β-熊果苷的合成

10-ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRYVol.44 No.8(2013)医药化工β-熊果苷的合成宗飞'姚小武'王海滨2*(1.浙江工业大学药学院,浙江杭州310014; .2.浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江杭州310014)摘要:利用Helferich 原理,以对苯二酚和a-D-葡糖糖为起始原料,通过乙酰化保护、缩合、二次乙酰化以及脱保护等反应合成制备β-熊果苷。对制备β-五乙酰葡糖过程的催化剂、反应条件、重结晶方法进行了研究,优化条件下得到β-五乙酰葡糖,无a型残留,纯度100%,收率达到75.6%;此外,还对缩合反应重新设计,对苯二酚无需先乙酰化,直接与β-五乙酰葡糖缩合后乙酰化,并对反应过程中的溶剂、催化剂、投料比、反应时间进行了研究,两步合并，优化条件下β-五乙酰熊果苷的收率达到80%;最后通过脱保护得到β-熊果苷，纯度99.9%,收率80%,熔点与文献相符,其结构经'H NMR表征确认。反应均在常压下进行,收率高,原料易得,操作简单,既适用于实验室小规模制备,也适合大规模工业化生产。关键词: β- 熊果苷;对苯二酚;a-D-葡糖糖;合成文章编号: 1006-4184(2013)8-0010-05咳、利尿等功能外同，最主要还是酪氨酸酶的活性0前言抑制剂，对多巴及多巴醌的合成有阻断作用,可熊果#"(arbutin)又名熊果素或对苯二酚葡以有效的遏制黑色素的生成,因而起到对皮肤增萄糖苷，因从杜鹃花科熊果属植物熊果叶中被白的作用,并且无毒副刺激作用刊。上个世纪90发现而得名，其后又在杜鹃花科越桔属植物越年代由日本企业首先将其作为化妆品美白剂推桔、蔷薇科梨属植物沙梨树(西洋梨、小山梨)、向市场,对一些常见的如:雀斑、老人斑、黄褐斑虎耳草科虎耳草属植物虎耳草等的叶子中被发等肌肤美白问题具有颇好的疗效，市场反应极现,提取后作为药物和化妆品添加剂使用。呈白好,目前欧美日等西方发达经济体的美白护肤市色针状结晶或粉末,分a型和β型两种旋光异场已基本被熊果苷垄断。β-熊果苷的来源大致可构体，市场销售的熊果苷多为β-熊果苷,a-熊分为天然植物提取9、植物组织培养问、酶转化法0果苷的销售生产厂家极少。二者旋光度如下:a-和化学 合成18-9四种方法来制备,前三种方法受到熊果苷为+180°左右，而β-熊果苷则为-60°左产率低 操作复杂、成本高等因素的制约尚无法右;除此之外,它们的来源则完全不同,一般情工业化生产,目前市场的β-熊果苷均来自化学合况a-熊果苷通过特定的微生物酶催化反应才能成。综合文献,在Helferich糖苷化法"的基础上采得到。用让对苯二酚先缩合再乙酰化的方法得到β-五β-熊果苷(β-arbutin)化学名称为4-羟苯基-乙酰熊果苷,再经脱保护得到β-熊果苷。操作简β-D-吡喃葡萄糖苷,β-熊果苷除了具有抗菌、镇单,收率提中国煤化工YHCNM HG收稿日期:2013-03-04基金项目:浙江省大学生科技创新活动计划(新苗人才计划)(项目编号:2012R403064)。作者简介:宗飞(1987-),男,安徽宣城人,在读研究生。E-mail:zongf0701@126.com。 *通讯作者。.2013年第44卷第8期浙江化工-11-20%),甲苯40mL,加热搅拌30min后,控制体.1实验部分系温度为80 C左右，搅拌下将无水葡萄糖18 g1.1仪器与试剂(0.1 mo1)少量分批缓慢的投人烧瓶中,投毕,回Bruker AVANCE I 500 MHz核磁共振仪流反应3h。反应结束,待温度降到80 C以下,分(CDC13为溶剂,TMS为内标);Nicolet 6700傅立别用水 、 饱和碳酸氢钠溶液、饱和食盐水进行洗叶变换红外光谱仪(KBr 压片);x-4数字显示显涤，中和未反应的醋酸酐及反应生成的醋酸,收微熔点测定仪;CBI0-UV5紫外分析仪。集有机层,减压回收溶剂,得灰白色的粗品37.5 g对苯二酚(AR, 国药集团化学试剂);吡啶(96.2%),乙醇重结晶,得白色针状β-五乙酰葡糖(AR,鸿声化工) ;对甲苯磺酸(AR,五联化工厂);(I )晶体,烘干重28.1 g,收率75.6% ,GC质量分甲醇钠(AR,南京化学试剂);无水葡萄糖(CP,国数 100% ,m.p.131 C~132 C ,IR:葡萄糖的羟基峰药集团化学试剂);无水醋酸钠(AR,杭州高晶精消失，呈现出较强乙酸酯的特征峰(v (C=0)细化工);甲苯(AR,衢州巨化试剂);三乙胺(AR,1740 cm ,v(C-0-C)1230 cm)。国药集团化学试剂);三氟化硼乙醚(AR,国药集1.2.2 β-四乙酰熊果苷(I )的合成团化学试剂);甲醇(AR,衢州巨化试剂);无水乙在装有机械搅拌浆、回流冷凝器和温度计的醇(AR,杭州长征化学试剂);二氯甲烷(AR,杭.100 mL的三口烧瓶中投入39 g(0.1 mol)I和22 g州双林化工试剂);乙酸乙酯(AR,杭州双林化工(0.2mol)对苯二酚,加入50mL二氯甲烷搅拌溶试剂);丙酮(AR,杭州双林化工试剂);无水硫酸钠解10min。再量取10.1 g(0.1 mol)三乙胺倒人烧(AR,上海试四赫维化工);无水碳酸氢钠(AR,杭瓶，随后在冰水浴的情况下用恒压漏斗滴加州高晶精细化工);醋酸酐(AR,上海凌峰化学试28.4 g(0.2 mol)三氟化硼乙醚,约30 min内加完，剂)。水浴升温至回流,保持回流反应20 h。反应结束，1.2实验方法用热水洗涤几遍,洗去多余的对苯二酚，收集有以对苯二酚和a-D-葡糖糖为起始原料通过机层,无水硫酸钠干燥、减压除去溶剂,得粗品,乙乙酰化保护、缩合、二次乙酰化以及脱保护反应醇重结晶,得到白色的针状β-四乙酰熊果苷(I )合成制得β-熊果苷,其反应方程式为:晶体，烘干后重39.6g，收率90% ,GC质量分数99.1% ,m.p.136 C~137 C ,'HNMR (500 MHz,CH2OHpCDCI3)8:6.88 (dd,2H) ,6.75 (dd,2H) ,5.28~5.22 ;(CH.CO3h(oNaOAcCH2C:(m ,2H) ,5.16 (t,1H),4.94 (d,1H) ,4.30 (dd,1H),4.20(dd,1H),3.8(m,1H), 2.10, 2.08, 2.04, 2.02(4s, 12H)。pore .joneO-om1.2.3 β-五乙酰熊果苷(H)的合成.(CH.CO2hNaOAc .A-250mL的三口烧瓶中取44.0g(0.1mol)I,75mLAe甲苯,20.4 g(0.2 mol)乙酸酐, 16.4 g(0.2 mol)乙酸n钠投人其中,搅拌升温至回流,反应2 h,反应完._NeCH毕待温度降到100 C以下,加水500 mL,搅拌,静MeONa置,析出淡黄色的沉淀,过滤,滤饼用乙醇重结晶,得到白色的针状β-五乙酰熊果苷(M)晶体,烘干后重42.8g,收率88.9% ,GC质量分数99.9% ,m.1.2.1 β- 五乙酰葡糖(I )的合成p.145 C~1中国煤化Iz,CDCl;)8:7.01(s, 4H),5YHC N M H G5.23 (m,1H),250mL的三口烧瓶中加人乙酸酐60mL(0.65.03~5.05 (m,1H) ,4.26~4.32 (m,1H) ,4.14~4.19mol )和无水醋酸钠3.6 g(葡萄糖反应原料质量的(m, 1H) ,3.82~3.88(m, 1H),229(s, 3H, PhOCOCH3),.-12-ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRYVol.44 No.8(2013)2.04~2.08(m, 12H ,COCH3)。2.1.3反应温度对乙酰化产率的影响1.2.4 β-熊果苷(IV)的合成反应时间设为3h,对不同的反应温度进行在装有机械搅拌浆回流冷凝器和温度计的比较后 发现105 C最为适宜，低或高都会影响乙100 mL的三口烧瓶中取10.0 g(20.7 mmol) I ,酰化的产率,结果见表3。0.1 g甲醇钠,75 mL甲醇搅拌分散均匀，氮气保表3反应温度对乙酰化产率的影响护,升温回流反应4h,冷却,调节pH为6,减压Table 3 Effect of reaction temperature on the yieldof acetylation除去溶剂,得灰色固体粗品,乙酸乙酯重结晶,得到白色的细针状β-熊果苷(IV )晶体,烘干除水后反应温度/ C9100105110115重4.52 g，收率80%,HPLC纯度99.6% , m.p. .乙酰化产率1%90.294.096.0 96.294.3199 C~200 C ,'HNMR(500 MHz, D20)8:6.81(d，2.1.4 结晶温度对β-五 乙酰葡糖收率和质量的2H),6.62 (d, 2H) ,4.82 (d, 1H ),3.80~3.21(m，影 响6H)。.由于葡萄糖乙酰化后有a和β两种构型产物,通常用乙醇作为重结晶溶剂,控制结晶温度2结果与讨论的方法,获得纯β-五乙酰葡糖。随着结晶温度的2.1 β -五乙酰葡萄糖( | )合成的影响因素讨论降低,产品收率升高,但其中的β-五乙酰葡糖含2.1.1催化剂对乙酰化产 率的影响量降低,实验比较后选定30 C较为合适。具体见由于葡萄糖在溶剂中存在a和β两种构型,表4。所以其乙酰化后的产物有a型和β型五乙酰葡表4结晶温度对β-五乙酰葡糖收率和质量的影响萄糖两种产物,不同的催化剂对产物的立体构型Table 4 Effect of crystal temperature on the yield of有着决定性的作用。一般用酸性催化剂(HCIO4或β-D-glucopyranosyl pentaacetate and its qualityZnCl2)等反应生成a-五乙酰葡萄糖,用碱性催化结晶温度/ C收率/%w/(β)% .剂(NaOAc或吡啶)等则得到β-五乙酰葡萄糖。2683.193.9用NaOAc作为催化剂,β-五乙酰葡萄糖转化率2879.299.2最高,见表1。77.13075.6表1催化剂对β-五乙酰葡萄糖收率的影响3268.5Table 1 Effect of catalyst on the yield of β-D-glucopyranosyl pentaacetate2.2 β四乙酰熊果苷( |I )的合成影响因素讨论编号催化剂转化率/%a:β2.2.1催化剂的影响HCIO4 .95.282.9:17.1β-四乙酰熊果苷的合成是制备β-熊果苷整ZnCl292.386.4:13.6个过程中最重要的--步,而催化剂的选择对β-五NaOAc96.388.5:11.5乙酰葡糖和对苯二酚的糖苷缩合又起着至关重吡啶94.875.2:24.8要的作用,选取几种催化剂进行实验，结果见表5,2.1.2反应时间对乙酰化产率的影响由表5可见三氟化硼乙醚和三乙胺搭配效果最好，根据反应的时间不同,对反应进行跟踪后发不过相较其他几种催化剂而言反应时间要长很多。现,当反应达到3h后,葡萄糖的乙酰化产率无明表5催化剂对缩合反 应收率的影响显提高，相反副反应会增多,产品的颜色会发生Table 5 Effect of catalyst on the yield of condensation明显的变化。结果见表2。TABA30.1表2反应时间对乙酰化产率的影响Table 2 Effect ofreaction time on the yield of acetylation中国煤化工35.2反应时间/h1234sMYHCNMHG.41.1BFs. Et2O77.5乙酰化产率1/% 83.290.196.096.1 92.3BF,. Et20/EtN90.0.2013年第44卷第8期浙i江化工-13-2.2.2溶剂的影响出一步,但收率高达80%。不同的溶剂形成的均相不同从而影响反应,2.4 β-熊果苷(IV )的合成影响因素讨论根据反应原料的性质选用几种溶剂进行实验,结本步为一个经典的脱酰基过程，采用果显示二氣甲烷作为反应溶剂效果最好,见表6。CH3OH- -CHzONa体系,有较高收率,通过反应温.表6溶剂对缩合反应收率的影响度、时间的改变得到最佳条件为65 C回流反应Table 6 Effect of solvent on the yield of condensation4h。见表9、表10。编号溶剂收率/%表9反应温度对β 熊果苷收率的影响PhMe33.3Table 9 Effect of reaction temperature on the yieldMeCNof β- arbutinDMF反应温度/ C455(5560CH,Cl84.2收率1%32.340.2 64.373.280.0CH2Cl .2.2.3反应时间的影响表10反应时间对 β-熊果苷收率的影响Table 10 Effect of reaction time on the yield of改变反应时间,跟踪后发现,在反应24 h后,β arbutin缩合的收率无明显的提高,随着反应时间的延长,反应时间/h3副反应增加,产物收率降低。见表7。40.362.480.480.6表7反应时间对缩合反 应收率的影响Table 7 Effect of reaction time on the yield ofcondensation3结论162428以无水葡萄糖和对苯二酚为原料经过乙酰缩合收率/%50.190.0 88.383.1化、缩合、二次乙酰化、脱保护四步反应制备得到β-熊果苷，各步反应的中间产物均通过测定熔2.2.4投料比的影响点IR、NMR、HPLC、LC等方法对其结构进行了表为了防止对苯二酚的两个羟基都与β-五乙.征、含量进行了测定。在准确计量和测定的前提酰葡糖进行缩合，故投料时对苯二酚需要过量。下，得出了此路线制备的最优条件:NaOAc作为当I与对苯二酚的投料比为1:2时,最为经济划催化剂、105 C下反应5 h、在30 C用乙醇重结晶算。见表8。制备β-五乙酰葡萄糖收率达75.6%;三氟化硼乙表8投料比对缩合反 应收率的影响醚和三乙胺作为催化剂、二氯甲烷作溶剂、n(β-Table 8 Efect of the reaction feed ratio on the yield五乙酰葡萄糖):n(对苯二酚)为1:2、回流反应24of condensationh,β-四乙酰熊果苷的收率达90%;醋酸酐和醋酸n(I ):n(对苯二酚)钠进行二次乙酰化收率为88.9%;采用CHzOH-1:162.1CH,ONa体系65 C反应4 h脱乙酰基得到β-熊1:1.57.8果苷,收率80%。与以往工艺比较,操作更简单，1 :290.成本低,更加可靠,实用性强。1 :2.590.11:390.3参考文献:2.3 β-五乙酰熊果苷( Il )的合成[1]刘新民熊果苷(Arbutin)-种源于绿色植物的皮肤脱色在得到上步产物β-四乙酰熊果苷(II )后可组份[J].北京日化,1996(4):9-15.2] Kitao S, Sekine H η-D -ohrosvI transfer to phenolic不经过本步的乙酰化,而直接碱解脱去保护乙酰compound中国煤化工fromleuconostoc基得到β熊果苷,但目前该步反应收率偏低。相mesente- -n:YHC N M H Gin[J]. Bioscience,比之下本步用醋酸酐和醋酸钠将对苯二酚上剩biotechnology, and biochemistry, 1994, 58(1):38-42.余的一个羟基乙酰化后,再进行碱解脱保护,虽多[3]王亚芳,周宇辉,张建军.熊果苷镇咳、祛痰及平喘的药效.- 14-ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRYVol.44 No.8(2013)学研究[J] .中草药,2003 ,34(8):739 -741.[7] Ping W, Brett D M, Sangamitra P, et al. Multienzymatie[4] Meada K， Fukuda M. Arbutin: mechanism of itssynthesis of polyhydroquinone for use as a redox polymerdepigmenting action in human melanocyte culture[J]. J[]. J Am Chem Soc, 1995, 117: 12885-12886.Pharmacol Exp Ther , 1996 ,276(2) :765 -769.[8] 邵颖,汪霞,孔荣祖.熊果苷的合成[I江苏化I,1996,245] Matsuda H, Higashino M, Nakai Y. Inhibitory effects of(2):24-25.some Arctostaphyios plants on melanin biosynthesis [J[9]李雯,刘宏民,章亚东,等.熊果苷的相转移催化合成法[].Biol. Pharm Bull, 1996, 19(1):153-156.郑州工业大学学报199,20(2);:42 44.[6] Yokoyamo. Manufacture of glycosides of phenols by plant[10] Stephen H. Preparative carbohydrate chemistry[M]. Newtissue culture:日本公开专利平,4-131091[P].1992- -05- 01.York: Marcel Dekker, 1997 :285.The Synthesis of β -ArbutinZONG Feil, YAO Xiao- -wu', WANG Hai -bin2(I.College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China;2.College of Chemical Engineering and Materials Science, Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014, China)Abstract: Based on the principle of Helferich reaction, β-arbutin was obtained from hydroquinone anda-D-glucose as the starting material via acetylation, condensation , secondary acetylation and deacetylation.The optimal condition was confirmed by studied, catalyst, temperature, recrystallization on the preparation ofβ-D-glucopyranosyl pentaacetate, and get β-D-glucopyranosyl pentaacetate with no a type residual, purityof 100%，yield of 75.6%. In addition, the new design of condensation reaction was that the acetylation ofhydroquinone was after the condensation of hydroquinone and β-D-glucopyranosyl pentaacetate. The effectof solvent, catalysts, mole ratio of reactants, reaction time and reaction temperature on the yield wereinvestigated. The two steps together optimized yield was 80%. Finally through the deprotection got β-arbutinwith purity of 99.9% and yield of 80%, melting point of the compound were consistent with those reported ，and the structure of product was confirmed by 'H NMR. The reaction can proceed well at atmosphericpressure, easy to gain materials and the yield was high ，and simple to operate. This method is suitable forpreparation on a small scale in the laboratory, also suitable for large - -scale industrial production.Keywords: β arbutin ;hydroquinone ;a-D-glucose ;synthesis环境保护部通报2013年上半年全国环境质量状况环保部有关负责人向媒体通报了2013年上半沙尘天气分8次21天影响我国西北、华北等地年全国环境质量状况，公布了全国地级以上城市环区。三是全国酸雨污染状况总体保持稳定。四是境空气酸雨、地表水、集中式生活饮用水源地、近岸全国地表水总体为轻度污染。五是326个地级以海域海水水质、环保重点城市功能区噪声监测结果。上城市共监测906个集中式生活饮用水源地,取- -是城市环境空气污染形势严峻,按《环境水总量为147.8亿t, 服务人口3.31亿,其中达标空气质量标准》(GB3095-2012)，以二氧化硫水量为143.8亿t，占取水总量的97.3%。有263(SO2).二氧化氮(NO2)和可吸人颗粒物(PM10)、个城市集中式生活竹田水酒地k质全部达标，占细颗粒物(PM2.5)、- -氧化碳(CO)、臭氧(O3)六项85.9%。六MYH中国煤化工般,与上年指标进行评价,74个城市平均达标天数比例为同期持平。CNMHG市功能区噪声54.8%，其中轻度污染占25.4%，中度污染占昼间达标率为90.6% ,夜间达标率为68.4%。9.5%,重度污染占7.5%,严重污染占2.8%。二是(来源:环境保护部,2013-08-02).