16β-唑取代-3β-羥基-5α-雄甾-17-酮的綠色合成

柯賢炳， 潘 騰， 吳 杰， 楊明利

(武漢生物工程學院 制藥工程系，湖北 武漢 430415)

甾體唑是將唑單元引入甾環(huán)形成的一類化合物，具有抑制5α-還原酶和CYP45017α酶的作用[1～3]，有望成為抗前列腺、抗乳腺癌的藥物。在甾環(huán)16β-位引入不同的含氮雜環(huán)是甾類肌松藥設計的重要合成策略[4]。因此，探索在甾環(huán)16β-位引入唑單元的合成方法，將為設計和發(fā)現(xiàn)上述一些潛在的活性化合物提供有效的制備基礎。

甾體唑類化合物的合成方法很少見諸報道。在普通含唑化合物的合成中，通過鹵代物引入唑是常用的方法。該法通常使用DMF， DMSO或乙腈等強極性的非質(zhì)子型有機溶劑，同時加碳酸鉀或氫化鈉等堿性物質(zhì)催化反應,但產(chǎn)率普遍較低[5～7]，且不易分離純化。

無溶劑合成在多種化學反應中表現(xiàn)出高選擇性和高轉化率[8，9]，為現(xiàn)代綠色合成的重要方法之一。藥物合成中的綠色介質(zhì)不僅可以為藥品生產(chǎn)中廢物處理帶來好處，更為人類藥品健康提供重要的保障。

本文以表雄酮(1)為原料，先進行16-位溴代，再與ArH(Ⅰa～Ⅰe)在無溶劑熔融條件下進行親核取代反應，合成了5個新型的16β-唑取代-3β-羥基-5α-雄甾-17-酮(3a～3e， Scheme 1)，其結構經(jīng)1H NMR和13C NMR表征。3β-羥基-16β-咪唑-5α-雄甾-17-酮(3a)的絕對構型經(jīng)X-射線單晶衍射證實其16β-構型。

Scheme1

該方法具有反應時間短、產(chǎn)率高、操作簡單等優(yōu)點，為環(huán)境友好型綠色反應。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

XT-4型數(shù)字顯微熔點儀(溫度未校正)；Bruker DPX 400型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標)；Bruker SMART APEX-CCD型X-射線單晶衍射儀。

柱層析硅膠，青島海洋化工廠；甲醇，化學純，用前經(jīng)干燥處理；其余所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1) 3β-羥基-16α-溴-5α-雄甾-17-酮(2)的合成

在反應瓶中加入11.00 g(3.44 mmol)和干燥甲醇35 mL，攪拌使其溶解；分批加入溴化銅2.48 g(11.01 mmol)，保持干燥回流反應12 h(TLC跟蹤)。冷卻至室溫，過濾，濾液真空濃縮，殘余物用水洗滌，用二氯甲烷(3×20 mL)萃取，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，真空濃縮得白色固體21.19 g，收率94%， m.p.164 ℃～165 ℃(162 ℃～166 ℃[10])。

(2)3的合成通法

在反應瓶中加入23.71 g(10 mmol)， Ⅰa～Ⅰe50 mmol和碳酸鉀0.69 g(5 mmol)，攪拌下于130 ℃(熔融狀態(tài))反應至終點。冷卻至室溫，加水10 mL，用二氯甲烷(3×20 mL)萃取，合并有機相，用無水硫酸鎂干燥，減壓濃縮得3a～3e。 3的實驗結果見表1，表征數(shù)據(jù)見表2。

表1 合成3的實驗結果*Table 1 Experimental results of synthesizing 3

*3d反應溫度165 ℃，其余均為130 ℃

2 結果與討論

2．1 3的構型

為了進一步確定3的16-位絕對構型，將單晶3a(0.20 mm×0.10 mm×0.10 mm)置單晶衍射儀上，于(298±2) K，用石墨單色器單色化的MoKα射線(λ=0.710 73 ?)輻射，收集1.76°≤θ≤25.99°數(shù)據(jù)，交迭使用最小二乘法和差值Fourier法獲得氫及其他非氫原子的位置，并對F2用全矩陣最小二乘法進行精修。

晶體結構數(shù)據(jù)表明3a的分子式為C22H32N2O2，分子量為356.50，屬單斜晶系，空間群P21，晶胞參數(shù)a=0.798 6 nm，b=1.113 7 nm，c=1.175 3 nm，α=γ=90°，β=100.915°，R1=0.052 6，wR2=0.127 7。晶體結構數(shù)據(jù)存于英國劍橋數(shù)據(jù)中心，CCDC號為893128。

3a的分子結構見圖1。由圖1可見，3的絕對構型為16β-構型。該構型與文獻[4]報道的16-氮雜環(huán)取代產(chǎn)物一致，是預期的理想構型。

表2 3的NMR數(shù)據(jù)Table 2 NMR data of 3

圖1 3a的分子結構Figure 1 Molecular structure of 3a

2．2 合成3的反應條件優(yōu)化

(1) 無溶劑下的熔融反應

熔融狀態(tài)有利于克服無溶劑條件下物料混合不均勻的缺點[11]。實驗發(fā)現(xiàn)，對于Ⅰa和Ⅰb兩種低熔點的雜環(huán)唑，當反應溫度僅僅略高于唑的熔點時，反應效果并非最佳。在不同熔融溫度下Ⅰa， Ⅰb與2反應，溫度較高時，收率也較高(見表3)。這可能與反應的能壘有一定關系，在較高溫度下，溴更容易離去而唑的取代反應也更容易發(fā)生。

表3 熔融溫度對3a和3b收率的影響*Table 3 Effect of the molte temperature on yield of 3a and 3b

*反應條件同1．2(2)

(2) 與溶劑加熱反應的比較

以合成3a例，考察傳統(tǒng)溶劑加熱法與無溶劑熔融法對收率的影響，結果見表4。由表4可見，在無溶劑條件下合成3a具有反應時間短、收率高等優(yōu)點。無溶劑熔融法的收率優(yōu)勢從實驗現(xiàn)象上看，與副產(chǎn)物生成較少有一定關系。

表4 溶劑加熱對3a收率的影響*Table 4 Effect of solvent heating on yield of 3a

*溶劑用量60 mL,其余反應條件同1.2(2)

[1] Moreira V M A, Vasaitis T S, Njar V C O,etal. Synthesis and evaluation of novel 17-indazole androstene derivatives designed as CYP17 inhibitors[J].Steroids,2007,72(14):939-948.

[2] Zhu N, Ling Y, Lei X,etal. Novel P45017αinhibitors:17-(2′-oxazolyl)- and 17-(2′-thiazolyl)-androstene derivatives[J].Steroids,2003,68(7-8):603-611.

[3] Clement O O, Freeman C M, Hartmann R W,etal. Three dimensional pharmacophore modeling of human CYP17 inhibitors.Potential agents for prostate cancer therapy[J].Journal of Medicinal Chemistry,2003,46(12):2345-2351.

[4] 柯賢炳,胡昊,胡先明. 氨基甾體神經(jīng)肌肉阻斷劑的研究進展[M]．藥物化學進展，北京：化學工業(yè)出版社，2009．

[5] Guo H, Zhang G, Zhang T,etal. Synthesis,characterization and biological evaluation of some 16β-azolyl-3β-amino-5α-androstane derivatives as potential anticancer agents[J].European Journal of Medicinal Chemistry,2011,46(9):3662-3674.

[6] Voets M, Antes I, Scherer C,etal. Synthesis and evaluation of heteroaryl-substituted dihydronaphthalenes and indenes:Potent and selective inhibitors of aldosterone synthase(CYP11B2) for the treatment of congestive heart failure and myocardial fibrosis[J].Journal of Medicinal Chemistry,2006,49(7):2222-2231.

[7] Baraldi P G, Preti D, Tabrizi M A,etal. New pyrrolo[2,1-f]purine-2,4-dione and imidazo[2,1-f]purine-2,4-dione derivatives as potent and selective human A3 adenosine receptor antagonists[J].Journal of Medicinal Chemistry,2005,48(14):4697-4701.

[8] Walsh P J, Li H, de Parrodi C A. A green chemistry approach to asymmetric catalysis:Solvent-free and highly concentrated reactions[J].Chemical Reviews,2007,107(6):2503-2545.

[9] 康力,董菁,呂霞,等. 由鹵代烴合成酯的無溶劑方法[J].合成化學,2011,19(3):379-380.

[10] Dubey S, D P Jindal, Piplani P,etal. Synthesis and neuromuscular blocking activity of 16β-piperidino epiandrosterone derivatives[J].Medicinal Chemistry Reserch,2005,14(4):229-240.

[11] Skoda-F?ldes R, Pfeiffer P, Horváth J,etal. Microwave-assisted stille-coupling of steroidal substrates[J].Steroids,2002,67(8):709-713.