甾體化合物C1,2-脫氫工藝研究*

張 穎，代澤樹，張海濱，董 剛，劉耀明，李芷瑤, 張淑蓉，胡雪原

(重慶醫科大學藥學院，重慶 400016)

含有環戊烷駢多氫菲結構的化合物稱為甾體，通常用A、B、C、D分別表示甾體母核中的四個環(如圖1所示)。研究表明，含甾體結構的藥物具有多種生理活性，臨床應用較為廣泛，比如用于促進受孕[1-4]、減肥[5]、抗腫瘤[6-7]、抗炎[8]、預防冠心病[9-10]和抗HIV感染[11]等。

圖1 甾體的母核

研究還發現，甾體母核的A環上C1,2-脫氫后，其活性顯著增加[12]。文獻報道，甾體的C1,2位脫氫可采用生物轉化法(在節桿菌促進下)進行[13]，反應的轉化率可達70%[14]，但該菌種不易分離和純化，且轉化時間也較長。McArthur等報道[15-16]了用苯硒基氯促進C1,2位的脫氫，該方法不僅轉化率低，同時還會伴隨部分金屬硒的殘留。Turner等[17]使用2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone(DDQ)對甾體進行脫氫，產率也可達69%，但反應過程易產生雜質，后處理繁瑣，不利于工業化生產。

本研究以冰乙酸為溶劑、醋酸鈀做催化劑、在DMSO存在下，化合物(1a～1d)C1,2發生氧化脫氫，制備C1,2位不飽和甾體化合物(2a～2d)，產物的結構均經過1H NMR，13C NMR確證。合成方程式如圖2所示。本方法反應條件溫和，選擇性好，收率高，比較適合工業化生產。

圖2 合成反應方程式

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

WRS-1B數字熔點測定儀(溫度計未校正)；ZF-Ⅰ型三用紫外分析儀，上海顧村電光儀器廠；核磁共振儀(DMSO-d6為溶劑，TMS為內標)；1-2-S電熱恒溫鼓風干燥箱，上海博訊實業有限公司；旋轉蒸發儀，Heidolph；SHB-ⅢS型循環水多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司；DLSB-5/20型低溫恒溫反應浴，鄭州長城科工貿有限公司。

無水硫酸鈉、乙酸乙酯、二氯甲烷、碳酸鈉(AR)，成都市科龍化工試劑廠；醋酸鈀(AR)，廣東翁江化學試劑有限公司；二甲基亞砜(AR)，天津希恩思生化科技有限公司；乙酸(AR)，百靈威科技有限公司；美替諾龍醋酸酯(AR), 云南西力生物技術股份有限公司。

1.2 化合物的合成(以2a為例)

在50 mL的小燒杯中依次加入底物1a(1g，2.9 mmol)、Pd(OAc)2(0.09 g，0.44 mmol)、DMSO(0.02 g，0.29 mmol)和冰乙酸(15 mL)，加畢，將小燒杯放入500 mL的反應釜中，關釜，氮氣置換三次，然后充入2 MPa的O2，在℃條件下攪拌反應10 h。取出反應釜，用飽和的NaHCO3中和至中性，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，收集有機層，無水硫酸鈉干燥，過濾，得濾液，在減壓條件下除去有機溶劑得粗品，將粗品經硅膠色譜柱層析(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯=15/1)收集目標產物，除去溶劑得白色固體2a0.74 g，產率74%。以上述合成方法也可得到2b～2d。

2 結果與討論

2.1 產物結構表征

化合物(2a)：白色固體0.74 g，產率74.0%，m.p.:137～139 ℃；1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 5.72(S, 1H), 4.62 (dd,J=9.0, 7.9Hz, 1H), 2.37 (dd, 1H), 2.23～2.21 (m, 1H), 2.19～2.12 (m, 2H), 2.08 (d,J=1.0 Hz, 3H), 2.05 (s, 3H), 1.94 (dt, 1H), 1.76～1.71 (m, 1H), 1.66～1.60 (m, 2H), 1.54～1.43 (m, 4H), 1.41～1.25 (m, 3H), 1.23～1.17 (m, 2H), 1.06 (s, 3H), 0.95 (td, 1H), 0.85 (s, 3H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 199. 40, 172.54, 171.12, 128.71, 82.58., 51.33, 49.90, 44.71, 42.67, 42.54, 41.32, 37.94, 37.21, 30.09, 28.63, 27.43, 25.23, 25.21, 23.63, 21.15, 13.88, 12.70。

化合物(2b): 白色固體0.68 g，產率68.0%，m.p.:131～134 ℃；1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 5.70 (m, 1H), 4.64 (m, 23.8, 8.5 Hz, 1H), 2.74 (m, 1H), 2.44～2.28 (m, 2H), 2.19 (tdd,J=14.9, 11.6, 5.9 Hz, 3H), 2.10～2.01 (m, 3H), 1.86～1.72 (m, 2H), 1.72～1.63 (m, 1H), 1.63～ 1.32 (m, 6H), 1.31～1.27 (m, 2H), 1.26～1.15 (m, 3H), 1.14～1.03 (m, 1H), 0.99 (ddd,J=25.0, 12.8, 4.1 Hz, 1H), 0.97～0.90 (m, 3H), 0.89～0.80 (m, 2H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ=199.15, 171.18, 167.54, 160.29, 139.62, 128.97, 123.34, 82.47, 82.08, 50.43, 48.28, 46.59, 45.12, 43.61, 42.52, 41.50, 39.22, 37.34, 36.76, 36.58, 35.84, 35.23, 32.83, 30.61, 27.43, 23.52, 23.12, 21.19, 20.08, 19.74, 18.98, 15.28, 14.85, 12.08。

化合物(2c)：白色固體0.68 g，產率68.0%，m.p.:123～127 ℃(文獻值125～127 ℃)[18]；1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 7.14 (d, 1H), 5.86 (d, 1H), 4.73～4.45 (m, 1H), 2.37 (dd, 1H), 2.24 (d,J=3.9 Hz, 1H), 2.22～2.14 (m, 2H), 2.05 (s, 3H), 1.97～1.88 (m, 1H), 1.85～1.77 (m, 2H), 1.77～1. 71 (m, 1H), 1.67～1.60 (m, 1H), 1.55～1.49 (m, 2H), 1.46～1.40 (m, 3H), 1.32(dt, 2H), 1.23 (dt, 1H), 1.14～1. 08 (m, 1H), 1.02 (s, 3H), 0.83 (s, 3H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 200.08, 171.18, 158.25, 127.46, 82.54, 50.68, 49.92, 44.25, 42.74, 40.94, 38.99, 36.74, 35.45, 30.81, 27.52, 27.47, 23.44, 21.18, 20.73, 13.03, 12.25。

化合物(3d): 白色固體0.71 g，產率71.0%，m.p.:120～122 ℃(文獻值122～123 ℃)[19]；1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ 5.74 (s, 1H), 2.44 (dt, 3H), 2.39～2.30 (m, 2H), 2.17～2.07 (m, 1H), 1.98 (d, 2H), 1.86 (dd, 1H), 1.71 (dt, 3H), 1.57 (tt, 1H), 1.45 (dt, 2H), 1.37～1.17 (m, 6H), 1.17～1.08 (m, 2H), 1.02～0.96 (m, 1H), 0.91 (dd, 3H);13C NMR (151 MHz, CDCl3) δ 199.34, 170.36, 124.16, 53.81, 50.84, 47.51, 38.64, 35.76, 35.70, 35.14, 33.92, 32.57, 31.28, 30.75, 21.75, 20.31, 17.38, 13.71。

2.2 條件篩選

多種因素對脫氫工藝有不同的影響，以2a的合成為模型反應，分別從溶劑、催化劑、添加劑、氧氣壓力的角度考察甾體化合物C1,2-脫氫的反應條件。

(1)溶劑、催化劑

表1為溶劑和催化劑對2a產率的影響。由表1可知，水為溶劑時(entry 1)，無產物生成；二氯甲烷為溶劑時，反應時間較長，收率低(entry 2)；乙酸為反應溶劑時，該反應體系反應時間最短，產率最高(entry 3)。用乙酸做溶劑，不同催化劑對產率也有影響。當氯化鈀為催化劑時，大量原料未反應完(entry 4)；而鈀碳為催化劑時，產率則較高(entry 5)。綜上分析，用乙酸做溶劑、醋酸鈀作催化劑的反應體系下，反應時間最短，產率最高。

表1 溶劑和催化劑對2a產率的影響

(2)催化劑和氧氣壓力

表2為催化劑和氧氣壓力對2a產率的影響。由表2可知,以1a(1g，2.9 mmol)為底物，Pd(OAc)2(0.03 g，0.15 mmol)為底物當量比的5%進行脫氫反應時，剩余大量原料(entry 1)；當催化劑的量增大到10%時，反應不完全，產率較低(entry 2)；當催化劑的量增大到15%時，該反應條件下收率達到74%(entry 3)。當氧氣壓力在2 MPa以下時，隨著氧氣壓力的增加，收率逐漸增加(entries 4 and 5)；當氧氣壓力大于2 MPa時，隨著氧氣壓力的增加，4,5位發生脫氫反應，收率反而降低(entry 6)。由此看出，優化后的反應條件為：催化劑的用量為0.15當量，氧氣壓力為2 MPa。

表2 催化劑的當量比和氧氣壓力對2a產率的影響

2.3 底物拓展

在優化反應條件下，探究底物的適應性。結果表明：在氧氣壓力為2 MPa，醋酸鈀為底物當量比的15%，DMSO為添加劑，冰乙酸為溶劑的條件下，1a在反應10 h后產率達到74%，1b在反應37 h后產率達到61%，1c在反應7 h后產率達到65%，1d在反應12 h后產率達到68%。另外，我們還探究了黃體酮、雄烯二酮、沃氏物等類似化合物的脫氫。遺憾的是，這些底物在優化條件下，未能順利脫氫得到目標產物，其主要原因可能是由于A環上C4,5-存在雙鍵，空間位阻較大，進而導致C1,2-脫氫較為困難。

3 結 論

本文研究了甾體化合物A環C1,2-脫氫的新工藝，在醋酸鈀、DMSO、冰乙酸、氧氣存在條件下進行脫氫，反應10 h，產率高于60%。催化劑的量和種類對產率有很大的影響，當醋酸鈀為底物當量比的15%時，產率明顯提高；以冰乙酸為溶劑，并加入一定量DMSO，使反應更加溫和地進行；改變氧氣壓力，最終發現氧氣壓力為2 MPa時可獲得良好產率(74%)。并用正交實驗設計方法進行工藝參數的優化，使工藝穩定、具有可操作性。文中的制備路線具有反應條件溫和，產率較高、后處理簡單等優點，適合工業化生產。