專利名稱：葛根素衍生物及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及葛根素衍生物及其制備工藝，特別是葛根素7，4’-羥基上的氫分別被烷基、酰基等親脂基團和金屬離子等親水基團所取代的衍生物的制備工藝。
背景技術：
中藥葛根為多年生豆科植物野葛Pueraria lobata(Willd.)Ohwi或甘葛藤(又稱“粉葛”)Pueraria thomsonii Benth.的干燥根，為中醫臨床常用藥，始載于《神農本草經》，列為中品，具有辛涼、解肌退熱、生津透疹、升陽止瀉等功效，主要用于治療外感發熱、頭痛、項強、口渴、消渴、麻疹不適、熱痢、泄瀉、高血壓和頸項強痛等癥，是不可多得的藥食兩用植物原料。顧志平等調查發現我國是世界葛屬植物資源的分布中心，資源較豐富，約有10個種和2個亞種，主產河南、湖南、浙江、江西、四川、陜西和重慶等地，尤其是野葛具有分布廣、資源多、總黃酮含量高等特點(顧志平等中藥葛根資源的調查，中藥材，1993，16[8]13-14；顧志平等中藥葛根及其同屬植物的資源利用和評價，藥學學報，1996，31[5]387-393)。葛根不僅具有資源豐富、價格低廉、毒性低、無副作用等優點，而且含有較豐富的藥用活性成分如葛根素、大豆苷元和大豆苷等異黃酮類化合物，值得深度開發利用(林啟壽編著《中草藥成分化學》，北京科學出版社，1977年5月第1版，P284-344)。
葛根素(Puerarin)是從葛根中提取的主要異黃酮類化合物之一(劉成梅、游海主編《天然產物有效成分的分離與應用》，北京化學工業出版社，2003年1月第1版，P176-241)，也是葛根的特有成分，化學名為7，4’一二羥基-8-β-D-葡萄糖異黃酮，分子式為C21H20O9，分子量416.38，CAS號為82373-94-2，具有獨特的化學結構、生物活性和藥理作用。大量臨床研究表明葛根素具有藥源豐富、價格低廉、藥理活性強、幾乎無毒或毒副作用少等優點，具有降低血管阻力、改善心腦血液循環、減慢心率、降低心肌耗氧量、降血糖、抗氧化和抗腫瘤等獨特的藥理作用，在防治冠心病、心肌梗塞、心律失常、高血壓病、動脈粥樣硬化及腦血管病等方面顯示了良好的應用前景。但是，由于葛根素等異黃酮類物質化學結構的特點，特別是B環受吡喃環羰基的立體阻礙影響，在空間上只能形成大的共軛體系而成為近似的平面結構，晶格排列緊密，剛性較強，且7，4’-位上的二酚羥基可形成分子氫鍵，使其分子間作用力增大，導致其脂溶性和/或水溶性均較差，在水中的溶解度僅為1.11×10-2mol/L，屬于微溶性產品，因而口服不易吸收，導致其生物利用度較低，影響了該產品藥效的充分發揮，從而制約了其在臨床上的廣泛應用(楊若林、李娜和Bo Xuan等葛根素衍生物的制備及其活性，中國藥科大學學報，1999，30(2)81-85)。所以，目前臨床多以注射給藥為主，不僅給藥不便，而且劑型單一，這些都不利于充分發揮其潛在的藥用價值。
因此，針對葛根素的脂溶性、水溶性和空間結構特征，采用化學結構修飾法對葛根素進行結構改造以期改善其溶解度和提高藥效及生物利用度方面的研究已引起了人們的重視。據報導，楊若林等分別用醚化及酰化方法對葛根素酚羥基和糖C6”醇羥基進行了修飾，得到了10個衍生物，并用彩色微球法研究了葛根素衍生物G1、G2、G7、G9和G10對兔眼內各組織(脈絡膜、視網膜、睫狀體、虹膜)血流量的影響，以葛根素為陽性對照，結果表明G9和G10均可增加眼內各組織的血流量(楊若林、李娜和Bo Xuan等1999，81-85)，其它化合物的作用則未見相關報導。在此文獻中，制備7，4’-二-氧-甲基葛根素采用的甲基化試劑重氮甲烷具有強烈的致癌毒性，限制了其在工業化生產中的進一步應用；而制備六-氧-乙酰基葛根素的乙酸酐嚴重過量，反應時間又相對比較長，因此不適于工業化生產。
同時，侯殿杰等對上述楊若林等制備7，4’-二-氧-(β-羥乙基)葛根素的合成工藝進行了改進(侯殿杰、王建武、孫建龍7，4’-二-氧-(β-羥乙基)葛根素的制備工藝，中國藥物化學雜志，2002，12(2)103-104)，其結果表明在環氧乙烷法反應中，則只需采用催化量的堿，不僅避免了葡萄糖基團上的羥基發生羥乙基化反應，而且反應溫度控制在60-70℃時也可避免環氧乙烷的自聚，具有反應產物單一、收率高(90％)、操作比較簡便、實用的特點，從而克服了鹵代乙醇法反應體系中反應不完全、目標產物分設困難和收率低等缺點。
中國專利02135352公開了一種以從葛根中提取的葛根素和環氧乙烷經羥乙基化方法制備具有生理活性的葛根素衍生物7，4’-二羥乙基葛根素的發明，實驗結果證明該化合物可作為治療腦血管病的新藥(左春旭、張岫美、仲英等羥乙葛根素在制備治療腦血管病新藥中的應用，2002年08月09日)。
中國專利02159418報導了含水溶性基團的葛根素化合物及可作為藥用的鹽的制備方法，其中R1、R2為分別為氫、(C1-C12)直鏈或支鏈烷基或芳基胺基(C1-C6)烷基如二甲氨基甲基、2-甲基丁酰基等，但不同時為氫；R3為氫、(C1-C12)直鏈或支鏈碳酰基；D-葡萄糖基的1位與異黃酮8位以β構型相連結；可作為藥用的鹽包括鹽酸、富馬酸和氨基酸等(王林、王升啟、李魯等含水溶性基團的葛根素化合物及其制法和用途，2002年12月31日)。研究表明該組合物可用于治療或預防心腦血管疾病，特別是治療各類心腦缺血缺氧癥等。
發明內容
本發明的目的，就在于通過烷基化、酰化和成鹽等基本有機合成反應類型和定向合成技術對葛根素主要活性位點如7、4’-位進行結構修飾，制備系列具有一定脂溶性和/或水溶性的葛根素衍生物，從中篩選具有優良脂水分配系數和抗缺氧活性的新型化合物(NCEs)，作為進一步開發既保持傳統中藥特色，同時又具有一定藥用前景和商業價值、特別是從中篩選適用于防治心腦血管系統疾病的創新藥物。
為實現上述目標，本發明制定了如下的技術方案。
本發明是指以葛根素[如式(II)]為起始原料，制備具有如式(I)所示結構特征的葛根素衍生物
式(I)式(II)式(I)中，R1、R2分別為氫、C1-4烷基、C2-10直鏈或支鏈或芳酰基和金屬離子，但R1、R2不同時為氫，D-葡萄糖基的1位與異黃酮8位以β構型相連結，以及具有抗缺氧功能、可藥用的葛根素衍生物。
當R1、R2分別為氫、正丁基時，其中R1、R2不同時為氫，以鹵代正丁烷為烷基化試劑，與葛根素進行烷基化反應而制得7，4’-二-氧-正丁基葛根素。其制備工藝路線如下 該工藝控制的溫度在-30℃-30℃，所采用的溶劑為C1-C6的酮類和醇類化合物如丙酮、正丁酮、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇的一種或幾種組成，烷基化試劑為氯代正丁烷、溴代正丁烷。
當R1、R2分別為氫、乙酰基時，其中R1、R2不同時為氫，直接選擇醋酐為乙酰化試劑和溶劑，將葛根素溶解于適量醋酐中，在室溫下放置暗處8-16h。反應畢，減壓回收溶劑，加水重結晶，過濾，水冼至中性，干燥即得目標產物7，4’-二-氧-乙酰基葛根素。其制備工藝路線如下
當R1為氫、R2為乳酰基時，其制備4’-氧-乳酰基葛根素的工藝包括酰鹵和縮合成酯兩步反應。工藝路線如下 首先以乳酸與鹵化亞砜、三鹵氧磷或五鹵化磷反應制備酰鹵化合物，所用的催化劑為無機堿或有機直鏈脂肪胺類和脂環胺類化合物，反應溫度為65±2℃，反應時間約1小時。其次，采用水和C1-C6的鹵代烷、酮類、醇類化合物如一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、四氯化碳、丙酮、正丁酮、甲醚、乙醚、甲乙醚、正丁醚、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇等的一種或其幾種組成為反應溶劑，在中性和/或堿性條件下使葛根素與制得的酰鹵化合物于-20℃-20℃反應1-2小時，即得目標產物4’-氧-乳酰基葛根素。
當R1為氫、R2為O-鄰乙酰氧基苯甲酰基時，制備4’-氧-鄰乙酰氧基苯甲酰基葛根素的工藝包括酰鹵和縮合成酯兩步反應。其工藝路線如下 反應中所使用的溶劑為水和C1-C6的鹵代烷、酮類、醇類化合物如一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、四氯化碳、丙酮、正丁酮、甲醚、乙醚、甲乙醚、正丁醚、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇等的一種或其幾種組成，酰化試劑為采用鄰乙酰氧基苯甲酸(鄰乙酰水楊酸，阿斯匹林)與鹵化亞砜、三鹵氧磷或五鹵化磷反應制得的酰鹵化合物，在中性和/或堿性條件下與葛根素于-20℃-20℃反應1-2小時，即得目標產物4’-氧-鄰乙酰氧基苯甲酰基葛根素。
當R1、R2分別為氫和金屬離子時，其中R1、R2不同時為氫，用等當量的金屬氫氧化物及其鹽類(如氫氧化鈉、氫氧化鉀)與葛根素定量反應制得相應的葛根素金屬鹽，該反應的溫度控制在-30℃-50℃，溶劑由C1-C6的酮類、醚類和醇類化合物如丙酮、正丁酮、甲醚、乙醚、甲乙醚、異丙醚、正丁醚、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇等的一種或幾種組成，金屬離子M包括鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子和鋅離子等。其工藝路線如下 溶解度實驗表明與葛根素溶解度相比，4’-氧-乳酰基葛根素水溶性和脂溶性均有所增大，在水中提高1.2倍，乙醇中提高2.2倍；7，4’-二-氧-葛根素鉀的水溶性得到較大提高，增大56.7倍；但脂溶性有所下降，在甲醇、乙醇中分別降低90.7％和80.5％。安全性實驗表明上述化合物均無明顯毒副作用，其小鼠最大耐受量＞5g/kg。
體外溶出度實驗結果顯示與葛根素相比，4’-氧-乳酰基葛根素溶出率最大。
常壓抗缺氧實驗顯示上述葛根素衍生物具有較好的抗缺氧活性，其中7，4’-二-氧-葛根素鉀的抗缺氧時間延長65.8％，從而提示其具有潛在的藥用開發價值和一定的商用前景。
以下結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實際應用并不僅僅局限于此。
具體實施例方式
實例1.7，4’-二-氧-丁基葛根素的制備將3.0g(7.2×10-3mol)葛根素溶于100mL正丁醇/甲醇中，加入3.8mL(3.64×10-2mol)氯丁烷，在冰浴至室溫下反應4-5h。停止反應后，用油浴減壓回收溶劑。所得產物用硅膠柱分離(CHCL3-CH3OH 10∶1)，加入適量活性炭精制，過濾，干燥，即得白色結晶性粉末2.81g，收率73.8％。熔點228-232℃。
實例2.7，4’-二-氧-乙酰基葛根素的合成稱取1.63g葛根素(3.9mmol)于50mL錐形瓶中，加入5mL吡啶，攪拌溶解完畢后，再加入2mL(1.46×10-2mol)醋酐，混合均勻后，于室溫下放置在暗處8-16h。反應畢，減壓回收溶劑后，于攪拌下將上述反應液傾入100mL水中，繼續攪拌0.5-1.0h，靜置0.5-1.0h，過濾，水冼固體至中性，抽干。用甲醇重結晶，過濾，水冼，將所得濕品置于60℃烘箱干燥至恒重，得白色結晶性粉末1.93g，收率98.7％。熔點130-132℃。
實例3.4’-氧-乳酰基葛根素的制備步驟1.乳酸酰氯的制備在裝有攪拌、回流冷凝器(上端附有氯化鈣干燥管，排氣導管通入水槽)、溫度計的三口燒瓶中，依次加入2.56mL乳酸(0.03mol)、二氯亞砜2.39mL(0.03mol)和吡啶2滴。開動攪拌，混合均勻，用油浴緩緩加熱約1分鐘升高1-2℃，并維持65±2℃攪拌至無氣體逸出(約1小時)，自然冷卻，得乳酸酰氯酰氯(無色液體)。加入無水丙酮配成25mL溶液，混均封閉備用。
步驟2.4’-氧-乳酰基葛根素的制備將葛根素2.08g(5mmol)和氫氧化鈉277mg加到80mL水中，加熱溶解。溶畢，冰水浴降溫，當溫度低于2℃時，開始滴加5mL含乳酸酰氯的丙酮溶液，控制料液溫度不超過5℃，反應2h。停止反應，靜置，析出固體。過濾，水洗，抽濾，干燥，即得產物類白色結晶性粉末0.85g，收率34.8％。熔點194-197℃。
實例4.4’-氧-鄰乙酰氧基苯甲酰基葛根素的制備步驟1.阿司匹林酰氯的制備在裝有攪拌、回流冷凝器(上端附有氯化鈣干燥管，排氣導管通入水槽)、溫度計的三口燒瓶中，依次加入阿司匹林(乙酰水楊酸，鄰乙酰氧基苯甲酸)5.4g(0.03mol)、二氯亞砜2.39mL(0.03mol)和吡啶2滴或2滴DMF(二甲基甲酰胺)，開動攪拌，油浴緩緩加熱約1分鐘升高1-2℃，并維持65±2℃攪拌致無氣體逸出，(約1小時)，自然冷卻，得鄰乙酰氧基苯甲酰氯無色晶體。加入30mL無水丙酮配成溶液，混均封閉備用。
步驟2.4’-氧-鄰乙酰氧基苯甲酰基葛根素的制備將葛根素3.0g(7.2mmol)和氫氧化鈉277mg加到60mL水中，加熱使溶。溶畢，冰水浴降溫，當溫度低于0℃時，開始滴加6mL含鄰乙酰水楊酰氯的丙酮溶液，控制料液溫度不超過5℃反應1h。停止反應，靜置，析出固體。過濾，水洗，丙酮淋洗，抽干后再水洗，抽濾，干燥，即得產物乳白色固體或白色結晶性粉末1.79g，收率42.9％。熔點120-122℃。
實例5.葛根素鈉的制備將1.0g(3.64×10-2mol)葛根素溶解于25mL乙醇溶液中，滴加1.0-5.0％氫氧化鈉乙醇溶液至等當量。加畢，過濾，用適量乙醇洗滌結晶3次，干燥得白色結晶性粉末1.02g，收率92.5％。熔點268-272℃。
實例6.葛根素鉀的制備將1.0g(2.40×10-2mol)葛根素溶解于25mL乙醇中，攪拌下滴加1.0-5.0％氫氧化鉀乙醇溶液至等當量。加畢，過濾，用適量乙醇洗滌結晶3次，干燥得白色結晶性粉末0.97g，收率82.0％。熔點271-275℃。
權利要求
1.一種葛根素衍生物，其特征如結構式(I)所示 式(I)式(I)中，R1、R2分別為氫、C1-4烷基、C2-10直鏈或支鏈或芳酰基和金屬離子，其中R1、R2不同時為氫，D-葡萄糖基的1位與異黃酮8位以β構型相連結，以及具有抗缺氧功能、可藥用的葛根素衍生物。
2.如權利要求1所述的葛根素衍生物，其特征是R1、R2分別為氫、正丁基，但R1、R2不同時為氫。
3.權利要求2所述的葛根素衍生物的制備方法，其特征是是采用葛根素在適當溶劑中，與丁基化試劑反應制備目標化合物，控制的溫度在-30℃-30℃，所采用的溶劑為C1-C6的酮類和醇類化合物如丙酮、正丁酮、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇的一種或幾種組成，丁基化試劑為硫酸二丁酯、碳酸二丁酯、鹵代丁烷作為丁基化試劑。
4.如權利要求1所述的葛根素衍生物，其特征是是R1、R2分別為氫、乙酰基，但R1、R2不同時為氫。
5.權利要求4所述的葛根素衍生物的制備方法，其特征是采用葛根素在適當溶劑中，與乙酰化試劑反應制備目標化合物，控制溫度為常溫，反應時間為8-16h，所用溶劑為吡啶。
6.如權利要求1所述的葛根素衍生物，其特征是R1為氫，R2為乳酰基。
7.權利要求6所述的葛根素衍生物的制備方法，其特征是首先采用合適的催化劑，以乳酸為原料與鹵化亞砜、三鹵氧磷或五鹵化磷反應制備酰鹵化合物，其次將葛根素在適當溶劑中溶解，與所得到的酰鹵化合物進行酰化反應制備目標化合物；制備酰鹵化合物所用的催化劑為無機堿或有機直鏈脂肪胺類和脂環胺類化合物，反應溫度為65±2℃，反應時間約1小時；酰化反應采用水和C1-C6的鹵代烷、酮類、醇類化合物如一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、四氯化碳、丙酮、正丁酮、甲醚、乙醚、甲乙醚、正丁醚、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇等的一種或其幾種組成為反應溶劑，酸堿度控制為中性和/或堿性，反應溫度為-20℃-20℃，反應時間為1-2小時。
8.如權利要求1所述的葛根素衍生物，其特征是R1為氫，R2為鄰乙酰氧基苯甲酰基。
9.權利要求8所述的葛根素衍生物的制備方法，其特征是首先采用合適的催化劑，以鄰乙酰氧基苯甲酸(鄰乙酰水楊酸，阿斯匹林)為原料與鹵化亞砜、三鹵氧磷或五鹵化磷反應制備酰鹵化合物，其次將葛根素在適當溶劑中溶解，與所得到的酰鹵化合物進行酰化反應制備目標化合物；制備酰鹵化合物所用的催化劑為無機堿或有機直鏈脂肪胺類和脂環胺類化合物，反應溫度為65±2℃，反應時間約1小時；酰化反應采用水和C1-C6的鹵代烷、酮類、醇類化合物如一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)、四氯化碳、丙酮、正丁酮、甲醚、乙醚、甲乙醚、正丁醚、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇等的一種或其幾種組成為反應溶劑，酸堿度控制為中性和/或堿性，反應溫度為-20℃-20℃，反應時間為1-2小時。
10.如權利要求1所述的葛根素衍生物，其特征是R1、R2分別為氫、金屬離子，但R1、R2不同時為氫。
11.權利要求10所述的葛根素衍生物的制備方法，其特征是采用葛根素在適當溶劑中，與等當量的金屬氫氧化物及其鹽類(如氫氧化鈉、氫氧化鉀)進行成鹽反應制備目標化合物；溫度控制在-30℃-50℃，溶劑由C1-C6的酮類、醚類和醇類化合物如丙酮、正丁酮、甲醚、乙醚、甲乙醚、異丙醚、正丁醚、甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇等的一種或幾種組成，金屬離子包括鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子和鋅離子等。
全文摘要
一種葛根素衍生物，其結構特征如右式，式中，R
文檔編號C07H1/00GK1800196SQ20061005401
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月10日 優先權日2006年1月10日
發明者霍丹群, 石開云, 侯長軍, 舒茂 申請人:重慶大學