木犀草素的半合成方法 技术领域：本发明涉及一种以天然提取物为基本原料的木犀草素的半合成方法。
背景技术：木犀草素(青兰苷元，毛地黄黄酮，luteolin，)是自全叶青兰(Dracocephatum integrifolium Bge.)以及安徽产白毛夏枯草(Ajuga decumbensThunb.)中分离出的相同有效成分，提取率极低(约为万分之二)，其结构为3′，4′，5，7-四羟基黄酮。据报道，其有望开发为治疗慢性支气管炎的药物。一项数百名支气管炎患者参加的临床研究表明，本品有效率超过90％，全缓解者达63.8％；对慢性支气管炎症状，如咳嗽、咳痰、哮喘等都能有效缓解，而且未见对肝脏、心脏或肾脏有毒性报道。木犀草素还具有多种生物活性和药理作用：1.强而稳定的镇痰作用；2.祛痰作用；3.平喘作用；4.抑菌作用；5.较强的体内抗感染作用；6.拮抗组胺和乙酰胆碱对气管条片肌兴奋作用；7.具有抗氧化特性等。近年来，临床药理学的研究表明，木犀草素在消炎、抗菌、治疗心血管疾病方面已有突出疗效，并已逐渐成为各类成药中黄酮化合物成分检测的对照品。美国等国家将其广泛应用在天然保健品方面，需求量正不断增加。由于其在抗病毒方面突出疗效及在食品保鲜等方面的广泛使用，木犀草素具有广阔的应用前景。由于其在天然药用植物中的低含量，低提取率，难以满足日益增长市场需求，所以研究有效、实用的木犀草素的半合成方法是相关研究的重点。目前，文献报道的全合成方法主要有两条：1.1980年，卢玉华等采用Hierhammer报道的全合成方法以间苯三酚为原料，按Hoesch法制得2，4，6-三羟基苯乙酮，用甲基保护4，6-二羟基后与异香草醛缩合生成相应的查尔酮，耗时6天，且收率低，再经二氧化硒氧化、氢碘酸脱甲基等5步合成了木犀草素，收率仅为3～4％，使其失去了工业化生产的可能。2.2003年，戈夏等亦采用间苯三酚为原料对上述全合成方法进行了改进，即：将用Hoesch法制得2，4，6-三羟基苯乙酮改用氯甲基甲醚保护得2-羟基-4，6-二甲氧甲氧基苯乙酮，经氢氧化钾-乙醇体系制得2’-羟基-3，4，4，6-四甲氧甲氧基查尔酮，再经二氧化硒氧化、稀盐酸脱保护以及在三硝酸铊-甲醇体系中氧化转位、脱保护再缩合得木犀草素，收率为22％。上述全合成方法制备木犀草素的工艺极其复杂，生产成本较高。反应以基本化工原料为起始原料，每步中间体难以纯化，导致最终产品地收率低，且生物活性较低，毒性大。仅限于实验室理论研究阶段，不利于大规模工业生产及产品的推广与应用。
发明内容：本发明的目的在于提供一种以天然橙皮苷为原料的新的木犀草素的半合成方法，它包括a.合成地奥明、b.合成香叶木素、c.合成木犀草素三个步骤，具体操作方法为：a.地奥明的合成：将橙皮苷加入吡啶或二甲基亚砜有机溶剂中，再分别加入催化剂碘和/或催化量的硫酸进行脱氢，回流搅拌，其中橙皮苷与有机溶剂的用量W/V＝1∶(4～8)，橙皮苷与碘的用量mol比为1∶(0.6～2)，在50～120℃条件下反应5～16小时，冷却后，过滤析出物并用水洗，得粗产品，然后用浓度为5～10％的NaOH溶液充分溶解，再加入与NaOH等体积的甲醇，用浓度为5～10％的HCl调pH至3～5，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性，干燥，即得地奥明；b.香叶木素的合成：将地奥明溶于甲醇、乙醇或乙二醇有机溶剂中，再分别加入盐酸或硫酸进行脱糖苷，其中地奥明∶有机溶剂∶无机酸(W/V/V)＝1∶(16～32)∶(0.4～2)，反应温度为50～120℃之间，回流1～5小时，得黄色澄清溶液，倾入冰水中，放置析出黄色固体，然后抽滤出粗产品，用甲醇、乙醇或异丙醇有机溶剂重结晶，即得香叶木素；c.木犀草素的合成：在香叶木素中加入新蒸的氢卤酸，冷却条件下，滴加有机溶剂乙酸酐或冰乙酸进脱甲基，其中香叶木素∶氢卤酸∶有机溶剂(W/V/V)＝1∶(15～40)∶(4～20)；加热回流，反应温度为70～120℃之间，搅拌5～12小时，冷却，放置析出黄色产品；滤出后用浓度为5～20％的亚硫酸氢钠或亚硫酸钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得木犀草素粗品；然后将所得粗品用甲醇、乙醇或异丙醇有机溶剂重结晶，结晶产品即为木犀草素。本发明是以具有生物活性的天然提取物-橙皮苷为起始原料，它的每一步合成过程中所得中间体地奥明、香叶木素等均为具有生物活性的天然产品，所以采用该半合成方法可同时生产上述三种产品；与全合成方法相比，该方法制得的产品均具有较高的生物活性及较高的收率和纯度，以及生产成本低；脱氢一步采用碘/吡啶、碘/二甲基亚砜/硫酸等体系，反应条件温和，产品纯度和收率均较高；脱糖苷过程中采用的溶剂体系原料易得和反应条件容易控制，产品不分解且产率较高；脱甲基过程中采用了价格较便宜的氢溴酸/乙酸酐体系，脱甲基效果较好，产品转化率高。因为溶剂体系可以多次循环使用，使合成成本大大降低；整个合成工艺原料便宜易得，操作简单，反应条件稳定，容易控制，产品易于分离纯化，产品总收率可达40～47％，纯度达到95％。生产成本较低，对环境污染小。
具体实施方式一：本实施方式合成木犀草素的操作方法包括三个步骤：(I)地奥明的合成、(II)香叶木素的合成、(III)木犀草素的合成。
(I).合成地奥明：将橙皮苷加入吡啶或二甲基亚砜有机溶剂中，再分别加入催化剂碘，在二甲基亚砜中还需再加入催化量的硫酸进行脱氢，回流搅拌，其中橙皮苷与有机溶剂的用量W/V＝1∶(4～8)，橙皮苷与碘的用量mol比为1∶(0.6～2)，在50～120℃条件下反应5～16小时，冷却后，过滤析出物并用水洗，得粗产品，然后用浓度为5～10％的NaOH溶液充分溶解，再加入与NaOH等体积的甲醇，用浓度为5～10％的HCl调pH至约3～5，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性，干燥，即得地奥明，产品纯度97％，收率90～94％。
(II).合成香叶木素：将步骤(I)所得地奥明溶于甲醇、乙醇或乙二醇有机溶剂中，再分别加入盐酸或硫酸进行脱糖苷，其中地奥明∶有机溶剂∶无机酸(W/V/V)＝1∶(1 6～32)∶(0.4～2)，反应温度为50～120℃之间，回流1～5小时，得黄色澄清溶液，倾入冰水中，放置析出黄色固体，然后抽滤出粗产品，用甲醇、乙醇或异丙醇有机溶剂重结晶，即得香叶木素，产品纯度98％，收率70～72％。
(III).合成木犀草素：在(II)步骤所得香叶木素中加入新蒸的氢卤酸，氢卤酸为氢溴酸或氢碘酸，冷却条件下，滴加有机溶剂乙酸酐或冰乙酸进行脱甲基，其中香叶木素∶氢卤酸∶有机溶剂(W/V/V)＝1∶(15～40)∶(4～20)；加热回流，反应温度为70～120℃之间，搅拌5～12小时，冷却，放置析出黄色产品；滤出后用浓度为5～20％的亚硫酸氢钠或亚硫酸钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得木犀草素粗品；
氢溴酸/乙酸酐、氢碘酸/乙酸酐母液可循环使用，每次再重新补加适量的、一定比例的上述溶剂体系约10～30％，可以循环使用3～6次，产品转化率高，近100％。
然后将所得粗品用甲醇、乙醇或异丙醇有机溶剂重结晶，得浅黄色结晶产品即为木犀草素，纯度95％，收率为65～70％。
本发明的原理如下：
(一)木犀草素化学名称：3′，4′，5，7-四羟基黄酮
化学结构式：
(二)合成方法
该方法包括以下三步：
1.脱氢
3.脱甲基
整个合成工艺包括以下三个步骤：
第一步为脱氢反应，以从橙皮中提取的有生物活性的橙皮苷为原料，采用碘/吡啶、碘/二甲基亚砜/硫酸等体系脱氢制得了地奥明，反应温度50～120℃，反应时间在5～16小时。原料转化率达到100％，产品纯度97％，收率90～94％。
第二步为水解脱糖苷反应，由地奥明制备香叶木素，主要采用的水解体系为：甲醇/盐酸，乙二醇/硫酸，乙二醇/盐酸，乙醇/硫酸，甲醇/硫酸等。反应温度为50～120℃之间，反应时间为1～5小时。产品纯度98％，收率为70～72％。
第三步为脱甲基反应，由香叶木素制备木犀草素：采用氢溴酸、氢溴酸/乙酸酐、氢碘酸/乙酸酐等脱甲基试剂体系，反应温度为70～120℃之间，反应时间为5～12小时。产品纯度95％，收率65～70％。
具体实施方式二：本实施方式的操作过程为：
(I).地奥明的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的1L三口瓶中加入橙皮苷75g、吡啶450ml，加热至全溶，再加入碘32g，用水浴加热至90～95℃，回流搅拌11h，冷却。析出大量固体，过滤，滤饼用大量水洗，得近白色粗产品。将粗产品溶于5％NaOH溶液，过滤得澄清液，向其中加入等体积的甲醇，用5％HCl调pH至约3～5，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性。干燥得产品70.2g，纯度97％，收率94％。
(II)香叶木素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中加入步骤(I)所得地奥明10g，再先后加入甲醇200ml和浓H2SO410ml，于80～90℃加热回流3h，所得黄色澄清溶液倾入冰水中，析出黄色固体。抽滤，用乙醇重结晶，得黄色细针状晶体3.56g，产品纯度98％，收率72％。
(III)木犀草素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中，加入香叶木素6g，加入新蒸HBr150ml，在水浴冷却下，慢慢滴加乙酸酐40ml。加热至90～120℃回流搅拌9～11h。冷却，放置过夜，析出黄色固体。滤出后用约10％亚硫酸氢钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得粗产品5.3g，用甲醇重结晶后得浅黄色针状结晶产品4.0g，纯度95％，收率为70％。
具体实施方式三：本实施方式的操作过程为：
(I).地奥明的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的1L三口瓶中加入橙皮苷75g、二甲基亚砜350ml，加热至全溶，再加入碘15g和催化量的硫酸，用水浴加热至70～90℃，回流搅拌10～12h，冷却。析出大量固体，过滤，滤饼用大量水洗，得近白色粗产品。将粗产品溶于浓度为10％的NaOH溶液，过滤得澄清液，向其中加入与NaOH等体积的甲醇，用浓度为10％的HCl调pH至3～4，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性。干燥得产品67.1g，纯度97％，收率90％。
(II)香叶木素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中加入步骤(I)所得地奥明10g，再先后加入乙醇200ml和浓HCl10ml，于70～80℃加热回流3h，所得黄色澄清溶液倾入冰水中，析出黄色固体。抽滤，用乙醇重结晶，得黄色细针状晶体3.35g，产品纯度98％，收率70％。
(III)木犀草素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中，加入香叶木素6g，加入新蒸氢溴酸150ml，在水浴冷却下，慢慢滴加冰乙酸40ml。加热至90～120℃回流搅拌8～10h。冷却，放置过夜，析出黄色固体。滤出后用浓度为15～20％的亚硫酸钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得粗产品，用乙醇重结晶后得浅黄色针状结晶产品3.72g即为木犀草素，纯度95％，收率为65％。
具体实施方式四：本实施方式的操作过程为：
(I).地奥明的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的1L三口瓶中加入橙皮苷75g、二甲基亚砜340ml，加热至全溶，再加入碘10g及催化量的硫酸，加热至100～120℃，回流搅拌12～16h，冷却。析出大量固体，过滤，滤饼用大量水洗，得近白色粗产品。将粗产品溶于浓度为10％的NaOH溶液，过滤得澄清液，向其中加入与NaOH等体积的甲醇，用浓度为10％的HCl调pH至4～5，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性。干燥得产品67.1g，纯度97％，收率90％。
(II)香叶木素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中加入步骤(I)所得地奥明10g，再先后加入乙二醇200ml和浓H2SO410ml，于100～120℃加热回流2～4h，所得黄色澄清溶液倾入冰水中，析出黄色固体。抽滤，用乙醇重结晶，得黄色细针状晶体3.35g，产品纯度98％，收率70％。
(III)木犀草素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中，加入香叶木素6g，加入新蒸氢碘酸150ml，在水浴冷却下，慢慢滴加冰乙酸40ml。加热至80～90℃回流搅拌8～9h。冷却，放置过夜，析出黄色固体。滤出后用浓度为10％的亚硫酸钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得粗产品，用甲醇重结晶后得浅黄色针状结晶产品3.72g即为木犀草素，纯度95％，收率为65％。
具体实施方式五：本实施方式的操作过程为：
(I).地奥明的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的1L三口瓶中加入橙皮苷75g、吡啶400ml，加热至全溶，再加入碘30g，用水浴加热至90～98℃，回流搅拌10h，冷却。析出大量固体，过滤，滤饼用大量水洗，得近白色粗产品。将粗产品溶于10％NaOH溶液，过滤得澄清液，向其中加入等体积的甲醇，用7％HCl调pH至约4～5，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性。干燥得产品70.1g，纯度97％，收率93％。
(II)香叶木素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中加入步骤(I)所得地奥明10g，再先后加入乙二醇200ml和浓HCl10ml，于110～120℃加热回流2～5h，所得黄色澄清溶液倾入冰水中，析出黄色固体。抽滤，用乙醇重结晶，得黄色细针状晶体3.35g，产品纯度98％，收率70％。
(III)木犀草素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中，加入香叶木素6g，加入新蒸氢碘酸140ml，在水浴冷却下，慢慢滴加乙酸酐36ml。加热至110℃回流搅拌5～7h。冷却，放置过夜，析出黄色固体。滤出后用浓度为15％的亚硫酸钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得粗产品，用甲醇重结晶后得浅黄色针状结晶产品4.0g即为木犀草素，纯度95％，收率为70％。
具体实施方式六：本实施方式的操作过程为：
(I).地奥明的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的1L三口瓶中加入橙皮苷75g、吡啶400ml，加热至全溶，再加入碘30g，用水浴加热至90～98℃，回流搅拌10h，冷却。析出大量固体，过滤，滤饼用大量水洗，得近白色粗产品。将粗产品溶于10％NaOH溶液，过滤得澄清液，向其中加入等体积的甲醇，用7％HCl调pH至约4～5，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性。干燥得产品70.1g，纯度97％，收率93％。
(II)香叶木素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中加入步骤(I)所得地奥明10g，再先后加入甲醇200ml和浓HCl10ml，于50～70℃加热回流2～3h，所得黄色澄清溶液倾入冰水中，析出黄色固体。抽滤，用乙醇重结晶，得黄色细针状晶体3.35g，产品纯度98％，收率70％。
(III)木犀草素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中，加入香叶木素6g，加入新蒸氢溴酸150ml，在水浴冷却下，慢慢滴加冰乙酸40ml。加热至90～120℃回流搅拌8～10h。冷却，放置过夜，析出黄色固体。滤出后用浓度为15～20％的亚硫酸钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得粗产品，用乙醇重结晶后得浅黄色针状结晶产品3.72g即为木犀草素，纯度95％，收率为65％。
具体实施方式七：本实施方式的操作过程为：
(I).地奥明的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的1L三口瓶中加入橙皮苷75g、吡啶450ml，加热至全溶，再加入碘32g，用水浴加热至90～95℃，回流搅拌11h，冷却。析出大量固体，过滤，滤饼用大量水洗，得近白色粗产品。将粗产品溶于5％NaOH溶液，过滤得澄清液，向其中加入等体积的甲醇，用5％HCl调pH至约3～5，析出近白色固体，抽滤，水洗至中性。干燥得产品70.2g，纯度97％，收率94％。
(II)香叶木素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中加入步骤(I)所得地奥明10g，再先后加入乙醇200ml和浓H2SO410ml，于70～80℃加热回流2～4h，所得黄色澄清溶液倾入冰水中，析出黄色固体。抽滤，用乙醇重结晶，得黄色细针状晶体3.35g，产品纯度98％，收率70％。
(III)木犀草素的合成：向装有搅拌器、温度计及回流冷凝管的500ml三口瓶中，加入香叶木素6g，加入新蒸HBr150ml，在水浴冷却下，慢慢滴加乙酸酐40ml。加热至90～120℃回流搅拌9～11h。冷却，放置过夜，析出黄色固体。滤出后用约10％亚硫酸氢钠溶液洗涤，再用水洗至中性，低温干燥得粗产品5.3g，用甲醇重结晶后得浅黄色针状结晶产品4.0g，纯度95％，收率为70％。