立体选择性一步还原甾体骨架中的4-烯-3-酮为3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的方法

摘要

本发明属有机化学和药物合成领域，涉及甾体骨架4-烯-3--酮结构一步还原成A/B顺式的3a-羟基-5b-氢结构的方法。本方法于室温下，在无水乙醇中，以氯化亚铜为催化剂，钠硼氢为还原剂高选择性将4-AD、ADD及其衍生物的4-烯-3--酮结构转化成A/B顺式3a-羟基-5b-氢结构。本方法得到的雄甾-3a-羟基-5b-氢-17-酮产物经X-衍射确证立体构型，反应条件温和简便，试剂廉价易得，操作方便，重现性好，收率高。本方法为开辟甾醇资源利用，开展探索以非胆酸型甾体原料合成具有A/B顺式结构的熊去氧胆酸、鹅去氧胆酸、去氧胆酸及蜕皮激素等药物的研究奠定了良好基础。

权利要求

1.立体选择性一步还原甾体骨架中的4-烯-3-酮为3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的方法，其特征是，以4-AD、ADD或其他具有相应4-烯-3，17-二酮结构的甾体衍生物为原料，按下述反应方程式所示，通过与二醇类形成17-螺环缩酮保护，无水溶剂为反应介质，以亚铜为催化剂，以金属氢化物为金属还原试剂，以盐酸为酸性条件，选择性将4-烯-3-酮同时还原成3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构，获得3α-羟基-5β-氢-17-酮(13)及其衍生物，所述的二醇类选自乙二醇、含3～6碳的1，2或1，3-二羟基烷烃二醇试剂。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法中以4-AD、ADD及其衍生物为原料，17-羰基经乙二醇螺环缩酮形式保护，室温下氯化亚铜为催化剂，金属还原剂/无水溶剂为反应体系。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的17-螺环缩酮选自氧缩酮。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亚铜催化剂选自氯化亚铜、碘化亚铜或氧化亚铜。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属氢化物还原剂选自硼氢化钠或硼氢化钾、氰基硼氢化钠或氰基硼氢化钾、三乙氧基硼氢化钠或三乙氧基硼氢化钾、锂铝氢或叔丁氧基氢化铝锂。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，反应介质选自1-4碳的醇溶剂。

说明书

立体选择性一步还原甾体骨架中的4-烯-3-酮为3α-羟基-5β-

氢A/B顺式结构的方法

技术领域

[0001] 本发明属有机化学及药物合成领域，涉及一种高效立体选择性一步还原甾体骨架中的4-烯-3-酮为3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的方法。具体涉及利用钠硼氢在氯化亚铜（NaBH4/CuCl）催化下，高效立体选择性一步还原17-螺环缩酮取代的甾体4-烯-3-酮为3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的合成方法。

背景技术

[0002] 熊去氧胆酸(3α，7β-二羟基-5β-胆烷酸，以下简称UDCA)(式一：1，)是中药熊胆的主要成分，上世纪六十年代曾主要用于治疗胆石疾病[杨继凡，王亦兵.熊脱氧胆酸的药理作用和临床应用.新药与临床，1985，4(3)∶23]。近年来，国外有报道UDCA在治疗各种急性、慢性肝病中的应用[Saksena,Sushma,Tandon,RakeshK.Ursodeoxycholicacid inthetreatmentofliverdiseases.PostgradMedJ,1997,73(850)∶75.]。现有技术的中药熊胆为割取熊的胆囊而制成，来源有限，而且有违于动物保护。我国现在采取人工养殖，活提取UDCA，但步骤繁多、周期长、收得率低，不能满足医疗要求，同时也有违人道；因而人工合成UDCA具有深远的意义。鉴于许多动物天然胆酸结构具有UDCA中A/B顺式的3α-羟基-5β结构单元，因此目前化学合成方法主要以牛、羊、猪胆酸及鹅去氧胆酸（式一：2～4，）为原料通过半合成法合成UDCA[3.Kubota,Naohiro.Preparationof ursodeoxycholicacidfrom3-hydroxy-protectedcholicacidesters.Japan.Kokai01,61,496,Mar1989(CA1989,111∶134645h).王钟麒，姜立中，龚逸民，等.从猪去氧胆酸立体选择性合成熊去氧胆酸和鹅去氧胆酸的新法.中国科学(B辑)，1991,(7):680.5.Katsutori Masahiko;MikamiKazuhiro;
Hirakata,Kaoru.ManufactureofUrsodeoxycholicacid.Japan Kokai06,02,184,Jan1994(CA1994,120:229874g).]。但是，上述方法中均存在如下缺陷：原料来源有限，反应操作不便、试剂昂贵、步骤多、分离困难以及收率低等问题。

[0003]

[0004] 式一：熊去氧胆酸、牛羊猪胆酸、鹅去氧胆酸的结构

[0005] 因此，在探索寻找来源简便的动物胆酸为原料半合成UDCA同时；积极开展来源丰富易得的非胆酸类甾体化合物为原料，立体选择性合成具有工业化前景的UDCA是有社会应用价值的研究。1983年，Chee.KLai等报道（如式二所示，）以非胆酸类甾体雄甾-4-烯-3,17-二酮(androstenedione,4-AD)(5)为原料经四氯苯醌脱氢（6）、间氯过氧苯甲酸环氧化（7）、钯碳（Pb/C）氢化还原（8）以及三叔丁氧基铝锂氢选择性还原7-羰基四步合成具有熊去氧胆酸熊3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构重要中间体（9，）。1984年，PeterM.Workwlich［6.Peter M.Workwlich;Andrew D.Batcho and Milan R.Uskokovic.Stereoselective introduction of steroid side Chains.Synthesis of chenodeoxycholic acid.Helvetica Chimica Acta,1984,67(2)∶612.］等报道了以雄甾-4-烯-3,17-二酮（4-AD）为原料，经7位微生物羟基化、4-烯用Pd/C催化加氢得5β-氢产物，然后3位羰基再选择性还原成重要中间体3α,7α-二羟基-5β-雄甾酮(9)，进一步经7步后续反应最终合成熊去氧胆酸（UDCA，1）。由于大部分非胆酸类甾体原料还原反应常常得到5α-氢产物即甾体的A/B环呈反式结构，因此选择性高收率获得3α-羟基-5β-氢即甾体A/B环呈顺式结构，是以非胆酸类甾体为原料合成熊去氧胆酸的关键。而以上路线中均以较昂贵的钯碳（Pd/C）和叔丁氧基铝锂氢经多步反应，才能得到3α-羟基-5β-氢即A/B顺式结构。由于4-AD主要通过来源于植物薯蓣的薯蓣皂甙经过多步反应合成获得，市售价格较高。

[0006] 上世纪七十年代中期，国外利用节杆菌(Arthrobactersp.)、诺卡氏菌(Nocardia sp.)和分支杆菌(Mycobacteriumsp.)等微生物方法有效地切除胆甾醇、豆甾醇等天然甾醇的17-位边链，以很高收率获得可用于各种甾体药物生产的重要中间体雄甾-4-烯-3,17-二酮（4-AD）和雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮(10,简称ADD)[7.MarsheckW.J.,KraychyS.,MuirR.D.,Microbialdegradationofsterols.Appl.Microbiol.,1972,23：72-7.8.韩广甸；黄国峰，甾醇资源的利用和皮质激素侧链的合成方法.有机化学,1989，9：15-23.9.Sih,C.J.; LeeSS,TsongYY,etal.Anefficientsynthesisiofestroneand19-
norsteroidsfromcholesterol.J.Am.Chem.Soc.1965,87:2765-6.]。羊毛工业中羊毛洗液及鱼油中含有大量胆甾醇，精炼食用油油渣中存在豆甾醇，甘蔗渣、造纸废液、谷物的皮糠中含有谷甾醇以及油菜甾醇等，这些天然甾醇资源经微生物发酵降解都可以获得高纯度的
4-AD或ADD。当前国内国家发改委也已经将甾醇资源微生物发酵,获得4-AD的课题列入重点项目在进行中。目前，我国用微生物方法切除天然甾醇边链的工作已有可喜进展。由于这些天然甾醇可得自于羊毛洗液、食用油精炼油渣等工业废物。因此，以4-AD或ADD为原料，进而合成各种高价值的甾体药物以及作为非胆酸类原料合成熊去氧胆酸等A/B顺式结构化合物，是一项综合利用，变废为宝的重大课题，具有显著的学术和经济意义。

[0007]

[0008] 式二:从4-AD合成熊去氧胆酸重要中间体（9）

发明内容

[0009] 本发明目的是提供一种高效立体选择性一步还原甾体骨架中的4-烯-3-酮为3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的方法。具体涉及一步将17-螺环缩酮取代的甾体骨架4-烯-3-酮结构单元，还原成3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的合成方法。

[0010] 本发明提供一种简便、有效地将雄甾的4-烯-3-酮结构单元利用廉价试剂选择性还原，得到具有熊去氧胆酸所需要的3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的方法，本发明方法在室温下，在无水乙醇中，以氯化亚铜为催化剂，钠硼氢为还原剂，高选择性将4-AD、ADD及其衍生物的4-烯-3--酮结构转化成A/B顺式3α-羟基-5β-氢结构；得到的雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮产物经X-衍射确证立体构型；其中，4-AD和ADD的17-酮基为螺环缩酮保护，然后用氯化亚铜催化下加常规金属氢化物还原试剂，以无水乙醇等极性溶剂为反应介质，将4-烯-3-酮结构一步还原成3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的形式。

[0011] 更具体的，本发明的高效立体选择性一步还原甾体骨架中的4-烯-3-酮为3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构的方法，其特征是，以4-AD、ADD或其衍生物或其他具有相应4- 烯-3，17-二-酮结构的甾体为原料，按下述反应方程式所示，通过17-螺环缩酮保护，无水溶剂为反应介质，以亚铜为催化剂，以金属氢化物为金属还原试剂，选择性将4-烯-3-酮同时还原成3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构，获得3α-羟基-5β-氢-17-酮（13）及其衍生物，[0012]

[0013] 本发明中，以4-AD、ADD及其衍生物为原料，17-羰基经乙二醇螺环缩酮形式保护，室温下氯化亚铜为催化剂，金属还原剂/无水溶剂为反应体系；

[0014] 本发明中，用醇进行17-酮基保护，所述的醇包括乙二醇、含3～6碳的1，2或1，3-二羟基烷烃试剂或1,3-丙二硫醇；

[0015] 本发明中，所述17-螺环缩酮包括氧缩酮及硫代缩酮；

[0016] 本发明中，所述亚铜催化剂包括氯化亚铜、碘化亚铜、氧化亚铜；

[0017] 本发明中，金属氢化物还原剂包括硼氢化钠（钾）、氰基硼氢化钠（钾）、三乙氧基硼氢化钠（钾）、锂铝氢、叔丁氧基氢化铝锂；

[0018] 本发明中，反应介质包括无水乙醇、甲醇或1-4碳的醇类溶剂；

[0019] 本发明中，所采用4-AD、ADD的衍生物其取代基R1、R2、R3、R4为双键、羟基、氨基、环氧或烷基。

[0020] 本发明的实施例中，具体采用下述反应方程式所示的合成步骤：

[0021] 以4-AD、ADD或其他具有相应4-烯-3，17-二-酮结构的甾体为原料，按下述反应方程式，通过17-螺环缩酮保护，无水乙醇为反应介质，以氯化亚铜为催化剂，以钠硼 氢为金属还原试剂，选择性将4-烯-3-酮同时还原成3α-羟基-5β-氢A/B顺式结构，获得3α-羟基-5β-氢-17-酮（13）及其衍生物；

[0022]

[0023] 上述反应所涉及的催化剂为氯化亚铜、碘化亚铜、氧化亚铜；所涉及金属还原剂为钠（钾）硼氢/氰基硼氢化钠（钾）/三乙氧基硼氢化钠（钾）/锂铝氢/叔丁氧基氢化铝锂等金属氢化物还原剂；17-酮基保护所涉及醇包括乙二醇、含3～6碳的1，2或1，3-二羟基烷烃试剂、1,3-丙二硫醇；17-螺环缩酮包括氧缩酮及硫代缩酮；所涉及的反应介质为无水乙醇、甲醇等醇类溶剂；室温搅拌反应将17-螺环缩酮保护的雄甾-4-烯-3-酮化合物还原成A/B顺式结构的雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮化合物。

[0024] 上述反应中，利用廉价易得的钠硼氢在氯化亚铜（NaBH4/CuCl）催化下，立体选择性还原17-环状亚乙二氧基-雄甾-4-烯-3-酮（11）和17-环状亚乙二氧基-雄甾-1,4-二烯-3-酮（12），高收率得到雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮(13)。

[0025] 上述反应中：雄甾-4-烯-3,17-二酮（4-AD,5）和雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮（ADD,10）的17-羰基用乙二醇保护后，分别得到17-环状亚乙二氧基-雄甾-4-烯-3-酮（11）和17-环状亚乙二氧基-雄甾-1,4-二烯-3-酮（12）；然后与NaBH4/CuCl在室温下反应4小时后，用盐酸酸化脱乙二醇保护基得到主产物A/B顺式的雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮(13，收率81%)和少量副产物A/B反式结构的雄甾-3α-羟基-5α-氢-17-酮（14，收率9%），两者选择性比例为
9:1；

[0026] 本发明方法得到产物13，经X-衍射确证立体构型，反应条件温和简便，试剂廉价易得，操作方便，重现性好，收率高。

[0027] 本发明方法的优点有：

[0028] 利用17-螺环缩酮的空间效应，采用氯化亚铜和钠硼氢还原组合试剂，廉价易得， 避免使用Pd/C等较昂贵试剂；室温下常规溶剂反应温和，易后处理,收率高，选择性强；所得A/B顺式主产物与A/B反式副产物比例达9:1，利于分离；本发明提供了产物（13）的质谱、氢核磁数据，并提供了其X-衍射图(如图1所示)，确证其立体构型；其中所有A/B反式产物的氢核磁谱最高场化学位移0.65～0.70处有一个相对独立的多重峰，而A/B顺式产物的氢核磁谱中均没有相应的化学位移信号，该特点可以作为初步判断还原产物A/B顺反式的参考依据。

[0029] 本发明方法以来源丰富的天然甾醇中获得的4-AD为原料高收率合成A/B顺式产物，为进一步探索非胆酸甾体为原料合成熊去氧胆酸开辟了新思路。

[0030] 本发明方法可借鉴应用于其它具有4－烯-3－酮体系的甾体底物，合成相应的A/B顺式结构产物，并作为中间体应用于熊去氧胆酸、鹅去氧胆酸、去氧胆酸及蜕皮激素等具有A/B顺式结构的甾体药物合成研究。本方法为开辟甾醇资源利用，开展探索以非胆酸型甾体原料合成具有A/B顺式结构的熊去氧胆酸、鹅去氧胆酸、去氧胆酸及蜕皮激素等药物的研究奠定了良好基础。

附图说明

[0031] 图1是雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮（13）的晶体X-衍射结构图。

具体实施方式

[0032] 实施例1

[0033] 制备17-环状亚乙二氧基-雄甾-4-烯-3-酮（11）

[0034] 将4-AD(1.0g,3.5mmol)与乙二醇(0.7mL,12.3mmol)加入10mL苯中，回流分水反应2h,冷却后加入PTS(0.05g,0.3mmol)，继续回流分水反应1h，冷却至室温，加入20mL乙酸乙酯，饱和Na2CO3洗涤3次，饱和食盐水洗一次，分离有机相，有无水硫酸钠干燥，旋干，得黄色油状物；柱层析(石油醚：乙酸乙酯=8:1)洗脱，得化合物110.53g，收率：46%，mp:178-181°C。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ5.73(s,1H,4-H),3.89(dd,J=25.2,5.6Hz,4H,(OCH2)2),1.22(s,
3H,19-CH3),0.79(s,3H,18-CH3).

[0035] 实施例2

[0036] 制备雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮(13)

[0037] 将化合物11（0.9g,2.7mmol）与CuCl(0.5g,5.4mmol)加入到50mL无水乙醇中，室温N2保护下搅拌2h后缓缓加入NaBH4(0.4g,10.8mmol)，2h后原料反应完毕，抽滤，将滤液旋干。加入2N盐酸（20mL），40°C下反应2h,原料反应完毕，抽滤，干燥，得 白色固体0.77g；柱层析(石油醚：乙酸乙酯=6:1)，得主产物雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮(13，0.64g)，收率81%；mp:
143-145°C.1HNMR(400MHz,CDCl3)δ3.65(s,1H,3-H),0.90(s,3H,19-CH3),0.77(s,3H,18-CH3).ESI-MSm/z(%):291.3(M+1)；副产物雄甾-3α-羟基-5α-氢-17-酮(14，0.07g),收率为
9%。mp:180-183°C.1HNMR(400MHz,CDCl3)δ3.65(s,1H,3-H),0.90(s,3H,19-CH3),0.77(s,
3H,18-CH3).ESI-MSm/z(%):291.3(M+1).

[0038] 实施例3

[0039] 17-环状亚乙二氧基-雄甾-1,4-二烯-3-酮（12）的制备

[0040] 将ADD(1.0g,3.5mmol)与乙二醇(0.7mL,12.3mmol)加入10mL苯中，回流分水反应2h,冷却后加入PTS(0.05g,0.3mmol)，继续回流分水反应1h，冷却至室温，加入20mL乙酸乙酯，饱和Na2CO3洗涤3次，饱和食盐水洗一次，分离有机相，有无水硫酸钠干燥，旋干，得黄色油状物，加入少量乙醇，大量白色固体析出，抽滤，干燥，得白色固体0.95g，丙酮重结晶，得白色晶体0.8g,收率73%，mp：170-172°C。

[0041] 实施例4

[0042] 雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮(13)的制备

[0043] 将化合物12（0.5g,1.5mmol）与CuCl(0.3g,3mmol)加入到50mL无水乙醇中，室温N2保护下搅拌2h后缓缓加入NaBH4(0.22g,6mmol)，2h后原料反应完毕，抽滤，将滤液旋干，加入2N盐酸(20mL)，40°C下反应2h,原料反应完毕，抽滤，干燥，得白色固体0.42g，柱层析（石油醚：乙酸乙酯=6:1），得主产物雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮(13，0.35g)，收率80%；熔点和谱图数据同实施例2；副产物雄甾-3α-羟基-5α-氢-17-酮(14，0.04g),收率为9%；熔点和谱图数据同实施例2。

[0044] 实施例5

[0045] 制备雄甾-3α,11α-二羟基-5β-氢-17-酮(16)

[0046]

[0047] 将化合物15(1.0g,3mmol）与CuCl(0.6g,6mmol)加入到100mL无水乙醇中，室温N2保护下搅拌2h后缓缓加入NaBH（4 0.45g,12mmol），2h后原料反应完毕，抽滤，将滤液旋干，再加入2N盐酸(40mL)，40°C下反应2h，原料反应完全，抽滤，干燥， 得白色固体0.84g；柱层析（石油醚：乙酸乙酯=6:1）得化合物19(0.71g)，收率为81%；mp:99-102°C.1HNMR(400MHz,CDCl3)δ3.95(s,1H,11-H),3.62(s,1H,3-H),1.04(s,3H,19-CH3),0.90(s,3H,18-CH3).ESI-MSm/z(%):329.2(M+23).

[0048] 实施例6

[0049] 制备6-亚甲基-雄甾-3α-羟基-5β-氢-17-酮(18)

[0050]

[0051] 将化合物17(0.5g,1.5mmol）与CuCl(0.3g,3mmol)加入到50mL无水乙醇中，室温N2保护下搅拌2h后缓缓加入NaBH（4 0.34g,9mmol），2h后原料反应完毕，抽滤，将滤液旋干，再加入2N盐酸(20mL)，40°C下反应2h，原料反应完全，抽滤，干燥，得白色固体0.4g；柱层析（石1
油醚：乙酸乙酯=8:1）得化合物18(0.13g),收率为30%。.mp:113-116°C.HNMR(400MHz,CDCl3)δ4.80(s,1H,6-CH2),4.50(s,1H,6-CH2),3.62(s,1H,3-H),1.82(s,3H,6-CH3),1.04(s,3H,19-CH3),0.90(s,3H,18-CH3).ESI-MSm/z(%):303.3(M+1).。