17α,21-二羥基孕甾-4-烯-3,20-二酮-17-戊酸酯的合成

吳慶安, 吳紅衛(wèi), 柏　挺

(1. 浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,浙江 杭州　310014； 2. 上海新華聯(lián)制藥有限公司,上?！?01400)

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·制藥技術(shù)·

通信聯(lián)系人： 吳紅衛(wèi)，碩士研究生， E-mail: heyc27@sina.cn

17α,21-二羥基孕甾-4-烯-3,20-二酮-17-戊酸酯的合成

吳慶安1,2, 吳紅衛(wèi)1*, 柏挺2

(1. 浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,浙江 杭州310014； 2. 上海新華聯(lián)制藥有限公司,上海201400)

摘要：以雄烯二酮為起始原料，經(jīng)加成、硅醚化、環(huán)加成-質(zhì)子脫硅基化及置換等7步反應(yīng)合成了氫化可的松的中間體——17α,21-二羥基孕甾-4-烯-3,20-二酮-17-戊酸酯，總收率75%，純度>96%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和ESI-MS確證。

關(guān)鍵詞：雄烯二酮； 氫化可的松中間體； 17α,21-二羥基孕甾-4-烯-3, 20-二酮-17-戊酸酯； 合成

氫化可的松，化學(xué)名為11β,17α,2l-三羥基孕甾-4-烯-3,20-二酮，是腎上腺糖皮質(zhì)激素藥物，在激素類(lèi)藥物中占有重要地位。氫化可的松能夠影響糖代謝，具有抗病毒、消炎、抗過(guò)敏及抗休克等作用[1-4]。其傳統(tǒng)合成方法存在的主要問(wèn)題有：(1)薯蕷資源的日漸枯竭；(2)鉻廢水的處理；(3)碘化反應(yīng)成本高；(4)利用微生物氧化法引入11β-OH的選擇性較低。

鑒于薯蕷資源的緊缺及傳統(tǒng)合成路線的缺陷，本文通過(guò)對(duì)多種皮質(zhì)激素甾體側(cè)鏈引入方法的研究比較[5-12]，借鑒了Livingston的合成理念，以植物甾醇發(fā)酵物雄烯二酮(4-AD)為起始原料，經(jīng)加成、硅醚化、環(huán)加成-質(zhì)子脫硅基化及置換等7步反應(yīng)合成了氫化可的松關(guān)鍵中間體——17α,21-二羥基孕甾-4-烯-3,20-二酮-17-戊酸酯(1, Scheme 1)，總收率75%，純度>96%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和ESI-MS確證。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器與試劑

YRT-3型熔點(diǎn)儀(溫度未校正)；Anance Ⅲ-500MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Decax-60000 LCQ Deca XP型液相色譜-離子阱質(zhì)譜聯(lián)用儀；Agilent 1100型高效液相色譜儀。

Scheme 1

4-AD,純度98%,上海新華聯(lián)制藥有限公司；其余所用試劑均為分析純，上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司。

1.2　合成

(1) 17β-氰基-17α-羥基雄甾-4-烯-3-酮(2)的合成[13-15]

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在反應(yīng)瓶中依次加入4-AD 5.01 g(17.49 mmol)和甲醇10 mL，攪拌使其溶解；加入丙酮氰醇2.50 mL(27.38 mmol)，緩慢滴加K2CO30.45 g的水(10 mL)溶液，滴畢，于30 ℃反應(yīng)25 h。冷卻至0 ℃，加入冰水10 mL，過(guò)濾，濾餅用飽和食鹽水洗至中性，用甲醇重結(jié)晶，干燥得白色粉末2 5.28 g，收率96.30%，純度99.07%(HPLC，下同), m.p.158.6～159.3 ℃(159.0～160.5 ℃[16])；1H NMR(DMSO-d6)δ：0.87(s, 3H, 18-H)， 1.16(s, 3H, 19-H)， 2.41(m, 2H, 2-H)， 5.63(s, 1H, 4-H); ESI-MSm/z: 314.2{[M+H]+}。

(2) 17β-氰基-17α-羥基雄甾-4-烯-3-酮-17-(二甲基氯甲基)硅醚(3)的合成[12]

在反應(yīng)瓶中依次加入2 5.18 g(16.53 mmol)， 4-二甲氨基吡啶(DMAP)0.10 g，二氯甲烷75 mL和Et3N 4.78 mL，冷卻至0 ℃，加入氯甲基二甲基氯硅烷3.20 mL(24.29 mmol)，于5~10 ℃反應(yīng)2 h。冷卻至0 ℃，加入冰水15 mL淬滅反應(yīng)，用10%鹽酸調(diào)至pH 3，靜置分層，水相用二氯甲烷(2×15 mL)萃取，合并有機(jī)相和萃取液，依次用飽和NaHCO3溶液和飽和NaCl溶液洗滌，無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓濃縮，干燥得米白色固體3 6.85 g，收率98.67%,純度99.07%， m.p.143.7～145.9 ℃(143～146 ℃)[17]；1H NMRδ： 0.38(s, 6H, SiCH3)， 0.97(s, 3H, 18-H)， 1.22(s, 3H, 19-H)， 2.88(m, 2H, 2-H)， 5.75(s, 1H, 4-H); ESI-MSm/z: 420.2[M+]。

(3) 17α-羥基-21-氯孕甾-4-烯-3,20-二酮(4)的合成[12]

氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將3 5.15 g(12.26 mmol)溶于無(wú)水THF(75 mL)中，冷卻至-72 ℃，攪拌下緩慢滴加2 mol· L-1LDA的THF(15.33 mL)溶液，滴畢；于-40～-35 ℃反應(yīng)4 h;于-20～-30 ℃緩慢滴加濃鹽酸25 mL，滴畢，加入水60 mL，于室溫反應(yīng)12 h。于35 ℃減壓蒸餾(析出土黃色固體)，抽濾，濾餅用水洗滌，用二氯甲烷/乙醇(V/V=1/10)11 mL精制，干燥得淡黃色固體4 4.10 g，收率91.64%，純度95.23%， m.p.228.2～230.4 ℃(234~235 ℃[18])；1H NMR(DMSO-d6)δ： 0.55(s, 3H, 18-H)， 1.14(s, 3H, 19-H)， 2.57(m, 2H, 2-H)， 4.47(d,J=12.0 Hz, 1H, 21-CH)， 4.77(d,J=9.0 Hz, 1H, 21-H)， 5.55(s, 1H, 17-OH)， 5.64(s, 1H, 4-H); ESI-MSm/z: 365.2[M+]。

(4) 17α,21-二羥基-孕甾-4-烯-3,20-二酮-21-乙酸酯(5)的合成[19-20]

將4 6.95 g (19.05 mmol)溶于DMSO(70 mL)中，攪拌下加入KOAc 17.38 g(177.09 mmol)，緩慢升溫至60 ℃，保溫反應(yīng)3 h。冷卻至室溫，緩慢倒入1.5 L冰水中(析出沉淀)，靜置4～6 h，過(guò)濾，濾餅用水洗滌，用乙醇14 mL精制，干燥得白色粉末5 7.14 g,收率96.50%,純度98.29%, m.p. 223.3～226.4 ℃(225~226 ℃[11])；1H NMRδ： 0.73(s, 3H, 18-H)， 1.20(s, 3H, 19-H)， 2.19(s, 3H, OCH3)， 4.87(d,J=9.0 Hz, 1H, 21-H)， 5.09(d,J=9.0 Hz, 1H, 21-H)， 5.75(s, 1H, 4-H); ESI-MSm/z: 389.2{[M+H]+}。

(5) 17α, 21-二羥基-孕甾-4-烯-3, 20-二酮(6)的合成[19-20]

將5 5.06 g(13.03 mmol)溶于甲醇(250 mL)中，攪拌下升溫至50 ℃，加入飽和碳酸氫鈉溶液25 mL，保溫反應(yīng)2 h。用2%鹽酸調(diào)pH至7，于55 ℃減壓濃縮至無(wú)溶劑蒸出，加入水100 mL，攪拌2 h，于冰箱中靜置1 h，過(guò)濾，濾餅用乙酸乙酯重結(jié)晶，干燥得乳白色固體6 4.08 g，收率90.41%，純度97.58%, m.p.202.1~204.4 ℃(207~208 ℃[21])；1H NMRδ： 0.68(s, 3H, 18-H)， 1.16(s, 3H, 19-H)， 2.66(s, 1H, 17-OH)， 3.13(s, 1H, 21-OH)， 4.28(d,J=15.0 Hz, 1H, 21-H)， 4.64(d,J=15.0 Hz, 1H, 21-H)， 5.71(s, 1H, 4-H); ESI-MSm/z: 347.4{[M+H]+}。

(6) 1的合成[22]

在反應(yīng)瓶中依次加入THF 50 mL, 6 5.05 g(14.58 mmol)和對(duì)甲苯磺酸0.15 g(0.87 mmol)，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌下升溫至60 ℃，加入原戊酸三甲酯4.80 mL(26.69 mmol)，保溫反應(yīng)3 h。冷卻至-10 ℃，滴加冰醋酸/水(V/V=3/1)混合溶液20 mL，滴畢；于0 ℃反應(yīng)12 h。用2%氫氧化鈉溶液調(diào)至pH≈7，加水50 mL，于80 ℃常壓蒸餾至無(wú)液體蒸出，冷卻，靜置，抽濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色片狀固體1 6.16 g，收率98.15%，純度96.76%, m.p.118.7～121.9 ℃(115~118 ℃[22])；1H NMRδ： 0.69(s, 3H, 18-H)， 0.90(t,J=6.0 Hz, 3H, CH3in Bu)， 1.16(s, 3H, 19-H)， 2.41(s, 1H, 21-OH)， 4.81(d,J=15.0 Hz, 1H, 21-H)， 5.07(d,J=15.0 Hz, 1H, 21-H)， 5.71(s, H, 14-H); ESI-MSm/z: 431.4{[M+H]+}。

2結(jié)果與討論

在2的合成中，用丙酮氰醇代替文獻(xiàn)[15]方法中用到的劇毒品氰化鉀時(shí)，反應(yīng)的立體選擇性不高。但當(dāng)反應(yīng)體系中含有鉀離子時(shí)，立體選擇性有明顯提高，收率也較高(96.32%)，純度99.07%，異構(gòu)體含量<1%。

在3的合成中，以氯甲基二甲基氯硅烷為硅醚化試劑，不需要對(duì)C-3位羰基進(jìn)行保護(hù)，即可在強(qiáng)堿作用下發(fā)生分子內(nèi)的環(huán)加成反應(yīng)。隨后，3在酸性條件下水解生成4。該反應(yīng)不需要引入碘再置換，即可在C-21位引入一個(gè)氯原子。

在5的合成中，傳統(tǒng)方法中C-21位碘被AcO-置換時(shí)[19-20]，需要加入冰醋酸與I-形成離子氛，從而阻止I-的親核性，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。而由4合成5時(shí)，因Cl-親核性比I-小，所以不需要加入冰醋酸，反應(yīng)就能順利進(jìn)行。如加入冰醋酸反而會(huì)阻礙反應(yīng)的發(fā)生，使反應(yīng)時(shí)間大大延長(zhǎng)，雜質(zhì)增大。

在6的合成中，水解所用堿的選擇很重要，當(dāng)所用堿的堿性較強(qiáng)(如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉)時(shí)，反應(yīng)中產(chǎn)生的雜質(zhì)較多，而選用降溫或降低堿濃度的方法均不能降低雜質(zhì)的含量。當(dāng)選用飽和碳酸氫鈉為堿時(shí)，則能夠很好的解決這一問(wèn)題。

在1的合成中， 7水解生成17-單酯，主要副產(chǎn)物為17α,21-二羥基-孕甾-4-烯-3,20-二酮-21-戊酸酯。當(dāng)采用冰醋酸代替無(wú)機(jī)強(qiáng)酸進(jìn)行水解時(shí)，則大大提高了水解的選擇性(>96%)。原因可能是C-17位的酯基與C-21位酯基相比，較易水解。當(dāng)酸性較強(qiáng)時(shí)，主要生成副產(chǎn)物21-位單酯。

3結(jié)論

以植物甾醇發(fā)酵物雄烯二酮為起始原料，經(jīng)加成、硅醚化、環(huán)加成-質(zhì)子脫硅基化及置換等7步反應(yīng)合成了17α,21-二羥基孕甾-4-烯-3,20-二酮-17-戊酸酯(1)，總收率75%，純度96%。1可通過(guò)微生物氧化、水解制備氫化可的松。

該合成路線與傳統(tǒng)的由薯蕷皂素為原料制備氫化可的松的合成路線相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：原料廉價(jià)易得，儲(chǔ)量豐富；引入側(cè)鏈合理，C-3的羰基無(wú)需加以保護(hù)；縮短了合成路線，并通過(guò)對(duì)影響因素的研究確定了反應(yīng)的最優(yōu)條件；整個(gè)合成過(guò)程中沒(méi)有用到重金屬，符合綠色環(huán)保的要求；沒(méi)有經(jīng)過(guò)21-H的碘代反應(yīng)，降低了生產(chǎn)成本，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

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Synthesis of 17α,21-Dihydroxypregn-4-ene-3,20-dione-17-valerate

WU Qing-an1,2,WU Hong-wei1*,BAI Ting2

(1. College of Chemical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China;

2. Shanghai New Hualian Pharmaceutical Company Limited, Shanghai 201400, China)

Abstract：The intermediate of hydrocortisone, 17α,21-dihydroxypregn-4-ene-3,20-dione-17-valerate, was synthesized by a seven-step reaction of addition, silicon etherification, cycloaddition-protiodesilylation and so on, using androstendione as the starting material. The total yield was about 75% and purity was more than 96%. The structure was confirmed by1H NMR and ESI-MS.

Keywords：androstendione; hydrocortisone intermediate; 17α,21-dihydroxypregn-4-ene-3,20-dione-17-valerate; synthesis

中圖分類(lèi)號(hào)：O629.8; O621.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.01.15009

作者簡(jiǎn)介：吳慶安(1962-)，男，漢族，湖南新田人，博士，副研究員，主要從事有機(jī)合成和天然生物活性物質(zhì)的化學(xué)修飾研究。 E-mail: wuqa@nhl-pharm.com

基金項(xiàng)目：上海市2014年度“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”生物醫(yī)藥領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研醫(yī)合作項(xiàng)目(14DZ1930100)

收稿日期：2015-01-07；

修訂日期：2015-11-16