青蒿素的化學(xué)全合成

青蒿素的合成與研究進(jìn)展摘要：青蒿素是目前世界上最有效的治療瘧疾的藥物之一，存在活性好、毒副作用小、市場需求大、來源窄等特點。目前，青蒿素的獲取途徑主要有直接從青蒿中提取、化學(xué)合成和生物合成。本綜述將針對近年來青蒿素的發(fā)展特點及合成方法進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：青蒿素；合成方法；研究進(jìn)展青蒿素是中國學(xué)者在20世紀(jì)70年代初從中藥黃花蒿(ArtemisiaannuaL1)中分離得到的抗瘧有效單體化合物,是目前世界上最有效的治療腦型瘧疾和抗氯喹惡性瘧疾的藥物,對惡性瘧、間日瘧都有效,可用于兇險型瘧疾的搶救和抗氯喹病例的治療。青蒿素還具有抑制淋巴細(xì)胞的增殖和細(xì)胞毒性的用\o"覃等,2011#269"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>覃等</Author><Year>2011</Year><RecNum>269</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">1</style></DisplayText><record><rec-number>269</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">269</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李覃等</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">青蒿素的免疫抑制作用及其調(diào)控機制研究</style></title></titles><dates><year>2011</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>1；具有影響人體白血病U937細(xì)胞的凋亡及分化的作用\o"薄劍等,2008#270"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>薄劍等</Author><Year>2008</Year><RecNum>270</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">2</style></DisplayText><record><rec-number>270</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">270</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">薄劍等</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">青蒿素對人白血病U937細(xì)胞凋亡及分化的影響</style></title></titles><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>2；還具有部分逆轉(zhuǎn)MCF-7/ARD細(xì)胞耐藥性作用\o"余和平等,2011#273"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>余和平等</Author><Year>2011</Year><RecNum>273</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">3</style></DisplayText><record><rec-number>273</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">273</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">余和平等</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">青蒿素對乳腺癌多藥耐藥MCF-7/ADR細(xì)胞的逆轉(zhuǎn)作用</style></title></titles><dates><year>2011</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>3；還具有抑制人胃癌裸鼠移植瘤的生長的作用\o"牛高華等,2010#274"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>牛高華等</Author><Year>2010</Year><RecNum>274</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">4</style></DisplayText><record><rec-number>274</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">274</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">牛高華等</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">青蒿素對人胃癌裸鼠移植瘤的生長抑制作用及其機制的研究</style></title></titles><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>4；還具有一定的抗腫瘤作用\o"李燕飛,2009#275"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李燕飛</Author><Year>2009</Year><RecNum>275</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">5</style></DisplayText><record><rec-number>275</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">275</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李燕飛</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">青蒿素抗腫瘤作用的研究進(jìn)展</style></title></titles><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>5等。除此之外，青蒿素及其衍生物還具有生物抗炎免疫作用、生物抗腫瘤作用、抑制神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞增殖的作用等。世界衛(wèi)生組織確定為治療瘧疾的首選藥物,具有快速、高效、和低毒副作用的特征。\o",#215"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><RecNum>215</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">6</style></DisplayText><record><rec-number>215</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">215</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors></contributors><titles><title><青蒿素生物合成研究進(jìn)展_孔建強.pdf></title></titles><dates></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><RecNum>215</RecNum><record><rec-number>215</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">215</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors></contributors><titles><title><青蒿素生物合成研究進(jìn)展_孔建強.pdf></title></titles><dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>6。因在發(fā)現(xiàn)青蒿素過程中的杰出貢獻(xiàn)，屠呦呦先后被授予2011年度拉斯克臨床醫(yī)學(xué)研究獎和2015年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。1青蒿素的理化性質(zhì)及來源青蒿素的分子式為C15H22O5,相對分子質(zhì)量為282.33。是一種含有過氧橋結(jié)構(gòu)的新型倍半萜內(nèi)酯，有一個包括過氧化物在內(nèi)的1，2，4-三烷結(jié)構(gòu)單元，它的分子中還包括7個手性中心，合成難度很大。中國科學(xué)院有機所經(jīng)過研究，解決了架設(shè)過氧橋難題，在1983年完成了青蒿素的全合成。青蒿素也有一些缺點,如在水和油中的溶解度比較小,不能制成針劑使用等。2青蒿中提取青蒿素青蒿素是從菊科植物黃花蒿中提取出來的含有過氧橋的倍半萜內(nèi)酯類化合物，在治療瘧疾方面具有起效快、療效好、使用安全等特點。目前主要的提取方法有溶劑提取法、超臨界提取法、超聲波萃取法、微波萃取法、其他萃取法等。2.1有機溶劑萃取青蒿素水蒸氣蒸餾(steamdistillation，SD)法由于其具有設(shè)備簡單，操作安全，不污染環(huán)境，成本低，避免了提取過程中有機溶劑殘留對油質(zhì)造成影響等特點，是有效提取中藥揮發(fā)油的重要方法。有機溶劑提取法是目前青蒿中許多有效成分的提取目前仍然常用的方法，常用的溶劑有醇類(甲醇、乙醇等)、醚類(乙醚、石油醚等)、烷類(環(huán)己烷、氯仿等)。Filip等\o"al．,2006#258"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>al．</Author><Year>2006</Year><RecNum>258</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">7</style></DisplayText><record><rec-number>258</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">258</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">VanNF</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，VandeCS，MaesL，etal．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">QuantificationofartemisininanditsbiosyntheticprecursorsinArtemisiaannuaL</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">．byhighperformanceliquidchromatography－electrosprayquadrupoletime－of－ighttandemmassspectrometry．</style></title></titles><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>7人選用6mL的氯仿對1g新鮮黃花蒿提取1min，通過HPLC－Q－TOF－MS測定，青蒿素回收率大于97%。Yang等\o"al．,1995#259"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>al．</Author><Year>1995</Year><RecNum>259</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">8</style></DisplayText><record><rec-number>259</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">259</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">YangSL</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，ＲobertsMF，OneillMJ，etal．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">FlavonoidsandchromenesfromArtemisiaannua</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">．Phytochemistry</style></title></titles><dates><year>1995</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>8首先用甲醇提取青蒿葉與莖桿，然后用一系列有機溶劑提取，其中乙酸乙酯部分含有11個類黃酮，4個黃酮苷。但溶劑提取存在提取率不高的問題，而且所用溶劑大多有毒有害，易對人和環(huán)境造成危害。2.2超臨界CO2萃取青蒿素超臨界流體萃取(su-percriticalfluidextraction，SFE)技術(shù)是20世紀(jì)60年代興起的一種新型分離技術(shù)，其具有選擇分離效果好，提取率高，產(chǎn)物沒有有機溶劑殘留，有利于熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)的萃取等特點。青蒿中揮發(fā)油、青蒿素及其他活性成分的CO2－SFE提取，國內(nèi)外已進(jìn)行了大量的研究，但還沒有進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。Kohler\o"al．,1997#260"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>al．</Author><Year>1997</Year><RecNum>260</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">9</style></DisplayText><record><rec-number>260</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">260</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">KohlerM</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，HaerdiW，ChristenP，etal．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%"></style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">ExtractionofartemisininandartemisinicacidfromArtemisiaannuaL．usingsupercriticalcarbon</style><styleface="normal"font="default"size="100%">b</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">dioxide．</style></title></titles><dates><year>1997</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>9等采用CO2－SFE技術(shù)從黃花蒿中提取青蒿素和青蒿酸，壓力15MPa，溫度50℃，并用3%甲醇做夾帶劑，在20min內(nèi)完成了提取過程，而且效果優(yōu)于傳統(tǒng)的溶劑提取法。何春茂等\o"．,1999#261"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>．</Author><Year>1999</Year><RecNum>261</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">10</style></DisplayText><record><rec-number>261</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">261</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">HEChun</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">－mao(何春茂)，LIANGZhong－yun(梁忠云)．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">StudiesonextractionofartemisininfromArtemisiaannuaL</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">．bysupercriticalcarbondioxide(用超臨界CO2萃取技術(shù)提取青蒿素的研究)</style></title></titles><dates><year>1999</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>10對黃花蒿中萃取青蒿素的SFE工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究，得到純度超過95%的青蒿素。2.3分子蒸餾技術(shù)提取青蒿素目前分子蒸餾(moleculardistillation，MD)已在化學(xué)工業(yè)和許多天然植物的揮發(fā)油的精制方面獲得良好應(yīng)用。國內(nèi)已經(jīng)有人將MD技術(shù)應(yīng)用于青蒿揮發(fā)油的精制中，李銀塔\o"al．,2007#262"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>al．</Author><Year>2007</Year><RecNum>262</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">11</style></DisplayText><record><rec-number>262</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">262</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">LIYin</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">－ta(李銀塔)，ZHUANGGui－dong(莊桂東)，WANGBao－wei(王寶維)，etal．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">Extractionandpurificationofsouthern-woodoilwithCO2</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">－SFEanditscomponentanalysis(超臨界CO2技術(shù)分離提純青蒿揮發(fā)油及成分分析)．FineChemIcals(精細(xì)化工)</style></title></titles><dates><year>2007</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>11等用CO2－SFE技術(shù)制得青蒿油浸膏，然后用MD技術(shù)進(jìn)行精制，所得青蒿油呈淡黃色，得率為0.47%，高于傳統(tǒng)的SD法;所得精油經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用(GC－MS)分析，檢測出60個成分，主體成分為萜類化合物。2.4HFC134a溶劑萃取技術(shù)提取青蒿素HFC134a化學(xué)名為1，1，1，2－四氟乙烷(1，1，1，2－tetrafluoroethane)具有無毒、無色、不燃、熱穩(wěn)定性好等特點，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。HFC134a對青蒿素有比較好的選擇性，提取物中蠟質(zhì)和分子量高的揮發(fā)油含量很少\o"M．,2006#263"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>M．</Author><Year>2006</Year><RecNum>263</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">12</style></DisplayText><record><rec-number>263</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">263</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">LapkinAA</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，PlucinskiPK，CutlerM．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">Comparativeassessmentoftech-nologiesforextractionofartemisinin</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">．</style></title></titles><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>12。HFC134a溶劑萃取技術(shù)效率適中(62%)，但設(shè)備投資與運行費用最低。因此，HFC134a溶劑萃取技術(shù)是一種極具潛力的可規(guī)模化的青蒿素的分離和提取技術(shù)。綜上所述，青蒿有效成分提取分離技術(shù)中，溶劑提取法主要存在提取純化效率不高，再應(yīng)用和綜合利用困難等問題;基于此，許多現(xiàn)代分離方法受到越來越多的重視，CO2－SFE技術(shù)在青蒿素及其揮發(fā)油的分離提取中顯示出較強的優(yōu)勢，但是由于其設(shè)備投資大，維護(hù)費用高，工業(yè)化受到一定限制，HFC134a溶劑提取技術(shù)也有很好的前景，可應(yīng)用于青蒿中如揮發(fā)油、黃酮類化合物等其他成分提取?？傊瑢η噍镏谢钚猿煞诌M(jìn)行連續(xù)提取，有效提高青蒿利用率，減低成本，仍是值得研究和開發(fā)的領(lǐng)域。3生物合成青蒿素青蒿素是應(yīng)用廣泛的一線抗瘧藥。青蒿分布地域狹窄,青蒿素含量低(0.01%~0.5%).現(xiàn)在市售的青蒿素主要是從植物中提取出來的,含量稀少和需求廣泛導(dǎo)致青蒿素供應(yīng)不穩(wěn)定。建立一種環(huán)境友好、廉價的生產(chǎn)青蒿素的方法將是未來解決青蒿素來源問題的有效方法。近10年來,為了從根本上解決青蒿素的供需矛盾,國內(nèi)外爭相開展了青蒿素合成生物學(xué)及代謝工程研究,一方面嘗試在微生物體內(nèi)重建青蒿素生物合成途徑,另一方面對青蒿中原有的青蒿素生物合成途徑進(jìn)行遺傳改良。3.1從乙酰輔酶A到法呢基焦磷酸（FDP）生物合成青蒿素青蒿素的生物合成途徑屬于植物類異戊二烯代謝途徑。近年來的研究表明，植物類異戊二烯的生物合成至少存在兩條途徑，即甲羥戊酸途徑和丙酮酸磷酸甘油醛途徑。青蒿素等倍半萜類的生物合成途徑屬于甲羥戊酸途徑，該途徑在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。首先,由3個乙酰輔A縮合生成3羥基3甲基戊二單酰輔酶A(HMGCoA)，隨后，在HMGCoA還原酶(HMGR)的作用下，產(chǎn)生甲羥戊酸(MVA)。以后MVA經(jīng)焦磷酸化及脫羧脫水作用，形成C5的異戊烯基焦磷酸(IPP)。在這個過程中，由于甲羥戊酸的形成是一個不可逆的過程，因此，HMGR被認(rèn)為是該途徑中的第一個限速酶\o"TJ.,1987#264"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>TJ.</Author><Year>1987</Year><RecNum>264</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">13</style></DisplayText><record><rec-number>264</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">264</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>BachTJ.</author></authors></contributors><titles><title>Synthesisandmetabolismofmevanoicacidinplants.PlantPhysiolBiochem,</title></titles><dates><year>1987</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>13。然IPP與其異構(gòu)體二甲基烯丙基焦磷酸(DAMPP)在法呢基焦磷酸合酶(FDPS)的催化下，通過親電反應(yīng)機制形成牛兒基焦磷酸(GPP)，進(jìn)而形成法呢基焦磷酸(FDP)，如圖（1）。Akhila等\o"AkhilaA,1987#265"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>AkhilaA</Author><Year>1987</Year><RecNum>265</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">14</style></DisplayText><record><rec-number>265</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">265</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>AkhilaA,ThakurRS,PopliSP</author></authors></contributors><titles><title>BiosynthesisofartemisinininArtemisiaannua.</title></titles><dates><year>1987</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>14通過放射性同位素示蹤法研究了青蒿素的生物合成途徑,提出青蒿素生物合成的框架為:法呢基焦磷酸(FDP)青蒿酸二氫青蒿酸青蒿素。在此過程中,首先由FDP經(jīng)過酶促反應(yīng)形成一種未知的倍半萜類中間產(chǎn)物,該步反應(yīng)被認(rèn)為是青蒿素形成過程的重要限速步驟。1999年,Bouwmeester等\o"BouwmeesterHJ,#266"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>BouwmeesterHJ</Author><RecNum>266</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">15</style></DisplayText><record><rec-number>266</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">266</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>BouwmeesterHJ,WallaartTE,JanssenMHAetal</author></authors></contributors><titles><title> Amorpha4,11dienesynthasecatalysesthefirstprobablestepinartemisininbiosynthesis.Phytochemistry,</title></titles><dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>15從青蒿葉片中分離到青蒿素生物合成途徑的重要倍半萜類中間產(chǎn)物amorpha4,11diene,并進(jìn)一步分離了催化morpha4,11diene形成的酶,該酶是催化青蒿素生物合成的關(guān)鍵酶。.圖13.2通過調(diào)節(jié)植物激素及發(fā)育基因表達(dá)促進(jìn)青蒿素的合成細(xì)胞分裂素可刺激葉片生長,而青蒿素主要由青蒿葉片合成.因此,提高青蒿中的細(xì)胞分裂素水平有可能促進(jìn)青蒿素的合成.葉和春小組曾將異戊烯基轉(zhuǎn)移酶基因(ipt)導(dǎo)入青蒿,結(jié)果使細(xì)胞分裂素水平提高2~3倍,青蒿素含量增加30%~70%\o"GengS,2001#268"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>GengS</Author><Year>2001</Year><RecNum>268</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">16</style></DisplayText><record><rec-number>268</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">268</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>GengS,MaM,YeHC,etal</author></authors></contributors><titles><title>EffectsofiptgeneexpressiononthephysiologicalandchemicalcharacteristicsofArtemisiaannuaL.</title></titles><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>16.有關(guān)植物激素與青蒿素合成的相關(guān)性及其作用機理詳見后述.為了闡明青蒿生長發(fā)育(尤其是生殖發(fā)育)與青蒿素高產(chǎn)的關(guān)系,葉和春小組曾用擬南芥開花促進(jìn)因子1基因(fpf1)及成花基因(CO)分別轉(zhuǎn)化青蒿,結(jié)果發(fā)現(xiàn),雖然青蒿開花時間大大提前(分別提前20和14d),但青蒿素含量并無明顯提高,表明開花并非青蒿素高產(chǎn)的先決條件\o"WangH,2004#267"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>WangH</Author><Year>2004</Year><RecNum>267</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">17</style></DisplayText><record><rec-number>267</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">267</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>WangH,GeL,YeHC,etal.</author></authors></contributors><titles><title>Studiesontheeffectsoffpf1geneonArtemisiaannuafloweringtimeandonthelinkagebetweenfloweringandartemisininbiosynthesis.</title></titles><dates><year>2004</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>17。4化學(xué)合成青蒿素青蒿素是中國學(xué)者在20世紀(jì)70年代初從藥用植物黃花蒿中分離得到的抗瘧疾的有效成分是含內(nèi)過氧基團(tuán)的半萜內(nèi)酯化合物。由于具有速效和低毒性的特點，已成為世界衛(wèi)生組織推薦的治療瘧疾的首選藥物\o"artemisinin),1985#243"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>artemisinin)</Author><Year>1985</Year><RecNum>243</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">18</style></DisplayText><record><rec-number>243</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">243</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">KLAYMANDL</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">.Qinghaosu(artemisinin)</style></author></authors></contributors><titles><title>AnantimalarialdrugfromChina</title><secondary-title>Science</secondary-title></titles><periodical><full-title>Science</full-title></periodical><dates><year>1985</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>18。今年來發(fā)現(xiàn)青蒿素除了具有抗瘧疾作用外，還有多種其他的藥理作用，包括抗細(xì)菌膿毒癥、放療增敏、抗菌曾敏、抗腫瘤\o"H.,2010#244"ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA19等作用。雖然青蒿素主要來自于天然采集的野生植株和人工栽培青蒿，但是天然野生青蒿受地理環(huán)境和季節(jié)的限制以及資源的日益匱乏，難以獲得持續(xù)的發(fā)展。人工栽培占地大，耗時耗力，且植株易變異，也使得產(chǎn)量難以保證，因而開發(fā)新的青蒿素來源途徑具有重要的實際意義。所以，非常有必要研究青蒿素化學(xué)合成方法，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前現(xiàn)有的青蒿素化學(xué)合成法有化學(xué)全合成和化學(xué)半合成法。4.1青蒿素的化學(xué)全合成4.1.1香茅醛為原料1986年，周維善\o"al,1986#246"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>al</Author><Year>1986</Year><RecNum>246</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">20</style></DisplayText><record><rec-number>246</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">246</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">ZHOUWS</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，XUXX，ZHUJ，etal</style></author></authors></contributors><titles><title>Totalsynthesisofarteannuinanddeoxyarteannuin</title></titles><dates><year>1986</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>XUXX.ZHUJ.ZHOUWS</Author><Year>1984</Year><RecNum>245</RecNum><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">245</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>XUXX.ZHUJ.ZHOUWS,etal</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Studiesonstructureandsynthesesofarteannuinandrelatedcompound</secondary-title></titles><periodical><full-title>Studiesonstructureandsynthesesofarteannuinandrelatedcompound</full-title></periodical><dates><year>1984</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>20等以香茅醛為原料經(jīng)13步合成了青蒿素，實現(xiàn)了青蒿素的立體選擇性的全合成如圖（2）。該方法首次采用在氧氣和四碘四氯熒光素存在下對中間體12a采用光氧化的方法引入過氧橋，隨后通過高氯酸酸化以總收率不到1%制得青蒿素。該路線首次實現(xiàn)了青蒿素的立體選擇性全合成，雖然該路線步驟長，總收率低，但這也為青蒿素的全合成研究奠定了堅實基礎(chǔ)。圖22010年，Yadav\o"P．,2005#247"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>P．</Author><Year>2005</Year><RecNum>247</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">21</style></DisplayText><record><rec-number>247</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">247</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">YADAVJS</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，THIＲUPATHAIAHB，SＲIHAＲIP．</style></author></authors></contributors><titles><title>Aconcisestereoselectivetotalsynthesisof(+)-artemisinin</title></titles><dates><year>2005</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>21也報道了以香茅醛為起始原料的全合成路線(圖3)，該路線通過脯氨酸衍生物和3，4-二羥基苯甲酸乙酯共催化的香茅醛和甲基乙烯基甲酮(MVK)的1，4不對稱加成合成中間體2b，隨后經(jīng)分子內(nèi)羥醛縮合可得到不飽和醛酮中間體3b。3b與甲基格氏試劑加成，得到非對映異構(gòu)體4b和4b'的混合物，該混合物在SnCl4存在下環(huán)烯化得到關(guān)鍵中間體5b?；衔?b和9-BBN經(jīng)立體選擇性不對稱硼氫化、氧化可以85%收率和90%制得伯醇6b。6b經(jīng)兩步氧化成相應(yīng)酸8b后再與碘甲烷甲酯化制得關(guān)鍵前體9b，9b最后經(jīng)過光氧化反應(yīng)等一共12步反應(yīng)合成了青蒿素。該路線關(guān)鍵前體9b的總收率可達(dá)13%，但由于最后一步光氧化的收率較低只有25%，總收率為5%。圖34.1.2環(huán)己烯酮為原料合成青蒿素2012年，Cook課題組\o"P．,2012#276"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>P．</Author><Year>2012</Year><RecNum>276</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">22</style></DisplayText><record><rec-number>276</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">276</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">ZHUCY</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，COOKSILASP．</style></author></authors></contributors><titles><title>Aconcisesynthesisof(+)-artemis-inin</title></titles><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>22報道了一條非常簡潔的青蒿素全合成路線(圖4)，他們以廉價易得的環(huán)己烯酮為起始原料，通過使用串聯(lián)反應(yīng)等策略，避免使用保護(hù)基，通過5步合成得到青蒿素，總收率可達(dá)10%以上。此路線合成主要步驟包括5步:首先，通過聯(lián)苯亞膦酰胺為配體，三氟甲磺酸銅為催化劑催化二甲基鋅對環(huán)己烯酮進(jìn)行共軛加成，再一鍋進(jìn)行對巴豆基溴的烷基化，以61%的收率得到酮2j(trans-cis=7∶1，91%ee)。隨后2j和對甲苯磺酰肼反應(yīng)生成相應(yīng)的腙，再由正丁基鋰低溫鋰化得到烯丙基負(fù)離子，該負(fù)離子用DMF淬滅可得到α，β-不飽和醛3j，總收率為72%。然后3j和硅基縮酮6j在Et2AlCl或Me2AlCl作用下，發(fā)生［4+2］環(huán)化反應(yīng)得到原酸酯4j的4種不可分離的非對映異構(gòu)體的混合物(10∶4∶1∶1)，總收率大于95%，而且最大制備量可達(dá)50g。這4個異構(gòu)體無需分離，可直接用于下步反應(yīng)，因為該化合物的3個手性中心的2個的構(gòu)型不影響最后青蒿素的合成。原酸酯4j以PdCl2作為催化劑，直接用H2O2水溶液氧化，能以90%的收率得到烯烴氧化產(chǎn)物，其中甲基酮5j的收率為61%。該步直接在H2O2水溶液中氧化，操作簡單而且催化劑回收方便。最后，利用鉬酸銨催化H2O2現(xiàn)場分解得到的單線態(tài)的氧先對5j進(jìn)行氧化，然后在酸存在下將氧化物中間體最終轉(zhuǎn)化為青蒿素，總收率在29%～42%之間。該合成路線比較簡潔，成本較以往合成路線有大幅降低，總收率高達(dá)14%，并且最終可以放大到幾十克規(guī)模，有望實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。圖44.1.3薄荷酮為原料合成青蒿素1992年，Avery等\o"C．,1992#248"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>C．</Author><Year>1992</Year><RecNum>248</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">23</style></DisplayText><record><rec-number>248</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">248</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">AVE</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">ＲYMA，WESLEYKM，JENNINGS-WHITESC．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">Stereose-lectivetotalsynthesisof(+)-artemisinin</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，theantimalarialconstituentofArtemisiaannuaL</style></title></titles><dates><year>1992</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>23以薄荷酮為原料，經(jīng)10步反應(yīng)，實現(xiàn)了蒿素立體選擇性全合成(5)。薄荷酮經(jīng)堿性的H2O2環(huán)氧化反應(yīng)得到環(huán)氧化物2h再經(jīng)苯硫酚鈉反Aldol反應(yīng)，消除丙酮得到苯硫醚酮3h。3h在CH2Cl2中，－78℃條件下經(jīng)m-CPBA氧化得到亞砜4h。參考Ｒoush［11］等的方法，他們先將亞砜4h在LDA和HMPA的作用下與2-(2-溴乙基)-2，5，5-三甲基-1，3-二氧六環(huán)烷基化，得到混合物直接用鋁汞齊脫硫，能以70的收率得到C-2不同構(gòu)型的非對映體混合物(β/α=9∶1)6h。在通過生成烯丙基負(fù)離子與DMF反應(yīng)，制備不飽和醛8h時，為了提高立體選擇性，他們將酮6h與甲苯磺酰肼反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的腙7h。腙7h無需分離純化，直接抽干用于下步反應(yīng)，不但可避免水解和異構(gòu)化，而且能夠定量轉(zhuǎn)化。腙7h在四甲基乙二胺和4當(dāng)量的正丁基鋰作用下，得到紅色的烯丙基負(fù)離子溶液直接與DMF反應(yīng)，能立體選擇性的以70%收率，得到不飽和醛8h，生成的很少量2α異構(gòu)體也很容易在柱色譜時除去。為提高反應(yīng)異檸檬烯為起始原料的青蒿素化學(xué)全合成路線1·的立體選擇性，他們采用大位阻的三(三甲基硅烷基)乙醚絡(luò)合物(TTAE)作為親核試劑，對不飽和醛8h直接進(jìn)行1，2加成，生成的醇直接用醋酐/DMPA現(xiàn)場?；?，能以88%的收率得到單一的異構(gòu)體9h。通過嘗試不同鋰試劑摸索Claisen重排條件，最終采用9h在3當(dāng)量二乙胺鋰(LDEA)作用下進(jìn)行重排制備10h。10h不經(jīng)分離直接一鍋法，在2當(dāng)量的LDA作用下與碘甲烷在羧基α位烷基化得到重要中間體11h，2步總收率為63%。11h的二氯甲烷溶液中加入硫酸水溶液脫去保護(hù)，再直接用O3一鍋法氧化，能以33%～39%的收率得到青蒿素。此路線的關(guān)鍵步驟包括不飽和醛8h的和11h的合成，前者通過三甲基硅烷負(fù)離子對α，β-不飽和醛的立體選擇性加成得到，后者通過串聯(lián)Claisen酯-烯醇重排和烷基化得到。最后11h采用一鍋法經(jīng)酸性硅膠脫保護(hù)和O3氧化，多步環(huán)化等復(fù)雜的過程，最終得到青蒿素，總收率為5%。圖5后期又陸續(xù)出現(xiàn)了以檸檬烯\o"E．,1984#249"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>E．</Author><Year>1984</Year><RecNum>249</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">24</style></DisplayText><record><rec-number>249</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">249</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">ＲOUSHWILLIAMＲ，WALTSLBALANE．</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"size="100%">TotalSynthesisof(</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">－)-ptilocaulin</style></title></titles><dates><year>1984</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>24、β-蒎烯\o"P．,2012#276"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>P．</Author><Year>2012</Year><RecNum>250</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">22</style></DisplayText><record><rec-number>250</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">250</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">ZHUCY</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">，COOKSILASP．</style></author></authors></contributors><titles><title>Aconcisesynthesisof(+)-artemis-inin</title></titles><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>22、異胡薄荷醇\o"G,1996#251"ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>G</Author><Year>1996</Year><RecNum>251</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">25</style></DisplayText><record><rec-number>251</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="waz02aa5jwzsr8e2s9rvvt0vv50e2zxrdet5">251</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"size="100%">BELT</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">ＲAMEM，GOMESCONSTANTINOM，JOSEDASILVAG</style></author></authors></contributors><titles><title>Anovelasymmetrictotalsynthesisof(+)-artemisinin</title></titles><dates><year>1996</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>25等為原料的全合成路線。但是青蒿素的全合成的路線總收率都不是很高。4.2青蒿素的化學(xué)半合成通過前面總結(jié)可知，通過全合成方法來合成青蒿素，通常路線較長，因此總收率較低，成本也居高不下。因此利用具有適宜青蒿素骨架的青蒿素前體，如青蒿酸(arte-annuicacid)、青蒿素B(arteannuinB)、青蒿烯(artemisitene)等，采用半合成方法，可以有效減少合成步驟。目前半合成方法研究大都集中在生物合成方面，采用的中間體也多達(dá)十幾種。筆者將總結(jié)青蒿素的化學(xué)半合成方法，由于青蒿酸在黃花蒿中含量高，具有適宜的化