專利名稱：合成表油菜內(nèi)酯及其類似物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甾體類植物激素的合成，尤其是從植物油下腳制取具有生物活性的表油菜內(nèi)酯及其類似物的方法。
表油菜內(nèi)酯(2α，3α，22R，23R-四羥基-B-高-7-氧-5α-麥角甾-6-酮)及其類似物(其化學(xué)式為Ⅰ、Ⅱ所示)是一類新型植物激素，經(jīng)中國科學(xué)院上海植物生理研究所大田實驗表明，對農(nóng)作物有較強的增產(chǎn)作用。用0.01ppm濃度的表油菜內(nèi)酯處理花期小麥，可增加麥穗的結(jié)實率和穗粒重，使小麥增產(chǎn)10%，用同一濃度處理玉米果穗，可使玉米增產(chǎn)9-18%;用0.1ppm濃度處理黃瓜和西瓜苗，可促使黃瓜增產(chǎn)30%，西瓜增產(chǎn)20%，可以預(yù)期表油菜內(nèi)酯及其類似物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用將會帶來明顯的經(jīng)濟效益。因此，人們對它的人工合成非常重視。目前，已有幾條路線合成表油菜內(nèi)酯及其類似物。Thompson等以麥角甾醇為原料，經(jīng)十一步反應(yīng)制得表油菜內(nèi)酯[參見文獻J.Org.Chem.1979，44(26)，5002]。Ikekawa等以油菜甾醇為原料，經(jīng)五步反應(yīng)制得表油菜內(nèi)酯[參見日本專利JP60，139，685]。這些方法都是以適當?shù)奶烊荤摅w化合物作原料，經(jīng)過A/B環(huán)的結(jié)構(gòu)改造和側(cè)鏈雙鍵的共面氧化來完成的。但是，第一條路線的反應(yīng)步驟長，制備規(guī)模小，總收率低，難于工業(yè)化;第二條路線雖然反應(yīng)步驟短，但原料來源不易，總收率亦低。
本發(fā)明的目的在于獲得一種原料豐富、合成步驟簡單，總產(chǎn)率較高而又能工業(yè)化的方法來制備表油菜內(nèi)酯及其類似物。
本發(fā)明的要點是以植物油下腳為原料，經(jīng)一般皂化，提取混合甾醇Ⅲ，不經(jīng)分離純化，就直接磺?；⒋冀猓苑忾]B環(huán)上的雙鍵，然后，使側(cè)鏈雙鍵共面氧化。由于甾醇結(jié)構(gòu)與甾烷結(jié)構(gòu)的極性相差很大，故通過柱層析可以方便地把氧化產(chǎn)物-二醇化合物與混合甾醇中原先所含有的不能被氧化的飽和烷烴分離開。在用合適的保護基使羥基保護后，進行臭氧化反應(yīng)，使烷氧基直接氧化成羰基。隨后，開環(huán)，并使A環(huán)雙鍵共面氧化、引入順式雙羥基，B環(huán)內(nèi)酯化反應(yīng)，去保護基，從而制得表油菜內(nèi)酯及其類似物。用本發(fā)明所提供的方法，如以菜油下腳為原料，可制取表油菜內(nèi)酯;以豆油下腳為原料，可制取高油菜內(nèi)酯。
本發(fā)明所述的方法可用如下化學(xué)反應(yīng)式來表示
本發(fā)明詳細闡述如下a、從植物油下腳提取混合甾醇Ⅲ菜油或豆油下腳以10%氫氧化鉀水溶液，100℃煮沸10-24小時，進行皂化反應(yīng)，再用乙醚或乙酸乙酯提取，除去溶劑，乙醇重結(jié)晶，制得混合甾醇Ⅲ。
由菜油下腳所提取的混合甾醇中其主要成分以β-谷甾醇和油菜甾醇為主，從結(jié)構(gòu)看，它們的A、B甾環(huán)是一致的。其差別主要表現(xiàn)在側(cè)鏈上，有飽和與不飽和之分。若要將兩者分開是比較困難的。[參見文獻J.Am.Chem.Soc.，1939，61，142;JP60，215，699;DE3，506，938]。
本發(fā)明采用先封閉甾環(huán)雙鍵，后氧化側(cè)鏈雙鍵的辦法，利用鄰二羥基結(jié)構(gòu)與飽和烷烴結(jié)構(gòu)極性上的明顯差別，使兩者分開，也就是說，當甾環(huán)雙鍵封閉后，側(cè)鏈氧化，使側(cè)鏈不飽和化合物氧化成二醇化合物，從而與不被氧化的飽和化合物分開。這樣達到了分離混合甾醇的目的，且方法簡單，分離容易。
b、本發(fā)明封閉甾環(huán)雙鍵的反應(yīng)是這樣進行的用一般磺?；噭┦够旌乡薮饥蠡酋；^好的磺?；噭┦羌谆酋Ｂ龋瑢?甲苯磺酰氯。
這樣制得的3β-甲磺酰氧基或3β-對-甲苯磺酰氧基化合物是甾烯和甾烷的混合物，經(jīng)醇解(在吡啶存在下與甲醇反應(yīng))，制得6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-甾烯和甾烷混合物。
c、上述混合物Ⅳ，在極性溶劑中，用合適氧化劑，使甾烯化合物的側(cè)鏈共面氧化，得到鄰二醇化合物Ⅴ及其立體異構(gòu)體Ⅵ，經(jīng)層析分離，使其與未氧化的甾烷化合物分開，合適的氧化劑是N-甲基-嗎啡啉-N-氧化物，在少量催化劑四氧化鋨存在下，反應(yīng)溶劑使用混合溶劑，合適的配比為叔丁醇∶四氫呋喃∶水＝10∶8∶1。
d、式Ⅴ、Ⅵ鄰二醇化合物，用合適保護基保護羥基，制得羥基受到保護的相應(yīng)化合物Ⅶ、Ⅷ，式中R是異丙基、芐基、二甲基叔丁基硅基、乙酰基等。
e、在有機溶劑中，用合適的氧化劑，在少量催化劑存在下，使烷氧基氧化成羰基，從而制得甾酮化合物Ⅸ、Ⅹ。
氧化反應(yīng)通常在0～-78℃之間進行，最佳溫度范圍是-50～-78℃，所用的氧化劑是臭氧，四氧化銣。優(yōu)選臭氧，可用吡啶作催化劑。
利用本發(fā)明的方法可使烷氧基直接氧化成羰基，制得關(guān)鍵性中間體22R，23R-二乙酰氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾-6-酮。
f、式Ⅸ、Ⅹ化合物開環(huán)制得式Ⅺ、Ⅻ化合物，其中RR如上述定義。本發(fā)明的方法所用的A環(huán)異構(gòu)化反應(yīng)是利用吡啶氫溴酸鹽進行的，[參見文獻Steroids198545，561，]g、在極性溶劑和四氧化鋨存在下，使式Ⅺ、Ⅻ化合物的A環(huán)上雙鍵共面氧化，制得化學(xué)式為ⅩⅢ、ⅩⅣ的化合物。
h、使式ⅩⅢ、ⅩⅣ化合物的B環(huán)內(nèi)酯化和側(cè)鏈羥基去保護基，制得化學(xué)式為Ⅰ的化合物及其相應(yīng)的立體異構(gòu)體Ⅱ。
本發(fā)明的方法原料來源豐富，成本低廉。鑒于油菜籽為我國大宗油料作物，油菜資源極為豐富，利用菜油下腳作為甾體原料不僅變廢為寶，而且也減輕了菜籽加工時大量下腳所造成的環(huán)境污染。由于混合甾醇不經(jīng)分離純化而直接反應(yīng)，使原來難于分開的化合物比較容易分離，大大簡化了純化操作，而且本發(fā)明所提供的一步臭氧化反應(yīng)可使烷氧基直接氧化成羰基，縮短了反應(yīng)步驟。顯然，根據(jù)上述優(yōu)點，在工業(yè)規(guī)模應(yīng)用本發(fā)明的方法是可能的。
本發(fā)明通過下列實施例作進一步詳細說明實施例1混合甾醇(Ⅲ)的提取植物油(菜油或豆油)下腳料，加10%氫氧化鉀乙醇溶液，煮沸皂化10小時，冷卻后加水二倍，乙醚提取，蒸去溶劑后得黃色固體。再用乙醇重結(jié)晶，制得混合甾醇Ⅲ。
從菜油下腳料提取的油菜混合甾醇，主要含有β-谷甾醇(Sitosterol)百分含量～55%菜子甾醇(Campesterol)～25%油菜甾醇(Brassicasterol)5-20%從豆油下腳料提取的大豆混合甾醇，主要含有β-谷甾醇百分含量～65%大豆甾醇(stigmasterol)～20%
實施例23β-甲磺酰氧基甾烷和甾烯的混合物制備。
20克混合甾醇溶于100毫升二氯甲烷中，加20毫升三乙胺，冷卻至0℃以下，滴加7毫升甲磺酰氯攪拌過夜，蒸去大部分溶劑后加入乙醚300毫升，水洗，干燥(用無水硫酸鈉)，除去乙醚，層析分離，得混合甾醇的甲磺酸酯20-24克，收率83-100%。
H NMR(100MHz，CDCL3)0.59～1.0(m)，2.88(s，CHSO)4.00(m)，5.1-5.3(m，＝CH)實施例36β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-甾烷和甾烯混合物的制備。
在20克混合甾醇的甲磺酸酯化合物中，加入210毫升干燥甲醇，9毫升吡啶，回流5小時，冷卻后蒸去溶劑，傾入水中，用乙酸乙酯提取，干燥，除去溶劑后柱層析，得產(chǎn)物13-15克，收率75-85%。
H NMR(100MHz，CDCL3)0.6～0.9(m)3.10(s，-OCH)5.10(m，＝CH)實施例422
，23
-二羥基-6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾烷的制備。
在12克由油菜混合甾醇制備的6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-甾烷烯混合物中，加入100毫升叔丁醇，80毫升四氫呋喃，10毫升水，攪拌下加入3克N-甲基嗎啡啉-N-氧化物和300毫克四氧化鋨，室溫攪拌三天。加入100毫升飽和亞硫酸氫鈉水溶劑，再攪拌半小時，用乙醚萃取，水洗、干燥，蒸去溶劑后柱層析，得產(chǎn)物2克，副產(chǎn)物(主要是6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-豆甾烷)9克。
H-NMR(100MHz，CDCL3)δ0.64(s，3H)，0.8～1.0(m)3.24(3H，s，-OCH)，3.60(1H，m，CH-OH)，4.00(1H，m，CH-OH)。
實施例522S，23S-和22R，23R-二乙酰氧基-6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾烷的制備。
在2克22
，23
-二羥基-6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾烷中，加入35毫升吡啶，11毫升乙酸酐，室溫攪拌24小時，傾入150毫升飽和碳酸氫鈉溶液中，乙醚萃取，水洗干燥后蒸去溶劑，柱層析，得0.5克22S，23S-二乙酰氧基-6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾烷(ⅩⅤ)，1.5克22S，23R-二乙酰氧基-6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾烷(ⅩⅥ)。
ⅩⅤIR 1735，1460，1370cm-1H-NMR(100MHz，CDCL3)δ0.62(3H，s)，0.70(3H，d)，0.80(6H，d)，0.94(3H，s)，1.20(3H)，1.98(3H，s，OAc)2.02(3H，s，-OAc)，3.20(3H，s，-OCH)，4.98(1H，m，CH-OAc)5.02(1H，m，CH-OAc)，
MS(m/e)531(M+1)，516，499.476，IR 1740，1460，1370cm-1ⅩⅥH-NMR(100HMz，CDCL3)δ0.62(3H，s)，0.70(3H)，0.88(9H)，0.96(3H，s)，1.98(3H，s，-OAc)，2.01(3H，s，OAc)3.21(3H，s，-OCH)，5.02(1H，m，CH-OAc)，5.17(1H，m，CH-OAc).
MS(m/e)531(M+1)，516，499，476，實施例622R，23R-二乙酰氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾-6-酮的制備。
在0.4克22R，23R-二乙酰氧基-6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾烷中加入40毫升二氯甲烷，0.4毫升吡啶，冷卻至-78℃-50℃下通臭氧1小時，蒸去溶劑后柱層析，得產(chǎn)物0.32-0.35克，收率75%-85%。
IR 1740，1690，1460，1370cm-1H-NMR(400HMz，CDCL3)δ0.70(3H，s)，0.82(3H，d，J＝7)，0.86(3H，d，J＝6.6)，0.90(3H，d，J＝7)，0.98(3H，s)，0.99(3H，d，J＝6.5)，2.00(3H，s，-OAc)2.01(3H，s，-OAc)，
5.05(1H，m，CH-OAc)，5.23(1H，m，CH-OAc)MS(m/e)514(M)，394(M-2×AcOH)實施例722R，23R-二乙酰氧基-6-羰基-5α-麥角甾-2-烯。
1.1克22R，23R-二乙酰氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾-6-酮中，溶于40毫升N，N-二甲基酰胺(DMF)，加入1.1克吡啶氫溴酸鹽。在160℃下攪拌3小時，冷卻后傾入水中，用乙醚萃取，水洗，干燥，蒸去溶劑后在硅膠柱上柱層析，用石油醚與乙醚(體積比為3∶1)的混合物作為洗脫劑。得產(chǎn)物0.85克，收率78%。
IR 3020，1744，1710，1460，cm-1H-NMR(400MHz，CDCL3)δ0.65(3H，s)，0.70(3H，s)，0.80(3H，d，J＝7)，0.86(3H，d，J＝7)，0.92(3H，d，J＝7)，0.99(3H，d，J＝7)，2.00(3H，s，-OAc)2.02(3H，s，-OAc)，5.04(3H，m，CH-OAc)，5.22(1H，m，CH-OAc)5.55(1H，m，＝CH)5.66(1H，m，＝CH).
MS(m/e)514(M)，499，486實施例822R，23R-二乙酰氧基-2α，3α-二羥基-5α-麥角甾-6-酮的制備。
在750毫克22R，23R-二乙酰氧基-6-羰基-5α-麥角甾-2-烯中，加入20毫升叔丁醇，16毫升四氫呋喃，4毫升水，攪拌加入800毫升N-甲基嗎啡啉-N-氧化物，100毫克四氧化鋨，所得混合物在25℃攪拌16-24小時，然后，在反應(yīng)混合物中加100毫升飽和亞硫酸氫鈉溶液，半小時后用乙酸乙酯提取，無水硫酸鈉干燥，蒸餾除去溶劑，所得殘渣柱層析精制，得780毫克產(chǎn)物，收率97%。
IR 3450，1740，1710，1460，cm-1H-NMR(400MHz，CDCL3)δ0.64(3H，s)，0.73(3H，s)，0.80(3H，d，J＝7)，0.84(3H，d，J＝6.7)，0.90(3H，d，J＝6.8)，0.97(3H，d，J＝7)，2.00(3H，s，-OAc)，2.01(3H，s，-OAc)，2.64(1H，m)，3.72(1H，m，CH-OH)，4.01(1H，m，CH-OH)，5.05(1H，m，CH-OAc)，5.20(1H，m，CH-OAc)MS(m/e)549(M+1)，531，513.
實施例92α，3α，22R，23R-四羥基-B-高-7-氧-5α-麥角甾-6-酮(表油菜內(nèi)酯)的制備。
500毫克22R，23R-二乙酰氧基-2α，3α-二羥基-5α-麥角甾-6-酮溶解在20毫升二氯甲烷中，冰浴下加入1.3毫升過氧三氟醋酸的二氯甲烷溶液(10毫升二氯甲烷，冰浴下加入0.75毫升30%雙氧水制得上述過氧三氟醋酸溶液)，0℃下攪拌1-3小時，所得反應(yīng)混合物傾入碳酸氫鈉飽和溶液中，以乙酸乙酯提取，減壓蒸去溶劑，得粗產(chǎn)物550毫克。隨后加入40毫升5%氫氧化鉀-甲醇溶液，70℃下回流1小時，冷卻后加入濃鹽酸，調(diào)節(jié)PH＜3，攪拌1-3小時，乙酸乙酯提取，除去溶劑后柱層析，再用乙酸乙酯重結(jié)晶，得產(chǎn)物250毫克，收率60%。
mp250℃IR 3420，1730，1715cm-1實施例1022S，23S-二乙酰氧基-3α，5-環(huán)-5α-麥角甾-6-酮的制備。
按實施例6條件制備。
IR 1730，1590，1460，1370。cm-1H-NMR(400MHz，CDCL3)δ0.69(3H，s)，0.71(3H，d，J＝7)0.73(3H，d，J＝6.4)，0.89(3H，d，J＝6.4)，0.90(3H，d，J＝7)，0.98(3H，s)，2.06(3H，s，-OAc)，2.11(3H，s，-OAc)，5.08(2H，m，CH-OAc)MS(m/e)514(M)，454，394.
實施例1122S，23S-二乙酰氧基-6-羰基-5α-麥角甾-2-烯的制備。
按實施例7條件制備。
IR，3020，1740，1709，1460，1430。cm-1
H-NMR(400MHz，CDCL3)δ值0.63(3H，s)，0.68(3H，s)0.72(3H，d，J＝7)，0.81(3H，d，J＝7)0.89(3H，d，J＝6.4)，0.96(3H，d，J＝7)，0.05(3H，s，-OAc)，2.07(3H，s，-OAc)，5.06(1H，m，CH-OAc)5.18(1H，m，CH-OAc)，5.54(1H，m，＝CH)，5.66(1H，m，＝CH)MS(m/e)514(M)，499，486.
實施例1222S，23S-二乙酰氧基-2α，3α-二羥基-5α-麥角甾-6-酮的制備。
按實施例8條件制備。
IR 3450，1740，1710，1460，1370cm-1H-NMR(400HMz，CDCL3)δ值0.60(3H，s)，0.69(3H)0.72-0.80(6H)，0.90-0.94(6H)，1.99(3H，s，-OAc)，2.01(3H，s，-OAc)，3.70(1H，m)，3.98(1H，m)，5.00(1H，m)5.16(1H，m)MS(m/e)531(M-17)，513，428.
實施例132α，3α，22S，22S-四羥基-B-高-7-氧-5α-麥角甾-6-酮的制備。
按實施例9條件制備。
IR 3420，1730，1715cm-1mp193℃。
實施例1422
，22
-二羥基-6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-大豆甾烷的制備。
按實施例4條件從由大豆混合甾醇制得的6β-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-甾烷烯混合物制備。
IR 3420，1730，1715cm-1實施例1522S，23S-和22R，23R-二乙酰氧基-6-甲氧基-3α，5-環(huán)-5α-大豆甾烷的制備。
按實施例5條件制備。
實施例1622S，23S-二乙酰氧基-3α，5-環(huán)-5α-大豆甾-6-酮的制備。
按實施例6條件制備。
IR 1730cm-1H-NMR(400HMz，CDCL3)δ0.70(3H，s，18-CH)，0.85(3H，d，J＝7，20-CH)0.92(9H)，1.02(3H，s，19-CH)，2.03(3H，s，-OAc)，2.07(3H，s，-OAc)，2.45(2H，m)，5.00(1H，m)，5.22(1H，m)，MS(m/e)528(M)，468(M-AcOH)，4.08(M-2×AcOH)。
權(quán)利要求
1.具有化學(xué)式I的化合物及其相應(yīng)立體異構(gòu)體Ⅱ的制備方法，
其中R1是C24上的取代基，可以是氫原子，甲基或乙基及其相應(yīng)的立體異構(gòu)體。其特征在于該方法包括a、以植物油下腳為原料，經(jīng)一般皂化提取，得到化學(xué)式為Ⅲ的混合甾醇，
其中R2是具有下式(i)-(v)的側(cè)鏈烷基，或烯基及其相應(yīng)的立體異構(gòu)體。
b、用一般磺酰化試劑使混合甾醇Ⅲ磺?；S后，在堿性條件下醇解，以封閉B環(huán)上的雙鍵，制得化學(xué)式Ⅳ的混合物，式中R2如上述定義，R3是甲基、乙基、異丙基或芐基；
c、混合物Ⅳ在極性溶劑中，用合適的氧化劑氧化其中的甾-22-烯化合物，使雙鍵氧化為相應(yīng)的鄰二醇結(jié)構(gòu)，然后，化合物V及其立體異構(gòu)體Ⅵ，經(jīng)柱層析與未氧化的甾烷化合物分離，式中R1、R3如上述定義；
d、將式V、Ⅵ化合物的側(cè)鏈羥基保護，制得化學(xué)式為Ⅷ，Ⅷ的化合物。式中R4是異丙基、芐基、二甲基叔丁基硅基、乙?；取?br> R1，R3如上述定義；e、在有機溶劑中，用合適的氧化劑、在小量催化劑存在下、使式Ⅶ、Ⅷ所示的化合物之烷氧基氧化成羰基，制得化學(xué)式Ⅸ、Ⅹ的化合物，式中R1，R4如上述定義；
f、式Ⅸ、X化合物開環(huán)、制得式Ⅺ、Ⅻ的化合物，其中R1、R4如上述定義；
g、在催化劑存在下，用合適的氧化劑，在極性溶劑中，使式Ⅺ、Ⅻ的化合物之A環(huán)上的雙鍵共面氧化，制得化學(xué)式為XⅢ、XⅣ的化合物，式中R1、R4如上述定義；
h、式XⅢ、XⅣ的化合物之B環(huán)內(nèi)酯化，脫去保護基，制得化學(xué)式為I和Ⅱ的化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使烷氧基氧化成羰基的反應(yīng)在低溫和有堿性催化劑存在的情況下進行，反應(yīng)溫度通常在0--78℃之間，最佳為-50--78℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于所用的催化劑是吡啶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于所用的氧化劑是臭氧，四氧化銣，優(yōu)選臭氧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將混合物Ⅳ的雙鍵氧化時，所用的合適氧化劑是N-甲基-嗎啡啉-N-氧化物，合適催化劑是四氧化鋨，反應(yīng)混合溶劑的最佳配比是叔丁醇∶四氫呋喃∶水＝10∶8∶1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種甾體類植物激素的合成，尤其是從植物油(菜油或豆油)下腳制取具有生物活性的、經(jīng)大田實驗表明，對農(nóng)作物有較強的增產(chǎn)作用的表油菜內(nèi)酯及其類似物的方法。
文檔編號C07J63/00GK1039594SQ8810555
公開日1990年2月14日 申請日期1988年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月22日
發(fā)明者張洪彬, 張宏躍, 潘百川 申請人:中國科學(xué)院上海藥物研究所