青蒿素的化学全合成总结.docx
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青蒿素的化学全合成总结
青蒿素的合成与研究进展
纲要：
青蒿素是当前生界上最有效的治疗疟疾的药物之一，存在活性好、毒副作用小、市场需求大、根源窄等特色。
当前，青蒿素的获取门路主要有直接从青蒿中提取、化学合成和生物合成。
本综述将针对最近几年来青蒿素的发展特色及合成方法进行阐述。
重点词：
青蒿素；合成方法；研究进展
青蒿素是中国学者在20世纪70年月初从中药黄花蒿
（ArtemisiaannuaL1）中分别获取的抗疟有效单体化合物,是
当前生界上最有效的治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药
物,对恶性疟、间日疟都有效,可用于凶险型疟疾的急救和抗氯喹病例的治疗。
青蒿素还拥有克制淋巴细胞的增殖和细
胞毒性的用1；拥有影响人体白血病U937细胞的凋亡及分化的作用2；还拥有部分逆转MCF-7/ARD细胞耐药性作用3；还
拥有克制人胃癌裸鼠移植瘤的生长的作用4；还拥有必定的
抗肿瘤作用5等。
除此以外，青蒿素及其衍生物还拥有生物
抗炎免疫作用、生物抗肿瘤作用、克制神经母细胞瘤细胞增
殖的作用等。
世界卫生组织确立为治疗疟疾的首选药物,具
有迅速、高效、和低毒副作用的特色。
6。
因在发现青蒿素过
程中的优秀贡献，屠呦呦先后被授与2011年度拉斯克临床
医学研究奖和2015年诺贝尔医学奖。
1青蒿素的理化性质及根源
青蒿素的分子式为C15H22O5,相对分子质量为282.33。
是一种含有过氧桥构造的新式倍半萜内酯，有一个包含过氧
化物在内的1，2，4-三烷构造单元，它的分子中还包含7个手性中心，合成难度很大。
中国科学院有机所经过研究，解决了架设过氧桥难题，在1983年达成了青蒿素的全合成。
青蒿素也有一些弊端,如在水和油中的溶解度比较小,不可以制成针剂使用等。
2青蒿中提取青蒿素
青蒿素是从菊科植物黄花蒿中提拿出来的含有过氧桥的
倍半萜内酯类化合物，在治疗疟疾方面拥有起效快、疗效好、使用安全等特色。
当前主要的提取方法有溶剂提取法、超临
界提取法、超声波萃取法、微波萃取法、其余萃取法等。
2.1有机溶剂萃取青蒿素
水蒸气蒸馏（steamdistillation，SD）法因为其拥有设施简单，操作安全，不污染环境，成本低，防止了提取过程中有
机溶剂残留对油质造成影响等特色，是有效提取中药挥发油的重要方法。
有机溶剂提取法是当前青蒿中很多有效成分的
提取当前仍旧常用的方法，常用的溶剂有醇类（甲醇、乙醇
等）、醚类（乙醚、石油醚等）、烷类（环己烷、氯仿等）。
Filip
等7人采纳6mL的氯仿对1g新鲜黄花蒿提取1min，经过
HPLC－Q－TOF－MS测定，青蒿素回收率大于97%。
Yang
等8第一用甲醇提取青蒿叶与茎杆，而后用一系列有机溶剂
提取，此中乙酸乙酯部分含有11个类黄酮，4个黄酮苷。
但溶剂提取存在提取率不高的问题，并且所用溶剂大多有毒
有害，易对人和环境造成危害。
2.2超临界CO2萃取青蒿素
超临界流体萃取（su-percriticalfluidextraction，SFE）技术
是20世纪60年月盛行的一种新式分别技术，其拥有选择分别成效好，提取率高，产物没有有机溶剂残留，有益于热敏性物质和易氧化物质的萃取等特色。
青蒿中挥发油、青蒿素及其余活性成分的CO2－SFE提取，国内外已进行了大批
的研究，但还没有进入家产化阶段。
Kohler9等采纳CO2－SFE
技术从黄花蒿中提取青蒿素和青蒿酸，压力15MPa，温度
50℃，并用3%甲醇做夹带剂，在20min内达成了提取过
程，并且成效优于传统的溶剂提取法。
何春茂等10对黄花蒿
中萃取青蒿素的SFE工艺进行了优化研究，获取纯度超出95%的青蒿素。
2.3分子蒸馏技术提取青蒿素
当前分子蒸馏（moleculardistillation，MD）已在化学工业
和很多天然植物的挥发油的精制方面获取优秀应用。
国内已
11
用CO2－SFE技术制得青蒿油浸膏，而后用MD技术进行精
制，所得青蒿油呈淡黄色，得率为0.47%，高于传统的SD
法;所得精油经气质联用（GC－MS）剖析，检测出60个成分，主体成分为萜类化合物。
2.4HFC134a溶剂萃取技术提取青蒿素
HFC134a化学名为1，1，1，2－四氟乙烷（1，1，1，2
－tetrafluoroethane）拥有无毒、无色、不燃、热稳固性好等特色，化学性质稳固。
HFC134a对青蒿素有比较好的选择性，
提取物中蜡质和分子量高的挥发油含量极少12。
HFC134a溶
剂萃取技术效率适中（62%），但设施投资与运转花费最低。
所以，HFC134a溶剂萃取技术是一种极具潜力的可规模化的青蒿素的分别和提取技术。
综上所述，青蒿有效成分提取分别技术中，溶剂提取法
主要存在提取纯化效率不高，再应用和综合利用困难等问题;
鉴于此，很多现代分别方法遇到愈来愈多的重视，CO2－SFE技术在青蒿素及其挥发油的分别提取中显示出较强的优势，
可是因为其设施投资大，保护花费高，工业化遇到必定限制，HFC134a溶剂提取技术也有很好的远景，可应用于青蒿中如
挥发油、黄酮类化合物等其余成分提取。
总之，对青蒿中活
性成分进行连续提取，有效提升青蒿利用率，减低成本，还是值得研究和开发的领域。
3生物合成青蒿素
青蒿素是应用宽泛的一线抗疟药。
青蒿散布地区狭小
青蒿素含量低（0.01%~0.5%）.此刻市售的青蒿素主假如从植
物中提拿出来的,含量稀罕和需求宽泛致使青蒿素供给不稳
定。
成立一种环境友善、低价的生产青蒿素的方法将是将来
解决青蒿素根源问题的有效方法。
近10年来,为了从根本上
解决青蒿素的供需矛盾,国内外争相展开了青蒿素合成生
物学及代谢工程研究,一方面试试在微生物体内重修青蒿素
生物合成门路,另一方面对青蒿中原有的青蒿素生物合成门路进行遗传改进。
3.1从乙酰辅酶A到法呢基焦磷酸（FDP）生物合成青蒿素
青蒿素的生物合成门路属于植物类异戊二烯代谢门路。
最近几年来的研究表示，植物类异戊二烯的生物合成起码存在两条门路，即甲羟戊酸门路和丙酮酸磷酸甘油醛门路。
青蒿素等倍半萜类的生物合成门路属于甲羟戊酸门路，该门路在细
胞质中进行。
第一,由3个乙酰辅A缩合生成3羟基3甲基戊二单酰辅酶A（HMGCoA），随后，在HMGCoA复原酶（HMGR）
的作用下，产生甲羟戊酸（MVA）。
此后MVA经焦磷酸化及
脱羧脱水作用，形成C5的异戊烯基焦磷酸（IPP）。
在这个过
程中，因为甲羟戊酸的形成是一个不行逆的过程，所以，
HMGR被以为是该门路中的第一个限速酶13。
然IPP与其异
构体二甲基烯丙基焦磷酸（DAMPP）在法呢基焦磷酸合酶
（FDPS）的催化下，经过亲电反响体制形成牛儿基焦磷酸（GPP），
从而形成法呢基焦磷酸（FDP），如图
（1）。
Akhila等14经过放射性同位素示踪法研究了青蒿素的生
物合成门路
提出青蒿素生物合成的框架为
:
法呢基焦磷酸
（FDP）青蒿酸二氢青蒿酸青蒿素。
在此过程中
第一由
FDP
经
过酶促反响形成一种未知的倍半萜类中间产物
该步反响被
以为是青蒿素形成过程的重要限速步骤。
1999年,
Bouwmeester等15从青蒿叶片中分别到青蒿素生物合成门路
的重要倍半萜类中间产物amorpha4,11diene,并进一步分别
了催化morpha4,11diene形成的酶,该酶是催化青蒿素生物
合成的重点酶。
.
图1
3.2经过调理植物激素及发育基因表达促使青蒿素的合成
细胞分裂素可刺激叶片生长,而青蒿素主要由青蒿叶片
合成.所以,提升青蒿中的细胞分裂素水平有可能促使青
蒿素的合成.叶和春小组曾将异戊烯基转移酶基因（ipt）导入
青蒿,结果使细胞分裂素水平提升2~3倍,青蒿素含量增添
30%~70%16.有关植物激素与青蒿素合成的有关性及其作用机
理详见后述.
为了说明青蒿生长发育（特别是生殖发育）与青蒿素高产
的关系,叶和春小组曾用拟南芥开花促使因子1基因（fpf1）及成花基因（CO）分别转变青蒿,结果发现,固然青蒿开花时
间大大提早（分别提早20和14d）,但青蒿素含量并没有显然提
高,表示开花并不是青蒿素高产的先决条件17。
4化学合成青蒿素
青蒿素是中国学者在20世纪70年月初从药用植物黄花蒿中分别获取的抗疟疾的有效成分是含内过氧基团的半萜内酯化合物。
因为拥有速效和低毒性的特色，已成为世界卫
生组织介绍的治疗疟疾的首选药物18。
今年来发现青蒿素除
了拥有抗疟疾作用外，还有多种其余的药理作用，包含抗细
菌脓毒症、放疗增敏、抗菌曾敏、抗肿瘤19等作用。
固然青蒿素主要来自于天然收集的野生植株和人工种植青蒿，可是
天然野生青蒿受地理环境和季节的限制以及资源的日趋贫乏，难以获取连续的发展。
人工种植占地大，耗时耗力，且植株易变异，也使得产量难以保证，因此开发新的青蒿素根源门路拥有重要的实质意义。
所以，特别有必需研究青蒿素化学合成方法，实现工业化生产。
当前现有的青蒿素化学合成法有化学全合成和化学半合成法。
4.1青蒿素的化学全合成
4.1.1香茅醛为原料
1986年，周维善20等以香茅醛为原料经13步合成了青蒿
素，实现了青蒿素的立体选择性的全合成如图
（2）。
该方
法初次采纳在氧气和四碘四氯荧光素存在下对中间体
12a
采纳光氧化的方法引入过氧桥，随后经过高氯酸酸化以总收率不到1%制得青蒿素。
该路线初次实现了青蒿素的立体选择性全合成，固然该路线步骤长，总收率低，但这也为青蒿素的全合成研究确立了坚固基础。
图2
2010年，Yadav21也报导了以香茅醛为开端原料的全合
成路线
（图
3），该路线经过脯氨酸衍生物和
3，4-二羟基苯甲
酸乙酯共催化的香茅醛和甲基乙烯基甲酮
（MVK）的
1，4
不对
称加成合成中间体
2b，随后经分子内羟醛缩合可获取不饱和
醛酮中间体
3b。
3b
与甲基格氏试剂加成，获取非对映异构
体
4b
和
4b'的混淆物，该混淆物在
SnCl4存在下环烯化获取
重点中间体5b。
化合物5b和9-BBN经立体选择性不对称硼
氢化、氧化能够85%收率和90%制得伯醇6b。
6b经两步氧
化成相应酸8b后再与碘甲烷甲酯化制得重点前体9b，9b最
后经过光氧化反响等一共12步反响合成了青蒿素。
该路线
重点前体9b的总收率可达13%，但因为最后一步光氧化的
收率较低只有25%，总收率为5%。
图3
4.1.2环己烯酮为原料合成青蒿素
2012年，Cook课题组22报导了一条特别简短的青蒿素
全合成路线（图4），他们以低价易得的环己烯酮为开端原料，
经过使用串连反响等策略，防止使用保护基，经过5步合成
获取青蒿素，总收率可达10%以上。
此路线合成主要步骤
包含5步:
第一，经过联苯亚膦酰胺为配体，三氟甲磺酸铜为
催化剂催化二甲基锌对环己烯酮进行共轭加成，再一锅进行
对巴豆基溴的烷基化，以61%的收率获取酮2j（trans-cis=7∶
1，91%ee）。
随后2j和对甲苯磺酰肼反响生成相应的腙，再
由正丁基锂低温锂化获取烯丙基负离子，该负离子用DMF淬灭可获取α，β-不饱和醛3j，总收率为72%。
而后3j和
硅基缩酮6j在Et2AlCl或Me2AlCl作用下，发生［4+2］环化反响获取原酸酯4j的4种不行分别的非对映异构体的混淆物
（10∶4∶1∶1），总收率大于95%，并且最大制备量可达50g。
这4个异构体无需分别，可直接用于下步反响，因为该化合物的3个手性中心的2个的构型不影响最后青蒿素的合成。
原酸酯4j以PdCl2作为催化剂，直接用H2O2水溶液氧化，能以90%的收率获取烯烃氧化产物，此中甲基酮5j的收率为61%。
该步直接在H2O2水溶液中氧化，操作简单并且催化剂回收方便。
最后，利用钼酸铵催化H2O2现场分解得
到的单线态的氧先对5j进行氧化，而后在酸存在下将氧化物
中间体最后转变为青蒿素，总收率在29%～42%之间。
该合成路线比较简短，成本较过去合成路线有大幅降低，总收率
高达14%，并且最后能够放大到几十克规模，有望实现规模化生产。
图4
薄荷酮为原料合成青蒿素
1992年，Avery等23以薄荷酮为原料，经10步反响，
实现了蒿素立体选择性全合成（5）。
薄荷酮经碱性的H2O2
环氧化反响获取环氧化物
2h再经苯硫酚钠反Aldol反响，
除去丙酮获取苯硫醚酮
3h。
3h在CH2Cl2中，－78℃条
件下经m-CPBA氧化获取亚砜
4h。
参照Ｒoush［11］等的
方法，他们先将亚砜
4h在
LDA和HMPA的作用下与
2-（2-溴乙基）-2，5，5-三甲基-1，3-二氧六环烷基化，获取混
合物直接用铝汞齐脱硫，能以70的收率获取C-2不一样构型
的非对映体混淆物（β/α=9∶1）6h。
在经过生成烯丙基负
离子与DMF反响，制备不饱和醛8h时，为了提升立体选
择性，他们将酮6h与甲苯磺酰肼反响，转变为相应的腙7h。
腙7h无需分别纯化，直接抽干用于下步反响，不只可防止
水解和异构化，并且能够定量转变。
腙7h在四甲基乙二胺
和4当量的正丁基锂作用下，获取红色的烯丙基负离子溶液
直接与DMF反响，能立体选择性的以70%收率，获取不饱
和醛8h，生成的极少许2α异构体也很简单在柱色谱时除
去。
为提升反响异柠檬烯为开端原料的青蒿素化学全合成路
线1·的立体选择性，他们采纳大位阻的三（三甲基硅烷基）
乙醚络合物（TTAE）作为亲核试剂，对不饱和醛8h直接进行1，
2加成，生成的醇直接用醋酐/DMPA现场酰化，能以88%的
收率获取单调的异构体9h。
经过试试不一样锂试剂探索
Claisen重排条件，最后采纳
9h
在
3当量二乙胺锂
（LDEA）
作
用下进行重排制备
10h。
10h
不经分别直接一锅法，在
2当
量的
LDA
作用下与碘甲烷在羧基
α位烷基化获取重要中
间体
11h，2
步总收率为
63%
。
11h
的二氯甲烷溶液中加
入硫酸水溶液脱去保护，再直接用
O3
一锅法氧化，能以
33%～39%的收率获取青蒿素。
此路线的重点步骤包含不
饱和醛8h的和11h的合成，前者经过三甲基硅烷负离子
对α，β-不饱和醛的立体选择性加成获取，后者经过串连
Claisen酯-烯醇重排和烷基化获取。
最后11h采纳一锅法经
酸性硅胶脱保护和O3氧化，多步环化等复杂的过程，最后
获取青蒿素，总收率为5%。
图5
后期又陆续出现了以柠檬烯24、β-蒎烯22、异胡薄荷醇
25等为原料的全合成路线。
可是青蒿素的全合成的路线总收率都不是很高。
4.2青蒿素的化学半合成
经过前方总结可知，经过全合成方法来合成青蒿素，通
常路线较长，所以总收率较低，成本也居高不下。
所以利用
拥有适合青蒿素骨架的青蒿素前体，如青蒿酸（arte-annuic
acid）、青蒿素B（arteannuinB）、青蒿烯（artemisitene）
等，采纳半合成方法，能够有效减少合成步骤。
当前半合成
方法研究多数集中在生物合成方面，采纳的中间体也多达十几种。
笔者将总结青蒿素的化学半合成方法，因为青蒿酸在黄花蒿中含量高，拥有适合的化学构象，所以当前化学半合
成方法多数以青蒿酸为原料。
别的，青蒿素B是黄花蒿中最丰富的杜松交酯，上海有机化学研究所和美国纽约州立大学也以青蒿素B为前体进行了许多研究。
1986，Jung等26就试试以青蒿酸为原料合成青蒿素（5）。
他们将青蒿酸用LiBH4和NiC12·6H2O复原双键获取2k，再
经臭氧氧化获取酮醛化合物3k，收率为75%。
3k在HClO4
作用下发生环合反响，以52%的收率获取烯醇内酯4k。
遗
憾的是，作者试试了好多氧化方法，最后没有成功获取蒿素。
可是他们获取了青蒿素重要的代谢产物脱氧青蒿素5k，并
经过单晶确立了其构造，同时这也为此后研究青蒿素半合成
确立了必定的基础。
图5
1989年，吴毓林等27也以青蒿酸为原料合成了青蒿素
（图6），他们先用重氮甲烷甲酯化，再经NaBH4/NiCl2
复原可获取双氢青蒿素甲酯2L，最后经LiAlH4复原可获取
青蒿醇3L。
青蒿醇经臭氧环化反响，获取环状烯醇醚4L。
4L在低温下以亚甲基蓝为光敏剂光照氧化后用三甲基硅氟
甲磺酸酯办理以62%的收率获取了脱氧青蒿素5L。
5L最后
经ＲuCl3和高碘酸钠氧化获取最后产物青蒿素，该路线的总产率在35%～53%之间。
该合成路线较简易，条件易于控制，总收率可达37%，是一条拥有工业化价值的合成路线。
图6
别的，1992年，Peter等28报导了此外一条用青蒿酸或
者青蒿素B经重点中间体3n合成青蒿素的半合成路线，并在1998年29，他们从头对该路线进行优化。
2011年上海有机所伍贻康等30，第一参照Perter等的方法制备了重点醛原
料1m，青蒿素的收率靠近70%。
2012年，依据新华社报导上海交通大学的张万斌等31研发出一种惯例的化学半合成法
高效合成青蒿素，最后青蒿素的收率靠近60%，改方法合成路线段收率高，有望实现大规模工业化生产。
5展望
青蒿素作为世界卫生组织介绍的抗疟疾殊效药，世界各国都在加紧展开青蒿素及其衍生物的开发研究。
可是，长久稳固和大批地供给青蒿素成为各国科学家面对的严重考验。
固然青蒿素的化学全合成还没实现商业应用，可是经过科学家几十年的努力，全合成研究已获得一些打破性的进展。
同时，在化学半合成方面，利用惯例化学合成方法实现了青蒿素的高效人工半合成，使青蒿素有望能够实现大规模工业化生产。
假如顺利实现工业化生产，有望解决困扰世界医药家产界三十多年的青蒿素高效人工合成重要难题，使青蒿素类药物更为廉价、易得，造福数亿患者
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