CN101812114A - 一种24-表芸苔素内酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种植物生长调节剂的制备方法，尤指24-表芸苔素内酯的制备方法。是属于化学领域。包括以下步骤：1，从麦角甾醇1出发，按现有的合成工艺经甲基磺酰化和水解两步反应制备得到中间体3；2，中间体3被一种新型的氧化体系四氧化锇/间-氯过氧化苯甲酸氧化而得到中间体4；3，中间体4按现有的合成工艺经还原、重排、双羟化和内酯化这四步反应，最后转化成24-表芸苔素内酯8。和传统的将中间体3氧化为中间体4所使用的氧化体系三氧化铬/吡啶相比，本发明方法所使用的新型的氧化体系具有操作方便，污染小的优点，更适合于工业化生产。

Description

一种24-表芸苔素内酯的制备方法

技术领域

本发明涉及到一种植物生长调节剂的制备方法，尤指24-表芸苔素内酯的制备方法。是属于化学领域。

背景技术

1979年，美国农业部所属研究所的Crove等人从油菜花粉中提取到一种具有甾体骨架结构的化合物，后被命名为油菜甾醇内酯(Brassinolide，也叫芸苔素内酯)(M.D.Grove，G.F.Spencer，W.K.Rohwedder，N.Mandava，J.F.Worley，J.D.Warthen，Jr.，G.L.Steffens，J.L.Flippen-Anderson，and J.C.Cook，Jr.，Nature(London)，1979，281，216)。它具有极强的生理活性，在极低浓度下(10^-9克/升)即表现出了明显的促进植物生长和发育的功能。到目前为此，人们已经从植物中分离出了近60种油菜甾醇内酯。其中，芸苔素内酯，24-表芸苔素内酯和28-高芸苔素内酯是活性最好的三种。24-表芸苔素内酯是具有植物生长调节作用的第一个甾醇类化合物，在低浓度下(10^-5～10^-6mg/L)能显示各种活性，具有增加植物的营养体生长和促进受精的作用。用0.05～0.5mg/L芸苔素内酯对小麦浸种24h，能促进根系和株高生长发育；分蘖期进行叶片施肥，增加分蘖数。国内供应的芸苔素内酯制剂含有0.01％乳油的天丰素、含0.2％可溶性粉剂等品种，其对水稻、玉米、小麦、甘蔗、甜菜等农作物进行浸种、喷施等。目前，大多数的植物生长调节剂只能在较短时间内发挥作用，需多次的重复施用，且作用单一，而芸苔素内酯与这类植物生长调节剂相比，具有明显的优势，它能调节植物本身所需要的多种酶和激素，充分发挥植物自身潜能和生长优势，增强生命活力和抗旱耐涝能力，只要施用一次就可达到保花、保果、着色、生长、矮化等多种目的，大幅度提高产量和改善品质，同时还可以减少农药、化肥的使用量，避免生态环境的污染和降低作物种植成本，明显增长效益。

鉴于24-表芸苔素内酯在植物中的含量极低(小于10^-6)和它作为植物激素在农业作物中所表现出的优异的生理活性，因此通过化学方法来合成24-表芸苔素内酯就显得尤为重要。

1979年，Thompson等人(Thompson，M.J.；Mandava，N.；Flippen-Anderson，J.L.；Worley，J.F.；Dutky，S.R.；Robbins，W.E.；Lusby，W.J.Org.Chem.1979，26，5002)首次发表了24-表芸苔素内酯的全合成工作。他们使用便宜易得的麦角甾醇作为起始原料，经由磺酸酯化、水解、氧化、还原、酸催化重排、磺酸酯化、消除、双羟化和内酯化共九步反应制得24-表芸苔素内酯。该方法步骤较长，导致总收率低。其中的第三步氧化反应采用了三氧化铬/吡啶体系，因而会导致严重的环境污染问题。

1993年，McMorris(McMorris，T.C.；Patil，P.A.J.Org.Chem.1993，58，2338)报道了一种改进的方法全合成得到24-表芸苔素内酯。他们在Thompson等人工作的基础上优化了合成路线，并将总合成步骤减少到七步，因而总收率提高了。但是他们也没能解决使用三氧化铬/吡啶体系氧化中间体3制备中间体4的环境污染问题。

1999年，Brosa(Brosa，C.；Rodriguez-Santamarta，C.Tetrahedron1999，55，1793-1798)报道了使用保险粉(Na₂S₂O₄)作为还原剂在大量季铵盐存在下于甲苯中回流可还原中间体4中B环上的共轭碳碳双键的实验结果。这一步还原反应传统的方法是使用低温下的锂/液氨还原体系。保险粉的使用可以避免反应在低温条件进行，因而更有利于工业生产。但是我们在重复这个实验时发现反应情况不是很理想，杂质含量高，且实验操作非常复杂。

由此可见，目前关于24-表芸苔素内酯的实验室合成方法的报道还存在反应步骤多，操作比较繁杂，所使用试剂毒性大易造成环境污染等缺点，难以满足市场化的大生产要求。因此新的合成路线和新的合成方法仍继续值得人们探索。

发明内容

本发明提供了一种新的绿色环保的24-表芸苔素内酯的制备方法。通过使用催化量的四氧化锇和间-氯过氧化苯甲酸氧化体系取代传统方法中使用的三氧化铬/吡啶氧化体系，从而提供了一种毒性小，操作方便的适合于工业化生产的制备24-表芸苔素内酯的方法。

本发明的24-表芸苔素内酯的合成路线如下：

从原料1出发经两步反应制备中间体3，和从中间体4经四步反应到产物24-表芸苔素内酯8是参照文献方法(McMorris，T.C.；Patil，P.A.J.Org.Chem.1993，58，2338)进行的。

一种24-表芸苔素内酯的制备方法，包括以下步骤：

a.按现有的合成工艺制备化合物3。

b.以催化量的四氧化锇作氧化剂，以间-氯过氧化苯甲酸、过氧化吗啡啉、溴酸钠、叔丁基过氧化氢、过氧化氢中的一种为共氧化剂，化合物3中的羟基氧化成羰基而得到化合物4。

c.化合物4按现有的合成工艺经还原、重排、双羟化和内酯化这四步反应，最后转化成24-表芸苔素内酯8。

中间体3转化成化合物4的氧化体系中所使用的共氧化剂优选为间-氯过氧化苯甲酸。

反应条件中四氧化锇∶间-氯过氧化苯甲酸的摩尔比为1～50∶100。

反应条件中四氧化锇∶间-氯过氧化苯甲酸的摩尔比优选为1～10∶100。

反应条件中所使用的溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、叔丁醇、甲醇、丙酮、正己烷，以上所述的一种或者任何两种所组成的混合溶剂。

反应条件中所使用的溶剂优选为四氢呋喃。

反应条件中所使用的温度为-40℃～60℃。

反应条件中所使用的温度优选为0℃～10℃。

反应条件中所使用的碱为氢氧化钠、碳酸氢钠、三乙胺、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的一种。

反应条件中所使用的碱优选为氢氧化钠。

本发明与现有技术相比，有如下技术优点：

本发明方法所使用的新型的氧化体系具有操作方便，污染小的优点，更适合于工业化生产。

中间体3转化成中间体4不同氧化方法使用药品、反应时间、后处理方法和收率的对比：

氧化方法	使用试剂名称及用量	反应时间和反应温度	后处理程序	收率(g/批)
					琼斯试剂氧化法	1、三氧化铬25g2、浓硫酸20ml3水70ml中间体3120g	5小时-5-20℃	终止反应-分层-水洗二次-碱液洗-饱和氯化钠洗-干燥-脱溶-乙醚溶解-上柱纯化(常堵柱)	42.8 44.342.0 43.041.0 41.740.0平均：42.1

氧化方法	使用试剂名称及用量	反应时间和反应温度	后处理程序	收率(g/批)
					CrO3/吡啶氧化法	1、三氧化150g2、吡啶1500ml3、四氢呋400ml中间体3 120g	18小时常温	乙醚稀释-抽滤-铬渣-洗渣-滤液脱溶-乙醚溶解-盐水洗-水洗-脱溶-晾干-上柱纯化	70.0 89.090.0 84.082.0 84.090.0 84.0平均：84.1
催化氧化法	1、2N氢氧化钠38ml2、间-氯过氧化苯甲酸75g3、四氧化锇0.38g中间体3 120g	1小时5-10℃	终止反应-抽滤-水洗二次-抽干、晾干-过柱纯化	77.7 76.683.3 82.282.2 81.885.0 89.086.0平均：82.6

从上表可见，中间体3转化成中间体4的氧化反应使用本发明的催化氧化法，其优点在于：①不使用无机铬化合物，减少了可能因铬制剂的使用带来的环境污染，CrO₃/吡啶氧化方法虽然收率高，但铬制剂的用量很大，使用后的铬渣难以处理；②反应时间短和③后处理非常简便，这二点大大提高了生产效率，也为产品的工业化生产打下了基础；④产物收率很高，接近CrO₃/吡啶氧化方法的收率。因此，该步氧化反应采用本发明的催化氧化法，对提升整个工艺的效率和水平是有很大意义的。

具体实施方式

以下通过实施例来进一步说明本发明内容，需要说明的是，这些实施例只是用于说明本发明，本发明的保护范围并不仅仅限于这些实施例。

[实施例1]

麦角甾醇的磺酰化反应。

将麦角甾醇(200g，0.50mol)溶于1.0升无水吡啶中，降温至-5～10℃，慢慢滴加甲烷磺酰氯的吡啶溶液(100g，0.55mol，溶于200mL无水吡啶中)。在15℃以下搅拌反应3～4h。反应完毕后，将反应液倾倒入激烈搅拌的冰盐水浴中，析出大量固体，静置一段时间后倾倒上层清液，再用冰盐水冲洗一遍，静置、倾倒上层清液，然后将物料抽滤、水洗、晾干，得磺酰化的麦角甾醇290g。得率为104％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ0.63(3H，s，18-H)，0.82(3H，d，J＝6.9Hz，26-H)，0.84(3H，d，J＝6.9Hz，27-H)，0.92(3H，d，J＝6.9Hz，28-H)，0.96(3H，8，19-H)，1.04(3H，d，J＝6.9Hz，21-H)，1.22-2.15(20H，m)，3.02(3H，s，SO₂CH₃)，4.63(1H，m，3-H)，5.2(2H，m，22-H，23-H)，5.39(1H，m，7-H)，5.6(1H，m，6-H)；

水解反应。

将碳酸氢钾(100g，1.0mol)溶于200mL水中，并加入700mL丙酮于反应瓶，升温至回流，然后将磺酰化的麦角甾醇2(276g，0.5mol)分批次地加入上述回流反应瓶中，加料完毕后再回流反应3～4h。反应结束后将丙酮蒸出，然后将反应液降至室温，在搅拌下往反应液中加入冰盐水，析出大量固体，然后抽滤、水洗、晾干，得粗产物在甲醇中进行重结晶得纯产物160g，得率为80％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ0.48(2H，m，4-H)，0.64(3H，s，18-H)，0.83(3H，d，J＝6.9Hz，26-H)，0.84(3H，d，J＝6.9Hz，27-H)，0.92(3H，d，J＝6.9Hz，28-H)，1.03(3H，d，J＝6.9Hz，21-H)，1.08(3H，s，19-H)，1.2-2.1(20H，m)，3.4(1H，brs，OH)，5.2(2H，m，22-H，23-H)，5.47(1H，m，7-H).

氧化反应。

将80克中间体3溶解于500mL四氢呋喃中。在20℃时，依次加入25mL 2N氢氧化钠水溶液，50g间-氯过氧化苯甲酸和10mL2.5％(Wt％)的四氧化锇叔丁醇溶液。继续在20℃下反应5小时后，加入250mL5％的亚硫酸氢钠水溶液，并继续搅拌1小时。析出的固体经抽滤，水洗，干燥得粗产品70克。粗产品经石油醚重结晶得纯品55克。得率为69％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ0.68(3H，s，18-H)，0.76(3H，t，J＝4.5Hz，3-H)，0.83(3H，d，J＝6.9Hz，26-H)，0.84(3H，d，J＝6.9Hz，27-H)，0.92(3H，d，J＝6.9Hz，28-H)，1.05(3H，d，J＝6.9Hz，21-H)，1.25-2.3(21H，m)，5.22(2H，m，22-H，23-H)，5.8(1H，brs，7-H).

还原反应。

将反应瓶置-70℃容器内(干冰加丙酮)，通氨气，液化成液氨，收集约200mL液氨。加入金属锂片(7g，1.0mol)，溶解后，将溶于四氢呋喃中的中间体4(80g，0.2mol)滴入反应瓶中，反应0.5h，加入无水氯化铵固体，直到蓝色消失，中止反应，1h后，从低温装置中取出放置，挥发液氨至尽后加水，乙酸乙酯萃取，有机溶剂层水洗二遍，无水硫酸钠干燥，脱溶剂得粗品，然后用丙酮重结晶得纯产品64克，得率为80％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ0.72(3H，s，18-H)，0.81(3H，d，J＝6.9Hz，26-H)，0.83(3H，d，J＝6.9Hz，27-H)，0.91(3H，d，J＝6.9Hz，28-H)，1.0(3H，s，19-H)，1.01(3H，d，J＝6.9Hz，21-H)，1.09-2.07(24H，m)，5.18(2H，m，22-H，23-H)

开环重排反应。

向反应瓶中加入中间体5(80g，0.2mol)、N，N-二甲基甲酰胺(300mL)、溴化锂(30g)和氢溴酸(50mL)，升温至回流温度(约180℃)，反应3-4h。反应完后冷却至室温，然后置于搅拌的冰水混合物中，析出大量固体，静置后倾倒上层清液，抽滤，水洗，干燥得粗产品。然后将粗产品用丙酮重结晶得纯净的产品64g。得率为80％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ0.68(3H，s，18-H)，0.71(3H，s，19-H)，0.82(3H，d，J＝6.9Hz，26-H)，0.83(3H，d，J＝6.9Hz，27-H)，0.91(3H，d，J＝6.9Hz，28-H)，1.01(3H，d，J＝6.9Hz，21-H)，1.1-2.4(22H，m)，5.18(2H，m，22-H，23-H)，5.57(1H，m，2-H)，5.68(1H，m，3-H).

双羟基化反应。

往反应瓶中加入叔丁醇(500mL)，再加入化合物6(80g，0.2mol)，配体(18g，0.04mol)，以及铁氰化钾(260g，0.8mol)和碳酸钾(53g，0.4mol)的水溶液，搅拌均匀后再加入四氧化锇(2.56g，0.01mol)和甲磺酰胺(40g，0.4mol)，常温搅拌反应3天，点板跟踪至完全反应后用亚硫酸氢钠中止反应，将叔丁醇蒸出后加乙酸乙酯萃取，0.25M的硫酸水溶液洗，水洗，干燥，蒸除溶剂得粗品，粗品经乙酸乙酯重结晶后得纯化的产物64g。得率80％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ0.67(3H，s，18-H)，0.72(3H，s，19-H)，0.85(3H，d，J＝6.9Hz，26-H)，0.87(3H，d，J＝6.9Hz，27-H)，0.94(3H，d，J＝6.9Hz，28-H)，1.0(3H，d，J＝6.9Hz，21-H)，1.03-2.71(26H，m)，3.56(1H，brs)，3.69(2H，m)，3.99(1H，brs).

内酯化反应。

将氯仿(300mL)和三氟乙酸酐(60mL)投入反应瓶，降温至0℃以下，慢慢滴加过氧化氢(100ml，0.3mol)，滴完后搅拌0.5h，再滴入溶于氯仿(200m1)的双羟基化产物7(46g，0.1mol)，控制温度在15℃以下反应3--4h后用碳酸钾水溶液中和反应，水洗，分层，再萃取，干燥，蒸除溶剂得粗品。粗品再经乙酸乙酯重结晶得最终产品32克。得率为70％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ0.71(3H，s，18-H)，0.85(3H，d，J＝6.9Hz，26-H)，0.87(3H，d，J＝6.9Hz，27-H)，0.92(3H，d，J＝6.9Hz，28-H)，0.92(3H，9，19-H)，0.97(3H，d，J＝6.9Hz，21-H)，1.17-2.3(24H，m)，3.12(1H，dd，J＝12.3，4.8Hz)，3.41(1H，t，J＝5.4Hz)，3.69(2H，m)，4.03(1H，brs)，4.1(1H，m).

以下实施例2到6通过表格的形式表示出来：

例别	中间体3用量	溶剂名称和用量	碱名称和用量	共氧化剂名称和用量	中间体4得率
						实施例2	80g	丙酮800ml	三乙胺30ml	溴酸钠25g(溶于水250ml)	51g(64％)
实施例3	80g	叔丁醇500ml	3N碳酸氢钠30ml	叔丁基过氧化氢30ml(60％)	44g(55％)

例别	中间体3用量	溶剂名称和用量	碱名称和用量	共氧化剂名称和用量	中间体4得率
						实施例4	80g	二氯甲烷800ml	四乙基氢氧化铵30ml	过氧化吗啡啉50g	48g(60％)
实施例5	80g	正己烷800ml	四甲基氢氧化铵20ml	30％过氧化氢40ml	49g(61％)
						实施例6	80g	甲醇500ml	三乙胺50ml	过氧化吗啡啉50g	54g(67.5％)

注：1、四氧化锇的用量、反应温度、反应时间和后处理方法同实施例1。

    2、¹H NMR分析数据同实施例1。

Claims (10)

1.一种24-表芸苔素内酯的制备方法，包括以下步骤：

a.按现有的合成工艺制备化合物3。

b.以催化量的四氧化锇作氧化剂，以间-氯过氧化苯甲酸、过氧化吗啡啉、溴酸钠、叔丁基过氧化氢、过氧化氢中的一种为共氧化剂，化合物3中的羟基氧化成羰基而得到化合物4。

c.化合物4按现有的合成工艺经还原、重排、双羟化和内酯化这四步反应，最后转化成24-表芸苔素内酯8。

2.根据权利要求1所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：中间体3转化成化合物4的氧化体系中所使用的共氧化剂优选为间-氯过氧化苯甲酸。

3.根据权利要求1或2所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中四氧化锇：间-氯过氧化苯甲酸的摩尔比为1～50∶100。

4.根据权利要求3所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中四氧化锇：间-氯过氧化苯甲酸的摩尔比优选为1～10∶100。

5.根据权利要求1所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中所使用的溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、叔丁醇、甲醇、丙酮、正己烷，以上所述的一种或者任何两种所组成的混合溶剂。

6.根据权利要求5所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中所使用的溶剂优选为四氢呋喃。

7.根据权利要求1所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中所使用的温度为-40℃～60℃。

8.根据权利要求7所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中所使用的温度优选为0℃～10℃。

9.根据权利要求1所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中所使用的碱为氢氧化钠、碳酸氢钠、三乙胺、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的一种。

10.根据权利要求9所述的24-表芸苔素内酯的制备方法，其特征在于：反应条件中所使用的碱优选为氢氧化钠。