蝦青素的化學(xué)合成法概述＊

龍昇輝，劉景林，許 良

（內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼 028042）

蝦青素的化學(xué)合成法概述＊

龍昇輝，劉景林，許 良

（內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼 028042）

蝦青素是萜類化合物β－胡蘿卜素的一種，廣泛存在于自然界中，具有較強(qiáng)的抗氧化活性和多種生理活性，應(yīng)用于諸多領(lǐng)域.綜述了蝦青素的幾種化學(xué)合成方法，再展望了蝦青素的發(fā)展前景.

蝦青素；化學(xué)合成；概述

1 化學(xué)合成法概要

1.1 F.Hoffmann-LaRoche公司合成路線

F.Hoffmann-LaRoche公司合成路線［6－7］（圖2）以6－氧代異佛爾酮為原料，首先利用丙酮與甲醛在弱堿條件下發(fā)生羥醛縮合生成羥基丁酮，然后失水生成α－β不飽和丁烯酮，再與乙炔發(fā)生1，2－親核加成生成六碳炔叔醇，在硫酸作用下重排成六碳炔伯醇，再將羥基進(jìn)行保護(hù)然后與6－氧代異佛爾酮發(fā)生一系列轉(zhuǎn)化生成十五碳三苯基季鏻鹽，最后在強(qiáng)堿作用下與2，7－二甲基－2，4，6－辛三烯－1，8－二醛進(jìn)行雙邊的Wittig反應(yīng)形成目標(biāo)產(chǎn)物蝦青素.

圖2 F.Hoffmann-LaRoche公司合成路線

1.2 BASF公司合成路線

BASF公司合成路線［8－9］（圖3）與瑞士F.Hoffmann-LaRoche公司的生產(chǎn)路線大同小異，最主要的區(qū)別在于合成中間體六碳炔叔醇并不先經(jīng)過酸化重排，而是先將羥基進(jìn)行保護(hù)，再與6－氧代異佛爾酮發(fā)生一系列轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的過程中進(jìn)行重排，最后得到目標(biāo)產(chǎn)物蝦青素.這2條路線雖然生產(chǎn)過程比較長(zhǎng)，中間過程的控制方法難度比較大、要求嚴(yán)格，工藝流程很復(fù)雜，但是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，是市場(chǎng)上蝦青素供應(yīng)的最主要工業(yè)化來源.

圖3 BASF公司合成路線

1.3 國內(nèi)皮士卿等人合成路線

國內(nèi)皮士卿等人合成路線［10］（圖4）嘗試了另一種生產(chǎn)十五碳季膦鹽的方法.以α－紫羅蘭酮為原料，經(jīng)過間氯過氧苯甲酸處理生成α－紫羅蘭酮環(huán)氧化衍生物，然后依次經(jīng)過堿化水解、中間體純化、與乙烯基格氏試劑加成、選擇性氧化、堿化硅醚化保護(hù)、再環(huán)氧化、水解等中間過程，接著在氫溴酸作用下酸化重排生成十五碳1°－溴代烴，再與三苯基膦作用生成十五碳三苯基季鏻鹽，最后在強(qiáng)堿正丁基鋰或二異丙基胺鋰作用下與2，7－二甲基－2，4，6－辛三烯－1，8－二醛進(jìn)行雙向Wittig反應(yīng)生成最終產(chǎn)物蝦青素.

圖4 國內(nèi)皮士卿等人合成路線

1.4 C20＋2C10合成路線

C20＋2C10合成路線［11］（圖5）最主要是利用了α－β不飽和烯醇醚與二十碳雙縮醛發(fā)生縮合、堿化形成蝦青素，但是合成過程中有一部分中間體合成難度很大，選擇性控制過程很難，不能進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，只是有一定的參考價(jià)值.

圖5 C20＋2C10合成路線

1.5 二甲基蝦青素轉(zhuǎn)化路線

二甲基蝦青素轉(zhuǎn)化路線［12］（圖6）以β－紫羅蘭酮為原料，先與NBS發(fā)生烯丙位的溴代，再通過一系列的中間轉(zhuǎn)化過程生成最重要的合成中間體十九碳醛，后者與乙炔基格氏試劑進(jìn)行雙向羰基親核加成生成蝦青素的C鏈骨架，然后經(jīng)過中間轉(zhuǎn)化、氧化、還原生成二甲基蝦青素，最后水解轉(zhuǎn)化生成蝦青素.此路線最主要的缺陷在于二甲基蝦青素轉(zhuǎn)化為蝦青素的效率很低，而且轉(zhuǎn)化容易帶來進(jìn)一步的氧化，控制難度大，停留困難.

圖6 二甲基蝦青素轉(zhuǎn)化路線

1.6 角黃素轉(zhuǎn)化路線

角黃素轉(zhuǎn)化路線［13］（圖7）以角黃素為原料，經(jīng)過堿化、硅醚化、環(huán)氧化、水解等4個(gè)過程合成了蝦青素，有路線短、收率高（約產(chǎn)率60%）的特點(diǎn)，但是角黃素的成本高，而且生產(chǎn)過程中有一定的危險(xiǎn)性，難以達(dá)到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的要求.不過從其合成過程中能得到一定的啟示和借鑒.

圖7 二角黃素轉(zhuǎn)化路線

2 小結(jié)與前景展望

通過概述目前蝦青素的化學(xué)合成方法，認(rèn)識(shí)到蝦青素的工業(yè)化生產(chǎn)問題依然很嚴(yán)峻，蝦青素的生產(chǎn)量、價(jià)格依然不能滿足普遍的市場(chǎng)需求，因此尋求出更加廉價(jià)、高產(chǎn)、有效的合成生產(chǎn)路線將是以后各國科研機(jī)構(gòu)研究的重大課題.基于蝦青素的超強(qiáng)生理活性及其在制藥、保健、化妝、食品等各行業(yè)的重大作用，相信如果能對(duì)它的研究取得突破性的進(jìn)展，一定會(huì)給全人類創(chuàng)造出無可比擬的價(jià)值.

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（責(zé)任編輯 向陽潔）

Overview of Chemical Synthesis Methods of Astaxanthin

LONG Sheng-hui，LIU Jing-lin，XU Liang
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Inner Mongolia University for Nationalities，Tongliao 028042，Inner Mongolia China）

Astaxanthin，a kind of beta-carotene，exists widely in nature.Astaxanthin has strong antioxidant activity and other physiological activity，with promising applications in many fields.In this paper，recent advances of astaxanthin chemical syntheses are reviewed，and the research trends of the astaxanthin are prospected.

astaxanthin；chemical synthesis；review

TS201.3；TS202.3

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.06.018

1007－2985（2013）06－0071－05

蝦青素（astaxanthin），學(xué)名3，3’－二羥基－β，β’－胡蘿卜素－4，4’－二酮，屬葉黃族酮式類胡蘿卜素，分子式為C40H52O4，相對(duì)分子量為596.8［1］，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如圖1所示.

圖1 蝦青素結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

純品蝦青素為暗紫棕色晶體，熔點(diǎn)為224℃［2］，蝦青素在生物體內(nèi)經(jīng)常與蛋白質(zhì)結(jié)合從而顯示出藍(lán)紫色，蝦青素中的“青”字源于此故，蛋白質(zhì)變性后呈現(xiàn)出橙紅色.由于只存在2個(gè)羥基，而其他均為疏水性基團(tuán)，因此蝦青素水溶性很差而脂溶性較強(qiáng).一般而言，蝦青素溶于吡啶、苯、二硫化碳、氯仿、二氯甲烷，微溶于石油醚、乙醇、甲醇、乙醚、異丙醇等多數(shù)有機(jī)溶劑.蝦青素的長(zhǎng)鏈不飽和雙鍵體系，使得它的性質(zhì)不穩(wěn)定，易于異構(gòu)化和降解.在氧、熱、紫外光、自然光的條件下不穩(wěn)定，而抗氧化劑、惰性氣體和色拉油對(duì)其有一定的保護(hù)作用［3］.蝦青素分子中與2個(gè)羥基相連的碳原子為手性碳原子，因此存在3種旋光異構(gòu)體（分別為3R，3’R；3S，3’S；3R，3’S），自然界存在的蝦青素為全反式的［4］.蝦青素的生物活性功能主要有防止油脂氧化、清除自由基、淬滅單線態(tài)氧，其抗氧化活性是維生素E的550倍，是β－胡蘿卜素等類胡蘿卜素的10倍，被譽(yù)為“超級(jí)抗氧化劑”，故蝦青素有防止DNA的自由基損傷、防治心腦血管疾病、預(yù)防癌癥、抗衰老、保護(hù)皮膚免受紫外線損傷等生理作用，并且最重要的是，大鼠實(shí)驗(yàn)表明蝦青素沒有明顯的毒性作用［5］，因此蝦青素可以在動(dòng)物飼料添加劑、食品添加劑、保健品、制藥業(yè)、化妝品等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用.蝦青素的來源主要有生物發(fā)酵提取和人工化學(xué)合成.生物發(fā)酵提取包括從水產(chǎn)品加工業(yè)的廢棄物中提取蝦青素和微生物發(fā)酵生產(chǎn)蝦青素，因?yàn)槌杀靖?、產(chǎn)量小，所以導(dǎo)致在市場(chǎng)上的占有量很小.目前，市場(chǎng)上大多數(shù)的蝦青素是通過瑞士F.Hoffmann-LaRoche公司和德國BASF公司人工合成生產(chǎn).筆者對(duì)蝦青素的幾種化學(xué)合成方法進(jìn)行了綜述.

2013－05－14

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81260682；21362020）；內(nèi)蒙古科技計(jì)劃項(xiàng)目（20110606）

龍昇輝（1988－），男，湖南鳳凰人，內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士研究生，主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)研究

許 良（1966－），男，內(nèi)蒙古赤峰人，內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)研究.