CN108101761B - 一种姜黄素的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种姜黄素的制备方法，解决了传统工艺成本高、污染大的问题。本发明采用香兰素和乙酰丙酮作为原料，在四氢吡咯和冰乙酸的催化作用下，发生Claisen酯缩合反应，反应过程中采用缓慢滴加乙酰丙酮的方式，来减少副反应发生，而不再使用大量价格昂贵的硼酸酯和硼酸酐，待反应结束后，视情况适量回收溶剂，并加入氯化铵饱和溶液进行淬灭反应，降温析出固体，通过简单的过滤操作即可得到姜黄素，无需萃取等复杂后处理工序，而采用弱酸性的氯化铵饱和溶液代替传统工艺中的强酸，既安全又环保。

Description

一种姜黄素的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成领域，涉及一种姜黄素的制备方法。
背景技术
姜黄素(curcumin)是一种橙色晶体状粉末，味稍苦，不溶于水，能溶于乙醇、丙二醇、冰醋酸和碱溶液。遇碱性物质呈红褐色，在中性、酸性条件下呈黄色，故可以作为酸碱滴定的指示剂。姜黄素遇光、热、铁离子等不稳定。分子结构式如下：
Figure GDA0002997597910000011
姜黄素是从姜科、天南星科中的一些植物的根茎中提取的一种脂溶性酚类物质；其中，姜黄素约含3％～6％，是植物界很稀少的具有二酮的色素，为二酮类化合物，是天然的抗氧化剂。
姜黄是传统中药，具有破血行气、通经止痛的功能。姜黄的化学成分主要分为姜黄素类以及挥发油两大类，此外还有糖类、甾醇等。其中，姜黄素类的含量占70％。姜黄素的结构中含有酚羟基，在细胞膜发生脂质过氧化反应时，其酚羟基可以发生氧化反应，能有效终止自由基反应，因而便显出很多的生理活性，比如降血脂、抗肿瘤、抗炎、利胆、抗氧化等作用。姜黄素在食品中主要用于肠类制品、罐头、酱卤制品的着色。为了提高姜黄素生物利用度，延长作用时间，大量学者对姜黄素进行剂型改进研究，目前有文献报道的剂型有：固体分散体、环糊精包合物、脂质体、微乳、胶束、纳米粒、微囊、微球等。
随着姜黄素的生理功效和经济价值不断的被认知，获得高产量、高纯度的姜黄素产品，是广大学者研究的焦点。
目前提取姜黄素的方法常用的有：乙醇回流法、渗漉法、酸碱法、水杨酸钠法、酶法、超声波法、微波萃取法和超临界CO2法等。由于姜黄素在姜黄中的含量较低，提取分离产率普遍不高，天然姜黄素难以满足市场需求，因此研究姜黄素类化合物的化学合成具有实际的意义。
现有技术中，姜黄素的合成几乎都是通过香兰素(化学名称为3-甲氧基-4-羟基苯甲醛，分子式为C8H8O3)和乙酰丙酮经过Claisen酯缩合反应得到的，利用超过摩尔量的硼酸酯或者硼酸酐作为脱水剂，以有机碱为催化剂。
反应方程式如下：
Figure GDA0002997597910000021
缩合反应过程中大量的含硼化合物和反应副产物形成了黑色油状混合物，使得后续处理需要加入很大剂量的盐酸或者乙酸溶解这些混合物，使姜黄素水解出来，之后再采取萃取或者精制等纯化方法得到纯品。虽然反应过程并不复杂，但是大量硼酸酯和硼酸酐的使用，成本较高，尤其是在当今环保形势紧张的化工大环境下，大量含硼酸水及深红色酸水的处理，使现有的制备工艺已经不适用于工业化生产；并且大量酸的使用，会使设备腐蚀加快，降低设备的使用寿命。
因此鉴于目前姜黄素合成方法中存在的缺陷，从经济性与环保性考虑，寻找一种更好的方法替代现有技术，刻不容缓。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术的不足之处而提供一种适用于工业化、成本低且环保的姜黄素制备方法。
现有的合成方法中，采用香兰素和乙酰丙酮在碱性条件下缩合，原料便宜易得，一步反应，过程相对简单。本发明在现有技术的基础上，仍然采用香兰素和乙酰丙酮作为原料，发生Claisen酯缩合反应，但是对催化剂和投料方式的改变，使得反应过程发生变化，规避了现有技术中大量硼酸酯和硼酸酐的使用以及不利于工业化生产的后处理操作。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种姜黄素的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1)将香兰素和无水低碳醇溶剂加入到反应容器中，搅拌溶解；
步骤2)向所得溶液中加入四氢吡咯和冰乙酸，开始升温回流；
步骤3)升温回流0.5小时后，再向所述反应容器中缓慢滴加乙酰丙酮，滴加时间控制在2小时以内，滴加完成后，进行保温反应，所述保温反应时间为0.5～3小时，并对保温反应进行高效液相色谱中控，减少副反应的发生；
步骤4)保温反应结束后，向反应容器中加入氯化铵溶液，降温析晶并过滤，收集滤饼；
步骤5)将所述滤饼溶解在乙醇中，精制得姜黄素；
所述香兰素、乙酰丙酮、四氢吡咯、冰乙酸的投料摩尔比为2:0.8～1.2:0.1～0.5:0.1～0.5。
进一步地，为了提高产品的收率，步骤2)的具体步骤是，向所得溶液中加入四氢吡咯和冰乙酸，并通入氮气置换所述反应容器中的空气，开始升温回流。
进一步地，步骤4)的具体步骤是，保温反应结束后，蒸馏回收溶剂，并向反应容器中加入氯化铵饱和溶液，降温析晶并过滤，收集滤饼。使用溶剂量较小时，可不用回收溶剂；使用溶剂量较大时，针对不同的溶剂，可选择不同的回收方法。
进一步地，所述无水低碳醇溶剂为无水甲醇、无水乙醇、异丙醇或正丁醇，优选异丙醇。
进一步地，所述无水低碳醇溶剂与香兰素的质量比为1～5:1。
进一步地，所述氯化铵饱和溶液与香兰素的质量比为1～2:1。
进一步地，对保温反应进行高效液相色谱中控以产物不再增多为保温反应终点。
本发明的优点：
1.Claisen酯缩合反应中，依据活泼氢酸性的强弱，在反应时，需要选择不同的催化剂，才能达到很好的反应效果。本发明中，2摩尔的香兰素和1摩尔的乙酰丙酮反应，生成β-丙二酮结构的姜黄素。原料乙酰丙酮的甲基和亚甲基上的氢都相对比较活泼，所以现有技术中，基本都采用碱性相对比较弱的有机碱作为催化剂(如三乙胺、正丁胺等)，并且使用硼酸酐和硼酸酯(如硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三正丁酯等)来减少副反应的发生，尽管如此，反应过程中仍然产生了较多的副产物，这也是目前工艺中收率只能在70％左右的原因。在四氢吡咯和冰乙酸的协同作用下香兰素和乙酰丙酮反应，考虑到硼酸酯和硼酸酐成本高且污染大，直接省去这两种辅料，同时，对乙酰丙酮采用缓慢滴加的方式，一定程度上也减少了副反应的发生。虽然相比原有技术，本发明收率会略有下降(收率约为65％)，但因省略了大量价格昂贵的硼酸酯和硼酸酐，生产成本大大降低，同时还彻底解决了环保问题。
2.现有技术中，大多使用乙酸乙酯，DMF，DMA等作为反应溶剂。本发明中使用无水低碳醇溶剂作为反应溶剂。醇类溶剂相比其它溶剂，其原料溶解性好，用量小，毒性更低，价格便宜易回收，溶剂残留更容易满足要求。
3.本发明反应过程简单，其后处理更简化。反应完毕，适量回收溶剂后，加入了氯化铵饱和溶液进行淬灭反应，并降温析出固体，通过简单的过滤操作即可得到产品，无需萃取等复杂后处理工序，而采用弱酸性的氯化铵饱和溶液代替强酸，既安全又环保。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行清楚、完整的说明：
实施例1
在干燥的三口反应瓶中，投入30.4g香兰素，40g异丙醇，搅拌溶解。随后加入1.0g四氢吡咯，0.8g冰乙酸，通入氮气置换出瓶内空气，开始升温回流。回流0.5小时后，向反应瓶中缓慢滴加10g乙酰丙酮，约2小时滴完，滴加完成后，进行保温反应，并对保温反应进行HPLC中控。40分钟后，停止保温反应，旋蒸回收溶剂，然后向反应瓶中添加40g氯化铵饱和溶液，搅拌降温至室温，析出大量橙黄色固体，过滤并收集滤饼。用乙醇精制滤饼得到姜黄素25g。含量大于98％(HPLC外标)。
实施例2
在干燥的三口反应瓶中，投入60.8g香兰素，80g异丙醇，搅拌溶解。随后加入1.6g四氢吡咯，1.2g冰乙酸，通入氮气置换出瓶内空气，开始升温回流。回流0.5小时后，向反应瓶中缓慢滴加21g乙酰丙酮，约2小时滴完，滴加完成后，进行保温反应，并对保温反应进行HPLC中控。1小时后，停止保温反应，常压回收溶剂二分之一，然后向反应瓶中添加80g氯化铵饱和溶液，搅拌降温至室温，析出大量橙黄色固体，过滤并收集滤饼。用乙醇精制滤饼得到姜黄素47.2g。含量大于98％(HPLC外标)。
实施例3
在干燥的三口反应瓶中，投入30.4g香兰素，90g无水乙醇，搅拌溶解。随后加入2.1g四氢吡咯，1.8g冰乙酸，通入氮气置换出瓶内空气，开始升温回流。回流0.5小时后，向反应瓶中缓慢滴加9.5g乙酰丙酮，约2小时滴完。滴加完成后，进行保温反应，并对保温反应进行HPLC中控。80分钟后，停止保温反应，减压回收溶剂至2/3，然后向反应瓶中添加45g氯化铵饱和溶液，搅拌降温至室温，析出大量橙黄色固体，过滤并收集滤饼。用乙醇精制滤饼得到姜黄素23.1g。含量大于98％(HPLC外标)。
实施例4
在干燥的三口反应瓶中，投入60.8g香兰素，160g无水乙醇，搅拌溶解。随后加入4g四氢吡咯，3.7g冰乙酸，通入氮气置换出瓶内空气，开始升温回流。回流0.5小时后，向反应瓶中缓慢滴加20g乙酰丙酮，约2小时滴完。滴加完成后，进行保温反应，并对保温反应进行HPLC中控。80分钟后，停止反应，减压回收溶剂至2/3，然后向反应瓶中添加95g氯化铵饱和溶液，搅拌降温至室温，析出大量橙黄色固体，过滤并收集滤饼。用乙醇精制滤饼得到姜黄素46.2g。含量大于98％(HPLC外标)。
实施例5
在干燥的三口反应瓶中，投入30.4g香兰素，80g正丁醇，搅拌溶解。随后加入0.8g四氢吡咯，0.6g冰乙酸，通入氮气置换出瓶内空气，开始升温回流。回流0.5小时后，向反应瓶中缓慢滴加12g乙酰丙酮，约2小时滴完，滴加完成后，进行保温反应，并对保温反应进行HPLC中控。2.5小时后，停止保温反应，回收溶剂至干，然后向反应瓶中添加50g氯化铵饱和溶液，回流半小时后，搅拌降温至室温，析出深红色固体，过滤并收集滤饼。用乙醇淋洗滤饼精制得到姜黄素21.5g。含量大于98％(HPLC外标)。
实施例6
在干燥的三口反应瓶中，投入30.4g(0.20mol)香兰素，60g无水甲醇，搅拌溶解。随后加入3.5g四氢吡咯，3.3g冰乙酸，通入氮气置换出瓶内空气，开始升温回流。回流0.5小时后，向反应瓶中缓慢滴加8.5g乙酰丙酮，约2小时滴完，滴加完成后，进行保温反应，并对保温反应进行HPLC中控。3小时后，停止保温反应，向反应瓶添加60g氯化铵饱和溶液，搅拌降温至室温，析出橙红色固体，过滤并收集滤饼。用乙醇淋洗滤饼精制得到姜黄素22.1g。含量大于98％(HPLC外标)。
在上述实施例中，对保温反应进行HPLC中控的检测条件如下表：
仪器 岛津CTO-15C
色谱柱 LunaC18，4.6mm×250mm，5μm
流动相 水：乙腈＝50:50(V:V)
流速 1.0mL/min
柱温 25℃
检测波长 425nm
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种姜黄素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将香兰素和无水低碳醇溶剂加入到反应容器中，搅拌溶解；
步骤2)向所得溶液中加入四氢吡咯和冰乙酸，开始升温回流；
步骤3)升温回流0.5小时后，再向所述反应容器中缓慢滴加乙酰丙酮，滴加时间控制在2小时以内，滴加完成后，进行保温反应，所述保温反应时间为0.5～3小时，并对保温反应进行高效液相色谱中控；
步骤4)保温反应结束后，向反应容器中加入氯化铵溶液，降温析晶并过滤，收集滤饼；
步骤5)将所述滤饼溶解在乙醇中，精制得姜黄素；
所述香兰素、乙酰丙酮、四氢吡咯、冰乙酸的投料摩尔比为2:0.8～1.2:0.1～0.5:0.1～0.5。
2.根据权利要求1所述的一种姜黄素的制备方法，其特征在于：步骤2)的具体步骤是，向所得溶液中加入四氢吡咯和冰乙酸，并通入氮气置换所述反应容器中的空气，开始升温回流。
3.根据权利要求2所述的一种姜黄素的制备方法，其特征在于：步骤4)的具体步骤是，保温反应结束后，蒸馏回收溶剂，并向反应容器中加入氯化铵饱和溶液，降温析晶并过滤，收集滤饼。
4.根据权利要求3所述的一种姜黄素的制备方法，其特征在于：所述无水低碳醇溶剂为无水甲醇、无水乙醇、异丙醇或正丁醇。
5.根据权利要求4所述的一种姜黄素的制备方法，其特征在于：所述无水低碳醇溶剂与香兰素的质量比为1～5:1。
6.根据权利要求5所述的一种姜黄素的制备方法，其特征在于：所述氯化铵饱和溶液与香兰素的质量比为1～2:1。
7.根据权利要求6所述的一种姜黄素的制备方法，其特征在于：对保温反应进行高效液相色谱中控以产物不再增多为保温反应终点。
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Assignor: SHAANXI JIAHE PHYTOCHEM Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A preparation method of Curcumin

Granted publication date: 20210803

License type: Common License

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Assignor: SHAANXI JIAHE PHYTOCHEM Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A preparation method of Curcumin

Granted publication date: 20210803

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