English

• 1α-羟基去氢表雄酮属于甾体类化合物，它是合成马沙骨化醇、他卡西醇、阿法骨化醇、氟骨三醇等活性维生素D₃类药物的关键中间体^[1]，也可用于合成其他天然产物如(+)-Withanolide E^[2]、Sominone及其衍生物^[3]、Cyclocitrinols^[4]等，同时它也是合成维生素D衍生物的重要原料^[5]。不过，由于立体选择性和区域选择性地引入1α羟基相当具有挑战性，因此其合成条件苛刻、收率较低，1α-羟基去氢表雄酮原料匮乏，一定程度制约了活性维生素D类药物的生产、研发。因此，开发高效经济、技术可行、安全环保、适于生产的1α-羟基去氢表雄酮合成工艺具有重要现实意义和广阔应用前景。

  目前，文献报道的1α-羟基去氢表雄酮(化合物1，结构见图式 1)生产方法有化学合成法和生物转化法^[6]。1973年，Kaneko等^[7]以1, 4-雄二烯二酮为原料，经羰基保护、碱催化的烯键异构、Ca(BH₄)₂还原、硼氢化氧化制得2α, 3β-二羟基(化合物6，20%)和lα, 3β-二羟基(化合物7，15%)两种构型产物。5-位双键的存在和还原反应缺乏选择性使得羟化产物较为复杂。经柱色谱分离得到化合物7，再在酸性条件下脱去保护基，最终制得1。由于收率较低(整条路线收率小于7%)且使用毒性较大的乙硼烷，故该路线不适用于工业化生产。Hiroyuki等^[8]将中间体5经三氟乙酸汞处理、硼氢化钠还原得中间体7，其单步收率为36.5%，但是使用了三氟乙酸汞，也不适于工业化生产。2007年，Sheikh等^[4]在合成天然化合物Cyclocitrinols的过程中合成了乙酰基保护的1。以去氢表雄酮为原料，经17-位羰基保护、二氯二氰基苯醌(DDQ)脱氢、碱性双氧水环氧化、液氨电子还原后，脱去缩酮保护基得到1，总收率为21%。虽然该方法较之前的报道在收率上有很大的提高，但是DDQ氧化反应收率较低(57%)且后处理困难，故该路线也不适于量产。针对DDQ脱氢收率低和后处理困难等不足，刘兆鹏等^[9]对该工艺路线进行了改进。在烯丙基磷酸二乙酯存在下，利用钯碳催化保护的去氢表雄酮脱氢得到中间体8，单步收率达89%。但使用烯丙基磷酸二乙酯的量较大，是底物的6倍，生产成本较高，液氨-锂还原也是在-40~-80℃下进行，且产物需柱色谱纯化，因此该方法还需进一步优化。最近笔者课题组在以上合成路线的基础上进行了改进^[10]：以1, 4-雄二烯二酮为原料，经羰基保护、溴代、异构化、还原、环氧化、开环和水解7步反应以28.3%的收率得到1α-羟基去氢表雄酮。其中，中间体5经Sharpless环氧化引入lα, 2α-环氧环，再还原引入1α-羟基。由于环氧化步骤收率不高且需要柱色谱分离，因此该方法仍需优化。

  图式 1

  

  图式 1.  Kaneko等报道的1的合成路线

  Scheme 1.  Synthetic route reported by Kaneko et al

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  此外，通过微生物合成1的探索已经进行了半个多世纪。1960年，Dodson等^[11]公开了通过微生物合成1的方法，以去氢表雄酮为原料，菌种采用Penicillium.sp ATCC 12556，液体发酵培养24h，粗品收率约为33.3%，且需要柱色谱进行分离，生产成本较高。Fujiwara等^[12]采用菌种Penicillium Oxalicum IFO-7000合成化合物1，转化率为45.0%，但转化效率不高，每升培养基只能转化得到7g产物，这使得大量生产较为困难。2010年，刘佩卉等^[13]等用斜卧青霉(Penicillium decumbens)UC086将去氢表雄酮转化为1，转化率为18.83%，但每升培养基只能转化6g去氢表雄酮。生物合成法生产周期长、生产成本高、转化效率低，后续处理多以有机溶剂萃取、柱色谱纯化产物，这使其的应用受到限制。对于大规模生产而言，还需对生物转化法进行深入研究以适应工业化生产的要求。

  通过上述回顾，可以看到国内外主要依靠微生物发酵制备1α-羟基去氢表雄酮，这远不能满足市场需求；另一方面，微生物后处理困难，需要提取与柱层析等复杂的过程，这些也给大规模生产造成困难。因此，探索一条原料易得、操作简便、条件温和、适于生产的合成路线显得尤为重要。本文以1, 4-雄烯二酮为原料，经羰基保护、消除、环氧化、还原和水解等6步反应以29%总收率合成1α-羟基去氢表雄酮。该合成路线(图式 2)避免使用DDQ等昂贵试剂和液氨-锂等苛刻条件，条件温和、安全环保、较适于生产。

  图式 2

  

  图式 2.  本文报道的化合物1的合成路线

  Scheme 2.  Synthetic route of compound 1 in this article

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  1.   实验部分

  1.1   仪器和试剂

  熔点用X4型显微熔点仪测定(温度未校正)；核磁共振谱仪为Brucker Avance-400型，TMS为内标；质谱仪为LTQ-Orbitrap XL型(Thermo Fisher)，离子源采用电喷雾离子化(ESI)；旋光仪为BWXG4型圆盘旋光仪；柱色谱使用200~300目硅胶(购自青岛海洋化工厂)；薄层色谱使用Silica Gel GF254(购自青岛海洋化工厂)；所有试剂均为国产或进口分析纯，无水溶剂用常规方法干燥处理。

  1.2   化合物1的合成

  1.2.1   3-酮-1, 4-二烯-雄甾-17, 17-乙二醇缩酮(3)的合成

  向装有分水器的250mL反应瓶中加入7.11g(25mmol)1, 4-雄烯二酮、3.1g (50mmol)乙二醇、100mg对甲苯磺酸和100mL甲苯，加热回流反应12h，TLC检测至反应完全。反应液冷至室温，用100mL饱和碳酸氢钠水溶液和乙酸乙酯(50mL×3)萃取，合并有机层，无水硫酸镁干燥，减压浓缩。乙酸乙酯结晶，得到类白色固体粉末7.9g，收率97%，熔点170~171℃(文献值^[14]171~172℃)。¹H NMR (400MHz，CDCl₃) δ：7.06 (d，J=10.1Hz，1H)，6.23(dd，J=10.1、1.9 Hz，1H)，6.07 (t，J=1.5Hz，1H)，3.93~3.80(m，4H)，2.52~2.41(m，1H)，2.40~2.32 (m，1H)，2.05~1.93(m，2H)，1.85~1.74(m，2H)，1.73~1.53(m，4H)，1.48~1.26(m，3H)，1.23(s，3H)，1.14~1.00(m，2H)，0.92(s，3H)；¹³C NMR (101MHz，CDCl₃)δ：186.37，169.15，155.84，127.48，123.86，118.93，65.24，64.55，52.16，49.30，45.94，43.58，35.81，34.03，32.91，32.79，30.24，22.78，22.30，18.73，14.37；ESI-MS m/z：329.5 [M+H]⁺。

  1.2.2   3-酮-1, 4, 6-三烯-雄甾-17, 17-乙二醇缩酮(8)的合成

  向250mL反应瓶中加入6.56g(20mmol)上述合成的化合物3、4.27g(24mmol)N-溴代丁二酰亚胺、100mg偶氮二异丁腈和100mL四氯化碳，回流反应4h，TLC监测至反应完全。反应液降至室温，抽滤除去固体不溶物，滤饼用四氯化碳洗涤，滤液减压浓缩至干。该溴代产物不经纯化直接使用。向残留物中加入1.92g(22mmol)溴化锂、1.63g(22mmol)碳酸锂和100mL DMF，加热至100℃，搅拌反应2h，TLC监测反应完全。反应液抽滤除去固体，滤液减压浓缩。粗产物经乙酸乙酯结晶，得到类白色固体粉末5.68g，两步收率共计87%，熔点129~131℃(文献值^[15]130~131℃)。¹H NMR (400MHz，CDCl₃)δ：7.08(d，J=10.1Hz，1H)，6.26 (dd，J=10.1、1.9 Hz，1H)，6.23(dd，J=10.1、1.8 Hz，1H)，6.04(dd，J=9.9、1.8 Hz，1H)，6.01(s，1H)，3.95~3.81(m，4H)，2.27(t，J=10.7Hz，1H)，2.04(dd，J=15.5、7.2 Hz，1H)，1.88~1.79(m，3H)，1.70~1.58(m，3H)，1.52~1.40(m，3H)，1.20(s，3H)，0.96(s，3H)；¹³C NMR (101MHz，CDCl₃)δ：186.39，162.59，152.95，137.58，128.11，127.73，123.80，118.60，65.31，64.60，48.13，47.61，46.17，41.22，38.33，34.04，30.22，22.14，21.31，20.77，14.29；ESI-MS m/z：327.5 [M+H]⁺。

  1.2.3   1α, 2α-环氧-3-酮-4, 6-二烯-雄甾-17, 17-乙二醇缩酮(9)的合成

  向反应瓶中加入4.90g(15mmol)上述合成的化合物8、2.75mL 6mol/L氢氧化钠溶液和100mL甲醇，搅拌溶解，冰浴降温至0℃，滴加7.5mL 30%双氧水，滴毕后撤掉冰浴，室温反应16h，TLC监测反应完全。反应液经减压浓缩至20mL，再加入30mL的水，静置后抽滤出固体，水洗至中性，干燥得到类白色固体4g，收率78%，熔点180~182℃(文献值^[15]180~183℃)，[α]_D：166.2° (c=0.5，dioxane，文献值^[9][α]_D：165.9°)。¹H NMR (400MHz，CDCl₃)δ：6.11 (dd，J=9.8、2.3 Hz，1H)，6.06(d，J=10.6Hz，1H)，5.65(s，1H)，3.96~3.84(m，4H)，3.60(d，J=4.0Hz，1H)，3.47~3.42(m，1H)，2.24(t，J=10.6Hz，1H)，2.09~2.02(m，1H)，2.00~1.93 (m，1H)，1.91~1.81(m，2H)，1.76~1.62(m，4H)，1.56~1.40(m，2H)，1.19(s，3H)，0.96(s，3H)，0.88(t，J=6.7Hz，1H)；¹³C NMR (101MHz，CDCl₃)δ：194.81，158.76，139.46，127.94，119.55，118.65，65.34，64.65，59.44，54.69，47.30，46.18，45.86，38.87，37.65，34.02，30.08，22.17，20.66，18.53，14.16；ESI-MS m/z：343.5 [M+H]⁺。

  1.2.4   1α-羟基-3-酮-5-烯-雄甾-17, 17-乙二醇缩酮(10)的合成

  参考文献[16]方法进行不完全氢化。向200mL的反应瓶中加入2.77g(8mmol)上述合成的化合物9、300mg林德拉催化剂(5%Pd-BaSO₄-喹啉)和100mL无水乙醇，室温下氢气催化氢化反应6h。反应结束后抽滤除去固体不溶物，有机层蒸干后残留物用硅胶柱色谱分离，石油醚/丙酮(体积比1:1)洗脱，得到类白色固体粉末1.5g，收率54%，熔点197~199℃，[α]_D：82°(c=0.5，dioxane)。¹H NMR (400MHz，CDCl₃)δ：5.53(t，J=2.1Hz，1H)，3.97~3.83 (m，4H)，3.64~3.53(m，1H)，2.72~2.53(m，2H)，2.22~2.03(m，2H)，1.93~1.75(m，4H)，1.72~1.51(m，4H)，1.47~1.33(m，2H)，1.32~1.24(m，2H)，1.21(s，3H)，1.12~1.02(m，2H)，0.87(s，3H)；¹³C NMR (101MHz，CDCl₃)δ：209.08，128.81，118.40，114.82，77.33，64.22，63.52，49.19，44.88，44.53，41.42，39.51，38.97，35.07，32.84，29.72，24.51，23.56，21.80，17.92，13.39；HRMS(ESI) m/z：C₂₁H₃₁O₄[M+H]⁺，计算值347.2132，实测值347.2125。

  1.2.5   1α, 3β-二羟基-5-烯-雄甾-17, 17-乙二醇缩酮(7)的合成

  向50mL反应瓶中加入0.7g(2mmol)上述合成的化合物10、0.75g(2mmol)七水氯化铈、20mL甲醇和10mL四氢呋喃，待所有固体溶解后0℃下缓慢分批加入152mg(4mmol)硼氢化钠。反应液室温搅拌4h，再加入10mL丙酮猝灭反应，静置后抽滤，除去固体不溶物。有机相减压蒸干后，残留物用环己烷结晶得到类白色针状结晶0.6g，收率86%，熔点197~199℃(文献值^[9]195~197℃)，[α]_D：-87.7° (c=0.5，dioxane，文献值^[9][α]_D：-87.9°)。¹H NMR (400MHz，CDCl₃)δ：5.55(t，J=1.8Hz，1H)，3.95~3.89 (m，2H)，3.89~3.84(m，2H)，3.61~3.53(m，1H)，3.45(dd，J=11.6、4.4 Hz，1H)，2.28~2.18(m，3H)，2.07~1.95(m，3H)，1.83~1.74(m，1H)，1.72~1.64(m，1H)，1.60~1.49(m，6H)，1.46~1.37(m，3H)，1.30~1.16(m，2H)，1.04(s，3H)，0.87(s，3H)；¹³C NMR(101MHz，CDCl₃)δ：138.06，125.43，119.58，68.03，65.19，64.60，63.71，50.51，45.36，42.71，42.39，41.93，35.72，34.08，33.15，31.09，30.88，23.39，22.93，14.24，13.00；ESI-MS m/z：349.5[M+H]⁺。

  1.2.6   1α-羟基去氢表雄酮(1)的合成

  向50mL反应瓶中加入348mg(1mmol)化合物7、30mg对甲苯磺酸、5mL水和20mL丙酮。反应液40℃下搅拌12h，减压浓缩至干。残留物用饱和碳酸氢钠溶液30mL和乙酸乙酯(20mL×3)萃取，有机层用水洗涤至中性，无水硫酸镁干燥、过滤、减压浓缩至干。粗产物用甲醇重结晶，得到类白色固体298mg，收率95%，熔点270~272℃(文献值^[9]271~273℃)，[α]_D：+30.5° (c=0.5，MeOH，文献值^[9] [α]_D：+30.7°)。¹H NMR (400MHz，DMSO-d₆) δ：5.47(d，J=5.2Hz，1H)，4.60(d，J=4.7Hz，1H)，4.52(d，J=5.7Hz，1H)，3.30~3.20(m，1H)，3.20~3.10(m，1H)，2.48~2.32(m，2H)，2.14~1.92(m，4H)，1.89~1.73(m，2H)，1.65~1.33 (m，6H)，1.28~1.01(m，3H)，0.93(s，3H)，0.79(s，3H)；¹³C NMR(101MHz，DMSO-d₆)δ：220.45，140.12，123.63，77.04，67.09，51.38，50.75，46.95，42.98，42.75，42.42，35.64，32.54，31.96，30.51，23.02，22.05，13.75，13.61；ESI-MS m/z：345.5 [M+H]⁺。

  2.   结果与讨论

  本研究中1α-羟基去氢表雄酮的合成过程如图式 1所示。以1, 4-雄烯二酮(2)为原料，在酸性条件下用乙二醇保护17位的羰基形成缩酮中间体3，收率97%。文献报道中间体8的合成由17位缩酮保护的去氢表雄酮通过DDQ^[4]或Pd/C^[9]氧化而得到，通过中间体3的溴代、消除合成化合物8可以有效避免复杂的后处理过程，提高收率，降低成本。中间体9多用液氨-锂体系进行还原，反应条件苛刻、收率不高；参考文献^[16]报道的方法，改用活性较低的林德拉催化剂进行不完全还原，同时还原共轭双键和环氧环，得到中间体10，收率55%。氢化反应收率较低，部分原料被完全还原得到完全氢化产物。化合物10再经氯化铈-硼氢化钠-甲醇体系^[17]选择性还原3位羰基得到3β-羟基中间体7。氯化铈作为路易斯酸通过配位，加快反应进程，收率86%。最后，在酸性条件下脱去乙二醇保护得到1，收率95%。该路线经6步反应，收率共计29%得到1α-羟基去氢表雄酮。

  3.   结论

  本文报道了一个简单、有效的1α-羟基去氢表雄酮的合成方法。该方法由1, 4-雄烯二酮出发经过6步反应，以29%的收率得到了1α-羟基去氢表雄酮。该合成路线无需低温及无水无氧等苛刻的反应条件，高效经济，技术可行，安全环保，较适于生产。

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  图式 1  Kaneko等报道的1的合成路线

  Scheme 1  Synthetic route reported by Kaneko et al

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  图式 2  本文报道的化合物1的合成路线

  Scheme 2  Synthetic route of compound 1 in this article

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