双氢青蒿素制备工艺的优化
摘要：采用正交试验法对双氢青蒿素的制备工艺条件进行优化，考察了在甲醇介质及低温条件下，自制设备制备双氢青蒿素的主要影响因素及其对反应产物含量的影响。结果表明，得到的最佳工艺条件为甲醇体积分数99.9%，硼氢化钠含量98.0%，反应温度0 ℃，反应器转速为300.0 r/min，液固比10.0∶1（m∶V），在此条件下所得双氢青蒿素含量大于96.8%，纯度为99.2%。
关键词：双氢青蒿素；制备；正交试验
中图分类号：Q81 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）19-4688-04
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.047
Optimizing Technology of Preparing Dihydroartemisinin
HE Mei-jun1，HE Yin-sheng1，WANG Hua1，ZHANG Yu1，MU Sen1，YOU Jing-mao1，AI Neng-qiang1，GUO Han-jiu1，
YU Da-zhao2，3
（1. Institute of Chinese Herbal Medicine Science，Hubei Academy of Agricultural Sciences， Enshi 445000， Hubei， China；
2.Institute of Plant Protection and Soil Science，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064， China；
3.College of Life Science，Wuhan University，Wuhan 430072， China）
Abstract： The process of preparing dihydroartemisinin was optimized with orthogonal design. The main factors affecting the preparation of dihydroartemisinin including the yield and content of product were studied under the methanol and low temperature conditions. The results showed that the content of methanol was 99.9%. The content of sodium borohydride was 98.0%. The reaction temperature was 0 ℃. Reactor rotation speed was 300.0 r/min. The ratio of liquid and solid was 10.0∶1（m∶V）. Under these conditions， the product yield was more than 96.8%， with the purity of 99.2%.
Key words：dihydroartemisinin；preparation；orthogonal design
青蒿素衍生物有多种生理活性[1-5]，除具有抗疟活性外，还具有抗肿瘤、抗血吸虫、提高免疫力等其他活性。双氢青蒿素是一种青蒿素衍生物，由青蒿素还原而成[6]，抗疟作用是青蒿素的4～8倍[7，8]。双氢青蒿素在三氯甲烷中易溶，在丙醇、甲醇或乙醇中溶解，在水中几乎不溶。由于双氢青蒿素有很好的疗效，国内外利用青蒿素合成双氢青蒿素的研究较多，但合成的工艺及生产成本都不相同，我国目前制备双氢青蒿素工艺的产率也仅为75.0%左右[9，10]。本研究通过自制专用反应器（CN 201711154 U）建立悬浮体系，反应体系从匀相反应转向非匀相，对青蒿素进行快速有效的还原，采用正交试验对双氢青蒿素的制备工艺条件进行优化，考察在甲醇介质及低温条件下，自制设备制备双氢青蒿素的主要影响因素及其对反应产物含量的影响，旨在进一步降低生产成本，提高制备双氢青蒿素的产率。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
供试材料青蒿素从黄花蒿中提取。
试剂：硼氢化钠（上海罗门哈斯化工有限公司）；甲醇（武汉市中天化工有限责任公司）；双氢青蒿素标准品（中国食品药品检验所）；冰乙酸、浓硫酸、乙腈均为分析纯。
仪器：HPLC分析仪（日本岛津公司）、自制反应器（图1）。
1.2 制备方法
通过中试设备进行反应，调节反应器温度为0 ℃，加入100.0 L 96.0%的甲醇，搅拌速度50.0 r/min，快速投入10.0 kg纯度大于90.0%的青蒿素。调节搅拌速度至300.0 r/min，投入青蒿素总质量0.26倍的纯度为99.0%的硼氢化钠，反应1.0 h，由薄层色谱确定反应终点。分批加入醋酸，用pH试纸确定中和终点。调节搅拌速度为50.0 r/min反应10.0 min，静止30.0 min，离心过滤（母液另外处理），产品于60.0 ℃真空干燥后备用。
1.3 单因素试验
在制备双氢青蒿素的过程中，通过控制不同的因素筛选适宜双氢青蒿素制备的最佳工艺。①反应温度。分别取5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0、-1.0、-2.0、
-3.0、-4.0 ℃不同温度进行制备；②甲醇体积分数。甲醇体积分数分别按50.0%、60.0%、70.0%、80.0%、90.0%、95.0%、98.0%、99.9%进行制备；③硼氢化钠的含量。分别取含量为92.0%、93.0%、94.0%、95.0%、96.0%、97.0%、98.0%、99.0%、99.9%的硼氢化钠进行制备；④反应器转速。设置自制反应器的转速为50.0、100.0、150.0、200.0、250.0、300.0、350.0、400.0 r/min进行制备；⑤液固比，即甲醇与青蒿素的比例（V∶m）（L/kg）。取甲醇与青蒿素的比例分别为10.0∶1、20.0∶1、30.0∶1、40.0∶1、50.0∶1、60.0∶1、70.0∶1、80.0∶、90.0∶1、100∶1进行制备；⑥硼氢化钠与青蒿素的比例（m∶m）。取硼氢化钠与青蒿素的比例为0.23∶1、0.26∶1、0.30∶1、0.35∶1、0.38∶1、0.40∶1、0.45∶1、0.50∶1。
1.4 正交试验
在单因素试验的基础上，以青蒿素为原料，进一步优化双氢青蒿素制备的工艺条件，设计L18（35）正交试验，正交试验因素与水平如表1所示。
1.5 检测方法
取双氢青蒿素2.5 mg，置于25 mL容量瓶中，加入混合溶液（乙腈∶水=60∶40，体积比，下同）溶解并稀释至刻度，摇匀，得到10.0 mg/mL的双氢青蒿素备用。色谱条件为：色谱柱Diamond ODS C18 Φ4.16×25 mm；流动相，乙腈∶水（60∶40）、乙腈∶水（55∶45）；检测波长210.0 nm；体积流量1.0 mL/min；柱温为室温；进样量20.0 μL。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 反应温度对双氢青蒿素含量的影响 由图2可知，反应温度低于0 ℃时，随着反应温度的升高，反应体系的双氢青蒿素的含量逐步升高；当反应温度高于0 ℃时，随着温度的升高，反应体系中生成的双氢青蒿素含量降低。可能是由于随着温度的升高，反应体系生成的副反应增多。因此，确定反应温度0 ℃为宜。
2.1.2 甲醇体积分数对双氢青蒿素含量的影响 由图3可知，随着反应溶剂甲醇体积分数的升高，反应体系中双氢青蒿素的含量升高。当甲醇体积分数达到99.9%时，反应体系中生成的双氢青蒿素的含量达到最大值，可能是反应体系中的水与硼氢化钠发生反应后影响了主反应的发生。从双氢青蒿素含量的变化幅度来看，反应体系中甲醇体积分数的变化对反应生成物的含量影响较大。因此，确定反应体系中甲醇体积分数取99.9%为宜。
2.1.3 硼氢化钠含量对双氢青蒿素含量的影响 由图4可知，硼氢化钠含量小于95%时，反应体系中生成的双氢青蒿素含量变化不大，硼氢化钠的含量大于95%后，随着硼氢化钠含量的升高，反应体系中生成的双氢青蒿素含量升高。由此可以看出，催化剂硼氢化钠的含量是影响反应体系中生成物双氢青蒿素含量的重要因素，因此，确定反应体系中硼氢化钠的含量取99.9%为宜。
2.1.4 反应器转速对双氢青蒿素含量的影响 由图5可知，反应器的转速达到300.0 r/min前，随着反应器转速的加快，反应体系中生成物双氢青蒿素的含量升高，反应器转速达到300.0 r/min后，随着转速的进一步加快，反应体系中的生成物双氢青蒿素的含量反而有所降低。因此，确定反应体系中反应器的转速为300.0 r/min。
2.1.5 液固比对双氢青蒿素含量的影响 由图6可知，液固比小于30.0∶1时，随着液固比的升高，反应体系中的生成物双氢青蒿素的含量升高；当液固比大于30.0∶1时，随着液固比的升高，反应体系中生成物双氢青蒿素的含量降低，可能是反应由非匀相反应体系转化为匀相反应体系，导致双氢青蒿素的含量逐渐降低。因此，确定反应体系中液固比为20.0∶1。
2.1.6 硼氢化钠与青蒿素的比例对双氢青蒿素合成的影响 由图7可知，当硼氢化钠与青蒿素的质量比小于0.35∶1时，反应体系不能完全反应，硼氢化钠与青蒿素的质量比大于或者等于0.35∶1时，反应体系可以完全进行反应。因此，确定反应体系硼氢化钠与青蒿素的质量比以0.35∶1为宜。
2.2 正交试验结果
正交试验结果见表2。由极差分析结果（表2）可知，各因素对双氢青蒿素含量的影响大小顺序为反应器转速、反应温度、甲醇体积分数、液固比、硼氢化钠含量，最佳因素水平组合为A3B2C3D3E1，即甲醇体积分数为99.9%，硼氢化钠含量为98.0%，反应温度为2.0 ℃，反应器转速为300.0 r/min，液固比为10.0∶1。在此工艺条件下，合成双氢青蒿素的含量为96.8%，实际双氢青蒿素的含量大于96.8%，纯度为99.2%。
3 结论
本试验以青蒿素为原料，甲醇为介质，硼氢化钠为催化剂合成双氢青蒿素。通过单因素试验和正交试验，结合自制反应器生产的特点，确定优化工艺条件为甲醇体积分数99.9%，硼氢化钠含量98.0%，反应温度0 ℃，反应器转速300.0 r/min，液固比10.0∶1。在此工艺条件下，合成双氢青蒿素的含量为96.8%，实际双氢青蒿素的含量大于96.8%，纯度为99.2%。与相关报道[11，12]的方法相比，本研究利用优化工艺得到的双氢青蒿素含量较高。本试验在自制反应器中进行，操作简单、成本低，双氢青蒿素可快速结晶。
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