張 穎,代澤樹,張海濱,董 剛,劉耀明,李芷瑤, 張淑蓉,胡雪原
(重慶醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,重慶 400016)
含有環(huán)戊烷駢多氫菲結(jié)構(gòu)的化合物稱為甾體,通常用A、B、C、D分別表示甾體母核中的四個環(huán)(如圖1所示)。研究表明,含甾體結(jié)構(gòu)的藥物具有多種生理活性,臨床應(yīng)用較為廣泛,比如用于促進受孕[1-4]、減肥[5]、抗腫瘤[6-7]、抗炎[8]、預(yù)防冠心病[9-10]和抗HIV感染[11]等。
圖1 甾體的母核
研究還發(fā)現(xiàn),甾體母核的A環(huán)上C1,2-脫氫后,其活性顯著增加[12]。文獻報道,甾體的C1,2位脫氫可采用生物轉(zhuǎn)化法(在節(jié)桿菌促進下)進行[13],反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率可達70%[14],但該菌種不易分離和純化,且轉(zhuǎn)化時間也較長。McArthur等報道[15-16]了用苯硒基氯促進C1,2位的脫氫,該方法不僅轉(zhuǎn)化率低,同時還會伴隨部分金屬硒的殘留。Turner等[17]使用2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone(DDQ)對甾體進行脫氫,產(chǎn)率也可達69%,但反應(yīng)過程易產(chǎn)生雜質(zhì),后處理繁瑣,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
本研究以冰乙酸為溶劑、醋酸鈀做催化劑、在DMSO存在下,化合物(1a~1d)C1,2發(fā)生氧化脫氫,制備C1,2位不飽和甾體化合物(2a~2d),產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)均經(jīng)過1H NMR,13C NMR確證。合成方程式如圖2所示。本方法反應(yīng)條件溫和,選擇性好,收率高,比較適合工業(yè)化生產(chǎn)。
圖2 合成反應(yīng)方程式
WRS-1B數(shù)字熔點測定儀(溫度計未校正);ZF-Ⅰ型三用紫外分析儀,上海顧村電光儀器廠;核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑,TMS為內(nèi)標);1-2-S電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海博訊實業(yè)有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,Heidolph;SHB-ⅢS型循環(huán)水多用真空泵,鄭州長城科工貿(mào)有限公司;DLSB-5/20型低溫恒溫反應(yīng)浴,鄭州長城科工貿(mào)有限公司。
無水硫酸鈉、乙酸乙酯、二氯甲烷、碳酸鈉(AR),成都市科龍化工試劑廠;醋酸鈀(AR),廣東翁江化學(xué)試劑有限公司;二甲基亞砜(AR),天津希恩思生化科技有限公司;乙酸(AR),百靈威科技有限公司;美替諾龍醋酸酯(AR), 云南西力生物技術(shù)股份有限公司。
在50 mL的小燒杯中依次加入底物1a(1g,2.9 mmol)、Pd(OAc)2(0.09 g,0.44 mmol)、DMSO(0.02 g,0.29 mmol)和冰乙酸(15 mL),加畢,將小燒杯放入500 mL的反應(yīng)釜中,關(guān)釜,氮氣置換三次,然后充入2 MPa的O2,在℃條件下攪拌反應(yīng)10 h。取出反應(yīng)釜,用飽和的NaHCO3中和至中性,乙酸乙酯(3×30 mL)萃取,收集有機層,無水硫酸鈉干燥,過濾,得濾液,在減壓條件下除去有機溶劑得粗品,將粗品經(jīng)硅膠色譜柱層析(洗脫劑:石油醚/乙酸乙酯=15/1)收集目標產(chǎn)物,除去溶劑得白色固體2a0.74 g,產(chǎn)率74%。以上述合成方法也可得到2b~2d。
化合物(2a):白色固體0.74 g,產(chǎn)率74.0%,m.p.:137~139 ℃;1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 5.72(S, 1H), 4.62 (dd,J=9.0, 7.9Hz, 1H), 2.37 (dd, 1H), 2.23~2.21 (m, 1H), 2.19~2.12 (m, 2H), 2.08 (d,J=1.0 Hz, 3H), 2.05 (s, 3H), 1.94 (dt, 1H), 1.76~1.71 (m, 1H), 1.66~1.60 (m, 2H), 1.54~1.43 (m, 4H), 1.41~1.25 (m, 3H), 1.23~1.17 (m, 2H), 1.06 (s, 3H), 0.95 (td, 1H), 0.85 (s, 3H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 199. 40, 172.54, 171.12, 128.71, 82.58., 51.33, 49.90, 44.71, 42.67, 42.54, 41.32, 37.94, 37.21, 30.09, 28.63, 27.43, 25.23, 25.21, 23.63, 21.15, 13.88, 12.70。
化合物(2b): 白色固體0.68 g,產(chǎn)率68.0%,m.p.:131~134 ℃;1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 5.70 (m, 1H), 4.64 (m, 23.8, 8.5 Hz, 1H), 2.74 (m, 1H), 2.44~2.28 (m, 2H), 2.19 (tdd,J=14.9, 11.6, 5.9 Hz, 3H), 2.10~2.01 (m, 3H), 1.86~1.72 (m, 2H), 1.72~1.63 (m, 1H), 1.63~ 1.32 (m, 6H), 1.31~1.27 (m, 2H), 1.26~1.15 (m, 3H), 1.14~1.03 (m, 1H), 0.99 (ddd,J=25.0, 12.8, 4.1 Hz, 1H), 0.97~0.90 (m, 3H), 0.89~0.80 (m, 2H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ=199.15, 171.18, 167.54, 160.29, 139.62, 128.97, 123.34, 82.47, 82.08, 50.43, 48.28, 46.59, 45.12, 43.61, 42.52, 41.50, 39.22, 37.34, 36.76, 36.58, 35.84, 35.23, 32.83, 30.61, 27.43, 23.52, 23.12, 21.19, 20.08, 19.74, 18.98, 15.28, 14.85, 12.08。
化合物(2c):白色固體0.68 g,產(chǎn)率68.0%,m.p.:123~127 ℃(文獻值125~127 ℃)[18];1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 7.14 (d, 1H), 5.86 (d, 1H), 4.73~4.45 (m, 1H), 2.37 (dd, 1H), 2.24 (d,J=3.9 Hz, 1H), 2.22~2.14 (m, 2H), 2.05 (s, 3H), 1.97~1.88 (m, 1H), 1.85~1.77 (m, 2H), 1.77~1. 71 (m, 1H), 1.67~1.60 (m, 1H), 1.55~1.49 (m, 2H), 1.46~1.40 (m, 3H), 1.32(dt, 2H), 1.23 (dt, 1H), 1.14~1. 08 (m, 1H), 1.02 (s, 3H), 0.83 (s, 3H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 200.08, 171.18, 158.25, 127.46, 82.54, 50.68, 49.92, 44.25, 42.74, 40.94, 38.99, 36.74, 35.45, 30.81, 27.52, 27.47, 23.44, 21.18, 20.73, 13.03, 12.25。
化合物(3d): 白色固體0.71 g,產(chǎn)率71.0%,m.p.:120~122 ℃(文獻值122~123 ℃)[19];1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 5.74 (s, 1H), 2.44 (dt, 3H), 2.39~2.30 (m, 2H), 2.17~2.07 (m, 1H), 1.98 (d, 2H), 1.86 (dd, 1H), 1.71 (dt, 3H), 1.57 (tt, 1H), 1.45 (dt, 2H), 1.37~1.17 (m, 6H), 1.17~1.08 (m, 2H), 1.02~0.96 (m, 1H), 0.91 (dd, 3H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 199.34, 170.36, 124.16, 53.81, 50.84, 47.51, 38.64, 35.76, 35.70, 35.14, 33.92, 32.57, 31.28, 30.75, 21.75, 20.31, 17.38, 13.71。
多種因素對脫氫工藝有不同的影響,以2a的合成為模型反應(yīng),分別從溶劑、催化劑、添加劑、氧氣壓力的角度考察甾體化合物C1,2-脫氫的反應(yīng)條件。
(1)溶劑、催化劑
表1為溶劑和催化劑對2a產(chǎn)率的影響。由表1可知,水為溶劑時(entry 1),無產(chǎn)物生成;二氯甲烷為溶劑時,反應(yīng)時間較長,收率低(entry 2);乙酸為反應(yīng)溶劑時,該反應(yīng)體系反應(yīng)時間最短,產(chǎn)率最高(entry 3)。用乙酸做溶劑,不同催化劑對產(chǎn)率也有影響。當氯化鈀為催化劑時,大量原料未反應(yīng)完(entry 4);而鈀碳為催化劑時,產(chǎn)率則較高(entry 5)。綜上分析,用乙酸做溶劑、醋酸鈀作催化劑的反應(yīng)體系下,反應(yīng)時間最短,產(chǎn)率最高。
表1 溶劑和催化劑對2a產(chǎn)率的影響
(2)催化劑和氧氣壓力
表2為催化劑和氧氣壓力對2a產(chǎn)率的影響。由表2可知,以1a(1g,2.9 mmol)為底物,Pd(OAc)2(0.03 g,0.15 mmol)為底物當量比的5%進行脫氫反應(yīng)時,剩余大量原料(entry 1);當催化劑的量增大到10%時,反應(yīng)不完全,產(chǎn)率較低(entry 2);當催化劑的量增大到15%時,該反應(yīng)條件下收率達到74%(entry 3)。當氧氣壓力在2 MPa以下時,隨著氧氣壓力的增加,收率逐漸增加(entries 4 and 5);當氧氣壓力大于2 MPa時,隨著氧氣壓力的增加,4,5位發(fā)生脫氫反應(yīng),收率反而降低(entry 6)。由此看出,優(yōu)化后的反應(yīng)條件為:催化劑的用量為0.15當量,氧氣壓力為2 MPa。
表2 催化劑的當量比和氧氣壓力對2a產(chǎn)率的影響
在優(yōu)化反應(yīng)條件下,探究底物的適應(yīng)性。結(jié)果表明:在氧氣壓力為2 MPa,醋酸鈀為底物當量比的15%,DMSO為添加劑,冰乙酸為溶劑的條件下,1a在反應(yīng)10 h后產(chǎn)率達到74%,1b在反應(yīng)37 h后產(chǎn)率達到61%,1c在反應(yīng)7 h后產(chǎn)率達到65%,1d在反應(yīng)12 h后產(chǎn)率達到68%。另外,我們還探究了黃體酮、雄烯二酮、沃氏物等類似化合物的脫氫。遺憾的是,這些底物在優(yōu)化條件下,未能順利脫氫得到目標產(chǎn)物,其主要原因可能是由于A環(huán)上C4,5-存在雙鍵,空間位阻較大,進而導(dǎo)致C1,2-脫氫較為困難。
本文研究了甾體化合物A環(huán)C1,2-脫氫的新工藝,在醋酸鈀、DMSO、冰乙酸、氧氣存在條件下進行脫氫,反應(yīng)10 h,產(chǎn)率高于60%。催化劑的量和種類對產(chǎn)率有很大的影響,當醋酸鈀為底物當量比的15%時,產(chǎn)率明顯提高;以冰乙酸為溶劑,并加入一定量DMSO,使反應(yīng)更加溫和地進行;改變氧氣壓力,最終發(fā)現(xiàn)氧氣壓力為2 MPa時可獲得良好產(chǎn)率(74%)。并用正交實驗設(shè)計方法進行工藝參數(shù)的優(yōu)化,使工藝穩(wěn)定、具有可操作性。文中的制備路線具有反應(yīng)條件溫和,產(chǎn)率較高、后處理簡單等優(yōu)點,適合工業(yè)化生產(chǎn)。