黃體酮的合成工藝改進(jìn)

吳慶安, 徐志超, 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?！?01419)

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·制藥技術(shù)·

黃體酮的合成工藝改進(jìn)

吳慶安1,2, 徐志超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201419)

摘要：以植物甾醇為原料，分離得豆甾醇(1)； 1經(jīng)沃氏氧化和臭氧化制得中間體孕甾-4-烯-3-酮-22-醛(3)； 3經(jīng)加成縮合并在CuCl催化下經(jīng)空氣氧化合成了黃體酮，總產(chǎn)率69.1%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和ESI-MS確證。

關(guān)鍵詞：植物甾醇； 黃體酮； 氧化； 藥物合成； 工藝改進(jìn)

通信聯(lián)系人： 徐志超，碩士研究生， E-mail： xzcshowtime@126.com

黃體酮是由卵巢黃體分泌的一種天然孕激素，對(duì)人和家畜都具有很高的醫(yī)用價(jià)值。近年來，黃體酮的臨床應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，需求量呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)[1-2]。

黃體酮的傳統(tǒng)合成路線主要是以薯蕷皂素為原料，先經(jīng)過側(cè)鏈降解、氧化及水解等步驟合成中間體醋酸妊娠雙烯醇酮(俗稱雙烯)，再經(jīng)加氫還原、酯基水解和氧化合成黃體酮[3-4]。該合成路線(俗稱雙烯合成法)主要存在三大問題[5-6]：(1)薯蕷皂素是從大量的天然植物黃姜中提取而來的，而黃姜生產(chǎn)周期需2年以上，并且每生產(chǎn)1噸皂素耗用黃姜達(dá)160噸之多，由于資源日趨枯竭，因此很難滿足市場(chǎng)及規(guī)?；a(chǎn)的需求；(2)由黃姜生產(chǎn)皂素，一般每生產(chǎn)1噸皂素會(huì)產(chǎn)生含酸廢水500噸左右和廢渣8噸，環(huán)保壓力極大；(3)由皂素合成黃體酮時(shí)還需用到重金屬鉻鹽，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，研究人員一直在尋找黃體酮新的合成路線。

考慮到豆甾醇(1)的分子結(jié)構(gòu)與黃體酮的分子結(jié)構(gòu)比較相似，本文設(shè)計(jì)以1為原料合成黃體酮。以植物甾醇為原料，分離得1[7]； 1經(jīng)沃氏氧化和臭氧化制得中間體孕甾-4-烯-3-酮-22-醛(3)； 3經(jīng)加成縮合并在氯化亞酮催化下經(jīng)空氣氧化合成了黃體酮(Scheme 1)，總產(chǎn)率69.1%，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

WRS-1B型熔點(diǎn)儀(溫度未校正)；Bruker-400MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS內(nèi)標(biāo))；Mariner ESI-TOF型質(zhì)譜儀；Agilent 1100型液相色譜儀(流動(dòng)相：甲醇/乙腈/水= 65/45/10； 流速：1 mL·min-1； 紫外檢測(cè)波長(zhǎng)：205 nm；時(shí)間：40 min); WSX-10 G型臭氧發(fā)生器。

1按文獻(xiàn)[7]方法合成；植物甾醇(β-谷甾醇43.38%,豆甾醇25.60%,菜油甾醇23.90%,菜籽甾醇2.22%),湖北遠(yuǎn)成藥業(yè)有限公司；其余所用試劑均為分析純。

Scheme 1

1.2合成

(1) 2的合成

在反應(yīng)瓶中加入1 11.8 g(28.6 mmol),環(huán)己酮20.7 mL(200.2 mmol)和甲苯100 mL，于70 ℃攪拌使其溶解；迅速加入異丙醇鋁9.83 g，于110 ℃反應(yīng)2 h(TLC跟蹤)。緩慢冷卻至25 ℃，用5%鹽酸洗滌，分液，有機(jī)層用飽和碳酸鈉溶液洗滌后用水洗至中性，無水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑得白色固體,用丙酮/二氯甲烷重結(jié)晶得白色針狀固體2 9.93 g，產(chǎn)率84.7%，純度99.5%(HPLC), m.p.127~129 ℃;1H NMRδ: 5.74 ~ 5.61(m, 1H), 5.10(ddd,J=23.3 Hz, 11.9 Hz, 7.4 Hz, 1H), 5.01(dd,J=13.6 Hz, 6.9 Hz, 1H), 2.50~2.12(m, 4H), 2.13~1.85(m, 3H), 1.89~1.31(m, 10H), 1.14(ddd,J=31.5 Hz, 26.6 Hz, 20.3 Hz, 9H), 1.07~0.87(m, 6H), 0.89~0.61(m, 11H); ESI-MSm/z: 411.4{[M+H]+}。

(2) 3的合成

在反應(yīng)瓶中加入2 9.60 g (23.4 mmol)和二氯甲烷50 mL，攪拌使其溶解；冷卻至-60 ℃，緩慢通入O3/O2混合物，反應(yīng)至終點(diǎn)(TLC跟蹤);停止通入O3/O2，通入氮?dú)?5 min(防止過量臭氧溶解在反應(yīng)液中影響后續(xù)分解反應(yīng)),加入二甲硫醚0.2 mL，反應(yīng)30 min。減壓蒸除溶劑，殘余物用甲醇重結(jié)晶得淡黃色粉末3 6.94 g，產(chǎn)率90.2%，純度99.6%[HPLC(流動(dòng)相:A=乙腈/水/三氟乙酸=70/30/0.1)], m.p.153~156 ℃;1H NMRδ: 9.50 (d,J=3.2 Hz, 1H), 5.65(s, 1H), 2.40~2.26(m, 4H), 2.27~2.16(m, 2H), 2.01~1.88(m, 2H), 1.87~1.74(m, 2H), 1.70~1.57(m, 2H), 1.55~1.26(m, 6H), 1.19(dt,J=13.3 Hz, 4.5 Hz, 1H), 1.17~1.10(m, 4H), 1.06(d,J=6.9 Hz, 3H), 0.99(ddd,J=12.5 Hz, 9.1 Hz, 5.3 Hz, 2H), 0.93~0.83(m, 1H), 0.69(d,J=12.3 Hz, 3H); ESI-MSm/z: 329.4{[M+H]+}。

(3) 4的合成

在反應(yīng)瓶中加入3 6.57 g(20.0 mmol)， DMF 40 mL和1-(1-環(huán)己烯基)-哌啶 4.4 mL(26.2 mmol)，攪拌下升溫至60 ℃使其溶解；降溫至40 ℃，加入冰醋酸1.0 mL，氮?dú)獗Ｗo(hù)下保溫反應(yīng)6 h(TLC跟蹤)。冷卻至-5 ℃(析出淡黃色固體)，攪拌10 min，過濾，濾餅用5 mL冰乙腈洗滌，用甲苯重結(jié)晶得淡黃色粉末4 7.69 g，產(chǎn)率97.2%，純度99.6%[HPLC(流動(dòng)相:A=70/30/0.1)], m.p.118~123 ℃;1H NMRδ: 5.64(s, 1H), 5.35(s, 1H), 2.49(dd,J=10.3 Hz, 4.8 Hz, 4H), 2.40~2.13(m, 5H), 2.01~1.91(m, 1H), 1.92~1.82(m, 1H), 1.82~1.70(m, 3H), 1.61(s, 5H), 1.50(dd,J=10.5 Hz, 5.7 Hz, 6H), 1.43~1.27(m, 4H), 1.11(s, 4H), 1.01~0.93(m, 2H), 0.87(d,J=2.8 Hz, 1H), 0.51(s, 3H); ESI-MSm/z: 396.6{[M+H]+}。

(4) 黃體酮的合成

在反應(yīng)瓶中加入4 7.4 g (18.7 mmol)和二氯甲烷60 mL，攪拌使其溶解；加入CuCl 38 mg (0.39 mmol)，于5 ℃通入空氣(流速：0.4~0.6 mmol·min-1)，反應(yīng)6 h(TLC跟蹤)。停止通入空氣，靜置片刻，加入異辛烷20 mL和20%硫酸10 mL，分液，水相用異辛烷(20 mL)萃取，合并有機(jī)相，用無水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑，用丙酮重結(jié)晶得白色固體黃體酮5.48 g，產(chǎn)率93.1%，純度99.7%[HPLC(流動(dòng)相:A=70/30/0.1)], m.p.124~128 ℃;1H NMRδ: 5.74(s, 1H), 2.54(t,J=9.0 Hz, 1H), 2.50~2.25(m, 4H), 2.19(dt,J=12.6 Hz, 5.8 Hz, 1H), 2.13(s, 3H), 2.06(ddd,J=13.2 Hz, 9.4 Hz, 3.0 Hz, 2H), 1.93~1.83 (m, 1H), 1.77~1.62(m, 4H), 1.57(ddd,J=22.1 Hz, 11.1 Hz, 3.2 Hz, 1H), 1.50~1.38(m, 2H), 1.36~1.22(m, 1H), 1.23~1.13(m, 4H), 1.13~0.92(m, 2H), 0.67(s, 3H); ESI-MSm/z: 314.9{[M+H]+}。

2結(jié)果與討論

2.1合成4的反應(yīng)條件優(yōu)化

4是一個(gè)烯胺類化合物，其合成在酸性條件下由親核試劑進(jìn)攻醛基發(fā)生親核加成后再脫水而得。本文分別以哌啶和1-(1-環(huán)己烯基)-哌啶為親核試劑，考察了兩種不同的酸對(duì)反應(yīng)的影響,結(jié)果見表1。從表1可以看出，在親核試劑相同的條件下，以對(duì)甲基苯磺酸為催化劑時(shí)，產(chǎn)率較低。這是因?yàn)橛H核試劑是仲胺或者叔胺，具有一定的堿性，如果催化劑酸性過強(qiáng)，可能會(huì)與親核試劑結(jié)合生成銨鹽，從而抑制親核反應(yīng)的進(jìn)行。而在相同的酸性試劑作用下，以1-(1-環(huán)己烯基)-哌啶為親核試劑合成4時(shí)產(chǎn)率較高。這是因?yàn)檫哙ぴ诎l(fā)生加成縮合反應(yīng)時(shí)會(huì)生成一分子水，影響反應(yīng)繼續(xù)向產(chǎn)物方向進(jìn)行，而1-(1-環(huán)己烯基)-哌啶在發(fā)生加成縮合反應(yīng)后得到的非水而是環(huán)己酮，因?yàn)榧映蛇^程中產(chǎn)生的水在烯胺正離子水解過程中被消耗了，這大大降低了反應(yīng)的可逆度，使反應(yīng)更易于向4的方向進(jìn)行。另外，1-(1-環(huán)己烯基)-哌啶的空間位阻比哌啶大，不易于在3-位上發(fā)生加成副反應(yīng)，增加了親核加成反應(yīng)的選擇性。綜上所述，合成4的較佳反應(yīng)條件為：以1-(1-環(huán)己烯基)-哌啶為親核試劑，冰醋酸為催化劑，產(chǎn)率97.2%。

表 1不同親核試劑和酸對(duì)4產(chǎn)率的影響

Table 1Effects of different nucleophilic reagents

and acid on the yield of 4

2.2合成黃體酮的反應(yīng)條件優(yōu)化

4在銅鹽催化下可被空氣氧化為黃體酮，該反應(yīng)主要受催化劑和空氣流速的影響?？疾炝瞬煌~鹽催化劑和不同空氣流速對(duì)反應(yīng)的影響，對(duì)黃體酮的合成條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表 2。

表 2　催化劑和空氣流速對(duì)黃體酮產(chǎn)率的影響

由表 2可見，不同類型的銅鹽作為催化劑，均有一定的催化作用，但是采用二價(jià)銅鹽作催化劑時(shí)(No.7~No.9)，反應(yīng)時(shí)間明顯比一價(jià)銅鹽時(shí)間要長(zhǎng)，且產(chǎn)率和純度不高，不適合作為該反應(yīng)的催化劑；而采用一價(jià)銅鹽作催化劑時(shí)，產(chǎn)率和純度有了明顯提高。但是，一價(jià)的亞銅鹽在空氣中容易被氧化，從而導(dǎo)致催化劑失活，因此，需要小心控制空氣流速，才能確保反應(yīng)正常進(jìn)行。當(dāng)空氣流速為0.4~0.6 mmol·min-1時(shí)(No.2)，催化效果最好；當(dāng)空氣流速為0.2~0.4 mmol·min-1時(shí)(No.1, No.4)，反應(yīng)不完全，產(chǎn)率不高；當(dāng)空氣流速為0.6~0.8 mmol·min-1時(shí)，一價(jià)銅鹽易被氧化，導(dǎo)致催化劑部分失活，產(chǎn)率下降。在比較CuCl和CuBr作催化劑時(shí)發(fā)現(xiàn)，前者的催化效果略好于后者，產(chǎn)率和純度更高一些。因此，該反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為：以CuCl為催化劑，空氣流速為0.4~0.6 mmol·min-1時(shí)，于5 ℃反應(yīng)6 h，產(chǎn)率93.1%。

3結(jié)論

以植物甾醇為原料分離得豆甾醇，后經(jīng)沃氏氧化、臭氧化、加成縮合和CuCl催化氧化合成黃體酮，總收率69.1%。

該合成路線具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)植物甾醇是從各種食用植物油的下腳料中分離提取的，屬于各種食用油副產(chǎn)物的綜合利用且來源廣泛，資源充足；(2)從源頭上避免了如薯蕷皂素提取過程中產(chǎn)生的廢水、廢渣的環(huán)境污染問題；(3)采用清潔的空氣作為氧化劑代替重金屬鉻試劑進(jìn)行氧化，大大減少了污染物的排放，有利于環(huán)境保護(hù)。

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Process Improvement on the Synthesis of Progesterone

WU Qing-an1,2,XU Zhi-chao1*,BAI Ting2

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

2. Shanghai New Hualian Pharmaceutical Co. Ltd., Shanghai 201419, China)

Abstract：Stigmasterol(1) was separated from phytosterol. The intermediate, 3-ketobisnor-4-cholenaldehyde(3) was prepared through oppenauer oxidation and ozonation from 1. Progesterone was synthesized by addition-condensation and oxygenation catalyzed by cuprous chloride from 3. The overall yield was 69.1%. The structure was confirmed by1H NMR and ESI-MS.

Keywords：phytosterol; progesterone; oxygenation; drug synthesis； process improvement

作者簡(jiǎn)介：吳慶安(1962-)，男，漢族，湖南新田人，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，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

收稿日期：2015-01-28；

修訂日期：2015-11-03

中圖分類號(hào)：O629.23; R914.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.02.15036