甾体化合物C1,2-脱氢工艺研究*

张 颖，代泽树，张海滨，董 刚，刘耀明，李芷瑶, 张淑蓉，胡雪原

(重庆医科大学药学院，重庆 400016)

含有环戊烷骈多氢菲结构的化合物称为甾体，通常用A、B、C、D分别表示甾体母核中的四个环(如图1所示)。研究表明，含甾体结构的药物具有多种生理活性，临床应用较为广泛，比如用于促进受孕[1-4]、减肥[5]、抗肿瘤[6-7]、抗炎[8]、预防冠心病[9-10]和抗HIV感染[11]等。

图1 甾体的母核

研究还发现，甾体母核的A环上C1,2-脱氢后，其活性显著增加[12]。文献报道，甾体的C1,2位脱氢可采用生物转化法(在节杆菌促进下)进行[13]，反应的转化率可达70%[14]，但该菌种不易分离和纯化，且转化时间也较长。McArthur等报道[15-16]了用苯硒基氯促进C1,2位的脱氢，该方法不仅转化率低，同时还会伴随部分金属硒的残留。Turner等[17]使用2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone(DDQ)对甾体进行脱氢，产率也可达69%，但反应过程易产生杂质，后处理繁琐，不利于工业化生产。

本研究以冰乙酸为溶剂、醋酸钯做催化剂、在DMSO存在下，化合物(1a～1d)C1,2发生氧化脱氢，制备C1,2位不饱和甾体化合物(2a～2d)，产物的结构均经过1H NMR，13C NMR确证。合成方程式如图2所示。本方法反应条件温和，选择性好，收率高，比较适合工业化生产。

图2 合成反应方程式

1 实 验

1.1 仪器与试剂

WRS-1B数字熔点测定仪(温度计未校正)；ZF-Ⅰ型三用紫外分析仪，上海顾村电光仪器厂；核磁共振仪(DMSO-d6为溶剂，TMS为内标)；1-2-S电热恒温鼓风干燥箱，上海博讯实业有限公司；旋转蒸发仪，Heidolph；SHB-ⅢS型循环水多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；DLSB-5/20型低温恒温反应浴，郑州长城科工贸有限公司。

无水硫酸钠、乙酸乙酯、二氯甲烷、碳酸钠(AR)，成都市科龙化工试剂厂；醋酸钯(AR)，广东翁江化学试剂有限公司；二甲基亚砜(AR)，天津希恩思生化科技有限公司；乙酸(AR)，百灵威科技有限公司；美替诺龙醋酸酯(AR), 云南西力生物技术股份有限公司。

1.2 化合物的合成(以2a为例)

在50 mL的小烧杯中依次加入底物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)，加毕，将小烧杯放入500 mL的反应釜中，关釜，氮气置换三次，然后充入2 MPa的O2，在℃条件下搅拌反应10 h。取出反应釜，用饱和的NaHCO3中和至中性，乙酸乙酯(3×30 mL)萃取，收集有机层，无水硫酸钠干燥，过滤，得滤液，在减压条件下除去有机溶剂得粗品，将粗品经硅胶色谱柱层析(洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯=15/1)收集目标产物，除去溶剂得白色固体2a0.74 g，产率74%。以上述合成方法也可得到2b～2d。

2 结果与讨论

2.1 产物结构表征

化合物(2a)：白色固体0.74 g，产率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): 白色固体0.68 g，产率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)：白色固体0.68 g，产率68.0%，m.p.:123～127 ℃(文献值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): 白色固体0.71 g，产率71.0%，m.p.:120～122 ℃(文献值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 条件筛选

多种因素对脱氢工艺有不同的影响，以2a的合成为模型反应，分别从溶剂、催化剂、添加剂、氧气压力的角度考察甾体化合物C1,2-脱氢的反应条件。

(1)溶剂、催化剂

表1为溶剂和催化剂对2a产率的影响。由表1可知，水为溶剂时(entry 1)，无产物生成；二氯甲烷为溶剂时，反应时间较长，收率低(entry 2)；乙酸为反应溶剂时，该反应体系反应时间最短，产率最高(entry 3)。用乙酸做溶剂，不同催化剂对产率也有影响。当氯化钯为催化剂时，大量原料未反应完(entry 4)；而钯碳为催化剂时，产率则较高(entry 5)。综上分析，用乙酸做溶剂、醋酸钯作催化剂的反应体系下，反应时间最短，产率最高。

表1 溶剂和催化剂对2a产率的影响

(2)催化剂和氧气压力

表2为催化剂和氧气压力对2a产率的影响。由表2可知,以1a(1g，2.9 mmol)为底物，Pd(OAc)2(0.03 g，0.15 mmol)为底物当量比的5%进行脱氢反应时，剩余大量原料(entry 1)；当催化剂的量增大到10%时，反应不完全，产率较低(entry 2)；当催化剂的量增大到15%时，该反应条件下收率达到74%(entry 3)。当氧气压力在2 MPa以下时，随着氧气压力的增加，收率逐渐增加(entries 4 and 5)；当氧气压力大于2 MPa时，随着氧气压力的增加，4,5位发生脱氢反应，收率反而降低(entry 6)。由此看出，优化后的反应条件为：催化剂的用量为0.15当量，氧气压力为2 MPa。

表2 催化剂的当量比和氧气压力对2a产率的影响

2.3 底物拓展

在优化反应条件下，探究底物的适应性。结果表明：在氧气压力为2 MPa，醋酸钯为底物当量比的15%，DMSO为添加剂，冰乙酸为溶剂的条件下，1a在反应10 h后产率达到74%，1b在反应37 h后产率达到61%，1c在反应7 h后产率达到65%，1d在反应12 h后产率达到68%。另外，我们还探究了黄体酮、雄烯二酮、沃氏物等类似化合物的脱氢。遗憾的是，这些底物在优化条件下，未能顺利脱氢得到目标产物，其主要原因可能是由于A环上C4,5-存在双键，空间位阻较大，进而导致C1,2-脱氢较为困难。

3 结 论

本文研究了甾体化合物A环C1,2-脱氢的新工艺，在醋酸钯、DMSO、冰乙酸、氧气存在条件下进行脱氢，反应10 h，产率高于60%。催化剂的量和种类对产率有很大的影响，当醋酸钯为底物当量比的15%时，产率明显提高；以冰乙酸为溶剂，并加入一定量DMSO，使反应更加温和地进行；改变氧气压力，最终发现氧气压力为2 MPa时可获得良好产率(74%)。并用正交实验设计方法进行工艺参数的优化，使工艺稳定、具有可操作性。文中的制备路线具有反应条件温和，产率较高、后处理简单等优点，适合工业化生产。