CN111560045A

CN111560045A - 一种以ba为原料合成石胆酸的方法

Info

Publication number: CN111560045A
Application number: CN202010578080.4A
Authority: CN
Inventors: 顾向忠; 仇文卫; 叶如飞; 李晨晨; 吴殊岚; 王杰
Original assignee: Jiangsu Jiaerke Pharmaceutical Group Co ltd; East China Normal University
Current assignee: Jiangsu Jiaerke Pharmaceutical Group Co ltd; East China Normal University
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2020-08-21
Also published as: WO2021258723A1; CN112625079A

Abstract

本发明公开了一种石胆酸的合成方法，采用21‑羟基‑20‑甲基孕甾‑4‑烯‑3‑酮(BA)为原料，经过氧化反应、Wittig反应、还原反应合成所述石胆酸。本发明石胆酸的合成方法，环境友好、步骤简单、副反应少、收率高，原料廉价易得，适用于工业化生产；解决了现有技术中合成成本高、收率低、不适合大规模工业化生产的问题。

Description

一种以BA为原料合成石胆酸的方法

技术领域

本发明属于有机化学领域，具体涉及一种以21-羟基-20-甲基孕甾-4-烯-3-酮(BA)为原料合成石胆酸的方法。

背景技术

石胆酸(3α-羟基-5β-胆烷酸，式(4))是一种次级胆汁酸，别名又叫胆石酸，存在于高等脊椎动物胆汁中，其含量变化在肝脏病诊中具有重要的参考价值。石胆酸具有广泛的生物活性，如激活维生素D受体(J.Lipid Res.2005，46，46–57.)、抑制治疗糖尿病相关靶点PTP1B的活性(Bioorg.Med.Chem.Lett.2012，22，7237–7242)、激活治疗糖尿病的相关靶点TGR5受体(J.Med.Chem.2008，51，1831–1841)、抗菌和抗真菌(FarmacoSci.1984，39，305–315)、抗衰老活性(Int.J.Mol.Sci.2014，15，16522–16543)。特别是该化合物还具有抗肿瘤活性，近年来，发现石胆酸能抑制DNA聚合酶β的突变，降低因DNA聚合酶β突变而导致肿瘤出现的几率；2011年，由Concordia大学领导，同时包括来自麦吉尔大学、蒙特利尔犹太总医院戴维斯研究所及Saskatchewan大学的科学家在Oncotarget期刊上发表了：石胆酸可以选择性杀死数种类型的癌细胞，如那些发现于脑肿瘤和乳腺癌中的癌细胞，同时不影响正常细胞，预示着石胆酸用作化疗药物的巨大前景(Oncotarget2011,2,761-782)。

Journal of Biological Chemistry,1946,162,555-563，报道用脱氧胆酸甲酯化后，用苯甲酰氯保护3位羟基，然后在用苯甲酰氯与7位羟基反应，然后依次进行碱性水解甲酯和3位上的苯甲酰基，甲酯化，高温热解脱水，碱性水解甲酯，氧化铂加氢反应，得到石胆酸。反应式如下：

此方法制备石胆酸过程中需要高温热解来脱掉苯甲酰基，路线繁琐，收率低，总收率只有23.5％，不适合用于大生产。

2016年，本发明课题组申请的专利(CN201610369086.4)中报道了以脱氧胆酸为原料，经过甲酯化保护、醋酐保护3位羟基、脱水、加氢、水解等反应合成石胆酸。反应式如下：

虽然该方法原料易得、收率较高，总收率为76.3％，但是该路线仍比较长，在一定程度上限制了该路线的工业化应用。

目前已经报道的石胆酸合成路线不仅存在步骤过于繁琐、产率低、成本高等问题，而且以上报道的现有合成路线均以动物胆酸脱氧胆酸为起始原料，但由于禽流感、疯牛病、猪链球菌病和非洲猪瘟等疾病的出现，人们对于动物来源原料的安全性产生了怀疑，因此，研发一种基于植物源为原料，高效合成石胆酸的方法具有重要意义和工业化价值。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明以21-羟基-20-甲基孕甾-4-烯-3-酮((20S)-21-hydroxy-20-methylpregn-4-en-3-one)为原料，经过氧化反应、Wittig反应、还原反应合成石胆酸LCA。本发明所述石胆酸的合成方法，步骤简单、环境友好、副反应少、收率可达到87.4％，原料廉价易得，适用于工业化生产。

本发明所使用的原料21-羟基-20-甲基孕甾-4-烯-3-酮((20S)-21-hydroxy-20-methylpregn-4-en-3-one)又称为BA(bisnoralcohol)，来源于油脂工艺下脚料植物甾醇的发酵，是一种植物源的绿色原料，目前年产量达千吨级，价格便宜，能够很好避免现有技术中致病菌和病毒的感染问题。

本发明提供的以21-羟基-20-甲基孕甾-4-烯-3-酮(BA)原料合成石胆酸的方法，包括以下步骤：

步骤(a)：在第一溶剂中，式(1)所示的BA经氧化反应，得到式(2)化合物；

步骤(b)：在第二溶剂中，式(2)化合物经Wittig反应，得到式(3)化合物；

步骤(c)：在第三溶剂中，式(3)化合物经还原反应，得到式(4)化合物石胆酸；

所述反应过程如下反应式(i)所示：

本发明步骤(a)中，所述氧化反应具体为：在第一溶剂中，式(1)所示的BA、TEMP O(2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物)、碳酸氢钠、四丁基溴化铵、氧化剂发生氧化反应，得到式(2)化合物。

步骤(a)中，所述氧化反应在氧化剂的作用下进行，所述氧化剂选自N-氯代琥珀酰亚胺(NCS)、N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)、2-碘酰基苯甲酸(IBX)等中的一种或多种；优选地，为N-氯代琥珀酰亚胺(NCS)。

步骤(a)中，式(1)所示的BA、TEMPO、碳酸氢钠、四丁基溴化铵、氧化剂的摩尔比为1：(0～1)：(0～20)：(0～1)：(1～5)；优选地，为1：(0.01～1)：(1.35～20)：(0.1～1)：(1.15～5)；进一步优选地，为1：0.01：1.35：0.1：1.15。

步骤(a)中，所述第一溶剂选自二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯、二甲基亚砜、水等中的一种或多种；优选地，为二氯甲烷和水的混合溶剂。

步骤(a)中，所述氧化反应的温度为0～30℃；优选地，为0℃。

步骤(a)中，所述氧化反应的时间为2～8h；优选地，为5h。

在一具体实施方式中，式(2)化合物的合成步骤包括：式(1)所示的BA溶解在第一溶剂中，然后加入TEMPO、碳酸氢钠、四丁基溴化铵、NCS，发生氧化反应，得到式(2)化合物。

步骤(b)中，所述Wittig反应具体为：在第二溶剂中，式(2)化合物、乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦发生Wittig反应，得到式(3)化合物。

其中，式(2)化合物、乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦的摩尔比为1：(1～5)；优选地，为1：2。

其中，所述第二溶剂选自苯、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、己烷等中的一种或多种；优选地，为甲苯。

其中，所述Wittig反应的温度为80～130℃；优选地，为110℃。

其中，所述Wittig反应的时间为2～8h；优选地，为4h。

或，步骤(b)中，所述Wittig反应具体为：在第二溶剂中，式(2)化合物、氢化钠、膦酰基乙酸三乙酯发生Wittig反应，得到式(3)化合物。

其中，所述第二溶剂选自苯、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、己烷等中的一种或多种；优选地，为四氢呋喃。

其中，式(2)化合物、氢化钠、膦酰基乙酸三乙酯的摩尔比为1：(1～5)：(1～5)；优选地，为1：1.5：1.5。

其中，所述Wittig反应的温度为0～30℃；优选地，为0℃。

其中，所述Wittig反应的时间为2～8h；优选地，为4h。

在一具体实施方式中，式(3)化合物的合成步骤包括：式(2)化合物、乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦或式(2)化合物、氢化钠、膦酰基乙酸三乙酯溶解在第二溶剂中，发生Wittig反应，得到式(3)化合物。

步骤(c)中，所述还原反应具体为：式(3)化合物、叔丁醇钠、雷尼镍(RaneyNi)溶解在第三溶剂中，H₂置换后加压，发生还原反应，得到式(4)化合物石胆酸；

其中，式(3)化合物、叔丁醇钠的摩尔比为1：(1～5)；优选地，为1：2。

其中，式(3)化合物、雷尼镍的质量比为1：(0.1～5)；优选地，为1：1。

其中，所述第三溶剂选自异丙醇、正丁醇、乙醇、甲醇、叔丁醇等中的一种或多种；优选地，为异丙醇。

其中，所述还原反应的压强为1～10MPa；优选地，为4MPa。

其中，所述还原反应的温度为40～120℃；优选地，为90℃。

其中，所述还原反应的时间为5～48h；优选地，为24h。

本发明的有益效果包括，本发明石胆酸的制备方法，所用原料BA为植物源原料，避免了致病菌和病毒的感染问题，廉价易得；该石胆酸的合成步骤操作简便、副反应少、收率高87.4％，对环境友好，方便实现工业化和产业化生产；解决了现有技术中合成成本高、收率低、不适合大规模工业化生产的问题。

具体实施方式

结合以下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

下述实施例中，化合物结构由核磁共振仪测定；试剂主要由上海国药化学试剂公司提供；产品纯化主要通过柱色谱，硅胶(200-300)由青岛海洋化工厂生产。

实施例一式(2)化合物的制备

(1-1)于500mL单口烧瓶中依次加入BA(10.00g,30.26mmol)、TEMPO(47mg,0.30mmol)、100mL DCM、NaHCO₃(3.43g,40.85mmol)、四丁基溴化铵(977mg,3.03mmol)的H₂O(40mL)溶液和NCS(4.65g，34.80mmol)，0℃下反应5h。TLC检测原料反应完全后，加入五水合硫代硫酸钠溶液(1.3g五水合硫代硫酸钠/25mL H₂O)，10℃下搅拌20min，分液，水相用二氯甲烷(50mL×3)萃取，合并有机相，加120mL 1％氢氧化钠溶液，搅拌30min，分液，水相用二氯甲烷(50mL)反萃一次，水洗，减压浓缩，得到化合物2(淡黄色固体，9.50g，摩尔收率95％)。

(1-2)于250mL单口烧瓶中依次加入BA(5.0g，15.13mmol)，IBX(8.5g，30.26mmol)，50mL THF和50mL DMSO，室温反应5h。TLC检测反应完毕后加入水，抽滤，二氯甲烷(50mL×3)萃取，水(50mL×2)洗，饱和碳酸氢钠溶液(50mL)洗，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，硅胶柱层析(PE/EA＝3/1,v/v)纯化，得到化合物2(4.9g，白色固体，摩尔收率98％)。mp:155-157℃.¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ9.55(s,1H),5.71(s,1H),2.45-2.23(m,5H),1.99(t,J＝13.7Hz,2H),1.91-1.78(m,2H),1.68(t,J＝10.2Hz,2H),1.43(m,5H),1.30-1.19(m,2H),1.17(s,3H),1.11(d,J＝5.5Hz,3H),1.06-0.89(m,3H),0.75(s,3H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ205.00,199.65,171.31,123.99,55.25,53.84,51.04,49.54,43.10,39.39,38.68,35.80,35.68,34.06,32.93,32.05,27.11,24.64,21.06,17.48,13.53,12.44.HRMS(ESI):calcdfor C₂₂H₃₂NaO₂[M+Na]⁺,351.2295,found351.2292.

实施例二式(3)化合物的制备

(2-1)于100mL单口烧瓶中依次加入化合物2(1.0g，3.04mmol)，乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦(2.12g，6.08mmol)和甲苯(15mL)，回流反应4h。TLC检测反应完全后减压浓缩，硅胶柱层析(PE/EA＝3/1,v/v)纯化，得到化合物3(1.15g，白色固体，摩尔收率98％)。

(2-2)于250mL单口烧瓶中依次加入氢化钠(913mg,22.83mmol)和50mLTHF，搅拌15min后依次加入膦酰基乙酸三乙酯(4.5mL,22.83mmol)，化合物2(5.00g,15.22mmol)，0℃下反应4h。TLC检测原料反应完全后，减压浓缩，甲醇打浆，得到化合物3(白色固体,5.76g,摩尔收率95％)。

(2-3)于100mL单口烧瓶中依次加入化合物2(1.0g，3.04mmol)，乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦(2.12g，6.08mmol)和THF(15mL)，回流反应4h。TLC检测反应完全后减压浓缩，硅胶柱层析(PE/EA＝3/1,v/v)纯化，得到化合物3(1.10g，白色固体，摩尔收率94％)。

(2-4)于250mL单口烧瓶中依次加入氢化钠(913mg,22.83mmol)和50mL甲苯，搅拌15min后依次加入膦酰基乙酸三乙酯(4.5mL,22.83mmol)，化合物2(5.00g,15.22mmol)，0℃下反应4h。TLC检测原料反应完全后，减压浓缩，甲醇打浆，得到化合物3(白色固体，5.64g，摩尔收率93％)。mp:160-162℃.¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ6.81(dd,J＝15.3,9.0Hz,1H),5.71(d,J＝13.4Hz,2H),4.24-4.09(m,2H),2.45-2.21(m,5H),2.00(d,J＝12.6Hz,2H),1.80(m,1H),1.76-1.33(m,7H),1.26(m,6H),1.17(s,3H),1.08(d,J＝6.2Hz,3H),1.05-0.86(m,3H),0.73(s,3H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ199.70,171.51,167.16,154.56,123.94,119.21,60.27,55.78,54.98,53.84,42.82,39.80,39.54,38.69,35.80,35.70,34.08,32.98,32.06,28.19,24.28,21.10,19.31,17.49,14.40,12.32.HRMS(ESI):calcd forC₂₆H₃₈NaO₃[M+Na]⁺,421.2713,found421.2708.

实施例三式(4)化合物的制备

(3-1)于高压反应釜中依次加入化合物3(1.0g，2.51mmol)，20mL异丙醇，1.0gRaney Ni，H₂(4.0MPa)，叔丁醇钠(482mg,5.02mmol)，90℃下反应48小时。TLC检测反应完全后加乙酸调pH至5，硅藻土抽滤，滤液减压浓缩后用乙酸乙酯(30mL)溶解，依次用水、饱和氯化钠溶液洗，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，柱层析(PE:EA＝2:1)，得到石胆酸(841mg，白色固体，摩尔收率89％)。

(3-2)于高压反应釜中依次加入化合物3(1.0g,2.51mmol)、20mL异丙醇、叔丁醇钠(482mg,5.02mmol)和1.0g Raney Ni，H₂置换后加压至4.0MPa，90℃下反应24h。TLC检测原料反应完全后，加入乙酸调pH至5，使用硅藻土抽滤，滤液减压浓缩后用乙酸乙酯(30mL)溶解，水洗，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压浓缩，柱层析(PE:EA＝2:1)，得到石胆酸(白色固体，860mg，产率91％)。mp:185-186.5℃.¹H NMR(500MHz,DMSO-d₆)δ11.93(s,1H),4.42(d,J＝3.6Hz,1H),3.41-3.33(m,1H),2.27-2.18(m,1H),2.14-2.05(m,1H),1.92(d,J＝10.8Hz,1H),1.83-1.74(m,2H),1.71-1.64(m,2H),1.62-1.57(m,1H),1.56-1.46(m,2H),1.39-1.29(m,7H),1.25-1.12(m,6H),1.11-1.00(m,4H),0.94-0.88(m,1H),0.87(t,J＝3.1Hz,6H),0.61(s,3H).¹³C NMR(125MHz,DMSO-d₆)δ175.28,70.32,56.51,56.01,42.73,42.01,40.44,40.15,36.74,35.85,35.62,35.30,34.66,31.18,31.14,30.83,28.18,27.37,26.63,24.31,23.73,20.89,18.58,12.32.HRMS(ESI):calcd for C₂₄H₄₀NaO₄[M+Na]⁺,399.2870,found399.2885.

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims

1.一种石胆酸的合成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤(a)：在第一溶剂中，以式(1)所示的BA为原料经氧化反应，得到式(2)化合物；

所述反应过程如反应式(i)所示：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述氧化反应具体为：在所述第一溶剂中，式(1)所示的BA、TEMPO、碳酸氢钠、四丁基溴化铵、氧化剂发生氧化反应，得到式(2)化合物。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述式(1)所示的BA、TEMPO、碳酸氢钠、四丁基溴化铵、氧化剂的摩尔比为1：(0-1)：(0-20)：(0-1)：(1-5)；和/或，所述氧化剂选自N-氯代琥珀酰亚胺NCS、N-溴代琥珀酰亚胺NBS、2-碘酰基苯甲酸IBX中的一种或多种；和/或，所述第一溶剂选自二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯、二甲基亚砜、水中的一种或多种；和/或，所述氧化反应的温度为0～30℃；和/或，所述氧化反应的时间为2～8h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述Wittig反应具体为：在所述第二溶剂中，式(2)化合物、乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦发生Wittig反应，得到式(3)化合物。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述式(2)化合物、乙氧甲酰基亚甲基三苯基膦的摩尔比为1：(1～5)；和/或，所述第二溶剂选自苯、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、己烷中的一种或多种；和/或，所述Wittig反应的温度为80～130℃；和/或，所述Wittig反应的时间为2～8h。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述Wittig反应具体为：在所述第二溶剂中，式(2)化合物、氢化钠、膦酰基乙酸三乙酯发生Wittig反应，得到式(3)化合物。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二溶剂选自苯、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、己烷中的一种或多种；和/或，所述式(2)化合物、氢化钠、膦酰基乙酸三乙酯的摩尔比为1：(1～5)：(1～5)；和/或，所述Wittig反应的温度为0～30℃；和/或，所述Wittig反应的时间为2～8h。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述还原反应具体为：所述式(3)化合物、叔丁醇钠、雷尼镍溶解在所述第三溶剂中，H₂置换后加压，发生还原反应，得到石胆酸。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述式(3)化合物、叔丁醇钠的摩尔比为1：(1～5)；和/或，所述式(3)化合物、雷尼镍的质量比为1：(0.1～5)。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第三溶剂选自异丙醇、正丁醇、乙醇、甲醇、叔丁醇中的一种或多种；和/或，所述还原反应的压强为1～10MPa；和/或，所述还原反应的温度为40～120℃；和/或，所述还原反应的时间为5～48h。