5-羟甲基糠醛的制备及生物活性

背景及概述^[1]

5-羟甲基糠醛是一种重要的化工原料。它的分子中含有一个醛基和一个羟甲基，可以通过加氢、氧化脱氢、酯化、卤化、聚合、水解以及其它化学反应，用于合成许多有用化合物和新型高分子材料，包括医药、树脂类塑料、柴油燃料添加物等。

制备^[3]

一种生产5-羟甲基糠醛的方法，包括以下内容：

（1）将脱去半纤维素后的生物质原料与水按照质量比0.05～1混合后进入水解釜，在180～240℃条件下水解0.2～1h，得到葡萄糖糖、醋酸和甲酸混合溶液；

（2）以步骤（1）得到的混合溶液为原料，采用静态混合器作为反应器，将葡萄糖溶液与萃取剂通过输送设备分别通入静态混合器，反应所用催化剂为甲酸和/或醋酸，在葡萄糖脱水生成5-羟甲基糠醛的反应条件下进行混合接触反应；

（3）步骤（2）得到的反应流出物进行冷却静置分层，上层为水相，含有微量的5-羟甲基糠醛、醋酸、甲酸及微量的未反应的葡萄糖，下层为萃取相，含有5-羟甲基糠醛、醋酸、甲酸以及微量的水；

（4）步骤（3）得到的萃取相进入萃取剂再生塔进行分离，塔顶产物经分相得到再生的萃取剂和少量的水，塔釜得到不含水的5-羟甲基糠醛、甲酸、醋酸的混合物；

（5）步骤（4）中塔釜得到的5-羟甲基糠醛、醋酸和甲酸的混合物进入5-羟甲基糠醛成品塔进行分离，塔釜得到5-羟甲基糠醛，塔顶得到醋酸和甲酸混合物；

（6）步骤（5）中塔顶得到的醋酸和甲酸混合物进入醋酸精制塔，塔顶得到甲酸，塔釜得到醋酸。

生物活性研究^[2]

近年来，关于5-羟甲基糠醛的生物活性逐渐被发掘，主要包括抗氧化活性、抗心肌缺血作用、抗肿瘤细胞增殖活性、改善血液流变学、调节Ca²⁺平衡、抗酪氨酸酶、影响甘草酸代谢、杀虫作用等。

1. 抗氧化活性

目前与5-羟甲基糠醛抗氧化活性相关的研究较多，研究发现，5-羟甲基糠醛可能能够升高脑组织抗氧化酶SOD活力、降低脂质过氧化反应，从而改善学习记忆的能力。

2. 抗心肌缺血

5-羟甲基糠醛可以降低心肌缺血小鼠心肌组织中的丙二醛(MDA)和血清中乳酸脱氢酶(LDH)含量，具有明显的抗氧化和保护心血管系统的功能，可用于制备治疗心血管病和抗心肌缺血的药品。

3. 抗肿瘤细胞增殖

2008年经研究发现熟地黄中5-羟甲基糠醛可诱导组织缺氧，对癌症治疗和镰刀型贫血的临床治疗可能是有用的。

4. 改善血液流变学

研究发现，熟地黄提取物可以改善红细胞变形能力、抑制红细胞集聚，并通过增强纤溶系统活性改善血液流变学，从而呈现血流促进作用，生、干地黄提取物对血液流变学的改善作用较弱，或未显示；而且熟地黄中5-羟甲基糠醛含量是生地黄中20倍，推断其可能是熟地黄中活性成分。

5. 调节Ca²⁺平衡

乌梅中的5-羟甲基糠醛具有Ca²⁺拮抗作用；5-羟甲基糠醛具有抗氧化、抗微管相关蛋白过度磷酸化、抗脑内β淀粉样蛋白沉积、稳定细胞膜、调节钙离子平衡作用和提高神经细胞在病理损伤的存活率的作用，从而对老年痴呆病、帕金森病细胞模型的抗损伤能力和动物模型的行为能力等有良好的改善作用，同时，5-羟甲基糠醛类化合物还可以用于制备防治神经退行性疾病和认知损害的药品和保健品。

6. 抗酪氨酸酶

研究发现，竹荪提取物具有抗酪氨酸酶活性的作用，并经分离鉴定此活性物质是5-羟甲基糠醛；进一步的药效动力学研究显示5-羟甲基糠醛是一个氧化左旋多巴的非竞争抑制剂。

7. 影响甘草酸代谢

将含有葡萄糖、蔗糖、5-羟甲基糠醛等成分的蜂蜜分别对家兔进行口服给药，并观察家兔体内甘草酸和甘草次酸的代谢情况，发现5-羟甲基糠醛具有增强二者抗炎、抗肿瘤和降低血中胆同醇的作用，这是通过其抑制甘草次酸的氧化、并增加甘草次酸在体内的吸收实现的。

8. 降血糖作用

近来，5-羟甲基糠醛的降血糖作用也被发现。2012年，孙文等发现中药瓜蒌中的5-羟甲基糠醛可以用于治疗Ⅱ型糖尿病；张欣等发现5-羟甲基糠醛可以合成具有二酯结构新型降血糖化合物。

9. 其它作用

2003年发现山茱萸中的5-羟甲基糠醛对黑腹果蝇的幼虫有杀害作用；表明5-羟甲基糠醛对ECV304细胞的缺氧损伤具有保护作用，作用机制可能与线粒体膜电位变化和磷酸化细胞外信号调节激酶的表达有关，同年，他们经进一步研究发现，5-羟甲基糠醛可以延长小鼠生存时间、并减轻脑缺氧损伤，可能与5-羟甲基糠醛对血脑屏障和有丝分裂原活化蛋白激酶的影响有关。

主要参考资料

[1] 5-羟甲基糠醛制备及应用的研究进展

[2] 5-羟甲基糠醛的生物安全性和生物活性研究进展

[3] CN201310503574.6一种生产5-羟甲基糠醛的方法