微波促進姜黃素羥乙基醚化反應(yīng)

姚起超，熊 夢，夏 敏

（浙江理工大學(xué) 理學(xué)院，浙江 杭州 310018）

微波促進姜黃素羥乙基醚化反應(yīng)

姚起超，熊 夢，夏 敏

（浙江理工大學(xué) 理學(xué)院，浙江 杭州 310018）

在微波加熱條件下，研究了姜黃素與2－氯乙醇親核取代反應(yīng)中輻射時間、輻射溫度、溶劑種類、縛酸劑種類與用量、反應(yīng)濃度以及反應(yīng)物用量比因素對該羥乙基醚化反應(yīng)的影響.研究結(jié)果表明：當(dāng)該反應(yīng)在水介質(zhì)中使用底物用量3倍的KOH為反應(yīng)的縛酸劑以及使用底物用量2.2倍的2－氯乙醇時，在95 ℃下微波輻射6min可獲得最佳的反應(yīng)結(jié)果，此時，姜黃素雙羥乙基醚的產(chǎn)率達(dá)76.4%.研究結(jié)果為姜黃素雙羥乙基醚的快速制備提供了一條有效的途徑.

姜黃素；2－氯乙醇；羥乙基醚化；微波促進；影響因素

姜黃素廣泛存在于姜科姜黃屬植物如姜黃、莪術(shù)、郁金等的根莖中，具有顯著的生理活性，例如降血脂、抗動脈粥樣硬化、抗氧化、抗炎、抗腫瘤［1－5］等，因此，其藥用價值一直受到人們的重視和關(guān)注.然而，由于姜黃素的水溶性差，在體內(nèi)的代謝很快，大大降低了其在體內(nèi)的生物利用度，從而導(dǎo)致其臨床應(yīng)用受到了限制.在姜黃素的分子結(jié)構(gòu)中引入諸如羥乙基等基團可增加其水溶性，進而可提高其生物利用度.此外，研究表明［6－7］，姜黃素在堿性條件下光照很不穩(wěn)定，原因在于酚羥基變成酚氧負(fù)離子后通過共軛作用大大提高了α，β－不飽和雙鍵上的電子云密度，使得此處的光促或熱促氧化斷裂反應(yīng)加劇.因此，對酚羥基進行醚化反應(yīng)可以有效阻止其離子化，進而提高姜黃素母體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.

生成姜黃素羥乙基醚的過程是一個典型的親核取代反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：

據(jù)文獻［8］報道，姜黃素在堿性條件下與活性較高的2－溴乙醇在常規(guī)加熱情況下，至少需要回流反應(yīng)5h才能獲得中等產(chǎn)率的醚化產(chǎn)物.可以預(yù)見，當(dāng)使用反應(yīng)活性較低但價格更便宜的2－氯乙醇為醚化劑時，該醚化反應(yīng)在常規(guī)加熱條件下將需要更長的時間，這對于在堿性環(huán)境中受熱不穩(wěn)定的姜黃素是極為不利的.

近年來，微波輻射作為一種對物質(zhì)快速加熱的手段日益受到人們的關(guān)注，它可使反應(yīng)體系的表面和內(nèi)部同時均勻受熱，不需要熱的傳導(dǎo)和對流，不依賴于溫度梯度的推動，因而體系升溫迅速，這對于諸如姜黃素等堿性條件下熱敏感的反應(yīng)物是非常有利的.大量的研究表明［9－12］，親核取代是能被微波有效促進的反應(yīng)類型，因此，本文詳細(xì)研究了微波輻射條件下影響姜黃素醚化反應(yīng)的各種因素，為快速制備該化合物提供有效的途徑.

與傳統(tǒng)的高效液相色譜法相比，薄層色譜掃描法具有分析快速、操作簡單、溶劑適用范圍廣、重現(xiàn)性好等特點，是一種物質(zhì)含量測定的好方法.因此，本文采用薄層色譜掃描法，對含有姜黃素雙羥乙基醚產(chǎn)物與未反應(yīng)姜黃素底物的反應(yīng)液進行薄層色譜展開，并對展開后的斑點進行峰面積積分，積分比的大小反映了反應(yīng)液中產(chǎn)物含量的大小，建立積分比與反應(yīng)條件之間的關(guān)系，繼而可確定合成姜黃素雙羥乙基醚的最佳反應(yīng)條件.

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

X4型數(shù)字顯微熔點儀，Brucker Avance II 400 MHz型核磁共振儀（CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)），Nicolet Avatar 735型傅里葉紅外光譜儀（KBr壓片法），CEM discover型單模微波合成儀，CARMA SCANNER－3型薄層色譜掃描儀（掃描波長為410nm）.

所用試劑均為分析純，使用前進行必要的蒸餾或重結(jié)晶.

1.2 微波促進姜黃素羥乙基醚的合成及含量分析通法

將姜黃素（0.25mmol）、適量的堿、適量的2－氯乙醇置于含有一定體積溶劑的圓底燒瓶中，安裝回流冷凝管后置于微波反應(yīng)器中，在常壓攪拌模式下于一定溫度輻射適量時間.待反應(yīng)體系冷至室溫后，取幾滴反應(yīng)液于小試管中，用5%HCl水溶液酸化至pH值為4.加入適量乙酸乙酯萃取，萃取液經(jīng)無水硫酸鈉干燥后在薄層色譜板上點樣，以V（乙酸乙酯）∶V（石油醚）∶V（乙酸）＝2.0∶1.0∶0.1為展開劑，采用薄層掃描儀對展開后的產(chǎn)物斑點與未反應(yīng)的姜黃斑點進行峰面積積分.收集多次反應(yīng)的混合物，經(jīng)硅膠柱色譜分離純化得到橙紅色固體，其熔點及波譜數(shù)據(jù)如下：m.p.176～178 ℃（文獻［8］值為174～175 ℃）；IR（KBr）ν3 538，2 934，1 623，1 585，1 509，1 455，1 423，1 309，1 261，1 134，1 083，1 031，973，838，805cm－1；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ3.53（br，s，2H），3.87（t，J＝7.2Hz，4H），3.95（s，6H），4.09（t，J＝7.2Hz，4H），5.80（s，1H），6.47（d，J＝16.0 Hz，2H），6.93（d，J＝7.6Hz，2H），7.04（s，2H），7.12（d，J＝7.6Hz，2H），7.59（d，J＝16.0Hz，2H），16.06（br，1H）；13C NMR （100 MHz，CDCl3）δ55.96，60.74，69.17，101.21，109.62，114.83，121.75，122.89，127.67，140.58，146.78，147.85，183.28.

2 結(jié)果與討論

2.1 輻射時間的影響

將姜黃素（0.25mmol）、K2CO3（0.55mmol）、2－氯乙醇（0.55mmol）置于盛有水（5mL）的圓底小燒瓶中，于80 ℃下分別微波輻射1，2，3，4，6，8，10min.醚化產(chǎn)物和未反應(yīng)姜黃素的峰面積積分比與輻射時間的關(guān)系如圖1所示.

圖1 峰面積積分比與輻射時間的關(guān)系Fig.1 Relationship of integral ratio and irradiation time

由圖1可知，隨著輻射時間的延長，峰面積積分比逐漸增大，說明輻射時間的增加有利于產(chǎn)物的生成；但當(dāng)輻射時間超過6min以后，反應(yīng)時間的進一步延長對產(chǎn)物的生成沒有明顯的促進作用，反應(yīng)進入了“平臺化”階段.因此，確定微波輻射的時間為6min.

2.2 反應(yīng)溫度的影響

將姜黃素（0.25mmol）、K2CO3（0.55mmol）、2－氯乙醇（0.55mmol）置于盛有水（5mL）的圓底小燒瓶中，分別于50，60，70，80，85，90，100，110 ℃下微波輻射6min.醚化產(chǎn)物和未反應(yīng)姜黃素的峰面積積分比與輻射溫度的關(guān)系如圖2所示.

圖2 峰面積積分比與輻射溫度的關(guān)系Fig.2 Relationship of integral ratio and irradiation temperature

由圖2可知，當(dāng)輻射溫度低于50 ℃時，醚化反應(yīng)幾乎無法進行；隨著輻射溫度的升高，醚化產(chǎn)物的生成逐漸增多；但是當(dāng)輻射溫度超過100℃（加壓反應(yīng)）時，由于姜黃素母體結(jié)構(gòu)在高溫堿性條件下不穩(wěn)定而發(fā)生分解，無法獲得含有完整姜黃素母體結(jié)構(gòu)的醚化產(chǎn)物，生成的是一些成分復(fù)雜的副產(chǎn)物.因此，確定微波輻射的溫度為95 ℃.

2.3 縛酸劑種類的影響

將姜黃素（0.25mmol）和 2－氯乙醇（0.55 mmol）置于盛有水（5mL）的圓底小燒瓶中，分別加入 NaOH，KOH，Na2CO3，K2CO3，Cs2CO3，NaOAc，Et2NH 或Et3N （0.55mmol），于95 ℃下微波輻射6min.醚化產(chǎn)物和未反應(yīng)姜黃素的峰面積積分比與縛酸劑種類的關(guān)系如圖3所示.

圖3 峰面積積分比與縛酸劑種類的關(guān)系Fig.3 Relationship of integral ratio and base species

由圖3可知，隨著縛酸劑強度的增加，姜黃素酚羥基的去質(zhì)子化程度加深，這有利于反應(yīng)物在水中的溶解而使反應(yīng)體系均相，醚化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化隨之提高；使用無機縛酸劑比使用有機縛酸劑能明顯促進該反應(yīng)的進行.因此，確定KOH為該微波促進醚化反應(yīng)的縛酸劑.

2.4 縛酸劑用量的影響

將姜黃素（0.25mmol）和 2－氯乙醇（0.55 mmol）置于盛有水（5mL）的圓底小燒瓶中，分別加入0.250，0.375，0.550，0.675，0.750，0.875，1.000，1.125，1.250，1.500，1.625mol的 KOH，于95 ℃下微波輻射6min.醚化產(chǎn)物和未反應(yīng)姜黃素的峰面積積分比與KOH用量的關(guān)系如圖4所示.

圖4 峰面積積分比與縛酸劑用量的關(guān)系Fig.4 Relationship of integral ratio and base amount

由圖4可知，隨著KOH用量的增加，醚化產(chǎn)物也相應(yīng)地快速增加.當(dāng)KOH的用量達(dá)到0.750 mmol（即3當(dāng)量）時，反應(yīng)中姜黃素雙羥乙基醚的含量達(dá)到最大值，進一步增大KOH的用量反而使反應(yīng)混合物中產(chǎn)物的含量下降，反應(yīng)體系變渾發(fā)黑.這可能是由于KOH量的增加促使2－氯乙醇脫氯化氫成為環(huán)氧乙烷的副反應(yīng)加劇，從而使醚化反應(yīng)受到抑制.因此，確定該醚化反應(yīng)中KOH的用量為姜黃素用量的3倍.

2.5 溶劑種類的影響

將姜黃素（0.25mmol）、KOH（0.75mmol）、2－氯乙醇（0.55mmol）置于分別盛有乙醇、乙醇／水（V（乙醇）∶V（水）＝1∶1）、丙酮、氯仿、N，N－二甲氨基甲酰胺（DMF）、乙腈、甲醇、水（5mL）的圓底小燒瓶中，于95℃下微波輻射6min.醚化產(chǎn)物和未反應(yīng)姜黃素的峰面積積分比與溶劑種類的關(guān)系如圖5所示.

圖5 峰面積積分比與溶劑種類的關(guān)系Fig.5 Relationship between integral ratio and solvents

由圖5可知，在所選擇的溶劑中，水是該醚化反應(yīng)的最佳溶劑，其次是醇水混合物，該醚化反應(yīng)在其他有機溶劑中的反應(yīng)效果很差.這可能是由于姜黃素的酚鹽無法在這些有機溶劑中溶解成均相的反應(yīng)體系所致.該醚化反應(yīng)在DMF中的反應(yīng)效果最差，很可能是在強堿條件下，DMF受熱分解而無法很好地充當(dāng)溶劑作用所致.因此，確定在該醚化反應(yīng)中使用水作為反應(yīng)的介質(zhì).

2.6 反應(yīng)物濃度的影響

將姜黃素（0.25mmol）、KOH（0.75mmol）、2－氯乙醇（0.55mmol）置于分別盛有0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0mL水的圓底小燒瓶中，于95 ℃下微波輻射6min.醚化產(chǎn)物和未反應(yīng)姜黃素的峰面積積分比與水用量的關(guān)系如圖6所示.

圖6 峰面積積分比與水用量的關(guān)系Fig.6 Relationship of integral ratio and water amount

由圖6可知，隨著反應(yīng)介質(zhì)水的用量減少，即反應(yīng)物濃度的增大，醚化生成產(chǎn)物逐漸增多，這是因為隨著反應(yīng)物濃度的增大，反應(yīng)物分子間發(fā)生碰撞的幾率增加，反應(yīng)速率得到提高.當(dāng)水的用量達(dá)到6mL以上時，進一步增加水的用量對反應(yīng)的影響將趨于穩(wěn)定.為了在滿足試驗操作方便性的同時獲得較高的產(chǎn)物含量，確定該醚化反應(yīng)中水的用量為1mL.

2.7 2－氯乙醇用量的影響

將姜黃素（0.25mmol）和 KOH（0.75mmol）置于盛有水（1mL）的圓底小燒瓶中，分別加入0.125，0.250，0.375，0.550，0.625，0.750，0.875，1.000，1.125，1.250，1.375mol的2－氯乙醇，于95 ℃下微波輻射6min.醚化產(chǎn)物和未反應(yīng)姜黃素的峰面積積分比與2－氯乙醇用量的關(guān)系如圖7所示.

圖7 峰面積積分比與2－氯乙醇用量的關(guān)系Fig.7 Relationship of integral ratio and 2－chloro－ethanol amount

由圖7可知，隨著2－氯乙醇用量的增加，醚化產(chǎn)物的含量快速上升，當(dāng)使用0.550mmol（即2.2當(dāng)量）醚化劑時，反應(yīng)能獲得最佳的峰面積積分比，進一步增加2－氯乙醇的用量反而使目標(biāo)產(chǎn)物的生成受阻；但是當(dāng)2－氯乙醇的用量達(dá)到1.100mmol（即4.5當(dāng)量）以后，峰面積積分比下降到較低水平，并維持在該水平.因此，確定該醚化反應(yīng)中2－氯乙醇的用量為姜黃素用量的2.2倍.

3 結(jié) 語

通過多因素水平試驗，確定了微波促進下姜黃素羥乙基醚合成的最佳反應(yīng)條件：使用KOH作為反應(yīng)的縛酸劑，用量為底物用量的3倍；以水為反應(yīng)的介質(zhì)；微波輻射的溫度為95℃，輻射時間為6min；2－氯乙醇的用量為底物用量的2.2倍.

在上述最佳條件反應(yīng)下，以76.4% 的產(chǎn)率獲得了姜黃素雙羥乙基醚.與傳統(tǒng)加熱方法相比，微波輻射法能顯著縮短反應(yīng)所需的時間，有效避免姜黃素等熱敏感物質(zhì)的分解，從而提高反應(yīng)產(chǎn)率.此外，以水作為合成的介質(zhì)也可降低該醚化反應(yīng)過程的環(huán)境污染，符合綠色化學(xué)的要求.因此，該方法為姜黃素醚化產(chǎn)物的制備提供了一條既快速高效又綠色環(huán)保的合成途徑.

參 考 文 獻

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Microwave－Assisted Hydroxylethyl Etherification of Curcumin

YAOQi－chao，XIONGMeng，XIAMin
（College of Science，Zhejiang Sci－Tech University，Hangzhou Zhejiang 310018，China）

The microwave－assisted hydroxylethyl etherification of curcumin with 2－chloroethanol was studied in detail by the impacts of irradiation time and temperature，solvents，bases and their amounts，concentrations，ratio of substrate amounts.It was found that the optimal conditions could be established with 76.4%yield by using 3eq potassium hydroxide as the base and 2.2eq 2－chloroethanol under microwave irradiation at 95 ℃ for 6 min in medium of water.This method could be considered as an effective approach to the preparation of curcumin hydroxylethyl diether.

curcumin；2 －chloroethanol；hydroxylethyl etherification；microwave－assisted；reaction conditions

O 629.9

A

1671－0444（2013）05－0639－05

2012－06－20

浙江省“生態(tài)染整與污染控制”重點創(chuàng)新團隊資助項目（2012R10038－09）；浙江省自然科學(xué)基金資助項目（Y4100034）

姚起超（1985—），男，山東青島人，碩士，研究方向為有機合成方法學(xué).E－mail：zs220＠vip.qq.com

夏 敏（聯(lián)系人），女，教授，E－mail：xiamin＠zstu.edu.cn