Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Góp phần nghiên cứu một vài phương pháp ứng dụng trong tổng hợp Pregnan từ Phytosterol thông qua Androstendion

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm đưa ra một sơ đồ mới hiệu quả tổng hợp corticoid từ sterol thay thế cho các sơ đồ trước đây tổng hợp chúng dựa trên nguyên liệu cũ không còn tương lai diosgenin và solasodin. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Góp phần nghiên cứu một vài phương pháp ứng dụng trong tổng hợp Pregnan từ Phytosterol thông qua Androstendion

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HOÁ HỌC Lƣu Thị Kim Nhung GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƢƠNG PHÁP ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP PREGNAN TỪ PHYTOSTEROL THÔNG QUA ANDROSTENDION LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HOÁ HỌC Lƣu Thị Kim Nhung GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƢƠNG PHÁP ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP PREGNAN TỪ PHYTOSTEROL THÔNG QUA ANDROSTENDION Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ Mã số: 60 44 27 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lưu Đức Huy Hà Nội – Năm 2011
MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN.......................................................................................................... 4 1.1 Phương pháp cyanhydrin tổng hợp mạch bên pregnan ...................................................... 4 1.2 Phương pháp acetylen tổng hợp mạch bên pregnan ........................................................... 7 1.2.1 Ngưng tụ 17-cetoandrosten với acetylen ................................................................... 8 1.2.2 Chuyển hoá 17-etynylcacbinol đến dẫn xuất 17-etynylsteroid tương ứng ......... `11 1.3 Tổng hợp mạch bên corticoid ........................................................................................... 16 1.3.1 Chuyển hoá nhóm 17-etynyl đến mạch bên corticoid ............................................... 16 1.3.2 Chuyển hóa 20-cetopregnan đến mạch bên corticoid ............................................... 20 1. 4 Tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan .................................................................... 21 1.4.1 Đưa mảnh 17α-hydroxy-16β-metyl vào 20-cetopregnan ......................................... 21 1.4.2 Đưa nhóm metyl vào vị trí 16β phân tử corticosteroid ............................................. 23 Chương 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................................. 26 2.1 Tổng hợp mạch bên pregnan áp dụng phương pháp cyanhydrin ..................................... 30 2. 2 Tạo mạch bên corticoid sử dụng hợp chất đa hóa trị của iod PhI(OAc)2 ..................... 42 2. 3 Nghiên cứu chọn lựa lập thể tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan ....................... 50 Chương 3: THỰC NGHIỆM .................................................................................................. 55 3. 1. Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (2) ................................................ 55 3. 2. Tổng hợp 17α-hydroxy-3,3 (2,2-dimetyl propylen dioxy)-androst-5 -en-17β- carbonitril (3) .......................................................................................................................... 55 3. 3. Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-17β-cyanandrost-5 ,16(17)-dien (4) ........ 56 3. 4. Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-pregn-5, 16(17)-dien-20-one (5) ............. 56 3. 5. Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-16α,17α-epoxy-pregn-5-en-20-one (6) . ..57 1
3. 6. Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-16α,17α-epoxy-20,20-dimetyl acetal- 21-hydroxy- pregn-5-en (7)......................................................................................................57 3. 7. Tổng hợp 16α,17α-epoxy-21-hydroxy –pregn-4-en- 3,20-dion ( 8 ) ............................. 57 3. 8. Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)- 17α-hydroxy -pregn-5-en -20-one (10) .. 58 3. 9. Tổng hợp 3,20-bis-(1,2-etandinyl)-acetal-16α,17α-epoxy-pregn-5-en ( 11) ................ 58 3. 10. Nghiên cứu phản ứng của 3,20-bis-(1,2-etandinyl)-acetal-16α,17α-epoxy-pregn-5- en ( 11) với CH3MgBr ................................................................................................................. 58 KẾT LUẬN ............................................................................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 61 PHỤ LỤC...................................................................................................................................66 2
MỞ ĐẦU Hiện nay Việt Nam phải nhập khẩu tới 90% hoạt chất làm thuốc, 100% các thuốc có gốc steroid và nền công nghiệp Hóa dược gần như là chưa có, do vậy giá thuốc rất cao so với mức thu nhập của người dân. Trước tình hình đó, Chính phủ Việt Nam đã phê duyệt Chương trình trọng điểm quốc gia về Hoá - Dược từ 2007 đến 2015 có tính đến 2020, nhằm thúc đẩy và tạo ra cú huých cho công nghiệp Hoá - Dược nước nhà phát triển. Tháng 10/2007, Đại hội Hoá - Dược diễn ra ở Hà Nội, Hội Hoá - Dược được thành lập, và bàn bạc rất sôi nổi, hưởng ứng “Chương trình trọng điểm Hoá- Dược quốc gia”. Phần lớn các ý kiến đều đồng nhất quan điểm cho rằng: Hiện nay, chương trình Hoá - Dược Việt Nam muốn thành công vẫn phải ưu tiên đi vào các nguồn hợp chất thiên nhiên như sterol đậu tương, flavonoid….[10]. Trước đây diosgenin và solasodin là nguyên liệu số 1 cho tổng hợp các loại thuốc steroid. Tuy nhiên chúng phải gieo trồng trên đất nông nghiệp nhiều năm mới có thu hoạch, do vậy giá thành cao. Từ lâu người ta đã ra sức tìm kiếm các nguồn nguyên liệu rẻ tiền hơn. Các sterol thực vật (phytosterol) được chú ý đến nhiều nhất vì chúng có trữ lượng rất lớn và có thể thu hồi được từ phế phụ thải công nghiệp giấy, công nghiệp mía đường và công nghiệp dầu đậu tương. Điều này đã trở thành hiện thực sau khi phát minh ra một số chủng vi sinh phân cắt chọn lựa mạch bên các sterol đến các 17-cetosteroid: androstendion (AD), androstadiendion (ADD) và 9-hydroxyandrostendion (9-OH AD) [3, 4, 23, 99]. Một số công ty dược lớn trên thế giới “Apdzon’’ [60] và “Serl”[18] của Mỹ, “Sering” [73] của LB Đức, “Mitsubisi” [49] của Nhật đã đưa ra thị trường một vài dược phẩm đầu tiên được bán tổng hợp từ sterol thông qua 17-cetosteroid trung gian [2]. Ở Việt Nam, từ những năm 1978-1980 đã có một số lượng lớn cán bộ khoa học Viện Hoá học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam (Viện KHVN - tên cũ) và Viện Dược liệu - Bộ Y tế ra sức tìm kiếm nguồn nguyên liệu diosgenin và solasodin từ cây cỏ Việt Nam. Kết quả là sau nhiều năm điều tra sàng lọc không chỉ ra được cây nào có thể làm nguyên liệu vì hàm lượng hoạt chất quá thấp. Cây 3
solanum di thực từ Liên Xô cũ vào Việt Nam trồng thử ở Lâm Đồng nhưng dần bị thoái hoá. Một vài cây dioscorea lấy giống từ Mehico cho hàm lượng diosgenin khá cao và ổn định. Vì vậy, Bộ Y tế đã có đề án quốc gia chiết xuất và chuyển hoá diosgenin đến các loại thuốc steroid. Tuy nhiên, sau ba kế hoạch 5 năm vẫn chưa đưa vào sản xuất một loại thuốc nào mà chỉ bán tổng hợp được một vài dẫn xuất ban đầu theo quy trình cũ từ những năm 1950; từ 1990 đến nay đề tài này không thấy được tiếp tục, có lẽ chính vì như trên đã nói thời thế đã thay đổi, sterol đang bắt đầu lên ngôi. Ở nước ta đang hoạt động một số nhà máy giấy cỡ lớn và đậu tương là một nông sản quan trọng thứ 3 với sản lượng hàng trăm ngàn tấn/ năm. Do vậy thu hồi sterol từ phế phụ thải của hai ngành sản xuất trên là một vấn đề thời sự có ý nghĩa khoa học, kinh tế, xã hội và môi trường to lớn. Ở Việt Nam từ 1990 đến nay nhóm nghiên cứu của Lưu Đức Huy và cộng sự (Viện Hoá Học-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu nhằm hoàn thiện một số phương pháp mới chuyển hoá sterol đến corticoid thông qua 17- cetosteroid trung gian. Mục đích cuối cùng là đưa ra một sơ đồ mới hiệu quả tổng hợp corticoid từ sterol thay thế cho các sơ đồ trước đây tổng hợp chúng dựa trên nguyên liệu cũ không còn tương lai diosgenin và solasodin. Năm 2006, lần đầu tiên Lưu Đức Huy và cộng sự Cuba đã công bố kết quả chuyển hoá vi sinh rất hiệu quả phytosterol, nguyên liệu Việt Nam đến androstendion (AD) và androstadiendion (ADD) [88]. Năm 2007, Bộ Khoa học  Công nghệ đã phê duyệt nhiệm vụ nghị định thư hợp tác với Liên bang Nga “Nghiên cứu công nghệ vi sinh chuyển hoá phytosterol đến androstendion (AD) và 9-hydroxy AD sử dụng trong công nghiệp Hoá-Dược” do Lưu Đức Huy làm chủ nhiệm . Vừa mới đây, Lưu Đức Huy và cộng sự Nga đã có công bố về công nghệ chuyển hóa vi sinh phytosterol của Việt Nam đến AD và 9α-OH AD với hiệu suất trung bình đạt 70% và 75÷80% tương ứng [98]. Công nghệ còn được nghiên cứu cải tiến, nâng cấp nhờ áp dụng phương pháp xúc tác Immobil [38]. 4
Về nguyên tắc khi nguyên liệu đầu là diosgenin hay solasodin, sau khi phân cắt chọn lọc mạch nhánh ta đã có được mạch bên pregnan; khi chuyển sang sterol ta nhận được 17-cetosteroid, tức là chưa có mạch bên pregnan. Như vậy, một trong số các nhiệm vụ quan trọng nhất là xây dựng mạch bên pregnan. Trong số nhiều phương pháp xây dựng mạch bên pregnan chúng tôi trình bày trong phần tổng quan, phương pháp cyanhydrin và phương pháp acetylen tỏ ra có triển vọng ứng dụng nhất. Từ phytosterol trong phạm vi của luận văn này, chúng tôi hạn chế nghiên cứu các phương pháp chính sau: 1. Phương pháp cyanhydrin tạo mạch bên pregnan. 2. Phương pháp tạo mạch bên corticoid sử dụng hợp chất đa hóa trị của iod PhI(OAc)2. 3. Phương pháp chọn lựa lập thể tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan. Thuộc về một chương trình rộng lớn hơn của nhóm ngiên cứu do Lưu Đức Huy phụ trách, nghiên cứu tổng hợp các loại thuốc có gốc steroid đặc biệt là các corticoid. 5
Chương 1: TỔNG QUAN Tổng hợp corticosteroid, nói riêng 20-cetopregnan từ 17-cetoandrosten có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp sau đây [4, 6, 7, 8, 9]. 1. Phương pháp cyanhydrin: 17-cetosteroid được ngưng tụ chọn lựa lập thể với HCN; 17-cyano-17-hydroxyandrosten tạo thành được ankyl hoá bằng tác nhân Grignard hay metyl liti. 2. Ứng dụng phản ứng Vittic, tức là tương tác 17-cetosteroid với Ilit photpho. 3. Ứng dụng phản ứng Knevenagel: ngưng tụ xúc tác bazơ 17-cetosteroid với hợp chất có nguyên tử hydro linh động như metoxy-, este cyanoacetic, isocyanoacetat, nitrometan v.v...và tiếp theo, oxy hoá liên kết đôi C17=C20. 4. Ứng dụng phản ứng Reformatxki: tương tác 17-cetosteroid với este của axit cacboxylic thế -halogen có mặt Zn và sau đó oxy hoá liên kết đôi C17=C20. 5. Phương pháp acetylen, tức là 17-cetosteroit được ngưng tụ với acetylen; 17- etynyl-17-hydroxy-androsten tạo ra sẽ được chuyển hoá đến pregnan bằng những phương pháp khác nhau. Con đường acetylen bắt đầu phát triển chỉ vào những năm gần đây khi có được khả năng rõ ràng 17-etynyl hoá định hướng lập thể 17- cetosteroid hay là epime hoá hiệu quả trung tâm C17 của 17-etynyl-17- hydrocyandrosten nhận được ban đầu trong phản ứng ngưng tụ acetylen. Điều đó đã kích thích mối quan tâm ứng dụng phương pháp này vào thực tiễn và cần thiết tổng kết lại các tư liệu tham khảo mà cho đến nay trong các tổng quan mới chỉ được đề cập rời rạc ở phạm vi tổng hợp mạch bên pregnan [4, 6, 7, 9]. Trong tổng quan này chúng tôi sắp xếp bố cục theo thời gian phát triển của phương pháp chuyển hoá 17-cetoandrosten đến 20-cetopregnan, đặc biệt lưu ý tới các công trình gần đây nhất. 1.1 Phương pháp cyanhydrin tổng hợp mạch bên pregnan Phương pháp rất có ý nghĩa thực tiễn tổng hợp mạch bên pregnan là phương pháp cyanhydrin, bao gồm tương tác của các hợp chất 17-cetosteroid với acetocyanhydrin (hay HCN) và ankyl hoá tiếp theo hợp chất 17α-hydroxy-17β- 6
nitril vừa nhận được. Phương pháp cyanhydrin xây dựng mạch bên corticoid từ AD và 9-OH AD có hàng loạt ưu điểm: tính chọn lọc cao của phản ứng hydrocyan hoá vào nhóm 17-ceto, tác nhân acetocyanhydrin dồi dào, rẻ tiền . Trong tổng hợp các pregnan từ AD chúng tôi đã chỉ ra tính hiệu quả cao của phản ứng này [72]. Phương pháp cyanhydrin xây dựng mạch bên pregnan trên cơ sở AD cũng đã được đề xuất bởi các tác giả Nhật [44]. Trong patent của hãng Apdzon [36], phương pháp cyanhydrin được áp dụng để mô hình hoá các dẫn xuất khác nhau của AD. Tuy nhiên việc sử dụng 9α-OH AD là hợp chất đầu đã được tuyên bố nhưng chưa được mô tả trong các ví dụ. Đã được biết để tránh chuyển vị không mong muốn với sự tham gia của nhóm 9-OH bậc 3 [18], một cách tiện lợi sẽ chuyển hoá nó đến dẫn xuất ∆9(11) , chức này khá bền vững hơn trong điều kiện các phản ứng tiếp theo. Hãng Mitsubishi của Nhật đã đề xuất điều chế 17β-cyan-17α-hydroxy-AD hay là dẫn xuất ∆9(11)-AD bằng cách hydrocyan .Tuy nhiên phản ứng của ∆9(11)-AD với acetoncyanhydin trong các điều kiện đã được mô tả bởi tác giả xảy ra với sự tạo thành chỉ dẫn xuất không mong muốn 17α-cyan-17β-hydroxy trong khi phản ứng với sự có mặt nhóm 9α-hydroxy ở chính các điều kiện này chỉ cho đồng phân epime mong muốn 17β-cyan-17α- hydroxy. Đồng phân epime 17β-cyan-17-hydroxy-∆9(11) có thể được nhận được bằng cách đồng phân hóa 17α-cyan-17-hydroxy tương ứng được tạo thành ban đầu bằng tác dụng, chẳng hạn natri cyanua hoặc là trietyl amoni hydrocyanua trong dung môi ancol bậc thấp [49]. Tác giả patent [73] đã điều chế thành công đồng phân epime 17β-cyan-17α-hydroxy xuất phát từ ∆9-AD với hiệu suất 93% trong môi trường rượu /nước khi sử dụng phương pháp epime hoá mà bản chất của phương pháp này là kết tủa dần dần đồng phân epime 17β-cyan bằng cách thay đổi nồng độ nước. N O HO C N OH C O O O 7
Chuyển hoá xa hơn hợp chất 17β-cyan-17α-hydroxy- đến 20-cetopregnan đã được thực hiện bằng tương tác các cyanhydrin tương ứng với các nhóm 3-ceto- và 17α-hydroxy đã được bảo vệ với metyl liti hay metyl magie bromua [37, 44, 74, 86]. Để tạo ra hợp chất ∆16- có thể sử dụng dẫn xuất 17α-cyan-17β-hydroxy cũng như đồng phân 17β-cyan-17α-hydroxy của nó, và cũng như là hỗn hợp của chúng. Ban đầu người ta este hoá nhóm 17-hydroxy của 17-cyanhydrin bằng cách tương tác với metalsulfonylchlorid, sau đó 17-cyano-17-metalsulfonyloxysteroid tạo ra được xử lí bằng tác nhân dehydrat hoá. Ankyl hoá tiếp theo ∆16-dehydro-17- nitril bằng tác nhân Grignard cho phép chuyển hoá các dẫn xuất androstan đến 20- cetopregnan với hiệu suất cao [22]. Phương pháp đã được hoàn thiện và áp dụng đối với các trường hợp 3-acetoxy-∆5-17-cetoandrostan và AD [75]. Để điều chế 17-acetyl steroid từ 17-oxo-steroid có thể sử dụng các tác nhân acetyl đặc biệt gọi là tác nhân acetyl che chắn làm thay đổi hoạt tính của nhóm cacbonyl . Các nguyên tắc và ứng dụng của khái niệm này đã được xem xét lại bởi D.Seebach [94], B.T.Grobel & D.Seebach [24]. Trong sự có mặt của các tác nhân acyl che chắn bazơ mạnh dạng anion bền vững mà nó dễ phản ứng với cacbon cacbonyl và tạo ra hợp chất trung gian dễ bị thủy phân thành nhóm acetyl dẫn tới 17-acetyl steroid khi phản ứng với 17-oxosteroid. Các tác nhân acyl che chắn có thể được sử dụng để tạo ra mạch bên pregnan [39, 76]. Rất ưa dùng loại này là alkyl hoặc các vinyl aryl ete, alkyl hoặc vinyl aryl thioete hoặc 1,1-trimetylendithio-etan. Việc sử dụng các vinyl ankyl ete được minh họa bởi Baldwin & Cs [12, 13]. Phương pháp này có thể được áp dụng để chuyển hoá 9α-hydroxy-17- cetosteroid đến 9α,17α-dihydroxy-20-ceto pregnan : O OH CH2 OH CH3 HO C C S S (CH 2)3 O BR2 R R R R 8
Áp dụng có kết quả tốt phương pháp “tác nhân che chắn acyl” đối với trường hợp 9-hydroxy steroid có vòng D chứa nhóm “X” là oxygen hoặc sulfua, “R” là nhóm ankyl (1-6C) hoặc aryl; sau khi xử lý với axit nhận được 17-acetyl- 17β-hydroxy steroid tương ứng. Để nhận được đồng phân epime 17-acetyl mong muốn có thể dehydrat hóa nó đến 16,17-dehydro steroid tương ứng. Các hợp chất 9α-hydroxy- steroid với nhóm chức 3-ceto và 17-hydroxy đã được bảo vệ, nhóm 17β-cyano có thể được chuyển hóa tới hợp chất 17-(1-imio etyl) mà không cần tách ra, được chuyển hóa tiếp theo tới các hợp chất 17β-acetyl tương ứng [77]. CH3 O CH3 CN C NH OR1 OH OR1 R R R Các phương pháp khác xây dựng mạch bên corticoid là rất phức tạp, tốn kém và không có triển vọng thực tiễn do hiệu suất thấp các sản phẩm mong muốn. Đó là tổng hợp với việc ứng dụng phản ứng Vittic và mô hình hoá phản ứng này (Phản ứng Khorner-Emmons) [19], tổng hợp với việc sử dụng phản ứng Knevenagel [82] với việc sử dụng phản ứng Reformatsky [20, 79, 80, 81] hay là các phương pháp khác đã biết [25, 82, 83, 84]. Để điều chế hợp chất với mạch bên corticoid từ 20-ceto steroid, đầu tiên tiến hành 21-halogen hóa, sau đó nguyên tử halogen được thay thế bằng nhóm acetyl , cuối cùng nhóm acetyl này được thuỷ phân đến nhóm chức 21-hydroxy mong muốn [90, 26, 58]. 1.2 Phương pháp acetylen tổng hợp mạch bên pregnan 9
1.2.1 Ngưng tụ 17-cetoandrosten với acetylen Etynyl hoá 17-cetosteroid ở điều kiện khống chế nhiệt động xảy ra từ phía  của phân tử, tạo thành dẫn xuất 17-etynyl-17-hydroxy. Thông báo đầu tiên 17- etynyl hoá 3-hydrocyandrostenon-17 bằng acetylen trong amoniac lỏng xuất hiện vào năm 1937 [31, 32, 75, 77], cho đến những năm 1970 đã được xem như là sự khẳng định vô luận về tính chất đặc thù lập thể của quá trình này, không phụ thuộc vào điều kiện ngưng tụ acetylen. Theo một phương pháp cổ điển (Favorski) 17- cetosteroid được xử lý bằng acetylen, có mặt bazơ (ancolat kali, liti diizopropylamit v.v...); đồng thời các phản ứng với androstendion, androstandiendion xảy ra mà không đụng chạm đến nhóm chức 3-ceto, cho hiệu suất cao (95  96%) 17- etynylcacbinol [44, 50]. O C CH CH CH , OH OH 95% O O AD , ADD Thử nghiệm ở chính các điều kiện này, ngưng tụ với 9-OH AD phát hiện thấy isome hoá bộ khung [37] và chỉ khi bảo vệ nhóm 3-ceto bằng phức chất acetylen liti với etylendiamin [15, 17, 37] cho phép thực hiện chuyển hoá với hiệu suất 30%. 10
O O O O O HC CH,t-BuOK + + OH O OH OH OH O C CH O C CH C CH O + + + O O C CH C CH OH LiC CLi(CH2)2(NH2)2 OH OH OH MeO O Tính chất không bền vững của 9-OH AD [16] và do đó hiệu suất 17- etynylandrost-4-en-9,17-diol-3-on thấp, hiện tại không thể xem hợp chất trung gian này là có triển vọng trong tổng hợp corticosteroid thế ở các vị trí 9,11. Một con đường lựa chọn khác tỏ ra đáng lưu ý hơn là ứng dụng phản ứng điều chế 17-etynyl hoá [98] androst-4,9(11)-dien-3,17-dion (9-AD) dễ kiếm trước đây [51 55]. Ngưng tụ 9-AD với acetylen có mặt tert-butylat kali xảy ra với hiệu suất 90% và không đòi hỏi bảo vệ nhóm 4 -3-ceto mà nhóm này được bảo vệ bằng cách tạo thành enolat bền vững. O O C CH H3PO4 HC CH OH OH O O 9-AD Lần đầu tiên vào năm 1979 Kanojia và cộng sự [34] đã chỉ ra khả năng điều chế trực tiếp 17-etynylcacbinol bằng cách etynyl hoá trực tiếp 17-cetosteroid. Trong trường hợp ngưng tụ ete-3-metylic estron với acetylen trong N- metylpirolidon / KOH đã nhận được cùng với 17-etynylcacbinol như dự đoán (mestranol), epime 17-etynylcacbinol (epimestranol) (87% và 13% tương ứng theo đánh giá bằng sắc ký bản mỏng hay 7% epimestranol đã được tách ra bằng sắc ký điều chế). 11
O C CH C CH OH OH CH CH + MeO 87% 13% Năm 1984, hãng Apdzon (Mỹ) đã “trình làng” phương pháp tổng hợp 17- etinylcacbinol như sau [56]: 17-cetosteroid được ngưng tụ với nguồn acetylen (C2H2, cacbuacanxi, kali hay những tác nhân khác sinh ra acetylen in situ), có mặt bazơ mạnh (KOH, t-BuOK v.v...) và dung môi amin epime hoá (etylendiamin; 1,3- propylendiamin; 1,2-diaminopropan; 1,2-diaminoxiclohexan v.v...không dưới 5%); đồng dung môi là THF, ete Et2O, dioxan...đã khẳng định chắc chắn rằng vắng mặt dung môi epime phản ứng xảy ra chỉ từ vùng  và chỉ tạo thành 17- etynylcacbinol. Tuy nhiên, nếu để hỗn hợp phản ứng trong một khoảng thời gian dài (2  4 ngày) có thể làm tăng thêm một lượng nhỏ sản phẩm 17-etynyl hoá. Thêm dung môi epime (5%) làm thay đổi tỉ lệ 17-etynyl / 17-etynylcacbinol (tùy thuộc vào chất đầu được sử dụng) từ 90 / 10 đến 75 / 25 (%). Với mục đích điều chế, các tác giả đề nghị tiến hành phản ứng trong dung môi 100% amin, khi đó hiệu suất 17-etynylcacbinol đạt 50%. Thực tế, hãng Niu-zi-lan “Gist-Brocads” đã xây dựng bằng phát minh “phương pháp đặc thù lập thể 17-etynyl hoá 14-hydroxy-17- cetoandrostan”. Thêm vào đó, các tác giả khẳng định rằng: có mặt nhóm chức 14- hydroxy trong phân tử không làm thay đổi hướng lập thể của phản ứng này [57]. Về nguyên tắc, phương pháp này ít khác biệt so với phương pháp trước đây, có chăng khi đó để etynyl hoá đã sử dụng phức chất của acetylenua liti với etylendiamin là một sản phẩm thương mại bền vững dạng bột dễ kiếm [17, 30]. Có khả năng, chính yếu tố 17-etynylcacbinol được đưa ra khỏi môi trường phản ứng (dioxan), do vậy hiệu suất rất cao (92%) là chi tiết quan trọng của sáng chế này mà các tác giả đã không đặc biệt lưu ý đến. 12
O C CH C CH OH 14 LiC CLi(CH2)2(NH2)2 OH H OH OH MeO O OH Ở đây chúng tôi xét thấy có sự tương tự với phương pháp cyanhydrin tổng hợp corticosteroid, khi đó 17-cyan hoá đặc thù lập thể 17-cetosteroid đạt được bằng cách kết tinh chọn lựa trực tiếp 17-nitril epime từ môi trường phản ứng trong điều kiện cân bằng nhiệt động [14, 45, 58-62]. Phương pháp điều chế chọn lựa 17- cyanhydrin này đã được công bố 48 năm trước đây [21], nhưng chỉ những năm gần đây mới được quan tâm thoả đáng vì các sản phẩm trung gian có thể được sử dụng trong tổng hợp corticoid. Xem xét tính chất tương tự rõ ràng giữa phương pháp cyanhydrin và ví dụ duy nhất hiện nay được dẫn ra ở trên 17-etynyl hoá 17- cetosteroid, có thể giả thiết rằng hướng này có thể phát triển trong thời gian tới. 1.2.2 Chuyển hoá 17α-etynylcacbinol đến dẫn xuất 17β-etynylsteroid tương ứng Chuyển hoá 17-etynylcacbinol đến các hợp chất với nhóm 17-etynyl, là nhóm chức hai nguyên tử C cần thiết để xây dựng mạch bên pregnan được thực hiện nhờ hai con đường sau : con đường thứ nhất bao gồm quá trình đề hydrat hoá nhóm 17-hydroxy, tạo ra 16 -enin; con đường thứ hai là epime hoá 17- etynylcacbinol qua 17-este của chúng. Trước nghiên cứu của Lưu Đức Huy và cộng sự [2], chưa được biết các thử nghiệm epime hoá trực tiếp 17-etynylcacbinol đến 17-etynylcacbinol bỏ qua giai đoạn 17-este hoá. Chỉ có bằng sáng chế chuyển hoá rượu 17-etynylic thành 17- epime của nó trong điều kiện tổng hợp acetylen được thực hiện trong dung môi amin epime hoá [56]. Vào những năm gần đây, trên một phông phát triển mạnh mẽ các phương pháp khác nhau tổng hợp 20-cetopregnan từ 17-etynyl-17-hydroxyandrosten tỏ ra có kết quả nhất là các phương pháp gián tiếp epime hoá thông qua 17-OR este (R = -SO3H, -COCF3, -NO2, v.v...) xúc tác muối kim loại và sau đó hydrat hoá 13
nhóm 17-etynyl; đồng thời trong một số trường hợp cả hai giai đoạn này được kết hợp làm một. Hướng này bắt đầu phát triển vào những năm 1970 từ những nghiên cứu ít có ý nghĩa thực tiễn epime hoá 17-acetat-17-etynylcacbinol trên xúc tác Al2O3, tuy nhiên cho ta khả năng có tính nguyên tắc thực hiện quá trình này [34, 35, 63, 65]. Ví dụ, mestranol acetat chỉ bị epime hoá 5% đến epimestranol, trong khi đó cần lưu ý rằng 4 -3-ceto-17-etynyl-17-acetat không bị đồng phân hoá và sản phẩm chính là enin [35]. CHO C CH C CH CH OAc + + Al2O3 MeO 5% 30 - 50% CH3 C CH OH C CH + 5% Các tác giả cho rằng quá trình isome hoá xảy ra bằng cách tách nhóm acetat trên bề mặt oxit nhôm lưỡng cực; các ion A & B tạo ra khi đó được bền hoá bằng các cách sau : Vấn đề phát hiện ra quá trình C17 - đồng phân hoá các acetat rõ ràng là lý do thúc đẩy phát triển mạnh mẽ hướng nghiên cứu này với trọng tâm sử dụng 17-este CH C CH C CH C OAc C CH A Hal B Hal O O OR Ag+ , HCO2H OCOR KHCO3 OH MeOH 14 CHO C CH CH3 C CH CH O C CH OH
khác dễ dàng tách loại nhóm este (trifloacetat, mezilat, nitrat). Có một số bằng phát minh, đặc biệt lưu ý đến giá trị thực tiễn là của hãng Sering- con đường một giai đoạn chuyển hoá este nitro thành 17-hydroxy (metoxy-,acetoxy)-20-cetopregnan [27, 65]. Theo phương pháp này, ví dụ 19-nor-17-etynyltestosterol được chuyển hoá 70% hiệu suất đến 19-nor-17-hydroxyprogesterol bằng cách đun nóng este nitro trong môi trường triamit của axit hexametyl photphoric (Et3N hay DMFA) và axit muravic, có mặt muối thuỷ ngân. Giả thiết phản ứng xảy ra qua sự tạo thành phức  với liên kết ba, làm đứt liên kết C17-O. Do vậy, tấn công tiếp theo của nucleophil (ion formiat) được thực hiện từ vùng  ít bị cản trở hơn của phân tử. Khi đó muối thuỷ ngân mang hai chức năng xúc tác: tạo khả năng không chỉ epime hoá vào nguyên tử C17 mà còn hydrat hoá liên kết ba. Sử dụng các nucleophil khác nhau (HOAc, MeOH) cho phép nhận được 17-acetoxy- và 17-metoxy-20-cetosteroid tương ứng, không luôn luôn cho hiệu suất định lượng (6% 17-acetoxyprogesteron trong [65] và 40% trong [27]). Các muối bạc có tác dụng epime hoá tương tự, đồng thời không hydrat hoá liên kết acetylen, dừng lại ở giai đoạn tạo thành 17-formiat- 17-etynylsteroid. O O OCOH + OH Hg2+,HCO2H C CH ONO2 C CH Ag+,HCO2H OCOH O Tương tự về nguyên tắc, trong phương pháp sử dụng 17-trifloacetat thay cho este 17-nitro. Theo các tác giả (Gedeon Rixter), 17-trifloacetat tỏ ra ưu việt theo quan điểm công nghiệp cũng như điều chế, cho hiệu suất định lượng 17- hydroxy- và 17-acetoxy-20-cetopregnan. Theo một phương pháp giả thiết 17- trifloacetat-17-etynylcacbinol sau khi điều chế in situ, được đun nóng có mặt 15
muối thuỷ ngân và axit muravic hay acetic, dung môi là bazơ lưỡng cực hay là không có proton [66]. Các tác giả xác nhận vắng mặt quá trình C17- epime hoá khi xử lý tương tự 17-formiat, acetat hay là monocloacetat, tạo ra 17-pregnan : Phát triển tiếp tục hướng nghiên cứu này, hãng Sering đã chuyển hoá thành công một giai đoạn 17-nitrat (triflo và tricloacetat)17-halogen-etynylcacbinol đến 17-hydroxy-21-halogen-20-cetopregnan [28, 67]. Khi đó phát hiện thấy tính chất không chờ đợi của muối bạc hydrat hoá nhóm 17-halogen etynyl. Đạt được mục đích này bằng cách xử lý các este vừa nói đến ở trên bằng 0,1  0,2 mol AgNO3 và HCO2H trong dung môi bazơ N-metylpyrolidon ở 200C, sau đó khi cần thiết người ta thuỷ phân 17-formiat vừa tạo thành. Ở đây, este nitro tỏ ra ưu việt hơn; thử nghiệm không thành công khi chuyển hoá tương tự dẫn xuất benzoat. C CH O OCOCF3 Hg2+ ,RCO2H OCOR 82  95% O R = NO2, COCF3, COCCl3, Hal = Br, Cl. Cần nói đến phương pháp tương tự chuyển hoá định lượng este bis- androstensulphit được tạo thành khi xử lý 17-etynylcacbinol với tionylclorua trong pyridin đến 17-formiat-20-cetopregnan hay là 17-metoxy-20-cetopregnan [64, 68]. Phản ứng xúc tác muối thuỷ ngân nghịch đảo cấu hình trung tâm C17, đồng thời hydrat hoá nhóm acetylen xảy ra dễ dàng ở 10  350C trong dung môi không có proton và có mặt nucleophil (HCO2H, MeOH). Phương pháp này, cùng với các phương pháp đã được mô tả ở trên là các phương pháp rất có triển vọng chuyển hoá hai giai đoạn 17-etynylcacbinol đến 17-hydroxy-20- cetopregnan. 16
O OCOH C CH Hg2+,HCO2H O HCON(CH3)2 SO Hg2+,MeOH O OMe O Al2O3 2 Không thể không nhấn mạnh các phương pháp thành công nhất epime hoá 17-etynylcacbinol đến 17-etynylcacbinol qua 17-sulphonat và 17-nitrat [45], [69, 99]. Chẳng hạn, 17-sulphonat mestranol bị epime hoá xúc tác muối Ag+ trong THF ẩm thành epimestranol với hiệu suất cao lạ thường (95%) [99]. Quá trình 16 - tách loại không mong muốn metalsulphoaxit thực tế không đáng kể (5%). Trong các điều kiện tương tự este 17-nitro-17-etynyl-1,4-androstadienon cho 89% hiệu suất 17-hydroxy-17-etynylandrostenon [45]. Vai trò xúc tác epime hoá có thể dùng các muối đồng hoá trị một [69]. Có hai quan điểm giải thích cơ chế nghịch đảo xúc tác kim loại trung tâm C17 của 17-este-17-etynylcacbinol. Quan điểm thứ nhất là giả thuyết đã được nhắc đến ở trên [27] giả thiết tạo thành phức  giữa kim loại với các electron acetylen và oxy của nhóm este. Khi đó liên kết C17-O bị đứt ra kích thích thế SN2 nhóm este bằng nucleophil từ phía  của phân tử ít cản trở không gian. Theo ý kiến của các nhà khoa học Nhật [36], cơ chế này không giải thích được tại sao vắng mặt hoàn toàn quá trình C17 isome hoá khi xử lý tương tự este 17-nitro-17- etynylcacbinol và như vậy cho phép nghĩ đến có khả năng hơn tạo thành 17- cacbocation được bền hoá bởi kim loại và nucleophil tấn công từ vùng  theo cơ chế SN1 : (M = Ag+, Cu+, Hg+, Hg2+). Lưu Đức Huy và cộng sự [29] lần đầu tiên đã áp dụng thành công phản ứng Nicholas [43] để epime hoá trực tiếp 17-etynylcacbinol bỏ qua giai đoạn este hoá. Phương pháp tỏ ra là một phương pháp chung trong tổng hợp một lớp chất bất kỳ ONO2 O C CH N+ - CH O C + O M 17 + M C CH + C CH ONO2 OH OH
17-X thế-17-etynylandrosten (X =O-, N-, S-, Hal-, C-). Co2(CO)6 Co2(CO)6 Co2(CO)6 C CH C CH C CH OH OH(X) HBF4.Et2O HX o -78 C BF4 (NH4)2Ce(NO3)6 -10oC (hoÆc Fe3+) C CH OH(X) 1.3 Tổng hợp mạch bên corticoid 1.3.1 Chuyển hoá nhóm 17-etynyl đến mạch bên corticoid 17-etynylcacbinol dễ dàng bị hyđrat hoá xúc tác muối thuỷ ngân hoá trị hai đến 20-cetosteroid (phản ứng Kutrerov) [29, 70]. C21-hydroxyl hoá 21-metyl-20- cetosteroid tạo thành có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau đã biết [22]. Một trong số các phương pháp chuyển hoá nhóm 17-etynyl đến mạch bên corticoid là xử lý 17-etynylandrosten bằng N-bromacetamit trong dung dịch đệm H2O-CH3COOH, sau đó chuyển hoá 21,21-dibrom-20-ceto đến 21-acetat tương ứng với hiệu suất 50  70%, bằng cách đun nóng với KOAc trong dung môi phân cực không có proton [42]. Các phương pháp hoàn chỉnh và thành công đã được thảo luận ở trên tổng hợp 17-etynylandrosten thúc đẩy chúng ta tìm kiếm những phương pháp mới có khả năng chuyển hoá nhóm 17-etynyl đến mạch bên corticoid. Vào năm 1985 đã xuất hiện hai hướng nghiên cứu và cả hai đều dự kiến sử dụng các hợp chất hữu cơ iod đa hoá trị [45, 71, 97]. Ở hướng nghiên cứu thứ nhất, 17-acetoxy-17- etynylandrost-1,4-dien-3-on được chuyển hoá thành 17,21-diacetoxypregn-1,4- dien-3,20-dion [45]. Giai đoạn chìa khoá là phản ứng xảy ra định lượng tạo thành 21,21-diiodua khi tương tác 17-etynyl-17-acetat với hỗn hợp iod / axit peracetic; trong khi đó dẫn xuất 17-hydroxy của nó không phản ứng. Tuy nhiên, thế iod bằng nhóm acetoxy trong 21,21-diiodua và monoiodua xảy ra khó khăn và có thể 18