抗衰老药物尿石素A合成工艺优化研究_游贤会.pdf

尿石素 A 是植物多酚鞣花酸通过肠道菌群代谢的天然活性产物。近年来，大量研究表明，尿石素A 具有明显的抗肿瘤活性，对多种肿瘤（如子宫内膜肿瘤、乳腺肿瘤、前列腺肿瘤）和心脑血管疾病等都具有一定的抑制作用，甚至可以抑制肝癌、胃癌、结肠癌等多种恶性肿瘤。在所有被发现的哺乳动物肠道代谢产物中，尿石素 A 的抗氧化活性是最强的，仅次于原花色素寡聚物，儿茶素，表儿茶素和 3,4-二羟基苯乙酸等1。尿石素 A 在多种炎症治疗中发挥着重要作用，可明显抑制经典的炎症细胞因子，如TNF-、IL-1 等。尿石素 A 还可通过增加肠道紧密性连接蛋白的表达量恢复结肠屏障功能，起到缓解肠炎症状的作用2。除此之外，腰痛也是常见的外科疾病之一，给无数患者及其家属带来了痛苦，而腰痛最主要的原因是椎间盘退变。椎间盘的退变与细胞衰老和炎症有密切关系，而 MAPKs 和 PI3K/Akt 信号通路的激活在椎间盘退变过程中起到重要作用。尿石素 A 具有抗衰老、抗炎等生物活性，并且可抑制导致椎间盘退变的细胞因子的活性，从而延缓并抑制椎间盘退变。对于预防和治疗慢性代谢疾病，尿石素 A 也有一定的药用价值。糖尿病一直是严重危害人们健康的一个隐形杀手，其根本原因是胰岛素酶的缺乏。尿石素 A 能够显著改善糖尿病模型的肝脏胰岛素抵抗，在糖尿病治疗上具有潜在应用价值。尿石素 A 呈现出对肾脏炎症的抑制作用，通过减弱肾脏氧化/消化应激，来改善顺铂引起的近端肾小管细胞死亡3。尿石素 A 不仅在治疗椎间盘病变方面有一定效果4，同时，对恶病质患者的肠道菌群和肌肉减少也起到一定的缓解作用5。临床实践证明，尿石素 A 能够增强线粒体的作用从而有效缓解老年人的骨骼肌衰老6。随着年龄增加，细胞内线粒体自噬减少，导致人体逐渐衰弱，引起肌少症。这类严重的临床综合征已经影响我国 30%60 岁以上和50%80 岁以上的老人群体。肌肉萎缩导致老年人生活品质和自我独立度严重下降，已成为我国人口老龄化中日益严重的医疗卫生问题。目前，还没有任何药物可以用来治疗与年龄密切相关的肌肉萎缩和疲劳，且营养策略的效果不明显，从而迫切需要一种经科学验证的新策略，而尿石素 A 为逆转肌肉老化带来了新希望1。目前报道的制备尿石素 A 的主要方法为：以 3-甲氧基苯甲酸作为起始原料，经溴化、环化和水解反应制备尿石素 A。然而，部分方法使用腐蚀性强、毒性大的溴素作为溴化剂，增加了实验操作难度，不适合工业化生产7-8。尽管以 N-溴代丁二酰亚胺（NBS）作为溴源的溴化反应也被相应报道，但并未对关键步骤环化反应进行优化，尿石素 A 产率较低9。本研究在综合调研和评估相关合成方法的基础上，选取合适的路径，并对关键步骤（环化反应）进行了系统优化，旨在寻求一种原材料成本低、反应条件抗衰老药物尿石素 A 合成工艺优化研究游贤会赵甜甜邓明霞黄娅玲长江师范学院化学化工学院（重庆408100）科研开发摘要尿石素 A 具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗癌等作用。目前报道的合成方法存在一定的不足，因此开发高效、简便的合成方法仍有待进一步研究。在综合考察原料成本、反应产率等因素的基础上，选取合适的合成路线，并对关键步骤（环化反应）进行优化。当 2-溴-5-羟基苯甲酸和间苯二酚的物质的量比为 61，NaOH 溶液的质量分数为 5%，CuSO4溶液的质量分数为 15时，环化反应有效进行，以 86%的产率获得目标产物尿石素 A。关键词尿石素 A环化反应2-溴-5-羟基苯甲酸中图分类号O 657基金项目：重庆市大学生创新创业训练项目（S202110647015）第一作者简介：游贤会女2000 年生本科从事有机合成相关工作第 48 卷 第 1 期2023 年 2 月上 海 化 工Shanghai Chemical Industry11 DOI:10.16759/ki.issn.1004-017x.2023.01.002表 1间苯二酚用量对环化反应的影响序号n（间苯二酚）n（2-溴-5-羟基苯甲酸）产率/%11.01821.51832.02143.02854.03265.03576.03787.037图 1环化反应温和、产品质量分数及产率均较高的尿石素 A 制备方法。1实验部分试剂：3-甲氧基苯甲酸，浓硫酸，NBS，间苯二酚，氢氧化钠，硫酸铜，乙腈（MeCN），二氯甲烷，二甲基亚砜（DMSO），二甲基甲酰胺，四氢呋喃，甲苯，1,4-二氧六环，稀盐酸，国药集团化学试剂有限公司。仪器：98-2 磁力搅拌器、YRE-2000 B 旋转蒸发器，巩义市予华仪器有限责任公司。1.12-溴-5-甲氧基苯甲酸(中间体 1)的制备室温下，将 3-甲氧基苯甲酸（5 mmol，0.76 g）加入到 10 mL 混合溶剂 n（MeCN）n（CH2Cl2）=51）中，待原料全部溶解后，滴加 5 mmol 浓硫酸。连续搅拌 10 min 后，向反应混合液中分批加入 NBS（6.5 mmol，1.16 g），然后再次加入混合液。反应混合液在室温下反应 5 h，采用薄层色谱法（TLC）追踪反应进程。反应结束后，减压蒸馏除去一半溶剂，在室温下快速搅拌，析晶，过滤、烘干得到白色固体（1.05 g），产率为 91%。1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：12.97（s，1H），7.58（d，J=8.9 Hz，1H），7.27（d，J=3.1 Hz,1H），7.02（dd，J=8.8，3.1 Hz，1H），3.79（s，3H）。13CNMR（101 MHz，DMSO-d6）：167.62，158.81，135.07，135.03，118.92，116.10，110.53，56.09。1.22-溴-5-羟基苯甲酸(中间体 2)的制备将 2-溴-5-甲氧基苯甲酸（5.0 mmol，1.16 g）加入 10 mL 干燥的 DMSO 中，待所有原料完全溶解后，快速加入 AlCl3（12.5 mmol，1.67 g）。反应混合液于 130 下反应 15 h，采用 TLC 追踪反应进程。反应结束后，冷却至室温。向反应液中加入大量水，有大量白色粉末析出。经过滤、干燥即可得到目标产物2-溴-5-羟基苯甲酸（1.02 g，94%）。1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：10.12（s，1H），7.46（d，J=8.7 Hz，1H），7.15（d，J=3.0 Hz，1H），6.84（dd，J=8.7，3.0 Hz，1H）。13C NMR（101 MHz，DMSO-d6）：167.67，157.13，135.07，134.70，120.22，117.77，108.72。1.3环化反应条件优化及尿石素 A 的制备1.3.1环化反应条件优化环化反应方程如图 1 所示。OHBrCOOHOHOHOOHOOH+（1）NaOH 水溶液，回流（2）CuSO4水溶液，回流NaOH 溶液质量分数及其用量、CuSO4溶液质量分数以及反应时间对环化反应影响较大，且尚未有文献对该参数进行系统探究。为了获得最优化环化反应条件，本研究使用单一变量法系统考察了间苯二酚的用量、NaOH 溶液质量分数及其用量、CuSO4溶液质量分数以及反应时间对反应的影响。首先，以0.5 mmol 2-溴-5-羟基苯甲酸和间苯二酚的反应为例，以 2%NaOH 溶液n(NaOH)=3 mmol作溶剂、5%CuSO4溶液作催化剂，两步反应的回流时间均为 30min，优化间苯二酚用量对反应的影响，结果见表 1。由表 1 可知，间苯二酚用量对环化反应具有一定的影响。随着其用量的增加，反应产率递增；当其用量增加至 2-溴-5-羟基苯甲酸用量的 6 倍时，反应产率最高，继续增加间苯二酚用量，反应产率维持不变。过量的间苯二酚能够尽可能地消耗 2-溴-5-羟基苯甲酸，使反应向正方向进行，从而提高转化率。进一步考察 NaOH 溶液质量分数及其用量和CuSO4溶液质量分数对反应的影响，结果见表 2。由表 2 可知，NaOH 溶液质量分数和用量以及上 海 化 工第 48 卷12 CuSO4溶液质量分数是影响环化反应的重要因素。通过系统考察可知，在 5%NaOH 溶液n(NaOH)=7.5mmol和 15%CuSO4溶液存在下，环化反应产率高达78%。最后，考察了两步反应的回流时间对反应的影响。当第一步反应的回流时间延长至 60 min，第二步反应的回流时间为 30 min 时，反应产率高达 86%。继续延长反应时间，反应产率没有明显提升。基于以上实验，得到的优化反应条件为：在 6.0当量间苯二酚条件下，以质量分数为 5%的 NaOH为反应溶剂、15%的 CuSO4溶液为催化剂，两步反应的回流时间分别为 60和 30 min 时，尿石素 A 的产率高达 86%。环化反应的第一步为去质子化后的取代反应，NaOH 溶液质量分数及其用量主要影响间苯二酚去质子化，当 NaOH 溶液质量分数增大时，更有利于间苯二酚去质子化，从而促进反应进行。CuSO4溶液质量分数主要对酯化反应产生影响，其质量分数越大越有利于脱水反应；而当 CuSO4溶液质量分数达到 15%后，继续增大，反应转化率没有明显提升。1.3.2尿石素 A 的制备将 2-溴-5-羟基苯甲酸（5 mmol，1.09 g）和间苯二酚（30 mmol，3.2 g）加入到 20 mL 5.0%的 NaOH 溶液中，反应混合液回流 1 h。然后向溶液中再次快速加入 20 mL 15%的 CuSO4溶液，反应混合溶液继续回流 0.5 h，采用 TLC 追踪反应进程。反应完成后，冷却至室温，有大量粉末生成，过滤并水洗滤渣。将滤渣再次溶解于水中，用稀盐酸调节至溶液 pH=3，用二氯甲烷萃取 3 次，合并有机相。浓缩至溶液剩余一半，室温搅拌析晶、过滤，得到目标产物尿石素 A0.98 g（产率为 86%）。1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）：10.19（s，2H），8.11（d，J=8.8 Hz，1H），8.02（d，J=8.7 Hz，1H），7.52（d，J=2.7 Hz，1H），7.32（dd，J=8.7，2.7 Hz，1H），6.81（dd，J=8.6，2.4 Hz，1H），6.73（d，J=2.4Hz，1H）。13CNMR（101MHz,DMSO-d6）：161.07，159.03，157.43，151.37，127.41，124.62，124.15，124.04，120.63，114.00，113.50，110.30，103.30。2结语针对尿石素 A 合成工艺中存在的不足，在综合考察原料成本、反应收率、实验操作难度等因素的基础上，选择了合适的合成方法，对关键步骤（环化反应）的条件参数进行了系统优化。实验范围内，获得的最佳反应条件为：间苯二酚用量为 6.0 当量，NaOH 溶液质量分数为 5%，CuSO4溶液质量分数为15%。在该优化条件下，尿石素 A 的产率高达 86%，为尿石素 A 及其类似物的制备提供了一种有效的方法。在对工艺关键步骤（环化反应）进行系统优化时发现，NaOH 溶液质量分数和用量以及 CuSO4溶液质量分数是影响环化反应的关键因素，且相应延长第一步回流反应时间，可以在一定程度上提高反应产率。这主要是因为第一步反应为去质子化过程，NaOH 溶液质量分数及其用量的增加，有利于去质子化，从而大幅度提升反应产率。参考文献：1ISHIMOTO H,SHIBATA M,MYOJIN Y,et al.In vivo anti-inflammatory and antioxidant properties of ellagitanninmetabolite urolithin AJ.Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters,2011,21(19):5901-5904.2WANG Y,HUANG H P,JIN Y W,et al.Role of TFEB inautophagic modulation of ischemia reperfusion injury inm