羟基酪醇的合成工艺研究

臧 皓，徐 倩，张露云，田冬娜

羟基酪醇是橄榄中具强抗氧化性的一种多酚类化合物［1-2]，也是动物脑内多巴胺的代谢产物之一［3].羟基酪醇，又名3，4-二羟基苯乙醇，分子式为C8H10O3，分子量为154.16，为无色或浅黄色油状物.大量研究表明，羟基酪醇具有良好的生物活性，主要包括广谱的抗微生物活性［4]，预防多种自由基的直接损伤［5]，预防糖尿病及提高脂肪组织对胰岛素的敏感性［6]，减小动脉粥样硬化的病灶范围和防止心肌缺血/再灌注损伤［7]，改善β-淀粉样蛋白诱导的阿尔茨海默症以及抑制肿瘤增殖等［8-9].由于其抗氧化活性，使其被认为是清除自由基最佳的天然抗氧化剂之一，其自由基清除能力是槲皮素的两倍、表儿茶酸的三倍.国外很多机构已经把羟基酪醇作为添加剂加入到保健品和食品中，发现有很好的抗衰老和预防疾病作用［10].

羟基酪醇合成的报道很多，是研究的热点.有文献报道［11]用3，4-二甲氧基苯乙醇为原料合成羟基酪醇，合成路线见图1.此方法最后一步脱保护反应收率只有10%，而且合成步骤较长，成本过高.KHAFAGY 等［12]报道用三氯化锡催化剂直接对3，4-二甲氧基苯乙醇脱保护，合成的羟基酪醇收率也不理想，且反应不易控制，易发生傅克烷基化副反应.BOVICELLI等［13]报道了一条以酪醇为原料合成羟基酪醇的路线，合成路线见图2.该路线需在苯环上引入一个羟基，这涉及到羟基的保护与脱保护等过程，步骤繁琐，过程中也用到氢化铝锂和三溴化硼等不容易操作的试剂，该方法无论实验室合成还是工业生产都很少采用.帝斯曼公司申请了用邻苯二酚为原料制备羟基酪醇的专利［14].但此路线需要耗费大量溶剂，产生大量废水，且反应时间较长，较少有人采用.许超等［15]报道了另一种以邻苯二酚为原料合成羟基酪醇的方法，合成路线见图3.该路线不仅反应步骤长，同时用到极其危险的三溴化硼，反应比较剧烈，实验室较少采用.延永等［16]以3，4-二甲氧基苯乙酸为起始原料，合成路线见图4.此反应使用了腐蚀性很强的溴化氢和高度易燃易爆的金属钠，具有一定的危险性.因此，使用新方法安全高效地合成羟基酪醇具有重要意义.

本研究采用3，4-二羟基苯乙酸为原料，使用氢化铝锂为还原剂，一步反应得到羟基酪醇，合成路线见图5.如果反应成功，该反应将具有步骤短、收率高等特点，也为合成羟基酪醇提供了新的方法.

图1 3，4-二甲氧基苯乙醇为原料合成羟基酪醇路线图

图2 酪醇为原料合成羟基酪醇路线图

图3 邻苯二酚为原料合成羟基酪醇路线图

图4 3，4-二甲氧基苯乙酸为原料合成羟基酪醇路线图

图5 3，4-二羟基苯乙酸为原料、氢化铝为还原剂合成羟基酪醇路线图

1 试剂与仪器

1.1 试剂

3，4-二羟基苯乙酸、无水四氢呋喃、氢化铝锂.

1.2 仪器

核磁共振仪：瑞士Bruker-400 型；高分辨质谱仪：美国Agilent公司，Q-TOF-MS6520型；低温反应浴槽：巩义市英峪高科仪器厂，DFY-5型；紫外灯：巩义市予华仪器有限责任公司；谭氏真空泵：2XZ-2C 型；万分之一天平：上海菁海仪器有限公司，FA1104A型；磁力搅拌器：大龙兴创实验仪器（北京）有限公司，MS-H-Pro+型.

2 实验方法

（1）反应溶剂考察.将氢化铝锂（512.0 mg，13.0 mmol，2.9 equiv）放入干燥的单口瓶中，加入体积均为20 mL 的丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、1，4-二氧六环、乙醚、苯、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、无水四氢呋喃后置于0 ℃下搅拌溶解.称取3，4-二羟基苯乙酸（760.0 mg，4.5 mmol，1.0 equiv），分批加入上述溶液中，于0.5 h 内加完，撤去冰浴，在80 ℃下反应6 h，将反应液置于0 ℃下，缓慢滴加10 mL水和10 mL 10%盐酸溶液，滴毕后加10 mL 乙酸乙酯萃取，共萃取4 次，合并有机相，无水硫酸镁干燥后抽滤，减压蒸除溶剂，得到油状物，用甲醇溶解后通过Sephadex LH-20 型凝胶纯化，得到目标化合物.

（2）反应温度考察.将氢化铝锂（512.0 mg，13.0 mmol，2.9 equiv）放入干燥的单口瓶中，加入20 mL 无水四氢呋喃后置于0 ℃下搅拌溶解.称取3，4-二羟基苯乙酸（760.0 mg，4.5 mmol，1.0 equiv），分批加入上述溶液中，于0.5 h 内加完，撤去冰浴，分别在20 ℃、40 ℃、60 ℃、80 ℃、100 ℃下反应6 h，将反应液置于0 ℃下，缓慢滴加10 mL 水和10 mL 10%盐酸溶液，滴毕后加10 mL 乙酸乙酯萃取，共萃取4 次，合并有机相，无水硫酸镁干燥后抽滤，减压蒸除溶剂，得到油状物，用甲醇溶解后通过Sephadex LH-20 型凝胶纯化，得到目标化合物.

（3）反应投料比考察.将氢化铝锂（460.0 mg，11.7 mmol，2.6 equiv）（512.0 mg，13.0 mmol，2.9 equiv）（565.0 mg，14.3 mmol，3.2 equiv）（618.0 mg，15.7 mmol，3.5 equiv）（670.0 mg，17.0 mmol，3.8 equiv）分别放入干燥的单口瓶中，加入20 mL无水四氢呋喃后置于0 ℃下搅拌溶解.称取3，4-二羟基苯乙酸（760.0 mg，4.5 mmol，1.0 equiv），分批加入上述溶液中，于0.5 h 内加完，撤去冰浴，80 ℃下反应6 h，将反应液置于0 ℃下，缓慢滴加10 mL水和10 mL 10%盐酸溶液，滴毕后加10 mL乙酸乙酯萃取，共萃取4次，合并有机相，无水硫酸镁干燥后抽滤，减压蒸除溶剂，得到油状物，用甲醇溶解后通过Sephadex LH-20 型凝胶纯化，得到目标化合物.

（4）反应时间考察.将氢化铝锂（565.0 mg，14.3 mmol，3.2 equiv）放入干燥的单口瓶中，加入20 mL 无水四氢呋喃后置于0 ℃下搅拌溶解.称取3，4-二羟基苯乙酸（760.0 mg，4.5 mmol，1.0 equiv），分批加入上述溶液中，于0.5 h 内加完，撤去冰浴，80 ℃下分别反应2 h、4 h、6 h、8 h，将反应液置于0 ℃下，缓慢滴加10 mL水和10 mL 10%盐酸溶液，滴毕后加10 mL乙酸乙酯萃取，共萃取4次，合并有机相，无水硫酸镁干燥后抽滤，减压蒸除溶剂，得到油状物，用甲醇溶解后通过Sephadex LH-20型凝胶纯化，得到目标化合物.

3 实验结果

3.1 单因素考察

反应溶剂考察的实验结果见表1，结果显示，反应溶剂为无水四氢呋喃时反应收率最高.反应温度考察的实验结果见图6，结果显示，反应温度为80 ℃时反应收率最高.反应投料比考察的实验结果见图7，结果显示，反应投料比为3.5∶1 时反应收率最高.反应时间考察的实验结果见图8，结果显示，反应时间为4 h时反应收率最高.

表1 不同反应溶剂下羟基酪醇的收率 %

图6 不同反应温度下羟基酪醇的收率

图7 不同反应投料比下羟基酪醇的收率

图8 不同反应时间下羟基酪醇的收率

3.2 结构确证

收率：71%；1H-NMR（DMSO-d6，600 MHz，ppm）：9.48（s，2H，-OH），6.52-6.57（m，3H），5.21（s，1H，-OH），3.63（t，2H），2.83（t，2H）.13C-NMR（DMSO-d6，150 MHz，ppm）：δ145.6，144.5，131.5，122.8，116.4，115.9，61.1，39.2；MS m/z：153.063 0（M-H）-.

4 讨论

单因素实验是指在实验过程中只有一个被研究的因素，或者说研究者只是针对一个因素对考察指标的作用影响进行研究，从而对每个因素进行筛选，最终得到最佳制备工艺.有机合成工艺研究一般会从反应溶剂、反应温度、反应投料比和反应时间、催化剂种类和用量等因素入手进行考察，再结合课题组之前的研究工作［17-20]综合考虑后，确定对反应溶剂、反应温度、反应投料比和反应时间进行考察.

4.1 反应溶剂考察

氢化铝锂是非常活泼的还原剂，遇水爆炸性分解，因此必须选择含水量低的溶剂进行考察.二甲基甲酰胺、丙酮和乙腈作为溶剂加入时均反应剧烈，有黑烟产生；而常用溶剂如1，4-二氧六环、苯、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷和乙醚的收率均在10%以下；只有四氢呋喃作为溶剂时收率达到57%，说明四氢呋喃适合作为反应溶剂.

4.2 反应温度考察

反应温度对实验收率影响很大，温度过高则会引起副反应增加，温度过低则会导致反应不完全，原料剩余过多.本实验的原料3，4-二羟基苯乙酸和目标化合物羟基酪醇均具有邻二酚羟基结构，对温度敏感，温度考察结果显示，收率随温度的变化趋势是先升高后降低，反应温度为80 ℃时收率最高，若继续升温则会导致溶剂挥发，副反应增多，因此确定80 ℃为反应温度.

4.3 反应投料比考察

投料比对实验收率也有重要影响，在本研究中，原料和目标化合物的分子量和极性均较为接近，如果反应不完全则会导致分离困难，难以得到纯化合物，因此，有必要加大还原剂的用量，确保原料反应完全.实验结果显示，随着投料比的增加，羟基酪醇的收率先升高而后趋于平稳，最后微微下降.从化学反应来考虑，投料比为3.5∶1时，过量的氢化铝锂足够使原料反应完全，再从节约成本和简化后处理来考虑，确定了3.5∶1 为最佳.

4.4 反应时间考察

反应时间对实验收率至关重要，时间过短则反应未完全，过久则浪费能源并引起副反应.考察结果显示，随着反应时间的延长，反应收率呈先升后降的趋势.反应时间为4 h 时，收率最高，随着反应时间的延长，副反应不断增多，导致产率降低，因此确定4 h为最佳反应时间.

5 结论

本实验采用单因素实验优化了羟基酪醇的合成工艺，主要考察了反应溶剂、反应投料比、反应温度和反应时间对羟基酪醇收率的影响.实验结果显示羟基酪醇最佳制备工艺条件为：反应温度80 ℃、反应投料比3.5∶1、反应时间4 h，收率为71%.与其他现有方法相比，该方法具有步骤短、收率高等特点，为羟基酪醇的合成提供了参考.