紫杉醇提取工艺优化研究
紫杉醇的提取及分离纯化 - studysyaueducn
紫杉醇的提取及分离纯化
制作人：曲晓林 符烊宁 解说员：曲晓林
1 固定化细胞培养 植物细胞有细胞壁和大的液泡，对剪切力十分敏感， 易受机械损伤。固定化细胞培养技术是在可控条件 下使植物悬浮培养的细胞聚集成团并且限制在特定 空间和表面上，使这些细胞团在不损失生物量的同 时能连续不断地分泌次生代谢物质。固定化的方法 主要有吸附在载体上，包埋在多孔凝胶珠或微胶囊 中。目前这一技术应用中遇到的难题是次生代谢产 物释放的问题，因为大部分次生代谢产物都储存在 液泡内，对其自身的积累起着负反馈作用，使固定 化培养不能连续操作。另外，长时间的固定化培养 也易使细胞受污染。
2.高产菌株的筛选 • 解决植物细胞培养生产次生代谢物产量低 的有效的手段之一是筛选高产细胞株系。
高产细胞系的筛选有很多不同的方法，如
选择含量高的外植体，单细胞克隆法，原
生质体培养法、小细胞团法、抗性筛选法
及负筛选法等。
3.高产细胞系的建立及种质保存
• 将适量愈伤组织团转移到装有50ml液体培养基的150ml三角瓶中，置旋 转式摇床上进行悬浮培养，摇床转速160r*min-1离心5min，收集单细 胞及小细胞团，转移到新鲜培养基中进行继代培养，即可以得到悬浮 培养的无性细胞系。 • 根据实验结果表明，生长旺盛的红豆杉基本上不启动次生代谢，只有 当细胞群体处于对数生长后期，细胞的增殖基本停止，细胞有一定程 度的分化后才开始合成和累积紫杉醇。针对红豆杉细胞生长和紫杉醇 合成的特点，必须设计有针对性“两步培养法”以获得最佳产量。即 第一步采用利于细胞生长增殖的生长培养基，以在最短的时间内得到 最大的生物量，然后更换成有利于目标产物合成的生产培养基进行第 二步培养，以得到最高的紫杉醇产量。
紫杉醇提取纯化工艺的研究进展
紫杉醇提取纯化工艺的研究进展摘要：紫杉醇以其独特的抗癌作用机制及显著的疗效，被认为是近十几年来天然抗癌药物研究领域最重大的发现。
由于紫杉醇在红豆杉树皮中含量极低，提取精制困难等原因，导致紫杉醇纯品价格昂贵。
因此完善紫杉醇的提取纯化工艺，降低生产成本，对保障人类健康都具有重要的意义。
本文对紫杉醇提取纯化工艺的研究进展进行了探讨。
关键词：紫杉醇；提取；纯化；工艺；研究紫杉醇(Paclitaxel，商品名Taxo1)是红豆杉属植物中独有的一种抗肿瘤天然药物，由于其独特的抗癌作用机制及显著的疗效，而被认为是近十几年来天然抗癌药物研究领域最重大的发现。
目前，国内外紫杉醇的商业化规模生产多以红豆杉植物为原料，通过一系列的分离纯化获得。
一、紫杉醇提取纯化工艺概述由于紫杉醇在红豆杉树皮中含量极低(<0．06％)，提取精制困难等原因，导致紫杉醇纯品价格昂贵。
因此，完善紫杉醇的提取纯化工艺，降低生产成本，得到更加便宜的原料对保障人类健康都具有重要的意义。
表1 .紫杉醇提取纯化工艺中各个步骤所得纯度和回收率目前，工业生产中制备紫杉醇还局限于植物提取法。
因此研制出一套操作简单、提纯高、提取率高的紫杉醇规模制备技术无疑对改善紫杉醇原料药产业现状发挥积极作用。
一般来说，从红豆杉中提取紫杉醇的分离工艺，可以分为粗提和纯化两个阶段。
紫杉醇粗提阶段的目的，在于从原料液中尽可能多的提取目标化合物，所得物料再进行后续提纯直至获得纯品。
粗提过程可分为初级萃取和次级萃取，两种过程因所用溶剂不同而除去不同的杂质。
将粗提物进一步纯化是获得纯品紫杉醇的关键步骤，通常用色谱法完成。
在最后获得医用级纯品之前，色谱过程也必不可少。
用色谱法分离纯化紫杉醇时，柱色谱被用于紫杉醇的预分离和最终分离，而薄层色谱则被用于紫杉醇的检测和纯化。
目前，随着分离工艺的不断完善，除了柱色谱法以外，还有高效液相色谱、高速逆流色谱等。
不同工艺中各个步骤的纯度、回收率见表1。
紫杉醇提取分离方法研究
一、提取：
紫杉醇的提取方法，其效果直接影响紫杉醇分 离、纯化的难度及最终产量。
粗提多采用甲醇、乙醇、甲醇一二氯甲烷(1： 1)，但所得浸膏中杂质量较高。研究发现，在 乙酸乙酯、乙醚等溶剂中，乙酸乙酯一丙酮(1： 1)混和溶剂提取紫杉醇效果最佳，浸膏中紫杉 醇含量高达甲醇提取的3倍。 常用的方法有冷浸、渗漉和索氏提取法，又有 人在提取过程中引入超声和微波技术 ，从而 大大缩短了提取时间。
通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢 癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头 颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
【分 子 式】 C47H51NO14 【结构式】
发现历史
1963年美国化学家瓦尼（M.C. Wani）和沃尔 （Monre E. Wall）首次从一种生长在美国西部大森林 中称谓太平洋杉（Pacific Yew）树皮和木材中分离到 了紫杉醇的粗提物。在筛选实验 中，Wani和 Wall发 现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性， 并开始分离这种活性成份。由于该活性成份在植物中 含量极低，直到1971年，他们才同杜克（Duke）大 学的化学教授姆克法尔（Andre T. McPhail）合作， 通过x-射线分析确定了该活性成份的化学结构——一 种四环二萜化合物，并把它命名为紫杉醇（taxol）。
虽然紫杉醇的全合成巳获成功，但就目前临床 供药而言，主要还是依靠从植物中提取。无论 是从天然的红豆杉植物还是从培养的植物细胞 组织中提取紫杉醇，都要涉及到如何能分离并 去掉与紫杉醇结构相似的其它紫杉烷类化合物。 由于这些紫杉烷类化合物在化学结构和极性等 方面都同紫杉醇极为相似，因此给分离工作带 来很大的困难。
通过文献调研可知，近年来，人们就紫杉醇的 提取和分离研究出了许多不同的方法，从而提 高了紫杉醇提取分离的效率，降低了其生产成 本。在本文中，根据已有的基础条件，结合本 学期的专业实验，给出了优化实验的基本思路。 这项研究已取得了长足的进展，一些新的技术 和手段不断应用于这一领域，并显示出诸多优 势和良好前景。相信，随着人们对这领域的进 一步研究，紫杉醇的提取和分离方法将会变得 更加完善。
从红豆杉树皮浸膏中提取紫杉醇初分离工艺的研究
粗品22.50 0.146 0.65 100 1
液-液萃取11.79 0.145 1.23 99.3 1.9
固相萃取2.27 0.146 6.44 100 9.9
硅胶柱层析0.98 0.144 14.63 98.9 22.5
氧化铝柱层析0.79 0.205 26.3 140.5 40.5
3结论
本工艺主要目的是简便除去紫杉醇类似物及其它生物碱，获得初步纯化的紫杉醇。过程
采用价格低谦的氧化铝为层析介质，省略了液-液萃取步骤，简化了分离工艺，提高了分离效
率，有利于工业放大。
氧化铝柱层析处理云南红豆杉针叶浸膏，紫杉醇的回收率大于140%，这使有限的红豆杉
资源能得以充分的利用。
采用优化的初分离工艺，从浸膏中有效地分离出了紫杉醇。样品经此初分离工艺处理后
存在许多问题。首先，紫杉醇来源匮乏，其主要存在于红豆杉树皮和针叶中，其次，紫杉醇
在植物中含量极低，大约为0.010%~0.013%，而紫杉醇与其它紫杉烷化合物在化学结构和极性
等方面又极为相似，要将它们完全分离困难很大。
关于紫杉醇提取分离方法，已有过不少的研究。其中以液-液萃取应用最为广泛，在文献
报道的每一种工艺中，几乎都采用过它。Willey等和Mattina等在测定样品中紫杉醇浓度时，
薄层层析1.05 0.146 13.91 99.7 21.4
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2.7初分离工艺的提出
HPLC分析表明，粗品经过氧化铝柱层析处理后，极性比紫杉醇弱的物质基本被除
紫杉醇的合成研究进展
化工能源化 工 设 计 通 讯Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications·163·第47卷第1期2021年1月紫杉醇由于其良好的抗肿瘤作用，得到广大的关注，广泛应用于治疗乳腺癌、头颈癌、卵巢癌、肺癌等。
紫杉醇注射液、紫杉醇酯质体、紫杉醇（白蛋白结合型）等产品不断更迭换代、提高疗效，将紫杉醇更好地应用于临床实践。
紫杉醇结构化学名为5β，20-环氧-1，2α，4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2’R ，3’S ）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯]，结构如图1所示。
图1 紫杉醇结构式1 紫杉醇的全合成紫杉醇母核骨架为6-8-6碳环结构，其全合成自20世纪开始，全世界众多化学家致力于其合成路线的研究。
其全合成路线主要分为三个过程：紫杉醇母核骨架的合成；对骨架进行官能团反应，对其进行修饰；最后加上侧链苯基异丝氨酸完成全合成。
其全合成过程复杂、烦琐，耗时长，且效率低下。
Wender 合成是目前公开最短的紫杉醇全合成路线。
以化合物2为起点，经过系列反应得到化合物7，完成AB 环的合成。
经过C-3位反应和氧化反应得到10，经醇醛缩合得到12，完成C 环的建立。
然后经过C-5的溴取代，C-4、C-20臭氧化完成对含氧D 环的建立，得到13，再进一步得到巴卡亭Ⅲ（14），最后完成C-10乙酰化及侧链的加成得到紫杉醇。
其合成路线，如图2所示。
23OOOOHOH OTMSO OO O CHO45678OOO OOOOOOO OTBSTIPSOOTBSTIPSOCHOOH TIPSOTIPSOOBOMOHHO OBzOAcOTESO OO OOO 910TIPSOHO OH OHOH BrOTroeAcO AcOO OHO 1211OBzOBzHHOBOMTIPSOTIPSOHO HOHO 1314OCOPhOAcOBzH HHH O OOTES 1OO ONPhAcO AcOOHBzOTroe图2 Wender 合成路线2 紫杉醇的半合成紫杉醇的全合成烦琐且收率低，不适合大生产，于是应寻求更佳的合成方法。
从紫杉植物中提取紫杉醇的简化方法
从紫杉植物中提取紫杉醇的简化方法红豆杉Taxus又名紫杉，也称赤柏松，生于海拔1000～1200m处的山地，是世界上公认的濒临灭绝天然珍稀植物，从其根、皮、茎、叶中提取的紫杉醇taxol是目前世界上最有效的抗癌药物之一。
全球每年大约需要1500～2500kg紫杉醇，而1 kg树皮仅能提取50～100mg。
10-脱乙酰巴卡亭Ⅲ又称10-脱乙酰基浆果赤霉素Ⅲ，10-deacetylbaccatinⅢ，10-DABⅢ为有抑制肿瘤作用的紫杉烷二萜类化合物。
Bissery等报道，可利用10-DABⅢ合成具有比紫杉醇更高抗癌活性的多烯他赛docetaxel。
紫杉醇主要存在于树杆和树皮中，10-DABⅢ主要存在于树叶中，其含量大大高于紫杉醇的含量。
红豆杉是国家珍稀保护植物，生长缓慢，如果直接从红豆杉树皮中提取紫杉醇，不仅资源有限，而且不利于资源保护。
以10-DABⅢ为原料采用酶催化半合成工艺方法来制备紫杉醇，可大大简化合成过程，使紫杉醇骨架修饰所需步骤更少，操作更简单，提高了紫杉醇合成的选择性和生产率，进而为在更大规模上进行紫杉醇生产提供了技术支持，最终使紫杉醇的化学合成半合成的产业化有了实现的可能。
目前文献报道从各种紫杉植物中提取紫杉醇的方法，均需经过繁冗的分离过程。
本实验采用了一种适合于以各种紫杉植物树叶或树枝做原料，通过极性梯度溶剂萃取的方法逐步脱除大量不相干杂质，得到合成紫杉醇的前体10-DABⅢ的方法，然后通过反相层析柱加成，即可获得抗癌活性成分紫杉醇；材料与方法1 材料与仪器南方红豆杉Taxus mairei枝叶取自浙江宁海红豆杉种植基地，8年树龄。
10-DABⅢ对照品为Sigma公司产品，纯度98％；所用甲醇；乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、正己烷、石油醚、乙腈等均为分析纯试剂。
JJ一1精密增力电动搅拌仪，江苏金坛市江南仪器厂；SENCO R一201旋转蒸发仪，上海申顺生物科技有限公司；玻璃硅胶柱为2cm×40cm，杭州常盛科教器具厂；UV一2802PC／PCS型分光光度计，UNICO上海仪器有限公司；Sigma一3K18低温离心机4℃，转速18000rmin；LabAlliance高效液相色谱仪美国SSI公司。
抗癌药物紫杉醇的全合成Holton合成紫杉醇路线的剖析
抗癌药物紫杉醇的全合成Holton合成紫杉醇路线的剖析一、本文概述本文旨在全面剖析紫杉醇全合成的Holton合成路线，这是一种被广泛研究和应用于抗癌药物紫杉醇生产的重要方法。
紫杉醇，作为一种具有显著疗效的天然抗癌药物，自被发现以来，其合成路线的研究一直备受关注。
Holton合成路线，作为其中的一种，凭借其高效、稳定和可持续的特点，在紫杉醇的工业生产中占据了重要地位。
本文将从紫杉醇的化学结构出发，详细阐述Holton合成路线的原理、步骤和关键反应。
我们将分析该路线的化学选择性、反应条件和反应机理，以揭示其高效合成紫杉醇的科学依据。
我们还将对Holton合成路线的优缺点进行评估，探讨其在实际工业生产中的应用前景和改进方向。
通过本文的剖析，我们期望能为读者提供一个清晰、全面的紫杉醇全合成Holton合成路线的理解，为相关领域的研究和开发提供有益的参考。
我们也希望借此机会推动紫杉醇合成路线的不断创新和优化，以更好地服务于抗癌药物的研发和生产。
二、Holton合成紫杉醇路线概述Holton合成路线是一种全合成紫杉醇的方法，由Robert A. Holton等人在1994年首次报道。
该路线从易得的原料出发，通过多步骤的化学转化，最终得到紫杉醇。
这一路线的成功，不仅为紫杉醇的大规模生产提供了可能，而且也为其他复杂天然产物的全合成提供了新的思路和方法。
Holton合成路线主要包括以下几个关键步骤：从简单易得的起始原料出发，通过一系列的化学反应，构建紫杉醇的基本骨架。
这些反应包括加成、消去、取代、氧化等，每一步都需要精确控制反应条件和选择适当的催化剂。
接下来，通过引入关键的侧链和官能团，进一步修饰紫杉醇的基本骨架。
这些侧链和官能团是紫杉醇具有抗癌活性的关键所在，因此它们的引入是整个合成路线的重中之重。
在这一步中，需要利用特定的化学反应，如酯化、酰胺化等，将侧链和官能团准确地连接到紫杉醇的基本骨架上。
通过一系列的纯化和结晶步骤，从反应混合物中分离出纯度较高的紫杉醇。
紫杉醇的药理作用与研究进展
并开始对其药理作用进行研究。
紫杉醇的发现被认为是抗癌药物研究的重要里程碑，因为它是
03
第一个能够显著延长部分癌症患者生存期的药物。
紫杉醇的基本结构与性质
01
02
03
紫杉醇是一种复杂的四 环二萜类化合物，由多 个环状结构和连接它们
的桥梁组成。
紫杉醇具有亲脂性，这 意味着它可以轻易地穿 过细胞膜，进入细胞内
紫杉醇能够抑制炎症因子的表达，减轻炎症反应。
神经保护作用
紫杉醇能够保护神经元免受损伤，对神经系统具有一定的保护作用。
03 紫杉醇的研究进展
紫杉醇的抗癌机制研究
1
紫杉醇通过抑制微管解聚，稳定微管结构，干扰 细胞分裂，导致细胞死亡，从而发挥抗癌作用。
2
紫杉醇可以诱导肿瘤细胞进入凋亡通道，通过调 节Bcl-2、Bax等基因的表达，触发细胞凋亡。
卵巢癌
紫杉醇也常用于治疗卵巢癌，尤 其在铂类耐药的情况下，作为二 线药物使用。
பைடு நூலகம்
非小细胞肺癌
对于非小细胞肺癌，紫杉醇可与 铂类等其他药物联合使用，提高 治疗效果。
紫杉醇的疗效评估
01
肿瘤缩小
紫杉醇治疗癌症的主要疗效指标 是肿瘤体积缩小，通常在治疗几 个疗程后进行评估。
02
03
生存期延长
缓解症状
研究表明，紫杉醇治疗能够延长 癌症患者的生存期，提高生活质 量。
3
紫杉醇可以抑制肿瘤血管生成，通过抑制VEGF 等血管生成因子的表达，减少肿瘤血供，抑制肿 瘤生长。
紫杉醇的抗癌药物优化研究
01
针对紫杉醇的耐药性问题，研究如何提高其敏感性， 降低耐药性的产生。
02
研究紫杉醇与其他药物的联合应用，以提高疗效， 减少副作用。
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紫杉醇提取工艺优化研究
赵万年 S1315004
立体依据
紫杉醇(Paclitaxel，商品名Taxol)是Wani等[1]于1971年首次从短叶红豆杉(Taxus Bravifolia Nutt.)中分离得到的一种复杂的次生代谢产物，属二萜类化合物。
其抗癌机理独特[2]，活性广谱高效，是目前所发现的惟一一种具有促进微管双聚体装配成微管, 使微管稳定, 从而阻碍细胞分裂, 将癌细胞停止在G2晚期或M期，最终导致癌细胞死亡[3]，抑制肿瘤生长的作用。
由于紫杉醇的作用机理独特、疗效显著，因此已用于转移性卵巢癌、乳腺癌等的治疗，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
虽然现在开发了多种紫杉醇的制备方法，利用半合成、全合成、生物合成、真菌发酵、植物组织细胞培养等技术手段获得紫杉醇的研究工作也取得了较大的进展［4-6］，但是要实现这些技术的工艺扩大和工业放大生产还存在一些问题，而从树皮中提取紫杉醇的工艺已经成熟且工业化，因此目前从植物中直接提取分离仍是紫杉醇的主要制备方法。
但是，紫杉醇在植物中的含量非常低(含量最高的红豆杉树皮也只有万分之几)[7]，且类似物多，具有热敏性，产物在中间过程中易于分解、变性，不同产地、不同季节的植物资源成分相差甚远，因此分离提取工作难度很大。
目前紫杉醇的提取纯化工艺有溶剂萃取法、固相萃取法、制备色谱法、膜分离法、超临界萃取法、离子交换法、键合物解离法、药理作用靶点法和化学反应法[8-10]。
这些工艺各有优缺点，其中溶剂萃取法和制备色谱法是最简单、最常用的方法，也已经成功应用于工业生产，但仍需改进。
本课题以乙醇为提取溶剂，探求从南方红豆杉树叶中浸取紫杉醇的最佳提取条件，旨在为南方红豆杉这一药用植物资源的开发与利用提供试验依据。
研究目标
采用乙醇浸提方法，考查粉碎度、乙醇浓度、料液比、提取温度和提取时间
对紫杉醇提取效率的影响，经过一系列的单因素试验和正交试验，以期得到紫杉醇醇提工艺的最佳条件。
研究内容
1.紫杉醇原材料提取前的预处理；
2.提取溶剂的确定；
3.提取方法的确定；
4.粗提物的分离、纯化；
5.纯化后紫杉醇的分析。
拟解决的关键问题
回收率低，耗时长，工艺繁琐以及溶剂的浪费等现象。
研究方法和实验方案
1.紫杉醇原材料提取前的预处理
①原料品种及部位的选择；②原料储存环境条件的比较
2.提取溶剂的确定
①选择提取溶剂系统；②单因素实验；③提取溶剂比例的确定
3.提取方法的确定
①选择提取方法；②正交设计优化提取方法；③提取得到粗提物
4.粗提物的分离、纯化
①确定分离、纯化方法；②回收率的计算
5.纯化后紫杉醇的分析
①HPLC测定纯度方法的建立；②TLC、NMR、MS等定性方法的建立；技术路线
原材料提取前的预处理进行提取利用统计学方法找出最优方案提取物的分离及纯化分析
可行性分析
该提取方法简单，所用原材料及溶剂易得，实验室具备实验所需仪器。
研究计划及预期进展
2014.04——2014.05 查阅国内外文献，设计出具体实验操作步骤；
2014.05 预实验；
2014.05——2014.07 按照实验设计方案，完成大部分实验内容；
2014.07——2014.08 数据处理与分析，并完善实验。
参考文献
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