硫辛酸酯类衍生物的合成方法学研究

张露云，徐 倩，丛 丽，王 雨，臧 皓

硫辛酸（lipoic acid），亦称为α-硫辛酸，是一种天然的二硫化合物，广泛分布于动植物的组织中［1］，是一种内源性抗氧化剂，最初于1950年由美国的Reed［2］等从猪肝中分离提取得到，硫辛酸可以穿过血脑屏障进入脑内［3］.同时在几种生化过程中发挥重要作用，作为抗氧化剂，硫辛酸可以清除单线态氧［4］、过氧亚硝基［5］、过氧自由基、羟基自由基和次氯酸［6］等各种活性氧，在临床上主要用于治疗糖尿病周围神经病变［7］、阿尔茨海默症［8］和炎症［9］.硫辛酸几乎没有毒副作用，不仅可以作为药品和保健品，还可以用于饲料添加剂及化妆品中，近年来受到广泛关注.

虽然硫辛酸口服吸收迅速，但肝首过效应明显，平均绝对生物利用度约为30%［10］，代谢很快，平均血浆消除半衰期约为0.5h［11］，服用量为每日600mg，造成浪费的同时还增加了身体的负担，因此对其进行结构修饰研究是药物化学领域的研究热点.Cravero等［12］采用1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1-羟基苯并三唑为缩合剂，甲醇和N，N-二甲基甲酰胺（1∶1）为溶剂，室温反应22h得到硫辛酸甲酯，该反应时间较长，N，N-二甲基甲酰胺沸点高难以除去.Koufaki等［13］采用氯化亚砜活化硫辛酸羧基后与乙醇反应得到硫辛酸乙酯，该方法所使用的氯化亚砜刺激性强，难于保存，而且反应产生氯化氢和二氧化硫气体腐蚀设备，污染环境.Lawrence等［14］采用乙酰氯和乙醇反应2h后再加入硫辛酸的策略合成硫辛酸乙酯，该反应同样产生氯化氢气体.因此，建立一种合成硫辛酸酯类衍生物的新方法具有重要意义.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

硫辛酸（纯度98%）、三苯基膦（TPP，纯度98%）、偶氮二甲酸二异丙酯（DIAD，纯度97%）、二环己基碳二亚胺（DCC，纯度98%）、4-二甲氨基吡啶（DMAP，纯度98%）、N-羟基丁二酰亚胺（NHS，纯度98%）、无水四氢呋喃（纯度99.5%），均购自萨恩化学技术有限公司；硫酸（H2SO4）购自天津科密欧化学试剂有限公司；其他试剂和溶剂均为市售分析纯.

QUINTIX35-1CN型电子分析天平（德国赛多利斯公司）；Bruker-600型核磁共振波谱仪（TMS为内标，德国Bruker公司）；Q-TOF-MS6520型质谱仪（美国Agilent公司）；DFY-5型低温反应浴槽（巩义市英峪高科仪器厂）；2XZ-2C型真空泵（临海市谭氏真空设备有限公司）.

1.2 实验过程

（1）硫辛酸丙酯（3a）的合成路线.采用四条路线合成化合物3a，具体操作方法如下：

路线①：将硫辛酸（0.6mmol）、丙醇（0.6mmol）放入干燥的Schlenk管中，加入THF（1.5mL），再加入H2SO4（150μL），室温反应12h后薄层色谱检测.

路线②：将硫辛酸（0.6mmol）、丙醇（0.6mmol）、TPP（0.6mmol）于 N2条件下放入干燥的 Schlenk管中，加入 THF（1.5mL），于 0℃下加入 DIAD（0.6mmol），室温反应24h后薄层色谱检测.

路线③：将硫辛酸（0.6mmol）、DCC（0.6mmol）、NHS（0.6mmol）放入干燥的 Schlenk 管中，加入THF（1.5mL）后活化12h，随后加入丙醇（0.6mmol），室温反应12h后薄层色谱检测.

路线④：将硫辛酸（0.6mmol）、DCC（0.6mmol）、DMAP（0.06mmol）放入干燥的Schlenk管中，加入THF（1.5mL）后活化12h，随后加入丙醇（0.6mmol），室温反应12h后薄层色谱检测.

经过分析薄层板，确定路线①为化合物3a的合成路线，现将合成路线进行工艺优化.

（2）合成方法的确立.

首先是反应温度考察.在路线①的基础上对反应温度进行考察，分别考察了反应温度为20℃、40℃、50℃、60℃和70℃时3a的收率.由图1可知，随着反应温度的上升，3a收率呈先上升后平稳的趋势，因此选择比较温和的50℃作为反应温度.

图1 不同反应温度对3a收率的影响

其次是投料比考察.在路线①的基础上，固定了反应温度为50℃，对丙醇和硫辛酸的投料比（mol∶mol）进行考察，分别考察了投料比为1∶1、1.3∶1、1.5∶1、2.0∶1和2.5∶1时3a的收率.由图2可知，随着投料比的增大，收率呈先上升后下降的趋势，最后确定反应投料比为2.0∶1.

图2 不同反应投料比对3a收率的影响

然后是反应时间考察.在路线①的基础上，固定了反应温度为50℃，投料比为2.0∶1，对反应时间进行考察，分别考察了3h、6h、12h、18h和24h时3a的收率.由图3可知，收率呈先上升后平稳的趋势，因此选择时间最短的6h作为反应时间.

最后是催化剂用量考察.在路线①的基础上，固定反应温度为50℃，投料比为2.0∶1，反应时间为6h，对催化剂用量进行考察，分别考察了硫酸用量为25μL、50μL、100μL、150μL和200μL时3a的收率.由图4可知，收率呈先上升后下降的趋势，因此选择收率最高时的催化剂用量50μL.

图4 不同催化剂用量对3a收率的影响

（3）合成方法的应用.应用建立的合成方法合成了硫辛酸丙酯（3a）、硫辛酸丁酯（3b）、硫辛酸己酯（3c）、硫辛酸庚酯（3d）和硫辛酸壬酯（3e），合成路线见图5，收率分别为84%、89%、80%、91%、69%，化合物3a～3e经核磁共振波谱和高分辨质谱确证均为目标化合物，数据如下.

图5 化合物3a～3e的合成路线

化合物3a，黄色油状物，收率84%.1H-NMR（DMSO-d6，600MHz，ppm）：δ 3.96（s，2H），3.61（q，1H），3.18（q，1H），3.12（q，1H），2.41（d，1H），2.30（s，2H），1.86（q，1H），1.67（d，1H），1.57（s，5H），1.38（d，2H），0.88（s，3H）.13C-NMR（DMSO-d6，150MHz，ppm）：δ 172.8，65.1，56.0，39.9，38.1，34.0，33.3，28.1，24.2，21.5，10.2；MS m/z：271.0683（M+Na）.

化合物3b，黄色油状物，收率89%.1H-NMR（DMSO-d6，600MHz，ppm）：δ 4.01（s，2H），3.60（q，1H），3.18（d，1H），3.12（s，1H），2.41（d，1H），2.29（s，2H），1.87（t，1H），1.66（s，1H），1.54（s，5H），1.33（t，4H），0.88（s，3H）.13C-NMR（DMSO-d6，150MHz，ppm）：δ 172.8，63.6，56.0，39.9，38.1，34.0，33.3，30.2，28.1，24.2，18.6，13.5；285.1959（M+Na）.

化合物3c，黄色油状物，收率80%.1H-NMR（DMSO-d6，600MHz，ppm）：δ 4.00（s，2H），3.60（q，1H），3.18（t，1H），3.11（t，1H），2.41（d，1H），2.29（s，2H），1.86（q，1H），1.66（s，1H），1.55（s，5H），1.37（d，2H），1.27（s，6H），0.86（s，3H）.13CNMR（DMSO-d6，150MHz，ppm）：δ 172.8，63.7，56.0，39.9，38.1，34.0，33.3，30.8，28.1，28.1，25.0，24.2，22.0，13.8；MS m/z：313.2271（M+Na）.

化合物3d，黄色油状物，收率91%.1H-NMR（DMSO-d6，600MHz，ppm）：δ 4.00（s，2H），3.60（t，1H），3.17（s，1H），3.12（s，1H），2.41（d，1H），2.29（s，2H），1.86（q，1H），1.66（t，1H），1.54（d，5H），1.37（d，2H），1.26（d，8H），0.86（s，3H）.13CNMR（DMSO-d6，150MHz，ppm）：δ 172.8，63.6，56.0，39.9，38.1，34.0，33.3，31.1，28.3，28.1，28.0，25.3，24.2，22.0，13.9；MS m/z：327.2429（M+Na）.

化合物3e，黄色油状物，收率69%.1H-NMR（DMSO-d6，600MHz，ppm）：δ 4.00（s，2H），3.60（q，1H），3.17（d，1H），3.12（s，1H），2.41（d，1H），2.29（s，2H），1.87（d，1H），1.66（q，1H），1.54（d，5H），1.37（d，2H），1.26（t，12H），0.86（s，3H）.13CNMR（DMSO-d6，150MHz，ppm）：δ 172.7，63.6，56.0，39.8，38.0，34.0，33.3，31.2，28.8，28.6，28.6，28.1，28.0，25.3，24.2，22.0，13.9；MS m/z：355.2741（M+Na）.

2 讨论

2.1 化合物3a合成路线的确定

上述四种合成路线反应结束后采用薄层色谱法检测，通过对原料与产物的比对分析，确认路线①、路线③和路线④共有点为目标点，将路线①反应液蒸干，硅胶柱层析分离得到黄色油状物，经核磁共振氢谱（见图6）和高分辨质谱（见图7）确证为目标化合物.

图6 化合物3a的核磁共振氢谱图

图7 化合物3a的高分辨质谱图

从薄层板上分析，路线②未生成3a，因此首先放弃；路线③生成了3a，但是从薄层板上判断其收率不高，NHS一般制备酰胺时比较常用，分析原因可能是在制备酯类化合物时由于醇羟基活性较弱，无法与生成的活性酯反应导致目标化合物产生较少，故放弃此方法；路线④也生成了目标化合物，但是生成的杂质点与目标化合物难以分开，因此未选用此路线；路线①在薄层板上只有两个斑点，杂质较少，斑点间距较远，易于纯化，且收率较高，因此综合考虑，选用路线①作为3a的合成路线.

2.2 化合物3a合成路线的优化

通过单因素实验，分别对其反应温度、投料比、反应时间、催化剂用量进行考察.反应温度考察结果显示，随着反应温度的上升，收率呈先上升后平稳的趋势，所以在反应时，应把反应温度控制在50℃，避免温度过高产生杂质而造成收率下降.投料比考察结果显示，随着投料比的增大，收率呈先上升后下降的趋势，从收率和节省原料的角度考虑，确定投料比为2.0∶1.反应时间考察结果显示，收率呈先上升后平稳的趋势，因此选择反应时间为6h.催化剂用量考察结果显示，收率呈先上升后下降的趋势，考虑是催化剂用量过大副反应增加所致，考虑到催化剂的消耗，本文以50μL作为适宜的催化剂用量.

综上，化合物3a的最佳反应条件为反应温度为50℃、投料比为2.0∶1、反应时间为6h、催化剂用量为50μL.

3 结论

本研究建立的合成方法具有反应时间短、收率高、反应条件较温和等优点，为硫辛酸酯类衍生物的合成提供了新的方法和依据.