咖啡酸的化學(xué)合成及藥理活性研究進(jìn)展

咖啡酸的化學(xué)合成及藥理活性研究進(jìn)展

咖啡酸也被稱為三、四-二羥基肉桂酸，廣泛存在于薔薇科植物、黃花、薔薇科植物山紅、無患子科植物坡柳、毛科植物升麻的根、龍眼科植物歐亞水龍的根、腳本科植物果實的果皮、，蓼科植物的根，以及嘴唇科的麝香草、杜仲葉、山茱萸、陳草、蔬菜科、金銀花科等大量草本植物。屬于多甲基苯基乙烯酸酯，具有酚酸的一般性質(zhì)。由于結(jié)構(gòu)中含有的化合物中存在氧化反應(yīng)，因此在堿性溶液中尤其不穩(wěn)定。具有心血管保護(hù)、抗過敏抗團(tuán)菌、抗菌、防疫、降脂、降糖、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗黃疸、抗膽紅素、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓、抗高血壓等功效。咖啡酸能夠收縮、增固微血管、減低通透性、提高凝血功能以及白細(xì)胞血小板數(shù)量,有止血作用,對內(nèi)臟的止血效果較好,毒性較小,臨床上常用于各種外科和內(nèi)科出血的預(yù)防和治療,對婦科出血疾病有顯著療效,還用于腫瘤疾病化療和放療以及其它原因引起的白細(xì)胞血小板減少癥狀,對原發(fā)性血小板減少以及再障性白細(xì)胞降低等疾病也有一定的療效。咖啡酸是重要的醫(yī)藥產(chǎn)品、醫(yī)藥中間體和化工原料?？Х人嶂饕峭ㄟ^化學(xué)、生物合成、微波化學(xué)合成等方式制備而成。1肉桂酸酯類基礎(chǔ)化反應(yīng)咖啡酸的化學(xué)合成制備方法主要有原兒茶醛與丙二酸縮合、香蘭素和丙二酸縮合、甲基香蘭素和醋酸縮合、胡椒醛與丙二酸或乙酸酐縮合及取代肉桂酸酯的水解和去甲基化反應(yīng)等。1.1咖啡酸的合成原兒茶醛,又名3,4-二羥基苯甲醛是一種重要的有機合成原料和醫(yī)藥中間體,可以和含有活潑氫的化合物以及氨類衍生物縮合。關(guān)于原兒茶醛的合成文獻(xiàn)報道的方法較多,根據(jù)起始原料的不同,主要有鄰溴苯酚合成路線、羥基苯甲醛三種合成路線、鄰苯二酚Reimer-Tiemann法、鄰苯二酚溴化后氰化亞銅二步法以及鄰苯二酚制胡椒醛與五氧化二磷反應(yīng)后水解制原兒茶醛的胡椒醛三步法。原兒茶醛是合成咖啡酸及其衍生物的主要起始原料,通過與丙二酸進(jìn)行Knoevenagel-Doebner縮合反應(yīng)合成咖啡酸。反應(yīng)物:原兒茶醛和丙二酸,溶劑:無水MgSO4干燥的甲苯,催化劑:經(jīng)過KOH干燥的吡啶和苯胺,反應(yīng)溫度:85~95℃,攪拌回流2h,冷卻至室溫后用25%K2CO3溶液攪拌中和,取水層用濃鹽酸調(diào)pH值≤2,冷卻析晶干燥后得咖啡酸,收率85.5%。反應(yīng)物:原兒茶醛和丙二酸,溶劑:甲苯,催化劑:吡啶和苯胺混合液,回流攪拌2h。混合物冷卻到室溫,過濾黃色沉淀物,用3mol/L的鹽酸溶液和水分別洗滌2次,粗品用乙醇重結(jié)晶得淡棕色粉末狀咖啡酸,收率44.2%。1.2咖啡酸反應(yīng)歷程香蘭素,又名香草醛和甲基香蘭素,學(xué)名3-甲氧基-4-羥基苯甲醛,是一種重要的廣譜型香料和有機合成原料,其主要合成方法有愈創(chuàng)木酚法、木質(zhì)素法、黃樟素法、丁香酚法、對羥基苯甲醛法、4-甲基愈創(chuàng)木酚法、對甲酚法、微生物發(fā)酵法、植物細(xì)胞培養(yǎng)法、酶法等。香蘭素用于合成咖啡酸時先與丙二酸進(jìn)行Knoevenagel-Doebner縮合反應(yīng)生成阿魏酸,再脫除阿魏酸上的甲基生成咖啡酸。其反應(yīng)歷程如下:反應(yīng)物:香蘭素和丙二酸,溶劑:苯和吡啶(2:1)混合溶液,催化劑:哌啶,反應(yīng)溫度:105℃,以苯為帶水劑,回流攪拌6h直至反應(yīng)完全,蒸除溶劑苯得淺黃色溶液,傾入到冰水中,用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2~3,不斷攪拌數(shù)分鐘后析出黃色粉末狀沉淀,過濾出沉淀,用水洗至中性,40~50℃干燥得阿魏酸,收率98%,純度達(dá)到99.4%。同樣以香蘭素和丙二酸為反應(yīng)物縮合制取咖啡酸的反應(yīng)路線還有:將香蘭素和丙二酸加入到吡啶中,恒溫65℃加熱反應(yīng)8h,滴加6mL2mol/LHCl和5mL6mol/LHCl中止反應(yīng)。用NaHCO3溶液提取后,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,用甲醇溶解,以正己烷和乙酸乙酯在硅膠柱層析中梯度洗脫,得到阿魏酸,產(chǎn)率80.8%,純度89.8%。將阿魏酸加入到干燥的乙腈中,室溫攪拌,加入BBr3的二氯甲烷溶液。持續(xù)室溫攪拌2h,加入去離子水,得到黃色或橙色澄清溶液。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)混合物至干,用甲醇溶解,在硅膠柱中用不同比例的正已烷和乙酸乙酯洗脫,得到咖啡酸。1.3咖啡酸和3,4-二甲氧基肉桂酸的合成甲基香蘭素又名藜蘆醛,學(xué)名3,4-二甲氧基苯甲醛,是合成抗過敏藥曲尼司特,降壓藥哌唑嗪等多種醫(yī)藥產(chǎn)品的優(yōu)良醫(yī)藥中間體,主要有二種化學(xué)合成方法,對甲酚溴化、甲氧基化和氧化反應(yīng)合成法,鄰苯二酚醚化和Vilsmeier反應(yīng)合成法。甲基香蘭素和醋酸縮合后生成3,4-二甲氧基肉桂酸,脫甲基后生成咖啡酸。反應(yīng)歷程如下:3,4-二甲氧基肉桂酸溶解于干燥的二氯甲烷中,冷卻至-78℃,將BBr3溶液逐滴加入到上述溶液中,反應(yīng)混合物室溫攪拌24h。乙酸乙酯稀釋反應(yīng)混合物,用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值到8,靜置分層,有機層用水和鹽水洗滌后經(jīng)無水硫酸鈉干燥、真空蒸發(fā)得粗品,在硅膠柱中以乙酸乙酯和正已烷(1:5)溶液洗脫,得咖啡酸(收率44%)。1.4香辛料中胡椒醛的合成胡椒醛,又名洋茉莉醛、原兒茶醛亞甲醚,學(xué)名3,4-亞甲二氧基苯甲醛,天然存在于刺槐花、胡花兒刺芹、榆繡線菊、箭藥橙木、大溪地島香子蘭、樟腦木油以及紫羅蘭花等植物中,廣泛應(yīng)用于香料和醫(yī)藥工業(yè)。胡椒醛的合成方法主要有胡椒堿法,鄰苯二酚初始原料法和化學(xué)氧化法。在咖啡酸的合成中,胡椒醛與丙二酸或乙酸酐縮合后,亞甲二氧基開環(huán)脫去亞甲基生成咖啡酸。胡椒醛和丙二酸反應(yīng)或胡椒醛和乙酸酐與乙酸鈉一起加熱可生成3,4-亞甲二氧基肉桂酸,開環(huán)脫去亞甲基后生成咖啡酸。1.5取代肉桂酸酯的制備用于制備咖啡酸的取代肉桂酸酯主要有3,4-二羥基肉桂酸酯、3-羥基-4-甲氧基肉桂酸酯以及3,4-甲氧基肉桂酸酯。部分植物中含有取代肉桂酸酯,如天然蜂膠和白楊樹幼芽中含有3,4-二羥基肉桂酸酯(咖啡酸苯乙酯),但其中的含量較少,不能滿足生產(chǎn)和市場需求。生產(chǎn)上主要采用化學(xué)合成的方法制備取代肉桂酸酯,例如,利用3,4-甲氧基苯甲醛和丙二酸二乙酯縮合反應(yīng)可以制取3,4-二甲氧基肉桂酸酯。取代肉桂酸酯經(jīng)過水解反應(yīng)和去甲基化反應(yīng)可以制備咖啡酸,產(chǎn)物收率較高,但反應(yīng)起始物取代肉桂酸酯的制備比較繁瑣。取代肉桂酸酯在BBr3的催化下于低溫反應(yīng)3~8h制備咖啡酸,收率接近100%。2技術(shù)在咖啡酸及其中間體衍生物合成中的應(yīng)用Knoevenagel-Doebner縮合反應(yīng)是形成碳碳雙鍵并加長碳鏈的一種重要反應(yīng),但在反應(yīng)中需要添加吡啶、哌啶、苯胺等作為催化劑。催化劑的價格昂貴并且有一定的毒性,溶液反應(yīng)的溶劑性質(zhì)和溶液濃度對反應(yīng)有一定的影響。利用現(xiàn)代微波輻射無溶劑化反應(yīng)同樣可以完成KnoevenagelDoebner縮合反應(yīng)。微波輻射的無溶劑化反應(yīng)具有反應(yīng)效率快、收率高、純度高、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點,還可用于Claisen縮合反應(yīng)、Michael加成反應(yīng)、Heck反應(yīng)、Diels-Alde反應(yīng)、Fischer環(huán)合反應(yīng)等?？Х人峒捌渲虚g體衍生物(阿魏酸、3,4-二甲氧基肉桂酸)的合成主要是通過Knoevenagel-Doebner縮合反應(yīng)而完成的。目前,微波輻射無溶劑化反應(yīng)技術(shù)在咖啡酸及其中間體衍生物的合成中取得了較好的效果。以下是微波輻射無溶劑化反應(yīng)技術(shù)在咖啡酸及其中間體衍生物合成應(yīng)用中的幾個實例:(1)原兒茶醛和丙二酸的縮合反應(yīng)甲基香蘭素、丙二酸、吡啶和哌啶在微波爐中輻射5min,冷卻混合物至室溫,過量的吡啶用1:1冷鹽酸溶液中和,沉淀經(jīng)過濾,冷水洗滌,甲醇重結(jié)晶得3,4-二甲氧基肉桂酸,收率為96%。以甲基香蘭素和丙二酸為反應(yīng)起始物,環(huán)六亞甲基四氨(hexamethylenetetramine,HMT)為催化劑,置于微波爐中,600W微波輻射5min。反應(yīng)混合物冷卻至室溫,用1:1冷鹽酸溶液中和,沉淀經(jīng)過濾,冷水沖洗,甲醇重結(jié)晶得3,4-二甲氧基肉桂酸,收率為92%。將甲基香蘭素、丙二酸和吡啶置于錐形瓶中,混合均勻后用540W微波輻射6min。待混合物冷至室溫,加入少量水稀釋,用15%的鹽酸中和過量的吡啶,粗品用無水乙醇重結(jié)晶得3,4-二甲氧基肉桂酸,收率為98%。將3,4-二甲氧基肉桂酸溶于乙腈中,氮氣保護(hù)下加入碘化鈉,攪拌溶解后加入三甲基硅氯,在75~80℃油浴中反應(yīng)24h。待紅棕色溶液溫度降至室溫,緩慢加入10%硫代硫酸鈉溶液,水層用乙酸乙酯萃取,減壓蒸除溶劑后柱層析,得微黃色咖啡酸,收率為91%。將甲基香蘭素、丙二酸和BiCl3置于一個三角燒瓶中混合,微波輻射4min,通過TLC檢測反應(yīng)完全后,粗品冷卻,用水沖洗,過濾,再利用甲醇重結(jié)晶得3,4-二甲氧基肉桂酸,收率90%。(3)香蘭素和丙二酸的縮合反應(yīng)香蘭素、丙二酸、吡啶和哌啶混合均勻后微波輻射5min,冷卻至室溫,過量的吡啶用1:1冷鹽酸溶液中和,沉淀過濾,冷水洗滌,甲醇重結(jié)晶得阿魏酸,收率為94%。以香蘭素和丙二酸為反應(yīng)起始物,環(huán)六亞甲基四氨(hexamethylenetetramine,HMT)為催化劑,置于家用微波爐中,600W微波輻射5min。反應(yīng)混合物冷卻至室溫,用1:1的冷鹽酸溶液中和,沉淀過濾,冷水沖洗,甲醇重結(jié)晶后得阿魏酸,收率為89%。(4)胡椒醛和丙二酸的縮合反應(yīng)胡椒醛、丙二酸、吡啶和哌啶在微波爐中微波輻射5min,冷卻至室溫,過量的吡啶用1:1的冷鹽酸溶液中和,沉淀過濾,冷水洗滌,甲醇重結(jié)晶得3,4-亞甲二氧基肉桂酸,收率為96%。以胡椒醛和丙二酸為反應(yīng)起始物,環(huán)六亞甲基四氨(hexamethylenetetramine,HMT)為催化劑,置于家用微波爐中,600W微波輻射5min,冷卻至室溫,用1:1的冷鹽酸溶液中和,沉淀用冷水沖洗,用甲醇重結(jié)晶得3,4-亞甲二氧基肉桂酸,收率為93%。3咖啡酸的提取生物合成反應(yīng)具有條件溫和、操作簡單、成本低、轉(zhuǎn)化率高和對環(huán)境危害小等優(yōu)點,咖啡酸的生物合成主要包括綠原酸的水解和對香豆酸的生物轉(zhuǎn)化。綠原酸廣泛存在于忍冬、山銀花、山楂以及杜仲等植物中,綠原酸水解成為咖啡酸和奎尼酸。對香豆酸是茶酸酚類物質(zhì),主要用對羥基苯甲醛和丙二酸縮合反應(yīng)而得,對香豆酸通過真菌的代謝轉(zhuǎn)化為咖啡酸,有比較高的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)介紹如下:(1)綠原酸的水解反應(yīng)將綠原酸加入到pH值6.81的磷酸鹽緩沖液中,用1mol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至7.0,在37℃條件下,用固化C.antarctic脂肪酶培養(yǎng)24h。培養(yǎng)后樣品用乙醚提取,提取的乙醚液冷卻后,用無水硫酸鈉干燥,再經(jīng)過減壓蒸餾至干即得咖啡酸。富含綠原酸的土壤中含有一種高產(chǎn)綠原酸水解酶的黑曲霉菌株AspergillusnigerLN-1,其生長速度快,繁殖力強,產(chǎn)酶效率高。Kishimoto等發(fā)現(xiàn)綠原酸水解酶可以定向催化綠原酸水解生成咖啡酸和奎尼酸,而且轉(zhuǎn)化率較高。末成熟的咖啡豆含有相當(dāng)數(shù)量的綠原酸衍生物,通過酶的轉(zhuǎn)化將綠原酸轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品。據(jù)報道綠原酸水解酶可用于催化水解綠原酸、咖啡酰和香豆素酰酒石酸以及肉桂酸乙酯和苯酯等,綠原酸水解酶能夠在AspergillusjaponicusandAspergillusniger培養(yǎng)基中純化,通過水解酶將綠原酸水解為咖啡酸和奎尼酸,相對轉(zhuǎn)化率100%。(2)對香豆酸的生物轉(zhuǎn)化對-香豆酸(4-羥基苯基-2-丙烯酸,4-hydroxyphenyl-2-propenoicacid)是廣泛存在于植物組織中的羥基肉桂酸,它和奎尼酸形成酯存在于蘋果、草莓、葉白菜等植物中,在與木質(zhì)素和多糖以酯的形式結(jié)合存在于喬本植物的細(xì)胞壁中。真菌生物Pycnoporuscinnabarinus能將對-香豆酸轉(zhuǎn)化為咖啡酸,450mg對-香豆酸加入葡萄糖培養(yǎng)基的P.cinnabarinus真菌中能夠生成257mg咖啡酸。4輻射能量的均一性問題咖啡酸的化學(xué)合成法主要是原兒茶醛與丙二酸的縮合反應(yīng),反應(yīng)收率達(dá)85%以上,控制反應(yīng)的酸度是一項影響產(chǎn)品收率的重要因素,由于文獻(xiàn)中在沉淀結(jié)晶操作過程中沒有對溶液的酸度做調(diào)整致使產(chǎn)品的收率較低。微波化學(xué)合成技術(shù)是當(dāng)前現(xiàn)代合成技術(shù)研究的熱點,也是咖啡酸當(dāng)前大生產(chǎn)合成技術(shù)的發(fā)展方向,微波輻射設(shè)備僅處于研發(fā)起步階段,小型微波輻射設(shè)備僅成功用于小試試驗,大型微波輻射設(shè)備的造價和容積內(nèi)輻射能量的均一性問題限制了此項技術(shù)在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。咖啡酸生物合成技術(shù)僅處于試驗室研究階段,今后需要在產(chǎn)酶工程菌的構(gòu)建及定向進(jìn)化、酶催化反應(yīng)的動力學(xué)研究、新型生物反應(yīng)器的設(shè)計和系統(tǒng)優(yōu)化反應(yīng)分離耦合過程等方面做更進(jìn)一步的研究,推動咖啡酸生物合成技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。將阿魏酸分散溶解于二氯甲烷中。該溶液在氮氣保護(hù)下冷卻至-78℃,加入三溴化硼。溶液控制在-78℃,攪拌2h后,向反應(yīng)混合物中加入冰水,再用乙醚提取。提取物經(jīng)蒸餾、干燥后得到粗品,粗品用水/乙醇重結(jié)晶,得淡黃色咖啡酸,收率100%。在0~4℃下