CN112552150B

CN112552150B - 一种基于配位效应制备细辛醚单体的方法

Info

Publication number: CN112552150B
Application number: CN202011417311.XA
Authority: CN
Inventors: 孙蓉; 王岱杰; 黄娜娜; 崔莉; 赵恒强; 葛俊德; 张家祥; 范梦月; 李晓骄阳; 刘闰平
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN112552150A

Abstract

本发明具体涉及一种基于配位效应制备细辛醚单体的方法。石菖蒲具有豁痰开窍、化湿和胃、醒神益智、芳香宁神的功效，其挥发油中的活性成分α‑细辛醚具有显著的平喘、镇咳、祛痰作用，并有止痛、镇静、抗惊厥及利胆作用，是药品癫痫宁中的主要活性成分。本发明提供了一种从石菖蒲中提取细辛醚单体的方法，该方法操作简便，效率高，可以较大批量从石菖蒲中分离制备出纯度大于98％的两种单体成分。

Description

一种基于配位效应制备细辛醚单体的方法

技术领域

本发明属于细辛醚单体制备技术领域，具体涉及一种基于配位效应制备α-细辛醚及β-细辛醚单体的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

中药石菖蒲为天南星科多年生草本植物石菖蒲(Acorus tatarinowii Schott)的干燥根茎，始载于《神农本草经》，列为上品，具有开窍豁痰，醒神益智，化湿开胃的功效；临床上主要用于神昏癫痫，健忘失眠，耳鸣耳聋，噤口下痢。近代药理学研究表明石菖蒲的有效成分——石菖蒲挥发油对中枢神经、心血管、呼吸和消化等多种系统具有调节作用，唐怡等人研究表明石菖蒲挥发油中主要有效成分为β-细辛醚和α-细辛醚；同时，张妍等人的研究表明，β-细辛醚和α-细辛醚在抗肿瘤、治疗中枢神经系统疾病及抗炎方面均具有良好的药理活性。

其中，α-细辛醚的商业化产品癫痫宁作为一种平喘药，具有显著的平喘、镇咳、祛痰作用，并有止痛、镇静、抗惊厥及利胆作用，主要用于支气管哮喘、慢性支气炎、肺炎和慢性阻塞性肺病伴肺部感染及其它呼吸道疾病的治疗。石菖蒲的挥发油中含有较多细辛醚物质。高速逆流色谱(HSCCC)是近30年发展起来的一种连续的无需任何固体支持物的高效、快速的液-液分配色谱分离技术，它避免了固态支持体或载体带来的样品易被死吸附、损耗和变性等各种问题，使用其它液相色谱法进行制备型分离时，其分配效率会显著降低，溶剂消耗量大，HSCCC保证较高峰型分辨度，分离量大、样品无损失、回收率高、分离环境缓和，节约溶剂。高速逆流色谱能直接进大量粗提样品或合成混合物，分离结果能达到相当高的纯度，已广泛应用于生物、医药、环保等领域化学物质的制备分离和纯化。α-细辛醚与β-细辛醚作为一对光学异构体，其药理活性存在一定的差别，两者由于结构相近，基于天然提取进行单体分离时，通常存在一定的干扰作用。基于上述现状，发明人认为，提供一种从石菖蒲中高效分别提取α-细辛醚及β-细辛醚高纯单体化合物的方法对于石菖蒲药材的质量控制、成药的生产工艺优化和质量控制以及细辛醚单体的药理学研究等都具有重要意义。

发明内容

基于上述研究现状，本发明提供了一种基于高速逆流色谱分离石菖蒲提取物，制备得到细辛醚单体的方法。目前现有技术中针对石菖蒲中α-细辛醚与β-细辛醚的分离仍然局限于研究阶段，尚不能实现大批量的制备和分离单体物质。本发明提供的制备方法，制备工艺简单易行并且成本经济，可以较大批量从石菖蒲中分离制备出纯度大于98％的两种单体成分，可以充分满足研究阶段的需求，对后续工业扩大化生产也具有指导意义。

基于上述技术效果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种基于配位效应制备细辛醚单体的方法，所述制备方法包括以下步骤：以石菖蒲提取物通过高速逆流色谱进行分离，所述高速逆流色谱的溶剂系统中至少包括正己烷、乙酸乙酯、甲醇及水。

本发明研究认为，浸提能够在低温状态将将石菖蒲中的物质进行充分的溶出，但浸提工艺的生产周期较长，本发明提供了一种采用有机试剂萃取制备石菖蒲制备提取物的方法，通过萃取釜实现高温萃取，制备过程更加安全，所述有机试剂为正己烷、乙酸乙酯、甲醇中的一种。

另外，针对细辛醚单体制备过程中，α-细辛醚和β-细辛醚由于结构相似，从而难以分离，可能存在干扰这一技术问题，本发明首先通过优化溶剂系统使两种成分的分离系数增大，但效果不甚理想，进一步的研究中，本发明发现，通过银离子的配位效应能够有效的提高α-细辛醚及β-细辛醚的分离系数，从实现制备的两种单体成分。

本发明第二方面，提供第一方面所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法制备得到的α-细辛醚或β-细辛醚。

本发明第三方面，提供第二方面所述α-细辛醚在制备呼吸系统或神经系统治疗药物中的应用。

本发明第四方面，提供第二方面所述β-细辛醚在制备抗心血管疾病药物中的应用。

以上一个或多个技术方案的有益效果是：

α-细辛醚具有良好的平喘及镇静功效，已经具有市场化的药物，制备得到的单体物质具有良好的市场意义。以往的α-细辛醚及β-细辛醚通过液相等系统进行分离，可以实现微量物质的分离，远远无法满足工业生产需求。本发明提供的高速逆流色谱分离方法能够一次性制备较大批量的单体化合物，是一种工业化的分离方法。进一步的，本发明针对α-细辛醚及β-细辛醚难以良好分离的技术问题，开发了相应的溶剂系统，对于上述物质的分离具有显著的提升，对于获取、大批量的α-细辛醚及β-细辛醚意义重大。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的工艺流程图；

图2为细辛醚异构体的化学结构式；

图3为石菖蒲粗提物的加速溶剂萃取单因素结果图

图4为石菖蒲总提取物的配位色谱制备图及检测结果。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有研究中从石菖蒲中分离α-细辛醚相关研究目前仍局限于检测水平，无法实现较大产量的工业化制备，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种基于配位效应制备细辛醚单体的方法。

优选的，所述石菖蒲提取物包括但不限于石菖蒲的水提或有机试剂提取物；进一步的，所述石菖蒲提取物包括但不限于通过萃取、浸提、加热提取或其结合等方式获得的提取物。

在上述方案的一种具体实施方式中，所述石菖蒲提取物的制备方法如下：将石菖蒲根茎粉碎至60～80目，加入萃取釜中，采用正己烷作为提取试剂，在100～130℃条件下进行萃取，萃取完成后过滤得到提取液浓缩至干燥得到所述石菖蒲提取物。

优选的，所述溶剂系统为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水，其体积比为0.5～1.5：0.1～0.7：0.8～1.2：0.1～0.7。

进一步的，所述溶剂体系为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(1:0.1～0.5:1:0.1～0.5,v/v)。

进一步的，所述溶剂系统中还包括银离子，所述银离子的浓度为0.05～0.5mol/L。

在上述优选技术方案的一些具体实施方式中，所述溶剂体系为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(1:0.5:1:0.5,v/v)。

在上述优选技术方案的一些具体实施方式中，所述溶剂体系为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(1:0.5:1:0.5,v/v)，还具有硝酸银，所述硝酸银浓度为0.5mol/L。

优选的，所述呼吸系统治疗药物包括但不限于平喘药物、镇咳药物及祛痰药物；

进一步的，所述呼吸系统治疗药物为肺炎、肺内感染、急慢性支气管炎、支气管哮喘、阻塞性肺气肿、肺心病、支气管扩张、支气管肺癌或感冒治疗药物。

优选的，所述神经系统治疗药物包括但不限于镇痛、震惊及抗惊厥药物。

进一步的，所述神经系统治疗药物为抗癫痫、抑郁、焦虑药物或镇静药物。

现有研究表明，β-细辛醚对心血管具有良好的保护作用，具体应用疾病包括动脉粥样硬化、高粘血症，能够改善上述病症伴随的高血脂，还可以用于心肌缺血，以及缓解缺血再灌注损伤。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案，以下实施例中所涉及的试剂均为市售产品。

实施例1

1、石菖蒲总提取物的提取

将石菖蒲根茎干燥，粉碎至不同粒径，精密称取药材粉末2g置于萃取釜中，萃取釜底部提前加入过滤膜，将萃取釜放在萃取釜固定装置上，关闭萃取釜门。以正己烷为萃取溶剂，设定加速溶剂萃取法参数，包括提取溶剂(正己烷、乙酸乙酯、甲醇、水)、样品粒径(10–20目、20–30目、30–60目、60–80目、>80目)、提取温度(80℃、100℃、120℃、140℃)、循环次数(1次、2次、3次)、静态提取时间(6min、8min、10min、12min)等，启动加速溶剂萃取仪，提取完成后自动停止，提取液浓缩至干，称定重量，即得石菖蒲总提取物。最终优选提取工艺，提取溶剂：正己烷、样品粒径：60–80目、提取温度：120℃、循环次数：1次、静态萃取时间：8min。

2、高速逆流色谱溶剂体系的筛选

本实施例提供不同溶剂组分下的下的K_D值。

表1不同溶剂体系的目标化合物的K_D值

选择合适的用于逆流色谱分离的两相溶剂系统是非常关键的步骤，而合适的两相溶剂系统可以成功完成分离实验。在本研究中，正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水溶剂系统中，随着乙酸乙酯和水的比例增加，目标化合物的K_D值增加。相反，减少甲醇的量减少了向下相的分布。但是，分离系数并未随K_D值的增加而增加。即使在正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(1:0.5:1:0.5，v/v)中，两种化合物也几乎没有分离。

由于两种化合物的K_D值均合适，因此测试了一系列浓度的硝酸银(0.050、0.100、0.125、0.250、0.375和0.500mol/L)，并获得了较好的分离结果。不添加银离子的K_D值，对于β-细辛醚和α-细辛醚为1.55和1.56，分离系数为1.01。这表明难以获得良好的分离。当硝酸银的浓度增加时，分离因子逐渐增加。在硝酸银浓度为0.125mol/L时，分离系数为1.54，K_D值为0.89(β-细辛醚)和1.37(α-细辛醚)。在最大硝酸银浓度(0.500mol/L)下，分离系数增加至2.30。因此，为了大规模分离β-细辛醚和α-细辛醚，选择了0.500mol/L的硝酸银。

K_D值结果为：目标化合物在固定相(下相)中峰面积与流动相(上相)中峰面积之比。

3.高速逆流色谱分离纯化

高速逆流色谱中溶剂体系为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(1:0.5:1:0.5,v/v)，硝酸银浓度为0.5mol/L，选择下相溶液作固定相，上相溶液作流动相，超声脱气。固定相以20mL/min的流速泵入逆流色谱的分离柱。顺时针调节转速为800rpm，开启控温25℃，流动相采用从尾到头的方式以2.0mL/min的流速开始平衡。当达到流体动力学平衡后，样品溶液(石菖蒲总提取物溶解于5mL上相和5mL下相)随手动进样圈进样，设定紫外检测器的吸光度为254nm，开启记录仪，进样后收集分离组分并采集谱图，按管收集洗脱馏分。分离过程结束后，关闭仪器，用真空泵将留存在逆流色谱分离柱中的组分顶出，根据尾吹中固定相的体积占总体积的比例得到固定相保留率。

添加和不添加银离子的HSCCC分离如图3所示，β-和α-细辛醚的HPLC检测图谱中，只存在细辛醚单体物质的峰，制备得到的β-和α-细辛醚单体纯度达到99.5％以上。当在不添加银离子进行HSCCC分离时(图3B)，两个主峰在0.1g样品上的分离效果不佳。当添加0.500mol/L硝酸银时，β-和α-细辛醚将完全分离，分离时间延长至4.0h。有和没有银离子时，固定相的保留率为68.8％和84.4％。这表明添加银离子有利于固定相的保留。

图4显示了在不同样品上的配位HSCCC分离结果。在0.5g的进样量下，两种顺式-反式异构体得到了很好的分离。连续进样三次后，实现了β-和α-细辛醚分离，固定相的保留率为78.1％。当样品上样量增加到1.0g时(图4B)，连续进样3次可获得良好的分离效果。一次分离时间少于5小时，固定相的保留率为75.0％。当样品上样量增加到1.5g时，单个分离时间延长到7h，同时峰变宽。最后，从4.5g石菖蒲总提取物中，连续两次上样，获得了2.75g的β-细辛醚和0.16g的α-细辛醚(图4C中的峰1和2)。通过HPLC测定的纯度高于98％，固定相的保留率为75％。

高效液相色谱采用C₁₈色谱柱(250mm×4.6mm，5μm)，流速1.0mL/min；柱温25℃；检测波长：254nm，进样量10μL。梯度分析流动相：甲醇/水＝60:40(v/v)。

4.结构鉴定

采用质谱法和核磁共振技术等方法进行结构表征。扫描范围为m/z100～1000，氘代试剂为氯仿。

α-细辛醚(2,图3和4中峰2):ESI-MS,m/z 209.1178[M+H]⁺.¹H-NMR(400MHz,CDCl₃)δ:1.83(3H,dd,J＝1.5,7.5Hz,H-30),3.77,3.82,3.86(each,3H,s,OCH₃),5.74(1H,dq,J＝7.2,11.4,H-20),6.50(1H,dq,br d,H-10),6.53(1H,s,H-3),6.84(1H,s,H-6).¹³C-NMR(100MHz,CDCl₃)δ:14.59(C-30),55.98(OCH₃),56.28(OCH₃),56.59(OCH₃),97.66(C-3),114.29(C-6),118.07(C-5),124.83(C-20),125.48(C-10),142.42(C-1),148.64(C-2),151.59(C-4).

β-细辛醚(1,图3和4中峰1):ESI-MS,m/z 209.1172[M+H]⁺.1H-NMR(400MHz,CDCl₃)δ:1.89(3H,dd,J＝1.2,7.2Hz,H-30),3.82,3.86,3.88(each,3H,s,OCH₃),6.10(1H,dq,J＝6.6,15.6,H-20),6.65(1H,dq,J＝1.6,15.8H-10),6.50(1H,s,H-3),6.94(1H,s,H-6).¹³C-NMR(100MHz,CDCl₃)δ:18.79(C-30),56.15(OCH₃),56.54(OCH3),56.77(OCH3),98.09(C-3),109.92(C-6),119.12(C-5),124.38(C-20),125.09(C-10),143.45(C-1),148.79(C-2),150.70(C-4).

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：以石菖蒲提取物通过高速逆流色谱进行分离，所述高速逆流色谱的溶剂系统中至少包括银离子、正己烷、乙酸乙酯、甲醇及水；

正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水体积比为0.5~1.5：0.1~0.7：0.8~1.2：0.1~0.7；

所述银离子的浓度为0.05~0.5mol/L。

2.如权利要求1所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，所述溶剂体系为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水，体积比为1:0.1~0.5:1:0.1~0.5。

3.如权利要求1所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，所述石菖蒲提取物包括石菖蒲的水提或有机试剂提取物。

4.如权利要求3所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，所述石菖蒲提取物包括通过萃取、浸提、加热提取或其结合方式获得的提取物。

5.如权利要求3所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，

所述石菖蒲提取物的制备方法为有机试剂萃取，通过萃取釜实现高温萃取，所述有机试剂为正己烷、乙酸乙酯、甲醇中的一种。

6.如权利要求5所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，所述石菖蒲提取物的制备方法如下：将石菖蒲根茎粉碎至60~80目，加入萃取釜中，采用正己烷作为提取试剂，在100~130℃条件下进行萃取，萃取完成后过滤得到提取液浓缩至干燥得到所述石菖蒲提取物。

7.如权利要求1所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，所述溶剂体系为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水体积比为1:0.5:1:0.5。

8.如权利要求7所述基于配位效应制备细辛醚单体的方法，其特征在于，所述溶剂体系为正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水体积比为1:0.5:1:0.5，还具有硝酸银，所述硝酸银浓度为0.5mol/L。