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【摘要】 在二氢青蒿素制备β-蒿甲醚的过程中，有10~30%的α-蒿甲醚生成。回收的α-蒿甲醚可以转化为β-蒿甲醚，两次转化后β-蒿甲醚的收率可达到70%。所建立的将 α-蒿甲醚差向异构化为β-蒿甲醚的方法可有效提高β-蒿甲醚的制备收率。
【关键词】 α-蒿甲醚；β-蒿甲醚；差向异构化；转化；制备
An epimerization method for transforming α-Artemether toβ-Artemether
Yu Yonghao 1,2, Wang Pu 1*
(1. School of Pharmaceutical Science, Shandong University, Jinan 250012; 2. Xinchang Pharmaceutical Factory, Xinchang, Zhejiang 312500)
【Abstract】 In the conversion of dihydroartemisinin to β-Artemether, 10~30% α-Artemether is produced. Using the recovered α-Artemether as starting material, and transforming it to β-Artemether, 70% yield of β-Artemether can be obtained through twice conversion. The established epimerization method in this paper can improve the overall yield of β- Artemether efficiently.
【Key words】 α-Artemether; β- Artemether; epimerization; conversion; preparation
青蒿素是我國在世界上首先研制成功的一种抗疟药，而蒿甲醚是青蒿素修饰后的衍生物 [1]。全世界每年疟疾发病3~5亿，死亡150~270万。复方蒿甲醚杀疟原虫速度快，对疟疾治愈率高 [2]，是国际上广泛认可的中国原创药物，到2005年底已被26个亚非国家指定为治疗疟疾的一线用药。
蒿甲醚有α-蒿甲醚和β-蒿甲醚两种差向异构体，在蒿甲醚药物中用到的是β-蒿甲醚，其化学名为 (3R, 5aS, 6R, 8aS, 9R, 10S, 12R, 12aR)-十氢-10-甲氧基-3, 6, 9-三甲基-3, 12-桥氧-12H-吡喃并[4, 3-j]-1, 2-苯并二塞平。β-蒿甲醚的生产工艺一般是由青蒿素还原得到二氢青蒿素，再经甲醚化得到β-蒿甲醚。但在二氢青蒿素进行甲醚化得到β-蒿甲醚的反应中，约有10~30% 的α-蒿甲醚生成，使得β-蒿甲醚的收率约为60~80% [3,4]。
用于青蒿素提取的黄花蒿中，青蒿素含量很低，一般只有0.7% [5]，种植黄花蒿需大量土地资源。因此，提高β-蒿甲醚的收率从而提高青蒿素的利用率，可节约土地资源，降低产品成本。通过将副产物α-蒿甲醚转化为β-蒿甲醚，既可有效提高β-蒿甲醚的制备收率，又可减少固体废弃物，隐含着可观的经济及社会效益。
将α-蒿甲醚转化为β-蒿甲醚的报道相对较少，目前主要有两个专利报道了回收利用α-蒿甲醚的相关方法 [5,6]。其中，专利 EP0330520 涉及到将α-蒿乙醚差向异构化为β-蒿乙醚的工艺，结晶收率为 30% ~ 40%，收率较低 [5]。而且参照其工艺结晶得到的β-蒿甲醚不纯，含有较多的α-蒿甲醚。而专利 CN 1106011则将α-蒿甲醚转化为双氢青蒿素，宣称收率为 53% ~ 56% [6]。但重复其工艺，得到的双氢青蒿素也不纯，含有较多的杂质。若将双氢青蒿素再转化为β-蒿甲醚，总收率也仅为40%左右。
在专利EP0330520的基础上，本文优化了反应及结晶条件，在甲苯和甲醇的混合溶剂中，将α-蒿甲醚或α-蒿甲醚和β-蒿甲醚的混合物在浓硫酸存在下部分转化为β-蒿甲醚，然后蒸去甲苯，用甲醇和水结晶可得到纯度达 99% 以上的 β-蒿甲醚。经过两次转化，α-蒿甲醚制备β-蒿甲醚的收率可达到70%，是已有专利结晶收率的近两倍左右。所建方法可有效提高制备β-蒿甲醚的总收率，并且易于工业化，具有可观的经济及社会效益。此外，对于获得较纯的α-蒿甲醚，文献中均采用柱层析法 [6,7]。本文通过探索比较，建立了有效的萃取结晶方法，可使回收的 α-蒿甲醚的纯度达到97% 以上。
实验部分
α-蒿甲醚原料的制备：在 1000 L 反应釜中投入 300 L 蒿甲醚合成母液（由新昌制药厂提供, 溶剂为甲醇-水溶液），加入300 L 正己烷，搅拌 10 分钟后分层，分出甲醇水溶液层，40℃ 减压蒸去甲醇至很难蒸出溶剂为止。剩余水溶液中加入 10 L 正己烷萃取，分去水层。合并正己烷溶液，于 40℃ 减压蒸去正己烷至约 1~2 L。将余下正己烷溶液转至 1 L 四口烧瓶中，继续在 40℃ 下减压蒸去正己烷。残物抽滤，滤饼用纯水洗涤后，于 40℃ 减压干燥 5 小时得到白色 α-蒿甲醚固体。经正己烷重结晶后得到较纯的 α-蒿甲醚。HPLC (岛津高效液相色谱仪LC-10AT) 检测含量为 97.8%（面积百分比），IR（KBr 片）图谱、1HNMR、质谱碎片峰等都与 α-蒿甲醚标准品一致。[α]D20 D +2°（c 1.0, 乙醇），mp 100.2~101.1℃。ESI-MS（m/z）: 299 [M + H]+, 267[M -OCH3]+；1HNMR (400MHz, DMSO): δ：0.79 (d, 3H, CH3), 0.89 (d, 3H, CH3), 1.29 (s, 3H, CH3), 1.10~1.20 (m, 1H, H-1), 3.36 (s, 3H, OCH3), 4.39 (d, 1H, H-12), 2.28~2.32 (m, 1H, H-11), 5.42(s, 1H, H-5); 13CNMR (100MHz, DMSO): δ：51.7 (C-1), 24.8 (C-2), 36.3 (C-3), 103.7 (C-4), 90.5 (C-5), 80.5 (C-6), 45.3 (C-7), 21.7 (C-8), 34.3 (C-9), 36.7 (C-10), 32.7 (C-11), 100.6 (C-12), 12.7 (C-13), 20.6 (C-14), 26.0 (C-15), 6.1 (-OCH3); IR (KBr) (cm-1): 2954, 1444, 1379, 1194, 1137, 1104, 1039, 877, 825。
α-蒿甲醚转化为β-蒿甲醚：在 1000 ml 四口烧瓶中加入 20 g α-蒿甲醚，80 ml 无水甲醇，320 ml 甲苯，2 ml 浓硫酸,于 30℃ 反应 5 小时后，HPLC 检测表明反应液中含 α-蒿甲醚约 35%，β-蒿甲醚约56%。降温至 10~15℃，缓慢加入 5% 碳酸氢钠溶液 150 ml 萃取，分去水层备用。甲苯层在 40~50℃、高真空条件下减压蒸去大部分甲苯。剩余溶液于 40℃ 下用甲醇夹带蒸馏甲苯 3次，至体系中无甲苯残留。残物中加入 240 ml无水甲醇，过滤，滤液在 30℃ 下缓缓滴加（2~3小时）120 ml纯净水，然后在 0~10℃ 条件下放置过夜。抽滤收集析出的结晶，并用 50% 甲醇-水溶液和纯净水依次洗涤，再在 40℃ 减压干燥 3小时后得到白色 β-蒿甲醚结晶约 10 g。HPLC 检测含量在 99% 以上。
合并碳酸氢钠水层和母液，加到 1000 ml 四口烧瓶中，40℃ 减压蒸去甲醇，剩余溶液中加入 160 ml 甲苯萃取，分取甲苯层并用 160 ml 水洗涤一次后，加入 40 ml 甲醇和 1 ml浓硫酸，于 30℃ 反应 8小时后，HPLC检测表明反应液中含 β-蒿甲醚约 48%。降温至 10~15℃，缓慢加入 5% 碳酸氢钠溶液 80 ml 萃取。分取甲苯层，于 40~50℃ 高真空条件下减压蒸去大部分甲苯，再在 40℃ 下用甲醇夹带蒸馏甲苯 3次至体系中无甲苯残留。残物中加入 120 ml无水甲醇，过滤，滤液于 30℃ 下缓缓滴加纯净水 60 ml，之后于 0~10℃ 条件下放置过夜。抽滤收集析出的结晶，用 50% 甲醇-水溶液和纯净水依次洗涤，经 40℃ 减压干燥 3小时后得到白色 β-蒿甲醚结晶约 4 g。HPLC检测含量在 99% 以上。
合并两次 β-蒿甲醚共约 14g，收率 70%。得到的 β-蒿甲醚 IR（KBr 片）图谱、1HNMR、质谱碎片峰等都与 β-蒿甲醚标准品一致。[α]D20 D +171 °（c 1.0, 乙醇），mp 88.4~89.0 ℃，符合中国药典标准。ESI-MS (m/z): 299 [M + H]+, 267 [M-OCH3]+；1HNMR (400MHz, DMSO): δ：0.83 (d, 3H, CH3), 0.89 (d, 3H, CH3), 1.29 (s, 3H, CH3), 1.13 ~ 1.18 (m, 1H, H-1), 3.30 (s, 3H, OCH3), 4.58 (d, 1H, H-12), 2.39~2.44 (m, 1H , H-11), 5.29 (s, 1H , H-5); 13CNMR (100MHz, DMSO): δ：52.5 (C-1), 24.7 (C-2), 36.5 (C-3), 103.7 (C-4), 87.2 (C-5), 80.9 (C-6), 44.3 (C-7), 24.3 (C-8), 34.5 (C-9), 37.1 (C-10), 30.8 (C-11), 102.4 (C-12), 13.2 (C-13), 20.6 (C-14), 26.0 (C-15), 55.7 (-OCH3); IR (KBr) (cm-1): 2954, 1452, 1375, 1189, 1137, 1104, 1035, 875, 827。
參考文献
[1]黄小燕. 青蒿素类抗疟药研究进展[J]. 赣南医学院学报，2009, 29(6):983-984.
[2]单成启, 刘光裕, 焦岫卿. 复方蒿甲醚临床治疗恶性疟的效果观察[J]. 寄生虫与医学昆虫学报，2005, 12(1):14-16.
[3]李雪芳, 夏都灵. β-蒿甲醚的合成工艺研究[J]. 化学与生物工程，2009, 26(6):54-58.
[4]Matthias Boehm, Peter C. Fuenfschilling, Matthias Krieger, Ernst Kuesters, Fritz Struber. An Improved Manufacturing Process for the Antimalaria Drug Coartem. Part I [J]. Organic Process Research & Development, 2007, 11(3):336-340
[5]凌立新, 张国芬, 姚晨. 青蒿素提取工艺研究[J]. 亚太传统医药, 2009, 5(2):37-38.
[6]Peter B, Arnold B. Synthesis of artemisininelactol derivatives: EP, 0330520 [P]. 1989-08-30.
[7]李志方, 龚勇, 朱宇, 毛菊英. 回收双氢青蒿素醚类衍生物α-异构体的方法: 中国, 1106011 [P]. 1995-08-02.
【关键词】 α-蒿甲醚；β-蒿甲醚；差向异构化；转化；制备
An epimerization method for transforming α-Artemether toβ-Artemether
Yu Yonghao 1,2, Wang Pu 1*
(1. School of Pharmaceutical Science, Shandong University, Jinan 250012; 2. Xinchang Pharmaceutical Factory, Xinchang, Zhejiang 312500)
【Abstract】 In the conversion of dihydroartemisinin to β-Artemether, 10~30% α-Artemether is produced. Using the recovered α-Artemether as starting material, and transforming it to β-Artemether, 70% yield of β-Artemether can be obtained through twice conversion. The established epimerization method in this paper can improve the overall yield of β- Artemether efficiently.
【Key words】 α-Artemether; β- Artemether; epimerization; conversion; preparation
青蒿素是我國在世界上首先研制成功的一种抗疟药，而蒿甲醚是青蒿素修饰后的衍生物 [1]。全世界每年疟疾发病3~5亿，死亡150~270万。复方蒿甲醚杀疟原虫速度快，对疟疾治愈率高 [2]，是国际上广泛认可的中国原创药物，到2005年底已被26个亚非国家指定为治疗疟疾的一线用药。
蒿甲醚有α-蒿甲醚和β-蒿甲醚两种差向异构体，在蒿甲醚药物中用到的是β-蒿甲醚，其化学名为 (3R, 5aS, 6R, 8aS, 9R, 10S, 12R, 12aR)-十氢-10-甲氧基-3, 6, 9-三甲基-3, 12-桥氧-12H-吡喃并[4, 3-j]-1, 2-苯并二塞平。β-蒿甲醚的生产工艺一般是由青蒿素还原得到二氢青蒿素，再经甲醚化得到β-蒿甲醚。但在二氢青蒿素进行甲醚化得到β-蒿甲醚的反应中，约有10~30% 的α-蒿甲醚生成，使得β-蒿甲醚的收率约为60~80% [3,4]。
用于青蒿素提取的黄花蒿中，青蒿素含量很低，一般只有0.7% [5]，种植黄花蒿需大量土地资源。因此，提高β-蒿甲醚的收率从而提高青蒿素的利用率，可节约土地资源，降低产品成本。通过将副产物α-蒿甲醚转化为β-蒿甲醚，既可有效提高β-蒿甲醚的制备收率，又可减少固体废弃物，隐含着可观的经济及社会效益。
将α-蒿甲醚转化为β-蒿甲醚的报道相对较少，目前主要有两个专利报道了回收利用α-蒿甲醚的相关方法 [5,6]。其中，专利 EP0330520 涉及到将α-蒿乙醚差向异构化为β-蒿乙醚的工艺，结晶收率为 30% ~ 40%，收率较低 [5]。而且参照其工艺结晶得到的β-蒿甲醚不纯，含有较多的α-蒿甲醚。而专利 CN 1106011则将α-蒿甲醚转化为双氢青蒿素，宣称收率为 53% ~ 56% [6]。但重复其工艺，得到的双氢青蒿素也不纯，含有较多的杂质。若将双氢青蒿素再转化为β-蒿甲醚，总收率也仅为40%左右。
在专利EP0330520的基础上，本文优化了反应及结晶条件，在甲苯和甲醇的混合溶剂中，将α-蒿甲醚或α-蒿甲醚和β-蒿甲醚的混合物在浓硫酸存在下部分转化为β-蒿甲醚，然后蒸去甲苯，用甲醇和水结晶可得到纯度达 99% 以上的 β-蒿甲醚。经过两次转化，α-蒿甲醚制备β-蒿甲醚的收率可达到70%，是已有专利结晶收率的近两倍左右。所建方法可有效提高制备β-蒿甲醚的总收率，并且易于工业化，具有可观的经济及社会效益。此外，对于获得较纯的α-蒿甲醚，文献中均采用柱层析法 [6,7]。本文通过探索比较，建立了有效的萃取结晶方法，可使回收的 α-蒿甲醚的纯度达到97% 以上。
实验部分
α-蒿甲醚原料的制备：在 1000 L 反应釜中投入 300 L 蒿甲醚合成母液（由新昌制药厂提供, 溶剂为甲醇-水溶液），加入300 L 正己烷，搅拌 10 分钟后分层，分出甲醇水溶液层，40℃ 减压蒸去甲醇至很难蒸出溶剂为止。剩余水溶液中加入 10 L 正己烷萃取，分去水层。合并正己烷溶液，于 40℃ 减压蒸去正己烷至约 1~2 L。将余下正己烷溶液转至 1 L 四口烧瓶中，继续在 40℃ 下减压蒸去正己烷。残物抽滤，滤饼用纯水洗涤后，于 40℃ 减压干燥 5 小时得到白色 α-蒿甲醚固体。经正己烷重结晶后得到较纯的 α-蒿甲醚。HPLC (岛津高效液相色谱仪LC-10AT) 检测含量为 97.8%（面积百分比），IR（KBr 片）图谱、1HNMR、质谱碎片峰等都与 α-蒿甲醚标准品一致。[α]D20 D +2°（c 1.0, 乙醇），mp 100.2~101.1℃。ESI-MS（m/z）: 299 [M + H]+, 267[M -OCH3]+；1HNMR (400MHz, DMSO): δ：0.79 (d, 3H, CH3), 0.89 (d, 3H, CH3), 1.29 (s, 3H, CH3), 1.10~1.20 (m, 1H, H-1), 3.36 (s, 3H, OCH3), 4.39 (d, 1H, H-12), 2.28~2.32 (m, 1H, H-11), 5.42(s, 1H, H-5); 13CNMR (100MHz, DMSO): δ：51.7 (C-1), 24.8 (C-2), 36.3 (C-3), 103.7 (C-4), 90.5 (C-5), 80.5 (C-6), 45.3 (C-7), 21.7 (C-8), 34.3 (C-9), 36.7 (C-10), 32.7 (C-11), 100.6 (C-12), 12.7 (C-13), 20.6 (C-14), 26.0 (C-15), 6.1 (-OCH3); IR (KBr) (cm-1): 2954, 1444, 1379, 1194, 1137, 1104, 1039, 877, 825。
α-蒿甲醚转化为β-蒿甲醚：在 1000 ml 四口烧瓶中加入 20 g α-蒿甲醚，80 ml 无水甲醇，320 ml 甲苯，2 ml 浓硫酸,于 30℃ 反应 5 小时后，HPLC 检测表明反应液中含 α-蒿甲醚约 35%，β-蒿甲醚约56%。降温至 10~15℃，缓慢加入 5% 碳酸氢钠溶液 150 ml 萃取，分去水层备用。甲苯层在 40~50℃、高真空条件下减压蒸去大部分甲苯。剩余溶液于 40℃ 下用甲醇夹带蒸馏甲苯 3次，至体系中无甲苯残留。残物中加入 240 ml无水甲醇，过滤，滤液在 30℃ 下缓缓滴加（2~3小时）120 ml纯净水，然后在 0~10℃ 条件下放置过夜。抽滤收集析出的结晶，并用 50% 甲醇-水溶液和纯净水依次洗涤，再在 40℃ 减压干燥 3小时后得到白色 β-蒿甲醚结晶约 10 g。HPLC 检测含量在 99% 以上。
合并碳酸氢钠水层和母液，加到 1000 ml 四口烧瓶中，40℃ 减压蒸去甲醇，剩余溶液中加入 160 ml 甲苯萃取，分取甲苯层并用 160 ml 水洗涤一次后，加入 40 ml 甲醇和 1 ml浓硫酸，于 30℃ 反应 8小时后，HPLC检测表明反应液中含 β-蒿甲醚约 48%。降温至 10~15℃，缓慢加入 5% 碳酸氢钠溶液 80 ml 萃取。分取甲苯层，于 40~50℃ 高真空条件下减压蒸去大部分甲苯，再在 40℃ 下用甲醇夹带蒸馏甲苯 3次至体系中无甲苯残留。残物中加入 120 ml无水甲醇，过滤，滤液于 30℃ 下缓缓滴加纯净水 60 ml，之后于 0~10℃ 条件下放置过夜。抽滤收集析出的结晶，用 50% 甲醇-水溶液和纯净水依次洗涤，经 40℃ 减压干燥 3小时后得到白色 β-蒿甲醚结晶约 4 g。HPLC检测含量在 99% 以上。
合并两次 β-蒿甲醚共约 14g，收率 70%。得到的 β-蒿甲醚 IR（KBr 片）图谱、1HNMR、质谱碎片峰等都与 β-蒿甲醚标准品一致。[α]D20 D +171 °（c 1.0, 乙醇），mp 88.4~89.0 ℃，符合中国药典标准。ESI-MS (m/z): 299 [M + H]+, 267 [M-OCH3]+；1HNMR (400MHz, DMSO): δ：0.83 (d, 3H, CH3), 0.89 (d, 3H, CH3), 1.29 (s, 3H, CH3), 1.13 ~ 1.18 (m, 1H, H-1), 3.30 (s, 3H, OCH3), 4.58 (d, 1H, H-12), 2.39~2.44 (m, 1H , H-11), 5.29 (s, 1H , H-5); 13CNMR (100MHz, DMSO): δ：52.5 (C-1), 24.7 (C-2), 36.5 (C-3), 103.7 (C-4), 87.2 (C-5), 80.9 (C-6), 44.3 (C-7), 24.3 (C-8), 34.5 (C-9), 37.1 (C-10), 30.8 (C-11), 102.4 (C-12), 13.2 (C-13), 20.6 (C-14), 26.0 (C-15), 55.7 (-OCH3); IR (KBr) (cm-1): 2954, 1452, 1375, 1189, 1137, 1104, 1035, 875, 827。
參考文献
[1]黄小燕. 青蒿素类抗疟药研究进展[J]. 赣南医学院学报，2009, 29(6):983-984.
[2]单成启, 刘光裕, 焦岫卿. 复方蒿甲醚临床治疗恶性疟的效果观察[J]. 寄生虫与医学昆虫学报，2005, 12(1):14-16.
[3]李雪芳, 夏都灵. β-蒿甲醚的合成工艺研究[J]. 化学与生物工程，2009, 26(6):54-58.
[4]Matthias Boehm, Peter C. Fuenfschilling, Matthias Krieger, Ernst Kuesters, Fritz Struber. An Improved Manufacturing Process for the Antimalaria Drug Coartem. Part I [J]. Organic Process Research & Development, 2007, 11(3):336-340
[5]凌立新, 张国芬, 姚晨. 青蒿素提取工艺研究[J]. 亚太传统医药, 2009, 5(2):37-38.
[6]Peter B, Arnold B. Synthesis of artemisininelactol derivatives: EP, 0330520 [P]. 1989-08-30.
[7]李志方, 龚勇, 朱宇, 毛菊英. 回收双氢青蒿素醚类衍生物α-异构体的方法: 中国, 1106011 [P]. 1995-08-02.