虾青素的化学合成法概述＊

龙昇辉，刘景林，许 良

（内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古通辽 028042）

虾青素的化学合成法概述＊

龙昇辉，刘景林，许 良

（内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古通辽 028042）

虾青素是萜类化合物β－胡萝卜素的一种，广泛存在于自然界中，具有较强的抗氧化活性和多种生理活性，应用于诸多领域.综述了虾青素的几种化学合成方法，再展望了虾青素的发展前景.

虾青素；化学合成；概述

1 化学合成法概要

1.1 F.Hoffmann-LaRoche公司合成路线

F.Hoffmann-LaRoche公司合成路线［6－7］（图2）以6－氧代异佛尔酮为原料，首先利用丙酮与甲醛在弱碱条件下发生羟醛缩合生成羟基丁酮，然后失水生成α－β不饱和丁烯酮，再与乙炔发生1，2－亲核加成生成六碳炔叔醇，在硫酸作用下重排成六碳炔伯醇，再将羟基进行保护然后与6－氧代异佛尔酮发生一系列转化生成十五碳三苯基季鏻盐，最后在强碱作用下与2，7－二甲基－2，4，6－辛三烯－1，8－二醛进行双边的Wittig反应形成目标产物虾青素.

图2 F.Hoffmann-LaRoche公司合成路线

1.2 BASF公司合成路线

BASF公司合成路线［8－9］（图3）与瑞士F.Hoffmann-LaRoche公司的生产路线大同小异，最主要的区别在于合成中间体六碳炔叔醇并不先经过酸化重排，而是先将羟基进行保护，再与6－氧代异佛尔酮发生一系列转化，转化的过程中进行重排，最后得到目标产物虾青素.这2条路线虽然生产过程比较长，中间过程的控制方法难度比较大、要求严格，工艺流程很复杂，但是已经实现了工业化生产，是市场上虾青素供应的最主要工业化来源.

图3 BASF公司合成路线

1.3 国内皮士卿等人合成路线

国内皮士卿等人合成路线［10］（图4）尝试了另一种生产十五碳季膦盐的方法.以α－紫罗兰酮为原料，经过间氯过氧苯甲酸处理生成α－紫罗兰酮环氧化衍生物，然后依次经过碱化水解、中间体纯化、与乙烯基格氏试剂加成、选择性氧化、碱化硅醚化保护、再环氧化、水解等中间过程，接着在氢溴酸作用下酸化重排生成十五碳1°－溴代烃，再与三苯基膦作用生成十五碳三苯基季鏻盐，最后在强碱正丁基锂或二异丙基胺锂作用下与2，7－二甲基－2，4，6－辛三烯－1，8－二醛进行双向Wittig反应生成最终产物虾青素.

图4 国内皮士卿等人合成路线

1.4 C20＋2C10合成路线

C20＋2C10合成路线［11］（图5）最主要是利用了α－β不饱和烯醇醚与二十碳双缩醛发生缩合、碱化形成虾青素，但是合成过程中有一部分中间体合成难度很大，选择性控制过程很难，不能进行大规模的工业化生产，只是有一定的参考价值.

图5 C20＋2C10合成路线

1.5 二甲基虾青素转化路线

二甲基虾青素转化路线［12］（图6）以β－紫罗兰酮为原料，先与NBS发生烯丙位的溴代，再通过一系列的中间转化过程生成最重要的合成中间体十九碳醛，后者与乙炔基格氏试剂进行双向羰基亲核加成生成虾青素的C链骨架，然后经过中间转化、氧化、还原生成二甲基虾青素，最后水解转化生成虾青素.此路线最主要的缺陷在于二甲基虾青素转化为虾青素的效率很低，而且转化容易带来进一步的氧化，控制难度大，停留困难.

图6 二甲基虾青素转化路线

1.6 角黄素转化路线

角黄素转化路线［13］（图7）以角黄素为原料，经过碱化、硅醚化、环氧化、水解等4个过程合成了虾青素，有路线短、收率高（约产率60%）的特点，但是角黄素的成本高，而且生产过程中有一定的危险性，难以达到大规模工业化生产的要求.不过从其合成过程中能得到一定的启示和借鉴.

图7 二角黄素转化路线

2 小结与前景展望

通过概述目前虾青素的化学合成方法，认识到虾青素的工业化生产问题依然很严峻，虾青素的生产量、价格依然不能满足普遍的市场需求，因此寻求出更加廉价、高产、有效的合成生产路线将是以后各国科研机构研究的重大课题.基于虾青素的超强生理活性及其在制药、保健、化妆、食品等各行业的重大作用，相信如果能对它的研究取得突破性的进展，一定会给全人类创造出无可比拟的价值.

［1］ 付 佳，杨月欣，张立实.天然虾青素的生物保健功能及安全性概述［J］.国外医学（卫生学分册），2007，34（6）：382－386.

［2］ 郑裕国，沈寅初.虾青素生产技术及其应用［J］.化工科技市场，2001，24（2）：24－25.

［3］ 陈晓明，徐学明，金征宇.法夫酵母色素的组成与性质［J］.无锡轻工大学学报，2001，20（2）：169－173.

［4］ 裘 晖，朱晓立.虾青素的结构与功能［J］.食品工程，2007（1）：16－18.

［5］ 刘建国，潘励山，魏小丽，等.富含虾青素的红球藻粉对大鼠的生理影响［J］.食品与药品，2007（12A）：26－30.

［6］ GEORGE S，SCHLOEMER C，DANUTA A，et al.Preparation of 4，4’-Diketo-Beta，Beta-Carotene Derivatives：US，6372946［P］.2002－04－16.

［7］ WIDMER E，ZELL R，BROGER E A，et al.Technical Procedures for the Synthesis of Carotenoids and Related Compound from 6-Oxo-Isophorone［J］.Helv.Chim.Acta，1981，64：2 419－2 446.

［8］ WOLFGANG K，KLAUS H，PAUST J.Preparation of Astaxanthin：US，5654488［P］.1997－08－05.

［9］ ERNST H，PAUST J，HOFFMANN W.Preparation of Canthaxanthin and Astaxanthin：US，5210314［P］.1993－05－11.

［10］ 皮士卿，陈新志，胡四平，等.虾青素的合成［J］.有机化学，2007，27：1 126－1 128.

［11］ BERND R，PETRA D.Method for Producing Astaxanthin and Canthaxanthin Intermediate Produces：German，2005056507［P］.2005－06－23.

［12］ SURMATIS J D，THOMMEN R.A Total Synthesis of Astaxanthin Dimethyl Ether［J］.J.Org.Chem.，1967，3 2（1）：180－184.

［13］ BERNHARD K，ROBERT K M，ROBERT S.Process for the Preparation of Astaxanthin and Intermediates in the Astaxanthin Synthesis：Swiss，0101597［P］.1984－02－29.

（责任编辑 向阳洁）

Overview of Chemical Synthesis Methods of Astaxanthin

LONG Sheng-hui，LIU Jing-lin，XU Liang
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Inner Mongolia University for Nationalities，Tongliao 028042，Inner Mongolia China）

Astaxanthin，a kind of beta-carotene，exists widely in nature.Astaxanthin has strong antioxidant activity and other physiological activity，with promising applications in many fields.In this paper，recent advances of astaxanthin chemical syntheses are reviewed，and the research trends of the astaxanthin are prospected.

astaxanthin；chemical synthesis；review

TS201.3；TS202.3

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.06.018

1007－2985（2013）06－0071－05

虾青素（astaxanthin），学名3，3’－二羟基－β，β’－胡萝卜素－4，4’－二酮，属叶黄族酮式类胡萝卜素，分子式为C40H52O4，相对分子量为596.8［1］，其结构简式如图1所示.

图1 虾青素结构简式

纯品虾青素为暗紫棕色晶体，熔点为224℃［2］，虾青素在生物体内经常与蛋白质结合从而显示出蓝紫色，虾青素中的“青”字源于此故，蛋白质变性后呈现出橙红色.由于只存在2个羟基，而其他均为疏水性基团，因此虾青素水溶性很差而脂溶性较强.一般而言，虾青素溶于吡啶、苯、二硫化碳、氯仿、二氯甲烷，微溶于石油醚、乙醇、甲醇、乙醚、异丙醇等多数有机溶剂.虾青素的长链不饱和双键体系，使得它的性质不稳定，易于异构化和降解.在氧、热、紫外光、自然光的条件下不稳定，而抗氧化剂、惰性气体和色拉油对其有一定的保护作用［3］.虾青素分子中与2个羟基相连的碳原子为手性碳原子，因此存在3种旋光异构体（分别为3R，3’R；3S，3’S；3R，3’S），自然界存在的虾青素为全反式的［4］.虾青素的生物活性功能主要有防止油脂氧化、清除自由基、淬灭单线态氧，其抗氧化活性是维生素E的550倍，是β－胡萝卜素等类胡萝卜素的10倍，被誉为“超级抗氧化剂”，故虾青素有防止DNA的自由基损伤、防治心脑血管疾病、预防癌症、抗衰老、保护皮肤免受紫外线损伤等生理作用，并且最重要的是，大鼠实验表明虾青素没有明显的毒性作用［5］，因此虾青素可以在动物饲料添加剂、食品添加剂、保健品、制药业、化妆品等领域得到广泛的应用.虾青素的来源主要有生物发酵提取和人工化学合成.生物发酵提取包括从水产品加工业的废弃物中提取虾青素和微生物发酵生产虾青素，因为成本高、产量小，所以导致在市场上的占有量很小.目前，市场上大多数的虾青素是通过瑞士F.Hoffmann-LaRoche公司和德国BASF公司人工合成生产.笔者对虾青素的几种化学合成方法进行了综述.

2013－05－14

国家自然科学基金资助项目（81260682；21362020）；内蒙古科技计划项目（20110606）

龙昇辉（1988－），男，湖南凤凰人，内蒙古民族大学化学化工学院硕士研究生，主要从事天然产物化学研究

许 良（1966－），男，内蒙古赤峰人，内蒙古民族大学化学化工学院教授，硕士生导师，主要从事天然产物化学研究.