青蒿素的化学全合成总结.docx

1、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( Artem isia annua L1 )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

2、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.

3、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 (steam di

4、stillation ，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 6 mL 的氯仿对 1 g 新鲜黄花蒿提取 1 min ，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

5、。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-percritical fluid extraction ， 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 CO2SFE 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 15 MPa，温度50 ，并用 3%甲醇做夹带剂，在

6、 20 min 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 (molecular distillation ， 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 (GCMS) 剖析，检测出 60 个成分，主体成分为萜类化合物。2.4 HFC 134a溶剂萃取技术提取青蒿素

7、HFC 134a化学名为 1， 1， 1， 2四氟乙烷 ( 1，1， 1， 2tetrafluoroethane) 拥有无毒、无色、不燃、热稳固性好等特色，化学性质稳固。 HFC 134a 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。HFC 134a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，HFC 134a 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

8、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

9、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)

10、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

11、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 13.2 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

12、水平提升 23 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

13、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

14、 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 22010 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，

15、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 34.1.2 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

16、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 = 71，91%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 ， -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

17、不行分别的非对映异构体的混淆物(104 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

18、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 oush 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

19、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 ( / = 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 2 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

20、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 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

21、的和 11h 的合成，前者经过三甲基硅烷负离子对 ， -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、 - 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-annuicacid) 、

22、青蒿素 B( arteannuin B) 、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 NiC126H2O复原双键获取 2k，再经臭氧氧化获取酮醛

23、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 51989 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

24、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 uCl3 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

25、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

26、，使青蒿素类药物更为廉价、易得，造福数亿患者参照文件：1.覃等 ,青蒿素的免疫克制作用及其调控体制研究. 2011.2.薄剑等 ,青蒿素对人白血病 U937细胞凋亡及分化的影响 . 2008.3.余和同等 ,青蒿素对乳腺癌多药耐药MCF -7/ ADR 细胞的逆转作用 . 2011 .4.牛高华等 , 青蒿素对人胃癌裸鼠移植瘤的生长克制作用及其体制的研究. 2010 .5.李燕飞 , 青蒿素抗肿瘤作用的研究进展. 2009 .6.7.al,V.N.V.C.M.L.e., Quantification of artemisinin and its biosynthetic precursors

27、in Artemisia annuaL by high performanceliquid chromatography electrospray quadrupole time of ighttandemmass spectrometry . 2006 .8.al ,Y.S. .M.O.M.e., Flavonoids and chromenes from Artemisia annua Phytochemistry.1995.9.a ,K.M.H.W.C.P.e.,Extractionof artemisinin andartemisinicacid fromArtemisiaannuaL

28、 using supercritical carbonb dioxide 1997 .10. H.C.m.L.Z.y.何梁 ., Studies on extraction of artemisinin from Artemisia annua L by supercriticalcarbon dioxide( 用超临界CO2 萃取技术提取青蒿素的研究) 1999 .11.al ,L.Y.t .Z.G.d. 李庄 .W.w. e., Extraction and purification of southern-wood oil with CO2 SFEandits component analysis( 超临界CO2 技术分别提纯青蒿挥发油及成分剖析) Fine ChemIcals( 精美化工 ) 2007.12. M ,L.A.P.P.C.,Comparative assessment of tech-nologies for extraction of artemisinin 2006.