17β-雄甾醇-[3,2-b]-吲哚的合成

顧慶美, 劉　凱, 劉祖朗, 周琢強(qiáng)

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，廣東 廣州　510642)

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·研究簡報(bào)·

通信聯(lián)系人： 周琢強(qiáng)，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師， Tel. 020-85282078, E-mail: zqzhou@scau.edu.cn

17β-雄甾醇-[3,2-b]-吲哚的合成

顧慶美, 劉凱, 劉祖朗, 周琢強(qiáng)*

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，廣東 廣州510642)

摘要：以表雄酮為原料，經(jīng)羥基氧化、羰基保護(hù)、還原、Fischer吲哚環(huán)化等反應(yīng)合成了17-β-醇-雄甾-[3,2-b]-吲哚(5)，總收率43.2%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR， IR和MS確證。生物活性初步測試結(jié)果表明：與雄諾龍相比，5對淡色庫蚊的殺蟲活性顯著提高,在濃度為400 mg·L-1時(shí)，殺蟲率為41.5%。

關(guān)鍵詞：雄諾龍； 吲哚環(huán)； 表雄酮； Fischer合成法; 殺蟲活性

雄諾龍(雙氫睪酮)是人體內(nèi)雄性激素的最主要成分，具有重要的生理作用。該甾體化合物和受體蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)結(jié)合成的復(fù)合體進(jìn)入附屬腺的細(xì)胞核中，促進(jìn)新的蛋白質(zhì)合成,顯示出比睪酮稍強(qiáng)的雄性激素作用。研究發(fā)現(xiàn)，具有甾核結(jié)構(gòu)的甾體衍生物中，大多數(shù)都表現(xiàn)出良好的抗腫瘤、抗菌及抗炎等生物活性。因此，以具有生物活性的天然甾體化合物作為先導(dǎo)化合物，改變甾核結(jié)構(gòu)，引入具有較高生理活性的官能團(tuán)，并進(jìn)行活性篩選開發(fā)新藥，一直是醫(yī)藥合成研究的熱點(diǎn)[1]。

許多生理活性很強(qiáng)的天然化合物具有吲哚環(huán)或?yàn)檫胚岬难苌?，這類化合物不僅可以合成染料、香料、植物生長素及飼料添加劑，而且可用來治療心血管病、糖尿病及肺癌等多種疾病，近年來吸引了越來越多的化學(xué)家們的關(guān)注[2]。

文獻(xiàn)研究表明根據(jù)活性疊加原理，甾體環(huán)上引入芳香雜環(huán)后抑制腫瘤細(xì)胞生長活性、抗菌活性或者抑制某些酶活性的作用會(huì)有所增強(qiáng)[3]。周琢強(qiáng)研究小組[4]曾成功將吲哚環(huán)引入薯蕷皂素的結(jié)構(gòu)，并得到較好的抗蟲活性。

本文以表雄酮為初始原料，經(jīng)氯鉻酸吡啶鎓鹽(PCC)氧化制得5α-雄甾烷二酮(1)；在SeO2催化下1的3-位羰基與CH3OH反應(yīng)形成縮醛[5]制得(5α)-3,3-二甲氧基雄甾烷-17-酮(2)； 2的17-位羰基經(jīng)還原制得(5α,17β)-3,3-二甲氧基雄甾烷-17-醇(3)； 3經(jīng)酸化脫除保護(hù)基制得中間產(chǎn)物雄諾龍(4)；最后采用經(jīng)典的Fischer吲哚合成法在甾體環(huán)上引入活性基團(tuán)吲哚環(huán)[6]合成17β-雄甾醇-[3,2-b]-吲哚(5, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR， IR和MS確證。并對其生物活性進(jìn)行了初步測試。

Scheme 1

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器與試劑

X-4型數(shù)字顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正)；ZF-I型三用紫外分析儀；Bruker AVANCE Ⅲ 600 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Nicolet AVA7AR360-FT型紅外光譜儀(KBr壓片)；Finnigan-4510型質(zhì)譜儀。

表雄酮[7]和PCC[8]按文獻(xiàn)方法合成；其余所用試劑均為分析純。

1.2　合成

(1) 1的合成

在反應(yīng)瓶中加入表雄酮4.35 g(15 mmol)和二氯甲烷50 mL，攪拌使其溶解；加入PCC 9.70 g(45 mmol)，于室溫反應(yīng)至終點(diǎn)(TLC跟蹤)。抽濾，有機(jī)相依次用水、飽和NaHCO3溶液及飽和NaCl水溶液洗滌，無水硫酸鈉干燥，活性炭脫色，蒸除溶劑得白色固體1 3.80 g，收率89.7%， m.p.131～132 ℃(132 ℃[9]); IRν: 3 452(OH, H2O), 2 970(CH3), 2 932(CH2), 1 741, 1 713(C=O) cm-1。

(2) 4的合成

在反應(yīng)瓶中加入1 1.0 g(3.5 mmol)和甲醇50 mL，攪拌使其溶解；冰浴冷卻下加入SeO21.0 g(9 mmol)，反應(yīng)2 h(TLC跟蹤);加入NaBH42.5 g(66 mmol)和NaOH 1.0 g(25 mmol)水(5 mL)溶液，攪拌下于室溫反應(yīng)24 h。倒入冰水中，用二氯甲烷萃取，萃取液用無水硫酸鈉干燥，蒸干后加入丙酮50 mL和濃鹽酸10 mL，回流反應(yīng)4 h。減壓蒸除丙酮，殘余物用二氯甲烷溶解，依次用水、飽和NaHCO3溶液及飽和NaCl溶液洗滌，干燥，蒸除溶劑得白色固體4 0.6 g，收率60%(兩步總收率53.8%)， m.p.177～179 ℃(175~178 ℃[10]); IRν: 3 454(OH), 2 966(CH3), 2 922(CH2), 1 702(C=O), 1 078(C-O) cm-1。

(3) 5的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入4 0.87 g(3 mmol)，無水乙醇30 mL，苯肼0.49 g(4.5 mmol)和TsOH·H2O 0.57 g(3 mmol)，攪拌下回流反應(yīng)至終點(diǎn)(TLC跟蹤)。冷卻至室溫，旋蒸除去乙醇，殘余物用二氯甲烷溶解，依次用水洗滌、無水硫酸鈉干燥，蒸除溶劑后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=2 ∶1]純化得灰色固體5 0.97 g，收率89.5%, m.p.241～244 ℃;1H NMRδ: 0.79(s, 3H), 0.82(s, 3H), 0.95~2.21(m, 19H), 2.32(d,J=10.5 Hz, 1H), 2.56(dd,J=5.1 Hz, 14.8 Hz, 1H), 3.64~3.69(m, 1H), 6.99~7.10(m, 2H), 7.43(d,J=7.22 Hz, 1H), 7.68(s, 1H); IRν: 3 416(OH), 2 913(CH3), 2 848(CH2), 1 625, 1 469(C=C), 1 050(C-O), 742 cm-1; MS(APCI)m/z: 364.5{[M+H]+}, 346.5{[M-NH3]+}。

1.3　殺蟲活性測定

供試?yán)ハx：淡色庫蚊(Culex pippens)幼蟲。

實(shí)驗(yàn)方法：在100 mL燒杯中，配制不同濃度的試液，放入20條庫蚊幼蟲，以清水設(shè)空白對照，于室溫放置24 h，記錄死活蟲蟲數(shù)，活蟲與死蟲的鑒別用鋼針觸動(dòng)蚊子幼蟲，以不動(dòng)為死亡。每個(gè)濃度測三次，計(jì)算平均值。

2結(jié)果與討論

2.1　4的合成

選擇性保護(hù)羰基是合成4的關(guān)鍵步驟，保護(hù)羰基的最常用方法是形成縮醛或縮酮。由于反應(yīng)底物中3-位和17-位有兩個(gè)羰基，而產(chǎn)物要使3-位羰基得到保留，因此選擇性保護(hù)3-位羰基才能獲得目標(biāo)產(chǎn)物。 Andre等[11]用鑭系元素(NdCl3, CeCl3和ErCl3)， Gasparrini等[12]用正丙胺基硅膠鹽酸鹽， Piccolo[13]用1，2-二(三甲基硅氧)乙烷-三氟甲磺酸三甲基硅酯做催化劑，與甲醇反應(yīng)均獲得較好收率的3，3-二甲氧基縮酮而17-位羰基不發(fā)生變化；Samajdar等[14]以碘為催化劑，在THF中與丙硫醇反應(yīng)，也獲得高收率的3-位單硫縮酮。但在這些方法中，前者存在催化劑難以制備，后者存在反應(yīng)中間體要分離的問題。而用SeO2做催化劑，與甲醇先形成3，3-二甲氧基縮酮，然后用NaBH4還原，再水解，反應(yīng)中間體不需要分離，收率中等。SeO2一方面作為催化劑，另一方面作為脫水劑[5]。

2.2　不同催化劑對吲哚環(huán)合成的影響

吲哚合成方法一般有Fischer吲哚合成法、Madelong吲哚合成法、Witting吲哚合成法和Nenitzescu吲哚合成法等。其中Fischer吲哚合成法最為經(jīng)典，迄今為止已有一百多年的歷史。盡管這種方法古老但卻比較有效，近年來常用該方法合成含有復(fù)雜吲哚環(huán)結(jié)構(gòu)的藥物。

吲哚合成法的反應(yīng)機(jī)理表明：首先由芳香肼和羰基化合物反應(yīng)形成腙，然后在酸的催化下發(fā)生[3,3]-σ遷移，最后放出NH3關(guān)環(huán)形成吲哚環(huán)。該反應(yīng)決定速率步驟可能為[3,3]-σ遷移步驟。Fischer吲哚合成中常用的催化劑有無機(jī)酸(H2SO4， HCl， H3PO4和PPA等)，有機(jī)酸(CH3SO3H，p-TsOH和AcOH等)，Lewis酸(ZnCl2和AlCl3等)及有機(jī)堿[EtONa和NaB(OAc)3]等，其主要作用是有利于腙的重排。

4 3 mmol，其余反應(yīng)條件同1.2(3)，考察了不同催化劑對該反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，TsOH·H2O為催化劑時(shí)，收率最高(89.5%)； EtONa為催化劑時(shí)，收率最低(20%)。因此該反應(yīng)以TsOH·H2O為催化劑較佳。

本文還嘗試改變反應(yīng)溶劑，采用冰乙酸作為溶劑兼催化劑[17]，于110 ℃劇烈回流反應(yīng)3 h也可獲得吲哚化合物，但反應(yīng)溫度過高，副產(chǎn)物較多，產(chǎn)物顏色較深。因此，該反應(yīng)以TsOH·H2O作催化劑，無水乙醇為溶劑，反應(yīng)時(shí)間短，收率高，副反應(yīng)少。

表1　不同催化劑對5收率的影響

2.3　殺蟲活性

雄諾龍和5的殺蟲活性結(jié)果見表2。從表2可以看出，雄諾龍的殺蟲活性很小，在濃度為400 mg·L-1時(shí)，殺蟲率為14.3%； 5的殺蟲活性有顯著增強(qiáng)，并且隨著濃度的增大，殺蟲活性增強(qiáng)，在濃度為400 mg·L-1時(shí)，殺蟲率為41.5%。

表2　殺蟲活性測試結(jié)果

3結(jié)論

以表雄酮為原料，成功合成了含吲哚環(huán)的甾體化合物17β-醇-雄甾-[3,2-b]-吲哚(5)。在Fischer吲哚合成法中，乙醇為溶劑，TsOH·H2O為催化劑，苯肼用量為1.5 eq.，反應(yīng)效果最佳，收率89.5%。初步測定了其殺蟲活性，與雄諾龍相比，5對淡色庫蚊的殺蟲活性得到顯著提高。

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Synthesis of Androstane-2-eno[3,2-b]-indol-17-ol

GU Qing-mei, LIU Kai, LIU Zu-lang, ZHOU Zhuo-qiang*

(College of Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Abstract：Androstane-2-eno[3,2-b]-indol-17-ol(5) with the total yield of 43.2% was synthesized by hydroxyl oxidation, carbonyl protection, carbonyl reduction and Fischer indole synthesis using dehydroepiandrosterone as the starting material. The structure was confirmed by1H NMR, IR and MS. The results of the biological activity tests on culex pippens showed that comparing with dihydrotestosterone, the insecticidal activity of 5 increased significantly, and the insecticidal rate was 41.5% at 400 mg·L-1.

Keywords：dihydrotestosterone; indole ring; dehydroepiandrosterone; Fischer synthesis; insecticidal activity

中圖分類號：R914.5; O629.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.01.15026

作者簡介：顧慶美(1990-)，女，漢族，安徽蚌埠人，碩士研究生，主要從事藥物的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用研究。Tel. 020-85282078, E-mail： guqingmei1990@163.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31171883)

收稿日期：2015-01-26;

修訂日期：2015-10-16