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正交設計法確定士的寧氮氧化物半合成最佳條件的研究

• 發(fā)布日期：2017/1/10 10:50:35 閱讀次數(shù)：2234
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             正交設計法確定士的寧氮氧化物半合成最佳條件的研究
  
                潘揚,張弦,潘自皓,闞祥輝,蔡寶昌
  
           (南京中醫(yī)藥大學中醫(yī)藥研究院,南京210029)
  
     摘要:目的　對士的寧氮氧化物半合成的最佳制備工藝進行了正交設計研究。方法　在合成士的寧氮氧化物過程中,將士 的寧作為前體,采用涉及氮原子的氧化反應,在一定溫度下,以無水乙醇為溶劑、30% H2O2為氧化劑,由士的寧19位N 氧化合成具半極性配位鍵的士的寧氮氧化物。用正交實驗法對士的寧氮氧化物的半合成工藝條件進行優(yōu)選,以士的寧氮氧 化物的得率(% )結(jié)合HPLC歸一化測定其純度(% )所得綜合評價指數(shù)作為觀察指標,對H2O2液量A (mL)、水浴溫度 B (℃)、反應時間C (min) 3個反應因素的3種影響水平進行L9(33)實驗。結(jié)果?、購闹庇^分析結(jié)合方差分析結(jié)果可 知,半合成士的寧氮氧化物的最佳制備工藝為A1B1C2,即取士的寧0·4 g,使溶解于30 mL無水乙醇中,加H2O2液量0·5 mL,水浴溫度為50℃,反應時間為90 min,但3因素各水平間并無顯著性差異(P>0·05)。②對最優(yōu)工藝組合(A1B1C2) 進行了3次平行驗證,結(jié)果表明,其士的寧氮氧化物得率(% )為(106·1±0·1),純度(% )為(98·4±0·2),綜合評 價指數(shù)為(10 437±17);與參試最優(yōu)工藝搭配(A1B2C2)相比,無論是得率(108·9% )或純度(98·5% )還是綜合評價 指數(shù)(10 727),二者都相差不大。結(jié)論　提示通過本正交實驗得到士的寧氮氧化物的較最佳半合成工藝條件重現(xiàn)性好、可 信度高。
  
  關鍵詞:士的寧氮氧化物;氮氧化反應;正交設計;半合成
  
  實驗證明,炮制使馬錢子(Strychnos nux-vomi- caL·)毒性降低同時讓其原有的藥理活性得以保 留。作為馬錢子中主要有毒成分同時也是有效成分 的士的寧(strychnine),在炮制過程中能轉(zhuǎn)化為士 的寧氮氧化物(strychnine N-oxide),士的寧氮氧 化物的小鼠口服的LD50僅為士的寧的1/10,它的 中毒潛伏期也顯著延長,有的中毒動物甚至可反復 抽搐(中毒癥狀)但不死亡[1]。
  
  從士的寧制備士的寧氮氧化物是一個氧化反應 的過程,也就是士的寧環(huán)上的一個N原子經(jīng)氧化 生成士的寧氮氧化物(圖1),氧化劑一般用雙氧 水(H2O2),從現(xiàn)有資料[2-3]上看此反應所得的士 的寧氮氧化物收率不太理想。本實驗從原有的氧化 反應方法著手,引入正交設計法,優(yōu)化制備工藝的 條件,并用HPLC歸一化法測定士的寧氮氧化物的 純度,以期得到較為理想的產(chǎn)物收率和純度。
  
  
  
  1　儀器與材料
  
  1·1　儀器
  
  BüCHIB-480水浴鍋; JB-100電動攪拌器 (上海醫(yī)械專機廠); METTLER AE240電子天平 KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀 器有限公司);島津HPLC儀: 7255i手動進樣閥 LC - 10AT雙泵, CBM - 10A系統(tǒng)控制器和 CLASS-LC10化學色譜工作站, SPD-10A紫外檢 測器。ERC-3415α在線脫氣機, AT-530柱溫箱 (天津奧特賽恩斯儀器有限公司); PHS-3C型精 密pH計(上海雷磁儀器廠)。
  
  1·2　試劑與藥物
  
  士的寧(供正交實驗用, Sigma公司,批號: 94F-0139, HPLC歸一化法確定純度為99·6% ); 士的寧(供優(yōu)化工藝驗證用,日本和光(WAKO) 純藥工業(yè)株式會社,批號: M8F5421, HPLC歸一 化法確定純度為99·0% );除乙腈、庚烷磺酸鈉和 水為HPLC級外,其余試劑如無水乙醇、30%過氧 化氫、甲醇、磷酸二氫鉀和磷酸均為AR級。
  
  2　方法與結(jié)果
  
  2·1　制備預實驗
  
  取士的寧0·4 g,精密稱重(0·410 7 g),置 圓底燒瓶中,加30 mL無水乙醇使溶解。量取1 mLH2O2注入燒瓶內(nèi),燒瓶上加冷凝管,放水浴中 攪拌并加熱回流,水浴溫度控制在60℃,回流60 min。所得反應液水浴使溶劑揮干,殘渣低溫(60 ℃)干燥1 h,得淺黃色晶狀物(士的寧氮氧化 物) 0·368 2 g (得率約89·6% )。結(jié)果與文獻[2-3] 報道一致,不是很高,因此我們對其反應條件進行 重新設計。
  
  2·2　正交設計實驗
  
  根據(jù)預實驗結(jié)果,初步擬定影響士的寧氮氧化 反應的主要有3個因素,分別確定實驗范圍如下: ①30%H2O2液量(A), 0·5~1·5mL;②水浴溫度 (B), 50 ~90℃;③反應時間(C), 60 ~120 min,其他實驗條件均與上述預實驗相同。根據(jù)上 述條件范圍,選用正交表L9(33),制得3個因 素、3個水平表(表1)。
  
  
  
  2·2·1　操作方法　取士的寧0·4 g,平行9份,分 別置圓底燒瓶中,加30mL無水乙醇使溶解。量取 表中所規(guī)定體積分別為(0·5, 1和1·5 mL)的 H2O2,注入燒杯內(nèi),恒溫水浴上,攪拌使反應至 一定時間。反應后的溶液回收溶劑至干,殘渣低溫 (60℃)干燥1 h,小心刮取灰白色或淺黃色殘渣 (經(jīng)1H、13C及2D-NMR鑒定, DMSO-d6為溶劑, 500MHz,確認其為士的寧氮氧化物,與文獻報 道[4]基本一致,稱重(0·000 1 g),計算得率,原 料士的寧、反應過程中和反應結(jié)束時反應液的 HPLC分析見圖2。
  
   
  
  2·2·2　士的寧氮氧化物純度測定　參照藥典方 法[5],稱取士的寧氮氧化物各約10 mg,精密稱定, 用甲醇定容至10 mL,分別注入HPLC中。流動相: 乙腈-0·01mol·L-1庚烷磺酸鈉與0·02 mol·L-1磷 酸二氫鉀等量混合液=21∶79,用10%磷酸溶液調(diào) pH 2·8; Lichrospher C18柱(4·6 mm×250mm, 5 μm),流速: 1·2 mL·min-1;檢測波長: 260 nm; 柱溫: 40℃,進樣量: 20μL,歸一化測定。
  
  2·3　結(jié)果
  
  以士的寧氮氧化物的得率(% )和HPLC歸 一化純度(% )的綜合評價指數(shù)為考察指標,進 行直觀分析、方差分析,結(jié)果見表2, 3。 根據(jù)表2, 3結(jié)果進行直觀分析,比較上述3個 因素的極差, RC>RA>RB,故影響因素的大小順序 為C>A>B。結(jié)合方差分析結(jié)果可知,因素C水平 間差異明顯比A、B大,但3因素各水平間并無顯 著性差異(P>0·05)。由此推導出從士的寧合成士 的寧氮氧化物的最佳制備工藝為A1B1C2,即取士的 寧0·4 g,加30mL無水乙醇使溶解,加H2O2液量 0·5mL,水浴溫度為50℃,反應時間為90min。 2·4　士的寧氮氧化最佳工藝的驗證
  
  
  
  取士的寧0·4 g,按士的寧氮氧化物最佳制備 工藝的條件進行3次平行反應,小心刮取灰白色殘 渣,得士的寧氮氧化物,低溫干燥,稱重 (0·000 1 g),計算得率;如上述HPLC測定純度, 結(jié)果見表4。
  
  
  
  3　結(jié)論與討論
  
  3·1　從實驗結(jié)果可見,在士的寧氮氧化反應中, 加H2O2液量0·5 mL、水浴溫度為50℃、反應時 間為90 min進行反應比較合適。一般情況下加 H2O2液量、水浴溫度對反應的收率及產(chǎn)物的純度 影響不大,但這二者與反應時間存在相關,所以只 有當H2O2液量、水浴溫度和反應時間以合適的條 件搭配才能很好地進行士的寧的氮氧化反應。
  
  3·2　本實驗選出的最優(yōu)工藝搭配A1B1C2并沒有出 現(xiàn)在參試的反應組合中,這將會給制備工藝的示范 造成一定的困難。因此我們對正交設計選出的最優(yōu) 處理組合(A1B1C2)做了進進行了驗證實驗,并 與參試最優(yōu)工藝搭配(A1B2C2)的結(jié)果作了一個 平行對比。A1B1C2與A1B2C2相比,士的寧氮氧化 物得率比為1∶1 (106·1∶108·9),純度比為1∶1 (98·4∶98·5),綜合評價指數(shù)比約為1∶1 (10 437∶10 727),二者差異十分細微。另外,本 反應中士的寧氮氧化物的理論得率應為104·8%, 但A1B1C2與A1B2C2的實際得率均顯稍高,其中原 因尚有待于進一步探討。
  
  REFERENCES
  
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  來源：中國化學試劑網(wǎng)