水溶性維生素E（TPGS）生產工藝的研究

蔡東霖，劉 貝，王捍東，王宇光

（浙江工業大學生物工程學院，浙江 杭州 310014）

TPGS是維生素E水溶性的衍生物，是由親油性的琥珀酸維生素E的羧基和親水性的聚乙二醇1000的一端羥基在酸作為催化劑的條件下進行酯化反應合成的產物，其相對分子質量大約1500，常溫條件下是淺黃色固體，熔點在40℃～41℃。TPGS不僅具有維生素E的親油特性，也有聚乙二醇的親水特性，因此TPGS一般被用作表面活性劑、乳化劑、增溶劑、水溶性金屬催化劑[1]等。很多金屬催化劑的配體不具有水溶性，不能使用安全環保的水作為溶劑，大大限制了綠色環保反應的應用。維生素E是人體生命活動不可缺少的維生素，也是常用的抗氧化劑。但是維生素E在常溫條件下不穩定，容易被空氣氧化，況且其表面活性差。TPGS在常溫條件下可以穩定存在[2]，并且還具有維生素E的生物活性。隨著維生素E的基團被修飾，賦予TPGS許多新的生物活性，例如TPGS具有很好的抗癌作用，像尿路上皮癌、乳腺癌、血液惡性腫瘤等[2-4]；例如TPGS可以增強藥物的吸收功效，例如奧沙利鉑與TPGS聯合使用在脂質納米體系中可以增強結腸癌的治療功效[5]、姜黃素和TPGS聯合使用可以增強抗癌功能[6]。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和設備

維生素 E（96%）、琥珀酸酐（AR）、聚乙二醇1000（AR）、三乙胺（AR）、氫氧化鈉（AR）、硫酸（AR）、對甲苯磺酸 （AR）、甲苯 （AR）、正己烷（AR）、乙酸乙酯（AR）等試劑。

自動控溫攪拌器、迪安-斯達克榻分水器、旋轉蒸發儀、精密電子天平等設備。

1.2 TPGS的合成過程

1.3 實驗步驟

1.3.1 TAS的制備過程

圖-1 TPGS的合成過程

在氮氣氣氛中，將維生素E生育酚（8.60 g，20.00 mmol）和琥珀酸酐（3.00 g，30.00 mmol）加入三口反應瓶中，用20 mL甲苯溶解，再向其中加入 0.70 mL Et3N（5.00 mmol），室溫攪拌 3 min，然后將溫度升到60℃繼續反應5 h。TLC檢測維生素E生育酚反應完全后，將水加入到反應液中，用二氯甲烷萃取。合并的有機層，用1 mol/L HCl（3×50 mL）和水（2×30 mL）洗滌，用無水硫酸鈉干燥，真空濃縮，得到TAS粗品。用正己烷重結晶，得 TAS精品（10.00 g，95%），產物為白色固體。1H NMR （600 MHz， CDCl3） δ 2.93 （t， J=6.6 Hz， 2H）， 2.83 （t， J=6.7 Hz， 2H）， 2.58 （t， J=6.8 Hz， 2H）， 2.08 （s，3H），2.01 （s， 3H），1.97 （s， 3H）， 1.83～1.71 （m， 2H）， 1.57～1.48（m，3H）， 1.44～1.33 （m， 4H），1.28～1.20 （m，8H）， 1.13 （ddt， J=13.1， 10.5， 7.3 Hz， 3H），1.06 （ddd，J=12.5，10.5，8.0 Hz，3H），0.89～0.82 （m，12H）.

1.3.2 TPGS的制備過程

用甲苯 （20 mL）將維生素 E琥珀酸酯（5.31 g，10 mmol）溶解待用。 在氮氣氣氛中，硫酸（0.20 g，1.00 mmol）緩慢溶到含有甲苯（30 mL）的三口反應瓶中，再向其中加入PEG1000（15.00 g，15 mmol），使用迪安 -斯達克榻分水器，待反應開始回流，將溶解的維生素E琥珀酸酯緩慢滴加到反應瓶中，3～4 h內滴加完畢。反應再繼續回流6 h。TLC檢測維生素E琥珀酸酯反應完全，冷卻至室溫后，用旋轉蒸發儀蒸掉甲苯。用20 mL二氯甲烷溶解，用5 mL飽和碳酸氫鈉溶液水洗兩次，合并有機相并旋干。用乙酸乙酯（20 mL）加熱溶解混合物，在冰浴條件下重結晶，過濾，用乙酸乙酯（20 mL×5）洗滌濾渣，收集濾渣，用真空干燥濾渣，得目標化合物（4.89 g，質量收率 92%），為蠟狀淺黃色固體。1H NMR （600 MHz，CDCl3）δ 3.65 （s， 93H）， 2.94 （t， J=6.6 Hz， 2H）， 2.77（t， J=6.7 Hz， 2H）， 2.58 （t， J=6.8 Hz， 2H），2.08 （s， 3H）， 2.01 （s， 3H）， 1.97（s， 3H）， 1.83～1.71 （m，2H），1.57～1.48 （m，3H），1.44～1.33（m， 4H）， 1.28～1.20 （m， 8H）， 1.13 （ddt，J=13.1， 10.5，7.3 Hz，3H），1.06 （ddd，J=12.5，10.5， 8.0 Hz， 3H）， 0.88～0.81 （m， 12H）.

2 TPGS合成工藝的結果與討論

2.1 催化劑對反應的影響

表1 反應時間對產率的影響a

由表1可以得出，使用酸作為催化劑，使用硫酸和對甲苯磺酸作為催化劑，產率都能達到92%，使用硫酸作為催化劑，價格便宜，而且后處理簡單，水洗即可除掉，適合工業生產，但是不宜局部溫度過大，硫酸需先溶解在甲苯中緩慢滴加。但是對甲苯磺酸后處理困難，不易水洗，不適宜工業生產，最終選擇硫酸作為催化劑。

2.2 投料比對反應的影響

表2 投料比對產率的影響a

由表2可以得出，投料比會影響產物的結構，投料比1∶1.2產率最高，產率達到92%。投料比最終選擇1∶1.2。

2.3 溫度對反應的影響

表3 溫度對產率的影響a

由表3可以看出，溫度從90℃升至120℃，產率明顯增加，溫度在112℃和120℃產率最高。因此最終選擇112℃為最佳溫度。

2.4 時間對反應的影響

表4 反應時間對產率的影響a

由表4可以得出，反應在一定條件下，酯化時間越長，酯化產率增高。隨著反應時間的增加，酯化產率趨于平衡，10 h酯化產率最高。

2.5 產品的純化研究

表5 溶劑對重結晶的影響

考慮到TPGS產品及其所含雜質的特性，不適合于采用蒸餾等常用的純化方法，而是比較適合于重結晶的純化方法。因此經對乙酸乙酯、甲醇、二氯甲烷、石油醚等幾種溶劑的篩選發現，甲醇作為重結晶的溶劑，TPGS的純度只有85%，二氯甲烷和石油醚純度較低，乙酸乙酯作為重結晶的溶劑，純度最高（表5）。因此選擇乙酸乙酯作為重結晶的最佳溶劑。

3 結論

以維生素E和琥珀酸作為起始原料，利用三乙胺作為催化劑通過酯化反應合成TAS，隨后以TAS和聚乙二醇1000為原料，利用硫酸作為催化劑合成TPGS，本工藝路線原料易得、操作簡便、工藝穩定、收率較高，易于工業化，合成TPGS的最佳工藝條件為：使用甲苯作為溶劑，硫酸作為最佳催化劑，TAS∶PEG1000=1∶1.2為最佳投料比，最佳反應溫度為112℃，反應時間為10 h，乙酸乙酯作為最佳重結晶溶劑。