背景技术
16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯(3β-羟基-孕甾-5(6),16(17)-双烯-20-酮醋酸酯),工业部门称为“双烯”。其同类物有:3β-羟基-5α-孕甾-16(17)烯-12,20-二酮醋酸酯,3β-羟基-5α-孕甾-16(17)烯-20-酮醋酸酯,3β-羟基-5β-孕甾-16(17)烯-20-酮醋酸酯,3β,12β-二羟基-5α-孕甾-16(17)烯-20-酮醋酸酯等。
16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯,3β-羟基-5α-孕甾-16(17)烯-20-酮醋酸酯及3β-羟基-5α-孕甾-16(17)烯-12,20-双酮醋酸酯是甾体激素类药物的重要中间体。16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯在我国的生产量在千吨以上,是合成去氢表雄酮(DHEA)及抗炎药物可的松的重要的中间体。
目前,国内生产16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯及其同类物的技术仍为美国化学家Marker在上世纪四十年代发明的甾体皂甙元的降解方法(Marker R.H.,U.S.Pat.No.2,409,293 1947.Chem.Abstr.41,1396f)。即在乙酸酐中加压,高温(200℃以上)裂解甾体皂甙元成为相应的假甾体皂甙元,然后在28℃乙酸中用三氧化铬做氧化剂氧化假甾体皂甙元,再经水解消除反应给出相应的16-脱氢孕甾烯酮醇化合物,三步总得率大约为60%。以薯蓣皂甙元为例,具体反应如下:
a.Ac2O b.CrO3,HOAc c.KOAc
此降解方法在不断改进,Micovic I.V.(Micovic I.V.,Ivanovic M. D.,PlatakD.M.;Synthesis,1990,591)等用等摩尔的氯化铵和吡啶作催化剂,和薯蓣皂甙元在乙酸酐中回流8~9个小时,得到的假薯蓣皂甙元在二氯乙烷中用CrO3氧化,再经酸解消除反应得到16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯,将降解总产率提高到69%。1998年,Chowdhury等(Chowdhury P.K.;Bordoloi,M.;Baraua,N.C.et al,U.S.Pat.No.5,808,117,1998)以发明对环境友好的生产工艺为目的,改进了薯蓣皂甙元的降解方法:先用高压反应器,在非极性溶剂如苯、甲苯、二甲苯等中,乙酰化试剂如乙酸酐或乙酰氯的存在下,压力保持在4~6kg/cm2,加热到200~250℃发生开环裂解反应,然后再用氧化剂如三氧化铬、吡啶重铬酸盐、高锰酸钾或过氧化氢等氧化假薯蓣皂甙元,酸解消除反应得到16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯,作者发现如果在氧化反应过程中,运用频率范围在30~40KHz的超声,上面提到的金属氧化剂的用量可减少40~60%,这种方法即可减少对环境的污染又经济节约。2000年,(Goswami.A,Kotoky R.,Rastogi R.C.,andGhosh A.C.;Organic Process Research & Development 2003,7,306~308)使用高锰酸钾作氧化剂在相转移催化剂的存在下氧化假薯蓣皂甙元为地奥酮,总产率提高到75%。国内田伟生等从1991年以来展开了对甾体皂甙元资源合理利用的研究,最近发现(田伟生等:中国专利公开号CN 1475494A,申请号03141641.1)在有机溶剂中,在金属催化剂和酸的存在下与双氧水反应,反应粗品直接经碱消除反应得到16-脱氢孕甾双烯酮醇及同类物的技术,而且收率可达84%。但这里用到了如钨酸酐、钨酸盐、钒酸盐、乙酰丙酮钒、钼酸盐、磷钼酸盐或杂多酸盐等金属催化剂,而且双氧水价格贵且危险性高。这些降解方法中大部分都采用CrO3作氧化剂,这种有毒的金属氧化剂会造成环境污染。而不采用CrO3作氧化剂的方法中,也不可避免地用到了诸如高锰酸钾氧化剂,含有钨或钒的金属催化剂,或者是双氧水(H2O2)等,这类方法也存在一些问题如从根本上未能消除对环境的污染,金属催化剂价格较昂贵,危险性高等等。为此,本发明的张宝文等人为从源头上解决甾体皂甙元降解反应的生产过程中的严重的环境污染问题,即以消除铬酐作氧化剂的这一重环境污染过程为对象,深入展开了利用光化学氧化法降解甾体皂甙元这一绿色化学技术的工业化可行性研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种降解甾体皂甙元成为16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物的方法。
本发明设计以甾体皂甙元裂解所得的假甾体皂甙元为起始原料,采用光化学产生的单重态氧为氧化剂,即在光敏剂和光的存在下,与氧反应生成的氧化产物再经酸解消除反应直接给出16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯和其同类物。
本发明方法是在有机溶剂中,在吡啶和醋酸酐存在或不存在的条件下,光照激发体系中的光敏剂,敏化剂的激发态通过能量转移或电子转移方式与基态的氧反应产生活性氧中间体单重态氧和超氧负离子自由基,活性氧中间体再氧化现有技术裂解所获得的假甾体皂甙元,再经酸解消除反应直接给出16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯及其同类物。反应路线如下所示:
16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯及同类物
a.吡啶盐酸盐/乙酸酐 b.hv/O2/敏化剂 c.HOAc
本发明的合成16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物的方法包括以下步骤:
首先参照现有的常压下吡啶盐酸盐催化裂解甾体皂甙元成为假甾体皂甙元。然后在吡啶和醋酸酐的存在或不存在下,进行假甾体皂甙元的光敏氧化,氧化产物不需提纯直接经酸解消除反应,即得16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物。在吡啶和醋酸酐的存在下,16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物的产率(75%~80%)会明显比现有的铬酐氧化假甾体皂甙元的合成方法(产率为65%~70%)的产率要高5%~15%。
室温下(如25~30℃),将裂解所得的假甾体皂甙元溶于有机溶剂中,在敏化剂存在下通空气或氧气,用波长为380nm以上的光照发生氧化反应,优选波长为380~600nm,底物假甾体皂甙元的摩尔浓度为5×10-2mol/L~1mol/L,敏化剂的摩尔浓度为假甾体皂甙元摩尔浓度的5‰~1%(2.5×10-4mol/L~1×10-2mol/L),若光反应中加入吡啶和醋酸酐作催化剂,吡啶和醋酸酐的量均为假甾体皂甙元摩尔浓度的2~5倍(0.1mol/L~5mol/L),反应时间为30~90分钟,色谱跟踪反应至光反应原料反应完全,氧化产物的产率会明显的提高;光氧化产物不需提纯,经减压蒸馏除去光反应用有机溶剂后,直接加入乙酸回流2~4小时,使氧化产物完全转化为16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物。产物16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物的提纯方法较铬酐氧化降解法要简单。在乙酸中发生酸解反应后得到的混合物减压蒸馏除去乙酸,经柱层析分离得到16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物。若光氧化反应是在吡啶和醋酸酐催化剂的存在下发生的,产物16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物的提纯方法更简便,将除去乙酸的残留物溶于石油醚,用水洗至中性后,除去石油醚,直接在甲醇中重结晶即得16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物。
假甾体皂甙元的摩尔浓度范围为5×10-2mol/L~1mol/L、敏化剂的摩尔浓度为假甾体皂甙元摩尔浓度的5‰~1%(2.5×10-4mol/L~1×10-2mol/L)、吡啶和醋酸酐的量均为假甾体皂甙元摩尔浓度的2~5倍(0.1mol/L~5mol/L)。
所述的甾体皂甙元包括:薯蓣皂甙元,番麻皂甙元,剑麻皂甙元等天然的皂甙元。所述的甾体皂甙元结构为:
所述的16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯或同类物的结构式为:
上述两种结构式中,R=H,C5~C6为C-C单键,1H-C5=5α-H时,为剑麻皂甙元,所得产物为5α-孕甾烯-20-酮-3β-羟基醋酸酯;R=O即12位为羰基,C5~C6为C-C单键,1H-C5=5α-H时,为番麻皂甙元,所得产物为5α-孕甾烯-12,20-双酮-3β-羟基醋酸酯;R=H,C5~C6为C=C双键时,为薯蓣皂甙元,所得产物为3β-羟基-孕甾-5(6),16(17)-双烯-20-酮醋酸酯(16-脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯)。
所述的有机溶剂是二氯甲烷、二氯乙烷、乙腈、丙酮、苯及正己烷等非质子型有机溶剂。
所述的敏化剂包括典型的单重态氧类敏化剂如血卟啉、中位四苯基卟啉、亚甲基兰、玫瑰红等,及电子转移类敏化剂如9,10-二氰基蒽。
本发明的方法从根本上提高了甾体皂甙元的利用度,从源头上消除了原生产技术中存在的金属铬化合物的环境污染问题,氧化反应在室温下进行,温度控制要求不严格,用空气或氧气做氧化剂对环境友好而且价格便宜;酸解反应用价格低廉的乙酸,并可以回收;后处理步骤简单,而且提高了产品收率,有利于甾体药物工业生产中的绿色化学技术的发展,更加适合生产的需要。
具体实施方式
通过下述实施例将有助于理解本发明,但并不限制本发明内容。
实施例1
氧化降解番麻皂甙元成为5α-孕甾烯-12,20-双酮-3β-羟基醋酸酯:
取番麻皂甙元乙酸酯10g(0.02mol)溶解于75ml乙酸酐中,加入2.6g(0.022mol)吡啶盐酸盐,加热回流,待原料转化完全(约需4小时)后,减压蒸馏出大部分乙酸酐,搅拌下将剩余的混合物倒入100ml冰水中,产生大量黄色沉淀,过滤出的沉淀用甲醇重结晶,所得产物为假番麻皂甙元,产率为70%(文献报道值为84%)。
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取2g(0.004mol)假番麻皂甙元于光反应容器中,加入浓度为1×10-3mol/L的血卟啉的丙酮溶液20ml,这里血卟啉作单重态氧敏化剂,待假番麻皂甙元溶解完全后,开始光照,用铀玻璃滤光片使波长380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假番麻皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出丙酮溶剂,然后加入冰醋酸15ml,加热回流3小时,浓缩,柱层析分离得到5α-孕甾烯-12,20-双酮-3β-羟基醋酸酯。收率为55%。m.p.177-179℃,氢核磁共振谱(300 MHz,CD3COCD3)δ:4.62-4.70(m,1H-C3),6.69(s,1H-C16)。
实施例2
氧化降解番麻皂甙元成为5α-孕甾烯-12,20-双酮-3β-羟基醋酸酯:
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取2g(0.004mol)实施例1中合成的假番麻皂甙元于光反应容器中,加入浓度为2×10-3mol/L的血卟啉的乙腈溶液20ml,再加入1ml(约0.012mol)吡啶和1ml(约0.01mol)醋酸酐,通氧气,待假番麻皂甙元溶解完全后,开始光照,用铀玻璃滤光片使波长380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假番麻皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出乙腈溶剂,然后加入冰醋酸15ml,加热回流3小时,浓缩,溶于石油醚,用稀碱水洗至中性后,除去石油醚,直接在甲醇中重结晶即得5α-孕甾烯-12,20-双酮-3β-羟基醋酸酯。收率为75%。
实施例3
氧化降解薯蓣皂甙元成为16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯:
取20g(48.3mmol)薯蓣皂甙元于500ml三颈瓶中,加入约150ml乙酸酐后通氮气搅拌回流一小时,停止加热,稍冷后减压蒸馏出约30ml乙酸酐溶剂。再取6.5g(56.3mmol)吡啶盐酸盐加入三颈瓶中,在160℃左右回流5小时,得深红色溶液。减压蒸馏至剩余30ml反应混合物,搅拌下将此混合物倒入100ml冰水中,产生大量黄色沉淀,过滤出的沉淀用甲醇重结晶,所得产物为假薯蓣皂甙元,真空干燥得18g淡黄色固体,产率为75%。
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取2g(0.004mol)假薯蓣皂甙元于光反应容器中,加入浓度为1×10-3mol/L的血卟啉的丙酮溶液20ml,这里血卟啉作单重态氧敏化剂,通氧气,待假薯蓣皂甙元溶解完全后,开始光照,用铀玻璃滤光片使波产380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假薯蓣皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出丙酮溶剂,然后加入冰醋酸15ml,加热回流4小时,浓缩,柱层析分离得到16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯。收率为56%。m.p.168-171℃,氢核磁共振谱(300 MHz,CDCl3)4.58-4.63(m,1H-C3),5.38(d,1H-C6,J=4.3Hz),6.71(s,1H-C16)。
实施例4
氧化降解薯蓣皂甙元成为16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯:
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取2g(0.004mol)实施例3中合成的假薯蓣皂甙元于光反应容器中,加入浓度为2×10-3mol/L的血卟啉的乙腈溶液20ml,再加入1ml(约0.012mol)吡啶和1ml(约0.01mol)醋酸酐,通氧气,待假薯蓣皂甙元溶解完全后,开始光照,用铀玻璃滤光片使波长380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假薯蓣皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出乙腈溶剂,然后加入冰醋酸15ml,加热回流4小时,浓缩,溶于石油醚,用稀碱水洗至中性后,除去石油醚,直接在甲醇中重结晶就得到16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯。收率为78%。
实施例5
氧化降解薯蓣皂甙元成为16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯:
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取0.5g(0.001mol)实施例3中合成的假薯蓣皂甙元于光反应容器中,加入浓度为5×10-4mol/L的9,10-二氰基蒽(DCA)的乙腈溶液10ml,通氧气,待假薯蓣皂甙元溶解完全后,开始光照,用滤光片使波长400—600nm以上的光通过。用HPLC跟踪反应,待假薯蓣皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出乙腈溶剂,然后加入冰醋酸5ml,加热回流4小时,浓缩,柱层析分离得到16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯。收率为65%。
实施例6
氧化降解薯蓣皂甙元成为16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯:
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取0.25g(0.0005mol)实施例3中合成的假薯蓣皂甙元于光反应容器中,加入浓度为2.5×10-4mol/L的中位四苯基卟啉(TPP)的苯溶液10ml,通氧气,待假薯蓣皂甙元溶解完全后,开始光照,用滤光片使波长380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假薯蓣皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出苯溶剂,然后加入冰醋酸5ml,加热回流4小时,浓缩,柱层析分离得到16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯。收率为42%。
实施例7
氧化降解薯蓣皂甙元成为16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯:
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取1g(0.004mol)实施例3中合成的假薯蓣皂甙元于光反应容器中,加入浓度为1.5×10-3mol/L的亚甲基兰的二氯甲烷溶液10 ml,通氧气,待假薯蓣皂甙元溶解完全后,开始光照,用滤光片使波长380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假薯蓣皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出苯溶剂,然后加入冰醋酸10ml,加热回流4小时,浓缩,柱层析分离得到16—脱氢孕甾双烯酮醇醋酸酯。收率为55%。
实施例8
氧化降解剑麻皂甙元成为5α-孕甾烯-20-酮-3β-羟基醋酸酯:
取20g(43.7mmol)剑麻皂甙元乙酸酯于500ml三颈瓶中,加入约150ml乙酸酐,再取5.5g(48.0mmol)吡啶盐酸盐加入三颈瓶中,在160℃左右回流5小时,得深红色溶液。减压蒸馏至剩余30ml反应混合物,搅拌下将此混合物倒入100ml冰水中,产生大量黄色沉淀,过滤出的沉淀用甲醇重结晶,所得产物为假剑麻皂甙元。产率为75%。
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取2g(0.004mol)假剑麻皂甙元于光反应容器中,加入浓度为1×10-3mol/L的血卟啉的丙酮溶液20ml,这里血卟啉作单重态氧敏化剂,通氧气,待假剑麻皂甙元溶解完全后,开始光照,用铀玻璃滤光片使波长380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假剑麻皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出丙酮溶剂,然后加入冰醋酸15ml,加热回流3.5小时,浓缩,柱层析分离得到5α-孕甾烯-20-酮-3β-羟基醋酸酯。收率为57%。m.p.167-169℃,氢核磁共振谱(300MHz,CDCl3)4.62-4.70(m,1H-C3),6.59(s,1H-C16)。
实施例9
氧化降解剑麻皂甙元成为5α-孕甾烯-20-酮-3β-羟基醋酸酯:
光氧化反应实验中所用的光源为中压汞灯,内置于用石英做的冷夹套内,采用带通气装置的Pyrex玻璃光反应器。取4g(0.008mol)实施例8中合成的假剑麻皂甙元于光反应容器中,加入浓度为3×10-3mol/L的血卟啉的乙腈溶液20ml,再加入2.5ml(约0.03mol)吡啶和2.5ml(约0.025mol)醋酸酐,通氧气,待假剑麻皂甙元溶解完全后,开始光照,用铀玻璃滤光片使波长380~600nm的光通过。用HPLC跟踪反应,待假剑麻皂甙元转化完全时立即停止光照,减压蒸出乙腈溶剂,然后加入冰醋酸30ml,加热回流3.5小时,浓缩,溶于石油醚,用稀碱水洗至中性后,除去石油醚,直接在甲醇中重结晶就得到5α-孕甾烯-20-酮-3β-羟基醋酸酯。收率为80%。