L-抗坏血酸磷酸脂的合成
文 献 综 述
范宝权
L-抗坏血酸又称维生素C ,几乎是所有动物维持生命的必需物质,但灵长类(如人类)、豚鼠、鱼类、蝙蝠、某些昆虫及一些鸟类不能自身生物合成维生素C ,必须从食物中摄取, 同时维生素C能够抑制黑色素中间体多巴醌的氧化,可将深色的氧化型黑色素,转化成浅色的还原型黑色素从而起到美白皮肤的作用。维生素C可以口服,安全性好又十分有效,维生素C是一种强还原剂,易受光、热、氧等的破坏而丧失维生素C的还原能力, 维生素C在高温的酸性介质中容易脱水而失去活性，被氧化而失效。维生素C的不稳定性在很大程度上降低了其有效利用率。如将维生素C中的羟基衍生为磷酸酯，则将维生素C转化成维生素C磷酸酯,其稳定性将大大提高。由于人和动物体内广泛存在磷酸酯水解酶,L-抗坏血酸磷酸酯进入体内,能迅速酶解成维生素C,从而具有与维生素C相同的生物效价。使其能方便应用于化妆品、 食品、 医药等领域。
1.维生素C磷酸酯的应用
1. 1 化妆品行业
维生素C磷酸酯钠是一种水溶性美白剂的主要添加成分。经皮肤吸收后,能有效抵抗紫外线侵袭,并可捕获氧自由基,促进胶原蛋白生成,能有效防治色素沉着,祛除皮肤色斑。实验表明,在化妆品中加入2%左右的维生素C磷酸酯钠能明显减轻色斑,起到美白皮肤的作用,而且对皮肤无任何刺激性【1】。同时维生素c 磷酸酯也是酪氨酸酶抑制剂,对黑色素中间体起还原作用,可阻碍从酪氨酸/ 多巴色素互变酶至黑色素中各点上的氧化链反应, 具祛斑美白作用【2】,进入人体后可消除氧自由基,还可促进真皮胶原蛋白生成,从而具有去皱、抗衰老作用【3】。 1. 2 食品添加剂及保鲜剂
维生素C磷酸酯既具有维生素C的所有功效,又克服了维生素C易受光、热和金属离子等作用而氧化的缺点,作为营养添加剂可广泛应用于各类食品、保健品及饮料中。维生素C磷酸酯的主要构成成分是维生素C和磷,维生素C为人体必需的维生素之一,磷也是人体需要的元素,而且该品无嗅无味,添加到食品中不改变食品味道,用以强化食品,无论加工热处理还是贮存后都显维生素C活性,因而可用于强化幼儿食品、老年食品、方便食品、功能食品等各类食品,以提高人民健康水平。由江西黎明制药厂生产的维生素C磷酸酯镁已分别由上海益民食品四厂和上海咖啡厂用作饼干、桔晶和麦乳精的添加剂【3】。维生素C磷酸酯还可用于动物饲料添加剂,可提高鱼类生产速度和抗病能力,尤其在高度密集养殖的情况下,可以提高成活率【4】。 1. 3 医药及其他领域
Carmen Raleigh等报道了维生素C磷酸酯钠在血浆贮存方面的应用【5】,日本狮王公司发现维生素C磷酸酯钠具有增强白血球活性的功效,可以保护牙齿不受牙周炎的破坏。Vc 磷酸酯中的Vc 、磷对人体健康都有重要意义。Vc 参与体内许多必需成分如肾上腺素、促甲状腺素和组织胺等的合成,具有促进某些微量元素吸收的功能,可促进伤口愈合和血红蛋白的合成【6】。 1.4 生物合成法技术展望
文献报道中主要都是采用化学合成方法制得L-抗坏血酸磷酸酯,但化学合成法存在一些弊端,除了生成目标产物外,还有可能生成3-位或5-位酯化的副产物;而且化学合成法还会出现环境污染等问题。近年Fujio 等人【7】采用生物合成法
【7】
制得L-抗坏血酸磷酸酯。研究人员发现,某些微生物(包括气单胞菌属、黄质菌属、假单胞菌、杆状菌等) 能特定地使L-抗坏血酸发生酯化,于是将L-抗坏血酸与ATP 在水溶剂中在有效量微生物产生的酶的催化下发生交换,生成L-抗坏血磷酸酯,再经过一些后处理就可得到L-抗坏血酸磷酸酯。
生物合成法的研究具有重要意义,中国各有关科研机构除对传统工艺进行不断改进外,还借鉴国外的研究思路,加强生物合成等技术的开拓,不断提高产品质量,满足各行业对L-抗坏血酸磷酸酯的需求,使其应用更为广泛。
2.维生素C磷酸酯的优越性
2. 1 与维生素C比较
维生素C是细胞氧化2还原反应中的催化剂,人体自身不能合成,必须从食物中摄取【8】。高活性是维生素C的优点【9】,但同时又是其不足之处,主要表现为:不稳定,易受光、热等的作用,氧化为脱氢抗坏血酸并很快进行不可逆分解反应而丧失维生素C的还原能力。将维生素C在室温下敞开放置一天,损失达50%以上,在高温或光照下分解更快【10】,在高温的酸性介质中容易脱水而失去活性。
维生素C的活性主要源于其烯醇结构上的两个羟基,如果将其任一羟基用无机酸酯化,则对热、酸、氧的稳定性将大大增强。例如,维生素C的2位磷酸酯衍生物在沸水中抗氧化能力约为维生素C的10倍【11】。与维生素C相比,维生素C磷酸酯钠不仅化学性质稳定,不易氧化,对热稳定性高,生物利用度高,而且还可以被人体内的磷酸酶分解,具有与维生素C相同的生物效价。
2. 2 与其他维生素C衍生物比较
常见的维生素C衍生物主要有维生素C金属盐、维生素C磷酸酯、维生素C硫酸酯、维生素C棕榈酸酯等。维生素C金属盐虽然简单易得,但因易吸潮而氧化分解导致稳定性不高; Dubrowski【12】等人发现维生素C硫酸酯不能被人体吸收利用;维生素C棕榈酸酯所需的棕榈酸酯原料资源不甚丰富,不宜大规模生产。
【13】
Okada Terumi等人指出了维生素C磷酸酯镁在工业化生产及应用上的缺点,主要表现为:结晶收率不高,且很难与反应产生的副产物分离;在水中溶解速率很低,放置后容易变色。维生素C磷酸酯钠克服了上述维生素C衍生物的缺点,其稳定性很高且水溶性较好,可以被人体内的磷酸酶分解利用,因此适于大规模生产。
3.国内外研究现状
我国的维生素C已经经历了四十余年的发展,逐渐确立了世界维生素C生产大国的地位。特别是由于二步发酵法的开发,以生物发酵法取代了化学合成,使得我国在维生素C制造业研究和应用方面处于领先地位。但是近年来,由于国内外生产厂商生产能力的扩大,国际市场竞争激烈,维生素C的市场价格由高峰时期的20 美元/kg下跌至218美元/kg左右。因此,国内外许多厂家都致力于高附加值维生素C衍生物的研发。
在国外,瑞士的罗氏公司已经开发合成了维生素C磷酸酯镁、维生素C多磷酸酯等产品,日本和美国对于维生素C磷酸酯钠和其他衍生物的合成及应用报道较多。我国一些厂家也开始研究和开发维生素C新产品,但是无论
在品种上还是在生产规模上都还处于起步阶段。目前只有上海三维制药厂和
【14】
东北制药厂等少数几家厂商生产维生素C磷酸酯镁,维生素C磷酸酯钠很大程度上还需要进口。开发维生素C新产品是提高我国维生素C生产商市场竞争力的有效途径。
4 维生素C磷酸酯钠的合成方法
目前,维生素C磷酸酯钠的合成方法主要有基团保护法、直接酰化法和微生物合成三种方法。
4.1基团保护法
将维生素C与磷酰化试剂(三氯氧磷、二氯磷酸、四氯磷酸等,其中三氯氧磷
【15】
转化率较高,最为常用) ,在吡啶的催化作用下生成维生素C磷酸酯,再与氢氧化钠中和得到维生素C磷酸酯钠。
4. 1. 1 5, 6-O-异丙叉-L-抗坏血酸的合成
在催化剂的作用下,将维生素C与丙酮缩合制
成5, 6-O-异丙叉-L -抗坏血酸(简称IAA) ,提高了后 磷酰化反应的选择性。反应式如下所示:
有关文献中报道催化剂采用质量分数为57%氢碘酸、乙酰氯、氯化亚锡【18】、发烟硫酸【19】等,根据实验得知氢碘酸和乙酰氯作为催化剂反应后处理复杂,且反应时间较长,氯化亚锡在反应体系中较难除去。较为理想的方法有:
(1)将质量分数24%的发烟硫酸加入到温度为- 10～0℃的丙酮中,加入维生素C,然后将所得悬浊液搅拌5 ～6h,将反应混合物冷却到- 10℃,过滤,
【20】
得产物。
(2)将维生素C、丙酮和适量POCl3 依次加入反应瓶中,在0～50℃下搅拌2～6h,抽滤,用乙酸乙酯洗涤滤饼,制得IAA【21】。 4. 1. 2 维生素C磷酸酯钠的合成
在四口烧瓶中加入水、吡啶和IAA,通入N2 ,浴冷却至- 10 ～10℃。加入10mol/L KOH 溶液至pH = 12。用精密注射泵滴入POCl3 ,同时加入KOH溶液使反应液的pH保持在12～13之间,滴加完毕后40℃减压蒸出吡啶。向反应液中加入稀盐酸调节pH = 4,在室温下放置2h脱去保护基。将洗脱液通过阴离子交换树脂柱(Amberlite IRA268) ,分别用0105mol/L和012mol/L 的盐酸洗脱, 向收集到的012mol/L 的盐酸洗脱液加入NaOH, 控制溶液中n (氢氧化钠) ∶n (维生素C磷酸酯) = 2.的85∶1。溶液经减压蒸发至粘稠状,搅拌下加入甲醇,陈化后减压过滤。滤饼经50℃干燥后得产物【22-23】。其合成路线如图所示。
【16】【17】
4. 1. 3 维生素C磷酸酯钠的精制
方法1:将通过阴离子交换树脂洗脱得到的维生素C磷酸酯溶液用氢氧化钠溶液调节pH值至4,加入适量活性炭,于50℃搅拌脱色015h,再用氢氧化钠溶液调节pH值至915,真空浓缩后低温下加入丙酮,并搅拌2 ～4h。抽滤,并用少量丙酮洗涤滤饼。滤饼经40℃真空干燥后得维生素C磷酸酯钠晶体【13】
。
方法2:将维生素C磷酸酯钠粗品加入到无水甲醇或丙酮,制成悬浮液,加热到50～70℃搅拌2～6h,过滤后于40℃真空干燥得维生素C磷酸酯钠晶体【24】
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4.2 直接酰化法
此方法是直接用磷酸化试剂与Vc 上的-OH反应生成目标产物。合成路线
