二甲基姜黃素的合成工藝優化

張遠衛，李念光*，吳 剛，王曉波，劉 飛*

1南京中醫藥大學藥物化學教研室，南京 210000；2南京邁諾威醫藥科技有限公司，南京 210000

二甲基姜黃素（dimethyl curcumin，ASC-J9）是姜黃素的一種衍生物，化學名稱為（1E，4Z，6E）-1，7-雙（3，4-二甲氧基苯基）-5-羥基庚-1，4，6-三烯-3-酮，結構見圖1。研究表明，二甲基姜黃素及其類似物對許多癌細胞表現出抗癌活性[1]，例如通過破壞雄激素受體（androgen receptor，AR）與選擇性AR 調節劑（AR 相關蛋白55 和AR 相關蛋白70）之間的相互作用，選擇性地促進AR 降解[2]。此外二甲基姜黃素對結直腸癌[3]、雌激素依賴性乳腺癌細胞[4]、肝癌細胞[5]都有良好的抑制增殖作用。LIN TH 等[6]評估了目前使用的抗雄性激素比卡魯胺（Casodex）、恩扎魯胺（MDV3100）以及新開發的抗AR 化合物ASC-J9?和隱丹參酮對前列腺癌細胞生長和侵襲的影響，臨床實驗結果顯示用ASC-J9?靶向雄激素受體比用比卡魯胺或恩扎魯安靶向雄激素的抗前列腺癌轉移效果更好。

圖1 二甲基姜黃素的合成路線Ⅰ

目前常用的二甲基姜黃素的合成工藝路線有兩種。路線Ⅰ（圖1）：QIU X 等[7]用乙酰丙酮和氧化硼（B2O3）反應，制備硼絡合物。將所得硼絡合物與藜蘆醛、除水劑硼酸三丁酯加入乙酸乙酯中，70℃下攪拌0.5、1 h 內滴加催化劑正丁胺，70℃下攪拌24 h。最后用濃度為1 mol·L-1的HCl 水溶液將體系pH 調至5，60℃攪拌0.5 h，靜置分層，收集有機相，濃縮后再用乙酸乙酯（EtOAc）重結晶得到產物。盡管收率能達到90%，但該條路線反應溶劑需求量較大，反應時間較長；后處理需要通過萃取、濃縮等步驟，操作繁瑣，會大大增加生產成本，不利于工業化生產。

路線Ⅱ（圖2）：SOMSAKEESIT LO 等[8]以姜黃素作為原料，四氫呋喃（THF）為溶劑，加入碳酸鉀攪拌10 min 后加入碘化鉀，回流攪拌3～5 h 制備二甲基姜黃素。路線Ⅱ較路線Ⅰ操作簡單，但二甲基姜黃的收率僅有59%，另有副產物a：（1E，4Z，6E）-1-（3，4-二甲氧基苯基）-5-羥基-7-（3-羥基-4-甲氧基苯基）庚-1，4，6-三烯-3-酮、b：（E）-1，7-雙（3，4-二甲氧基苯基）-1，5-二羥基-4-甲基庚-6-烯-3-酮產生，后處理需要進行柱層析分離產物，適用于實驗室小試，不適于工業生產。

圖2 二甲基姜黃素的合成路線Ⅱ

除了上述方法之外，還有其它方法可用于二甲基姜黃素的合成。LAALI KK 等[9]使用改進的微波輔助方法（圖3），將curcuminoid-BF2 復合物和草酸鈉加入到配備磁子的清潔干燥的微波小瓶中，再加入甲醇水溶液，密封后在140℃下照射6 min。冷卻后，轉移至圓底燒瓶中除去甲醇，加入去離子水形成沉淀。過濾，洗滌固體并干燥，可得到純度高達98%的姜黃素類產物，且二甲基姜黃素的收率高達94%。同樣是微波照射條件，ELAVARASAN S 等[10]向硼硅燒杯中加入藜蘆醛、乙酰丙酮和碘浸漬的納米中性氧化鋁，攪拌混合均勻，然后在微波爐中以160 W照射40～110 s，冷卻后，用乙酸乙酯（EtOAc）萃取，并過濾除去催化劑，乙酸乙酯提取物用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸餾得產物，產率同樣達到80%。兩種方法的產物收率高，反應條件為微波照射，對環境友好。但是無論是微波照射或者140℃的高溫條件在工業化生產上均不適用。

綜合上述所有反應路線，本研究選擇路線I 進行工藝優化：如圖4，第一步制備硼絡合物的反應中，選擇醋酸異丙酯作為反應溶劑，一定程度上提高乙酰丙酮的轉化率。在后一步制備二甲基姜黃素的反應中，更換反應溶劑為N，N-二甲基乙酰胺（DMA）。通過溶劑的篩選可達到三個目的：①增大對底物的溶解度，減少溶劑體積，節約生產成本；②選擇高沸點溶劑，提高反應溫度至80℃，縮短反應時間至3 h；③提高每步的反應收率，且在后處理中產物可直接在反應淬滅后析出，免于萃取、分層、濃縮等步驟，操作更簡單，更適合工業生產。

1 材 料

1.1 儀器

RW20 機械攪拌器（德國IKA 公司）；電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；AV400 核磁共振儀（400 Hz，德國Bruker 公司）；旋轉蒸發儀（德國Heidolph 公司）；Arc 高效液相色譜儀配PDA2998紫外檢測器和SQ2 單四級桿檢測器，Empower 3 軟件（美國Waters 公司）。

1.2 試劑與試藥

氧化硼、正丁胺（上海麥克林化學試劑有限公司）；乙酰丙酮、醋酸異丙酯、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、DMA、N-甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone，NMP）、藜蘆醛、硼酸三丁酯（上海安耐吉試劑有限公司）；石油醚、鹽酸、無水硫酸鈉、乙酸乙酯（上海滬試實驗室器材股份有限公司）。

2 方 法

2.1 乙酰丙酮硼絡合物的合成

稱取乙酰丙酮（100.1 g，1.0 mol）和醋酸異丙酯（1000 mL）加入至3 L 的三頸瓶中，攪拌的條件下加入氧化硼（48.7 g，0.7 mol），維持反應體系溫度為70℃，攪拌3 h，有大量白色固體析出。靜置降溫至25℃，抽濾，并用石油醚（100 mL）洗滌濾餅兩次。30℃真空干燥1.5 h，得白色粉末狀固體（127.4 g），無須純化直接用于下一步反應。

2.2 二甲氧基姜黃素的合成

稱取藜蘆醛（332.3g，2.0mol），硼酸三丁酯（460.3g，2.0 mol）于2 L 三頸瓶中，加入DMA（500 mL），維持體系溫度80℃，攪拌0.5 h。待體系溶清后，一次性加入“2.1”中制備的乙酰丙酮硼絡合物（127.4 g），攪拌10 min。然后緩慢滴加正丁胺（14.6 g，0.2 mol），滴畢在此溫度下攪拌反應3 h。薄層色譜監測反應轉化完全，加入預熱至60℃的HCl（0.3 mol）水溶液108 mL，降溫至60℃攪拌0.5 h，再補加水（1000 mL）進行結晶。當內溫55℃時，加入晶種（2.0 g）。降至室溫后，在冰浴的條件下繼續攪拌3 h，析出大量固體。抽濾，得粗品黃色固體377.0 g，含量98.6%，收率95.1%。

粗產物用800 mL 的DMA：H2O（1∶1.5，V/V）體系重結晶，過濾得淡黃色固體365.9 g，熔點129～131℃，總收率92.3%，純度99.2%。MS（ESI+）m/z：397.1 [M+H]+；1H-NMR（400 MHz，DMSO-d6）δ 7.59（d，J=15.8 Hz，2H），7.36（d，J=2.0 Hz，2H），7.27（dd，J=8.4，2.0 Hz，2H），7.02（d，J=8.4 Hz，2H），6.84（d，J=15.9 Hz，2H），6.12（s，1H），3.83（d，J=8.6 Hz，12H）。

3 合成工藝優化

在證明該條路線可行的情況下，為了提高反應的收率，以10 g 乙酰丙酮作為原料，醋酸異丙酯為溶劑制得乙酰丙酮硼絡合物，然后從反應溶劑、反應溫度、淬滅所需的鹽酸和水的用量及結晶所需水的用量等幾個方面優化第二步反應。

3.1 反應溶劑的篩選

操作方法參考上述工藝，在其他條件不變的情況下，對反應溶劑進行考察，結果如表1 所示。

表1 不同溶劑對產物收率的影響

從表1 可得，以乙酸乙酯、DMA、NMP 反應溶劑均有較好的收率，收率≥90%。但乙酸乙酯作為反應溶劑后續處理需要進行萃取、濃縮步驟，且淬滅過程中，屬于非均相體系，需要加入大量鹽酸才能保證反應徹底淬滅，不適合工業生產。而DMA 或者NMP 作為反應溶劑，與水互溶，在淬滅過程中不僅能減少鹽酸的用量，且產物能直接從體系中析出，操作更加簡便。綜合考慮，選擇DMA 作為反應溶劑更優。

3.2 淬滅所需的酸用量篩選

在其他條件不變的情況下，對淬滅反應所需的酸的量進行考察，結果如表2 所示。

表2 不同鹽酸的量對產物收率及含量的影響

由表2 可知，在進行后處理時，鹽酸物質的量對反應收率影響較大。鹽酸用量較少時，二甲基姜黃素未能從絡合體系中完全解離出；鹽酸用量高時，高濃度的酸對已解離出的二甲基姜黃素產生影響，使部分分解，均導致收率降低。當n鹽酸/n正丁胺=1.5時，二甲基姜黃素基本解離析出，收率≥93%。

3.3 結晶所需水的用量篩選

在其他條件不變的情況下，對結晶所需的水的體積進行考察，結果如表3 所示。

表3 不同體積的水對產物收率及含量的影響

由表3 可得，在同等條件下，當V水/V溶劑≤2.0 時，后處理中補加的水的體積與收率成正比，含量成反比；當V/V ＞2.0 時，收率及純度會同時下降。經考察當V/V=2.0 時，能得到較好的收率與純度。

3.4 合成二甲基姜黃素的反應溫度篩選

在其他條件不變的情況下，對反應溫度進行了考察，結果如表4 所示。

表4 不同反應溫度對產物得率及純度的影響

由表4 可得，當反應溫度分別為80、90、100℃時，轉化率≥90%。但溫度為100℃時，產物的純度降低，可能是發生副反應，導致副產物增多，故80℃是較優的合成二甲基姜黃素的反應溫度，此時反應收率為93.7%。

4 結果與討論

本研究參考姜黃素的合成文獻[11]，對二甲基姜黃素的合成工藝進行優化，更換反應溶劑體系為DMA，反應溫度80℃，反應時間3 h。同時優化了后處理條件，酸淬滅當量為堿當量的1.5 倍，補加2 倍溶劑體積的水，并添加晶種輔助結晶。

相較于路線Ⅰ，該法制備規模擴大到百克級別，收率92.3%，純度＞99%。反應條件溫和，產物能直接從反應體系中析出，免除路線Ⅰ中萃取、濃縮等繁瑣步驟。同時，溶劑體積大大降低，縮短反應時間，節約了生產成本，適合放大生產。