玻色因相关物质研究

古凤强 畅水平 张淼 杨颖洁 传雅萍

羟丙基四氢吡喃三醇是玻色因的主要功效成分，具有多种可能的异构体构型。我们采用HPLC法对市售多家玻色因活性成分进行了比较分析，并用实验验证了差向异构化反应是其不同构型的产生条件。实验结果表明：以D-木糖为原料，生成的玻色因是D-木糖衍生物β-构型N式结构，由两个非对映异构体（比例50/50）组成，市售某些厂家的玻色因产品主成分是其差向异构化产物。

玻色因（Pro-XylaneTM）是欧莱雅集团自主研发的化妆品原料商品名，其活性成分化学名为羟丙基四氢吡喃三醇。目前国内化妆品原料界将羟丙基四氢吡喃三醇等同称作玻色因。玻色因能够修复皮肤屏障，促进胶原蛋白再生，增加皮肤弹性和紧致度，从而具有抗衰作用，因此受到了化妆品生产企业和爱美人士的广泛关注。2019年专利到期后，国内市场上如雨后春笋般出现了众多的玻色因产品。由于玻色因产品缺乏行业标准，市场上的玻色因产品良莠不齐，其含量差异从30%到90%以上，外观颜色从无色到橙黄色不等，产品优劣难分，极其容易出现假货，进而引发化妆品安全事件。

玻色因是欧莱雅的专利产品，市场上尚未有其法定标准品[1]，羟丙基四氢吡喃三醇异构体较多。那么，究竟什么样结构的玻色因是目标物，亟需进行研究和探讨。基于此，我们用D-木糖、D-阿拉伯糖、L-来苏糖为原料，采用避免差向异构和增强差向异构化反应的不同实验[2]，借助高效液相色谱法分析其产物，通过比较谱图差异，论证差向异构化是造成玻色因异构体的主要原因，根据空间稳定性理论和实验验证确定玻色因目标产物主要是D-木糖衍生物β-构型N式结构，由两个非对映异构体（比例50/50）组成。

市售玻色因液相图谱比较

仪器、试剂

液相色谱：皖仪LC3000，ELSD检测器;

色谱柱：ChromCoreHILIC-Amide（5μm，4.6×250mm）;

流动相：乙腈：甲醇：水=80∶15∶5;

流速：1mL/min;

柱温：30℃;

进样量：20μL。

测定步骤

取适量样品，用流动相制成3mg/mL溶液，HPLCELSD

测定，液相色谱图如图1～6所示：

从以上谱图可看出，几个厂家的玻色因液相色谱出峰个数和位置相同，含量高低有差异。

玻色因合成产物剖析

玻色因是用木糖和乙酰丙酮缩合，再经还原反应而得到的[3]。木糖是五碳糖，在水溶液中，它在一定条件下会发生旋变反应和差向异构化反应[4]。我们在研究玻色因合成工艺的过程中[5-7]，发现反应产物比较复杂，通过核磁检测分析，这几种物质结构相似，推断是同分异构体。

木糖的差向异构体主要包括阿拉伯糖、来苏糖、核糖（还可以形成核酮糖和木酮糖，只不过形成这两种糖比较困难，在此不做深入研究）。

比较稳定的五碳糖结构式

从上述结构分析可知，空间结构稳定的五碳糖结构主要包括六种：D-木糖N式、L-木糖A式、D-阿拉伯糖N式、L-阿拉伯糖A式、D-来苏糖N式、L-来苏糖A式。

木糖衍生物

不考虑旋光异构体，这是几个比较稳定的衍生物。根据分子中羟基的位置，结合上述结构分析，D-木糖衍生物β构型N式的稳定性最好，这个是主产品;D-木糖衍生物α-构型N式相对于β-构型要少得多，为次要产品;L-木糖衍生物理论上是可以生成的，但相对于D-木糖衍生物会更少;L-木糖衍生物α构型比β构型稳定。所以，L-木糖衍生物应该以α构型A式为主。

阿拉伯糖衍生物（玻色因类似物——异构体）

从上述结构分析，D-阿拉伯糖衍生物α构型N式比D-阿拉伯糖衍生物β构型N式稳定，N式比A式稳定。所以阿拉伯糖衍生物（玻色因类似物）的稳定性顺序为：

D-阿拉伯糖衍生物α构型N式>D-阿拉伯糖衍生物β构型N式>L-阿拉伯糖衍生物β构型A式>L-阿拉伯糖衍生物α构型A式。

即在玻色因合成过程中異构化产物以D-阿拉伯糖衍生物α构型N式为主。其余两个可能是D-阿拉伯糖衍生物β构型N式和L-阿拉伯糖衍生物β构型A式。

来苏糖衍生物

从上面结构分析，稳定性的顺序为：

L-来苏糖衍生物β构型A式>L-来苏糖衍生物α构型A式>D-来苏糖衍生物α构型N式>D-来苏糖衍生物β构型N式

由此分析，在合成玻色因的过程中有可能形成的相关物质是L-来苏糖衍生物β构型A式和L-来苏糖衍生物α构型A式。

综上所述，空间结构稳定的五碳糖结构主要包括五种：D-木糖衍生物β构型N式、D-阿拉伯糖衍生物α构型N式、D-阿拉伯糖衍生物β构型N式、D-木糖衍生物α-构型N式、L-来苏糖衍生物β构型A式。

为进一步确定玻色因产品和相关物质的结构，我们分别以D-木糖、D-阿拉伯糖、L-来苏糖为原料，在避免或加强差向异构化反应的条件下与乙酰丙酮反应，经还原后得到产物，经HPLC、NMR测定，分析论证确定玻色因产品和相关物质的结构。

实验论证

试剂、仪器

木糖：济南圣泉集团股份有限公司

乙酰丙酮：南京东方之珠工贸有限公司

碳酸氢钠、硼氢化钠、氢氧化钠：科密欧试剂

常规实验室仪器。

实验步骤

（1）将40.0g纯化水抽入100mL反应瓶中，搅拌下于60～70℃依次投入D-木糖10.0g，加入6.6g乙酰丙酮，分批加入12.0g碳酸氢钠，反应1h，过滤除盐;反应液在30～40℃加入硼氢化钠2.5g还原，再除盐;母液浓缩，得到产品。由此方法[8，9]合成的产物液相色谱图（如图7所示）。

（2）将（1）中碳酸氢钠换成5g氢氧化钠，其他与上述步骤相同，合成产物液相色谱图（如图8所示）。

（3）以D-阿拉伯糖作原料，操作步骤与（1）相同，合成产物液相色谱图（如图9所示）。

（4）将（2）和（3）产物混合，液相色谱图（如图10所示）。

（5）以L-来苏糖为原料，操作步骤与（1）相同，合成产物液相色谱图（如图11所示）。

（6）将（1）中产物制成固含量为50%玻色因样品，送某知名第三方检测公司与羟丙基四氢吡喃三醇标准品进行比较分析，NMR氢谱和碳谱结果（如图12和图13所示）。

结果与分析

（1）玻色因产品构型鉴定

以D-木糖为原料，以碳酸氢钠作碱，采用避免差向异构化的方法，经还原得到的产品，先后经高效液相色谱（HPLC，图7）、核磁共振氢谱（1H-NMR，图12）和碳谱（13C—NMR，图13）等测定方法确定了产品结构和质量，测试结果如下：

由图7可知，采用避免差向异构化得到的玻色因产品纯度高达98%，先后在10.0min、11.1min、15.7min和17.1min出现四种少量的差向异构化产物。

图12是产品1H-NMR（马来酸为内标物）测试图，其测试结果如下：1H-NMR（400MHZ，D2O）δ1.11～1.14（dd，3H），1.41～1.81（m，2H），3.08～3.15（m，1H），3.17～3.23（m，1H），3.28～3.35（m，1H），3.47～3.53（m，1H），3.83～3.88（m，1H），3.9～3.98（m，1H）。上述数据证明该产品的氢化学位移值与羟丙基四氢吡喃三醇的氢化学位移预测值一致。同时，我们采用马来酸为内标物，通过核磁共振氢谱（1H-NMR）测定玻色因的含量为97.8%，与HPLC的分析结果基本一致。

图13是产品13C-NMR谱图，羟丙基四氢吡喃三醇一共8个碳，谱图中出现15个核磁碳峰，7位碳为手性碳，还原过程中产生两个非对映异构体。从核磁碳谱计算可知，两个非对映异构体比例为50/50，该核磁碳谱数据与欧莱雅公开的玻色因[9]一致。

綜上所述，以D-木糖为原料，采用避免差向异构化的方法，经还原得到的产品才是合格的玻色因产品。

（2）差向异构化反应探索

为了进一步搞清玻色因产品中出现的四种差向异构化产物的出现条件和产物的结构类型，我们进一步设计了三个验证实验，实验结果如下：

图8和图7比较可知，强化差向异构化反应后，图7的主产物减少，其他4个差向异构体大幅增加。

图9是以D-阿拉伯糖为原料，其15.07min和15.60min出峰的两个物质，是D-阿拉伯糖衍生物N式结构，11.74min和12.39min的峰应该是D-阿拉伯糖衍生物A式异构体。

图10是D-木糖差向异构化反应与D-阿拉伯糖为原料的产物混合后液相谱图，基本包含了两个混合产物中的所有峰，15.29min和16.06min峰与图9中相同位置的峰相对应，但比例正好相反，说明在3.2的反应中发生了差向异构，产生了阿拉伯糖的一个副产物。

图11是L-来苏糖为原料的产物色谱图，由于来苏糖样品不多，加之非常不稳定，所以投料很少，峰面积比较小。尽管如此，也能看出来，15.08min、15.62min出现的两个峰与图8中相同位置的峰非常吻合，17.02min峰面积很小，不排除与图8中的16.23min的峰一致。说明，来苏糖不稳定，差向异构化也很严重。

如图8～图10的结果分析表明，以D-木糖、D-阿拉伯糖和L-来苏糖等五碳糖为原料，与乙酰丙酮进行反应，在增强差向异构化条件下，均容易形成相互的差向异构化产物。

结论

本文通过比较市售不同厂家玻色因液相色谱图，发现出峰个数和位置相同，但含量不同。为探究目标产物及其产生机理，以D-木糖、D-阿拉伯糖、L-来苏糖为原料，在避免差向异构和增强差向异构化反应的条件下，与乙酰丙酮进行反应，再用硼氢化钠还原，产物经HPLC、NMR测定，根据空间稳定性理论分析和实验结果确定玻色因目标产物主要是D-木糖衍生物β-构型N式结构，由两个非对应异构体（比例50/50）组成。市面上有些样品的主成分是木糖差向异构化反应的产物。