氧基類胡蘿蔔素的製備方法

2023-04-25 01:50:01

專利名稱：氧基類胡蘿蔔素的製備方法
氧基類胡蘿蔔素的製備方法
背景技術：
蝦青素天然存在於不同的海藻、細菌、真菌和一些動物中，經常與蛋白質形成某些類型的複合物；還在例如年生側金盞花(Adonis annua L.)的植物以及還在例如紅鶴、鵪鶉的一些鳥類和其他物種中發現了蝦青素。另外，蝦青素可以以游離形式或作為單酯或二酯的衍生物被發現。通常在其天然來源發現的這種類胡蘿蔔素的量及其有限，出於這個原因已經採用其他另外的天然來源用於商業目的，所述天然來源例如磷蝦、加殼類動物副產物、基因工程的萬壽菊以及其他。另外，由法夫酵母(Phaffia rhodozyma)和雨生紅球藻(haematococcus pluvialis seaweed)的發酵粉提取物分離的蝦青素的使用也在增加。微藻類的綠球藻 (Chlorococcum sp.)似乎是蝦青素以及其他類胡蘿蔔素例如角黃素和金盞花黃素有希望的來源。這種類胡蘿蔔素一般用於一些無法從頭合成該類胡蘿蔔素的鮭魚的色素沉著，由此給其賦予市場偏愛的粉紅色。還發現了其在甲殼類動物色素沉著中的應用，雖然在這些動物中其免疫刺激劑和抗氧化劑的活性認識的最多；當它們集中培養時，這能夠顯著影響它們的健康並由此導致更高的存活率。其他氧化類胡蘿蔔素，如角黃素、海膽酮以及金盞花黃素，實際上用於相同的目的。已經證明蝦青素顯示出優於大多數類胡蘿蔔素(J. Agric. Food Chem. 48，1150)的抗氧化劑活性，因此當前還將其成功的用於人類消費。在試驗動物和臨床研究所證明的其各種生物活性中均涉及蝦青素強效的抗氧化劑特性。蝦青素在人類健康和營養領域具有重要的潛在和有前景的應用。蝦青素最顯著的活性包括其抗氧化特性和抗炎特性，其對癌症、 糖尿病、免疫系統和眼部健康的作用，促進人類健康，包括食用蝦青素對血壓、中風和血管性痴呆的抗高血壓和神經保護潛能以及作用(J Nat Prod.，69，443)。幾十年來蝦青素是由諸如DSM(Roche)和BASF的公司使用長時間和昂貴的過程合成以異構體(3R，3' R)、(3R，3' S)和(3S，3' S)的外消旋混合物的形式獲得，導致這種類胡蘿蔔素變得非常昂貴。合成蝦青素與生物體產生的蝦青素是相同的分子，其分別由異構體(3S，3S' )、(3R，3R')和(3R，3R)的 1 2 1 混合物組成。然而，在1967年宣布由蝦紅素獲得蝦青素(Chem Comm. 49)，並且除使用甲矽烷基化試劑由雞油菌素合成蝦青素(J. Org. Chem. 43，1599)外通過氧化玉米黃素二甲基醚 (J. Org. Chem.，32. 180)也獲得了蝦青素二甲基醚。更近時候出版的消息也是關於在單一步驟中使用例如溴酸鈉或過氧化氫的氧化劑由玉米黃素獲得蝦青素取得了相對成功，雖然產量非常小(US6, 372，946，US 6，376，717，MX PA03009685)，所報導的產量在 20%和 30%之間。後來報導了作為食品著色劑的蝦青素的合成(ES 2223270)，通過控制反應產生類胡蘿蔔素芳基酯或氧基甲基醚。所得化合物在含水介質中被鉻VI、錳的鹽或絡合物以及這些的混合物氧化。類似的過程較早被Torres-Cardona報導，使用酯化的玉米黃素產生酯化的蝦青素(US7^1749)，主要使用玉米黃素二乙酸酯作為原料。因此，如今發現的由另一種類胡蘿蔔素合成蝦青素的實例非常有限，如上所述。在以玉米黃素作為底物的情況下，主要由於其羥基對幾乎任何氧化劑敏感導致高度降解的合成過程，由此產量非常低。因此本文描述的方法包括另外的步驟，其由以下組成首先保護玉米黃素的羥基，然後在所提及的技術下進行同時脫保護和氧化的步驟，產生高產量的蝦青素，包括使用催化劑和相轉移劑來改善氧化步驟。如果省略保護基團的步驟，則會得到海膽酮、金盞花黃素以及其他類胡蘿蔔素。用於獲得用作本文所述方法原料的玉米黃素的一些主要天然來源(Mjilata等) 是黃玉米、橙色甜椒、橘子汁、蜜露、芒果、轉基因萬壽菊和雞蛋蛋黃。在鳳凰木(Delonix regia,Gul Mohr)花的花葯中玉米黃素佔總類胡蘿蔔素的大約90%。玉米黃素還是冷壓黑莓(cold-pressed marionberry)、波森莓、紅覆盆子和藍莓種子油中的主要類胡蘿蔔素。還在杏、桃、羅馬甜瓜和各種粉紅葡萄柚(紅寶石無籽)的萃取物中鑑別到玉米黃素。辣椒黃素和玉米黃素之間在立體化學上的聯繫和這兩種色素在辣椒屬(Capsicum sp.)中的同時存在提示二者之間緊密的生源關係。在紅色、橙色和黃色品種的辣椒 (Capsicum annuum)中，玉米黃素分別佔總色素含量的大約6. 5%,7. 3%和15. 9%。在玉米中，角質胚乳中發現最多的是葉黃素。估計總葉黃素的含量為llmg/kg至 30mg/kg。薄葉西方雪果(枸杞子(Lycium Chinese))，一種在中藥中用於改善視力的小果含有的玉米黃素二棕櫚酸酯的濃度可接近lg/kg溼重。在微生物葉黃素來源中，據報導黃桿菌(FlavcAacterium sp.)基本上產生玉米黃素作為其唯一的類胡蘿蔔素。由黃桿菌形成的色素由95%至99%的玉米黃素組成。黃桿菌產生的玉米黃素與玉米(Zea mays.)產生的玉米黃素相同。草生歐文菌(Erwinia herbicola)，一種非光合作用的細菌，呈現黃色是因為極性類胡蘿蔔素的積累，主要是玉米黃素的單和二葡萄糖苷。綠藻Neospongiococcum excentricum顯示產生多達0. 65%的葉黃素(幹基質量)。一種由杜氏鹽藻(Dimaliella salina)產生的過量生產玉米黃素的突變株zeal可被考慮用於商業開發。玉米黃素是集包藻(Synechocystis sp. )PCC6714外膜的天然成分。據報導微藻類的銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)產生生物活性類胡蘿蔔素玉米黃素。藍綠色藻類的螺旋藻(Spirulina)也具有作為其類胡蘿蔔素之一的玉米黃素。kaxanthinibacter enoshimensis是產生玉米黃素的黃桿菌科家族的海洋細菌，由日本江之島的海水分離。Mesoflavibacter zeaxanthinifaciens是另一種新的產生玉米黃素的黃桿菌科家族的海洋細菌。紅色藻類珊瑚藻(Corallina officinalis), C. elongate 和Jania sp.的類胡蘿蔔素據報導主要由胡蘿蔔素、玉米黃素、巖藻黃素、9_順式-巖藻黃素、巖藻黃醇、9-順式-巖藻黃醇和2差向異構玉米黃質組成。共生的藍綠藻 Cyanophoraparadoxa禾口灰胞藻(Glaucocystis nostochinearum)僅合成 β-古月蘿蔔素禾口玉米黃素。據報導藍藻細菌的巢狀倒囊藍細菌(Anacystis nidulans)的類囊體具有玉米黃素作為其主要的類胡蘿蔔素之一。巴夫杜氏藻(Dunaliella parva)、星絲藻(Erythrotrichia carnea)、巴氏杜氏藻(Dunaliella bardawil)、原綠藻(Prochloron sp.)禾口Pleurochloris commutata是玉米黃素的其他微生物來源中的一些。另外，還有合成製備的玉米黃素。其主要是由反式-玉米黃素和微量的順式-玉米黃素、12 『 -apo-zeaxanthinal、娃藻黃素禾口 parasiIoxanthin 組成。由合成方法製備玉米黃素具有幾項缺點它們通常需要很多的反應步驟，每個步驟的產量都小於100%，以至於多步驟方法最終的玉米黃素的終產量往往相對較少。另外， 化學合成往往會產生不需要的玉米黃素的S-S和S-R立體異構體，以及各種轉化產物，例如氧化的玉米黃素和在直鏈部分或末端環上丟失一個或多個雙鍵的玉米黃素分子。由黃體素(主要來源於萬壽菊提取物)異構化獲得的半合成玉米黃素是必須考慮的。在這些情況中作為一般原則，在強鹼存在的情況下相對長時間的加熱黃體素。但是這種異構化反應並不進行至完成。由於在強鹼反應條件下水的消除，形成無水次級產物(Pure Appl. Chem.，74，1369)。天然來源的黃體素通常伴隨有(3R，3' R)-玉米黃素並且總是具有(3R，3' R， 6' R)手性，並且由黃體素製備的玉米黃素必然具備(3R，3'幻手性，這是ε排列的主要缺點(US 6420614)，但是能夠用作氧化步驟的底物。發明概述本發明描述了使用甲矽烷基醚作為玉米黃素的保護基團，例如-O-Si(CH3) 3、-O-Si (CH2-CH3)3^ -O-Si (異丙基)3、-O-Si (CH2CH3)2 (異丙基)、-O-Si (CH3)2(叔丁 基)、-0-Si(CH3)2 (正己基)等。保護基團可通過水解再次轉化為羥基。為了避免所述羥基的過度氧化，這樣的保護是必需的。隨後將甲矽烷基衍生物置於脫保護和氧化過程中，如果使用催化劑和相轉移劑，則可在單一步驟過程中通過所述脫保護和氧化過程產生高產量的蝦青素。在優選的催化劑和相轉移劑存在的情況下，一些優選的氧化系統是碘代苯甲酸、 過氧化鎳、Jones試劑、Collins試劑、氯鉻酸吡啶(PCC)、氯鉻酸雙吡啶、苄基-三甲基-氯鉻酸銨、氟鉻酸吡啶、重鉻酸吡啶、氯鉻酸三甲基甲矽烷基酯、鉻酸、HOBr, HOCI, N-溴代琥珀醯亞胺；次氯酸鹽，如叔丁基次氯酸鹽、次氯酸鈉或次氯酸鈣、次氯酸四丁基銨；N-氯代琥珀醯亞胺、高氯酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、碘酸鹽和高碘酸鹽、二氧化錳、高錳酸鉀、2，3-二氯代-5，6-二-氰基醌、對氯醌、氧化銀、碳酸銀、四乙酸鉛、異丙醇鋁、過苯甲酸和其滷化衍生物等。三甲基甲矽烷氧基(TMS-O)基團、三乙基_、叔丁基二苯基_、叔丁基二甲基甲矽烷氧基和商購的甲矽烷基化等同物的混合物優選用於保護玉米黃素中的羥基。在溫度範圍為-30°C至室溫的非常溫和的反應條件下並在例如碘鹽和溴鹽的滷化催化劑存在下進行該方法；二氧化硒、五氧化二釩和四氧化鋨、硝酸高鈰銨、硫酸高鈰、四氧化釕、三氯化釕及其混合物也是適用的。本發明的基本目標是提供從玉米黃素獲得70%或更高產量的蝦青素的方法，因此使得提供與目前世界市場流通的產品相比更經濟和具有相同質量的產品成為可能。由此製備的蝦青素可用於水產業、家禽飼養和作為人類消費的營養製品；主要用於鮭魚、甲殼類動物和其他水生物種的色素沉著。本發明的另一個目標是當使用異玉米黃素時提供獲得諸如金盞花黃素、隱黃素和角黃素的氧化類胡蘿蔔素的方法。流程1顯示當玉米黃素的羥基得到保護時其轉化為蝦青素是如何發生的。
權利要求
1.一種由玉米黃素製備蝦青素的方法，其中使用玉米黃素的羥基的保護劑，之後加入氧化劑、催化劑和相轉移劑，在單一步驟過程中同時發揮脫保護和氧化作用以獲得蝦青素。
2.根據權利要求1所述的方法，其中玉米黃素可以來自合成、天然或半合成來源。
3.根據權利要求1所述的方法，其中玉米黃素的羥基的保護基團是甲矽烷基醚。
4.根據權利要求3所述的方法，其中保護基團是甲矽烷基衍生物，例如三乙基二苯基甲矽烷氧基、叔丁基二苯基甲矽烷氧基、叔丁基二甲基甲矽烷氧基、三甲基甲矽烷氧基或類似物或其混合物。
5.根據權利要求1所述的方法，其中優選的氧化劑可以選自碘代苯甲酸、過氧化鎳、 Jones試劑、Collins試劑、氯鉻酸吡啶(PCC)、氯鉻酸雙吡啶、苄基-三甲基-氯鉻酸銨、氟鉻酸吡啶、重鉻酸吡啶、氯鉻酸三甲基甲矽烷基酯、鉻酸、次滷酸、N-溴代琥珀醯亞胺；次氯酸鹽，如叔丁基次氯酸鹽、次氯酸鈉或次氯酸鈣、次氯酸四丁基銨；N-氯代琥珀醯亞胺、高氯酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、碘酸鹽和高碘酸鹽、二氧化錳、高錳酸鉀、2，3-二氯代-5，6-二-氰基醌、對氯醌、氧化銀、碳酸銀、四乙酸鉛、異丙醇鋁、過苯甲酸和其滷化衍生物。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所使用的催化劑可以為諸如碘鹽和溴鹽的滷化催化劑、氯化鐵、二氧化硒、五氧化二釩和四氧化鋨、硝酸高鈰銨、硫酸高鈰、四氧化釕、三氯化釕或其混合物。
7.根據權利要求1所述的方法，其中相轉移劑包括如十六烷基三甲基溴化銨和類似物的季銨鹽、季膦鹽、鋶鹽或其混合物。
8.根據權利要求1所述的方法，其中有機溶劑是吡唆，雖然可以使用諸如四氯化碳、二氯甲烷和氯仿的滷代烴。
9.根據權利要求1和8所述的方法，其中可使用諸如乙酸、水或乙腈的共溶劑，包括苯和其滷代衍生物或其混合物。
10.根據權利要求1、3和4所述的方法，其中甲矽烷基化試劑以每份玉米黃素10份的比例使用，優選以每份玉米黃素4份和6份之間的比例使用。
11.根據權利要求1和5所述的方法，其中氧化劑以每份含有玉米黃素的底物3份至5 份的比例使用，雖然優選地每份玉米黃素0. 5份至2份的氧化劑將被使用。
12.根據權利要求1所述的方法，其中保護玉米黃素的羥基的反應的溫度設定在-30°C 和30°C之間，雖然所述反應可在-15°C和15°C之間進行，但是優選在0°C和10°C之間進行。
13.根據權利要求1和12所述的方法，其中反應時間設定在15分鐘和M小時之間，雖然所述反應可以進行8小時和18小時之間的時間，但是優選進行2小時和5小時之間的時間。
14.根據權利要求1所述的方法，其中玉米黃素的脫保護和氧化的反應溫度設定在-30°C和30°C之間，雖然所述反應可在-15°C和15°C之間進行，但是優選在0°C和10°C之間進行。
15.根據權利要求1和12、13和14所述的方法，其中脫保護和氧化的時間為15分鐘和 24小時之間，雖然所述反應可以進行8小時和18小時之間的時間，但是優選進行2小時和 5小時之間的時間。
16.根據權利要求1所述的方法，其中在極性溶劑存在下使獲得的蝦青素處於熱異構化過程。
17.根據權利要求1所述的方法，其中當使用異玉米黃素作為氧化底物時獲得角黃素。
18.根據權利要求1和16所述的方法，其中異構化溫度可以是在40°C和70°C之間。
19.根據權利要求1和16所述的方法，其中極性溶液可以是C2-C5醇或酮，優選丙酮。
20.根據權利要求1所述的方法，可以在大氣條件或惰性氣氛中進行。
21.根據權利要求1所述的方法，其中獲得的蝦青素可以用於鮭魚、甲殼類動物和鳥類的色素沉著。
22.根據權利要求1所述的方法，其中獲得的蝦青素可以在鮭魚、甲殼類動物和鳥類中用作抗氧化劑和免疫刺激劑。
23.根據權利要求1所述的方法，其中獲得的蝦青素可以用作人類消費的營養食品。
24.根據權利要求1所述的方法，其中獲得的蝦青素可以用於餵養寵物的配製品。
全文摘要
描述了一種由合成或天然來源的玉米黃素(3，3′-二羥基-β，β-胡蘿蔔素-3，3′-二醇)的甲矽烷基化衍生物製備蝦青素(3，3′-二羥基-β，β-胡蘿蔔素-4，4′-二酮)的高產量方法。
文檔編號C07C403/24GK102272098SQ200880131985
公開日2011年12月7日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者丹尼羅·威茲卡拉岡薩雷茲, 馬裡奧·大衛·託雷斯卡多納 申請人:英諾瓦安迪納公司