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*的提取与纯化技术

时间:2008-06-16      阅读:723

*(paclitaxel,商品名为Taxol)是从红豆杉属植物中分离出来的一种二萜类化合物,1992年底被美国食口与药物管理局(FDA)批准作为抗晚期癌症的新药上市。从天然红豆杉属植物中提取*的工作十分复杂,难度较大。其主要原因是:*在植株体内的含量大低,zui高含量不到万分之二;存在大量的*类似物。这些类似物的化学结构和性质均和*相近,致使*与它们的分离十分困难,尤其是与cephalomannine的分离。国内外学者围绕*的提取与纯化开展了大量卓有成效的工作。

    1 溶剂萃取法

    溶剂萃取法常用于*的粗提阶段。*的粗提阶段又可分为初级萃取和次级萃取。在这两级萃取过程中,溶剂的选择对于精提产物的质量和过程经济性具有重要影响。

    初级萃取和次级萃取一般采用的溶剂系统不同。各个时期的研究者对这两个过程的溶剂系统的研究结果已有详细的总结。zui近、日本学者对*提取的溶剂种类进行了详细的研究,结果表明:在乙酸乙酯、乙醚、乙腈、丙酮、甲醇、已烷、异丙醇、乙酸乙酯-甲醇、乙酸乙酯-二氯甲烷、乙酸乙酯-丙酮、乙酸乙酯-乙醚等溶剂中,以乙酸乙酯-丙酮(1:1)混和溶剂提取的效果,所得浸膏仅为植物干重的7.70%,*的含量高达浸膏的0.084%,而用甲醇提取所得浸膏为植物干重的20.98%,*的含量为浸膏的0.027%,尚需要多次抽提才能得到*含量较高的浸膏。现在看来利用乙酸乙酯-丙酮(1:1)一次便可以使*提取量高于以往常用溶剂所能得到的量,这就为后序的分离纯化工作带来很大的方便,由于乙酸乙酯-丙酮(1:1)的价格与甲醇的价格相当,且可回收再利用,因此,这一提取方法的经济性较为合理。

    在初级萃取过程中引入超声技术,可大大缩短初级萃取过程的时间。例如Xu采用甲醇-二氯甲烷(95.5)作初级溶剂,所需萃取时间约为35-60min。在溶剂系统不变的情况下,将原料与溶剂的混和物进行超声振荡,萃取达到平衡的时间缩短到仅5min,与此对比,Hoke等人采用纯甲醇作为初级溶剂,无超声振荡,所需时间长达16-48h。

    超声技术的引入,除可大大缩短萃取平衡时间外,还可以使初级萃取在低温下进行,从而避免了*在高温下转化为其它物质而造成收率降低。

    2 色谱法

    早期的色谱纯化*工艺是采用多根硅胶层析柱串联的一种操作,因为硅胶对*的不可逆吸附造成的损失很大,使得*的收率很低,仅为0.004%左右。近年来,随着色谱技术的进步,不断有新的色谱技术被引入到*的分离提取过程中来。除了HPLC(其中包括正相-HPLC、反相-HPLC)外,还有薄层色谱(TLC)法、胶束电动色谱(MEKC)和高速逆流色谱(HSC-CC)等。

    各种类型的HPLC和TLC的共同缺点是:负载量小,还适于日常大量样品有处理,仅能达到半制备规模的水平。为此,Wickremesinhe提出对甲醇粗提物通过C18的反相柱进行浓缩,然后再用C18反相制备HPLC进行纯化,Mattina等人则提出了用C18固相萃取法(SPE)从粗提物中大量收集浓缩紫杉烷类混和物的方法,结果表明SPE优于TLC纯化过程,而且具有节省时间和溶剂用量少的优点。

    从目前文献报道情况来看,HSCCC有望成为一种新的大规模制备生产*的方法。这种方法的主要优点是:具有较高的样品负载量,分离周期短,操作简便,由于这种色谱自身无固体载体,避免了分离样品与固体表面产生化学反应而变性和不可逆吸附造成的样品损失。不足之处在于*和cephalomannine不能*分开,药有一半左右的二者混和物需经制备HPLC或TLC再次分离,才可得到*纯品。另外,在HSCCC中,溶剂系统的选择对于分离效果影响较大,宜选用两组分层时间短、样品在两相溶剂各个组分中的分配系数差别较大的溶剂系统。

    MEKC虽然具有分离效率高、溶剂消耗小、速度快等优点,但其处理量小,操作复杂的缺点限制了它的应用范围,目前只能用于分析检测。

    3 膜分离法

    1994年,Carver等人采用平板式、中空纤维式和管式膜组件,对超滤膜和反渗透膜在紫杉烷类物质的分离过程中的应用进行了研究,结果表明:采用膜分离方法可以进一步浓缩粗提过程所得浸膏,使紫杉烷类物质的浓度提高5倍左右,相当于对浸膏又进行了一次预处理,从而减少了后序色谱分离的负担和*的损失。

    Raymond等人用0.2μm的尼龙膜和PVDF膜处理*的组织培养液时,发现尼龙膜截留了几乎所有的10-去乙酰基*和*以及绝大部分的cephalomannine,对其它的紫杉烷类几乎没有截留的*,大部分可以用30%、40%和50%的甲醇水溶液洗脱下来,用20%-40%乙醇溶液洗脱时,也可以到类似的效果。在用含水溶剂洗脱PVDF膜截留的紫杉烷时,*和所有的紫杉烷在溶剂极性变化小的范围内都被洗脱下来。尽管从理论上讲,有选择地从膜上洗膜紫杉烷类组分进行化学修饰,将可以实现从紫杉烷类提和物中选择性洗脱*的目标。

    4 超临界流体萃取法

    将超临界流体萃取(SFE)技术引入到*的纯化过程中,减少了含氯有机溶剂的使用,是一种不污染环境的新技术。SFEzui常用的溶剂是CO2,它本身无毒,在提取产物中又无残留,因而从用药安全角度来讲,这种技术具有其*的优点。

    1992年,Jennings等人用CO2和加入乙醇改性剂的CO2作SFE溶剂,在318K的温度和18.07-25.79MPa的压力下进行*的提取研究,结果发现树皮中的*大部分都能得到有效的提取,提取率高达0.08%(常规方法仅为0.01%),而且对*的选择性要比传统的单纯乙醇提取效果好。Nair等人用含0.001%-15%的丙酮或乙腈的CO2作溶剂,在43.4MPa,308K下用超临界技术提取*也获得了满意的效果。Caster等人以红豆杉枝叶和嫩芽做原料,用临界技术提取*时,先以纯CO2做溶剂,以除去原料中的脂类,然后加入乙醇以调节溶剂的极性,使*的产率达到了0.04%。

    虽然超临界技术在*的提取中显示出收率高、时间省等优点,但该方法对设备要求高,操作条件严格,目前还难以进行大量原料的超临界萃取。

    5 离子交换树脂法

    元英进等人采用8种树脂对东北红豆杉提取物进行脱色能力及吸附研究,结果表明聚苯乙烯型强碱树脂(Ps-A)及多乙烯多胺--环氧氯丙烷缩聚型弱碱树脂(Pc-A)对二氯甲烷粗提物的吸附及脱肥性能较好,有望用于*的纯化分离。

    杨雪峰等采用PSp-6大孔树脂,以工业反相制备色谱从云南红豆杉树皮及东北红豆杉针叶粗提物中分离*及半合成前体取得成功。在试中,单柱一次负载云南红豆杉浸膏(含*1.2%)达5kg,经三级色谱分离及重结晶得到*产品纯度大于99%,总产品收率大于80%,生产周期的196h,生产成本约1000元人民币/克,很有产业化前景。 }

 6 *键合物解离法

    *键合物是在*的三环二萜基本内核骨架上又以化学键的形式结合了其他大分子的一类物质。常见的一般为糖基*,如,7-木糖基*和7-木糖基-10-去乙酰基*等,因糖基是水溶性基因,这些化合物都是水溶性的。由于*不溶于水,因此人们推测,*键合物可能是*在植物体内运输的一种特殊形式。一般认为*的合成部位是嫩芽、枝叶或根、茎等,而储存部位是树皮。因此,非水溶性的*要从合成部位到树皮中,必须要结合一个水溶性的基因,才能实现这一转运过程。

    用甲醇或以95%乙醇浸提红豆杉的树皮和树叶,经去脂后,用CHCl3-H2O或CH2Cl2-H2O萃取,再通过柱层析分离、纯化,此方法往往使那些水溶性好的糖基化*进入水相而有所损失。为了有效地提取这部分糖基化的*,Durzan等利用木聚糖酶、纤维毒酶、果胶酶酶短叶红豆杉培养细胞和树皮的甲醇浸膏,发现经木聚糖酶酶解后紫杉烷类化合物的含量比未经酶解处理的分别提高了3倍和0.2倍。尽管酶解法的效果很好,但因其成本高,故还是无法被实际生产所采用。

    Caver等利用甲醇浸提短叶红豆杉树皮或叶片,然后将所得的浸提液经过氧化铝柱处理,经过HPLC分析后表明*的含量是未经氧化铝柱处理的4.1倍。他们推测当浸提液与氧化铝接触时可产生放热反应,所放出的热量足以使糖基化*的糖基脱离下来。当糖基化的*转化*时,其水溶性就大大降低。此时,再用CH2Cl2-H2O或CHCl3-H2O进行萃取,就几乎不再存在糖基化*损失的问题了。于是,自由态和糖基化的束缚态*几乎同时都能得到有效的提取。该法可提高*提取分离的产量,简便易行,实用前景较好。

    赵凌云针对*的键合物,研究了离子交换树脂对键合物的催化解离过程。结果表明树脂对于键合物的催化解离是一个连串反应过程,反应过程与树脂的不同配比和作用时间长短有关,质量比1:1的大孔型树脂解离含键合*的物料20-40min是较好的方案,阴离子交换树脂是防止键合*催化裂解的主要动力;阳离子交换树脂是紫用醇发生深度反应的抑制剂,外扩散对离子交换树脂解离键合*为游离*的过程有较大影响。发现树脂对*的吸附过程较为复杂:阳离子树脂对*的吸附呈现二次平衡-水(1:1)溶剂中会使*发生异构或降解反应,zui后达到吸附-反应-脱附平衡;混合树脂对*的吸附特性和单一阴树脂相似。大孔型阴离子树脂对*的吸附受表面反应控制或表面吸附

控制。作者还研究开发了固定床和气液固三相循环流化床工艺催化解离*键合物,结果表明:通过控制操作参数,使*的含量明显提高。流化床工艺优于固定床。

    7 化学反应法

    Kingston等用OSO4处理*与cephalomannine的混合物,发现OSO4能选择性地氧化cephalomannine C-13侧链末端的双键,使之形成二元醇(cephalomannine-diol),而*却不受影响。反应混和物经柱层析就可以将*和cephalomannine-diol分开。这种方法的主要特点是:对底物的纯度要求高,反应条件苛刻,不适宜氧化那些没有纯化的紫杉烷类化合物的混合物中的cephalomannine;氧化剂OsO4毒性大、价格zui贵,缺乏实用性。

    Murray等发现用含1%-10%是O3可氧化cephalomannine、taxusin、brevifolia中的某些烯键,而对*、cephalomannine、taxusin\brevlfolia中的另一种烯键却不起反应。反应混和物经硅胶柱层析就可以使其中的*得到有效的纯化。但这一方法仍需要采用硅胶柱层析才能把*和其它被氧化的紫杉烷类化合物分开,经济上还不是很合理。因此,Murray对上述方法又进行了改进;在经O3氧化后,再加入吉拉德氏肽肼-AcOH混合物,使ozo-cephalomannine(cephalomannine被O3氧化后的产物)转变成ozo-cephalomannine-吉拉德氏腙这一复合物,zui后通过选择性沉淀或乙酸乙酯-水等萃取就可以把*分离出来。用MeOH-H2O(3:1)选择性沉淀,ErOAc-H2O-MeOH(10:2:1)以及EtOAc-H2O萃取得到的*的纯度分别可达到97.5%、90%和95%,这使该法有望成为大规模纯化*的理想方法。

    1996年Kingston等人用液溴或吡啶翁过溴化物、四丁基三溴铵作为氧化剂,室温下在氯仿中反应5min,可以使*和cephalomannine混合物中的cephalomannine转化为2″,3″-溴cephalomannine),而*不受影响。反应混和物用二氯甲烷稀烯后,依次用10%Na2S2O3水溶液、水和盐水洗涤,硅胶柱纯化,可得纯度为95%的*和2″,3″-dibromocephalomannine。而2″,3″dibromocephalomannine.而2″,3″-dibromocephalomannine在乙醇中的搅拌条件下,用锌处理2h,反应后的溶液用乙酸乙酯稀释20倍,依次用饱和NaHCO3溶液、水和盐水洗涤后,经制备TLC纯化,cephalomannine收率可达92%,纯度为88%。

    8 药理作用靶点法

    药理作用靶点法是本科研组提出的一种基于*药理作用研究成果的全新的*分离纯化方法。药物的作用靶点是指药物在生物体内发挥作用时进攻或结合的生理组织。*的药理研究结果表明,*的药理作用靶点是体内的微管,微管是微管蛋白的聚合态。微管蛋白zui主要的特点是高温下聚合成微管,低温下解聚成微管蛋白二聚体(dimer)形式。*可以靶向地结合在微管上并有效地抑制微管的解聚,而不与微管蛋白的二聚体发生作用。与*zui难分离的cephalomannine不具有这种特性。通过初步的研究,在一定的条件下,*与cephalomannine的混和物经药理作用靶点法纯化后,*的纯度可达95%以上。

    作为一种*纯化新技术,药理作用靶点法具有以下特点:依据天然抗癌物质与其药理作用靶点的可逆特异性结合作用来进行分离纯化,较常规的萃取、柱层析及各种组合色谱等方法具有简便、特异性的特点;2)*珉春药物作用靶点微管,在天然抗癌物质及药理作用靶点两方面都具有代表性,其研究成果易于推广到其它抗癌物质及其药理作用靶点的物系,具有普遍应用价值。

    天然抗癌药物如*是目前世界范围内医药界的一大热点,前景广阔,对攻克人类顽症、提高健康水平具有重大意义。而在这些药物的研究、开发尤其是生产中,产品的分离纯化是zui难解决的问题之一,迫切需要新型化工分离技术和化工研究人员的参与,这也是目前医药行业与化工技术结合越来越紧密的关键所在。 }

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