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甲基原薯蕷皂甙元的簡便合成方法

2023-12-03 18:33:21 4

專利名稱:甲基原薯蕷皂甙元的簡便合成方法
技術領域:
本發明屬有機合成技術領域。
背景技術:
留體皂甙是一類以含有27個碳原子的留醇化合物為甙元與寡糖結合的寡糖甙。 它們在自然界中分布廣泛,主要集中在百合科、薯蕷科及龍舌蘭科等植物中,以薯蕷科薯蕷 屬、百合科重樓屬最為集中。從結構上可分為螺旋留烷型,呋喃留烷型及膽留烷型,呋喃甾 烷型皂甙是一類重要的留體化合物,在結構上多為雙糖鏈皂甙,通常在甙元的(3和C26位均 連有糖鏈,其代表性化合物為甲基原薯蕷皂甙(methyl protodioscin. fig. 1),它於1974 年首次從新鮮的薯蕷科植物根莖中分離得到,甲基原薯蕷皂甙通常與薯蕷皂甙一起存在於 多種薯蕷屬植物中,此外,還存在於菝葜屬,蘆筍及胡蘆巴的種子中。傳統中藥粉背薯蕷 (Dioscorea collettiivar. hypoglauca)用於治療癌症已有數百年的歷史,在1985,1990, 1995及2000年的中國藥典中均有收錄,從中已分離出十餘種具有抗癌活性的留體皂甙,其 中甲基原薯蕷皂甙是主要的抗癌活性成分之一。甲基原薯蕷皂甙能強烈抑制大多數白血癌 細胞及實體瘤,對於子宮癌、膀胱癌及腎臟癌細胞具有良好的抗癌活性,體外實驗表明,甲 基原薯蕷皂甙具有明顯的細胞毒素活性,是一種有效的人體肝癌細胞生長抑制劑。
formula see original document page 3甲基原薯蕷皂甙及甲基原薯蕷皂甙元的結構
瀋陽藥科大學的揚真小組於2003年以薯蕷皂甙元為原料,通過9步反應,以7. 8%的總 收率首次實現了甲基原薯蕷皂甙的全合成。該方法的合成策略是,首先對薯蕷皂甙元C3位羥基進行保護,再利用氧化劑Oxone 對C16位進行氧化引入羥基的同時將C5,6的雙鍵形成環氧,然後用Zn-KI-AcOH-Ac2O還原性 開環體系進行E/F全開環及C5,6環氧的脫氧,開環產物在弱鹼的THF/MeOH溶液中可以將C26 位的乙醯氧基完全醇解形成羥基,該羥基可以和糖結合形成C26的糖鏈,C3的保護基可以在 氟化四丁銨(TBAF.3H20)的THF溶液中高產率地脫保護釋放出C3羥基,經進一步與糖結合 引入C3的糖鏈,然後再通過NaBH4還原性關環及鹼性條件下的C22羥基甲醚化實現了甲基原 薯蕷皂甙的全合成。
該合成方法充分利用了薯蕷皂甙元完整的碳骨架,通過分步形成(26及(3位羥基 來連接c26及c3位的糖鏈,最後進行還原性關環及甲醚化,其間並沒有真正形成中間體甲基 原薯蕷皂元。目前,甲基原薯蕷皂元的合成未見報導,如何利用豐產、廉價的原料簡潔、高效地 合成甲基原薯蕷皂甙元已受到合成工作者的廣泛關注。
a :TBDPSiCl, imid, DMF, rt,90% ;b :oxone, NaHC03, H20, actone, CH2C12, rt ;c :Zn, KI, Ac0H,Ac20,rt(58% for twosteps) ;d (1)K2C03, THF/MeOH, rt, 100% ; (2) sugar^ TMSOTf, CH2C12,rt,62 % ; (3) TBAF, THF, rt,80%;e :sugar2, NIS, TfOH, CH2C12, rt,52%;f (1) NaBH4, i-propanol, CH2C12, rt,70% ; (2)Me0Na, MeOH, reflux,83% .

發明內容
本發明的目的是以資源豐富、價格便宜的薯蕷皂甙元的E/F全開環產物 26-氯-3 H6 3 -二乙醯氧基-22-酮-5-膽甾烯為原料,通過C3_0Ac的選擇性醇解,C3_0H 上保護,在弱鹼條件下的選擇性E環關環,形成C22-0H,再對C22-0H甲醚化,最後通過取代反 應及C3-0H脫保護,高產率地合成甲基原薯蕷皂元。本發明合成路線如下
4a :K2C03, THF, MeOH, r. t,87. 0 % ;b :TBDMSC1,咪唑,r. t,24h,88. 2 % ;c :K2C03,THF, MeOH, reflux, 70. 5% ;d :MeI, THF, MeOH, rt,95% ;e (l)DMF, NaOAc, reflux, 85. 3% ; (2) THF, MeOH, K2C03, rt90. 1% ;f :TBAF,THF, rt,80. 5% .以上合成路線的具體步驟是(1)C3-0Ac的選擇性醇解以薯蕷皂甙元的E/F全開環產物1為原料,用體積比 1 1四氫呋喃/甲醇的混合溶液作溶劑,在弱鹼碳酸鉀的作用下,室溫下攪拌約3h可高選 擇性地實現C3-0Ac的醇解,從而釋放出C3-0H,產率為87. 0%。其中,原料與碳酸鉀摩爾配 比為1 2。(2)C3-0H的上保護以化合物2為原料,在咪唑的催化下,用叔丁基二甲基氯矽烷 (TBDMSC1)作C3-0H的保護試劑,在DMF溶劑中,室溫反應約24h,產率為88. 2%.其中,原 料、TBDMSC1及咪唑的摩爾配比1 5 1。(3)選擇性E環關環反應以化合物3為原料,在弱鹼碳酸鉀的作用下,在四氫呋 喃/甲醇之體積比1 1的混合溶液中回流約8h,產率為70.5%。其中,原料、碳酸鉀摩爾 配比為1 2。(4)C22_0H的甲醚化反應以關環產物4為原料,以體積比1 2的四氫呋喃/ 甲醇的混合溶液作反應溶劑,以碘甲烷作甲醚化試劑,室溫下攪拌約10 15min,產率為 95.0%。其中,原料與碘甲烷的摩爾配比為1 1. 1;(5)C26-0H的形成以甲醚化產物5為原料,先用醋酸鈉為酯化劑,在DMF溶劑中, 回流反應約5-7h,以85. 3%的產率將C26-C1轉化為C26-0Ac,然後在四氫呋喃/甲醇的混合 溶液(體積比1 1)中,在弱鹼碳酸鉀的作用下,室溫下攪拌約5 6h,將C26-0Ac轉化為 C26-0H,產率為90. 1%。其中,原料與碳酸鉀的摩爾配比為1 1.2。(6)甲基原薯蕷皂元的合成以化合物6為原料,以四氫呋喃作溶劑,在氟化四丁 銨的作用下,於室溫下攪拌約10h,產率為80.5%。其中,原料、氟化四丁銨的摩爾配比為 1 3。上述反應⑴ (6)的後處理為,向反應完成後的混合物中加入適量乙酸乙酯,再 用飽和食鹽水洗滌,有機相用無水硫酸鈉乾燥,減壓除溶劑後所得殘餘物經柱層析純化,其 中反應⑴、⑷ (6)用矽膠柱層析純化,(2)、(3)用鹼性A1A柱層析純化。
5
本發明的有益效果本發明以資源豐富、價格便宜的薯蕷皂甙元的E/F全開環產物26-氯-33, 16 3 -二乙醯氧基-22-酮-5-膽留烯為原料,在充分利用原料完整碳骨架的基礎上,通過 對多個潛在官能團的進一步轉化及衍生化,尤其是通過選擇性關環反應及利用活潑甲基化 試劑碘甲烷進行的甲醚化反應,高效地實現了甲基原薯蕷皂元中呋喃環的構築及C22-oh的 甲醚化,從而以簡潔、原子經濟的方式實現了甲基原薯蕷皂甙元的合成。該發明將為甲基原 薯蕷皂甙及其類似皂甙的合成提供新的合成思路,即通過在甲基原薯蕷皂甙元分子的C3及 c26位接上相同或不同的糖鏈,可以合成甲基原薯蕷皂甙及多個類似物。以下通過實施例對本發明做進一步的說明,該發明並不受所舉實施例的限制。
具體實施例方式步驟1、26-氯-3 0 -羥基-16 ^ -乙醯氧基-5-膽甾烯_22_酮2的合成將11. 0g(20mmol)化合物1和5. 52g (40mmol) K2C03置於150mL四氫呋喃與甲醇的 混合溶液(v v = 1 1)中,室溫攪拌,TLC監測至反應完全,反應約需3h,反應完畢後加 入適量乙酸乙酯並用飽和食鹽水洗滌,有機相用無水硫酸鈉乾燥,減壓除溶劑後得9. 6g油 狀物,再經矽膠柱層析純化得白色固體化合物8. 8g。產率為87. 0%。化合物2 C29H45C104(M = 493. 12),m. p :167_168°C。13C NMR (CDC 13,75MHz) 8 13. 3 (C21), 16. 8 (C18), 17. 6 (C27), 19. 4 (C19), 20. 8 (CH2), 21. 2 (OAc),27. 6 (CH2) ,31. 4 (CH) ,31. 6 (CH2) ,31. 7 (CH2),34. 9 (CH2),35. 0 (CH),36. 5 (CIO), 37. 2 (CH2),38. 3 (CH2),39. 7 (CH2) ,41. 9 (C13),42. 3 (CH2),43. 6 (CH),50. 0 (CH),50. 8 (C26), 54. 1 (CH),55. 1 (CH) ,71. 6 (C3),75. 8 (C16), 121. 3 (C6),140. 9 (C5),169. 9 (OAc) ,212. 7 (C22) NMR(CDC13,500MHz) S 0. 86(s,3H,H-18),0. 99(m,9H),1. 13(d,J = 7.0Hz, 3H, H-21),1. 24 (m, 1H),1. 50(m,6H),1. 76(m,6H),1. 92 (m,6H),2. 97 (m,4H),2. 60 (m, 1H), 2. 94 (m, 1H),3. 45 (m, 2H, H-26),3. 51 (m, 1H, H_3),4. 97 (m, 1H, H-16),5. 33 (d, J = 4. 7Hz, 1H, H-6).FAB-MS (M++MNBA) :m/z 510 (M++18),1002 (2M++18) 步驟2、26-氯-3 0 -叔丁基二甲基矽氧基-16 ^ -乙醯氧基-5-膽甾烯_22_酮3 的合成分別稱取7. 0g(14. 2mmol)化合物 2,10. 6g(71mmol)TBDMSC1 和 1. 0g(14. 2mmol) 咪唑放入250mL燒瓶中,然後加入80mL DMF,在室溫下攪拌,TLC監測至反應完全,反應約 需24h,反應完畢後加入適量乙酸乙酯,並用飽和食鹽水洗滌混合液二次,有機相用無水硫 酸鈉乾燥,減壓除溶劑後得8. 2g油狀物,再經鹼性A1203柱層析純化得7. 6g白色固體化合 物3,產率為88. 2%0化合物3 :C35H59C103Si (M = 591. 38),m. p 160-161 °C。13C 匪R(CDC13,75MHz) 8 -5. 5 (2CH3), 13. 6 (C21), 17. 2 (C18), 17. 9 (C27), 18. 6 (C19), 19. 8 (CH2) ,21. 2 (OAc) ,21. 55 (CH2),26. 3 (3CH),27. 9 (CH2) ,31. 7 (CH),32. 0 (CH2), 32. 4 (CH2),35. 2 (C10),35. 4 (CH2),36. 9 (C),37. 7 (CH2),38. 6 (CH2),40. 1 (CH2),42. 3 (C), 43. 2 (CH2),43. 9 (CH),50. 4 (CH) ,51. 2 (C26),54. 4 (CH),55. 4 (CH),72. 9 (C3),76. 1 (C16), 121. 2 (C6),141. 9 (C5),170. 1 (OAc) ,213. 0 (C22)
NMR(CDC13,500MHz) S 0. 80 (s,3H,H-18),0. 83 (m,10H),0. 90 (m,12H),1. 08 (d, J = 7. 0Hz,3H, H-21), 1. 20 (m, 1H), 1. 37 1. 48 (m,7H),1. 60 1. 89 (m,9H),1. 90 (s, 3H),2. 17 2. 37 (m, 4H),2. 55 (m, 1H),2. 89 (m, 1H),3. 45 (m, 2H, H-26),3. 51 (m, 1H, H_3), 4. 92 (m, 1H, H-16),5. 24 (s,J = 4. 7Hz, 1H, H_6) FAB-MS (M++MNBA) :m/z624 (M++18) 步驟3、26-氯-3 0 -叔丁基二甲基矽氧基_5_呋留烯_22_醇4的合成將11. 8g(20mmol)化合物3和K2C035. 52g(40mmol)加入到150mL四氫呋喃與甲醇 的混合溶液(v v = 1 1)中,回流攪拌,TLC監測至反應完全,反應約需3h,反應完畢後 加入適量乙酸乙酯並用飽和食鹽水洗滌,有機相用無水硫酸鈉乾燥,減壓除溶劑後得油狀 物,再經鹼性A1203柱層析純化得白色固體化合物7. 74g。產率為70. 5%。化合物4 :C33H57C102Si (M = 549. 34)。13C NMR (CDC13, 75MHz) 8 -5. 5 (2CH3),15. 9 (CH3),16. 7 (CH3),18. 2 (CH3),18. 6 (C), 19. 8 (CH3) ,21. 2 (CH2),26. 3 (3CHS),28. 2 (CH2) ,31. 9 (CH),32. 3 (CH2),32. 5 (2CH2), 36. 1 (CH),36. 7 (CH2),37. 1 (C),37. 8 (CH2),40. 1 (CH2),40. 3 (CH),41. 1 (C),43. 2 (CH2), 50. 6(CH) ,51. 2(CH2) ,56. 9(CH) ,63. 1 (CH),72. 9 (CH),81. 9 (CH) ,110. 7(C),121. 2 (CH), 142. 0(C).NMR (CDC13,500MHz) S 0. 76 (s,3H),0. 85 (s,9H),0. 93 (m,12H),1. 20 1. 23 (m, 3H),1. 37 1. 45 (m, 8H),1. 50 (m, 6H),1. 55 1. 65 (m, 3H),1. 79 (m, 4H),1. 94 2. 02 (m, 4H),3. 42 3. 46 (m, 3H) ,4. 581 (m, 1H),5. 32 (s, 1H).步驟4、26-氯-22-甲氧基_3 0 -叔丁基二甲基矽氧基_5_呋留烯5的合成將5. 5g(10mmol)化合物4溶解在55mL四氫呋喃與甲醇的混合溶液(v v = 1 2)中,再向其中加入1.6g(llmmol)CH3I,室溫下攪拌約10 15min,TLC監測至反應完 全後加入適量乙酸乙酯並用飽和食鹽水洗滌,有機相用無水硫酸鈉乾燥,減壓脫溶劑後所 得殘餘物再經矽膠柱層析純化得白色固體化合物5. 5g。產率為95. 0%。化合物5 :C34H59C103Si (M = 579. 37)。13C NMR(CDC13,75MHz) 8 -5. 5 (2CH3),16. 1 (CH3),16. 7 (2CH3),16. 6 (CH3), 18. 1 (C),19. 8 (2CH3),21. 2 (CH2),26. 3 (CH3),28. 6 (CH2),30. 6 (CH2),32. 1 (CH2) ,31. 8 (CH), 32. 5 (2CH2),36. 2 (CH),37. 1 (C),37. 8 (CH2),40. 1 (CH2),40. 5 (CH),41. 1 (C),43. 2 (CH2), 47. 7(CH3) ,50. 6(CH) ,51. 3 (CH2),56. 9 (CH),64. 0 (CH),72. 9 (CH),81. 6 (CH) , 112. 6(C), 121. 2 (CH),142. 0(C).NMR (CDC13,500MHz) S 0. 75 (s,3H),0. 83 (s,9H),0. 95 (m,12H),1. 19 1. 22 (m, 3H),1. 46 1. 52 (m, 9H),1. 67 1. 76 (m, 6H),1. 92 (m, 3H),2. 06 2. 13 (m, 3H),2. 20 (m, 2H),3. 10 (s, 3H),3. 41 (m, 4H),4. 32 (m, 1H),5. 25 (s, 1H).步驟5、22-甲氧基-3 0 -叔丁基二甲基矽氧基_5_呋留烯-26醇6的合成(1)將 5. 8g (lOmmol)化合物 5 和 1. 15g(14mmol) NaOAc 溶解在 120mL DMF 中,攪拌 回流,TLC監測至反應完全,反應約需5 7h,反應完畢後加入較多量乙酸乙酯,有機相經飽 和食鹽水洗滌二次,無水硫酸鈉乾燥,減壓除溶劑後得殘餘物,經矽膠柱層析純化得白色固 體化合物,產率可達85.3%。在實際操作中,減壓除溶劑後所得殘餘物可不經純化直接用於 下步反應。
(2)取本步驟(1)所得產物 6. 03g(10mmol)和 K2C03 1. 66g(12mmol)置於 llOmL 四 氫呋喃與甲醇的混合溶液(v v = 1 1)中,室溫攪拌,TLC監測至反應完全,反應約需 5 6h,反應完畢後加入適量乙酸乙酯並用飽和食鹽水洗滌,有機相用無水硫酸鈉乾燥,減 壓除溶劑後所得殘餘物經矽膠柱層析純化得白色固體化合物5. 05g。產率為90. 1%。化合物6 :C34H6004Si (M = 560. 92)。13C NMR (CDC13, 75MHz) 8 -5. 5 (2CH3),16. 1 (CH3),16. 7 (CH3),16. 9 (CH3),18. 6 (C), 19. 8 (CH3) ,21. 2 (CH2),22. 7 (CH2),26. 3 (3CHS),27. 6 (CH2),30. 6 (CH2),32. 1 (CH2),32. 2 (CH), 32. 5 (CH2),36. 6 (CH),37. 1 (C),37. 7 (CH2),40. 1 (CH2),40. 4 (CH),41. 1 (C),43. 2 (CH2), 47. 7(CH3) ,50. 6(CH) ,56. 9 (CH),63. 8 (CH),63. 4(CH2) ,72. 9(CH) ,81. 5 (CH) , 112. 9(C), 121. 2 (CH),142. 0(C).NMR (CDC13,500MHz) S 0. 75 (s,3H),0. 83 (m,6H),0. 88 (d,7H),0. 96 (s,6H), 1. 19(m,6H),1. 46 1. 76 (m, 14H),2. 06(m,4H),2. 12(m,3H),2. 21 (m,2H),3. 11 (s,3H),
3.41 (m, 4H),4. 32 (m, 1H),5. 25 (s, 1H).步驟6、甲基原薯蕷皂甙元7的合成取5. 61g(10mmol)化合物6及無水4 A分子篩6. 9g,加入130mL THF,充分攪動, 加入9. 4g(30mmol)氟化四丁銨(TBAF. 3H20),室溫反應約10h,反應完成後過濾,濾液用適 量CHC13萃取,有機相經水洗滌後無水硫酸鈉乾燥,減壓除溶劑後所得殘餘物經矽膠柱層析 純化得白色固體化合物3. 59g,產率為80. 5%。化合物7 :C28H4604 (M = 446. 7)。13C 匪R(CDC13,75MHz) 8 16. 9 (CH3),16. 7 (CH3),16. 9 (CH3),19. 9 (CH2),21. 2 (CH2), 24. 3 (CH3),29. 6 (CH2) ,31. 1 (CH2),32. 0 (CH2),32. 3 (CH),32. 1 (CH2),33. 1 (CH2),36. 6 (CH), 37. 8 (CH2),38. 1 (C),38. 5 (C) ,41. 8 (CH),42. 1 (CH2),47. 7 (CH3),49. 8 (CH) ,51. 2 (CH), 63. 1 (CH), 63. 5 (CH2) ,71.2 (CH) ,81.2 (CH),111. 3(C),120. 9 (CH),141. 2(C).NMR (CDC13,500MHz) 8 1. 10(d,6H),1. 13 1. 40 (m, 9H),1. 44 1. 57(m,8H), 1. 73 1. 80 (m, 4H),2. 07 (m, 2H),2. 25 (m, 3H),2. 95 (m, 4H),3. 17 (s,3H),3. 44 (m, 4H),
4.52 (m, 1H),4. 62 (m, 1H),5. 28 (s, 1H).
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權利要求
甲基原薯蕷皂甙元的簡便合成方法,其步驟依次為(1)C3-OAc的選擇性醇解以薯蕷皂甙元的E/F全開環產物26-氯-3β,16β-二乙醯氧基-22-酮-5-膽甾烯為原料,用體積比1∶1的四氫呋喃/甲醇的混合溶液作溶劑,在弱鹼碳酸鉀的作用下,室溫下攪拌約3h可高選擇性地實現C3-OAc的醇解,其中,原料與碳酸鉀摩爾配比為1∶2;(2)C3-OH的上保護以(1)的產物為原料,在咪唑的催化下,用叔丁基二甲基氯矽烷(TBDMSC1)作C3-OH的保護試劑,在DMF溶劑中,室溫反應約24h,其中,原料、TBDMSC1及咪唑的摩爾配比1∶5∶1;(3)選擇性E環關環反應以(2)的產物為原料,在弱鹼碳酸鉀的作用下,在體積比1∶1的四氫呋喃/甲醇混合溶液中回流約8h,其中,原料、碳酸鉀摩爾配比為1∶2;(4)C22-OH的甲醚化反應以(3)的產物為原料,以體積比1∶2的四氫呋喃/甲醇混合溶液作反應溶劑,以碘甲烷作甲醚化試劑,室溫下攪拌約10~15min,其中,原料與碘甲烷的摩爾配比為1∶1.1;(5)C26-OH的形成以(4)的產物為原料,先用醋酸鈉作酯化劑,在DMF溶劑中,回流反應約5-7h,將C26-C1轉化為C26-OAc,其中,原料與醋酸鈉的摩爾配比為1∶1.4;然後在體積比1∶1的四氫呋喃/甲醇的混合溶液中,加入弱鹼碳酸鉀,室溫下攪拌約5~6h,將C26-OAc轉化為C26-OH,其中,原料與碳酸鉀的摩爾配比為1∶1.2;(6)甲基原薯蕷皂元的合成以(5)的產物為原料,以四氫呋喃作溶劑,在氟化四丁銨(TBAF.3H2O)的作用下,於室溫下攪拌約10h,其中,原料與氟化四丁銨的摩爾配比為1∶3。
2.根據權利要求1所述的甲基原薯蕷皂甙元的簡便合成方法,其特徵是上述反應 (1) (6)的後處理為,向反應完成後的混合物中加入適量乙酸乙酯,再用飽和食鹽水洗 滌,有機相用無水硫酸鈉乾燥,減壓除溶劑後所得殘餘物經柱層析純化,其中反應(1)、 (4) (6)用矽膠柱層析純化,(2)、(3)用鹼性Al2O3柱層析純化。
全文摘要
甲基原薯蕷皂甙元的簡便合成方法,屬有機合成技術領域。本發明以豐產、廉價的薯蕷皂甙元的E/F全開環產物26-氯-3β,16β-二乙醯氧基-22-酮-5-膽甾烯為原料,通過C3-OAc的選擇性醇解及C3-OH上保護後,在THF/MeOH混合溶液中,利用弱鹼K2CO3的高選擇性E環關環,形成C22-OH,再利用碘甲烷對C22-OH甲醚化,最後通過取代反應及C3-OH脫保護,以簡潔、原子經濟的方式實現了甲基原薯蕷皂甙元的合成。本發明所用原料和試劑便宜,操作簡單,反應條件溫和,產物易於分離純化,產率高,尤其通過選擇性關環反應及利用活潑甲基化試劑碘甲烷進行的甲醚化反應,高效地實現了甲基原薯蕷皂元中呋喃環的構築及C22-OH的甲醚化,並通過在甲基原薯蕷皂甙元分子的C3及C26位接上相同或不同的糖鏈,合成甲基原薯蕷皂甙及多個類似物,為甲基原薯蕷皂甙及其類似皂甙的合成提供了新的合成思路。
文檔編號C07J71/00GK101812112SQ200710066070
公開日2010年8月25日 申請日期2007年7月27日 優先權日2007年7月27日
發明者付正啟, 木曉雲, 朱洪友, 溫曉江, 程水連, 胡大偉, 雷澤 申請人:雲南大學

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