*(paclitaxel,商品名為Taxol)是從紅豆杉屬植物中分離出來的一種二萜類化合物,1992年底被美國食口與藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)作為抗晚期癌癥的新藥上市。從天然紅豆杉屬植物中提取*的工作十分復(fù)雜,難度較大。其主要原因是:*在植株體內(nèi)的含量大低,zui高含量不到萬分之二;存在大量的*類似物。這些類似物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均和*相近,致使*與它們的分離十分困難,尤其是與cephalomannine的分離。國內(nèi)外學(xué)者圍繞*的提取與純化開展了大量卓有成效的工作。
1 溶劑萃取法
溶劑萃取法常用于*的粗提階段。*的粗提階段又可分為初級萃取和次級萃取。在這兩級萃取過程中,溶劑的選擇對于精提產(chǎn)物的質(zhì)量和過程經(jīng)濟性具有重要影響。
初級萃取和次級萃取一般采用的溶劑系統(tǒng)不同。各個時期的研究者對這兩個過程的溶劑系統(tǒng)的研究結(jié)果已有詳細的總結(jié)。zui近、日本學(xué)者對*提取的溶劑種類進行了詳細的研究,結(jié)果表明:在乙酸乙酯、乙醚、乙腈、丙酮、甲醇、已烷、異丙醇、乙酸乙酯-甲醇、乙酸乙酯-二氯甲烷、乙酸乙酯-丙酮、乙酸乙酯-乙醚等溶劑中,以乙酸乙酯-丙酮(1:1)混和溶劑提取的效果,所得浸膏僅為植物干重的7.70%,*的含量高達浸膏的0.084%,而用甲醇提取所得浸膏為植物干重的20.98%,*的含量為浸膏的0.027%,尚需要多次抽提才能得到*含量較高的浸膏?,F(xiàn)在看來利用乙酸乙酯-丙酮(1:1)一次便可以使*提取量高于以往常用溶劑所能得到的量,這就為后序的分離純化工作帶來很大的方便,由于乙酸乙酯-丙酮(1:1)的價格與甲醇的價格相當(dāng),且可回收再利用,因此,這一提取方法的經(jīng)濟性較為合理。
在初級萃取過程中引入超聲技術(shù),可大大縮短初級萃取過程的時間。例如Xu采用甲醇-二氯甲烷(95.5)作初級溶劑,所需萃取時間約為35-60min。在溶劑系統(tǒng)不變的情況下,將原料與溶劑的混和物進行超聲振蕩,萃取達到平衡的時間縮短到僅5min,與此對比,Hoke等人采用純甲醇作為初級溶劑,無超聲振蕩,所需時間長達16-48h。
超聲技術(shù)的引入,除可大大縮短萃取平衡時間外,還可以使初級萃取在低溫下進行,從而避免了*在高溫下轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)而造成收率降低。
2 色譜法
早期的色譜純化*工藝是采用多根硅膠層析柱串聯(lián)的一種操作,因為硅膠對*的不可逆吸附造成的損失很大,使得*的收率很低,僅為0.004%左右。近年來,隨著色譜技術(shù)的進步,不斷有新的色譜技術(shù)被引入到*的分離提取過程中來。除了HPLC(其中包括正相-HPLC、反相-HPLC)外,還有薄層色譜(TLC)法、膠束電動色譜(MEKC)和高速逆流色譜(HSC-CC)等。
各種類型的HPLC和TLC的共同缺點是:負(fù)載量小,還適于日常大量樣品有處理,僅能達到半制備規(guī)模的水平。為此,Wickremesinhe提出對甲醇粗提物通過C18的反相柱進行濃縮,然后再用C18反相制備HPLC進行純化,Mattina等人則提出了用C18固相萃取法(SPE)從粗提物中大量收集濃縮紫杉烷類混和物的方法,結(jié)果表明SPE優(yōu)于TLC純化過程,而且具有節(jié)省時間和溶劑用量少的優(yōu)點。
從目前文獻報道情況來看,HSCCC有望成為一種新的大規(guī)模制備生產(chǎn)*的方法。這種方法的主要優(yōu)點是:具有較高的樣品負(fù)載量,分離周期短,操作簡便,由于這種色譜自身無固體載體,避免了分離樣品與固體表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而變性和不可逆吸附造成的樣品損失。不足之處在于*和cephalomannine不能*分開,藥有一半左右的二者混和物需經(jīng)制備HPLC或TLC再次分離,才可得到*純品。另外,在HSCCC中,溶劑系統(tǒng)的選擇對于分離效果影響較大,宜選用兩組分層時間短、樣品在兩相溶劑各個組分中的分配系數(shù)差別較大的溶劑系統(tǒng)。
MEKC雖然具有分離效率高、溶劑消耗小、速度快等優(yōu)點,但其處理量小,操作復(fù)雜的缺點限制了它的應(yīng)用范圍,目前只能用于分析檢測。
3 膜分離法
1994年,Carver等人采用平板式、中空纖維式和管式膜組件,對超濾膜和反滲透膜在紫杉烷類物質(zhì)的分離過程中的應(yīng)用進行了研究,結(jié)果表明:采用膜分離方法可以進一步濃縮粗提過程所得浸膏,使紫杉烷類物質(zhì)的濃度提高5倍左右,相當(dāng)于對浸膏又進行了一次預(yù)處理,從而減少了后序色譜分離的負(fù)擔(dān)和*的損失。
Raymond等人用0.2μm的尼龍膜和PVDF膜處理*的組織培養(yǎng)液時,發(fā)現(xiàn)尼龍膜截留了幾乎所有的10-去乙酰基*和*以及絕大部分的cephalomannine,對其它的紫杉烷類幾乎沒有截留的*,大部分可以用30%、40%和50%的甲醇水溶液洗脫下來,用20%-40%乙醇溶液洗脫時,也可以到類似的效果。在用含水溶劑洗脫PVDF膜截留的紫杉烷時,*和所有的紫杉烷在溶劑極性變化小的范圍內(nèi)都被洗脫下來。盡管從理論上講,有選擇地從膜上洗膜紫杉烷類組分進行化學(xué)修飾,將可以實現(xiàn)從紫杉烷類提和物中選擇性洗脫*的目標(biāo)。
4 超臨界流體萃取法
將超臨界流體萃?。⊿FE)技術(shù)引入到*的純化過程中,減少了含氯有機溶劑的使用,是一種不污染環(huán)境的新技術(shù)。SFEzui常用的溶劑是CO2,它本身無毒,在提取產(chǎn)物中又無殘留,因而從用藥安全角度來講,這種技術(shù)具有其*的優(yōu)點。
1992年,Jennings等人用CO2和加入乙醇改性劑的CO2作SFE溶劑,在318K的溫度和18.07-25.79MPa的壓力下進行*的提取研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)樹皮中的*大部分都能得到有效的提取,提取率高達0.08%(常規(guī)方法僅為0.01%),而且對*的選擇性要比傳統(tǒng)的單純乙醇提取效果好。Nair等人用含0.001%-15%的丙酮或乙腈的CO2作溶劑,在43.4MPa,308K下用超臨界技術(shù)提取*也獲得了滿意的效果。Caster等人以紅豆杉枝葉和嫩芽做原料,用臨界技術(shù)提取*時,先以純CO2做溶劑,以除去原料中的脂類,然后加入乙醇以調(diào)節(jié)溶劑的極性,使*的產(chǎn)率達到了0.04%。
雖然超臨界技術(shù)在*的提取中顯示出收率高、時間省等優(yōu)點,但該方法對設(shè)備要求高,操作條件嚴(yán)格,目前還難以進行大量原料的超臨界萃取。
5 離子交換樹脂法
元英進等人采用8種樹脂對東北紅豆杉提取物進行脫色能力及吸附研究,結(jié)果表明聚苯乙烯型強堿樹脂(Ps-A)及多乙烯多胺--環(huán)氧氯丙烷縮聚型弱堿樹脂(Pc-A)對二氯甲烷粗提物的吸附及脫肥性能較好,有望用于*的純化分離。
楊雪峰等采用PSp-6大孔樹脂,以工業(yè)反相制備色譜從云南紅豆杉樹皮及東北紅豆杉針葉粗提物中分離*及半合成前體取得成功。在試中,單柱一次負(fù)載云南紅豆杉浸膏(含*1.2%)達5kg,經(jīng)三級色譜分離及重結(jié)晶得到*產(chǎn)品純度大于99%,總產(chǎn)品收率大于80%,生產(chǎn)周期的196h,生產(chǎn)成本約1000元人民幣/克,很有產(chǎn)業(yè)化前景。 }
6 *鍵合物解離法
*鍵合物是在*的三環(huán)二萜基本內(nèi)核骨架上又以化學(xué)鍵的形式結(jié)合了其他大分子的一類物質(zhì)。常見的一般為糖基*,如,7-木糖基*和7-木糖基-10-去乙?;?等,因糖基是水溶性基因,這些化合物都是水溶性的。由于*不溶于水,因此人們推測,*鍵合物可能是*在植物體內(nèi)運輸?shù)囊环N特殊形式。一般認(rèn)為*的合成部位是嫩芽、枝葉或根、莖等,而儲存部位是樹皮。因此,非水溶性的*要從合成部位到樹皮中,必須要結(jié)合一個水溶性的基因,才能實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)運過程。
用甲醇或以95%乙醇浸提紅豆杉的樹皮和樹葉,經(jīng)去脂后,用CHCl3-H2O或CH2Cl2-H2O萃取,再通過柱層析分離、純化,此方法往往使那些水溶性好的糖基化*進入水相而有所損失。為了有效地提取這部分糖基化的*,Durzan等利用木聚糖酶、纖維毒酶、果膠酶酶短葉紅豆杉培養(yǎng)細胞和樹皮的甲醇浸膏,發(fā)現(xiàn)經(jīng)木聚糖酶酶解后紫杉烷類化合物的含量比未經(jīng)酶解處理的分別提高了3倍和0.2倍。盡管酶解法的效果很好,但因其成本高,故還是無法被實際生產(chǎn)所采用。
Caver等利用甲醇浸提短葉紅豆杉樹皮或葉片,然后將所得的浸提液經(jīng)過氧化鋁柱處理,經(jīng)過HPLC分析后表明*的含量是未經(jīng)氧化鋁柱處理的4.1倍。他們推測當(dāng)浸提液與氧化鋁接觸時可產(chǎn)生放熱反應(yīng),所放出的熱量足以使糖基化*的糖基脫離下來。當(dāng)糖基化的*轉(zhuǎn)化*時,其水溶性就大大降低。此時,再用CH2Cl2-H2O或CHCl3-H2O進行萃取,就幾乎不再存在糖基化*損失的問題了。于是,自由態(tài)和糖基化的束縛態(tài)*幾乎同時都能得到有效的提取。該法可提高*提取分離的產(chǎn)量,簡便易行,實用前景較好。
趙凌云針對*的鍵合物,研究了離子交換樹脂對鍵合物的催化解離過程。結(jié)果表明樹脂對于鍵合物的催化解離是一個連串反應(yīng)過程,反應(yīng)過程與樹脂的不同配比和作用時間長短有關(guān),質(zhì)量比1:1的大孔型樹脂解離含鍵合*的物料20-40min是較好的方案,陰離子交換樹脂是防止鍵合*催化裂解的主要動力;陽離子交換樹脂是紫用醇發(fā)生深度反應(yīng)的抑制劑,外擴散對離子交換樹脂解離鍵合*為游離*的過程有較大影響。發(fā)現(xiàn)樹脂對*的吸附過程較為復(fù)雜:陽離子樹脂對*的吸附呈現(xiàn)二次平衡-水(1:1)溶劑中會使*發(fā)生異構(gòu)或降解反應(yīng),zui后達到吸附-反應(yīng)-脫附平衡;混合樹脂對*的吸附特性和單一陰樹脂相似。大孔型陰離子樹脂對*的吸附受表面反應(yīng)控制或表面吸附
控制。作者還研究開發(fā)了固定床和氣液固三相循環(huán)流化床工藝催化解離*鍵合物,結(jié)果表明:通過控制操作參數(shù),使*的含量明顯提高。流化床工藝優(yōu)于固定床。
7 化學(xué)反應(yīng)法
Kingston等用OSO4處理*與cephalomannine的混合物,發(fā)現(xiàn)OSO4能選擇性地氧化cephalomannine C-13側(cè)鏈末端的雙鍵,使之形成二元醇(cephalomannine-diol),而*卻不受影響。反應(yīng)混和物經(jīng)柱層析就可以將*和cephalomannine-diol分開。這種方法的主要特點是:對底物的純度要求高,反應(yīng)條件苛刻,不適宜氧化那些沒有純化的紫杉烷類化合物的混合物中的cephalomannine;氧化劑OsO4毒性大、價格zui貴,缺乏實用性。
Murray等發(fā)現(xiàn)用含1%-10%是O3可氧化cephalomannine、taxusin、brevifolia中的某些烯鍵,而對*、cephalomannine、taxusin\brevlfolia中的另一種烯鍵卻不起反應(yīng)。反應(yīng)混和物經(jīng)硅膠柱層析就可以使其中的*得到有效的純化。但這一方法仍需要采用硅膠柱層析才能把*和其它被氧化的紫杉烷類化合物分開,經(jīng)濟上還不是很合理。因此,Murray對上述方法又進行了改進;在經(jīng)O3氧化后,再加入吉拉德氏肽肼-AcOH混合物,使ozo-cephalomannine(cephalomannine被O3氧化后的產(chǎn)物)轉(zhuǎn)變成ozo-cephalomannine-吉拉德氏腙這一復(fù)合物,zui后通過選擇性沉淀或乙酸乙酯-水等萃取就可以把*分離出來。用MeOH-H2O(3:1)選擇性沉淀,ErOAc-H2O-MeOH(10:2:1)以及EtOAc-H2O萃取得到的*的純度分別可達到97.5%、90%和95%,這使該法有望成為大規(guī)模純化*的理想方法。
1996年Kingston等人用液溴或吡啶翁過溴化物、四丁基三溴銨作為氧化劑,室溫下在氯仿中反應(yīng)5min,可以使*和cephalomannine混合物中的cephalomannine轉(zhuǎn)化為2″,3″-溴cephalomannine),而*不受影響。反應(yīng)混和物用二氯甲烷稀烯后,依次用10%Na2S2O3水溶液、水和鹽水洗滌,硅膠柱純化,可得純度為95%的*和2″,3″-dibromocephalomannine。而2″,3″dibromocephalomannine.而2″,3″-dibromocephalomannine在乙醇中的攪拌條件下,用鋅處理2h,反應(yīng)后的溶液用乙酸乙酯稀釋20倍,依次用飽和NaHCO3溶液、水和鹽水洗滌后,經(jīng)制備TLC純化,cephalomannine收率可達92%,純度為88%。
8 藥理作用靶點法
藥理作用靶點法是本科研組提出的一種基于*藥理作用研究成果的全新的*分離純化方法。藥物的作用靶點是指藥物在生物體內(nèi)發(fā)揮作用時進攻或結(jié)合的生理組織。*的藥理研究結(jié)果表明,*的藥理作用靶點是體內(nèi)的微管,微管是微管蛋白的聚合態(tài)。微管蛋白zui主要的特點是高溫下聚合成微管,低溫下解聚成微管蛋白二聚體(dimer)形式。*可以靶向地結(jié)合在微管上并有效地抑制微管的解聚,而不與微管蛋白的二聚體發(fā)生作用。與*zui難分離的cephalomannine不具有這種特性。通過初步的研究,在一定的條件下,*與cephalomannine的混和物經(jīng)藥理作用靶點法純化后,*的純度可達95%以上。
作為一種*純化新技術(shù),藥理作用靶點法具有以下特點:依據(jù)天然抗癌物質(zhì)與其藥理作用靶點的可逆特異性結(jié)合作用來進行分離純化,較常規(guī)的萃取、柱層析及各種組合色譜等方法具有簡便、特異性的特點;2)*珉春藥物作用靶點微管,在天然抗癌物質(zhì)及藥理作用靶點兩方面都具有代表性,其研究成果易于推廣到其它抗癌物質(zhì)及其藥理作用靶點的物系,具有普遍應(yīng)用價值。
天然抗癌藥物如*是目前世界范圍內(nèi)醫(yī)藥界的一大熱點,前景廣闊,對攻克人類頑癥、提高健康水平具有重大意義。而在這些藥物的研究、開發(fā)尤其是生產(chǎn)中,產(chǎn)品的分離純化是zui難解決的問題之一,迫切需要新型化工分離技術(shù)和化工研究人員的參與,這也是目前醫(yī)藥行業(yè)與化工技術(shù)結(jié)合越來越緊密的關(guān)鍵所在。 }
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