压滴液漏斗向反应瓶内均匀滴加25%碳酸钾水溶液，并控制反应液的PH值于7.5～8.5之间进行甲基化反应。当消耗碳酸钾达到0.75mol后，定时取样作TLC监测，如原料斑点消失，表示反应已达到终点。停止滴加和碳酸钾溶液，继续搅拌15min后终止加热反应，撤水浴并用凉水降温至室温以下。

2. 分层：将终点反应液转至分液漏斗中静止分层。水层经用甲基异丁基酮反萃取2次（75+50ml.）。

3. 碱水分解：有机层用含还原剂0..75%，含碳酸钠5.0%的碱水溶液洗涤2次（150ml.+115 ml），并取样检测有机相中是否还有残存的硫酸根离子，以指示硫酸二甲酯是否分解完全。

4. 洗涤：碱液洗涤完毕，先用0.55mol／ L.稀盐酸水溶液振摇洗涤2次（125+100ml）。次用饱和食盐水洗涤2次（125+100ml），再用去离子水洗涤至PH值不再变化后分净水层。

5. 干燥：将80g无水硫酸钠加入到有机层中并搅拌脱水30min。滤除硫酸钠，并用空白溶媒洗涤滤饼3次（100+80+65 ml）。

6. 浓缩：将上述滤、洗液分次转入已称定重量的500ml浓缩瓶中，于水浴≤75℃P≥0.085MPa条件下旋转蒸发至不再减失重量时趁热倒入瓷盘中，自然放冷并充分吹干，得到淡黄色颗粒结晶粗品。

7. 重结晶：将全批粗品倒入1000 圆底瓶中，再加入560ml含有 2.5g亚硫酸钠的60%稀乙醇，于搅拌下水浴升温至65℃，加入0.4g药用活性炭后搅拌脱色15min，并趁热过滤。将脱色滤液转入结晶瓶中，于慢速搅拌下先用循环水浴降温结晶，至内温不再下降时再移至冰柜冷藏室于2°～5℃条件下静止结晶6hr以上。再真空过滤，滤饼经用冷溶媒洗涤3次（50+40+30ml），充分抽干后于40℃以下减压干燥至干。得到洁白亮泽的丹皮酚针状结晶。

8. 将上述一次重结晶母液置于60℃以下水浴上真空旋转浓缩至微显浑浊时取出，自然放冷至室温后依照粗品重结晶法继续冷却结晶、过滤、洗涤和减压干燥，获得白色针状丹皮酚结晶物（二析物）。产量、质量数据见表1

表1：实施例1甲基化粗品、一次结晶品和二析物产量、质量结果汇总

＊备注：1）二析物即一次精制母液回收品；2）括号里的收率数据表示相当于全批量的收率水平，以下相同。

精制样品元素分析结果：

分析值：C 65.03 H 6.04 0. 28.85

计算值：C 65.05 H 6.06 0. 28.88

实施例2（不加还原剂的对照例）

将实施例1的甲基化反应中还原剂亚硫酸钠弃去，且其他一切过程和条件不变。产量、质量结果见表2。

表2：实例2各中间产品和终产品产量、质量结果汇总

实施例2的结果提示：弃去原实施例1甲基化反应中的还原剂后，甲基化粗品和一次结晶品纯度和收率明显下降。需要经过二次重结晶后才能基本达到本品当前质量标准。

实施例3（ 提高反应PH值的对照例）

在实施例1的甲基化反应操作过程中，将甲基化反应过程PH值控制范围提高至8.5～10.5之间，其他反应条件保持不变。所得粗品和一次、二次精制品质量和收率水平列于表3。

表3：实例3各中间产品和终产品产量、质量水平汇总

实施例3的结果提示：将实施例1甲基化反应中的PH至范围提高至8.5～10.5 甲基化反应收率和纯度则明显下降，需要经过2次精制才能基本达到本品当前质量标准。与实施例1比较，反应过程中碱化和甲基化试剂的消耗量大幅提高。

实施例4（改变溶剂的实例（1）——3-戊酮为溶媒）

本实施例将实施例1中的甲基异丁基酮替换为 3-戊酮，其他反应、后续分离和一次精制条件与实施例1完全相同。产量、质量结果见表4。

表4：实例3各中间产品和终产品产量、质量水平汇总

实施例4的结果提示：如用3-戊酮替代实施例1中的甲基异丁基酮为溶剂，对反应收率和粗品纯度影响很小。

实施例5（改变溶剂实施例（2）——甲苯为溶媒）

本实施例将实施例1中的甲基异丁基酮替换为甲苯，其投料比及其他反应、分离及一次精制条件与实施例1完全相同。产量、质量结果见表5。

表5：实例5中间产品和成品产、质量结果汇总

实施例5的结果提示：如用惰性溶媒甲苯替代实施例1中的甲基异丁基酮为溶剂，对反应收率和粗品纯度有较显著影响。欲获得合格产品，必须经过2次重结晶。

实施例6（改变催化剂的实例）

本实施例将实施例1中的苄基三丁基溴化铵替换为四丁基溴化铵，其摩尔配比及其反应、分离和精制条件与实施例1完全一致。各中间产品和终产品产量、纯度列于表6

表6：实例6中中间产品和终产品产量、质量结果一览·

实施例6的结果提示：如用四丁基溴化铵替代实施例1中的苄基三丁基溴化铵作催化剂，对反应收率和粗品纯度有较明显影响。欲获得合格产品，必须经过2次重结晶过程。

实施例7 ( 仿文献4的实施例)

1. 甲基化反应：于配置有搅拌器、回流冷凝器、在线pH计、温度计和滴液漏斗的1000ml.五口园底反应瓶中依次投入76.6g(0.5mol)2,4-二羟基苯乙酮、75g（0.59mol）硫酸二甲酯、0.30g（0.95mmol）四丁基溴化铵、150ml甲苯和75ml水，于搅拌下水浴升温至35℃后，控制在3小时内向反应瓶内滴加浓度为25%的氢氧化钠水溶液90g(0.5625mol)，使反应液PH值保持在8.5～10.5 之间。

2. 浓缩、析晶：反应结束后 ，将反应液静止使分层，水层用40ml甲苯反萃取一次，再弃去水层。合并甲苯层，经用75ml纯化水洗涤2次。然后于70～80℃条件下减压蒸出甲苯110ml。趁热（70～80℃）向浓缩液中加入165ml正庚烷，并于慢速搅拌下在2 hr内徐徐降温至10℃，使结晶析出。

3. 过滤、洗涤干燥：结晶完毕，趁冷吸滤，抽尽母液后再用正庚烷洗涤滤饼2次（

60+40ml)，充分抽干后将滤饼分散于烘盘中，与60℃真空干燥至干后即得到丹皮酚产品。

表7：实例7成品产量、质量结果一览

实例7产品的元素分析^＊结果

分析值：C 65.02 H 6.04

计算值：C 65.051 H 6.065

^＊备注：由于2-羟基-4-甲氧基苯乙酮与其异构体2-甲氧基-4羟基苯乙酮的分子式和分子量相同，因此，即使元素分析结果与理论值相符，未必能反映样品的真实纯度。只有样品的杂质（包括总杂和单杂含量）分析结果和元素分析结果相一致时才能够真实反映其实际纯度。

实施例7的结果提示：虽然实施例7与本发明申请所述的甲基化反应同为相转移催化反应，由于诸多关键反应条件和后续分离、纯化方法不同，所得产品的纯度和收率水平则有较大差别,必须经过至少一次重结晶过程才可能得到符合本品当前质量标准的成品。

附：本申请文件的对比文献：

1.高鑫，陈光勇，刘光明. 丹皮酚的合成研究. 大理学院学报, 2008（4）

2.一种丹皮酚的工艺研究方法. CN102363592 A

3.康建军，陈莉敏，林友文. 相转移催化合成丹皮酚. 海峡药学杂志, 2010(3)

4.2-羟基-4-甲氧基苯乙酮的合成方法. JP10279515

Claims (7)

1.一种药用丹皮酚合成和精制方法，其特征为：

(1)将2,4-二羟基苯乙酮和憎水性脂族酮先后投入到反应瓶中，搅拌溶解后，再依次加入含有还原剂的纯化水、相转移催化剂和硫酸二甲酯，然后用水浴升温至45～65℃，在连续搅拌下滴加碱水溶液使pH值保持在7.5～8.5范围内进行甲基化反应；

(2)反应结束后分出水层，并使用含还原剂的碱水洗涤有机相，继之用稀盐酸中和、食盐水洗涤和无水硫酸钠干燥，最后真空浓缩；

(3)浓缩物用含还原剂的乙醇溶液进行重结晶，即得药用丹皮酚；

所述还原剂选自亚硫酸钠、焦亚硫酸钠和低亚硫酸钠的一种或它们的组合；

步骤(1)所述的相转移催化剂选自苄基三丁基卤化铵或四丁基卤化铵。

2.如权利要求1所述的药用丹皮酚合成和精制方法，其特征在于，所述脂肪族酮溶剂优选甲基异丁基甲酮或3-戊酮。

3.如权利要求1所述的药用丹皮酚合成和精制方法，其特征在于，所述相转移催化剂优选苄基三丁基溴化铵。

4.如权利要求1所述的药用丹皮酚合成和精制方法，其特征在于，步骤(1)所述的2,4-二羟基苯乙酮与憎水性脂族酮的重量比为1:2.0～1:6.0，与纯化水的重量比为1:1.5～1:3.5，与还原剂的摩尔比例为1:0.02～1:0.2，与催化剂的摩尔比为1:0.002～1:0.02。

5.如权利要求1所述的药用丹皮酚合成和精制方法，其特征在于，步骤(1)所述的碱水溶液包括碳酸钾或碳酸钠水溶液，使用浓度为10％～30％。

6.如权利要求1所述的药用丹皮酚合成和精制方法，其特征在于，步骤(2)所述的含还原剂的碱水中还原剂的浓度为0.5～2.5％，所述碱水中的碱包括碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾；所述碱水中碱的浓度为2.0％～8.0％。

7.如权利要求1所述的药用丹皮酚合成和精制方法，其特征在于，步骤(3)所述的乙醇溶液的浓度为45.0％～65.0％，含还原剂的浓度为0.2～0.8％。