CN101812112A

CN101812112A - 甲基原薯蓣皂甙元的简便合成方法

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Publication number: CN101812112A
Application number: CN200710066070A
Authority: CN
Inventors: 朱洪友; 雷泽; 胡大伟; 程水连; 木晓云; 温晓江; 付正启
Original assignee: Yunnan University YNU
Current assignee: Yunnan University YNU
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2027-07-27
Also published as: CN101812112B

Abstract

甲基原薯蓣皂甙元的简便合成方法，属有机合成技术领域。本发明以丰产、廉价的薯蓣皂甙元的E/F全开环产物26-氯-3β，16β-二乙酰氧基-22-酮-5-胆甾烯为原料，通过C₃-OAc的选择性醇解及C₃-OH上保护后，在THF/MeOH混合溶液中，利用弱碱K₂CO₃的高选择性E环关环，形成C₂₂-OH，再利用碘甲烷对C₂₂-OH甲醚化，最后通过取代反应及C₃-OH脱保护，以简洁、原子经济的方式实现了甲基原薯蓣皂甙元的合成。本发明所用原料和试剂便宜，操作简单，反应条件温和，产物易于分离纯化，产率高，尤其通过选择性关环反应及利用活泼甲基化试剂碘甲烷进行的甲醚化反应，高效地实现了甲基原薯蓣皂元中呋喃环的构筑及C₂₂-OH的甲醚化，并通过在甲基原薯蓣皂甙元分子的C₃及C₂₆位接上相同或不同的糖链，合成甲基原薯蓣皂甙及多个类似物，为甲基原薯蓣皂甙及其类似皂甙的合成提供了新的合成思路。

Description

甲基原薯蓣皂甙元的简便合成方法

技术领域

本发明属有机合成技术领域。

背景技术

甾体皂甙是一类以含有27个碳原子的甾醇化合物为甙元与寡糖结合的寡糖甙。它们在自然界中分布广泛，主要集中在百合科、薯蓣科及龙舌兰科等植物中，以薯蓣科薯蓣属、百合科重楼属最为集中。从结构上可分为螺旋甾烷型，呋喃甾烷型及胆甾烷型，呋喃甾烷型皂甙是一类重要的甾体化合物，在结构上多为双糖链皂甙，通常在甙元的C₃和C₂₆位均连有糖链，其代表性化合物为甲基原薯蓣皂甙(methyl protodioscin.fig.1)，它于1974年首次从新鲜的薯蓣科植物根茎中分离得到，甲基原薯蓣皂甙通常与薯蓣皂甙一起存在于多种薯蓣属植物中，此外，还存在于菝葜属，芦笋及胡芦巴的种子中。传统中药粉背薯蓣(Dioscorea collettiivar.hypoglauca)用于治疗癌症已有数百年的历史，在1985，1990，1995及2000年的中国药典中均有收录，从中已分离出十余种具有抗癌活性的甾体皂甙，其中甲基原薯蓣皂甙是主要的抗癌活性成分之一。甲基原薯蓣皂甙能强烈抑制大多数白血癌细胞及实体瘤，对于子宫癌、膀胱癌及肾脏癌细胞具有良好的抗癌活性，体外实验表明，甲基原薯蓣皂甙具有明显的细胞毒素活性，是一种有效的人体肝癌细胞生长抑制剂。

甲基原薯蓣皂甙及甲基原薯蓣皂甙元的结构

沈阳药科大学的扬真小组于2003年以薯蓣皂甙元为原料，通过9步反应，以7.8％的总收率首次实现了甲基原薯蓣皂甙的全合成。

该方法的合成策略是，首先对薯蓣皂甙元C₃位羟基进行保护，再利用氧化剂Oxone对C₁₆位进行氧化引入羟基的同时将C_5，6的双键形成环氧，然后用Zn-KI-AcOH-Ac₂O还原性开环体系进行E/F全开环及C_5，6环氧的脱氧，开环产物在弱碱的THF/MeOH溶液中可以将C₂₆位的乙酰氧基完全醇解形成羟基，该羟基可以和糖结合形成C₂₆的糖链，C₃的保护基可以在氟化四丁铵(TBAF.3H₂O)的THF溶液中高产率地脱保护释放出C₃羟基，经进一步与糖结合引入C₃的糖链，然后再通过NaBH₄还原性关环及碱性条件下的C₂₂羟基甲醚化实现了甲基原薯蓣皂甙的全合成。

该合成方法充分利用了薯蓣皂甙元完整的碳骨架，通过分步形成C₂₆及C₃位羟基来连接C₂₆及C₃位的糖链，最后进行还原性关环及甲醚化，其间并没有真正形成中间体甲基原薯蓣皂元。

目前，甲基原薯蓣皂元的合成未见报道，如何利用丰产、廉价的原料简洁、高效地合成甲基原薯蓣皂甙元已受到合成工作者的广泛关注。

Figure 155880DEST_PATH_GSB00000035432700021

a：TBDPSiCl，imid，DMF，rt，90％；b：oxone，NaHCO₃，H₂O，actone，CH₂Cl₂，rt；c：Zn，KI，AcOH，Ac₂O，rt(58％ for twosteps)；d：(1)K₂CO₃，THF/MeOH，rt，100％；(2)sugar₁，TMSOTf，CH₂Cl₂，rt，62％；(3)TBAF，THF，rt，80％；e：sugar₂，NIS，TfOH，CH₂Cl₂，rt，52％；f：(1)NaBH4，i-propanol，CH₂Cl₂，rt，70％；(2)MeONa，MeOH，reflux，83％.

发明内容

本发明的目的是以资源丰富、价格便宜的薯蓣皂甙元的E/F全开环产物26-氯-3β，16β-二乙酰氧基-22-酮-5-胆甾烯为原料，通过C₃-OAc的选择性醇解，C₃-OH上保护，在弱碱条件下的选择性E环关环，形成C₂₂-OH，再对C₂₂-OH甲醚化，最后通过取代反应及C₃-OH脱保护，高产率地合成甲基原薯蓣皂元。

本发明合成路线如下：

Figure 73021DEST_PATH_GSB00000035432700022

a：K₂CO₃，THF，MeOH，r.t，87.0％；b：TBDMSCl，咪唑，r.t，24h，88.2％；c：K₂CO₃，THF，MeOH，reflux，70.5％；d：MeI，THF，MeOH，rt，95％；e：(1)DMF，NaOAc，reflux，85.3％；(2)：THF，MeOH，K₂CO₃，rt90.1％；f：TBAF，THF，rt，80.5％.

以上合成路线的具体步骤是：

(1)C₃-OAc的选择性醇解：以薯蓣皂甙元的E/F全开环产物1为原料，用体积比1∶1四氢呋喃/甲醇的混合溶液作溶剂，在弱碱碳酸钾的作用下，室温下搅拌约3h可高选择性地实现C₃-OAc的醇解，从而释放出C₃-OH，产率为87.0％。其中，原料与碳酸钾摩尔配比为1∶2。

(2)C₃-OH的上保护：以化合物2为原料，在咪唑的催化下，用叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMSC1)作C₃-OH的保护试剂，在DMF溶剂中，室温反应约24h，产率为88.2％。其中，原料、TBDMSC1及咪唑的摩尔配比1∶5∶1。

(3)选择性E环关环反应：以化合物3为原料，在弱碱碳酸钾的作用下，在四氢呋喃/甲醇之体积比1∶1的混合溶液中回流约8h，产率为70.5％。其中，原料、碳酸钾摩尔配比为1∶2。

(4)C₂₂-OH的甲醚化反应：以关环产物4为原料，以体积比1∶2的四氢呋喃/甲醇的混合溶液作反应溶剂，以碘甲烷作甲醚化试剂，室温下搅拌约10～15min，产率为95.0％。其中，原料与碘甲烷的摩尔配比为1∶1.1；

(5)C₂₆-OH的形成：以甲醚化产物5为原料，先用醋酸钠为酯化剂，在DMF溶剂中，回流反应约5-7h，以85.3％的产率将C₂₆-C1转化为C₂₆-OAc，然后在四氢呋喃/甲醇的混合溶液(体积比1∶1)中，在弱碱碳酸钾的作用下，室温下搅拌约5～6h，将C₂₆-OAc转化为C₂₆-OH，产率为90.1％。其中，原料与碳酸钾的摩尔配比为1∶1.2。

(6)甲基原薯蓣皂元的合成：以化合物6为原料，以四氢呋喃作溶剂，在氟化四丁铵的作用下，于室温下搅拌约10h，产率为80.5％。其中，原料、氟化四丁铵的摩尔配比为1∶3。

上述反应(1)～(6)的后处理为，向反应完成后的混合物中加入适量乙酸乙酯，再用饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后所得残余物经柱层析纯化，其中反应(1)、(4)～(6)用硅胶柱层析纯化，(2)、(3)用碱性Al₂O₃柱层析纯化。

本发明的有益效果：

本发明以资源丰富、价格便宜的薯蓣皂甙元的E/F全开环产物26-氯-3β，16β-二乙酰氧基-22-酮-5-胆甾烯为原料，在充分利用原料完整碳骨架的基础上，通过对多个潜在官能团的进一步转化及衍生化，尤其是通过选择性关环反应及利用活泼甲基化试剂碘甲烷进行的甲醚化反应，高效地实现了甲基原薯蓣皂元中呋喃环的构筑及C₂₂-OH的甲醚化，从而以简洁、原子经济的方式实现了甲基原薯蓣皂甙元的合成。该发明将为甲基原薯蓣皂甙及其类似皂甙的合成提供新的合成思路，即通过在甲基原薯蓣皂甙元分子的C₃及C₂₆位接上相同或不同的糖链，可以合成甲基原薯蓣皂甙及多个类似物。

以下通过实施例对本发明做进一步的说明，该发明并不受所举实施例的限制。

具体实施方式

步骤1、26-氯-3β-羟基-16β-乙酰氧基-5-胆甾烯-22-酮2的合成

将11.0g(20mmol)化合物1和5.52g(40mmol)K₂CO₃置于150mL四氢呋喃与甲醇的混合溶液(v∶v＝1∶1)中，室温搅拌，TLC监测至反应完全，反应约需3h，反应完毕后加入适量乙酸乙酯并用饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后得9.6g油状物，再经硅胶柱层析纯化得白色固体化合物8.8g。产率为87.0％。

化合物2∶C₂₉H₄₅ClO₄(M＝493.12)，m.p：167-168℃。

¹³C NMR(CDCl₃，75MHz)δ13.3(C₂₁)，16.8(C₁₈)，17.6(C₂₇)，19.4(C₁₉)，20.8(CH₂)，21.2(OAc)，27.6(CH₂)，31.4(CH)，31.6(CH₂)，31.7(CH₂)，34.9(CH₂)，35.0(CH)，36.5(C10)，37.2(CH₂)，38.3(CH₂)，39.7(CH₂)，41.9(C13)，42.3(CH₂)，43.6(CH)，50.0(CH)，50.8(C₂₆)，54.1(CH)，55.1(CH)，71.6(C₃)，75.8(C₁₆)，121.3(C₆)，140.9(C₅)，169.9(OAc)，212.7(C₂₂).

¹H NMR(CDCl₃，500MHz)δ0.86(s，3H，H-18)，0.99(m，9H)，1.13(d，J＝7.0Hz，3H，H-21)，1.24(m，1H)，1.50(m，6H)，1.76(m，6H)，1.92(m，6H)，2.97(m，4H)，2.60(m，1H)，2.94(m，1H)，3.45(m，2H，H-26)，3.51(m，1H，H-3)，4.97(m，1H，H-16)，5.33(d，J＝4.7Hz，1H，H-6).

FAB-MS(M⁺+MNBA)：m/z 510(M⁺+18)，1002(2M⁺+18).

步骤2、26-氯-3β-叔丁基二甲基硅氧基-16β-乙酰氧基-5-胆甾烯-22-酮3的合成

分别称取7.0g(14.2mmol)化合物2、10.6g(71mmol)TBDMSC1和1.0g(14.2mmol)咪唑放入250mL烧瓶中，然后加入80mL DMF，在室温下搅拌，TLC监测至反应完全，反应约需24h，反应完毕后加入适量乙酸乙酯，并用饱和食盐水洗涤混合液二次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后得8.2g油状物，再经碱性Al₂O₃柱层析纯化得7.6g白色固体化合物3，产率为88.2％。

化合物3：C₃₅H₅₉ClO₃Si(M＝591.38)，m.p：160-161℃。

¹³C NMR(CDCl₃，75MHz)δ-5.5(2CH₃)，13.6(C₂₁)，17.2(C₁₈)，17.9(C₂₇)，18.6(C₁₉)，19.8(CH₂)，21.2(OAc)，21.55(CH₂)，26.3(3CH)，27.9(CH₂)，31.7(CH)，32.0(CH₂)，32.4(CH₂)，35.2(C₁₀)，35.4(CH₂)，36.9(C)，37.7(CH₂)，38.6(CH₂)，40.1(CH₂)，42.3(C)，43.2(CH₂)，43.9(CH)，50.4(CH)，51.2(C₂₆)，54.4(CH)，55.4(CH)，72.9(C₃)，76.1(C₁₆)，121.2(C₆)，141.9(C₅)，170.1(OAc)，213.0(C₂₂).

¹H NMR(CDCl₃，500MHz)δ0.80(s，3H，H-18)，0.83(m，10H)，0.90(m，12H)，1.08(d，J＝7.0Hz，3H，H-21)，1.20(m，1H)，1.37～1.48(m，7H)，1.60～1.89(m，9H)，1.90(s，3H)，2.17～2.37(m，4H)，2.55(m，1H)，2.89(m，1H)，3.45(m，2H，H-26)，3.51(m，1H，H-3)，4.92(m，1H，H-16)，5.24(s，J＝4.7Hz，1H，H-6).

FAB-MS(M⁺+MNBA)：m/z624(M⁺+18).

步骤3、26-氯-3β-叔丁基二甲基硅氧基-5-呋甾烯-22-醇4的合成

将11.8g(20mmol)化合物3和K₂CO₃5.52g(40mmol)加入到150mL四氢呋喃与甲醇的混合溶液(v∶v＝1∶1)中，回流搅拌，TLC监测至反应完全，反应约需3h，反应完毕后加入适量乙酸乙酯并用饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后得油状物，再经碱性Al₂O₃柱层析纯化得白色固体化合物7.74g。产率为70.5％。

化合物4：C₃₃H₅₇ClO₂Si(M＝549.34)。

¹³C NMR(CDCl₃，75MHz)δ-5.5(2CH₃)，15.9(CH₃)，16.7(CH₃)，18.2(CH₃)，18.6(C)，19.8(CH₃)，21.2(CH₂)，26.3(3CH₃)，28.2(CH₂)，31.9(CH)，32.3(CH₂)，32.5(2CH₂)，36.1(CH)，36.7(CH₂)，37.1(C)，37.8(CH₂)，40.1(CH₂)，40.3(CH)，41.1(C)，43.2(CH₂)，50.6(CH)，51.2(CH₂)，56.9(CH)，63.1(CH)，72.9(CH)，81.9(CH)，110.7(C)，121.2(CH)，142.0(C).

¹H NMR(CDCl₃，500MHz)δ0.76(s，3H)，0.85(s，9H)，0.93(m，12H)，1.20～1.23(m，3H)，1.37～1.45(m，8H)，1.50(m，6H)，1.55～1.65(m，3H)，1.79(m，4H)，1.94～2.02(m，4H)，3.42～3.46(m，3H)，4.581(m，1H)，5.32(s，1H).

步骤4、26-氯-22-甲氧基-3β-叔丁基二甲基硅氧基-5-呋甾烯5的合成

将5.5g(10mmol)化合物4溶解在55mL四氢呋喃与甲醇的混合溶液(v∶v＝1∶2)中，再向其中加入1.6g(11mmol)CH₃I，室温下搅拌约10～15min，TLC监测至反应完全后加入适量乙酸乙酯并用饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，减压脱溶剂后所得残余物再经硅胶柱层析纯化得白色固体化合物5.5g。产率为95.0％。

化合物5：C₃₄H₅₉ClO₃Si(M＝579.37)。

¹³C NMR(CDCl₃，75MHz)δ-5.5(2CH₃)，16.1(CH₃)，16.7(2CH₃)，16.6(CH₃)，18.1(C)，19.8(2CH₃)，21.2(CH₂)，26.3(CH₃)，28.6(CH₂)，30.6(CH₂)，32.1(CH₂)，31.8(CH)，32.5(2CH₂)，36.2(CH)，37.1(C)，37.8(CH₂)，40.1(CH₂)，40.5(CH)，41.1(C)，43.2(CH₂)，47.7(CH₃)，50.6(CH)，51.3(CH₂)，56.9(CH)，64.0(CH)，72.9(CH)，81.6(CH)，112.6(C)，121.2(CH)，142.0(C).

¹H NMR(CDCl₃，500MHz)δ0.75(s，3H)，0.83(s，9H)，0.95(m，12H)，1.19～1.22(m，3H)，1.46～1.52(m，9H)，1.67～1.76(m，6H)，1.92(m，3H)，2.06～2.13(m，3H)，2.20(m，2H)，3.10(s，3H)，3.41(m，4H)，4.32(m，1H)，5.25(s，1H).

步骤5、22-甲氧基-3β-叔丁基二甲基硅氧基-5-呋甾烯-26醇6的合成

(1)将5.8g(10mmol)化合物5和1.15g(14mmol)NaOAc溶解在120mL DMF中，搅拌回流，TLC监测至反应完全，反应约需5～7h，反应完毕后加入较多量乙酸乙酯，有机相经饱和食盐水洗涤二次，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后得残余物，经硅胶柱层析纯化得白色固体化合物，产率可达85.3％。在实际操作中，减压除溶剂后所得残余物可不经纯化直接用于下步反应。

(2)取本步骤(1)所得产物6.03g(10mmol)和K₂CO₃ 1.66g(12mmol)置于110mL四氢呋喃与甲醇的混合溶液(v∶v＝1∶1)中，室温搅拌，TLC监测至反应完全，反应约需5～6h，反应完毕后加入适量乙酸乙酯并用饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后所得残余物经硅胶柱层析纯化得白色固体化合物5.05g。产率为90.1％。

化合物6：C₃₄H₆₀O₄Si(M＝560.92)。

¹³C NMR(CDCl₃，75MHz)δ-5.5(2CH₃)，16.1(CH₃)，16.7(CH₃)，16.9(CH₃)，18.6(C)，19.8(CH₃)，21.2(CH₂)，22.7(CH₂)，26.3(3CH₃)，27.6(CH₂)，30.6(CH₂)，32.1(CH₂)，32.2(CH)，32.5(CH₂)，36.6(CH)，37.1(C)，37.7(CH₂)，40.1(CH₂)，40.4(CH)，41.1(C)，43.2(CH₂)，47.7(CH₃)，50.6(CH)，56.9(CH)，63.8(CH)，63.4(CH₂)，72.9(CH)，81.5(CH)，112.9(C)，121.2(CH)，142.0(C).

¹H NMR(CDCl₃，500MHz)δ0.75(s，3H)，0.83(m，6H)，0.88(d，7H)，0.96(s，6H)，1.19(m，6H)，1.46～1.76(m，14H)，2.06(m，4H)，2.12(m，3H)，2.21(m，2H)，3.11(s，3H)，3.41(m，4H)，4.32(m，1H)，5.25(s，1H).

步骤6、甲基原薯蓣皂甙元7的合成

取5.61g(10mmol)化合物6及无水4

分子筛6.9g，加入130mL THF，充分搅动，加入9.4g(30mmol)氟化四丁铵(TBAF.3H₂O)，室温反应约10h，反应完成后过滤，滤液用适量CHCl₃萃取，有机相经水洗涤后无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后所得残余物经硅胶柱层析纯化得白色固体化合物3.59g，产率为80.5％。

化合物7：C₂₈H₄₆O₄(M＝446.7)。

¹³C NMR(CDCl₃，75MHz)δ16.9(CH₃)，16.7(CH₃)，16.9(CH₃)，19.9(CH₂)，21.2(CH₂)，24.3(CH₃)，29.6(CH₂)，31.1(CH₂)，32.0(CH₂)，32.3(CH)，32.1(CH₂)，33.1(CH₂)，36.6(CH)，37.8(CH₂)，38.1(C)，38.5(C)，41.8(CH)，42.1(CH₂)，47.7(CH₃)，49.8(CH)，51.2(CH)，63.1(CH)，63.5(CH₂)，71.2(CH)，81.2(CH)，111.3(C)，120.9(CH)，141.2(C).

¹H NMR(CDCl₃，500MHz)δ1.10(d，6H)，1.13～1.40(m，9H)，1.44～1.57(m，8H)，1.73～1.80(m，4H)，2.07(m，2H)，2.25(m，3H)，2.95(m，4H)，3.17(s，3H)，3.44(m，4H)，4.52(m，1H)，4.62(m，1H)，5.28(s，1H).

Claims

1.甲基原薯蓣皂甙元的简便合成方法，其步骤依次为：

(1)C₃-OAc的选择性醇解：以薯蓣皂甙元的E/F全开环产物26-氯-3β，16β-二乙酰氧基-22-酮-5-胆甾烯为原料，用体积比1∶1的四氢呋喃/甲醇的混合溶液作溶剂，在弱碱碳酸钾的作用下，室温下搅拌约3h可高选择性地实现C₃-OAc的醇解，其中，原料与碳酸钾摩尔配比为1∶2；

(2)C₃-OH的上保护：以(1)的产物为原料，在咪唑的催化下，用叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMSC1)作C₃-OH的保护试剂，在DMF溶剂中，室温反应约24h，其中，原料、TBDMSC1及咪唑的摩尔配比1∶5∶1；

(3)选择性E环关环反应：以(2)的产物为原料，在弱碱碳酸钾的作用下，在体积比1∶1的四氢呋喃/甲醇混合溶液中回流约8h，其中，原料、碳酸钾摩尔配比为1∶2；

(4)C₂₂-OH的甲醚化反应：以(3)的产物为原料，以体积比1∶2的四氢呋喃/甲醇混合溶液作反应溶剂，以碘甲烷作甲醚化试剂，室温下搅拌约10～15min，其中，原料与碘甲烷的摩尔配比为1∶1.1；

(5)C₂₆-OH的形成：以(4)的产物为原料，先用醋酸钠作酯化剂，在DMF溶剂中，回流反应约5-7h，将C₂₆-C1转化为C₂₆-OAc，其中，原料与醋酸钠的摩尔配比为1∶1.4；

然后在体积比1∶1的四氢呋喃/甲醇的混合溶液中，加入弱碱碳酸钾，室温下搅拌约5～6h，将C₂₆-OAc转化为C₂₆-OH，其中，原料与碳酸钾的摩尔配比为1∶1.2；

(6)甲基原薯蓣皂元的合成：以(5)的产物为原料，以四氢呋喃作溶剂，在氟化四丁铵(TBAF.3H₂O)的作用下，于室温下搅拌约10h，其中，原料与氟化四丁铵的摩尔配比为1∶3。

2.根据权利要求1所述的甲基原薯蓣皂甙元的简便合成方法，其特征是上述反应(1)～(6)的后处理为，向反应完成后的混合物中加入适量乙酸乙酯，再用饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥，减压除溶剂后所得残余物经柱层析纯化，其中反应(1)、(4)～(6)用硅胶柱层析纯化，(2)、(3)用碱性Al₂O₃柱层析纯化。