CN114702541B - 一种化合物20(s)-原人参三醇ppt的规模化制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种化合物20(S)‑原人参三醇PPT的规模化制备新方法。本发明涉及了一种化合物20(S)‑原人参三醇(20(S)‑protopanaxatriol，简称：PPT)的规模化制备新方法。本发明通过将皂苷粉末与碱粉末、金属氧化物混合后于高沸点溶剂中加热发生转化，混合物经中和水洗得到PPT固体沉淀物。本发明转化人参总皂苷制备PPT的方法有原料易得，转化率高，分离简便的优点。适用于工业生产，可以为PPT相关药物和保健品的研发提供基础条件。
Description
技术领域
本发明属于有机化学、天然药物化学等技术领域，具体涉及一种化合物20(S)- 原人参三醇(20(S)-protopanaxatriol，PPT)的规模化制备新方法。
背景技术
20(S)-原人参三醇(简称：PPT)，英文名为20(S)-protopanaxatriol，相对分子质量为476.73。PPT有着广谱抗肿瘤，对化疗产生氧化应激导致的肝肾损伤具有保护作用等功效，并且文献表明，原人参三醇相比初级三醇型皂苷有更好的抗肿瘤效果。(吴彦君.人参皂苷-Re碱降解产物的成分研究[D].吉林大学,2008.)有着广阔的应用前景。目前其来源主要为人参属植物中所含的三醇型皂苷脱去分子中的糖以获得PPT。本发明从人参属植物中优选人参。人参茎叶提取物中还有大量Re，Rg1等三醇组初级皂苷,为本发明最优原料。
人参为人参属多年生草本植物，原产于中国东北部。作为名贵药材，人参有着良好的抗肿瘤，抗衰老，抗氧化等功效。人参皂苷作为人参主要活性成分。除了根须外，其在茎叶中同样有较高的含量。人参茎叶总皂苷以三醇型人参皂苷为主，而这些三醇型人参皂苷可在碱性条件下水解脱去分子结构中的糖基，最终获得PPT。
目前制备原人参三醇的方法以碱转化为主，碱转化有着快速，稳定等优点。其原理为人参皂苷中的糖在高温碱性条件下脱去，逐步形成各种次级皂苷和苷元。 (史公良,等.人参稀有抗肿瘤皂苷制备方法的研究.中国现代中药, 2006(06):31-34+36)
碱转化法成功与否，主要取决于碱性强度和体系所提供的能量是否达到活化能。在碱性强度难以提高的状态下，可通过使用催化剂降低活化能，使碱转化反应在相对低温的条件下也能快速进行。过渡金属氧化物在3d轨道上一般充满了电子对，有良好的掠夺质子的能力，在碱转化反应中可协同碱的作用，增强碱性，促使糖苷键断裂(LauraSantamaria,et al.,Effect of CeO2 and MgO promoters on the performance of aNi/Al2O3 catalyst in the steam reforming of biomass pyrolysis volatiles.FuelProcessing Technology,2020,198,106223)；同时多数过渡金属氧化物在碱性环境中性质稳定，一般不会进入溶液体系中。因此，过渡金属氧化物的催化作用对于碱转化反应有着良好的协同作用。
经过查阅文献梳理发现，现有PPT的制备工艺存在一定的缺陷，具体如下：
CN.1569882中涉及到的碱转化制备PPT的方法，该方法以饱和一元醇为溶剂，使用醇钠在80-140℃下转化三七总皂苷，乙酸乙酯萃取干燥分离得到固体。
CN.102311474A中涉及到另一种利用人参属茎叶总皂苷制备PPT的方法。该方法在无溶剂的条件下将皂苷粉末和碱粉末直接混合加热制备PPT，反应温度为80-200℃，反应时间为2-6h，水洗得到产物。
CN.1600790A中涉及到一种碱转化方法，其通过加入游离基诱发剂，在保护气下进行反应，温度为160-180℃，时间为1-5h得到PPT。
CN.106046092A中涉及到利用Keggin结构的杂多酸，以氮气为保护，在去离子水的有机酸溶液中转化皂苷得到产品。温度为80-110℃，时间为12-48h。
相关方法优缺点对比见表1.
表1.不同专利文献制备方法的优缺点比较
本方法制备PPT的特点在于：
(1)利用过渡金属氧化物催化碱转化反应，反应原料为食品级或符合药典的辅料，无毒副产物引入和生成；
(2)反应条件相对温和，对设备要求低；
(3)反应速率较快，产率高，分离简便；
(4)适用于工业化大量生产，以及食品，药品保健品等领域的应用。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供了一种化合物20(S)-原人参三醇PPT 的规模化制备新方法，其特征在于，包括如下步骤：以食品级高沸点溶剂为载体，按最佳比例加入碱固体和人参总皂苷，再加入适量金属氧化物，加热后用蒸馏水稀释后经柱层析得到所述PPT固体沉淀物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述人参总皂苷来源于人参、西洋参、三七、绞股蓝等的根、茎、叶、果提取物中的一种或几种的混合物，优选人参茎叶总皂苷。
作为本发明的一种优选技术方案，使用的溶剂为水，丙二醇，丙三醇中一种或几种混合物。优选丙二醇作为反应溶剂。
作为本发明的一种优选技术方案，所使用的金属氧化物包括氧化镁(MgO)，氧化铈(CeO2)，氧化铁(Fe2O3)，氧化铬(Cr2O3)，氧化镍(NiO2)，氧化铜(CuO)，氧化锌(ZnO)以及以金属氧化物为主要成分的代赭石、禹余粮、磁石、空青中的一种或几种混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，使用的碱固体为氢氧化钠，氢氧化钾中一种或多种混合，优选氢氧化钠。
作为本发明的一种优选技术方案，所述柱层析分离方法包括正向硅胶，反向硅胶，大孔树脂，葡聚糖等一种或几种方法结合。优选大孔树脂分离法。
作为本发明的一种优选技术方案，所述方法为：称取氢氧化钠30Kg，加入 300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h；获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
作为本发明的一种优选技术方案，所得到的富含PPT固体沉淀物，无毒副产物，可用于保健食品或药品的进一步加工。是具有良好抗肿瘤活性，护心养肾，保肝养肝的有效活性成分。
附图说明
附图1：20(S)-原人参三醇皂苷化学结构图
附图2：PPT产物的HPLC色谱图
具体实施方式
下面给出的实施例，是为了便于理解本发明。并不以任何方式限定本发明的权利要求和核心内容。
实施例中所使用的人参茎叶总皂苷，皂苷含量约为80％(UV法)。
实施例1:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热至100℃溶解后，加入15Kg 人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在100℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例2:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在120℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例3:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在140℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例4:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例5:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例6：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，在机械搅拌下反应0.5h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例7：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，在机械搅拌下反应1h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例8：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，在机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例9：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，在机械搅拌下反应3h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例10：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，在机械搅拌下反应4h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例11：
称取氢氧化钠20Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例12：
称取氢氧化钠40Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例13
称取氢氧化钠50Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例14：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铬，将温度控制在160℃反应2h，获得的反应液倒入1500 L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3 次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例15：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铜，将温度控制在160℃反应2h，获得的反应液倒入1500 L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3 次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例16：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热至溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化镁，将温度控制在160℃反应2h，获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例17：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铈，将温度控制在160℃反应2h，获得的反应液倒入1500 L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3 次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例18：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷和1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液分别倒入1200L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例19：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷和1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液分别倒入1800L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例20：
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷和1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液分别倒入2100L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例21:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用少量水洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例22:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用30％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
实施例23:
称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h。获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用70％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
通过对上述不同方法进行优选，进一步获得最佳反应条件和原料比例。在保证人参茎叶总皂苷完全反应的前提下，优选出获得PPT产率最高的方案。
表2不同温度对固体沉淀物产率影响(氧化铁催化)
碱转化反应需要高温促进反应进行，根据上述实施例测定不同温度对碱转化反应的影响。如表2，当反应温度为160℃即达到最大转化率，因此取160℃作为反应温度。
表3不同反应时间对反应产率影响
根据实施例测定反应时间对反应进程影响，如表3。结果表明，当反应进行至2h，底物已完全转化，PPT含量达到最高。因此取2h作为反应时间。
表4不同碱浓度对反应产率影响
根据实施例对比不同碱浓度对反应影响，每300L溶剂溶解30Kg氢氧化钠即可使反应达到最大。40Kg和50Kg加入量使反应体系变得异常粘稠，不利于后期产物分离，尽管固体产率略高于30Kg组，但产物纯度均低于30Kg组。因此，30Kg为最佳浓度。
表5不同金属氧化物催化对产物影响
根据实施例测定不同金属氧化物对反应催化作用以及是否引入有害杂质。实施例中，氧化铁对反应催化效果最佳，且对产品质量无明显影响。氧化铈有弱毒性，会有残留，影响后期产品的质量；氧化铬中铬离子附着在固体上难以洗去，亦有一定的毒性。因此取氧化铁作为催化剂为最优选择。
表6不同蒸馏水用量对粗产品产率影响
根据实施例测定不同蒸馏水洗涤量对产品影响，如表6。在实施例中，将反应物倒入1500L蒸馏水后得到的沉淀杂质少，PPT回收率高。因此，选取1500L 的蒸馏水对沉淀进行洗涤处理最佳。
表7不同乙醇浓度对粗产品产率影响
根据实施例测定不同沉淀试剂对产品影响，如表7。在实施例中，50％乙醇在最大限度除去杂质的情况下且损失最少，PPT含量最高。因此，选取50％乙醇对沉淀进行洗涤处理。
对比实验例：人参总皂苷碱转化制备20(S)-原人参三醇
D1对比实验例1
称取乙醇钠30Kg，加入300L正丁醇中溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，将温度控制在90℃，在机械搅拌下反应65h，期间持续通入压缩空气。获得的反应液用1500L蒸馏水稀释，乙酸乙酯萃取，浓缩后经硅胶分离即可得到 PPT固体沉淀物，重复实验3次计算PPT产率及纯度。
D2对比实验例2
精确称量30Kg氢氧化钠固体于丙二醇中溶解后加热至160℃，稳定后准确称量15Kg人参茎叶总皂苷和1.5Kg氧化铁加入溶液中反应2h，反应结束后加水稀释后抽滤得固体，洗涤固体沉淀，重复实验3次计算PPT产率及纯度。
D3对比实验例3
精确称量15Kg人参茎叶总皂苷，30Kg氢氧化钠固体和1.5Kg氧化铁直接混合加热至200℃，反应2h，反应结束后水洗乙酸乙酯萃取，硅胶柱分离，重复实验3次计算PPT产率及纯度。
D4对比实验例4
精确称量15Kg氢氧化钠固体于300L正丁醇中溶解后准确称量15Kg人参茎叶总皂苷和0.1Kg过氧化苯甲酰加入溶液中，在溶液上层打入N2气体160℃反应3h，加水稀释后抽滤得固体。洗涤固体沉淀，重复实验3次计算PPT产率及纯度。
通过上述结果，结合实验过程总结不同溶剂下对PPT产率的影响的优缺点。具体见表8。
表8不同工艺制备PPT特点对比
因此，综合各方面，本专利提供了最佳的反应方案，在保证了产率的同时也降低了操作难度。
以上对本发明进行一般性说明，并通过上述具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些改正和改进，并不仅限于上述实施方式。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做出的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (1)
1.化合物20(S)-原人参三醇(20(S)-protopanaxatriol，PPT)的制备方法，其特征在于，称取氢氧化钠30Kg，加入300L丙二醇中预热溶解后，加入15Kg人参茎叶总皂苷，1.5Kg氧化铁，将温度控制在160℃，机械搅拌下反应2h，获得的反应液倒入1500L蒸馏水中，用冰乙酸中和至pH＝7后减压抽滤，获得的固体用50％乙醇洗涤3次后烘干即可得到PPT固体沉淀物。
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