原料药甘露醇中微量山梨醇的研究

         作者：梁智 韦振雷 邓梁华 罗鸣

【摘要】  　　目前原料药甘露醇的生产已由化学合成法逐步代替海带提取法，化学合成法的原料药甘露醇中或多或少含有微量的山梨醇。从生产原料和工艺两方面阐述了甘露醇成品中含有微量山梨醇的成因。

【关键词】  原料药； 甘露醇； 微量； 山梨醇

　　1    概述
   
　　甘露醇（D?mannitol）作为原料药，配制成大输液其作用是脱水利尿药，适用于脑水肿、青光眼、大面积烧烫伤引起的水肿，预防和治疗肾功能衰竭。可用来治疗下列疾病：①颅内炎症引起的水肿：如流行性脑膜炎、乙型脑炎、结核性脑膜炎等； ②脑血管病引起的脑水肿：如脑出血性疾病、高血压脑病等； ③缺氧性损伤脑水肿：如脑外伤、一氧化碳中毒、药物或农药中毒等； ④急性青光眼。若为药用辅料，可用作赋型剂、甜味剂、填充剂等，还可做下游药物的前体或中间体。   
   
　　目前甘露醇的来源主要是从海带中提取或化学合成，两者的质量指标按《药典》中的方法检测含量是没有任何区别的。但按美、英、欧等国药典中的方法检测就会发现化学合成法生产的甘露醇中含有微量的山梨醇。我国和日本药典对甘露醇含量的检测方法是采用化学法即氧化还原法进行测定，而美、英、欧等国是用高效液相色谱法（HPLC），因甘露醇和山梨醇既是六羟基的同分异构体，也是一对差向异构体。用化学法分析两者同被高碘酸钾氧化，而视为同一种物质，而用HPLC即可轻而易举地将两者分离定量。本研究对原料药甘露醇中微量山梨醇的来由进行了研究。

　　2  生产方法
   
　　甘露醇广泛存在于界的海藻、水果、植物的叶和杆中，甘露醇是第一个从自然界发现的结晶糖醇，也是目前唯一可从自然界中提取具有价值的糖醇。早在1806年法国人Proust首先从甘露蜜树中分离出甘露醇，从此开创了用热乙醇或其他可选溶媒从以上树汁或其它天然原料中提取甘露醇的先例。目前从海带中提取甘露醇是工业生产方法之一，而主导生产工艺还是化学合成法，即：①蔗糖经水解得转化糖浆；②葡萄糖液经化学异构得部分甘露糖的葡甘糖浆；③葡萄糖经生物酶异构的果葡糖浆。这3种方法所得的产品单独或相互组合，或再融入其它以提高果糖或甘露糖含量技术形成的含2种或3种糖的混合糖液经催化还原而得，然后利用溶解度不同分步将甘露醇结晶分离。也就是说合成工艺在催化加氢还原前的起始物料可以通过科技创新手段来尽可能地提高果糖和甘露糖的含量，从而达到提高甘露醇产量的目的，而一旦催化加氢将糖还原成醇后，提取甘露醇的精制工艺是基本上一致的全物理过程，且不使用任何溶剂与溶媒，我们认为催化加氢是甘露醇生产的关键工艺。

　　3   原料引入的山梨醇
   
　　不论是用催化还原法、电解还原法及生物发酵法生产甘露醇，其最直接的原料是葡萄糖、果糖和甘露糖。3者分别由蔗糖的水解和葡萄糖的异构获得，作为生产甘露醇的原料。获得3种单糖的途径如下：

　　3.1  蔗糖水解
   
　　一分子的蔗糖完全水解理论上得一分子的葡萄糖和一分子的果糖，实际上得约含48%果糖的果葡糖浆，又称转化糖。
   
　　C12H22O11＋H2O   H+   C6H12O6＋C6H12O6
    
　　蔗糖                     葡萄糖     果糖

　　3.2  葡萄糖生物异构
   
　　葡萄糖在葡萄糖异构酶的作用下，可得约含42%果糖的果葡糖浆，又称42果葡糖浆。
   
　　C6H12O6   葡萄糖异构酶    C6H12O6
         
　　葡萄糖                       果糖

　　3.3  葡萄糖化学异构
   
　　葡萄糖能在钼酸盐存在的酸性条件下差向异构化成甘露糖。如葡萄糖溶液在钼酸盐存在的酸性条件下，加热即给出葡萄糖和甘露糖的混合液，甘露糖约占30%。反之用甘露糖在相同条件下进行差向异构化，同样也得到甘露糖约占30%的葡萄糖甘露糖混合液，见下图。

　　现在化学合成法工业化生产甘露醇大都是在金属催化剂（如Raney镍、钌/碳等）存在下，高温高压用氢气还原葡萄糖与甘露糖、葡萄糖与果糖或3种糖的混合液进行生产。

   
　　在此有必要了解单糖的一特性，经过深入的研究，因醇与醛相互能发生半缩醛的反应，单糖也具有一个半缩醛的结构，即单糖分子中的羟基与羰基作用，形成一个氧环，并把这种结构称为氧环式，有为五元环（呋喃型）和六元环（吡喃型），α?型和β?型。另外已经证明，各种结晶体己糖，包括醛糖和酮糖，几乎都存在着各自独立的α?型或β?型异构体，而在溶液中则很快通过链式相互转变为1:1混合物达到平衡。因此，单糖的变旋现象是在溶液中有α?型和β?型异构体的互变，同时包括环式与链式的互变（主要是环式）所形成的一个动态平衡体系。由于单糖的这一特殊的构型现象，在加氢还原时，酮糖就会与醛糖不同，产生一对差向异构体。3种糖单独加氢还原产物各不相同。
   
　　葡萄糖（Glucose） 为己醛糖，主要有两种构型：一种称为α?葡萄糖，另一种称为β?葡萄糖。两者溶于水后，它们的比旋光度都逐渐地改变为+52.7°，这种现象称为变旋光现象。两种构型的葡萄糖结构如在用氢气还原其醛基时，均在C?6与半缩醛的氧原子间受到H 原子的攻击，得到一个产物——山梨醇。

　　果糖(Fructose) 为己酮糖，分别具有α?、β?吡喃型和呋喃型两种半缩醛形式（见下图）。氢化还原时，酮基受到H原子的攻击氢化还原，由于构象所决定，开环后得到一对只是C?2构象不同的差向异构体的糖醇，即果糖的氢化理论上同时得到等量的甘露醇和山梨醇。已经证实只有β?果糖被氢化成甘露醇，α?果糖则被氢化成山梨醇。但受工艺和助剂的影响往往山梨醇略高于甘露醇。

　　甘露糖(Manmose)  为己醛糖，也分为α?吡喃甘露糖和β?吡喃甘露糖两种。水溶液中显示出复杂的变旋光作用，在＋14.2°稳定。吡喃甘露糖的结构式如下： 两种构型的甘露糖结构如在用氢气还原其醛基时，均在C?6与半缩醛的氧原子间受到H原子的攻击，得到一个产物——甘露醇。
   
　　从结构上分析醛和酮都有羰基(＞C＝O)，但醛中羰基碳原子连接一个氢原子，而酮中羰基碳原子上连接着烃基，故33者都具有还原性。3者是同分异构体，葡萄糖与甘露糖又因只是C?2的构象不同成为差向异构体。

　　4  工艺引入的山梨醇
   
　　再对3种糖的共性做个简要说明。3种糖与过量的苯肼作用都生成同一种不溶于水的黄色结晶，称为脎。这3种单糖的构象差别在C?1和C?2上，其它C?3、C?4和C?5是相同的（见下图）。当生成脎后，这种差别就完全消失，从而生成同一种脎。凡是能生成同一种脎的己糖，它们的C?3、C?4和C?5的构型都是完全相同的。3者在特定条件下是可以相互转换的。

　　在温和的碱条件下，醛糖能与酮糖相互异构化，这是著名的罗布雷布伦反应，又称糖的烯醇化过程，它是通过一系列的烯醇化和糖分子内质子的迁移而实现的一个平衡过程，且烯醇化速度主要取决于糖的构型。以D?葡萄糖为例，其分子中C?2上的α?H同时受羰基和羟基的影响很活泼，用稀碱处理可以通过（a）途径互变为1，2?烯二醇中间体。1，2?烯二醇不稳定，再通过（b）和（c）途径互变为果糖和甘露糖，从而达到平衡。

    稀碱处理D?甘露糖或D?果糖，也得到上述互变平衡体系的混合物。
   
　　加氢还原糖类制糖醇所使用的雷尼镍催化剂，若在酸性条件下使用，加之糖类水溶液均为微酸性物质，随着温度的提高，其电离度随之增大，伴随着微量的有机酸不断产生，催化剂会被逐渐腐蚀，金属镍转变成镍离子而流失，使其活性降低。而在碱性条件下可使催化剂表面活性中心带上较多的负电荷，金属原子的供给能力增加，有利于吸附键的形成，从而提高了催化剂的活性，吸氢速度可成倍增加。因此糖类的加氢必须在碱性条件下进行，罗布雷布伦是不可避免地存在，不论用纯净的葡萄糖加氢所得的山梨醇中会含有微量的甘露醇，即使用纯净的甘露糖加氢所得的甘露醇中也会含有微量的山梨醇，而用不同比例的混合糖加氢肯定会得到不同比例的甘露醇和山梨醇。为获得纯净的甘露醇只能通过分离方法提纯，一般上采用重结晶技术，重结晶次数越多所得甘露醇越纯，成本也越高。

　　5  结论
   
　　以上论述了化学合成法不论用什么原料生产甘露醇都难免有微量山梨醇存在，我们收集了国内外的同类产品，用HPLC进行了比对，发现都或多或少地含有微量（＜1%）的山梨醇，从而证明了这一事实。要想去除这些微量的山梨醇就会增加成本，且微量山梨醇的存在并不会对甘露醇的药效起任何明显的影响。甘露醇和山梨醇不仅是同分异构体，也是差向异构体，在药物书籍中两者均划属为同类物质，药物类别均为脱水药，在药理上均具有利尿及脱水作用，用途相似，药典中也含有山梨醇输液项，只因山梨醇在体内部分转化为糖原而失去高渗作用，使药理作用比甘露醇稍弱。因此考虑到山梨醇的药理作用与甘露醇相似，其微量存在对甘露醇药效不会产生影响，相反可降低甘露醇输液的结晶趋向和不良反应。查阅多国药典，包括《药典》，都没有对原料药甘露醇中含山梨醇的限量做明确规定，《英国药典》和《欧洲药典》在甘露醇项中明确描述可含有山梨醇。另外从《美国药典》、《英国药典》和《欧洲药典》对甘露醇含量所采用的高效液相色谱分析方法操作步骤中，更能看出这些药典颁布国和使用国是允许原料药甘露醇中含有微量的山梨醇，同时这一点也证实了国外甘露醇的生产方法也是化学合成法。事实上我们在与国外客商的接触中也体会到，当国外客商对我们的甘露醇样品进行分析，也是以样品中是否含有微量山梨醇，来判断我公司产品是否由化学合成法生产，生产工艺是否与本国相似和产品质量是否一致。由此可见，原料药甘露醇中的微量山梨醇主要决定于其所使用的原料及生产工艺。关于微量山梨醇对原料药甘露醇的影响问题因本文受篇幅的限制，我们将另撰写专题文章论述。

【】
  　　1 郭振楚. 糖类化学. 北京：化学工业出版社， 2005，20～30.

　　2 孔繁祚. 糖化学.北京： 出版社， 2005，10～34.

　　3 天津大学，等.有机化学.北京：人民出版社， 1978，394～404.

　　4 郑建仙.功能性糖醇.北京：化学工业出版社，2005，147～180.

　　5 ［英］R.C.罗 ，［美］P.J. 舍斯基，［英］P.J.韦勒. 药用辅料手册. 第4版. 化学工业出版社,. 2005.

　　6 甘露醇. 中国药典.2005年版二部, 71～72.

　　7 药品通用名:山梨醇.http://www.yao85.com/free_cgi/bbs/ypxxl.asp

　　8 夏运岳. 复方甘露醇注射液. CN 1823746A. 2006, 1～4.

　　9 吴国荃，等.我国甘露醇的生产状况与趋势.化工技术，2004,22(4)： 4～6.

　　10 宋晓妍，等.影响山梨醇反应的若干问题分析. 黑龙江医药， 2001, 1:18～19.