Nghiên cứu một số phương pháp tổng hợp corticosteroid từ androstendion và hợp chất tương tự

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC NGUYỄN VĂN ĐẠI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CORTI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN HOÁ HỌC

NGUYỄN VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

CORTICOSTEROID TỪ ANDROSTENDION VÀ HỢP CHẤT

TƯƠNG TỰ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN HOÁ HỌC

NGUYỄN VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

CORTICOSTEROID TỪ ANDROSTENDION VÀ HỢP CHẤT

TƯƠNG TỰ

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

Mã số: 60 44 01 14

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lưu Đức Huy

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lưu Đư ́ c Huy đã

giao đề tài và dành nhi ều thời gian hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trìn h nghiên

cứu, hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thi ̣ Diê ̣p, CN Phạm Thị Thảo và tập

thể Phòng Hoá học Steroid và Alkaloid, Viện Hoá học, Viê ̣n Hàn lâm Khoa ho ̣c và

Công nghê ̣ Viê ̣t Nam đã giúp đỡ, tạo mo ̣i điều kiê ̣n thuâ ̣n lợi cho tôi trong suốt quá

trình học tập và nghiên cứu

Học viên

Nguyễn Văn Đại

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Vài nét về Steroid 4

1.1.1 Cấu trú c 4

1.1.2 Phân loại 5

1.1.3 Một số steroid tiêu biểu 5

1 2 Chuyển hóa vi sinh steroid 8

1.3 Phương pháp tổng hợp corticosteroid 12

1.3.1 Phương pháp đề hydrat hóa hợp chất 9α-hydroxysteroid 12

1.3.2 Phương pháp tổng hợp mạch bên pregnan 13

1.3.2.1 Phương pháp cyanhydrin tổng hợp mạch bên pregnan 14

1.3.2.2 Phương pháp acetylen tổng hợp mạch bên pregnan 17

1.3.3 Tổng hợp ma ̣ch bên corticoid 26

1.3.4 Phương pháp 1,2- đề hydro hóa hợp chất steroid 30

Chương 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

2.1 Phương pháp đề hydrat hóa 9α-hydroxy-androst-4-en-3,17-dion (9α-OH AD) 37 2.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ acid H2SO4 đến hiệu suất phản ứng 39

2.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng 40

2.2 Phương pháp cô ̣ng hơ ̣p nitril vào hợp chất 17-cetosteroid 41

2.2.1 Phương ứ ng cô ̣ng hơ ̣p nitril vào AD sử du ̣ng tác nhân KCN 41

2.2.2 Phương ứ ng cô ̣ng hơ ̣p nitril vào ∆9 AD 43

2.2.3 Nghiên cứ u phản ứng cô ̣ng hơ ̣p nitril vào hơ ̣p chất androst -1,4-dien-3,17-dion (ADD) 46

2.3 Nghiên cứ u phản ứng của ADD với mô ̣t số tác nhân bảo vê ̣ nhóm cacbonyl 48

2.3.1 Phản ứng của ADD vớ i neopentyl glycol 48

2.3.2 Phản ứng của ADD vớ i ethylen glycol 49

2.3.3 Phản ứng của ADD vớ i ethyl methyl dioxolan 50

2.4 Phương pháp 1,2- đề hydro hóa hơ ̣p chất 3-ceto steroid sử du ̣ng SeO2 51

2.4.1 Phản ứng 1,2- đề hydro hóa 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-di-3-on 51

2.4.2 Phản ứng 1,2- đề hydro hóa pregn-4,16-dien-3,20-dion 53

2.4.2 Phản ứng 1,2- đề hydro hóa 17α-etynyl-17β-hydroxyandrost-4-en-3-on 55

Chương 3: THỰC NGHIỆM 58

3 1 Tổng hợp androst-4,9(11)-dien-3,17-dion (2) 59

3 2 Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (4) sử du ̣ng KCN 60

3 3 Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4,9-dien-3-on (5) 61

3.3.1 Sử dụng tác nhân acetone cyanohydrin 61

3.3.2 Sử dụng tác nhân KCN 61

3 4 Nghiên cứ u phản ứng cô ̣ng nitril vào ADD sử du ̣ng acetone cyanohydrin 61

3 5 Nghiên cứ u phản ứng của ADD với các tác nhân bảo vê ̣ nhóm cacbonyl 62

3.5.1 Phản ứng với neopentyl glycol 62

3.5.2 Phản ứng với ethylen glycol 62

3.5.3 Phản ứng với ethyl methyl dioxolan 62

3 6 Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-1,4-dien-3-on (10) 63

3 7 Tổng hợp pregn-1,4,16-trien-3,20-dion (12) 63

3 8 Tổng hợp 17α-etynyl-17β-hydroxyandrost-1,4-dien-3-on (14) 64

KẾT LUẬN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC

BẢNG KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

AD androstendion

Et ethyl

g gam

h giờ

KCN kali cyanua

ph phút

M Mol/lít

Me methyl

ml mililit

Ph phenyl

Py pyridin

SKBM sắc ký bản mỏng

THF tetrahidrofuran

p-TSA para-toluen sunfonic acid

9α-OH AD 9α-hydroxy-androst-4-en-3,17-dion

∆9-AD androst-4,9-dien-3,17-dion

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1 1: Chuyển hóa vi sinh sản xuất 17-ceto steroid 11 Bảng 2 1: Hiê ̣u suất, các đặc trưng hóa lý và phổ của các hợp chất 35 Bảng 2 2: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid H2SO4 đến hiệu suất phản ứng đề hydrat hóa 39 Biểu đồ 2 1: Sự phu ̣ thuô ̣c của hiê ̣u suất phản ứng vào nồng đô ̣ acid H2SO4 40 Bảng 2 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng đề hydrat hóa 40 Biểu đồ 2 2: Sự phu ̣ thuô ̣c của hiê ̣u suất phản ứng vào nhiệt độ 41

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1 1: Cấu trúc bô ̣ khung của steroid 4

Hình 1 2: Các nhóm cấu trúc không gian 3 chiều cơ bản của steroid 4

Hình 1 3: Tổng quan về sản xuất steroid tƣ̀ các nguyên liê ̣u thô 9

Hình 2 1: SKBM của androst-4,9(11)-dien-3,17-dion (2) so với 9α- OH AD (1) 37 Hình 2 2: Phổ IR của androst-4,9(11)-dien-3,17-dion (2) 38

Hình 2 3: Phổ 1 H-NMR của androst-4,9(11)-dien-3,17-dion (2) 38

Hình 2 4: SKBM của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (4) so với AD (3) .42

Hình 2 5: Phổ IR của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (4) .42

Hình 2 6: Phổ 1H-NMR của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (4) 43

Hình 2 7: SKBM của hơ ̣p chất 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4,9(11)-dien-3,17-dion (6) so với ∆9 -AD (5) 44

Hình 2 8: Phổ IR của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4,9(11)-dien-3,17-dion (6)44 Hình 2 9: Phổ 1H-NMR của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4,9(11)-dien-3,17-dion (6) 45

Hình 2 10: SKBM của androst-1,4-dien-3,17-dion (7) so với sản phẩm 46

Hình 2 11: SKBM của anandrost-1,4-dien-3,17-dion (7) so với các sản phẩm 47

Hình 2 12: SKBM của anandrost-1,4-dien-3,17-dion (7) so với các sản phẩm 47

Hình 2 13: SKBM của 17,17-(2,2-dimethyl propylene dioxy)- androst-1,4-dien-3-on (8) so với ADD (7) 48

Hình 2 14: Phổ IR của 17,17-(2,2-dimethyl propylene dioxy)- androst-1,4-dien-3-on (8) 49

Hình 2 15: SKBM của 17,17-(etylene dioxy)- androst-1,4-dien-3-on (9) so với ADD (7) 50

Hình 2 16: Phổ IR của 17,17-(etylene dioxy)- androst-1,4-dien-3-on (9) 50 Hình 2 17: SKBM của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-1,4-dien-3-on (10) so với

17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (3) 52 Hình 2 18: Phổ IR của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-1,4-dien-3-on (10) .52

Hình 2 19: Phổ 1H-NMR của 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-1,4-dien-3-on (10) 53 Hình 2 20: SKBM của pregn-1,16-dien-3,20-on (12) so với pregn-1,4,16-trien-3,20-on (11) 54 Hình 2 21: Phổ IR của pregn-1,4,16-trien-3,20-on (12) 54

Hình 2 22: Phổ 1

H-NMR của pregn-1,4,16-trien-3,20-dion (12) .55 Hình 2 23: SKBM của 17α-etynyl-17β-hydroxyandrost-1,4-dien-3-on (14) so với 17α-etynyl-17β-hydroxyandrost-4-en-3-on (13) 56 Hình 2 24: Phổ IR của 17α-etynyl-17β-hydroxyandrost-1,4-dien-3-on (14) 56

Hình 2 25: Phổ 1H-NMR của 17α-etynyl-17β-hydroxyandrost-1,4-dien-3-on

(14) .57

Hình 3 1: Mô tả du ̣ng cu ̣, thiết bi ̣ phản ƣ́ng 58

37

MỞ ĐẦU

Viê ̣t Nam nằm trong vùng khí hâ ̣u nhiê ̣t đới gió mùa được thiên nhiên ưu đãi với nguồn tài nguyên thiên nhiên , hê ̣ đô ̣ng thực vâ ̣t phong phú đa da ̣ng về thành phần, chủng loại và trữ lượng – là ti ềm năng phát triển rất lớn cho ngành công nghiê ̣p Hóa dược Tuy nhiên, những năm đầu thế kỉ XXI , Việt Nam đang 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

Năm 2007, 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

Ngày 10/01/2014 Thủ tướng Chính phủ có Quyết định số 68/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược quốc gia phát triển ngành dược Việt Nam giai đoạn đến năm 2020

và tầm nhìn đến năm 2030 Theo đó, đến năm 2020, thuốc sản xuất trong nước chiếm 80% tổng giá trị thuốc tiêu thụ trong năm, sản xuất được 20% nhu cầu nguyên liệu cho sản xuất thuốc trong nước

Ngay từ Đại hội Hoá - Dược tháng 10/2007 diễn ra ở Hà Nội, phần lớn ý kiến của các nhà khoa học đều đã nhâ ̣n đi ̣nh, ngành Hoá - Dược Việt Nam muốn thành công vẫn phải ưu tiên đi vào các nguồn hợp chất thiên nhiên như sterol đậu tương, flavonoid….[9], coi đây là mô ̣t trong những thế ma ̣nh của ngành

Trướ c đây , trong lĩnh vực tổng hợp các loa ̣i thuố c có nguồn gốc steroid , diosgenin và solasodin chiết xuất từ Dioscorea và Solanum tương ứng được coi là các nguyên liệu số 1 Tuy nhiên các cây này phải 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

38

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIẾNG VIỆT

1 Lưu Đức Huy (1992), Hoàn thiện một số phương pháp mới tổng hợp corticoid

thông qua 17-cetosteroid trung gian, Luận án Tiến sĩ, Viê ̣n Hàn lâm Khoa ho ̣c Liên

bang Nga, Matxcơva

2 Lưu Đức Huy (2001), Sơ đồ chung mới chuyển hóa các sterol, một nguyên liệu

mới cho tổng hợp các corticosteroid, Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hoá Hữu cơ

toàn quốc lần thứ hai, Hà Nội, tr 249-254

3 Lưu Đức Huy (2002), “Phương pháp mới tổng hợp hợp chất S Reichstein từ

pregnyne”, Tạp chí Dược học, số 42(9), tr 23-25

4 Lưu Đức Huy, Nguyễn Thị Diệp (2000), “Phương pháp chung tổng hợp các hợp chất 17α-hydroxy-17β-etynylsteroid từ các dẫn xuất 17β-hydroxy tương ứng của

chúng”, Tạp chí Hoá học, 38(2), tr 40-44

5 Lưu Đức Huy, Nguyễn Thị Diệp (2003), “Epime hóa trực tiếp northindron”, Tạp

chí Hoá học , 41(đb), tr 78-83

6 Lưu Đức Huy, Nguyễn Thị Diệp (2002), “Direct α-hydroxylation of 17β-acetyl

steroids using phenyliodosodiacetate”, J.Advanced in Natural Sciences, 3(2), t 179-184

7 Lưu Đức Huy, Lê Thị Duyên (2000), “Tổng hợp một vài dẫn xuất mới của 4 bromo-pregn-4-en-3-on-20-yne từ pregnyne Phản ứng của DCHC

4-bromo-16,17alpha-epoxy-pregn-4-en-3-on-20-yne với Py.HF”, Tạp chí Hoá học, 38(1), tr

43-47

8 Lưu Đức Huy, Nguyễn Thị Hương (2001), “Nghiên cứu epime hóa

17α-etynylestradiol”, Tạp chí Hoá học, 39(4), tr 78

9 Từ Minh Koóng (2007), “Một số ý kiến về phát triển công nghiệp Hóa – Dược

Việt Nam”, Tạp chí Dược Học, 337, tr 39

39

TIẾNG ANH

10 Andryushina V A., Karpova-Rodina N V., Luu Duc Huy (2011), Russian

Journal of Applied Biochemistry and Microbiology, 47(3), pp 270-273.

11 Baldwin J E., Hoefle G A., Jr Lever O W (1974), J Am Chem Soc, 96(22),

pp 7125-7127

12 Baldwin J E., Lever O W., Jr., and Tzodikov N R (1976), J Org Chem,

41(13), pp 2312-2314

13 Batist J N M., Barendse Nicholas C M E., Marx A F (1990), Steroids, 5.5,

pp 109

14 Batist J N M., Slobbe A F M., Marx A F (1989), Steroids, 54, pp 321

15 Bergstrom C G., Dodson R M (1961), Chem and Ind., (38), pp 1530

16 Beumel O F., Harris F F (1963), J Org Chem., 28(10), pp 2775

17 Chinn L., Dodson R (1959), J Org Chem., 24(6), pp 879

18 Danishefsky S., Nagasawa K: Wang N (1975), J Org Chem., 40(13), pp

1989-1990

19 Daniewski A R., Wojciechowska W (1982), “Synthesis of corticoid side

chain”, J Org Chem., 47(15), pp 2993-2995

20 Ereoli A., Ruggieri P (1953), J Amer Chem Soc., 75(3), pp 650

21 Fokina, V V., Donova, M V (2003), “21-Acetoxy-pregna-4(5), 9(11),

16(17)-triene-21-ol-3,20-dione conversion by Nocardioides simplex VKM Ac-2033D”, The

Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, 87(4), p 319-325

22 Fokina, V V., Sukhodolskaya G V., Baskunov B P., Turchin K F., Grinenko

G S., Donova, M V (2003), “Microbial conversion of

pregna-4,9(11)-diene-17α,21-diol-3,20-dione acetates by Nocardioides simplex VKM Ac-2033D”,

Steroids, 68(5), p 415-421

23 Fried J., Edvards J A (1972), Organic Reactiones in Steroid Chemistry, N.Y.,2

24 Fujimoto K., Chen Ch.-S et al (1982), J Amer Chem Soc., 104(17), pp 4718

25 Groebel B-T., Seebach D (1977), “Umpolung of reactivity of Cacbonyl

Compounds through Sunfur - Containing reagents”, Synthesis, pp 357-367

40

26 Gumulka M., Kurek A., Wicha I Pol (1982), J Chem., 56, pp 741-747

27 Halpern O., Djerassi C (1959), J Am Chem Soc., 81(2), pp 439-441

28 Hofmeister H., Annen K et al (1978), Chem Ber., 111, pp 3086

29 Hofmeister H., Annen K., Laurent H Liebigs (1987), Ann Chem., pp 423

30 Horiguchi Y., Nakamura E., Kuwajima I (1986), J Org Chem., 51(22), pp

4323

31 Huffmann J W., Arapakos P G (1965), J Org Chem., 30(5), pp 1604

32 Inhoffen H H., Koster H (1939), Ber., 72, pp 595

33 Inhoffen H H., Logemann W et al (1983), Ber., 71, pp 1024

34 Kanojia R M., Allen G O et al (1979), J Med Chem., 22, p 1538

35 Kanojia R M., Yarmchuck L., Scheer I (1974), J Org Chem., 39(15), p 2304

36 Kamernitsky A V., Turuta A M, Fadeeva T M., Istomina Z I (1985),

Synthesis, 3, pp 326

37 Kapur J C., Marx A F., Verweij J (1988), Steroids, 52, pp 181

38 Lever O W., Jr (1976), Tetrahedron, 32, pp 1943-1971

39 Moriarty R M., Hu H., Gupta S C (1981), Tetr Lett., 22, pp 1283

40 Moriarty R M., John L S., Du P C (1981), J Chem Soc Chem Commun, pp

641

41 Nan Xing Hu, Yoshio Aso et al (1986), Tetr Lett., 27(50), pp 6099

42 Nicholas K M ( 1987), Acc Chem Res., 20(6), pp 207

43 Nitta I., Fujimori S., Ueno H (1985), Bull Chem Soc Jp., 58, pp 978

44 Nitta I., Fujimori S., et al (1985)., Bull Chem Soc Jp., 58, pp 981

45 Ogata Y., Urasaki I (1971), J Org Chem., 36(15), pp 2164

46 Pat 57062298 (1982), JP

47 Pat 57197299 (1982), Jp CA., 98, 215894d

48 Pat 53127 455 (1978), Jp CA., 91, 74781f

49 Pat 0253 415 AI (1987), EU CA., 108, 221967w

50 Pat 0294 911 AI (1988), EU CA., 111, 39674h

51 Pat 02 207 096 1990, Jp CA., 114, 43310r