（应用化学专业论文）甾体药物合成新工艺的研究.pdf

1 e 甾体药物合成新i ：艺的研究 碱性条件下，与h 2 0 2 反应得到4 ，5 一环氧化合物；第二步，用浓盐酸将4 ，5 一环氧化 合物开环，氯代，得到4 氯代产物；第三步，在碱存在的条件下，4 一氯代产物与 叔丁醇发生水解反应，得到福美斯坦。总收率达到5 5 1 。 实验中研究了t l c 分析对各反应进程进行跟踪监控的条件，通过熔点测定、 i r 、1 hn m r 等方法对合成中得到的部分中间体及目标产物进行了结构验证。 本文探索的合成以上三种物质的新方法，可望缩短工艺流程，减少操作步骤， 提高合成收率，降低成本。 关键词：甾体；甲睾酮；3 一甲氧基一16 一亚甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一17 一 酮；福美斯坦；合成 北京二l i 商大学硕士论文 a b s t r a c t s t e r i o dh o r m o n ei sak i n do fw i d es p e c t r u mp h y s i o l o g i c a la c t i v es u b s t a n c e ，w h i c h e x i s t si nt h eb o d yo fm a n k i n da n dt h ea n i m a l i ti st h es e c o n db i gk i n do fm e d i c i n e ， w h i c hi so n l yi n f e r i o rt oa n t i b i o t i c s ，w i t hv e r yb r o a dp r o s p e c to fd e v e l o p m e n ta n d u n s u b s t i t u t e du s e s a tp r e s e n t ，y a mi su s e da sm a t e r i a lt o p r e p a r es t e r o i dc o m p o u n d si nm o s t c o u n t r i e so ft h ew o r d b u tt h ed e m a n do fs t e r o i dm e d i c i n e si si n c r e a s i n ga n dt h ey a mi s l i m i t e d ，i th a sb e c o m ean e wr e s e a r c hd i r e c t i o no fs y n t h e s i z i n gt h i sk i n do fm e d i c i n e f r o m a n d r o s t 一4 一e n e 一3 ，17 - d i o n e ，w h i c h i st r a n s f o r m e df r o m p h y t o s t e r i nt h r o u g h m l c r o o r g a n l s m s t a r t i n gf r o ma n d r o s t - 4 - e n e 一3 ，17 一d i o n e ，t h ep r e p a r a t i o no f17 a - m e t h y l t e s t o s t e r o n e ， 3 - m e t h o x y 一1 6 一m e t h y l e n e a n d r o s t a 一3 ，5 一d i e n 一1 7 一o n ea n df o r m e s t a n ew a ss t u d i e di n t h i s p a p e r 17 a m e t h y l t e s t o s t e r o n ew a sp r e p a r e df r o ma n d r o s t 一4 一e n e 一3 ，17 一d i o n ei nf o u rs t e p s t h ei m p r o v e m e n to fi t sp r o c e s s ，b yi n c r e a s i n gt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ed u r i n gt h e s e c o n ds t e p ，w a sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r an e wp r o c e s sf o rp r e p a r i n g17 a m e t h y l t e s t o s t e r o n ei nt w os t e p sw a ss t u d i e d f i r s ts t e p ，a n d r o s t 一4 一e n e - 3 ，17 一d i o n ew a sr e a c t e dw i t hm e t h y lo r t h o f o r m a t et op r o d u c e 3 - m e t h o x y a n d r o s t a 一3 ，5 - d i e n 一1 7 - o n e ，t a k i n gt h ea n h y d r o u st h fa st h es o l v e n t ，t h e p - t o l u e n e s u l f o n i ca c i da st h ec a t a l y s t s e c o n ds t e p ，3 - m e t h o x y - a n d r o s t a 一3 ，5 一d i e n 一1 7 一 o n ew a sr e a c t e dw i t hg r i g n a r dr e a g e n tc h 3 m g ii na n h y d r o u se t h e r , t h e nh y d r o l y z e di n t h ep r e s e n c eo fh y d r o c h l o r i ca c i d ，g i v i n g1 7 a m e t h y l t e s t o s t e r o n ei n8 3 5 o v e r a l l y i e l d an e w p r o c e s sf o rt h ep r e p a r a t i o no f 3 一m e t h o x y - 1 6 - m e t h y l e n e a n d r o s t a 一3 ，5 d i e n 一 17 一o n ei nt h r e e s t e p s w a ss t u d i e d f i r s t l y , t h ec 3 一c a r b o n y lg r o u p o f a n d r o s t 4 一e n e 一3 ，17 - d i o n ew a sp r o t e c t e dw i t hm e t h y lo r t h o f o r m a t ei na n h y d r o u st h f ， u s i n gt s o ha sc a t a l y s t ，t og i v e3 - m e t h o x y a n d r o s t a 一3 ，5 - d i e n e 一17 - o n e ；s e c o n d l y , c 1 6 一h o f3 - m e t h o x y a n d r o s t a 一3 ，5 - d i e n e - 17 - o n ew a ss u b s t i t u t e dw i t hd i m e t h y l o x a l a t ea tt h e 甾体药物合成新一l ：艺的研究 p r e s e n c eo fs o d i u mm e t h o x i d e ，g i v i n g3 - m e t h o x y - 16 一m e t h y l o x a l y l a n d r o s t a 。3 ，5 一d i e n e 1 7 一o n e ；t h i r d l y , 3 - m e t h o x y - 1 6 一m e t h y l o x a l y l a n d r o s t a - 3 5 一d i e n e 一1 7 一o n er e a c t e dw i t h p a r a f o r m a l d e h y d ei nb a s ec o n d i t i o n ，t h e nt h et i t l ep r o d u c tw a so b t a i n e di n4 0 2 o v e r a l ly i e l d t h es y n t h e s i so ff o r m e s t a n ew a ss t u d i e d t h i sp r o c e s sc a nb ed i v i d e di n t o3s t e p s ： f i r s t l y , a n d r o s t - 4 一e n e - 3 ，1 7 - d i o n ew a se p o x i d a t e db y h y d r o g e np e r o x i d e i nb a s e c o n d i t i o n ，g i v i n gt h e4 , 5 一e p o x i d e t h e n ，i tw a sc o n v e n e di n t ot h ec o r r e s p o n d i n g c h l o r i d ei nt h ep r e s e n c eo fh y d r o c h l o r i ca c i da n da c e t o n e f i n a l l y , s u b s t i t u t i o nw i t h p o t a s s i u mh y d r o x i d ea n dt e r t - b u t y la l c o h o lg a v et h et i t l ep r o d u c tf o r m e s t a n e t h i s s y n t h e t i cp r o c e d u r ei sc o n v e n i e n t ，s i m p l ea n dg i v e sg o o dy i e l d a n dt h et o t a ly i e l di s 5 5 1 t h es y n t h e t i cr o u t ea n dr e f i n i n gm e t h o dw e r ed e t e r m i n e do nt h eb a s i so fs t u d y i n g o nt h em e c h a n i s mo ft h es y n t h e s i so ft h ef o r m e s t a n e t h r o u g ht h es i n g l e - f a c t o rc o n t r o l t e s t s ，m a i nf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e dt h ep r o c e s sw e r ei n v e s t i g a t e da n do p t i m u m r e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e d i na d d i t i o n ，t h es t r u c t u r ea n dt h ep u r ed e g r e eo f p r o d u c t sw e r ei d e n t i f i e db yt h ei n s t r u m e n t a la n a l y s i s ，i n c l u d i n gi r ，1hn m ra n d h p l c k e y w o r d ：s t e r i o d ；1 7 a m e t h y l t e s t o s t e r o n e ；3 - m e t h y l e n e a n d r o s t a 一3 ，5 一d i e n 一1 7 一o n e f o r m e s t a n e ；s y n t h e s i s 北京【商人学硕十论文 目录 摘要i 目录工 第一章前言l 1 1 甾体激素概述1 1 2 甾体激素研究进展2 1 2 1 雄激素4 1 2 2 雌激素5 1 2 3 孕激素6 1 3 本论文研究意义8 1 3 1 甲睾酮的研究意义9 1 3 21 6 - 亚甲基类甾体化合物的研究意义9 1 3 3 福美斯坦的研究意义1 0 1 4 本论文的主要工作1 0 第二章甲睾酮的合成1 2 2 1 主要仪器与设备1 2 2 2 主要试剂及药品13 2 3 甲睾酮合成路线优化1 3 2 3 1 工艺路线的选择1 3 2 3 2 工艺流程图1 5 2 3 3 实验操作1 9 2 4 甲睾酮合成新方法研究2 1 2 4 1 工艺路线的确定2 1 2 4 2 工艺流程图2 3 2 4 3 实验操作2 5 甾体药物合成新l ：艺的研究 2 4 4 结果与讨论2 6 2 5 谱图解析3 0 2 5 1a d 烯醚( v ) 3 0 2 5 2 甲睾酮( ) 3 1 2 6 小结一3 3 第三章3 一甲氧基一1 6 一亚甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮的合成3 4 3 1 主要仪器与设备3 4 3 2 主要试剂与药品3 4 3 3 工艺路线的评价与选择3 4 3 4 工艺流程图3 6 3 4 13 一甲氧基一雄甾一3 ，5 一二烯- 1 7 - 酮( a d 烯醚) ( v ) 的合成3 6 3 4 23 一甲氧基- 1 6 - 甲酰氧甲基一雄甾一3 ，5 一二烯- 1 7 一酮( ) 的合成3 7 3 4 33 一甲氧基- 1 6 - 亚甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( ) 的合成3 8 3 5 实验操作3 9 3 5 13 一甲氧基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( a d 烯醚) ( v ) 的合成3 9 3 5 23 一甲氧基一1 6 一甲酰氧甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( ) 的合成3 9 3 5 33 一甲氧基一1 6 一亚甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( ) 的合成4 0 3 6 结果与讨论4 0 3 6 13 一甲氧基一雄甾一3 ，5 一二烯- 1 7 - 酮( a d 烯醚) ( v ) 的合成4 0 3 6 23 一甲氧基一1 6 一甲酰氧甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( ) 的合成4 0 3 6 33 一甲氧基一1 6 一亚甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( ) 的合成4 5 3 7 谱图解析4 7 3 7 13 一甲氧基一1 6 一甲酰氧甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( ) 4 7 3 7 23 一甲氧基一1 6 一亚甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 一酮( ) 4 8 3 8 小结5 0 第四章福美斯坦的合成5 1 4 1 实验仪器与设备5 1 4 2 主要试剂与药品5 2 4 3 工艺路线评价与选择5 2 北京t 商人学硕士论文 图 环氧雄甾一3 ，1 7 一二酮( ) 的合成 一4 一雄烯一3 ，1 7 一二酮( i x ) 的合成 斯坦( x ) 的合成 环氧雄甾一3 ，1 7 一二酮( ) 的合成 - 4 - 雄烯一3 ，1 7 一二酮( ) 的合成 斯坦( x ) 的合成 论 环氧雄甾一3 ，1 7 一二酮( ) 的合成 - 4 - 雄烯一3 ，1 7 一二酮( i x ) 的合成 斯坦( x ) 的合成 环氧雄甾一3 ，1 7 一二酮( ) - 4 - 雄烯一3 ，1 7 一二酮( ) 斯坦( x ) 5 5 5 5 5 6 5 7 5 8 5 8 5 8 5 9 6 0 6 0 6 l 6 3 6 5 6 5 6 6 6 7 6 8 7 0 7 2 7 5 7 6 北京t 商大学硕士论文 1 1 甾体激素概述 第一章前言弟一早月l j苗 甾体激素广泛存在于生物体中，甾体是由我国著名有机化学家黄鸣龙命名的s t e r o i d 的中文名字，它形象而生动地向我们展示了这种存在于自然界的天然化合物的结构：四 个相连的环加上三个取代基。 甾体激素，又称类固醇，是一类含有环戊烷多氢菲核的化合物，结构通式如图1 1 所示。 2 3 1 6 46 图卜1 甾体化合物基本骨架 由三个六元环和一个五元环组成，分别称为a 、b 、c 、d 环，在母核第1 0 和第1 3 位有角甲基( - c h 3 ) ，第3 、1 1 、1 7 位可能有羟基( o h ) 或羰基( c = o ) ，a 环或b 环 存在部分双键，1 7 位上有长短不同的侧链，由于甾体母核上取代基、双键位置或立体构 型等的不同，形成了一系列具有独特生理功能的化合物【卜2 1 。 甾体激素存在于人类及动物体内，是一类维持生命、保持正常生活、调节机体物质 代谢、细胞发育分化、促进性器官发育及维持生殖的重要生物活性物质。它不仅能治疗 多种疾病，而且也是计划生育及产生免疫抑制等方面不可缺少的药物。甾体激素药物可 分为五类：( 1 ) 类皮质激素，如：可的松，强的松，氢化可的松，地塞米松，泼尼松等； ( 2 ) 雌激素，如：乙炔雌二醇，戊酸雌二醇等；( 3 ) 雄激素，如：睾丸素，甲基睾丸 素等；( 4 ) 蛋白同化激素，如：苯丙酮诺龙、大力补等；( 5 ) 避孕药，如：炔诺酮，甲 地孕酮，乙酸孕酮等。类皮质激素具有抗炎症和抗变态反应性功效，临床上被广泛用于 治疗类风湿性关节炎、支气管哮喘及湿疹等皮肤病；性激素是治疗雄性器官衰退和某些 妇科疾病的主要药物，是口服避孕药的主要成份；蛋白同化激素用于改善蛋白代谢，恢 复和增强体力以及利尿降压等。 甾体药物合成新l ：艺的研究 另外，甾体激素药物还被开发成为麻醉药、抗心律失常药、抗细菌药、抗胆碱酯酶 药、抗凝血剂、抗真菌药、抗肿瘤药、抗原生动物药、胆汁分泌剂、诊断剂、神经调节 阻断剂、胆石分散剂、止血剂、钙调节剂、神经病治疗药、泻药及安定药等。由于甾体 激素药物有着不可取代的用途，且治疗适应症的不断扩大，因此已越来越引起人们的重 视。 1 2 甾体激素研究进展 在世界药物家族中，甾体激素药物是仅次于抗生素的第二大类药物。9 0 多年来，甾 体激素类药业发展很快，据欧洲药物专家预测：未来2 0 年以内，甾体激素类药业仍呈 显著的上升态势，其需求量将越来越大，欧洲将以每年5 2 、美国以4 4 、亚洲以7 7 、 非洲和南美洲将以1 3 速度猛增。 2 0 世纪3 0 年代，从动物腺体中分离出天然甾体激素一雌( 酚) 酮( e s t r o n e ，1 9 3 2 年) 、雌二醇( e s t r a d i o l ，1 9 3 2 年) 、睾丸酮( t e s t o s t e r o n e ，1 9 3 5 年) 和皮质酮( c o r t i c o s t e r o n e ， 1 9 3 9 年) 等，并获得结晶，阐明了化学结构，在实验室全合成成功，从此建立了甾体激 素化学和药物学。 自2 0 世纪4 0 年代以来，甾体激素类药物发展迅速，许多药物相继被研发出来，同 时随着合成工艺的不断革新，许多药物已经可以大量地投入市场。 4 0 年代，人们以薯蓣皂苷作为甾体激素药物的工业原料，甾体激素药物进入了实 用阶段，使得甾体激素药物的普遍应用成为现实。从薯蓣皂苷元得到的醋酸妊娠双烯醇 酮及醋酸去氢表雄酮成为各类半合成甾体激素药物的中间体，促进了甾体化学及甾体药 物化学的迅速发展。 自从1 9 4 9 年发现促。肾上腺皮质激素( a c t h ) 及可的松能有效地治疗类风湿关节炎 后，甾体激素的使用范围逐步从替补治疗扩大到更广阔的领域，并促使人们对于甾体的 化学合成及其构效关系进行深入研究，在此期间直至以后数十年得到了许多皮质激素新 药。 稍后，在甾体激素化合物合成过程中采用微生物转化的方法，如：a 环芳香化，a 环引入双键及b 环1 1 位引入含氧基团等，使适宜植物皂苷元为原料的半合成法趋于完 善。而用微生物氧化胆甾醇或豆甾醇c 一1 7 位侧链的成功，开辟出了一条异于薯蓣皂素 制备箔体化合物的新路线。微生物转化法的区域选择性和立体选择性均较好、专一性强、 北京 ：商大学硕士论文 收率高，一步发酵常可代替几步化学反应。 5 0 年代后期到6 0 年代初期，口服甾体避孕药的出现不仅为人类控制生育做出了巨 大成就，它也促使甾体化学，特别是孕激素化学的研究不断深入。甾体激素的使用人数 猛增至上亿人口，甾体激素药物的消费量大幅度上升，推动甾体激素工业生产水平达到 新的高度。 7 0 年代以后，由于有机合成的飞速发展，尤其是不对称合成的进步，甾体激素药 物的全合成实现了工业化生产。炔诺孕酮( 图1 2 ) 是最先实现工业生产的全合成甾体 激素药物。由于采用不对称合成，虽然炔诺孕酮中存在6 个手性碳，但是只得到c 1 3 消 旋的两个异构体【3 】。此后一系列的1 8 甲基孕激素药物通过全合成而得到。有机合成的 发展将甾体激素药物的工业生产水平推上了新的高度。 0 h 氢化可的松 炔诺孕酮 米非司酮 c h 3 图1 2 几种早期的甾体激素 8 0 年代初，甾体新型植物生长调节剂的发现为农业生产发展的新飞跃带来了机遇。 此外米非司酮( 图1 2 ) 的发现，促进了一类抗孕激素的发展，揭开了早孕药物发展的 新篇章。 9 0 年代以来，甾体激素药物的发展加快，从植物和海洋生物中发现的许多具有全新 结构特点的甾体皂苷 4 1 、双甾体【5 _ 7 1 、多核甾体等化合物【8 1 。它们具有独特的生理作用， 表现出较强的抗癌活性，已经引起了许多甾体化学家、医学家和药学家的极大兴趣。 现在，甾体激素药物将有可能在抗肿瘤药物、心血管系统药物以及计划生育药物等 方面产生更大的发展。 几十年来，甾体激素药物研究发展有力地推进了医疗事业和制药工业的发展。它不 仅是有机化学和药物化学研究的一个重要部分，并且还不断丰富了有机合成化学、有机 立体化学、有机波谱学及药理学等相关学科。可以预见，甾体激素药物研究必将成为一 个具有广阔前景的研究领域。 甾体药物合成新。i ：艺的研究 1 2 1 雄激素 雄激素是维持男性生殖器的发育及促进副性征发生的物质，它控制着雄性器官的发 育并维持雄性副性征，同时雄性激素也具有一定的蛋白同化活性。1 9 3 1 年b u t e n a n d t 从 尿中分离出结晶雄素酮( a n d r o s t e r o n e ) ，1 9 3 4 年同样从尿中发现去氢表雄酮 ( d e h y d r o e p i a n d r o s t r o n e ) ，随后1 9 3 5 年从雄仔牛的睾丸中分离出来睾丸素 ( t e s t o s t e r o n e ) ，这是最早获得的天然雄性激素纯品【9 】。现已证明：睾丸素是睾丸分泌 的原始激素，雄激素则是睾丸素的代谢产物。其他的天然雄激素有雄烯双酮 ( a n d r o s t e n e d i o n e ) 、雄烯三酮( a d r e n o s t e r o n e ) 、1 1 p 羟基一雄烯双酮等。活性最强的 是睾酮。结构式如图1 3 所示。 h o h 雄素酮 o 雄烯双酮 h o o 去氢表雄酮 o o 睾丸素 雄烯三酮 11p 羟基一雄烯双酮 图1 - 3 天然雄激素 1 9 3 5 年观察发现雄激素除具有雄激素作用之外，还有一定的同化作用。临床上把这 类物质用于治疗蛋白代谢系统和内分泌系统的疾病，或用于因手术关系引起的衰弱，还 用于拮抗肾上腺皮质激素的蛋白异化作用，而且由于结构的改造可以使雄性活性降低及 蛋白同化活性增大。主要的蛋白同化激素如图1 4 所示： 4 北京l ：商大学硕士论文 o c h 2 c h 2 c 6 h 5 h o h 苯丙酸诺龙 康复龙 1 2 2 雌激素 0 h o c h 3 0 o h 4 氯睾酮 o h h 康力龙 去氢甲睾酮 图1 4 几种主要蛋白同化激素 o h 3 雌激素能够促进和维持女性生殖器和副性征的发育，主要用于治疗更年期综合症、 卵巢功能不全、闭经、晚期乳腺癌，还可用于避孕药的配伍成分。典型的雌激素有雌酮、 雌二醇、雌三醇等。 1 9 2 3 年发现卵巢提取物对阉割雌鼠可以引起发情、月经等类女性生理现象。1 9 2 7 年发现在孕妇尿中存在有女性激素作用物质。1 9 2 9 年d o i s y 和b u t e n a n d t 分别把结晶状 的活性物质雌素酮( e s t r o n e ) 成功地从孕妇尿中分离出来。1 9 3 5 年d o i s y 又把活性更高 的雌二醇( e s t r a d i 0 1 ) 从卵巢中直接分离出来，随后，又发现雌三醇( e s t r i 0 1 ) 、去氢马 烯甾酮( e q u i l i n ) 、马萘雌酮( e q u i l e n i n ) 、二氢马萘雌甾酮( d i h y d r o e q u i l e m i n ) 等具有 激素活性的代谢物质。天然雌激素中，雌二醇( e s t r a d i 0 1 ) 的活性最高，在酶作用下， 雌酮( e s t r o n e ) 、雌二醇( e s t r a d i 0 1 ) 、雌三醇( e s t r i 0 1 ) 三者是可以相互转化的( 图l 一5 ) 。 甾体药物合成新i ：艺的研究 h o h o 雌二醇 1 2 3 孕激素 雌三醇 雌二醇脱氢酶 h o h 雌二醇脱氢酶 h o 雌酮 图1 5 雌激素之间的相互转化 o h 孕激素是由卵巢黄体分泌的甾体激素。它对子宫内膜的分泌转化、蜕膜化过程、 维持性周期以及保持妊娠起重要作用，也是女用甾体口服避孕药的主要成分。 按化学结构分类，孕激素可以分为孕酮类和睾酮类。 孕酮类孕激素包括黄体酮及其衍生物。黄体酮又称孕酮，是天然存在的孕激素。1 9 3 4 年从雌猪卵巢中分离出来活性物质黄体酮以及无活性的50 【一孕甾烷3 p 醇2 0 一酮。在生物 体内还存在有代谢物质孕甾烷双醇和是生物合成前体的孕甾烯醇酮等孕激素，但它们的 活性远不如黄体酮( p r o g e s t e r o n e ) 。后来，人们发现对黄体酮的结构进行改造，可以获 得一系列孕酮类孕激素，如甲羟孕酮，甲地孕酮，氯地孕酮等，它们都是强效的口服孕 激素。经过大量孕激素衍生物的制备及活性研究，总结出一些以黄体酮为母体的孕激素 的构效关系规则，如图1 6 所示： 北京 商大学硕士论文 行乙酰化 图1 - 6 孕激素的构效关 睾酮类孕激素是人们在研究睾酮l 7 0 t 烷基衍生物时偶然发现的。人们发现在睾酮 1 7 a 一位引入乙炔基，雄性激素活性下降而显示出孕激素活性，并口服有效。睾酮类孕激 素包括乙炔睾酮、炔诺酮、异炔诺酮及孕二烯酮等。几种重要的孕激素结构如图1 7 、 图1 8 所示。 o o h 3 甲地孕酮 o c o c h 3 c h 3 o h 3 甲羟孕酮 c i 氯地孕酮 o c o c h 3 o h 3 图1 7 常见的孕酮类孕激素 黄体酮 o 甾体药物合成新一l 艺的研究 o 乙炔睾酮 1 3 本论文研究意义 o 炔诺酮 异炔诺酮 孕二烯酮 图1 8 常见的睾酮类孕激素 目前世界各国用来制取甾体药物的天然资源大多是薯蓣皂苷，约占7 0 ；我国的薯 蓣资源比较丰富，薯蓣皂素约占我国所使用的天然甾体资源的9 5 。但随着甾体激素药 物工业的迅猛发展，人们对天然甾体资源的需求越来越大，导致植物甾体资源日渐短缺， 并且薯蓣皂苷的原料有限，且制备成本较高。 因此，各国都在积极寻找新资源和新方法，其中以植物甾醇如胆固醇和谷甾醇作为 原料，经微生物转化获得制备甾体药物的关键中间体的方法尤为突出。其中最主要的两 种甾体药物关键中间体为雄甾4 烯3 ，1 7 一二酮( a d ) 和雄甾一1 ，4 双烯3 ，1 7 二酮( a d d ) ， 其结构式如图1 - 9 所示，以此合成甾体药物，预计不仅能够解决因薯蓣植物有限而造成 的原料瓶颈问题，而且可以大大地降低制造成本，减少环境污染，有重要的研究意义。 o o a da d d 图1 - 9 甾体药物关键中间体a d 与a d d 的结构式 北京2 i ：商大学硕士论文 1 3 1 甲睾酮的研究意义 蛋白同化激素是雄激素的一种，它能够促进蛋白质的合成、减少蛋白质的分解、促 进氨基酸合成蛋白质的过程并减缓按基酸分解为尿素，此外也能够促使钙磷在骨组织中 沉积、促进骨细胞间质的形成、加速骨的钙化、促进组织新生和肉芽形成、加速创伤愈 合以及降低血液胆固醇。在临床上多用于治疗病后虚弱、早产儿和体弱老年人的营养不 良、骨质疏松以及胃及十二指肠溃疡等疾病【l0 1 。蛋白同化激素药物是通过对雄性激素的 结构进行改造得到的，雄激素同时具有雄性活性和蛋白同化活性，但由于雄性活性的结 构专一性很强，将其结构稍加改变即可降低其雄性活性，增加蛋白同化活性如1 9 去甲 基、a 环取代、a 环并环等修饰，均可使雄性活性降低及蛋白同化活性增强。迄今为止， 将两种活性完全分开的目标还未能实现，因此男性化副作用仍是本类药物的主要缺点。 使用蛋白同化激素后由于雄性激素的增强，会增加力量及攻击性，尤其是蛋白同化作用 会促进肌肉组织损伤的修复，临床上用于慢性消耗性疾病与大手术和伤口的愈合。 为了判别雄性激素结构修饰后的产物是否已达到同化激素的要求，必须比较瑙体激 素中两种活性的相对大小，现已有很好的动物药理模型供活性试验。以去势雄大鼠提肛 肌重量的增加为同化活性或称生肌作用( 常以m 表示) ，以前列腺增重表示雄性活性( 常 以a 表示) ，两者比值m a 称为分化指数，一般将丙辜酮和甲辜酮定为i ，分化指数越 大表示同化活性越明显【9 1 。 目前研究表明，甲睾酮在临床上用于主治男性性功能减退症、无睾症及隐睾症；妇 女疾病如月经过多、子宫内膜异位症；老年骨质疏松症及小儿再生障碍性贫血等【l 。 因此，研究甲睾酮新的合成方法，以期能够在成本和工业化等方面有所改进，具有 一定的现实意义。 1 3 216 一亚甲基类甾体化合物的研究意义 近些年来，对1 6 一亚甲基类甾体化合物的研刭1 2 。1 6 】日益增多，1 6 一亚甲基化合物是合 成雌酮衍生物，孕酮衍生物以及雄甾衍生物的一类重要中间体。 目前，合成1 6 一亚甲基甾体化合物的方法不止一种，较常见的方法是将1 6 一位不饱 和的甾体化合物转化为相应的1 6 亚甲基1 6 ，1 7 一环氧甾体化合物。 据研究表明，1 6 - 亚甲基甾体化合物在医疗领域的范围正在不断扩大，其中一部分 被广泛用于治疗内分泌失调，风湿病，肾上腺不足以及癌症等疾病。 9 甾体药物合成新jl ：艺的研究 因此研究1 6 一亚甲基甾体化合物的合成方法具有很重要的意义。 1 3 3 福美斯坦的研究意义 福美斯坦可作为雌激素生物合成抑制剂，目前医学界用来治疗乳腺癌，取得了一定 的疗效。 乳腺癌是妇女所患疾病中最普遍的恶性肿瘤之一，乳腺癌的发病率在我国仅次于宫 颈癌，人群发病为2 3 1 0 万，占全身各种恶性肿瘤的7 1 0 。大约三分之一的肿瘤是在 雌激素分泌过于旺盛的情况下生长的。 2 0 0 4 年9 月1 4 日，日本爱知医大的菊地正悟教授等人汇总的大规模流行病学显示： 每天摄入酒精量超过一杯啤酒( 约3 5 0 毫升) 所含酒精的女性，患乳腺癌的危险比从不 饮酒的女性高三倍。因为大量饮酒可能会使女性雌激素的分泌更加旺盛，而雌激素会刺 激乳腺癌细胞的繁殖。然而，现今女性生活压力越来越大，由于工作每天摄入的酒精也 越来越多，因此增加了患乳腺癌的几率1 7 2 2 】。 现今乳腺癌的治疗方法和措施较多，包括手术、放疗、化疗、内分泌治疗等。目前 大都采用以手术为主的综合治疗，化疗主要用可以阻碍雌激素生长的药物。基于以上原 因，研究福美斯坦的合成方法具有一定的现实意义。 1 4 本论文的主要工作 本文的主要工作是以雄甾4 烯3 ，1 7 二酮( a d ) 为原料，研究了三种甾体化合物： 甲睾酮、3 甲氧基1 6 亚甲基一雄甾一3 ，5 一二烯一1 7 酮和福美斯坦的合成方法。 通过对相关文献资料的调研，对三种物质的合成进行了深入的研究，探索出更经济， 更适合工业化生产的合成工艺，以期能缩短工艺流程，减少提取工艺的难度，降低成本， 增加产品的竞争力。 实际工作中，先通过实验确定了较佳的合成方法，再分析各步的反应机理，探讨影 响反应的因素，然后通过单因素实验、正交试验或改变辅料等方法探索较佳的反应条件 和工艺路线，对原有的合成方法进行优化，并在此基础上探索合成目标化合物的新方法。 实验中采用薄层色谱( t l c ) 法对反应进程进行监测，反应过程中得到的几个重要 的中间体以及最终产品经过柱层析、重结晶法进行分离提纯，并通过测定熔点、r 、 1 hn m r 等手段对中间体及产品进行表征。 1 0 本文合成的中间体化合物及目标化合物见表卜1 序号名称结构式 - 1 7 肛氰基- 1 7 洳羟基雄甾- 4 一烯- 3 一酮分c 芦。h 3 配尊鲞哪氧鲞m 掘基5 蝙煳 2 扩洲 m3 3 配尊麟酐5 槲7 一 e 嗍 o h c h 3 v脯醚 3 甲氧基6 甲酰氧甲基一雄甾t 5 一二烯一7 一酮h ，c 。斥胪o o 岂o c h s v 3 一e 尸氧基- 6 - 亚e p 基一雄甾一3 ，5 一二二烯一雄甾一7 一酮 h ，。：。，i ：三：l ：芦( ：h 2 4 ，s 确黜t 1 7 _ 碉 4 氯4 一n 二酮 x 坦 甾体药物合成新j i ：艺的研究 2 1 主要仪器与设备 第二章甲睾酮的合成 表2 1 仪器与设备一览表 仪器名称生产厂家 x 4 型显微熔点测定仪 s h b i i i a 水循环真空泵 j b 3 型定时恒温磁力搅拌器 j j 1 型电动搅拌器 l t 电子天平 1 0 1 a 一1 型干燥箱 k f 4 型低温浴槽 r e 5 2 a 型旋转蒸发仪 z f c 型三用紫外分析仪 d f 1 0 1 s 集热式恒温加热磁力搅拌器 单口、四口圆底烧瓶 广口瓶 直形、球形冷凝管 抽滤瓶 分液漏斗 恒压滴液漏斗 布氏漏斗 梨形瓶 烧杯 锥形瓶 量筒、移液管 温度计 玻璃层析柱 薄层层析板 玻璃点样毛细管 北京泰克仪器有限公司 郑州长城科工贸有限公司 上海雷磁新泾仪器有限公司 常州金城教学仪器厂 沈阳龙腾电子称量仪器有限公司 上海市实验仪器总厂 辽阳市恒温仪器厂 上海亚荣生化仪器厂 上海顾村电光仪器厂 河南省予华仪器有限公司 1 2 北京工商火学硕十论文 试剂名称规格生产厂家 2 3 甲睾酮合成路线优化 2 3 1 工艺路线的选择 经过文献调研，甲睾酮的相关合成路线有以下几种： 路线一【2 3 】： 用乙酸去氢表雄酮经格氏反应，水解，沃氏氧化得到甲睾酮，反应收率为5 4 。 甾体药物合成新j ：艺的研究 路线二【2 4 】： 原料4 一雄烯3 ，1 7 一二酮在室温条件下，以甲醇作溶剂，经乙酸和n a c n 进行1 7 一氰化， 并进行乙二醇保护3 一酮基，用n a o h 去氰基，最后通过格氏反应得到甲睾酮。合成路线 如图2 1 所示。 o e t 2 0 ，c h 3 m g l - - - - - h 3 0 + g i l a 图2 1 甲睾酮的合成 路线三：1 9 去甲基睾酮的合成【2 5 】 原料1 9 去甲基雄烯3 ，1 7 二酮经原甲酸乙酯的烯醚化，再由格氏反应制得1 9 一去甲 基睾酮。合成路线如图2 2 所示。 c h 3 图2 21 9 去甲基睾酮的合成 本研究以路线二为研究对象，通过试验优化反应条件： 文献 2 4 】中，第二步反应温度为4 0 。c ，第一步产物1 7 1 3 氰基1 7 t z 一羟基雄甾4 一烯3 一 酮( i ) 与原甲酸三甲酯和乙二醇在对甲苯磺酸的催化下反应，得到3 ，3 亚乙二氧基一1 7 1 3 一 氰基1 7 c c 一羟基。5 烯雄甾( i i ) 。 本研究在实验过程中，第二步反应以无水四氢呋喃为溶剂，而且将原甲酸三甲酯重 新蒸馏，收集9 8 1 0 1 的馏分，使1 7 1 3 氰基1 7 a 一羟基雄甾一4 一烯3 一酮( i ) 与新蒸的原甲 酸三甲酯和乙二醇在对甲苯磺酸的催化下，进行羰基保护，并且提高反应温度，使体系 在回流条件( 7 0 。c ) 下进行，可以缩短反应时间，提高收率。 1 4 北京i ：商大学硕十论文 2 3 2 工艺流程图 2 3 2 117b 一氰基一17q 一羟基雄甾一4 一烯一3 一酮( i ) 的合成 图2 31 7 1 3 一氰基一1 7 伐一羟基雄甾4 烯3 一酮( i ) 的合成工艺流程图 1 5 甾体药物合成新j ：艺的研究 2 3 2 23 ，3 - , - n 7 z ；- 氧基一171 3 一氰基一17q 一羟基一5 一烯雄甾( 1 i ) 合成 圆圈 图2 43 , 3 亚乙二氧基1 7 1 3 一氰基1 7 c t 羟基一5 烯雄甾( i i ) 的合成工艺流程图 1 6 北京t 商大学硕+ 论文 2 3 2 23 3 一亚7 _ , - - 氧基雄甾一5 一烯一17 一酮( i i i ) 的合成 l 磁力搅拌 i 1 0 n a o h 溶液 1 0 反应4 h 、f i 减压蒸除甲醇 一 一 、f 图2 53 ，3 。亚乙二氧基雄甾5 一烯一17 酮( i i i ) 的合成工艺流程图 1 7 甾体药物合成新1 ：艺的研究 2 3 2 4 甲睾酮( i v ) 的合成工艺 圈 区囹一一圆 圆 2 h j t l c 监n k j k i 加热回流 监测反应 i 蒸除四氢呋喃 图2 - 6 甲睾酮( i v ) 的合成工艺流程图 压干燥 北京工商大学硕十论文 2 3 3 实验操作 2 3 3 117t 3 一氰基一17a 一羟基雄甾一4 一烯一3 一酮( i ) 的合成 反应式： o 操作步骤： ( 1 ) 取雄甾一4 烯一3 ，1 7 一二酮1 0 9 ( 0 0 3 5 m 0 1 ) ，溶解于7 0 m l 甲醇中，室温，磁力搅拌， 溶液澄清透明； ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) 加入n a c n 5 0 9 ( o 1 m 0 1 ) ，溶液变成淡黄色浑浊液； 室温条件下，缓慢滴加乙酸3 5 m l ( o 0 6 m 0 1 ) ，约1 5 m i n 滴完，溶液逐渐变为澄 清溶液，