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正交设计法确定士的宁氮氧化物半合成最佳条件的研究

• 发布日期：2017/1/10 10:50:35 阅读次数：1968
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             正交设计法确定士的宁氮氧化物半合成最佳条件的研究
  
                潘扬,张弦,潘自皓,阚祥辉,蔡宝昌
  
           (南京中医药大学中医药研究院,南京210029)
  
     摘要:目的　对士的宁氮氧化物半合成的最佳制备工艺进行了正交设计研究。方法　在合成士的宁氮氧化物过程中,将士 的宁作为前体,采用涉及氮原子的氧化反应,在一定温度下,以无水乙醇为溶剂、30% H2O2为氧化剂,由士的宁19位N 氧化合成具半极性配位键的士的宁氮氧化物。用正交实验法对士的宁氮氧化物的半合成工艺条件进行优选,以士的宁氮氧 化物的得率(% )结合HPLC归一化测定其纯度(% )所得综合评价指数作为观察指标,对H2O2液量A (mL)、水浴温度 B (℃)、反应时间C (min) 3个反应因素的3种影响水平进行L9(33)实验。结果　①从直观分析结合方差分析结果可 知,半合成士的宁氮氧化物的最佳制备工艺为A1B1C2,即取士的宁0·4 g,使溶解于30 mL无水乙醇中,加H2O2液量0·5 mL,水浴温度为50℃,反应时间为90 min,但3因素各水平间并无显著性差异(P>0·05)。②对最优工艺组合(A1B1C2) 进行了3次平行验证,结果表明,其士的宁氮氧化物得率(% )为(106·1±0·1),纯度(% )为(98·4±0·2),综合评 价指数为(10 437±17);与参试最优工艺搭配(A1B2C2)相比,无论是得率(108·9% )或纯度(98·5% )还是综合评价 指数(10 727),二者都相差不大。结论　提示通过本正交实验得到士的宁氮氧化物的较最佳半合成工艺条件重现性好、可 信度高。
  
  关键词:士的宁氮氧化物;氮氧化反应;正交设计;半合成
  
  实验证明,炮制使马钱子(Strychnos nux-vomi- caL·)毒性降低同时让其原有的药理活性得以保 留。作为马钱子中主要有毒成分同时也是有效成分 的士的宁(strychnine),在炮制过程中能转化为士 的宁氮氧化物(strychnine N-oxide),士的宁氮氧 化物的小鼠口服的LD50仅为士的宁的1/10,它的 中毒潜伏期也显著延长,有的中毒动物甚至可反复 抽搐(中毒症状)但不死亡[1]。
  
  从士的宁制备士的宁氮氧化物是一个氧化反应 的过程,也就是士的宁环上的一个N原子经氧化 生成士的宁氮氧化物(图1),氧化剂一般用双氧 水(H2O2),从现有资料[2-3]上看此反应所得的士 的宁氮氧化物收率不太理想。本实验从原有的氧化 反应方法着手,引入正交设计法,优化制备工艺的 条件,并用HPLC归一化法测定士的宁氮氧化物的 纯度,以期得到较为理想的产物收率和纯度。
  
  
  
  1　仪器与材料
  
  1·1　仪器
  
  BüCHIB-480水浴锅; JB-100电动搅拌器 (上海医械专机厂); METTLER AE240电子天平 KQ-500DE型数控超声波清洗器(昆山市超声仪 器有限公司);岛津HPLC仪: 7255i手动进样阀 LC - 10AT双泵, CBM - 10A系统控制器和 CLASS-LC10化学色谱工作站, SPD-10A紫外检 测器。ERC-3415α在线脱气机, AT-530柱温箱 (天津奥特赛恩斯仪器有限公司); PHS-3C型精 密pH计(上海雷磁仪器厂)。
  
  1·2　试剂与药物
  
  士的宁(供正交实验用, Sigma公司,批号: 94F-0139, HPLC归一化法确定纯度为99·6% ); 士的宁(供优化工艺验证用,日本和光(WAKO) 纯药工业株式会社,批号: M8F5421, HPLC归一 化法确定纯度为99·0% );除乙腈、庚烷磺酸钠和 水为HPLC级外,其余试剂如无水乙醇、30%过氧 化氢、甲醇、磷酸二氢钾和磷酸均为AR级。
  
  2　方法与结果
  
  2·1　制备预实验
  
  取士的宁0·4 g,精密称重(0·410 7 g),置 圆底烧瓶中,加30 mL无水乙醇使溶解。量取1 mLH2O2注入烧瓶内,烧瓶上加冷凝管,放水浴中 搅拌并加热回流,水浴温度控制在60℃,回流60 min。所得反应液水浴使溶剂挥干,残渣低温(60 ℃)干燥1 h,得浅黄色晶状物(士的宁氮氧化 物) 0·368 2 g (得率约89·6% )。结果与文献[2-3] 报道一致,不是很高,因此我们对其反应条件进行 重新设计。
  
  2·2　正交设计实验
  
  根据预实验结果,初步拟定影响士的宁氮氧化 反应的主要有3个因素,分别确定实验范围如下: ①30%H2O2液量(A), 0·5~1·5mL;②水浴温度 (B), 50 ~90℃;③反应时间(C), 60 ~120 min,其他实验条件均与上述预实验相同。根据上 述条件范围,选用正交表L9(33),制得3个因 素、3个水平表(表1)。
  
  
  
  2·2·1　操作方法　取士的宁0·4 g,平行9份,分 别置圆底烧瓶中,加30mL无水乙醇使溶解。量取 表中所规定体积分别为(0·5, 1和1·5 mL)的 H2O2,注入烧杯内,恒温水浴上,搅拌使反应至 一定时间。反应后的溶液回收溶剂至干,残渣低温 (60℃)干燥1 h,小心刮取灰白色或浅黄色残渣 (经1H、13C及2D-NMR鉴定, DMSO-d6为溶剂, 500MHz,确认其为士的宁氮氧化物,与文献报 道[4]基本一致,称重(0·000 1 g),计算得率,原 料士的宁、反应过程中和反应结束时反应液的 HPLC分析见图2。
  
   
  
  2·2·2　士的宁氮氧化物纯度测定　参照药典方 法[5],称取士的宁氮氧化物各约10 mg,精密称定, 用甲醇定容至10 mL,分别注入HPLC中。流动相: 乙腈-0·01mol·L-1庚烷磺酸钠与0·02 mol·L-1磷 酸二氢钾等量混合液=21∶79,用10%磷酸溶液调 pH 2·8; Lichrospher C18柱(4·6 mm×250mm, 5 μm),流速: 1·2 mL·min-1;检测波长: 260 nm; 柱温: 40℃,进样量: 20μL,归一化测定。
  
  2·3　结果
  
  以士的宁氮氧化物的得率(% )和HPLC归 一化纯度(% )的综合评价指数为考察指标,进 行直观分析、方差分析,结果见表2, 3。 根据表2, 3结果进行直观分析,比较上述3个 因素的极差, RC>RA>RB,故影响因素的大小顺序 为C>A>B。结合方差分析结果可知,因素C水平 间差异明显比A、B大,但3因素各水平间并无显 著性差异(P>0·05)。由此推导出从士的宁合成士 的宁氮氧化物的最佳制备工艺为A1B1C2,即取士的 宁0·4 g,加30mL无水乙醇使溶解,加H2O2液量 0·5mL,水浴温度为50℃,反应时间为90min。 2·4　士的宁氮氧化最佳工艺的验证
  
  
  
  取士的宁0·4 g,按士的宁氮氧化物最佳制备 工艺的条件进行3次平行反应,小心刮取灰白色残 渣,得士的宁氮氧化物,低温干燥,称重 (0·000 1 g),计算得率;如上述HPLC测定纯度, 结果见表4。
  
  
  
  3　结论与讨论
  
  3·1　从实验结果可见,在士的宁氮氧化反应中, 加H2O2液量0·5 mL、水浴温度为50℃、反应时 间为90 min进行反应比较合适。一般情况下加 H2O2液量、水浴温度对反应的收率及产物的纯度 影响不大,但这二者与反应时间存在相关,所以只 有当H2O2液量、水浴温度和反应时间以合适的条 件搭配才能很好地进行士的宁的氮氧化反应。
  
  3·2　本实验选出的最优工艺搭配A1B1C2并没有出 现在参试的反应组合中,这将会给制备工艺的示范 造成一定的困难。因此我们对正交设计选出的最优 处理组合(A1B1C2)做了进进行了验证实验,并 与参试最优工艺搭配(A1B2C2)的结果作了一个 平行对比。A1B1C2与A1B2C2相比,士的宁氮氧化 物得率比为1∶1 (106·1∶108·9),纯度比为1∶1 (98·4∶98·5),综合评价指数比约为1∶1 (10 437∶10 727),二者差异十分细微。另外,本 反应中士的宁氮氧化物的理论得率应为104·8%, 但A1B1C2与A1B2C2的实际得率均显稍高,其中原 因尚有待于进一步探讨。
  
  REFERENCES
  
  [1]　MA C,HEYW,CAIB C·Strychnine
  
  and brucine comparedwith
  
  strychnineN-oxide and brucineN-oxide
  
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  (南京中医学院学报) , 1994, 10(2): 37- 38, 64·
  
  [2]　CAIB C,HE YW, ZHANG Y Q,
  
  et al·Strychnine N-oxide and
  
  brucineN-oxide[J]·J Chin Pharm 
  
  Sci(中国药学英文版) , 1994, 29(3): 169-171·
  
  [3]　CAIB C,WU H,WANG T S,et al·
  
  Semisynthesis of strychnine
  
  oxide and brucinin oxide[J]·
  
  JChin Pharm Sci(中国药学英文 版), 1998, 7(3): 169-170·
  
  [4]　HADDEN C E,KALUZNY B D,
  
  ROBINS R H,et al·Effects of
  
  N-oxidation on the15N chemical
  
  shifts in the strychnos alkaloids
  
  strychnine and brucine[ J]·
  
  Magn Reson Chem, 1999, 37 (4): 325-327·
  
  [5]　Ch·P(2005)VolⅠ(中国药典2005年版·一部)
  
  [S]·Bei- jing:Chemical Industry 
  
  

  Press, 2005: 34-35·

  来源：中国化学试剂网