紫杉醇臭氧处理纯化方法 本发明是臭氧处理制备高纯度紫杉醇的方法。
紫杉醇(taxol)是从紫杉科树种中提取出来的天然有机化合物。1971年Wani(J.Amer.Chem.Soc.，1971，93，2325)等首次报道从印度短叶红豆杉(Taxus brevifolia)中分离得到紫杉醇，并确认对肺癌、肝癌、乳房癌、白血病等癌细胞及其它肿瘤细胞具有广泛的强杀伤作用，副作用非常小。它的分子式为C47H51NO14，分子量为853，结构(a)如下：
(a)Taxol的结构 (b)Cephalomannine的结构
1979年Schiff等(Nature，1979，277，665)确认紫杉醇药理作用机理独特，既能促进微管蛋白的聚合，又能稳定微管不致解聚。1983年美国食品医药管理局(FDA)批准进入I期临床，目前已进入第III期临床，被认为是近20年来发现的最有希望的抗癌新药。
紫杉醇可以通过杉树提取法、全合成和半合成法及组织培养法等制备。药用紫杉醇按中华人民共和国卫生部标准Ws-494(X-429)-97号文，含紫杉醇应为标示量的90.0-110.0％，无论是杉树提取法、全合成和半合成法及组织培养法均需最后分离而获得紫杉醇纯品。因此，紫杉醇的分离纯化至关重要。但是，从杉树中提取的紫杉醇，其伴生物cephalomannine(结构如b)的极性与紫杉醇非常接近，无论是正相色谱法还是反相色谱法均很难一次分离。
Miller(J.Org.Chem.，1981，46，1469)用Taxus wallichiana树根、树干和树叶，经甲醇萃取、浓缩至固体，在水和己烷中分配，用氯仿萃取，然后浓缩，用硅胶柱分离；再二次硅胶柱色谱分离；经逆流分配，二次逆流分配；最后用制备高效液相色谱分离纯化得到259个组分，部分制得的紫杉醇纯度很高。整个提取纯化过程主要有八个步骤，其中包括两次正相色谱柱层析和一次高效液相色谱分离。
Senilh(J.Natural Products，1984，47(1)，131)等从欧洲杉(Taxus baccata)提取紫杉醇使用如下步骤：用乙醇浸渍萃取树皮，浓缩，在水和二氯甲烷中分配，“过滤”色谱法分离；硅胶柱色谱分离；氧化铝柱色谱分离；中压硅胶柱色谱分离；制备高效液相色谱分离。该过程使用两次硅胶柱色谱，一次氧化铝柱色谱和一次制备高效液相色谱分离。
Nair(美国专利5,279,949，1994)使用正相硅胶柱色谱法从Ornamental yew(Taxus Xmedia Hicksii)新鲜杉树组织分离紫杉醇及其同系物，固体进入正相硅胶柱色谱分离。新鲜杉树组织用乙醇和水的混合物萃取紫杉烷(taxanes)，萃取质浓缩除去大部分有机溶剂，水溶性组分离心与含紫杉醇的沉淀固体分离过滤后的滤液用活性炭脱色用硅藻土过滤，滤液挥发至干，真空下过硅胶色谱柱液相分离得到产物。或者将硅藻土过滤的滤液真空下脱乙醇后，用乙酸乙酯进行萃取，将萃取液浓缩，用真空液相色谱法经过硅胶柱进行纯化得到产物。Nair(美国专利5,478,736，1995)指出通过改变萃取剂，即用甲醇或丙酮与水的混合溶剂萃取新鲜杉树组织，经过相似过程，亦可得到较高的紫杉醇产量。
Caster等(美国专利5,440,055，1995)利用超临界法真接处理杉树叶子组织。因为杉树叶是可再生资源，利用树叶对保护稀有树种更加有益。该方法使用CoNC流体作为溶剂，使用N2O、CO2、C3H8、Freon-22等作为流体，处理经过干燥粉碎后的紫杉树叶，经系统中淋洗液抽提及C18反相色谱柱进行分离，得到紫杉醇纯品，该方法处理约为每次200mg。
Polysciences Inc.从Taxus brevifolia树皮中分离紫杉醇，步骤主要有：甲醇或乙醇萃取干燥磨碎的树皮，萃取后浓缩除去大部分醇；浓缩液用二氯甲烷萃取，萃取质浓缩干燥至粉末；粉末用丙醇和石油醚(1∶1)溶解，不溶组分过滤除去；含有紫杉醇的滤液浓缩，溶于30％丙醇石油醚溶液，经Florisil柱过滤；从柱中流出的紫杉醇组分结晶纯化二次；结晶的紫杉醇进一步在硅胶柱中分离，该步中，最相似的产物cephalomannine从紫杉醇中分离出来；从柱中流出地紫杉醇再结晶二次；未分离的混合物和其它溶质，循环回收处理得到纯紫杉醇。
目前常用的分离和纯化步骤为使用甲醇或95％乙醇浸提树皮，除去溶剂，得浸膏用水溶解，脱脂后用二氯甲烷或三氯甲烷萃取；萃取组分浓缩后，经色谱层析得到紫杉烷类化合物的单体或混合物。使用浸提法从树皮中提取紫杉醇粗产物步骤繁杂，将10～48％的粗产品直接纯化得到99.5～99.9％的精产品技术难度大。另外，溶剂或淋洗剂不经回收直接排放，造成严重的环境污染。
本发明的目的是建立一种工艺方法简单、淋洗液或溶剂可回收再使用、便于较大规模工业化生产且能得到高纯度紫杉醇的方法。
本发明使用市售10～51％紫杉醇粗产品为原料，正构烷烃、乙酸乙酯等试剂均为分析纯。甲醇、乙腈为高效液相色谱纯，水为二次重蒸水，硅胶、活性炭纤维为分析纯。原料及产品分析使用的高效液相色谱仪为美国Beckman公司生产，110B双泵进样，128二极管振列检测器，检测波长为227nm，4.6×150mmC18(2)phenomenex色谱柱，HP预处理柱，流动相为甲醇∶乙腈∶水(30∶30∶40)流速为1.0mL/min，进样量为10μl。奔腾IIMMX266计算机控制高效液相色谱分析操作。中压快速分离制备色谱为美国Biotage生产的Flash 150Mi硅胶填充柱色谱，柱长30cm，柱φ15cm。SHZ-D循环水式真空泵，BS-16A型臭氧发生器。德国生产的Buchi R-3000型旋转蒸发仪，KLG-II型冷冻干燥机，CS501-SP超级数显恒温器，WZZ-2A自动旋光仪，WKS-1A数字熔点仪。质谱分析在美国CE&A公司生产的TOF-2000MIP飞行时间二次离子质谱仪上进行，电子能量15kev，荷质比m/e在0～1000范围内扫描。液-质连谱分析在美国惠普HP1100-MS上进行，Eclipse XDB-2.1×50mmC18色谱柱，流速为0.8mL/min，进样量为5μl。质谱分析电子能量为15kev，APCI源，荷质比m/z在30～2000范围内扫描。傅里叶红外光谱分析在美国Nicolet生产的Avatar360上进行。
本发明提出的制备高纯度紫杉醇的纯化方法，以紫杉醇粗产品为原料，采用分析纯正构烷烃、乙酸乙酯为溶剂或淋洗试剂，先将紫杉醇原料溶解于乙酸乙酯溶剂中，然后经臭氧处理，再加入硅胶，蒸发至干，干法上样后，使用中压快速分离制备色谱柱分离上述产物，依次经过下述4种组分梯度淋洗液进行淋洗处理：a.100％正己烷，b.正己烷∶乙酸乙酯＝1.5∶1～2∶1，c.正己烷∶乙酸乙酯＝1∶1～1.5∶1，d.正己烷∶乙酸乙酯＝0.5∶1～0.75∶1。对应于各段淋洗馏分分别为A、B、C、D，承接馏分A、B、C、D，经常温真空旋转蒸发、浓缩、冷冻至干，从D馏分中获取高纯度紫杉醇，其纯度达99.4～99.9％.本发明提出的制备高纯度紫杉醇的纯化方法，按照纯化过程中进行臭氧处理的阶段不同，可分为两种不同的具体方式：直接臭氧法和后臭氧法，其流程如图1所示，中压快速分离制备色谱工作如图2所示。现分别具体描述如下：
直接臭氧法：称取10～51％紫杉醇10～30克，溶于200～400mL乙酸乙酯溶剂中，制成1～5.1％紫杉醇溶液。直接通入100～300mL/min流量的臭氧处理3～6小时。集中500～1000mL臭氧处理的溶液，加入60～100克50～100目硅胶，常温低压下旋转蒸发至干。干法上样于图2所示承接器2中。于图2中淋洗液贮器1中加入淋洗液组分a4～8升，在0.03～0.8Mpa压力下淋洗。待组分a全部流出后，依次加入淋洗液组分b2-6升.组分c2-16升，组分d4-6升，承接各段馏分A～D。整个淋洗过程约2～3小时。
分别收集各段淋洗液，馏分A～D经旋转蒸发浓缩，馏出的溶剂或淋洗液进行精馏之后可以反复使用，避免了排放造成污染。浓缩液经-40℃～20℃真空冷冻干燥，分离得到淋洗液A～D中各种化合物。高效液相色谱分析与粗产物各组分相对照，A～B中不含紫杉醇，C中含约1％的紫杉醇，D馏分用部分收集器收集的馏分约40％部分含99.5～99.9％的紫杉醇(高效液相色谱分析结果如图5所示)，对产物D的质谱分析表明，其质量为853.4。分离得到的紫杉醇为白色结晶状粉末。熔点为215.6℃，旋光度为-49°(甲醇溶液中)。
后臭氧法：10～51％紫杉醇10～30克溶于200～400mL乙酸乙酯，制成1～5.1％紫杉醇溶液。加入10～30克硅胶，常温低压下旋转蒸发至干，转移至预处理柱处理，预处理柱长50～80cm，柱φ2～8cm，下端有聚四氟乙烯活塞，活塞上端填充0.5克玻璃纤维，装柱采用人工操作。加入填料时敲打柱子使填料均匀装入，柱内填料应无明显的断层或裂纹。填料硅胶和活性炭纤维尺寸大小分别为50～300目和100～200目，装柱前经110℃活化24小时至3天，使其充分干燥，以除去吸附的过量水分。用1～2升乙酸乙酯淋洗，收集淋洗液，浓缩至300mL左右，通臭氧处理3～6小时。集中1000mL臭氧处理的溶液，加入60～100克50～100目硅胶，常温低压下旋转蒸发至干。干法上样于图2所示承接器2中。于图2淋洗液贮器1中加入淋洗液组分a4～8升，在0.03～0.8Mpa压力下淋洗。待组分a全部流出后，依次加入淋洗液组分b2-6升，组分c2-16升，组分d4-6升，承接各段馏分A～D。整个淋洗过程约2～3小时。
分别收集各段淋洗液，馏分A～D经旋转蒸发浓缩，馏出的溶剂或淋洗液精馏后可反复使用，避免直接排放造成污染。浓缩液经-40℃～-20℃真空冷冻干燥，分离得到淋洗液A～D中各种化合物。高效液相色谱分析与标准品相对照，A～B中不含紫杉醇，C中含约1％的紫杉醇，D馏分用部分收集器收集的馏分约45％部分含99.5～99.9％的紫杉醇。对产物D的部分一次收集物的质谱分析表明，其质量为853.4。分离得到的紫杉醇为白色结晶状粉末。熔点为215.6℃，旋光度为-49°(甲醇溶液中)。
未经臭氧处理的紫杉醇原料的高效液相色谱图如图3所示，从中可以观察到taxol(I)与cephalomannine(II)极性相近，难于分离。经过臭氧处理的紫杉醇原料的高效液相色谱图如图4所示，从中可以观察到cephalomannine与臭氧进行了反应，产物(II)的极性与taxol(I)相差很大，便于分离。D馏分中一次收集高纯度紫杉醇的高效液相色谱图如图5所示，从中可以观察到被氧化后的杂质完全除去，从而得到了高纯度的紫杉醇。经过对D馏分中一次所收集的成分进行核磁共振分析，可以从结构上确证此产物为紫杉醇。
本方法中，使用过的中压快速分离制备色谱柱，经过18升乙酸乙酯(100％)冲洗，可以连续使用50次以上。
本方法中，纯度较低的紫杉醇组分A、B、C回收后，可继续进行分离。
本方法中，使用后的硅胶及活性碳纤维从柱中取出分开收集，在马福炉中110℃下烘干5小时，然后升温至300℃焙烧48小时。该方法处理的硅胶及活性碳纤维，可反复使用8次以上。
本方法中，蒸发收集所得的溶液和淋洗液经精馏分离，甲醇、乙酸乙酯、正构烷烃可回收利用。
本发明提出的紫杉醇纯化方法，工艺简单，很容易分离除掉紫杉醇的伴生物，产品纯度很高，可适用于较大规模的工业化生产。
图1臭氧处理纯化紫杉醇的流程图图2快速分离制备色谱工作示意图图3未经臭氧处理的紫杉醇原料的高效液相色谱图图4经臭氧处理的紫杉醇原料的高效液相色谱图图5D馏分中一次收集高纯度紫杉醇的高效液相色谱图图中标号：1为淋洗液存贮器，2为承接器，3为FLASH150I径向压缩柱组件，4为部分收集器，5为压缩空气，6为压力指示表。
实施例1：
称取51％紫杉醇30.0克，溶于300mL乙酸乙酯溶剂中，配制成5.1％紫杉醇溶液。直接通入200mL/min流量的臭氧处理4小时。集中1000mL臭氧处理的溶液，加入80克50～100目硅胶，常温低压下旋转蒸发至干。干法上样于图2所示承接器“2”中。于图2中淋洗液贮器“1”中加入淋洗液组分a＝100％正己烷6升，在0.4MPa压力下淋洗。待组分a全部流出后，依次加入淋洗液组分b(正己烷∶乙酸乙酯＝2∶1)4升，组分c(正己烷∶乙酸乙酯＝1∶1)8升，组分d(正己烷∶乙酸乙酯＝1∶2)8升，承接后分别对应于馏分A～D。整个淋洗过程约2.5小时。
收集各段淋洗液，馏分A～D经旋转蒸发浓缩，馏出的溶剂或淋洗液精馏后可反复使用，避免直接排放造成污染。浓缩液经-40℃真空冷冻干燥，分离得到淋洗液A～D中各种化合物。高效液相色谱分析与粗产物各组分相对照，A～B中不含紫杉醇，C中含约1％的紫杉醇，D馏分用部分收集器收集的馏分约28％部分含99.5～99.9％的紫杉醇(如图5所示)，对产物D的质谱分析表明，其质量为853.4。分离得到的紫杉醇为白色结晶状粉末。熔点为215.6℃，旋光度为-49°(甲醇溶液中)。
实施例2：
取10％紫杉醇30克溶于300mL乙酸乙酯，配制成1.0％紫杉醇溶液。加入20克硅胶，常温低压下旋转蒸发至干，转移至自制的预处理柱处理(预处理柱长70cm，柱φ6cm，下端有聚四氟乙烯活塞，活塞上端填充0.5克玻璃纤维，装柱采用人工操作。加入填料时敲打柱子使填料均匀装入，柱内填料应无明显的断层或裂纹。填料硅胶和活性炭纤维尺寸大小分别为50～300目和100～200目，装柱前经110℃活化24小时至3天，使其充分干燥，以除去吸附的过量水分)。用2升乙酸乙酯淋洗，收集淋洗液，浓缩至300mL左右，通臭氧处理4小时。然后同上，集中1000mL臭氧处理的溶液，加入800克50～100目硅胶，常温低压下旋转蒸发至干。干法上样于图2所示承接器2中。于图2淋洗液贮器中”1”加入淋洗液组分e＝100％正己烷4升，在0.5MPa压力下淋洗。待组分e全部流出后，依次加入淋洗液组分f(正己烷∶乙酸乙酯＝2∶1)5升，组分g(正己烷∶乙酸乙酯＝1∶1)4升，组分h(正己烷∶乙酸乙酯＝1∶2)8升，承接后分别对位于馏分A～D。整个淋洗过程约2小时。
收集各段淋洗液，馏分A～D经旋转蒸发浓缩，馏出的溶剂或淋洗液精馏后可反复使用，避免直接排放造成污染。浓缩液经-40℃真空冷冻干燥，分离得到淋洗液A～D中各种化合物。高效液相色谱分析与粗产物各组分相对照，A～B中不含紫杉醇，C中含约1％的紫杉醇，D馏分用部分收集器收集的馏分约25％部分含99.5～99.9％的紫杉醇。产物D的部分一次收集物质谱分析表明，其质量为853.4。分离得到的紫杉醇为白色结晶状粉末。熔点为215.6℃，旋光度为-49°(甲醇溶液中)。