CN101928746A - 雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮的制备方法 - Google Patents

雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮的制备方法,由先将化合物(I)加入极性有机溶剂中,加入酯类试剂和酸催化剂得到化合物(II);再将化合物(II)加入到有机溶剂中,加入卤化试剂和水进行卤化反应,反应完成后,再加入锂盐反应得到化合物(III);然后将化合物(III)利用采用节杆菌进行生物发酵的方法进行1,2位脱氢,得到目标化合物。

Description

雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮的制备方法
技术领域:
本发明涉及一种甾体结构的制备方法,尤其是涉及1,4,6-三烯结构甾体中间体的制备
背景技术:
雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮是一种重要的甾体中间体,可以利用其制备1α-羟基去氢表雄酮(CAS:20998-18-9)等物质,文献HELVETICA CHIMICA ACTA-Vol.64,Fasc.6(1981)-Nr-180,1870~1873公开了雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮用于合成1α-羟基去氢表雄酮的用途。文献J chem.Soc.1968,2568-2570和文献J org.chem.1974.Vol 392931-2933公开了1,4,6-三烯结构甾体中间体的主要合成路线为以去氢表雄酮(CAS:53-43-0)为原料,采用2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4苯醌(DDQ)作为脱氢试剂一步制备而成,路线如下:
Figure B2009100694172D0000011
该路线存在不足为反应选择性较差,杂质较多,并且根据DDQ的MSDS文件中(http://www.sciencelab.com/xMSDS-2_3_Dichloro_5_6_dicyano_1_4_benzoquinone-9923726,p.4)公开,DDQ是一种皮肤接触、吸入、吞咽都非常危险的化学物质,更主要的是产生的副产物与产物的物理性质较为接近,工业上精制极为困难,且DDQ的经脱氢反应后转化为氯代苯酚类物质,在自然界中难于降解,对环境污染十分严重。并且现有技术采用的原料为去氢表雄酮,成本较高。而我公司下属天津天药药业股份有限公司开发的植物甾醇转化雄烯二酮新工艺,以植物油精炼副产品中提炼出的植物甾醇为原料,采用生物工程技术开发4-雄烯二酮(即化合物(I))生产新工艺,大幅度降低了4-雄烯二酮(I)的生产成本。因此,为拓宽4-雄烯二酮的应用领域,有必要开发出以4-雄烯二酮为原料的新的甾体激素合成路线。
发明内容:
针对现有技术的问题,为拓宽4-雄烯二酮的应用领域,我们设计了一条全新的雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮合成路线如下:
Figure B2009100694172D0000021
所述的合成路线由以下反应步骤构成:
(1)3-位保护
将化合物(I)加入极性有机溶剂中,加入酯类试剂和酸催化剂得到化合物(II)。
(2)6,7位双键
将步骤(1)所得的化合物(II)加入到有机溶剂中,加入卤化试剂和水进行卤化反应,反应完成后,再加入锂盐反应得到化合物(III)。
(3)1,4,6-三烯的合成
将步骤(2)所得化合物(III)利用采用节杆菌进行生物发酵的方法进行1,2位脱氢,得到目标化合物。
所述步骤(1)中的极性有机溶剂包括但不仅限于低级脂肪醇中的一种或几种,如甲醇或乙醇;酮类中的一种或几种,如丙酮或甲乙酮;醚类中的一种或几种,如乙醚、四氢呋喃、二氧六环,优选乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃中的一种或几种,最优选采用甲醇或乙醇。所用酯类试剂可选原甲酸三乙酯、乙酸异丙烯酯中的一种或几种,优选原甲酸三乙酯。酸催化剂优选对甲基苯磺酸(PTS)、吡啶溴氢酸盐、吡啶盐酸盐。反应温度为-10℃~60℃,优选-10~20℃,反应结束后,加弱碱中和处理。
在步骤(1)中,化合物(I):极性有机溶剂=1∶1~10(重量体积比),化合物(I):酯类试剂∶酸催化剂=1∶1~3∶0.01~0.1(摩尔比)。
所述步骤(2)中选用的有机溶剂优选非质子溶剂,包括但不仅限于烷烃如正己烷、环己烷,醚类如乙醚、四氢呋喃、二氧六环,DMF(N,N-,二甲基甲酰胺)中的一种或几种;优选DMF或四氢呋喃。步骤(2)中卤化试剂选择溴化或氯化试剂,如二溴海因、二氯海因、溴代琥珀酰亚胺(NBS)、氯代琥珀酰亚胺(NCS)、优选NBS。选用的锂盐包括但不仅限于碳酸锂(Li2CO3),氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)中的一种或几种,优选Li2CO3和LiBr的组合。卤化阶段反应温度选自-10℃到30℃,优选0~20℃,加入锂盐后反应温度选自0℃~120℃,优选60℃~100℃。
在步骤(2)中化合物(II):有机溶剂=1∶1~10(重量体积比),化合物(I):卤化试剂∶锂盐(以锂离子计)=1∶1.2~2∶1.2~2(摩尔比)。
步骤(3)生物发酵中采用的菌种为简单节杆菌(拉丁命名:Arthrobacter simplex),优选以下几种菌株:AS 1.754、AS 1.94*(均由中国科学院微生物研究所提供),生物发酵工艺如下:
所述的生物发酵工艺可采用公知的生物发酵工艺方法,如参考《生物合成药物学》(化学工业出版社,2000年出版,褚志义主编;666~675页)中公开的生物发酵工艺。
加入作为底物的化合物(III)时以不溶于水的有机溶剂使底物溶解或成混悬液,加入到培养好的发酵液中,控制发酵液pH≥7.5。所述的有机溶剂可选自但不仅限于乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、乙酸丁酯、环己烷、丁醇、甲苯中的一种或几种。有机溶剂与化合物(III)的体积重量比为2~5∶1。
优选在加入有机溶剂同时加入人工电子受体,如苯醌和/或二甲基对苯醌。
终止反应后,用有机溶剂萃取发酵液、静置分层,取有机层减压浓缩得到化合物(IV)即雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮。未反应的化合物(III)可以回收套用以提高反应的总转化率。
与现有技术中以去氢表雄酮为原料,使用DDQ脱氢的技术相比,本发明技术方案所提供的合成路线采用以化合物(I)(4-雄烯二酮,简称4-AD,CAS:63-05-8)为原料,采用生物脱氢技术生产雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮的合成工艺路线,在原料选用上充分利用了我公司现有的4-AD生产路线,即能够扩充4-AD的下游产品种类,充分发挥4-AD的技术经济优势。又开辟了化合物(I)合成的一条全新合成路线,同时与现有技术相比,由于可以生物脱氢技术,大幅降低了反应的污染,同时还提高了反应物的总转化率,使本发明提供得到新合成路线相对原有合成路线更有技术经济优势。
具体实施方式
以下所公开具体实施方式是为了更好的理解本发明的技术方案,不能理解为对本发明技术方案的限制。
生物发酵的种子培养基采用如下原料配比:蛋白胨10.0g,牛肉提取物3.0g,NaCl 5.0g,蒸馏水1000ml,培养基pH调节至7.0,发酵温度为30℃。
发酵培养基采用如下原料配比:葡萄糖10.0g,酵母膏1.6g,KH2PO42.5g,玉米浆10ml,蒸馏水1000ml,培养基pH调节至7.0,发酵温度为30℃
实施例1
(1)取雄甾-4-烯3,17-二酮(化合物I)10g加入反应瓶,再加入40ml无水乙醇,搅拌,通N2,保持-10℃,加入原甲酸三乙酯10ml,PTS 0.15g,保持在-10℃下反应4小时至反应完全后加入吡啶2ml,冷却至-10℃,静置、过滤、干燥得到雄甾-3-乙氧基-3,5-二烯-17-酮11.0g(化合物II)
(2)将步骤(1)制得的化合物(II)加入反应瓶中,再加入30ml DMF,1ml水,通N2搅拌,降温至0℃,在30min内分三次加入NBS,每次3g,共加入9g,加毕保持5~10℃反应2小时至反应完全后加入Li2CO35g,LiBr 2.5g,升温至70~80℃,反应1小时至反应结束后,冷却,稀释过滤得到9.8g雄甾-4,6-二烯-3,17-二酮(化合物III)
(3)生物发酵,采用AS 1.754
Figure B2009100694172D0000041
种子培养基300ml
发酵培养基300ml
采用上述工艺进行生物发酵,化合物(III)加入时先溶于15ml乙酸乙酯后再中加入到培养好的发酵液中,控制发酵液pH≥7.5。
终止反应后,用乙酸乙酯萃取发酵液,静置分层,取有机层减压浓缩得到产品,发酵液经反复套用生物脱氢,共得到雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮8.5g,含量91.5%
产物检测数据如下:
紫外光谱(UV):223nm 257nm 201nm处有吸收峰
mp:164.5~166℃,比旋度为+72.4°(二氧六环)。
实施例2
(1)取雄甾-4-烯3,17-二酮(化合物I)10g加入反应瓶,再加入80ml甲醇,搅拌,通N2,保持0℃,加入乙酸异丙烯酯9ml,PTS 0.08g,保持在0℃下反应4小时至反应完全后加入吡啶1ml,加入1000ml水稀释、过滤、干燥得到雄甾-3-乙氧基-3,5-二烯-17-酮10.8g(化合物II)
(2)将步骤(1)制得的化合物(II)加入反应瓶中,再加入30ml二氧六环,1ml水,通N2搅拌,降温至10℃,在30min内分三次加入NBS,每次2.4g,共加入7.2g,加毕保持0~5℃反应2小时至反应完全后加入Li2CO34g,LiBr 2g,升温至50~60℃,反应1小时至反应结束后,冷却,稀释过滤得到9.5g雄甾-4,6-二烯-3,17-二酮(化合物III)
(3)生物发酵采用AS 1.94*
Figure B2009100694172D0000042
种子培养基300ml
发酵培养基300ml
采用上述工艺进行生物发酵,化合物(III)加入时先溶于20ml乙酸丁酯后再中加入到培养好的发酵液中,控制发酵液pH≥7.5。
终止反应后,用乙酸乙酯萃取发酵液,静置分层,取有机层减压浓缩得到产品,发酵液经反复套用生物脱氢,共得到雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮8.53g,含量92.1%。
产物检测数据如下:
紫外光谱(UV):223nm 257nm 201nm处有吸收峰
mp:164.5~166℃,比旋度为+72.6°(二氧六环)。
实施例3
(1)取雄甾-4-烯3,17-二酮(化合物I)10g加入反应瓶,再加入50ml丙酮,搅拌,通N2,保持0℃,加入原甲酸三乙酯15ml,PTS 0.3,保持在10℃下反应4小时至反应完全后加入吡啶4ml,加入500ml水稀释、静置、过滤、干燥得到雄甾-3-乙氧基-3,5-二烯-17-酮11.1g(化合物II)
(2)将步骤(1)制得的化合物(II)加入反应瓶中,再加入60ml DMF,1ml水,通N2搅拌,降温至0℃,在30min内分三次加入NBS,每次3g,共加入9g,加毕保持10~15℃反应2小时至反应完全后加入Li2CO35g,LiBr 2.5g,升温至60~70℃,反应1小时至反应结束后,冷却,稀释过滤得到9.9g雄甾-4,6-二烯-3,17-二酮(化合物III)
(3)生物发酵采用AS 1.754
Figure B2009100694172D0000051
种子培养基300ml
发酵培养基300ml
采用上述工艺进行生物发酵,化合物(III)加入时先溶于15ml乙酸乙酯后再中加入到培养好的发酵液中,控制发酵液pH≥7.5。
终止反应后,用乙酸乙酯萃取发酵液,静置分层,取有机层减压浓缩得到产品,发酵液经反复套用生物脱氢,得到雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮8.42g,含量93.0%
产物检测数据如下:
紫外光谱(UV):223nm 257nm 201nm处有吸收峰
mp:164.5~166℃,比旋度为+72.7°(二氧六环)。
实施例4
(1)取雄甾-4-烯3,17-二酮(化合物I)10g加入反应瓶,再加入20ml四氢呋喃,搅拌,通N2,保持0℃,加入原甲酸三乙酯20ml,PTS 0.6g,保持在20℃下反应4小时至反应完全后加入吡啶8ml,加入300ml水稀释,静置、过滤、干燥得到雄甾-3-乙氧基-3,5-二烯-17-酮10.9g(化合物II)
(2)将步骤(1)制得的化合物(II)加入反应瓶中,再加入20ml二氧六环,1ml水,通N2搅拌,降温至0℃,在30min内分三次加入NBS,每次3.6g,共加入10.8g,加毕保持15~20℃反应2小时至反应完全后加入Li2CO36g,LiBr 3g,升温至80~90℃,反应1小时至反应结束后,冷却,稀释过滤得到9.7g雄甾-4,6-二烯-3,17-二酮(化合物III)
(3)生物发酵AS 1.94*
Figure B2009100694172D0000061
种子培养基300ml
发酵培养基300ml
采用上述工艺进行生物发酵,化合物(III)加入时先溶于20ml乙酸乙酯后再中加入到培养好的发酵液中,控制发酵液pH≥7.5。
终止反应后,用乙酸乙酯萃取发酵液,静置分层,取有机层减压浓缩得到产品,发酵液经反复套用生物脱氢,得到雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮8.6g,含量92.8%。
产物检测数据如下:
紫外光谱(UV):223nm 257nm 201nm处有吸收峰
mp:164.5~166℃,比旋度为+72.3°(二氧六环)。

Claims (10)

1.一种雄甾-1,4,6-三烯-3,17-二酮的制备方法,其特征是采用如下合成路线:
该合成路线由以下反应步骤构成
(1)3-位保护
将化合物(I)加入极性有机溶剂中,加入酯类试剂和酸催化剂得到化合物(II)。
(2)6,7位双键
将步骤(1)所得的化合物(II)加入到有机溶剂中,加入卤化试剂和水进行卤化反应,反应完成后,再加入锂盐反应得到化合物(III)。
(3)1,4,6-三烯的合成
将步骤(2)所得化合物(III)利用采用节杆菌进行生物发酵的方法进行1,2位脱氢,得到目标化合物。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征是所述步骤(1)中的极性有机溶剂优选乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃中的一种或几种,所用酯类试剂优选原甲酸三乙酯、乙酸异丙烯酯中的一种或几种,酸催化剂优选对甲基苯磺酸(PTS)、吡啶溴氢酸盐、吡啶盐酸盐中的一种或几种,反应温度为-10℃~20℃;化合物(I):极性有机溶剂=1∶1~10(重量体积比),化合物(I):酯类试剂∶酸催化剂=1∶1~3∶0.01~0.1(摩尔比)。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征是所述步骤(1)中的极性有机溶剂优选乙醇或甲醇,所用酯类试剂可选原甲酸三乙酯。
4.如权利要求1至3中任一所述的制备方法,其特征是所述步骤(2)中选用的有机溶剂优选作为非质子溶剂的烷烃如正己烷、环己烷,醚类如乙醚、四氢呋喃、二氧六环,DMF中的一种或几种;所选用的锂盐包括但不仅限于碳酸锂(Li2CO3),氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)中的一种或几种;卤化试剂选自二溴海因、二氯海因、溴代琥珀酰亚胺(NBS)、氯代琥珀酰亚胺(NCS)中的一种或几种,卤化阶段反应温度选自-10℃到30℃,加入锂盐后反应温度优选60℃~100℃;在步骤(2)中化合物(II):有机溶剂=1∶1~10(重量体积比),化合物(I):卤化试剂∶锂盐(以锂离子计)=1∶1.2~2∶1.2~2(摩尔比)。
5.如权利要求4所述的制备方法,其特征是所述所述步骤(2)中选用的有机溶剂优选DMF或二氧六环;步骤(2)中的卤化试剂优选溴代琥珀酰亚胺(NBS),所选用的锂盐优选Li2CO3和LiBr的组合;卤化阶段反应温度选自0℃到20℃。
6.如权利要求1至5中任一所述的制备方法,其特征是步骤(3)生物发酵工艺如下:
Figure F2009100694172C0000021
7.如权利要求7所述的制备方法,其特征是加入作为底物的化合物(III)时以不溶于水的有机溶剂使底物溶解或成混悬液,加入到培养好的发酵液中,控制发酵液pH≥7.5。,有机溶剂与化合物(III)的体积重量比为2~5∶1;终止反应后,用有机溶剂萃取发酵液、静置分层,取有机层减压浓缩得到化合物(IV)。
8.如权利要求8所述的制备方法,其特征是所述步骤(3)使底物溶解或成混悬液的不溶于水的有机溶剂可选自但不仅限于乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、乙酸丁酯、环己烷、丁醇、甲苯中的一种或几种。
9.如权利要求6至8中任一所述的制备方法,其特征是所述步骤(3)在发酵液中加入加入有机溶剂的同时加入作为人工电子受体的苯醌和/或二甲基对苯醌。
10.如权利要求6至9中任一所述的制备方法,其特征是所述的生物发酵的菌种为保藏编号为AS 1.754、AS 1.94*(均中国科学院微生物研究所提供)的简单节杆菌(拉丁命名:Arthrobacter simplex)。
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