花青色素通常指矢车菊素，是花青色素的一种具体类型，其化学名称为2-(3,4-二羟基苯基)-3,5,7-三羟基苯并吡喃鎓，CAS号为13306-05-3。花青色素是一种普遍存在于植物液泡中的水溶性色素, 广泛分布在植物的花朵、叶片和果实之中。它具有A-C-B典型三环结构, 且B环上的羟基与生物活性密切相关,以致于其具有抗氧化、 延缓衰老、抗癌、抗心血管疾病等作用。2016年,Sui等人发现,花青色素的颜色会随着热处理从红色渐变至橙色。由于具有颜色变化效应、无毒无害且有益于人体健康等众多优点, 使得花青色素可作为食用色素。
在现代工业生产上，花青素大多是从蓝莓、黑枸杞、葡萄和玉米等中提取，并通过分离纯化制备。天然花青素的应用前景广泛，但价格昂贵，因此寻找一种低成本、合成简便的方法极具实用价值。花青色素是花青素中含量相对丰富的一种，其结构上有多个羟基。
结构性质
花青色素具有抗氧化活性。抗氧化性是多酚类化合物的共同特点，即向活性自由基提供一个氢原子，而自身由于结构的高度离域，可使生成的自由基比之前的结构更为稳定。Plaza等[9]人对类黄酮化合物抗氧化能力研究的实验中发现，取代基跟抗氧化性能密切相关。A环上5位和8位、7位和8位的成对羟基取代，均能对抗氧化能力做出有益贡献;5位和7位的同时取代，对活性没有影响;7位单独取代没有贡献;6位单独羟基取代反而会降低抗氧化活性;但5位的単单独取代可提高活性。B环上邻位多羟基结构比羟基单取代结构抗氧化活性更强;C环上3位羟基为抗氧化活性必需基团。花青素的C环结构高度离域，且pH变化时具有形成共振结构能力，所以能生成稳定的自由基，展现高抗氧化活性，与槲皮素具有活性相当的抗氧化能力[1]。
合成方法[1]
1、羟基保护反应
称取槲皮素(5mmol)1.6914 g、咪唑(70mmol)4.767g， TBSCl(70mmol)10.55 g，加入5%~10%当量的DMAP，用100mL DMF溶解，于室温(25℃)下搅拌4~5h。将反应液转移到250mL分液漏斗中，加入40mL的正己烷，震荡摇匀后，加入40 mL的水摇匀洗涤，静置分液，去除水相，再次加入40mL水重复洗涤3次以除去DMF。加入40mL饱和Na2CO3水溶液，洗涤3次除去DMAP。加入40mL饱和NaCl溶液洗涤有机相3次。转移有机相至烧杯，向其中加入适量无水硫酸镁，搅拌后抽滤搜集滤液，减压浓缩得到产物1(棕黄色)。
2、羰基还原反应
向装有产物1的圆底烧瓶中投入搅拌子，加入8mL THF和2mL的1mol/100mL LiAlH4四氢呋喃溶液，置于恒温加热磁力搅拌器中，25℃下反应30min(呈红棕色)。冰浴条件下，进行反应的淬灭，向圆底烧瓶中加入20mL THF稀释，再加入0.76mL(与LAH质量相等)水、0.76mL 15%氢氧化钠溶液，再加入2.28mL(三倍LAH的质量)的水，然后升温至25℃，并且恒温搅拌15min。再加入无水硫酸镁，直至加入的无水硫酸镁不再结块，搅拌15min。抽滤，取滤液进行减压蒸发除去溶剂，得到产物2(红棕色)。
3、成盐与脱保护反应合成花青色素
向装有产物2的圆底烧瓶中加入正己烷40mL,全部溶解，加入20mL甲醇(结合TBS基团从而脱除保护)、TFA(25 mmol)2.595mL室温下搅拌过夜，脱除保护基。通过观察上层正己烷的颜色判断反应进行的程度，当上层由红色变为黄色即可。取甲醇层，减压蒸发除去溶剂，得到花青色素固体粉末产品(砖红色)。
参考文献
[1]侯婷婷,刘渝钶,杨胜男,等. 矢车菊素半合成方法实验教学实践[J]. 云南化工,2024,51(1):30-33,37. DOI:10.3969/j.issn.1004-275X.2024.01.07.