Scopolamiini(hyoskiini)(linkki:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/hyoscine-powder-cas-138-12-5.html), joka tunnetaan myös nimellä skopolamiini, on alkaloidiyhdiste, joka kuuluu tropiinialkaloidien ryhmään. Molekyylikaava on C17H21EI4, CAS 51-34-3, ja molekyylipaino on 303,35 g/mol. Sen rakenne sisältää ryhmiä, kuten bentseenirenkaan, syklohekseenirenkaan ja oktadienyylin. Se on suhteellisen stabiili neutraaleissa ja heikosti happamissa olosuhteissa, mutta se hajoaa alkalisissa olosuhteissa. Siksi pH:n säätö on tärkeää skopolamiinin valmistuksessa, varastoinnissa ja käytössä. Useita kemiallisia reaktioita voi tapahtua, mukaan lukien reaktiot, kuten esteröinti, hydrolyysi, hapetus ja hhydraus. Se voi reagoida useiden yhdisteiden kanssa muodostaen erilaisia johdannaisia.
1. Belladonnan emäksinen synteesireitti:
Menetelmässä käytetään Belladonnaa (belladonna) lähtöaineena skopolamiinin syntetisoimiseksi monivaiheisten reaktioiden kautta. Ensinnäkin Belladonnassa oleva skopolamiini uutetaan osittain, ja sitten skopolamiini syntetisoidaan vähitellen happo-emässäädön, esteröimisen, hydrauksen ja muiden vaiheiden avulla.
Tässä ovat yleiset vaiheet:
1.1. Skopolamiinin uuttaminen Belladonnasta:
Ensin Belladonna-kasvin lehdet ja varret murskataan ja prosessoidaan, sitten liotetaan ja uutetaan käyttämällä sopivaa liuotinta (kuten etyyliasetaattia, metanolia jne.), jotta saadaan skopolamiinia sisältävä uute.
1.2. Alkalisoinnin säätö:
Uute tehdään emäksiseksi, tavallisesti natriumhydroksidin (NaOH) tai kaliumhydroksidin (KOH) emäksisellä liuoksella. Tämä muuttaa skopolamiinin sen suolamuodoksi (kuten skopolamiinihydroksipyruvaatti).
1.3. Esteröintireaktio:
Alkalisesti käsitelty uute saatetaan reagoimaan sopivan asylointiaineen, kuten etikkahappoanhydridin (Ac) kanssa2O) tai etikkahappoanhydridiä (AcOEt), jolloin muodostuu skopolamiinin esteröintituote. Tämä reaktio suoritetaan tavallisesti lievissä olosuhteissa.
1.4. Hydrausreaktio:
Esteröintituote altistetaan vetykäsittelylle käyttämällä sopivaa pelkistysainetta, kuten vetyä, ja katalyyttiä, kuten platinaa tai palladiumia, katalyyttisen hydrausreaktion suorittamiseksi esterirakenteen pelkistämiseksi ja skopolamiinin muodostamiseksi.
1.5. Kiteytys ja puhdistus:
Puhdista haluttu skopolamiinituote reaktioseoksesta kiteyttämällä tai muilla puhdistusmenetelmillä.
2. Skopolamiinimenetelmän synteettinen reitti:
Menetelmässä käytetään lähtöaineena skopolamiinia ja syntetisoidaan asteittain skopolamiinia esteröimällä, happamoittamalla, esterihydrolyysillä ja muilla reaktioilla. Niiden joukossa esteröintivaihe ottaa tavallisesti käyttöön oksaalihappoesterin ja skopolamiinin reaktion oksalyyliskopolamiinin muodostamiseksi, ja sitten saadaan skopolamiinia happamoittamalla ja esterihydrolyysillä.
2.1. Lähtöaineen valmistus:
Skopolamiinimenetelmässä lähtöaineena on skopolamiini (trooppinen happo). Skopolamiinia voidaan uuttaa tietyistä kasveista tai se voidaan valmistaa kemiallisella synteesillä.
2.2. Esteröintireaktio:
Ensin skopolamiini saatetaan reagoimaan sopivan alkoholin kanssa skopolamiinituotteen muodostamiseksi. Yleisesti käytettyjä alkoholeja ovat metanoli, etanoli ja vastaavat. Esteröintireaktio suoritetaan tavallisesti happamissa olosuhteissa, ja yleisesti käytettyjä happokatalyyttejä ovat rikkihappo ja rauta(II)kloridi.
Esimerkki reaktioyhtälöstä:
C17H21EI4+ CH4O → metyyliskopolamiini + H2O
2.3. Happamoitumisreaktio:
Esteröity tuote tehdään happamaksi sen muuttamiseksi vastaavaksi hapoksi. Yleisesti käytettyjä happamoittavia aineita ovat rikkihappo ja rauta(II)kloridi.
Esimerkki reaktioyhtälöstä:
Metyyliskopolamiini + happo → C17H21EI4+ CH4O
2.4. Esterihydrolyysi:
Esterit hydrolysoidaan vastaaviksi hapoiksi ja alkoholeiksi happo- tai emäskatalyysillä. Skopolamiinin synteesissä tämä vaihe sallii skopolamiinin reagoida uudelleen edellisessä vaiheessa muodostuneen alkoholin kanssa skopolamiinin syntetisoimiseksi.
Esimerkki reaktioyhtälöstä:
Metyyliskopolamiini + happo/emäs → C17H21EI + C5H12S (kierrätykseen)
3. Trooppisten alkaloidien muuntamismenetelmän synteettinen reitti:
Menetelmässä käytetään muita trooppisia alkaloideja (kuten atropiinia ja atorvastatiinia) lähtöaineina ja syntetisoi asteittain skopolamiinia sellaisilla vaiheilla kuin esteröinti, happo-emässäätö, hapetus ja happamoittaminen. Tämän menetelmän etuna on, että olemassa olevaa trooppista alkaloidirakennetta voidaan käyttää synteesiin välituotteista ja synteesin tehokkuutta voidaan parantaa.
3.1. Lähtöaineen valmistus:
Trooppisten alkaloidien muuntamisessa lähtöaine on yleensä olemassa oleva sukulaisalkaloidi, kuten L-hyoscyamiini (levoisopropyyliskopolamiini) tai atropiini (atropiini). Nämä alkaloidit voidaan uuttaa kasveista tai valmistaa kemiallisella synteesillä.
3.2. Hydrausreaktio:
Ensin lähtöaineelle suoritetaan hydrausreaktio ja se muunnetaan erilaisiksi tropiumalkaloideiksi hydrauspelkistyksen avulla. Hydrausreaktio suoritetaan tavallisesti katalyytin läsnä ollessa, ja tyypillisiä katalyyttejä ovat platina tai palladium ja vastaavat.
Esimerkki kemiallisen reaktion kaavasta hydrausreaktiolle:
C17H23EI3 + H2 → C17H21EI4
3.3. Rakennemuutosreaktio:
Hydrausreaktion tuote muunnettiin edelleen rakenteenmuutosreaktiolla, jolloin saatiin kohdetuote skopolamiini. Rakennemuutosreaktiot sisältävät tyypillisesti happo- tai emäskatalysoimia syklisaatioita, uudelleenjärjestelyjä tai muita spesifisiä reaktioita.
Esimerkki rakennemuutosreaktiosta:
a) Happokatalysoitu syklisointi:
C17H23EI3→ hyoscyamiiniketoni → C17H21EI4
b) Emäskatalysoidut uudelleenjärjestelyreaktiot:
C17H23EI3 → C17H21EI2 → C17H21EI4
4. Hydraussynteettinen reitti:
Menetelmässä käytetään syklohekseenitiolia, jossa on tertiäärisiä aminoryhmiä lähtöaineena, ja syntetisoi asteittain skopolamiinia vaiheiden, kuten hydrauksen, happo-emäksen säädön ja esteröinnin kautta. Tämän menetelmän avain on muuttaa syklohekseenitioli syklohekseeniamiiniksi hydrausreaktion avulla ja sitten tuottaa skopolamiinia esteröintireaktion kautta.
4.1. Lähtöaineen valmistus:
Hydrauksessa lähtöaine on tavallisesti alkaloidi, jolla on samanlainen rakenne, kuten L-hyoscyamiini (levoisopropyyliskopolamiini) tai atropiini (atropiini). Näitä lähtöaineita voidaan saada kasviuutolla tai kemiallisella synteesillä.
4.2. Hydrausreaktio:
Hydrausreaktio on hydrausmenetelmän ydinvaihe. Se muuttaa lähtöaineen kohdetuotteeksi skopolamiiniksi vetypelkistyksen avulla. Hydrausreaktiot vaativat sopivia katalyyttejä ja reaktio-olosuhteita.
Esimerkki kemiallisen reaktion kaavasta hydrausreaktiolle:
a) L-hyoscyamiinin hydraus:
C17H23EI3 + H2 → C17H21EI4
b) Atropiinin hydraus:
C17H23EI3 + H2 → C17H21EI4
4.3. Erotus ja puhdistus:
Kun hydrausreaktio on päättynyt, tuote on yleensä läsnä muiden lähtöaineiden ja sivutuotteiden kanssa. Siksi tarvitaan eristys- ja puhdistusvaiheita erittäin puhtaan skopolamiinin saamiseksi. Yleisesti käytettyjä erotustekniikoita ovat kiteytys, liuotinuutto, kromatografia ja vastaavat.
5. Fotokemiallinen synteesireitti:
Tämä menetelmä käyttää valokemiallista reaktiota skopolamiinin syntetisoimiseksi. Yleensä lähtöaineena käytetään yhdistettä, jolla on kaksoissidosrakenne, ja valo-olosuhteissa tapahtuu valokemiallinen reaktio, ja skopolamiini syntetisoituu vähitellen fragmentointi- ja rekombinaatioreaktioiden kautta. Tämä menetelmä soveltuu tiettyihin kemiallisiin reaktioihin ja olosuhteisiin.
5.1. Yleiskatsaus:
Fotokemiallinen menetelmä on menetelmä, joka käyttää valoenergiaa edistämään kemiallisia reaktioita. Molekyylien elektroniset siirtymät viritetään valolla, ja viritetyissä olomuodoissa reaktantteja syntyy osallistumaan kemiallisiin muutoksiin. Skopolamiinin fotokemialliseen synteesiin liittyy yleensä viritys ultravioletti- ja näkyvällä alueella.
5.2. Lähtöaineiden valmistus:
Valokemiallisissa menetelmissä lähtöaineena voi olla alkaloideja, joilla on samanlainen rakenne, kuten L-hyoscyamiini (levoisopropyyliskopolamiini) tai atropiini (atropiini). Näitä lähtöaineita voidaan saada kasviuutolla tai kemiallisella synteesillä.
5.3. Valokemiallinen reaktio:
Fotokemiallinen reaktio on skopolamiinin fotokemiallisen synteesin ydinvaihe. Tämä reaktio vaatii sopivan valonlähteen ja reaktio-olosuhteet.
Esimerkki fotokemiallisen reaktion kemiallisen reaktion kaavasta:
a) L-hyoscyamiinin fotokemiallinen reaktio:
C17H23EI3+ hv → C17H21EI4
b) Atropiinin fotokemiallinen reaktio:
C17H23EI3+ hv → C17H21EI4
On huomattava, että hv yllä olevassa kemiallisessa reaktiokaavassa edustaa valoenergiaa, koska fotokemiallisten reaktioiden viritysprosessia edustaa yleensä fotonienergia.
5.4. Erotus ja puhdistus:
Kun fotokemiallinen reaktio on päättynyt, tuote on yleensä olemassa muiden reagoivien aineiden ja sivutuotteiden kanssa. Siksi tarvitaan sopivia eristys- ja puhdistusvaiheita erittäin puhtaan skopolamiinin saamiseksi. Yleisesti käytettyjä erotustekniikoita ovat kiteytys, liuotinuutto, kromatografia ja vastaavat.
On huomattava, että yllä oleva synteesireitti perustuu tunnettuun kirjallisuuteen ja tutkimustuloksiin, ja erityiset reaktio-olosuhteet ja kokeelliset yksityiskohdat on jätetty pois. Skopolamiinin synteesi on monimutkainen prosessi, joka sisältää useiden kemiallisten reaktioiden ja välituotteiden synteesin. Jos olet kiinnostunut oppimaan lisää Scopolamiinin synteettisestä reitistä, tutustu asiaankuuluvaan tieteelliseen kirjallisuuteen tai ota yhteyttä ammattikemistiin.