新型類胡蘿蔔素酯的製作方法
2023-06-25 12:15:21 2
專利名稱：新型類胡蘿蔔素酯的製作方法
交叉參考的有關申請本申請請求享受美國臨時專利申請號60/270817(2001年2月23日提交)和60/347443(2002年1月11日提交)的權益。
背景技術：
類胡蘿蔔素是重要的天然產品，它們參與植物的光合作用過程。類胡蘿蔔素被用作動物和人的營養補劑，也用在食品著色劑和化妝品中。雖然類胡蘿蔔素對於健康很重要，但是動物和人類不能生產它們，因此這些化合物必須通過飲食從水果和蔬菜中獲得。
類胡蘿蔔素的一些性質使得它們對於動物和人的健康都很重要。例如，這些化合物是對自由基具有重要猝滅作用的抗氧化劑。它們直接地或作為免疫強化劑保護活組織抵抗多種疾病。另外，類胡蘿蔔素參與活細胞間的間隙連接傳遞。近來的流行病學證據暗示，具有高的類胡蘿蔔素含量的水果和蔬菜的消耗量與各種類型癌症的發病率成反比關係。特別地，β-胡蘿蔔素，葉黃素和番茄紅素已經顯示其具有預防癌症的作用(M.M.Mathews-Roth，當代化學療法和傳染病(Current Chemotherapy andInfectious Diseases)(編者J.D.Nelson和C.Grassi，美國微生物學會，華盛頓DC1503-1505(1980))；B.P.Chew等人，抗癌研究，163689-3694(1996)；P.H.Gann等人，癌症研究，591225-1230(1999))。
另外，一些類胡蘿蔔素，例如葉黃素和玉米黃質，對於視網膜具有特殊的功能，以保證一些動物種類(包括人類)的健康視覺(J.D.Landrum等人，生物化學與生物物理文獻，385(1)28-40(2001))。最後，一些類胡蘿蔔素具有前維生素A活性，而其它的類胡蘿蔔素控制繁殖和生育，上調聯接蛋白43基因，降低變性疾病的危險和預防冠狀心臟病(N.Krinsky，純粹應用化學，66(5)1003-1010(1994))。
從化學的觀點出發，類胡蘿蔔素可以根據它們的官能團分為若干類別(見類胡蘿蔔素解答(Key to Carotenoids)，第二次擴大和修訂版，H.Pfander等人，Birkhuser Verlag，巴塞爾，1987)。它們包括碳氫化合物類胡蘿蔔素例如β-胡蘿蔔素和番茄紅素、單羥基類胡蘿蔔素例如β-隱黃素、二羥基類胡蘿蔔素如葉黃素和玉米黃質、多羥基類胡蘿蔔素如β，β-胡蘿蔔素三醇、環氧類胡蘿蔔素如紫黃質和百合黃素、羰基類胡蘿蔔素如海膽酮、辣椒紅、雞油菌黃質和蝦青素，和類胡蘿蔔素酸如胭脂樹橙和藏花酸。
類胡蘿蔔素作為醇衍生部分的酯是熟知的。例如，天然形成了葉黃素和玉米黃質與十六烷酸、十四烷酸和硬脂酸的單酯和二酯。它們也被稱作是大部分植物的花和葉中的「葉黃素」(Alam，脂質，3183(1968))。這些酯也可以如Levy的美國專利第6191293號所述通過從金盞花植物(Tageteserecta)的花中提取然後再淨化從而在商業上製備。
另外，已經通過合成方法製備了一些包括一種類胡蘿蔔素作為醇衍生部分的酯。例如Eugster等人的美國專利第5536504號中描述了類胡蘿蔔素玉米黃質和異玉米黃質的戊酸酯、月桂酸酯、油酸酯、亞油酸酯和己酸酯。Torres-Cardona等人的美國專利第5959138號中也描述了葉黃素和玉米黃質的短鏈有機酸二酯。
包括一種類胡蘿蔔素作為酸衍生部分的酯也是熟知的。然而，許多此類型的酯是天然形成的(類胡蘿蔔素解答(Key to Carotenoids))，其它酯是通過合成製備的。例如Marbet等的美國專利第2768198號描述了胭脂樹橙和降胭脂樹橙與戊醇、辛醇和維生素A形成的酯的製備。
最終，通過酶促作用製備得到了具有類胡蘿蔔素酸的甘油酯(Partali等人，德國應用化學雜誌，35329-330(1996))。如Larsen等所述(歐洲化學會志，4113-117(1998))β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酸與維生素E反應產生α-生育酚-β-8』-類胡蘿蔔素酯。另外，Humeau等人報導了(生物技術快報，22155-168(2000))利用含兩個醇羥基的L-抗壞血酸作用醇部分，對胭脂樹橙進行酶催化酯化。
總之，雖然已知許多包含類胡蘿蔔素成分的酯，但是所有已知的類胡蘿蔔素酯都包含一個作為醇衍生部分或酸衍生部分的非類胡蘿蔔素成分。
發明概述本發明涉及包含至少一個醇衍生部分和至少一個酸衍生部分的酯，其中至少一個醇衍生部分包含選自單羥基類胡蘿蔔素、二羥基類胡蘿蔔素和多羥基類胡蘿蔔素的一種羥基類胡蘿蔔素，且其中酸衍生部分包含選自單羧基類胡蘿蔔素、二羧基類胡蘿蔔素和多羧基類胡蘿蔔素的一種羧基類胡蘿蔔素。優選的羥基類胡蘿蔔素包括葉黃素、玉米黃質、隱黃質、紫黃質、胡蘿蔔素二醇、羥基胡蘿蔔素、羥基番茄紅素、異葉黃素和脫氫隱黃質。優選的羧基類胡蘿蔔素包括胭脂樹橙、降胭脂樹橙、β-阿樸-8-類胡蘿蔔素酸、藏花酸、二阿樸類胡蘿蔔酸、羧基胡蘿蔔素和杜鵑紅素。
對於附圖的一些意見的概述結合附圖能夠更好地理解前面的概述和接下來的對於本發明優選的具體實施方式
的詳細描述。為了闡述本發明，附圖表示了目前優選的具體實施方式
。然而，對本發明的理解不應局限於所給出的精確方式和手段。
圖中
圖1是葉黃素單胭脂樹橙酯的結構式；和圖2是葉黃素二胭脂樹橙酯的結構式。
發明詳述本發明涉及一種新類型的酯，其中的酸衍生部分和醇衍生部分都是類胡蘿蔔素。對於本發明，術語「醇衍生部分」和「醇部分」都應該理解為指的是醇衍生而來的酯分子的片段。相同地，術語「酸衍生部分」和「酸部分」都指的是從羧酸衍生而來的酯分子的片段。
這種包括單酯、二酯和聚酯的新種類的酯實質上與已知的酯不同，因為這類酯的醇和酸部分都是類胡蘿蔔素化合物。本發明中的酯因此可以被稱為「混合式類胡蘿蔔素酯」或「全類胡蘿蔔素酯」。這些全類胡蘿蔔素酯顯示了兩個部分結合的顏色特性和結合的抗氧化潛力，這使得這些酯優於單個的類胡蘿蔔素化合物。它們格外高的抗氧化能力和突出的脂溶性使這種全類胡蘿蔔素酯有希望成為著色劑、高效的抗氧化劑、具有高生物活性的藥劑，甚至可成為顯示獨特導電性的聚合物產品。
本發明的全類胡蘿蔔素酯由至少一種羥基類胡蘿蔔素酯和至少一種羧基類胡蘿蔔素酯結合來製備。可以用來形成這些酯的羥基類胡蘿蔔素可以是單羥基類胡蘿蔔素，二羥基類胡蘿蔔素或多羥基類胡蘿蔔素。但是無意限制在表1中列出的示範的羥基類胡蘿蔔素範圍內。本發明優選的羥基類胡蘿蔔素包括葉黃素、玉米黃質、隱黃質、紫黃質、胡蘿蔔素二醇、羥基胡蘿蔔素、羥基番茄紅素、異葉黃素和脫氫隱黃質。更優選的羥基類胡蘿蔔素包括葉黃素、玉米黃質、隱黃質和紫黃質，最優選的類胡蘿蔔素是葉黃素、玉米黃質和脫氫隱黃質。
表1羥基類胡蘿蔔素實例異葉黃素羥基胡蘿蔔酮阿樸胡蘿蔔醇羥基海膽酮蝦紅素 羥基番茄紅素蝦青素 葉黃素辣椒紅 番茄黃素辣椒玉紅素 鏈孢紅素胡蘿蔔素二醇八氫番茄紅素胡蘿蔔素三醇六氫番茄紅素多萜醇 柔多平(rodopin)希純納散辛(Citranaxanthin) 河豚毒素隱黃質 Torulene的卡吡諾散辛(Decaprenoxanthin) 紫黃質脫乙基河豚毒素 玉米黃質艾吡路坦(Epilutein)巖藻黃質本發明的羧基類胡蘿蔔素可以是一種單羧基類胡蘿蔔素，二羧基類胡蘿蔔素或多羧基類胡蘿蔔素。然而無意限制在表2中所列出的示範的羧基類胡蘿蔔素範圍內。優選的羧基類胡蘿蔔素包括胭脂樹橙、降胭脂樹橙、β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酸、藏花酸、二阿樸類胡蘿蔔素酸、羧基胡蘿蔔素和杜鵑紅素。更優選的羧基類胡蘿蔔素包括胭脂樹橙、降胭脂樹橙、藏花酸和β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酸，其中胭脂樹橙、降胭脂樹橙和β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酸是最優選的羧基類胡蘿蔔素。
表2羧基類胡蘿蔔素實例阿樸類胡蘿蔔素酸藏花酸β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酸二阿樸類胡蘿蔔素酸杜鵑紅素紐羅斯波若散辛(Neurosporaxanthin)胭脂樹橙降胭脂樹橙羧基胡蘿蔔素利括吡諾克酸(Lycopenoic acid)取決於用於酯化反應的反應物類胡蘿蔔素的特定的類胡蘿蔔素成分和化學計量比，產生的類胡蘿蔔素酯可以是二類胡蘿蔔素單酯，三類胡蘿蔔素二酯或多類胡蘿蔔素聚酯。例如，二類胡蘿蔔素單酯來源於一分子的二羥基類胡蘿蔔素如葉黃素或玉米黃質與一分子的單羧基類胡蘿蔔素如胭脂樹橙的反應。三類胡蘿蔔素二酯是一分子的二羥基類胡蘿蔔素和兩分子的單羧基類胡蘿蔔素的反應產物。最後，多類胡蘿蔔素聚酯是多分子的二羥基類胡蘿蔔素和多分子的二羧基類胡蘿蔔素如降胭脂樹橙的反應產物。表3中作為示範給出了葉黃素與胭脂樹橙，降胭脂樹橙和阿樸類胡蘿蔔素酸形成的類胡蘿蔔素酯的可能組合表3全類胡蘿蔔素酯的類型醇部分酸部分酯葉黃素(1mol)胭脂樹橙(1mol) 葉黃素單胭脂樹橙酯葉黃素(1mol)胭脂樹橙(1mol) 脫氫隱黃質單胭脂樹橙酯葉黃素(1mol)胭脂樹橙(2mol) 葉黃素二胭脂樹橙酯葉黃素(1mol)降胭脂樹橙(1mol)葉黃素降胭脂樹橙酯葉黃素(1mol)降胭脂樹橙(2mol)葉黃素二降胭脂樹橙酯葉黃素(2mol)降胭脂樹橙(1mol)二葉黃素降胭脂樹橙酯葉黃素(摩爾過量)降胭脂樹橙(過量)多葉黃素聚降胭脂樹橙酯葉黃素(1mol)阿樸類胡蘿蔔素酸葉黃素單阿樸類胡蘿蔔素酯(1mol)葉黃素(1mol)阿樸類胡蘿蔔素酸葉黃素二阿樸類胡蘿蔔素酯(2mol)葉黃素和胭脂樹橙反應形成的兩種酯(葉黃素單胭脂樹橙酯和葉黃素二胭脂樹橙酯)的結構式分別如圖1和2所示。有趣的是，表3中列的第2種酯產品是脫水葉黃素或3′，4′-脫氫隱黃質的胭脂樹橙酯，它是葉黃素和胭脂樹橙反應意外得到的副產物。這一化合物通過葉黃素上未反應的羥基發生脫水反應得到。
二羧基類胡蘿蔔素降胭脂樹橙和二羥基類胡蘿蔔素葉黃素的酯化反應在兩個反應分子的兩側進行，形成一種聚酯，它與眾所周知的由乙二醇與對苯二甲酸經酯化反應得到的聚酯材料(它被紡成一種叫做達可綸TM的纖維)相當。本發明的多類胡蘿蔔素聚酯不僅具有獨特的抗氧化和光吸收性質，而且由於它們高度不飽和的聚合性質，它們還是具有獨特導電性的塑料。它們可以作為「分子電線」用於電傳輸和作為半導體高分子用於新的應用領域如燃料電池、塑料電路、發光裝置和電晶體。
其中的酸部分和醇部分都是類胡蘿蔔素的酯可以用本領域已知用來酯化的任何方法來製備，包括在普通化學實驗室和工業中已知的、用酸來酯化醇的方法。第一種方法包括將至少一種羥基類胡蘿蔔素與至少一種羧基類胡蘿蔔素直接反應。例如，羥基類胡蘿蔔素和羧基類胡蘿蔔素可能通過已知的催化技術來酯化，例如在二甲氨基吡啶的存在下通過碳二亞胺的耦合。利用脂肪酶的酶催化酯化是製備這些類胡蘿蔔素酯的另一種途徑。
在一個優選實施方式中，至少一種羧基類胡蘿蔔素酯的醯氯被用作酯化反應的中間體。醯氯可以通過本領域已知的任何方法來製備，例如通過已知的用磷的三或五氯化物、亞硫醯氯或高反應性的甲醯氯的反應(McGill U.，四面體快報(1997)38(37)6489)。在一個更優選的實施方式中，醯氯通過羧基類胡蘿蔔素與草醯氯的反應來製備。這種草醯氯再和至少一種羥基類胡蘿蔔素反應以形成所需的類胡蘿蔔素酯。
最好結合下面非限制的實施例更詳細地描述本發明。
實施例1如圖1所示的葉黃素單胭脂樹橙酯按照下面的步驟合成。通過加入草醯氯(500μL，5.25mmol)和N，N-二甲基甲醯胺(1滴)，胭脂樹橙(500mg，1.27mmol)在乾燥的二氯甲(50mL)中轉化為胭脂樹橙醯氯。在室溫下攪拌混合物1小時，然後在減壓條件下將其蒸乾以得到胭脂樹橙醯氯。
在1mL乾燥的甲苯中，將胭脂樹橙醯氯(4mg，25μmol)與葉黃素(1mg，1.76μmol)。加入吡啶(1滴)並將混合物在室溫下攪拌6天。酯化反應用薄層色譜法(TLC)監控，在矽膠板上用含20％乙酸乙酯的二氯甲烷作為展開相。當反應物葉黃素(Rf＝0.2)的點基本上消失並且一個新的、低極性的紅點(它基本上跑在溶劑前沿(Rf＝0.95))出現的時候認為反應結束。
在此階段，停止混合併在減壓條件下蒸發反應物。將乾燥的剩餘物溶解在二乙醚(2mL)中並在用二乙醚作為流動相的矽膠柱中進行色譜分析。收集跑在前面的物質並在減壓條件下蒸發來獲得葉黃素單胭脂樹橙酯，使用矽膠柱色譜法對其純化。
使用TLC法(在矽膠板上用含20％乙酸乙酯的二氯甲作為展開相)分析產品，給出一單個點(Rf＝0.95)。1H核磁共振(NMR)(BruckerAC2SO，250MHz，CDC13)分析顯示胭脂樹橙的甲酯共振出現在3.75ppm，胭脂樹橙的雙鍵偶極子出現在7.4ppm和7.95ppm。觀察到葉黃素的信號出現在3.9ppm和4.19ppm，脂族質子的共振出現在0.7-1.9ppm。葉黃素的信號從3.9ppm到3.15ppm的高磁場運動表明了從自由羥基到耦合酯的變化。因此，純化的產品包括胭脂樹橙和葉黃素形成的酯。利用APCI技術(大氣壓力化學電離)獲得的質譜顯示出與葉黃素單胭脂樹橙酯(C65H84O5)一致的位於944的峰。
實施例2如圖2所示的葉黃素二胭脂樹橙酯按照下述步驟製備。通過加入草醯氯(1mL，10.5mmol)，胭脂樹橙(550mg，1.39mmol)在乾燥的甲苯(10mL)中轉化為胭脂樹橙醯氯，並在氮氣氣氛中回流一個小時得到一血紅色的溶液。將混合物稍微冷卻，然後在減壓條件下蒸乾以得到胭脂樹橙醯氯。
在1mL乾燥的甲苯中，將胭脂樹橙醯氯(8mg，19.4μmol)與葉黃素(1mg，1.76μmol)混合。加入吡啶和4-N，N-二甲胺吡啶(2滴)的混合物，並將混合物回流8小時。酯化反應用TLC監控，在矽膠板上使用含20％的乙酸乙酯的二氯甲烷作為展開劑。在反應過程中，反應物葉黃素的點((Rf＝0.2)基本消失，兩個新的、低極性的紅點出現，它們幾乎都跑在溶劑前沿(葉黃素單胭脂樹橙酯Rf＝0.95和葉黃素二胭脂樹橙酯Rf＝0.98)。當反應將要完成時，只剩下Rf＝0.98的點。在此階段將混合物在減壓條件下蒸發。將乾燥的殘留物溶解在二乙醚(2mL)中並在矽膠柱上用二乙醚洗脫來進行色譜分析。收集跑在前面的物質並在減壓條件下蒸發以得到葉黃素單胭脂樹橙酯。
使用TLC法(在矽膠板上用含20％乙酸乙酯的二氯甲作為展開相)分析產品，給出一單個點(Rf＝0.99)。1H核磁共振(NMR)(Brucker 250MHz，CDC13)分析顯示在3.7ppm(兩倍強度的胭脂樹橙甲酯共振)和0.6-1.6ppm(葉黃素共振)產生共振。通過APCI質譜測定顯示一個與葉黃素二胭脂樹橙酯(C90H112O8)一致的位於1323的峰。
實施例3葉黃素單-β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酯按照如下方法製備。β-阿樸-8』-胡蘿蔔素酸的醯氯按照與實施例2的胭脂樹橙醯氯相同的方法來製備。將醯氯(1.03g，2.5mmol)溶解在苯(10mL)中。在氬氣氣氛中，向其中加入含有葉黃素(3.7g，6.55mmol)和嘧啶(1.2mL，12.8mmol)的苯溶液(10mL)。在室溫條件下攪拌反應物3天。
將反應混合物用乙醚(80mL)稀釋，用稀釋的鹽酸(0.5M，2×50mL)洗滌，乾燥(Na2SO4)並蒸發。幹閃光色譜法(裝入二氯甲烷並用含20％，40％和60％乙酸乙酯的石油醚洗脫)得到產品，該產品通過質譜測定顯示一個與酯葉黃素單-β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酯一致的在808的峰(C55H68O5)。
由於所有這些新的全類胡蘿蔔素酯具有高的油溶性，因此它們可用作脂肪的著色劑。另外，這些類胡蘿蔔素的分子的結合也可以增加單個類胡蘿蔔素的化學預防抗癌活性並且保護抵抗多種病理狀況。最後，由於它們的類胡蘿蔔素成分的抗氧化作用的結合和協同增強作用，它們可以作為有用的抗氧化劑。例如，葉黃素二胭脂樹橙酯含有29個碳-碳雙鍵和4個碳-氧雙鍵，其中的31個是共軛類型的。這一全類胡蘿蔔素二酯是已知不飽和度最高的化合物中的一種，顯示有空前的光吸收和抗氧化性質。
本發明的單-，二-和多全類胡蘿蔔素酯之所以是新的化合物是因為它們包含至少兩個類胡蘿蔔素部分。通過一個合成的酯鍵將至少兩個類胡蘿蔔素結合成單個的化合物，單個的類胡蘿蔔素的相似的和互補的性質得到了最大化。這些全類胡蘿蔔素酯顯示了引人注目的比單個的成分胡蘿蔔素的活性更大的抗氧化和生理作用。結果，此新的全類胡蘿蔔素酯可以用作治療劑，家禽飼料中的色素成分和脂肪的著色劑。另外，全類胡蘿蔔素聚酯可以作為具有獨特的導電性的分子電線。
本領域技術人員知道，可以對上述實施方式做出不偏離本發明的廣義概念的變化。因此，應理解，本發明不限於公開的特定的實施方式，但是它試圖涵蓋附屬權利要求所限定的本發明的精神和範圍內的修改。
權利要求
1.一種包括至少一個醇衍生部分和至少一個酸衍生部分的酯，其中至少一個醇衍生部分包括一種選自單羥基類胡蘿蔔素、二羥基類胡蘿蔔素和多羥基類胡蘿蔔素的羥基類胡蘿蔔素，並且其中至少一個酸衍生部分包括一種選自單羧基類胡蘿蔔素、二羧基類胡蘿蔔素和多羧基類胡蘿蔔素的羧基類胡蘿蔔素。
2.如權利要求1所述的酯，其中羥基類胡蘿蔔素選自葉黃素、玉米黃質、隱黃質、紫黃質、胡蘿蔔素二醇、羥基胡蘿蔔素、羥基番茄紅素、異葉黃素和脫氫隱黃質。
3.如權利要求1所述的酯，其中羧基類胡蘿蔔素選自胭脂樹橙、降胭脂樹橙、β-阿樸-8』-類胡蘿蔔素酸、藏花酸、二阿樸類胡蘿蔔素酸、羧基胡蘿蔔素和杜鵑紅素。
全文摘要
本發明提供了單酯、二酯和多酯，其中酯的酸衍生部分和醇衍生部分都是類胡蘿蔔素化合物。兩個或多個類胡蘿蔔素之間的合成酯鍵提供了新的化合物，其中單個類胡蘿蔔素的相似的和補充的性質被結合在一起。此新的全類胡蘿蔔素酯可以用作抗氧劑，治療劑，家禽飼料中的色素成分或作為脂肪的著色劑。此聚酯有潛力作為具有獨特導電性的分子電線。此全類類胡蘿蔔素酯可以通過至少一種羥基類胡蘿蔔素與至少一種羧基類胡蘿蔔素酯化來製備，或通過羧基類胡蘿蔔素的醯氯與一種羥基類胡蘿蔔素反應來製備。優選的羥基類胡蘿蔔素包括葉黃素、玉米黃質、隱黃質、紫黃質、胡蘿蔔素二醇、羥基胡蘿蔔素、羥基番茄紅素、異葉黃素和脫氫隱黃質。優選的羧基類胡蘿蔔素包括胭脂樹橙、降胭脂樹橙、β－阿樸－8－類胡蘿蔔素酸、藏花酸、二阿樸類胡蘿蔔素酸、羧基胡蘿蔔素和杜鵑紅素。
文檔編號C07C57/00GK1492855SQ02805328
公開日2004年4月28日 申請日期2002年2月22日 優先權日2001年2月23日
發明者路易斯·W·萊維, 理察·H·賓寧頓, 安東尼·S·塔巴茨尼克, H 賓寧頓, S 塔巴茨尼克, 路易斯 W 萊維 申請人:巴洛維託國際公司, 路易斯·W·萊維