CN108676048B

CN108676048B - 一种虫草素的制备方法

Info

Publication number: CN108676048B
Application number: CN201810563619.1A
Authority: CN
Inventors: 王利民; 于高辉; 姚峰; 杨阳; 田禾; 韩建伟
Original assignee: Shanghai Zhaowei Technology Development Co ltd; East China University of Science and Technology
Current assignee: Shanghai Zhaowei Technology Development Co ltd; East China University of Science and Technology
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2038-06-04
Also published as: CN108676048A

Abstract

本发明公开了一种虫草素的制备方法，包括以下步骤：

其中：X为Cl或Br；R¹为以下基团的一种：

R²为以下基团的一种：

Description

一种虫草素的制备方法

技术领域

本发明涉及药物合成技术领域，具体地说，涉及一种虫草素的制备方法。

背景技术

虫草素(Cordycepin)，化学名3'-脱氧腺苷，又名蛹虫草菌素、虫草菌素和冬虫夏草素等，分子式为C₁₀H₁₃N₅O₃，分子量251.25，熔点230～231℃，溶于水、热乙醇和甲醇，不溶于苯、乙醚和氯仿，紫外最大吸收波长为259nm。它是冬虫夏草和蛹虫草中(尤其是核苷类)主要活性成分，也是第一个从真菌中分离出来的核苷类抗生素，属于嘌呤类生物碱。虫草素是一种天然来源的药物，具有中医医理中冬虫夏草一样的阴阳同补和双向调节人体平衡的功能；在护肝、保肾、润肺方面由于成分更纯而效果更好，而且大补气血，能消除一些现在不易治愈的痛经、偏头痛、颈椎增生等疾病。从西医医理角度看虫草素具有抗肿瘤、抗衰老、抗菌、抗病毒、免疫调节、改善新陈代谢、清除自由基等多种药理作用，有良好的临床应用前景。目前虫草素的研究正成为药物化学、抗衰老、美容、保健品中一个极其活跃的领域。

虫草素具有如下结构式，是由3-脱氧-D-核糖和腺嘌呤两个重要的结构单元组成。其中3'-OH的脱去是制备虫草素的重要问题。

目前报道的虫草素的合成路线主要有以下三种：

第一种合成路线是：以腺苷(化合物2)为起始原料，先由叔丁基二甲基氯硅烷保护2'-OH和5'-OH得到化合物6，然后经过硫代氯甲酸苯酯和三正丁基氢化锡作用脱去3'-OH得到化合物8，最后经TABF(四丁基氟化铵)脱去两个保护基得到虫草素(化合物1)，其流程如下所示：

该路线经过四步反应，可以用于合成虫草素，但是其前三步反应要求严格无水、反应试剂昂贵、纯化困难、化合物6极易异构化而导致2'-脱氧腺苷的引入、锡试剂污染严重等不足，使其工业化生产极其困难。

第二种合成路线是：以腺苷(化合物2)为起始原料，经过原乙酸三甲酯在酸性条件下的环化得到化合物9，再经过乙酰溴开环得到化合物4，最后用钯催化加氢还原得到虫草素，但是同时也得到了大量的副产物2',3'-二脱氧腺苷(化合物10)。也可以用三正丁基氢化锡还原化合物4得到化合物5，最后用氨气的甲醇溶液脱去乙酰基得到虫草素(化合物1)，其流程如下所示：

该路线在用钯催化加氢还原时，最后一步产率仅仅17％，使纯化困难，成本升高。用三正丁基氢化锡还原时，反应试剂昂贵、纯化困难、锡试剂污染严重等不足，使其工业生产化难以进行。

第三种合成路线是：将氧化三乙胺和叔戊酸-(2S)-羟基-4-戊炔酯(化合物11)在六羰基钼催化下反应生成五元环结构的化合物12，化合物12在OsO₄催化下被N-甲基吗啉N-氧化物氧化，随后经乙酸酐酯化得到化合物13，然后化合物13与化合物14缩合得到化合物15，最终化合物15经甲醇钠/甲醇脱去乙酰基得到虫草素(化合物1)。

此路线虽然只有四步反应，总收率约42％，但是所使用的叔戊酸-(2S)-羟基-4-戊炔酯(化合物11)和三甲基硅基三氟甲磺酸酯价格昂贵，生产成本很高，使其工业生产可行性较低。

因此，如何找到一种低成本、低污染后处理简单且产品质量可控的制备方法，一直是业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虫草素的制备方法，该方法操作简单、污染少、易于工业化且产物纯度高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明以腺苷(化合物2)为原料，先经酸酐或酰氯酰基化保护氨基和5'-羟基得到化合物3，再在酰卤作用下得到化合物4，经过催化还原得到虫草素(化合物1)；也可以由化合物4经过甲酸盐体系还原得到化合物5，然后在脱去全部乙酰基得到虫草素(化合物1)晶体。

本发明的第一方面，提供一种虫草素的制备方法，包括以下步骤：

其中：

X为Cl或Br；

R¹为以下基团的一种：

R²为以下基团的一种：

第一步，将化合物2加到溶剂中，在5～30℃滴加酰基化试剂，化合物2与酰基化试剂的摩尔比为1:2～1:3，在5～30℃反应1～5h，旋干，得到化合物3；

第二步，将化合物3加到溶剂中，升温到40～90℃，滴加酰卤试剂，化合物3与酰卤试剂的摩尔比为1:1.5～1:4.0，在40～90℃下反应1～4h，冷却到室温后旋干，用二氯甲烷溶解后水洗两次，干燥，旋干，得到化合物4；

第三步，将化合物4和催化剂加入溶剂中，催化剂用量占化合物4的摩尔百分比为1～20％，在20～60℃下滴加甲酸试剂，化合物4与甲酸的摩尔比为1:2～1:10；在20～60℃下反应8～48h，抽滤，用甲醇洗涤滤饼，旋干后重结晶，得到化合物1；

或，第三步用以下第四步和第五步代替：

第四步，将化合物4溶于溶剂中，然后加入甲酸盐体系及催化剂，催化剂用量占化合物4的摩尔百分比为1～20％，化合物4与甲酸盐体系的摩尔比为1:2～1:10(按甲酸根总量计算)，在20～60℃下反应8～48h，冷却到室温，过滤，将滤液旋干，加水，用二氯甲烷萃取三次，饱和食盐水洗涤二氯甲烷相，干燥，旋干，得化合物5；

第五步，酸性脱酰基：将化合物5溶于溶剂中，加入酸性催化剂，酸性催化剂的用量占化合物5的摩尔百分比为1～60％，在50～150℃下反应1～4h，旋干，重结晶得化合物1；

或，碱性脱酰基：将化合物5溶于溶剂中，加入碱，碱与化合物5的摩尔比为2:1～4:1，在5～50℃下反应0.1～4h，中和过量的碱，过滤，将滤液旋干，重结晶得到化合物1。

所述第一步中化合物2与酰基化试剂的摩尔比为1:2.2。

所述第一步中溶剂为吡啶、丙酮、甲酸、乙酸、丙酸、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、DMA(N,N-二甲基乙酰胺)、DMSO(二甲基亚砜)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)中的至少一种。

所述第一步中酰基化试剂为乙酸酐、丙酸酐、苯甲酸酐、乙酰氯、丙酰氯、苯甲酰氯中的至少一种。

所述第二步中粗品化合物3与酰卤试剂的摩尔比为1:2.2。

所述第二步中溶剂为乙腈、丙酮、甲酸、乙酸、丙酸、1,4-二氧六环、DME(乙二醇二甲醚)、THF(四氢呋喃)、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种。

所述第二步中酰卤试剂为乙酰氯、丙酰氯、丁酰氯、异丁酰氯、特戊酰氯、乙酰溴、丙酰溴、丁酰溴、异丁酰溴中的至少一种。

所述第三步中溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种，或者水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇等溶于丙酮、乙腈、1,4-二氧六环、DME、THF、DMF、DMA、DMSO、NMP等溶液中的至少一种。

所述第三步中催化剂为Pd/C、PdCl₂、K₂PdCl₄、K₂PdCl₆、Pd(OH)₂、Raney Ni(雷尼镍)、PtO₂、Rh/C中的至少一种。

所述第四步中溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种，或者水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇等溶于丙酮、乙腈、1,4-二氧六环、DME、THF、DMF、DMAc、DMSO、NMP等溶液中的至少一种。

所述第四步中甲酸盐体系为甲酸与甲酸铵、三甲胺、三乙胺、DIPEA(N,N-二异丙基乙胺)、DBU(1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯)、甲酸钠、甲酸钾、LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)₂、Ca(OH)₂、Ba(OH)₂、Zn(OH)₂、Al(OH)₃、MgO、CaO、BaO、ZnO、CuO、MgCO₃、CaCO₃、BaCO₃、LiHCO₃、NaHCO₃、KHCO₃、Mg(HCO₃)₂、Ca(HCO₃)₂、Ba(HCO₃)₂、MgSO₄、CaSO₄、BaSO₄中的至少一种的混合物，优选甲酸与甲酸钠的混合物。

所述第四步中催化剂为Pd/C、PdCl₂、K₂PdCl₄、K₂PdCl₆、Pd(OH)₂、Raney Ni、氯化镍、溴化镍、醋酸镍、PtO₂、Rh/C中的至少一种。

所述第五步中酸性脱酰基步骤中，酸性催化剂为对甲基苯磺酸、苯磺酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸、硫酸、磷酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、酸性离子交换树脂(D001，上海麦克林生化科技有限公司)中的至少一种。

所述第五步中酸性脱酰基步骤中，溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种，或者水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇等溶于丙酮、乙腈、1,4-二氧六环、DME、THF、DMF、DMAc、DMSO、NMP等溶液中的至少一种。

所述第五步中碱性脱酰基步骤中，碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾。

所述第五步中碱性脱酰基步骤中，溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种，或者1,4-二氧六环、DME、THF与水或甲醇混合液中的至少一种。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明提供的虫草素的制备方法，以腺苷(化合物2)为原料，先经酸酐或者酰氯酰基化保护氨基和5'-羟基得到化合物3，再经酰卤作用得到化合物4，经过甲酸还原得到虫草素(化合物1)；也可以由化合物4经过甲酸盐体系还原得到化合物5，然后在酸性或者碱性下脱去全部酰基得到虫草素(化合物1)晶体。与现有技术相比较，本发明采用易得的腺苷为起始原料，同时避免了保护羟基的严格条件及昂贵的成本。采用催化转移氢化反应(CTH)还原底物，避免了使用昂贵的硫代羰基试剂、高毒性的三丁基氢化锡及其严格的反应条件、困难的后处理过程及对环境的污染；避免了使用H₂、Pd/C体系严格的反应条件及多氢化副产物的生成。采用催化醇解或水解脱去酰基，操作简单，纯化方便，极易工业化大规模生产。

本发明采用易得的天然产物为起始原料，操作简单，纯化方便，易工业化大规模生产。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明所使用的试剂如下：腺苷，99％，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙酸酐，AR，上海泰坦科技股份有限公司；乙酰溴，97％，北京伊诺凯科技有限公司；甲酸，AR，国药集团试剂有限公司；甲酸钠，AR，上海泰坦科技股份有限公司；Pd/C，10％，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；碳酸钙，AR，上海泰坦科技股份有限公司；三氟乙酸，99％，上海泰坦科技股份有限公司；氢氧化钠，98％，上海麦克林生化科技有限公司；氯化铵，AR，上海泰坦科技股份有限公司。

实施例1

化合物3-1的制备：

在500mL三口瓶中加入25.0g化合物2和300mL吡啶，升温到20℃后缓慢滴加19.5mL乙酸酐，20℃左右搅拌反应3h，旋干，用少量乙醇洗涤固体，干燥得到32.9g化合物3-1，直接用于下一步反应。

实施例2

化合物4-1的制备

在500mL三口瓶中加入32.9g化合物3-1和300mL乙腈，升温到65℃，滴加16mLAcBr，60～65℃反应1h。冷却到室温后旋干，用二氯甲烷溶解后水洗两次，Na₂SO₄干燥，旋干，得到31.4g化合物4-1，两步产率81.0％。

¹H-NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.33(s,1H,H-8),8.30(s,1H,H-2),6.19(d,1H,J'＝2.1Hz,H-1'),5.71(brs,1H,H-2'),4.5-4.38(m,4H,H-3',H-4',H-5'),2.12(s,3H,CH₃),2.06(s,3H,CH₃)；

¹³C-NMR(100MHz,CDCl₃)δ170.4(C＝O),169.2(C＝O),154.2(C-6),150.5(C-2),148.8(C-4),139.6(C-8),118.9(C-5),87.9(C-1'),82.9(C-4'),78.8(C-2'),64.8(C-5'),49.1(C-3'),30.8(CH₃),20.6(CH₃).

实施例3

虫草素(化合物1)的制备

在500mL三口瓶中加入20g化合物4-1，2g 10％的湿Pd/C和250mL甲醇，升温到40℃，12小时内缓慢滴加14mL甲酸，40℃反应12h。抽滤，用甲醇洗涤滤饼，旋干滤液后重结晶，得到9.1g化合物1虫草素，产率75％。

¹H-NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ8.32(s,1H,H-8),8.12(s,1H,H-2),7.21(brs,2H,NH₂),5.84(d,1H,J'＝1.6Hz,H-1'),5.61(d,1H,J＝3.6Hz,2'-OH),5.10(t,1H,J＝5.4Hz,5'-OH),4.57-4.55(m,1H,H-2'),4.36-4.30(m,1H,H-4'),3.69-3.47(m,2H,H-5'),2.27-2.20(m,1H,H-3'a),1.90(m,1H,H-3'b)；

¹³C-NMR(100MHz,DMSO-d₆)δ156.0(C-6),152.4(C-2),148.9(C-4),139.0(C-8),119.0(C-5),90.8(C-1'),80.6(C-4'),74.6(C-2'),62.6(C-5'),34.1(C-3').

实施例4

化合物5-1的制备

在500mL三口瓶中加入120mL乙腈及47g化合物4-1，然后加入200mL水、21.0g甲酸、30.9g甲酸钠及3g Raney Ni；升温到40℃反应24h。冷却到室温，过滤，将滤液旋干，加入300mL水，用100mL二氯甲烷萃取三次。100mL饱和食盐水洗涤二氯甲烷相，无水硫酸钠干燥，旋干，得33.8g化合物5-1，产率89％。

¹H-NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ8.25(s,1H,H-8),8.13(s,1H,H-2),7.26(brs,2H,NH₂),6.08(d,1H,J'＝1.6Hz,H-1'),5.67-5.66(m,1H,H-2'),4.51-4.45(m,1H,H-4'),4.26(m,1H,H-5'a),4.11(m,1H,H-5'b),2.69-2.62(m,1H,H-3'a),2.18(m,1H,H-3'b),2.07(s,3H,CH₃),1.93(s,3H,CH₃)；

¹³C-NMR(100MHz,DMSO-d₆)δ170.0(C＝O),169.8(C＝O),156.1(C-6),152.7(C-2),148.8(C-4),139.5(C-8),118.9(C-5),88.4(C-1'),77.7(C-4'),77.2(C-2'),64.4(C-5'),32.6(C-3'),20.7(CH₃),20.4(CH₃).

实施例5

虫草素(化合物1)的制备

(1)酸性脱酰基：向250mL单口瓶中加入15.0g化合物5-1、150mL甲醇及1.1g三氟乙酸，回流反应3h，旋干，重结晶得到9.56g化合物1，产率85％。

(2)碱性脱酰基：向250mL反应瓶中加入15.0g化合物5-1、150mL甲醇及3.9g氢氧化钠固体，25℃搅拌反应1h。加入5.4g固体氯化铵，搅拌30min，过滤，将滤液旋干，重结晶得到9.8g化合物1晶体，产率87％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种虫草素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

其中：

X为Cl或Br；

R¹为以下基团的一种：

R²为以下基团的一种：

第一步，将化合物2加到溶剂中，在5℃～30℃滴加酰基化试剂，化合物2与酰基化试剂的摩尔比为1:2～1:3，在5℃～30℃反应1h～5h，旋干，得到化合物3；

第二步，将化合物3加到溶剂中，升温到40℃～90℃，滴加酰卤试剂，化合物3与酰卤试剂的摩尔比为1:1.5～1:4.0，在40℃～90℃下反应1h～4h，冷却到室温后旋干，用二氯甲烷溶解后水洗两次，干燥，旋干，得到化合物4；

第三步，将化合物4和催化剂加入溶剂中，催化剂用量占化合物4的摩尔百分比为1％～20％，在20℃～60℃下滴加甲酸试剂，化合物4与甲酸的摩尔比为1:2～1:10；在20℃～60℃下反应8h～48h，抽滤，用甲醇洗涤滤饼，旋干后重结晶，得到化合物1；

或，第三步用以下第四步和第五步代替：

第四步，将化合物4溶于溶剂中，然后加入甲酸盐体系及催化剂，催化剂用量占化合物4的摩尔百分比为1％～20％，化合物4与甲酸盐体系的摩尔比为1:2～1:10，在20℃～60℃下反应8h～48h，冷却到室温，过滤，将滤液旋干，加水，用二氯甲烷萃取三次，饱和食盐水洗涤二氯甲烷相，干燥，旋干，得化合物5；

第五步，酸性脱酰基：将化合物5溶于溶剂中，加入酸性催化剂，酸性催化剂的用量占化合物5的摩尔百分比为1％～60％，在50℃～150℃下反应1h～4h，旋干，重结晶得化合物1；

或，碱性脱酰基：将化合物5溶于溶剂中，加入碱，碱与化合物5的摩尔比为2:1～4:1，在5℃～50℃下反应0.1h～4h，中和过量的碱，过滤，将滤液旋干，重结晶得到化合物1；

其中，第四步中所述甲酸盐体系为甲酸与甲酸铵、甲酸钠或甲酸钾中的至少一种的混合物。

2.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：所述第一步中化合物2与酰基化试剂的摩尔比为1:2.2；

所述第一步中溶剂为吡啶、丙酮、甲酸、乙酸、丙酸、DMF、DMA、DMSO、NMP中的至少一种；

所述第一步中酰基化试剂为乙酸酐、丙酸酐、苯甲酸酐、乙酰氯、丙酰氯、苯甲酰氯中的一种。

3.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：所述第二步中化合物3与酰卤试剂的摩尔比为1:2.2；

所述第二步中溶剂为乙腈、丙酮、甲酸、乙酸、丙酸、1,4-二氧六环、DME、THF、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种；

所述第二步中酰卤试剂为乙酰氯、丙酰氯、丁酰氯、异丁酰氯、特戊酰氯、乙酰溴、丙酰溴、丁酰溴、异丁酰溴中的一种。

4.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：所述第三步中溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种，或者水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇溶于丙酮、乙腈、1,4-二氧六环、DME、THF、DMF、DMA、DMSO、NMP中的至少一种；

第三步中所述催化剂为Pd/C、Raney Ni、PtO₂或Rh/C中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：所述第四步中溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种，或者水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇溶于丙酮、乙腈、1,4-二氧六环、DME、THF、DMF、DMAc、DMSO、NMP中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：第四步中所述催化剂为Pd/C、Raney Ni、PtO₂或Rh/C中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：所述第五步中酸性脱酰基步骤中，酸性催化剂为对甲基苯磺酸、苯磺酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸、硫酸、磷酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、酸性离子交换树脂中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：所述第五步中酸性脱酰基步骤中，溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的虫草素的制备方法，其特征在于：所述第五步中碱性脱酰基步骤中，碱为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾；

所述第五步中碱性脱酰基步骤中，溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的至少一种。