杨梅素-3-O-β-D-乳糖的合成方法优化

李冬洋, 姜磊磊, 代兴隆, 万升标*

(1. 中国海洋大学 医药学院 海洋药物教育部重点实验室,山东 青岛 266003;2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室,山东 青岛 266237)

杨梅素(3,5,7,3′,4′,5′-六羟基黄酮醇,MYR)是一种天然的多酚类黄酮化合物(图1),可以从杨梅树的树皮中分离得到[1],广泛分布于杨梅科、豆科、蔷薇科和菊科等多种科属植物中,常见于水果、蔬菜、茶和蜂蜜等日常食物中[2]。药理学研究表明,MYR不仅可以抗氧化[5]、抗炎[6]和抗感染[7],还具备抗病毒[8]和抗癌[10]等多种生物活性,此外还具有降血糖[12]、保护心血管[13]和神经损伤[14]等作用。

图1 杨梅素的结构Figure 1 Structural of myricetin

根据杨梅素的药理研究成果可以推断其具有良好的研究前景,并且一些欧洲国家已经开发并销售了含有MYR的保健品[15]。但是杨梅素仍然存在水溶性和稳定性较差的问题,因此促使科学家们对MYR的研究进行改进[16]。近年有研究报道[17],杨梅苷-3-O-β-D-乳糖的钠盐形式具有良好的水溶性(>100 mg/kg),并且在大鼠血浆和肝微粒体中表现出较好的稳定性,在体内研究中,其对硫酸葡聚糖钠盐(DSS)诱导的溃疡性结肠炎小鼠模型的疗效高于杨梅素和美沙拉嗪,在小鼠体内也具有较高的安全性(LD50>5 g/kg)。当前报道对于杨梅苷-3-O-β-D-乳糖的合成路线虽然较为成熟,但其路线所获得的产率仍然不够理想。

本文对杨梅苷-3-O-β-D-乳糖的合成路线[17]进行研究,发现中间体M1的产率较低,且副产物不易除去,因此开发了一条高效的合成路线。首先以杨梅苷为起始原料,对杨梅苷的5位、7位、3′位、4′位和5′位酚羟基进行保护,形成五苄基保护的杨梅苷。然后脱除3位鼠李糖,再与乙酰基保护的乳糖溴苷反应,最后通过依次脱去乙酰基和苄基得到目标化合物。经过路径优化,最终以更高效的方法合成了杨梅素-3-O-β-D-乳糖,并合成了一系列杨梅素衍生物(图2),为临床开发新药物提供支持。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent DD2 500 MHz型核磁共振波谱仪(安捷伦科技有限公司);1290 Infinity型高效液相色谱仪(安捷伦科技有限公司);Waters Xevo G2-XS QTOF型质谱仪(英国Micromass公司);GF254型硅胶板(德国Merck公司)。

碳酸铯(上海麦克林生化科技有限公司);四丁基溴化铵(上海皓鸿生物医药科技有限公司);钯碳(上海皓鸿生物医药科技有限公司);溴化苄(上海阿拉丁生物科技有限公司);甲醇钠(萨恩化学技术(上海)有限公司)。其余试剂均为国产分析纯试剂。

1.2 合成

(1) 3′,4′,5′,5,7-五苄基杨梅素(2)的合成

将杨梅苷(20.0 g, 43.1 mmol)、碳酸铯(82.4 g, 129.2 mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF, 500 mL)置于1 L的双口烧瓶中,室温下搅拌1 h,然后向反应体系中加入溴化苄(44.2 g, 258.6 mmol)。在氩气氛围下,室温反应10 h,再将反应混合物用乙酸乙酯(200 mL)稀释,过滤后得滤液,并用乙酸乙酯(2×50 mL)洗涤。然后用水(3×1000 mL)洗涤滤液,有机相经无水硫酸钠干燥,真空浓缩得到棕褐色油状液体。再将其置于四氢呋喃(THF, 150 mL)和3 mol/L盐酸(150 mL)的混合液中,加热至80 ℃回流反应12 h,反应完全后,冷却至室温,静置待固体析出,经过滤,乙酸乙酯重结晶得到白色固体226.8 g,收率81%; m.p.172～174 ℃;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.34(s, 1H), 7.65～7.25(m, 27H), 6.96(s, 1H), 6.70(s, 1H), 5.24(s, 4H), 5.16(s, 4H), 5.01(s, 2H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 171.5, 163.2, 159.1, 158.4, 152.6, 141.2, 139.0, 138.0, 137.6, 136.9, 136.1, 135.5, 128.6, 128.5, 128.4, 128.3, 128.1, 127.8, 127.6, 127.5, 126.4, 126.2, 107.1, 106.4, 97.3, 93.4, 75.1, 71.2, 70.4; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C50H40O8{[M+H]+}769.2796, found 769.2799。

(2) 3′,4′,5′,5,7-五苄基杨梅素-3-O-β-D-乙酰乳糖(3)的合成

将化合物2(26.0 g, 33.8 mmol)溶于1,2二氯乙烷(500 mL)中,再分别加入乙酰基乳糖溴苷(797.7 g, 67.6 mmol)、四丁基溴化铵(21.8 g, 67.6 mmol)和0.25 mol/L碳酸钾溶液(272 mL)。加热至45 ℃,反应12 h,将反应混合物用水(400 mL)稀释,二氯甲烷(3×300 mL)萃取,有机相经无水硫酸钠干燥,减压浓缩,通过硅胶柱层析(洗脱剂:石油醚 ∶二氯甲烷 ∶乙酸乙酯=2 ∶1 ∶1,V∶V∶V)纯化残余物,得到白色固体326.0 g,收率56%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.60(d,J=7.2 Hz, 2H), 7.53～7.45(m, 8H), 7.37(ddt,J=21.5 Hz, 14.4 Hz, 7.1 Hz, 15H), 7.26(d,J=4.9 Hz, 2H), 6.91(d,J=2.1 Hz, 2H), 6.72(d,J=2.1 Hz, 1H), 5.66(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.29(d,J=9.3 Hz, 1H), 5.25(d,J=3.4 Hz, 1H), 5.25～5.15(m, 8H), 5.12(dd,J=10.3 Hz, 3.6 Hz, 1H), 5.03(s, 2H), 4.97(dd,J=9.6 Hz, 8.1 Hz, 1H), 4.81～4.73(m, 1H), 4.68(d,J=8.0 Hz, 1H), 4.18(t,J=6.8 Hz, 1H), 4.07(d,J=10.5 Hz, 1H), 4.01～3.92(m, 1H), 3.86(dt,J=12.1 Hz, 6.0 Hz, 2H), 3.81～3.75(m, 1H), 3.65(t,J=9.4 Hz, 1H), 2.05(s, 3H), 2.04(s, 3H), 1.96(s, 3H), 1.89(s, 6H), 1.84(s, 3H), 1.67(s, 3H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 177.5, 170.3, 170.2, 170.1(2C), 169.9, 169.5, 168.9, 164.7, 162.0, 157.2, 156.6, 152.4(4C), 140.8, 137.6, 137.0(2C), 135.6, 134.0, 128.8(4C), 128.6(4C), 128.4(2C), 128.2(2C), 128.0(4C), 127.9(2C), 127.5(4C), 127.4(2C), 125.4, 109.0(2C), 106.0, 101.0, 98.9, 98.7, 93.2, 76.0, 75.2, 72.8, 72.6, 72.0, 71.3(2C), 71.0, 70.7, 70.5(2C), 69.0, 66.6, 61.0, 60.8, 20.8, 20.8, 20.6, 20.6, 20.6, 20.5, 20.4; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C76H74O25{[M+H]+}1387.4592, found 1387.4596。

(3) 3′,4′,5′,5,7-五苄基杨梅素-3-O-β-D-乳糖(4)的合成

将化合物3(25.0 g, 18.0 mmol)置于300 mL的甲醇溶液中,在室温搅拌下缓慢滴入5 mol/L甲醇钠的甲醇溶液(14.5 mL),反应体系由不溶变为澄清,最后变为浑浊,反应4 h后,加入THF(300 mL),溶液变澄清,再加入阳离子交换树脂调节pH至酸性,继续搅拌15 min,再过滤,浓缩滤液得到淡黄色固体419.0 g,收率99%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.62(s, 2H), 7.57(d,J=7.3 Hz, 2H), 7.52～7.45(m, 7H), 7.42～7.25(m, 16H), 6.89(d,J=2.1 Hz, 1H), 6.73(d,J=2.1 Hz, 1H), 5.65～5.57(m, 2H), 5.28～5.19(m, 7H), 5.13(d,J=11.8 Hz, 2H), 5.08(d,J=4.8 Hz, 1H), 5.03(d,J=4.0 Hz, 2H), 4.77(d,J=5.1 Hz, 1H), 4.71(d,J=1.2 Hz, 1H), 4.65(t,J=5.0 Hz, 1H), 4.59(t,J=5.2 Hz, 1H), 4.50(d,J=4.6 Hz, 1H), 4.09(d,J=7.6 Hz, 1H), 3.61(s, 4H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 178.06, 164.78, 161.46, 156.75, 156.43, 152.37(4C), 139.92, 137.89, 137.24(4C), 136.49, 134.44, 130.10, 129.01(4C), 128.92(4C), 128.63(2C), 128.57(2C), 128.42, 128.38, 128.28(4C), 128.04(4C), 125.67, 109.99, 108.89, 105.73, 104.44, 100.91, 99.10, 93.98(2C), 80.66, 75.90, 75.64, 74.97, 74.86(2C), 74.59, 73.75, 71.01(2C), 70.97, 70.55, 68.42, 60.58, 59.99; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C62H60O18{[M+H]+}1093.3853, found 1093.3856。

(4) 杨梅素-3-O-β-D-乳糖(5)的合成

将化合物4(18.8 g, 17.25 mmol)溶于混合溶液(甲醇 ∶四氢呋喃=1 ∶1,V∶V, 300 mL)中,加入质量分数为10%钯碳(1.5 g),氢气氛围下室温搅拌24 h,过滤,浓缩滤液得到淡黄色固体511.0 g,收率99%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.14(s, 2H), 6.34(d,J=2.0 Hz, 1H), 6.16(d,J=2.0 Hz, 1H), 5.47(d,J=7.2 Hz, 1H), 5.32(s, 1H), 5.10(s, 1H), 4.77(s, 1H), 4.74(s, 1H), 4.68(s, 1H), 4.52(s, 1H), 4.36～4.28(m, 1H), 4.21～4.11(m, 1H), 3.64(d,J=10.6 Hz, 1H), 3.57(s, 2H), 3.50(s, 2H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 176.0, 161.2, 157.3, 156.0, 156.0, 146.2(2C), 132.6, 130.1, 108.1(2C), 102.7, 101.6, 100.9, 99.1(2C), 95.3, 77.2, 75.9, 74.4, 71.0, 70.4, 69.8(2C), 68.8, 66.8, 61.6; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C27H30O18{[M+H]+}643.1505, found 643.1509。

当前已有文献报道了杨梅素-3-O-β-D-乳糖的合成路线[17],虽然其合成路线已经比较成熟,但其仍存在一些可待改进之处,该路线合成过程中第1步反应会发生较多副反应,由此产生的副产物导致该路线的产率较低,使反应过程中分离纯化难度增加。本文改变了原合成路线的第1步反应条件,开发了一条更高效且操作难度低的合成路线。如图2所示,原合成路线中,以杨梅苷为起始原料,用碳酸钾作缚酸剂,得到的中间体7,3′,4′,5′-四苄基杨梅素的产率仅为46%,且产生三苄基保护的杨梅苷副产物,需要通过柱层析进一步纯化。而优化后的合成路线第1步以碳酸铯作缚酸剂,对杨梅苷的5位、7位、3′位、4′位和5′位酚羟基进行苄基保护,形成五苄基保护的杨梅苷,且没有三苄基保护的杨梅苷副产物的产生,无需进一步纯化。然后用盐酸溶液脱除3位鼠李糖,重结晶后得到重要中间体5,7,3′,4′,5′-五苄基杨梅素2,且2步的产率高达81%。化合物2与乙酰基保护的乳糖溴苷在相转移催化下发生糖苷化反应得到化合物3,再通过甲醇钠脱去乙酰基得到化合物4。最后在氢气作用下,钯碳催化氢化脱去苄基得到目标化合物5。原合成路线合成了3个杨梅素衍生物中间体M1、M8和M9,而优化路线得到了3个与原路线不同的中间体2、3和4,且化合物3和化合物4未有文献报道。

本文报道的路线与文献报道的合成路线相比较主要有2个创新点:(1)用五苄基保护的杨梅素作为中间体2合成杨梅素衍生物,使反应的副产物很大程度上减少,不用柱层析,直接重结晶得到,后处理简单。而原合成路线的总收率仅为24.7%,经优化后的路线总收率可达44.5%,且合成了2个未见文献报道的杨梅素衍生物中间体3和中间体4; (2)实现该合成路线在实验室进行20 g放大反应,可一次性得到10 g级终产物5。

本文主要改变杨梅素-3-O-β-D-乳糖合成路线中第1步的反应条件,将缚酸剂由碳酸钾改用碳酸铯,优化了至关重要的第1步。由原来的四苄基保护的杨梅苷M1改用五苄基保护的杨梅苷化合物2,减少了三苄基保护的杨梅苷副产物的产生,该步产率从46%提高至81%,整条路线的总收率从24.7%提高至44.5%。最终优化路线经4步以44.5%总收率完成了对杨梅素-3-O-β-D-乳糖的合成。合成的4个杨梅素衍生物中,化合物3和化合物4为新型化合物。与原合成路线相比,优化后的路线具有收率高、操作简单等优点,同时该合成路线为杨梅素衍生物的合成和进一步的药理作用研究提供了新的思路和方法。