Luận án tiến sĩ nghiên cứu một số phương pháp tổng hơp pregnan và một số dẫn xuất của chúng từ 9a hydroxy

Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất siêu hóa trị của iod PhIOAc 2 .... Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất siêu hóa trị của iod PhIOAc 2 .... Đi

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

NGUYỄN THỊ DIỆP

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP PREGNAN VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA CHÚNG

TỪ 9α-HYDROXY ANDROSTENDION

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

HÀ NỘI – 2017

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Mã số: 62.44.01.14

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

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

Hà Nội – 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả các kết quả nghiên cứu khoa học được trình bày trong bản Luận án này được nhóm nghiên cứu của PGS TS Lưu Đức Huy-Viện Hóa học-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam-thực hiện; hoàn toàn không sử dụng kết quả nghiên cứu của các nhà Khoa học khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật về tính trung thực của các kết quả nghiên cứu này

NCS Nguyễn Thị Diệp

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, hướng dẫn nhiệt tình, truyền cảm hứng và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành Luận án này

Luận án này được hoàn thành tại Phòng Hóa học Steroid và Alkaloid-Viện Hóa học-Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Phòng thí nghiệm đã giúp đỡ tôi trong công tác, học tập và nghiên cứu

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn chân thành đến các Lãnh đạo và nhân viên Phòng Đào tạo Sau Đại học của Viện Hóa học và của Học viện Khoa học và Công nghệ cùng các đồng nghiệp trong Viện Hóa học đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và bảo vệ Luận án

Acknowledgement This Thesis is funded by Vietnam National foundation

for Science and Technology Development (Grant No.104.01-2012.20) and National Pharm.-Chem Program 2007-2020 (Grant No.CNHD.ĐT.059/15-17)

Hà nội, ngày tháng năm 2017

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Diệp

MỞ ĐẦU……… ………1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN……… ……….4

1.1 Phương pháp tổng hợp mạch bên pregnane 4

1.1.1 Phương pháp cyanohydrin tổng hợp mạch bên pregnane 5

1.1.2 Phương pháp acetylene tổng hợp mạch bên pregnane 7

1.2 Phương pháp bảo vệ nhóm 3- và 20-ketosteroid 11

1.3 Đưa nối đôi vào vị trí 1(2), 9(11) và 16(17) của phân tử steroid 14

1.3.1 Tạo lập nối đôi ∆ 9(11 ) và ∆ 16(17) 14

1.3.2 ∆ 1(2) -dehydro hóa 17

1.3.2.1 ∆ 1(2) -dehydro hóa bằng phương pháp vi sinh 17

1.3.2.2 ∆ 1(2) -dehydro hóa bằng phương pháp hóa học 19

1.4 Tổng hơ ̣p ma ̣ch bên corticoid 22

1.4.1 Chuyển hoá nhóm 17-ethynyl đến mạch bên corticoid 22

1.4.2 Chuyển hóa 20-ketopregnane đến mạch bên corticoid 25

1.5 Tổng hợp 16β-methyl-17α-hydroxypregnane 28

1.5.1 Gắn mảnh 16β-methyl-17α-hydroxy vào 20-ketopregnane 28

1.5.2 Gắn nhóm methyl vào vị trí 16β- phân tử corticosteroid 29

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM……….……… …32

2.1 Phương pháp dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp androsta-4,9(11)-diene-3,17-dione (Δ9 -AD) (2) 32

2.2 Phương pha ́ p cô ̣ng hơ ̣p nitrile vào hơ ̣p chất 17-ketosteroid (phương pháp cyanohydrin) 32

2.2.1 Sử dụng KCN 33

2.2.1.1 Phương pháp chung 33

2.2.1.2 Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanoandrosta-4,9(11)-diene-3-one (3) 33

2.2.2 Sử dụng acetone cyanohydrin 33

2.2.2.1 Phương pháp chung 33

2.2.2.2 Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanoandrosta-4,9(11)-diene-3-one (3) 33

2.3 Phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl 33

2.3.1 Phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl sử dụng neopentyl glycol 34

2.4.1 Phương pháp chung 36 2.4.2 Tổng hợp 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-17-cyanoandrosta- 5,9(11),16(17)-triene (5) 37

2.5 Phương pháp cộng hợp acetylene vào hợp chất 17-ketosteroid (phương pháp acetylene) 37

2.5.1 Tổng hợp 9α,17β-dihydroxy-17α-ethynylandrosta-4-en-3-one 37 2.5.2 Tổng hợp 17α-ethynyl-17β-hydroxyandrosta-4,9(11)-diene-3-one (7) 37

2.6 Phương pháp epimer hóa gián tiếp trung tâm C-17 hợp chất steroid thông qua ester 17-ONO 2 38

2.6.1 Tổng hợp 17α-ethynyl-17β-nitrooxyandrosta-4,9(11)-diene-3-one (7’) 38 2.6.2 Tổng hợp 17β-ethynyl-17α-hydroxyandrosta-4,9(11)-diene-3-one (8) 38

2.7 Phương pháp tổng hợp các 20-ketosteroid (mạch bên pregnane) 38

2.7.1 Theo phương pháp cyanohydrin, sử dụng hợp chất cơ Mg 38

2.7.1.1 Phương pháp chung 38

triene-20-one (6a)…… 39

2.7.2 Theo phương pháp cyanohydrin, sử dụng hợp chất cơ Li 39

2.7.2.1 Phương pháp chung 39

2.7.2.2 Tổng hợp pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b) 40

2.7.3 Theo phương pháp acetylene, hydrat hóa nhóm ethynyl tổng hợp pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b) 40

2.8 Phương pháp tổng hợp các dẫn xuất epoxy 40

2.8.1 Theo phương pháp oxy hóa nối đôi C=C liên hợp 40

2.8.1.1 Tổng hợp 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-16α,17α-epoxypregna-5,9(11)-diene-20-one (9) 40

2.8.1.2 Tổng hợp 16α,17α-epoxypregna-5-en-3β-ol-20-one (23)….………… 41

2.8.2 Theo phương pháp dehalohydrin 41

2.8.2.1 Phương pháp chung 41

2.8.2.2 Tổng hợp 9β,11β-epoxy-16β-methyl-17α,21-dihydroxypregna-4-en-3,20-dione (19a)…… 41

2.8.2.3 Tổng hợp 9β,11β-epoxy-16β-methyl-17α,21-dihydroxypregna-1,4-diene-3,20-dione (19b) 41

2.9 Phương pháp tổng hợp các 16β-methyl-17α-hydroxypregnane 42

2.9.1 Phương pháp chung 42

2.9.2 Tổng hợp 3,20-bis-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-16β-methylpregna-5,9(11)-diene-17α-ol (11a) 42

2.9.3 Tổng hợp 3,20-bis-(1,2-ethyleneketal)-16β-methylpregna-5,9(11)-diene-17α-ol (11b)… 42

2.10 Phương pháp giải phóng nhóm bảo vệ 42

2.10.1 Phương pháp chung 43

2.10.2 Tổng hợp 16β-methy-17α-hydroxypregna-4,9(11)-diene -3,20-dione (12)43 2.11 Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2) 43

2.11.1 Phương pháp chung 43

2.11.2 Tổng hợp 16β-methyl-17α-hydroxypregna-1,4,9(11)-triene-3,20-dione (13a)…… 43

(13b)………43

2.12 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid 44

2.12.1 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất siêu hóa trị của iod PhI(OAc) 2 44

2.12.1.1 Phương pháp chung 44

2.12.1.2 Tổng hợp 16α,17α-epoxypregna-4,9(11)-diene-21-ol-3,20-dione (15) 44 2.12.1.3 Tổng hợp 16α,17α-epoxypregna-5-en-3β,21-diol-20-one (25) 45

2.12.2 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng I 2 trong môi trường kiềm…… 45

2.12.2.1 Phương pháp chung tổng hợp mạch bên corticoid qua hợp chất trung gian 21,21-diiodide ………45

2.12.2.2 Tổng hợp 21-acetoxy-16β-methylpregna-4,9(11)-diene-17α,21-diol-3,20-dione (16a)…… 46

2.12.2.3 Tổng hợp 21-acetoxy-16β-methylpregna-1,4,9(11)-triene-17α,21-diol-3,20-dione (16b)…… 46

2.12.2.4 Phương pháp chung tổng hợp mạch bên corticoid qua dẫn xuất 21-monoiodide…… 46

2.12.2.5 Tổng hợp 21-acetoxypregna-4,9(11)-diene-17α,21-diol-3,20-dione (17)……… ………47

2.12.2.6 Tổng hợp 16β-chloro-17α-hydroxy-21-iodopregna-4-en-3,20-dione (22) ……… 47

2.13 Phương pháp đưa halogen vào phân tử steroid 47

2.13.1 Phương pháp halohydrin 47

2.13.1.1 Phương pháp chung 47

2.13.1.2 Tổng hợp 9α-bromo-16β-methyl-11β,17α,21-trihydroxypregna-4-en-3,20-dione-21-acetate (18a)……… 47

2.13.1.3 Tổng hợp 9α-bromo-16β-methyl-11β,17α,21-trihydroxypregna-1,4-diene-3,20-dione-21-acetate (18b)………… 48

2.13.1.4 Tổng hợp 9α-bromo-11β,17α,21-trihydroxypregna-1,4-diene-3,20-dione-21-acetate (18c) 48

2.13.2 Phương pháp cộng mở vòng epoxy ……… 48

(21’’)……….………48

2.13.2.2 Tổng hợp 16β-chloropregna-5-en-3β,17α-diol-20-one (24a)……… ………48

2.13.2.3 Tổng hợp 16β-bromopregna-5-en-3β,17α-diol-20-one (24b)……….……… 49

2.14 Phương pháp khử halogen (dehalogen hóa) tổng hợp prednisolone acetate (20)………… 49

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… 50

3.1 Dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp androsta-4,9(11)-diene-3,17-dione (Δ9 -AD) 53

3.2 Tổng hợp mạch bên pregnane 54

3.2.1 Phương pháp cyanohydrin 54

3.2.2 Phương pháp acetylene 66

3.3 Phương pháp tổng hợp các 16β-methyl-17α-hydroxypregnane 71

3.4 Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2) 81

3.5 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid 83

3.5.1 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất siêu hóa trị của iod PhI(OAc) 2 83

3.5.2 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng I 2 trong môi trường kiềm… 85

3.5.2.1 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid qua hợp chất trung gian 21,21-diiodide…… 85

3.5.2.2 Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid qua hợp chất trung gian 21-monoiodide…… 87

3.5.3 So sánh hai phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid………90

3.6 Phương pháp đưa halogen vào phân tử steroid 90

3.6.1 Theo phương pháp halohydrin 90

3.6.2 Theo phương pháp cộng mở vòng epoxy 91

3.7 Tổng hợp các dẫn xuất epoxy theo phương pháp dehalohydrin 93

3.8 Phương pháp khử halogen (dehalogen hóa) 95

phương pháp đã nghiên cứu ở trên 96

3.9.1 Sơ đồ tổng hợp hydrocortisone acetate và pednisolone từ 9α-OH AD 96

3.9.2 Sơ đồ tổng hợp betamethasone và beclomethasone từ 9α-OH AD 99

KẾT LUẬN……… 116

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN………118

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ……… 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO………120

PHỤ LỤC……… 131

Ac acetyl (CH3CO-)

ACN acetonitrile (CH3CN)

AcOI acetyl hypoiodide (CH3COOI)

AcOH acid acetic (CH3COOH)

AcOK potassium acetate (CH3COOK)

AD androstenedione (C19H26O2)

ADD androstadienedione (C19H24O2)

13C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance

(phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13)

EI Electron Impact (ion hóa va chạm điện tử)

ESI Electrospray Ionization (ion hóa phun mù điện tử)

eq equivalent (đương lượng)

Et3N triethylamine (Et3N)

EtOAc ethyl acetate (CH3COOC2H5)

EtOH ethanol (C2H5OH)

Et2O diethyl ether (C2H5)2O

g gam

GC Gas Chromatography (sắc ký khí)

h hour (giờ)

1H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance

(phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton)

HPLC High-Performance Liquid Chromatography

(sắc ký lỏng hiệu năng cao)

IR Infrared Spectroscopy (phổ hồng ngoại)

MS Mass Spectroscopy (phổ khối lượng)

NBA N-bromoacetamide (CH3CONHBr)

NBS N-bromosuccinimide (cyclo-C4H4O2N-Br)

NOESY Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy

Ph phenyl (C6H5-)

pH power of Hydrogen, độ acid hay base của dung dịch

PhI(OAc)2 phenyliodine diacetate

PIFA phenyliodine bis(trifluoroacetate) PhI(OCOCF3)2

pka logarit of acid dissociation constant, hằng số phân ly acid

ppm parts per million, một phần triệu

Py Pyridine

Rf Retardation factor, tỉ số giữa sự di chuyển của chất tan và dung

môi SKBM sắc ký bản mỏng

t-BuOH tert-butanol (t-C4H9OH)

Sơ đồ 3.3 Dehydro hóa 1(2); dehalogen hóa và xây dựng mạch bên corticoid 52

Sơ đồ 3.4 Dehydro hóa 1(2); xây dựng mạch bên corticoid; halohydrin

hóa và dehalohydrin hóa

52

Bảng 3.1 Số liệu phổ 1H-NMR của các hợp chất: 1, 2, 3, 4a, 4b, 5, 6a, 6b 65

Bảng 3.2 Số liệu phổ 1H-NMR của các hợp chất: 6a, 9, 10a, 10b, 11a, 11b, 12 80

Bảng 3.4 Các đặc trưng vật lý và dữ liệu phổ của các chất đầu, các hợp

chất trung gian và các sản phẩm cuối……….……….…… 102

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 3.1 Phổ 1H-NMR của androsta-4,9(11)-diene-3,17-dione (Δ9-AD) (2) 54

Hình 3.2 Phổ ESI-MS của 17α-hydroxy-17β-cyanoandrosta-4,9(11)-diene-

Hình 3.16 Phổ NOESY của

MỞ ĐẦU

Theo nhận định chung, hiện nay 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 chưa có

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 Hội Hoá dược tháng 10/2007 diễn ra ở Hà Nội, phần lớn ý kiến

củ a các nhà khoa ho ̣c đều đã nhâ ̣n đi ̣nh, ngành hóa dược Việt Nam muốn thành công vẫn phải ưu tiên đi vào các nguồn hợp chất thiên nhiên như sterol đậu tương, flavonoid…[121], coi đây là mô ̣t trong những thế ma ̣nh của ngành

Trướ c đây, trong lĩnh vực tổng hợp các loa ̣i thuốc có nguồn gốc steroid, diosgenin và solasodine chiết xuất từ Dioscorea và Solanum tương ứng, được coi là

các nguyên liệu số một 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 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 lọc mạch bên các sterol đến các 17-ketosteroid: androstenedione (AD), androstadienedione (ADD) và 9-hydroxyandrostenedione (9-OH AD) [122]

Một số công ty dược lớn trên thế giới “Upjoin Co.’’ [8,49,56] của Mỹ,

“Schering” [81] của Đức, “Mitsubishi” [9,23] của Nhật đã đưa ra thị trường một số dược phẩm steroid được bán tổng hợp từ sterol thông qua 17-ketosteroid trung gian

Ở nước ta một số nhà máy giấy cỡ lớn đang hoạt động và đậu tương là một nông sản quan trọng thứ ba 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 đã nghiên cứu nhằm hoàn thiện một số phương pháp mới chuyển hoá sterol đến corticoid thông qua 17-ketosteroid 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 solasodine

Năm 2006, lần đầu tiên Lưu Đức Huy và các đồng tác giả [123] đã công bố kết quả chuyển hoá vi sinh rất hiệu quả phytosterol, nguyên liệu Việt Nam, đến AD và ADD

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 androstenedione (AD) và 9-hydroxy AD sử dụng trong công nghiệp hoá - dược” do Lưu Đức Huy làm chủ nhiệm Từ kết quả nhận được Lưu Đức Huy và cộng sự Nga đã

có công bố công nghệ chuyển hóa vi sinh phytosterol đến AD và 9α-OH AD [124] với

hiệu suất trung bình đạt 70% và 75-80%, tương ứng Công nghệ còn được nghiên cứu cải tiến, nâng cấp nhờ áp dụng phương pháp xúc tác Immobil [125]

Về nguyên tắc khi nguyên liệu đầu là diosgenin hay solasodine, sau khi phân cắt chọn lọc mạch nhánh ta đã có được mạch bên pregnane; khi chuyển sang sterol ta nhận

được 17-ketosteroid (AD, ADD, 9α-OH AD…), tức là chưa có mạch bên pregnane

Như vây, một trong số các nhiệm vụ quan trọng nhất là xây dựng mạch bên pregnane Trong đó phương pháp cyanohydrin và phương pháp acetylene có triển vọng ứng dụng nhất

Trong phạm vi của luận án này, chúng tôi đă ̣t ra nhiê ̣m vu ̣ nghiên cứu và hoàn

thiện mô ̣t số phương pháp tổng hợp pregnane và một số dẫn xuất của chúng từ 9α-OH

AD như sau:

1 Dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp androsta-4,9(11)-diene-3,17-dione (Δ9-AD)

2 Nghiên cứu so sánh hai phương pháp có giá trị thực tiễn nhất tổng hợp mạch bên pregnane từ 17-ketosteroid là phương pháp acetylene và phương pháp cyanohydrin

4 Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2)

5 Phương pháp tạo lập mạch bên corticoid

6 Một số phương pháp phụ trợ khác như: tạo lập 9β,11β-epoxy; 16α,17α-epoxy; đưa nhóm OH vào vị trí 11β-; tạo lập nhóm chức 9α-bromo-11β-hydroxy; bảo vệ

các nhóm 3- và 20-keto…

Các phương pháp này là một phần của chương trình lớn hơn và bao quát hơn của nhóm nghiên cứu do Lưu Đức Huy phụ trách, nghiên cứu tổng hợp các loại thuốc có gốc steroid đặc biệt là các corticoid Dựa trên các phương pháp này chúng tôi cũng đề xuất hai sơ đồ lựa chọn hoàn chỉnh tổng hợp một số thuốc gốc steroid như:

hydrocortisone acetate, prednisolone, betamethasone, beclomethasone từ 9α-OH AD

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Phương pháp tổng hợp mạch bên pregnane

Pregnane là một lớp chất steroid với mạch nhánh gồm hai nguyên tử C (20CH221CH3) gắn ở vị trí C-17 Tất cả các steroid đều có hê ̣ thống khung

cyclopentanoperhydrophenanthrene bao gồ m ba vòng cyclohexane (A, B, C) và một vòng cyclopentane (D)

Tổng hợp corticosteroid nói chung, 20-ketopregnane nói riêng, từ ketoandrostene có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp sau đây [1-5]

17-(1) Phương pháp cyanohydrin: 17-ketosteroid được ngưng tụ chọn lọc lập thể với HCN; 17-cyano-17-hydroxyandrostene tạo thành được alkyl hoá bằng tác nhân Grignard hay CH3Li

(2) Ứng dụng phản ứng Wittig, tức là phản ứng của chức carbonyl (C=O) hợp chất 17-ketosteroid với triphenylphosphonium ylid (Ph3PCR1R2) tạo thành alkene (C=CR1R2) và triphenylphosphine oxid (Ph3PO)

(3) Ứng dụng phản ứng ngưng tụ Knoevenagel: ngưng tụ xúc tác base ketosteroid với hợp chất có nguyên tử hydro linh động như methoxy-, ester

17-cyanoacetic, isocyanoacetate, nitromethane v.v tiếp theo, oxy hoá liên kết đôi Δ17(20) (4) Ứng dụng phản ứng Reformatskii: tương tác 17-ketosteroid với ester của acid carboxylic thế -halogen có mặt Zn và sau đó oxy hoá liên kết đôi Δ17(20)

(5) Phương pháp acetylene, tức là 17-ketosteroid được ngưng tụ với acetylene;

17-ethynyl-17-hydroxyandrostene tạo ra sẽ được chuyển hoá đến pregnane bằng những phương pháp khác nhau Con đường acetylene bắt đầu phát triển chỉ vào những năm gần đây khi có được khả năng rõ ràng 17-ethynyl hoá định hướng lập thể 17-

ketosteroid hay là epimer hoá hiệu quả trung tâm C-17 của 17-ethynyl-17hydroxyandrostene nhận được ban đầu trong phản ứng ngưng tụ acetylene 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 pregnane [1-3,5]

-Trong tổng quan này chúng tôi sắp xếp bố cục theo thời gian phát triển của phương pháp chuyển hoá 17-ketoandrostene đến 20-ketopregnane, đặc biệt lưu ý tới các công trình gần đây nhất

1.1.1 Phương pháp cyanohydrin tổng hợp mạch bên pregnane

Phương pháp rất có ý nghĩa thực tiễn tổng hợp mạch bên pregnane là phương pháp cyanohydrin, bao gồm tương tác của các hợp chất 17-ketosteroid với acetone

cyanohydrin (hay HCN) và alkyl hoá tiếp theo hợp chất 17α-hydroxy-17β-cyano vừa

AD có hàng loạt ưu điểm: tính chọn lọc cao của phản ứng hydrocyan hoá vào nhóm 17-keto, tác nhân acetone cyanohydrin dồi dào, giá thành thấp Trong tổng hợp các pregnane từ AD các tác giả đã chỉ ra tính hiệu quả cao của phản ứng này [6] Phương pháp cyanohydrin xây dựng mạch bên pregnane từ chất đầu AD cũng đã được đề xuất bởi các tác giả Nhật [7]

Trong sáng chế của hãng Upjohn [8], phương pháp cyanohydrin được áp dụng để

mô hình hoá các dẫn xuất khác nhau của AD Tuy nhiên việc sử dụng 9α-OH AD là

chất đầu đã được tuyên bố nhưng chưa được mô tả trong các ví dụ Để tránh chuyển vị không mong muốn với sự tham gia của nhóm 9-hydroxy bậc ba và vòng A, một cách

tiện lợi sẽ chuyển hoá nó đến dẫn xuất ∆9(11), chức này bền vững hơn trong điều kiện

các phản ứng tiếp theo Hãng Mitsubishi của Nhật đã đề xuất điều chế dẫn xuất cyano-17α-hydroxy bằng cách hydrocyano hóa AD hay là ∆9(11)-AD Tuy nhiên phản

17β-ứng của ∆9(11)-AD với acetone cyanohydin trong các điều kiện được tác giả mô tả xảy

ra với sự tạo thành chỉ dẫn xuất không mong muốn 17α-cyano-17β-hydroxy, trong khi phản ứng với sự có mặt nhóm 9α-hydroxy ở chính các điều kiện này chỉ cho đồng

-hydroxy-∆9(11) có thể nhận được bằng cách epimer hóa 17α-cyano-17-hydroxy-∆9(11)

tạo thành ban đầu, bằng tác dụng với NaCN hoặc triethyl amine hydrocyanua

(Et3N.HCN) trong dung môi alcohol bậc thấp [9] Tác giả sáng chế [10] đã điều chế

thành công đồng phân 17β-cyano-17α-hydroxy xuất phát từ ∆9-AD với hiệu suất 93% trong môi trường alcohol/nước khi sử dụng phương pháp epimer hoá mà bản chất của

phương pháp này là kết tủa dần dần đồng phân 17β-cyano-17α-hydroxy bằng cách

thay đổi nồng độ nước

Chuyển hoá xa hơn hợp chất 17β-cyano-17α-hydroxy- đến 20-ketopregnane đã

được thực hiện bằng phản ứng với CH3Li hay CH3MgBr, trong đó các nhóm 3-keto và

17α-hydroxy đã được bảo vệ [7,11-13]

Để tạo ra hợp chất ∆16(17)- có thể sử dụng đồng phân 17α-cyano-17β-hydroxy hoặc 17β-cyano-17α-hydroxy, hoặc hỗn hợp của chúng Ban đầu người ta ester hoá

nhóm 17-hydroxy bằng phản ứng với methanesulfonyl chloride (CH3SO2Cl), sau đó 17-cyano-17-methanesulfonyloxysteroid tạo thành được xử lí bằng tác nhân dehydrat

hoá Alkyl hoá tiếp theo ∆16(17)-17-nitrile bằng tác nhân Grignard cho phép chuyển hoá các dẫn xuất androstane đến 20-ketopregnane với hiệu suất cao [14] Phương pháp đã

được hoàn thiện và áp dụng đối với các trường hợp 3-acetoxy-∆5-17-ketoandrostane và

AD [15]

Để điều chế 17-acetylsteroid từ 17-oxosteroid có thể sử dụng các tác nhân đặc biệt gọi là “tác nhân acetyl che chắn” làm thay đổi hoạt tính của nhóm carbonyl Các nguyên tắc và ứng dụng của khái niệm này đã được xem xét lại bởi Seebach [16], Grobel & Seebach [17] Trong sự có mặt của các base mạnh “tác nhân acetyl che chắn” tạo thành dạng anion bền vững dễ dàng phản ứng với nguyên tử C nhóm carbonyl của 17-oxosteroid và tạo ra hợp chất trung gian dễ bị thủy phân thành nhóm acetyl, dẫn tới 17-acetylsteroid Các “tác nhân acetyl che chắn” có thể được sử dụng

để tạo ra mạch bên pregnane [18,19] Rất ưa dùng loại này là alkyl hoặc các aryl vinyl ether, alkyl hoặc aryl vinyl thioether hoặc 1,1-trimethylene dithioethane…Việc sử dụng các alkyl vinyl ether được minh họa bởi Baldwin và cộng sự [20,21]

Phương pháp này có thể được áp dụng để chuyển hoá các ketoandrostane đến 9α,17α-dihydroxy-20-ketopregnane

9α-hydroxy-17-Áp dụng phương pháp “tác nhân acetyl che chắn” có kết quả tốt đối với trường hợp 9-hydroxysteroid có vòng D chứa “X” là O hoặc S, “R” là nhóm alkyl (1-6C) hoặc aryl; sau khi xử lý với acid nhận được 17-acetyl-17β-hydroxysteroid tương ứng

Để nhận được đồng phân epimer 17-acetyl mong muốn có thể dehydrat hóa nó đến 16,17-dehydrosteroid tương ứng

Các hợp chất 9α-hydroxysteroid với nhóm chức 3-keto và 17-hydroxy đã được

bảo vệ, nhóm 17β-cyano được chuyển hóa tới 17β-acetyl tương ứng qua hợp chất

trung gian 17-(1-imine ethyl) mà không cần phân lập imine trung gian [22]

1.1.2 Phương pháp acetylene tổng hợp mạch bên pregnane

Ethynyl hoá 17-ketosteroid ở điều kiện khống chế nhiệt động xảy ra từ phía 

của phân tử, tạo thành dẫn xuất 17-ethynyl-17-hydroxy Thông báo đầu tiên 17ethynyl hoá 3-hydroxyandrosterone-17 bằng acetylene trong ammoniac (NH3) lỏng xuất hiện vào năm 1937, cho đến những năm 1970 đã được xem như là sự khẳng định

-về tính chất đặc thù lập thể của quá trình này, không phụ thuộc vào điều kiện ngưng tụ acetylene Theo một phương pháp cổ điển (Favorskii) 17-ketosteroid (AD, ADD) tác dụng với acetylene, có mặt base (potassium alkoxide, lithium diisopropylamide v.v ), phản ứng xảy ra mà không đụng chạm đến nhóm chức 3-keto, cho hiệu suất cao (9596%) 17-ethynylcarbinol [7,23]

Thử nghiệm ở chính các điều kiện này, ngưng tụ với 9-OH AD phát hiện thấy đồng phân hoá bộ khung [24] và chỉ khi bảo vệ nhóm 3-keto bằng cách enol ether hóa

và sử dụng tác nhân là phức chất lithium acetylide với ethylenediamine [24-26] cho phép thực hiện chuyển hoá với hiệu suất 30%

Tính chất không bền vững của 9-OH AD [27] và do đó hiệu suất sản phẩm

17-ethynylandrosta-4-en-9,17-diol-3-one là 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 17-ethynyl hoá [28] hợp chất 9-AD [29-33] Ngưng tụ 9-AD với acetylene có mặt t-

BuOK xảy ra với hiệu suất 90% và không đòi hỏi bảo vệ nhóm 3-keto-4 mà nhóm này được bảo vệ bằng cách tạo thành enolate bền vững

 9 -AD

Lần đầu tiên vào năm 1979 Kanojia và cộng sự [34] đã chỉ ra khả năng điều chế

17-ethynylcarbinol bằng cách ethynyl hoá trực tiếp 17-ketosteroid Trong trường hợp ngưng tụ 3-methoxyestrone với acetylene trong N-methyl-2-pyrrolidone/KOH đã nhận

được 17-ethynylcarbinol (mestranol) như dự đoán, cùng với epimer 17ethynylcarbinol (epimestranol) (87% và 13% tương ứng theo đánh giá bằng SKBM hay 7% epimestranol đã được tách ra bằng sắc ký bản mỏng điều chế)

-Năm 1986, hãng Upjoin (Mỹ) đã lần đầu tiên giới thiệu phương pháp tổng hợp

17-ethynylcarbinol như sau [35]: 17-ketosteroid được ngưng tụ với nguồn acetylene (C2H2, calcium carbide, potassium carbide hay những tác nhân khác sinh ra acetylene

in situ), có mặt base mạnh (KOH, t-BuOK v.v ) và dung môi amine epimer hoá

1,2-diaminocyclohexane v.v không dưới 5%); đồng dung môi là THF, Et2O, dioxane đã khẳng định chắc chắn rằng vắng mặt dung môi epimer phản ứng xảy ra chỉ từ vùng 

và chỉ tạo thành 17-ethynylcarbinol 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-ethynyl Thêm dung môi epimer (5%) làm thay đổi tỉ lệ 17-ethynyl/17-ethynylcarbinol (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% amine, khi đó hiệu suất 17-ethynylcarbinol đạt 50% Thực tế, hãng Gist-Brocades của New Zealand đã xây dựng bằng phát minh “phương pháp đặc thù lập thể 17-ethynyl hoá 14-hydroxy-17-ketoandrostane” 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 [19] Về nguyên tắc, phương pháp này ít khác biệt so với phương pháp trước đây, có chăng khi đó để ethynyl hoá đã sử dụng phức chất của lithium acetylide với ethylenediamine là một sản phẩm thương mại bền vững dạng bột

dễ kiếm [26,36] Có khả năng, chính yếu tố 17-ethynylcarbinol được đưa ra khỏi môi trường phản ứng (dioxane), 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

Ở đây chúng tôi xét thấy có sự tương tự với phương pháp cyanohydrin tổng hợp corticoid, khi đó 17-cyano hoá đặc thù lập thể 17-ketosteroid đạt được bằng cách kết tinh chọn lọc trực tiếp đồng phân 17-cyano từ môi trường phản ứng trong điều kiện cân bằng nhiệt động [16,37-41] Phương pháp điều chế chọn lọc 17-cyanohydrin này

đã được công bố từ những năm 1953 [42], 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 Rõ ràng có sự tương đồng giữa phương pháp cyanohydrin và ví dụ duy nhất được dẫn ra ở trên 17-ethynyl hoá 17-ketosteroid, có thể giả thiết rằng hướng này có thể phát triển trong thời gian tới

Quá trình chuyển hóa 17α-ethynylcarbinol đến dẫn xuất 17β-ethynyl tương ứng

có thể được thực hiện theo hai phương pháp:

(1) Epimer hóa gián tiếp thông qua 17β-OR-ester (R = -SO3H, -COCF3, -NO2…) xúc tác muối kim loại (Ag+, Cu+, Hg+, Hg2+) [34,38]

(2) Epimer hóa trực tiếp: Lưu Đức Huy và cộng sự [43-46] lần đầu tiên đã áp dụng thành công phản ứng Nicholas [47] để epimer hoá trực tiếp 17-ethynylcarbinol bỏ qua giai đoạn ester hoá Phương pháp tỏ ra là một phương pháp chung trong tổng hợp một lớp chất bất kỳ 17-X thế-17-ethynylandrostene (X=O-, N-, S-, Hal-, C-)

OH

Co2(CO)6

HBF 4 Et 2 O -78 o C

C CH

Co2(CO)6

BF4HX

Các phương pháp khác xây dựng mạch bên pregnane 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 Wittig và mô hình hoá phản ứng này (phản ứng Horner–Wadsworth–Emmons) [48], áp dụng phản ứng Knoevenagel [49], áp dụng phản ứng Reformatskii [50-53] hay là các phương pháp khác đã biết [54-57]

1.2 Phương pháp bảo vệ nhóm 3- và 20-ketosteroid

Tạo mạch bên pregnane theo phương pháp cyanohydrin có nhược điểm là đòi hỏi phải bảo vệ nhóm carbonyl (3-keto ) bởi nhóm này bị tấn công không mong muốn bởi

một số tác nhân như tác nhân cơ kim

Có rất nhiều phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl trong các tài liệu đã công bố, trong đó phương pháp ketal hóa được ứng dụng nhiều nhất

Antonucci và cộng sự [58] ketal hóa

17α-hydroxy-17-deoxycorticosterone-21-acetate nhận được 3-monoethyleneketal Hơn nữa, việc sắp xếp lại nối đôi từ vị trí

C-4(5) sang C-5(6) khi hình thành ethyleneketal của 3-keto-∆4-steroid cũng được thông

báo [59] Với 19-nor-3-keto-∆4 nhận được hỗn hợp ∆5(6)- và ∆5(10)

Ảnh hưởng không gian của nhóm acetate đến 20-keto khi ketal hóa cortisone acetate nhận được 3-monoethyleneketal với hiệu suất 60% trong điều kiện khắc nghiệt

và thời gian kéo dài hơn, trong khi đó ketal hóa cortisone cùng điều kiện lại nhận được 3,20-bis-ketal Nhóm thế ở C-17 (như Br-) và C-21 (AcO-) làm giảm mạnh hoạt tính của chức 20-keto

Thủy phân chọn lọc 20-ketal trong sự có mặt của 3-ketal bằng BF3 ở nhiệt độ phòng cũng cho ta 3-monoketal

Kashmiri và cộng sự [60] đã chuyển hóa cortisone acetate đến ethyleneketal với hiệu suất cao 90% bằng phương pháp cải tiến Áp suất giảm xuống 0,5 mm Hg, thời gian phản ứng tăng lên 9 giờ đã ketal hóa được đồng thời cả hai vị trí 3- và 20-keto Hiệu suất nhận được cao hơn là do áp suất thấp dẫn đến nhiệt độ phản ứng giảm làm cho sản phẩm không bị phân hủy

3,20-bis-Theo tài liệu [61], hồi lưu một hợp chất trione (3,12,20-trione) với lượng dư

ethylene glycol trong benzene xúc tác p-TSA (hoặc BF3.Et2O) nhận được dioxolane (không công bố hiệu suất) Sự có mặt của nhóm 12-keto đã cản trở sự hình

3,12-bis-thành 20-ketal (khi vị trí 17α- có nhóm OH hoặc H)

Với các 20-keto không thế ở vị trí C-21 có thể trao đổi dioxolane dễ dàng như keto no 20,20-Cycloethylenedioxy dễ dàng tổng hợp bằng phản ứng với ethylene

3-glycol xúc tác acid (p-TSA, HCl, HBr, acid Lewis: ZnCl2, TiCl4, BF3…) trong C6H6

khi có mặt 11-keto [62]

Hoặc bằng phương pháp glycol-ethyl orthoformate [63]

Các nhà khoa học Nga [6] lần đầu tiên đã đưa ra phương pháp ketal vòng hóa các 3-ketosteroid tạo thành vòng 6 cạnh thay cho vòng 5 cạnh trước đây Do độ bền nhiệt động của vòng 6 cạnh bền hơn vòng 5 cạnh nên hiệu suất phản ứng cao hơn hẳn

(98%) 17β-cyano-17α-hydroxyandrosta-4-en-3-one phản ứng với neopentyl glycol

trong dung môi CH2Cl2, có mặt triethyl orthoformate và xúc tác p-TSA trong 8 giờ ở

0-5oC nhận được 3,3-(2,2-dimethyl

propylenedioxy)-17β-cyano-17α-hydroxyandrosta-5-ene

Trong trường hợp cần monoketal hóa lựa chọn 3-keto (đặc biệt là trong sự có mặt của các nhóm keto khác ở vị trí 6-, 17- hoặc 20-) thì nên áp dụng phương pháp trao đổi dioxolane hóa vì phương pháp này nhạy cảm với hiệu ứng không gian hơn

Với hệ thống 3-keto không liên hợp thì lựa chọn phương pháp bảo vệ dimethoxy hóa là phù hợp nhất Nhóm dimethylketal được tạo thành bằng phản ứng của chức keto

với MeOH trong sự có mặt của xúc tác phù hợp (p-TSA, SeO2, NBS) Phương pháp này có tính lựa chọn cao vì các nhóm 2-, 6-, 11-, 12-, 17- và 20-keto không bị dimethylketal hóa trong điều kiện này

Tuy nhiên phản ứng không xảy ra với nhóm carbonyl liên hợp Đây là hạn chế

của phương pháp này vì hệ thống 3-keto-∆4 là thường gặp trong hợp chất steroid Trường hợp có mặt nhóm 6-keto cùng hệ thống 3-keto no, do sự tương tác 1:3

mạnh giữa nhóm thế axial ở C-6 với H ở 8β- và 2β- (dãy 5α-steroid) và nhóm thế ở 10β- làm giảm hoạt tính của 6-keto so với 3-keto Do đó nhóm 6-keto không phản ứng

với MeOH tạo thành 6-dimethylketal, thậm chí cả khi vắng mặt nhóm thế ở C-10 (dẫn xuất 19-nor) [64]

1.3 Đưa nối đôi vào vị trí 1(2), 9(11) và 16(17) của phân tử steroid [65,66]

1.3.1 Tạo lập nối đôi ∆ 9(11) và ∆ 16(17)

Một trong những tác nhân dehydrat hóa được sử dụng nhiều nhất là POCl3, tốt nhất là trong sự có mặt của một amine bậc ba như Py Tiếp đến là SOCl2 trong Py

Sử dụng POCl3-Py [67] dehydrat hóa 11β-hydroxy (hoặc 11α-) đến ∆9(11) ở nhiệt

độ phòng, trong điều kiện này nhóm 17α-hydroxy được bảo toàn Tác nhân này dường như không thích hợp với hệ thống 3-keto-∆4, có thể do hình thành enol phosphoryl hóa Nếu sử dụng SOCl2-Py [68] cả hai nhóm hydroxy ở C-11 và C-17 đều bị dehydrat hóa

Dehydrat hóa nhóm 17α-hydroxy đến ∆16(17) tương ứng có thể được thực hiện bằng hỗn hợp của POCl3 và Py Geurts và Vivat [63] dehydrat nhóm 17α-hydroxy hợp chất vòng 3-(1,2-ethanediyl)-acetal của 17β-cyanoandrosta-5,9(11)-diene-17α-ol-3-

one bằng POCl3 trong Py nhận được dẫn xuất ∆16(17) với hiệu suất cao (85%)

Để tránh dehydrat hóa 17-hydroxy khi sử dụng SOCl2-Py, Allen và Bernstein [68] đã giảm sự tiếp xúc giữa chất đầu với tác nhân và tiến hành phản ứng ở nhiệt độ

thấp, hơn nữa ưu điểm của tác nhân SOCl2-Py này là có thể áp dụng với hệ thống

3-keto-∆4

Các ∆9(11)-corticoid là những hợp chất trung gian quan trọng bởi vì các nhóm thế

ở C-9 làm tăng hoạt tính kháng khuẩn Các hợp chất này thường nhận được do

dehydrat hóa các dẫn xuất 9α-, 11α- hoặc 11β-hydroxy, và do đó một vài phương pháp

chọn lọc đã đưa ra nhằm tăng hiệu quả của quá trình dehydrat hóa các steroid trong sự

có mặt của hệ thống 3-keto-∆4 và nhóm 17-hydroxy

Phương pháp trực tiếp đầu tiên cho hiệu suất cao khi xử lý các alcohol (11α- hoặc β) với NBS trong Py và sau đó với SO2 [69] Những nghiên cứu sau đó cũng khẳng định phương pháp này (N-haloamide/SO2) cho hiệu suất vượt trội so với các phương pháp khác (dường như tác giả không so sánh với phương pháp sử dụng

CH3SO2Cl/SO2)

Methanesulfonyl chloride cũng được sử dụng để dehydrat hóa 11β-hydroxy, tốt

nhất là trong hệ dung môi THF-Py và ở nhiệt độ thấp, cùng với sản phẩm chính là sản

phẩm phụ 11β-methanesulfonyl và ∆16(17) [70] Một phương pháp khác cũng sử dụng tác nhân dehydrat hóa methanesulfonyl chloride cho hiệu suất sản phẩm chính thấp hơn (75-80%) Tuy nhiên các nhà nghiên cứu thuộc công ty Merck [71] phát hiện ra nếu methanesulfonyl chloride có chứa 10-20% mol SO2 làm tăng hiệu suất tạo thành

nối đôi ∆9(11) lên 92% trong DMF-collidine (trimethyl pyridine) ở 25-35oC Vắng mặt

SO2 phản ứng không xảy ra Cơ chế phản ứng được cho là hình thành ester không bền

và chính sự mất ổn định này đã tạo ra sản phẩm, giải phóng SO2 và anion sulfonate

Điểm đặc biệt của tài liệu [72] là tiến hành dehydrat hóa lựa chọn vùng

11α-hydroxy sử dụng PCl5 (chất trung gian, chuyển thành POCl3), bằng cách loại bỏ hoặc giảm thiểu các sản phẩm phụ cho hiệu suất cao

Để tạo nối đôi ∆9(11) cũng có thể dehydrat hóa dẫn xuất 9α-hydroxy Điểm đặc biệt của phản ứng dehydrat hóa 9α-OH AD là tạo thành đồng phân androsta-4,8(9)- diene-3,17-dione (∆8(9)-AD) [73] Đồng phân này có giá trị Rf tương tự ∆9(11)-AD trên TLC và không thể tách khỏi nhau bằng phương pháp kết tinh Đây là nguyên nhân làm làm cho hiệu suất phản ứng thấp và việc loại bỏ đồng phân không mong muốn này vô

cùng khó khăn và tốn kém Nhận biết đồng phân ∆8(9)-AD trong hỗn hợp sản phẩm có thể được thực hiện, ví dụ, bằng các phương pháp phổ 1H, 13C-NMR, hoặc bằng sắc ký: HPLC, GC

Phương pháp dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp ∆9(11)-AD đã biết có sử dụng dung môi hữu cơ (các hydrocarbon chứa Cl, các hydrocarbon thơm, các ether vòng,

các base hữu cơ) Tuy nhiên, tác nhân dehydrat hóa là p-TSA (dung môi C6H6) hoặc sử

dung silica gel hấp phụ acid sulfonic hữu cơ (p-TSA, acid naphthalenesulfonic), dung

môi hydrocarbon thơm, cho hiệu suất tốt [29]; hoặc acid Lewis: FeCl3, TiCl4 và hỗn hợp của chúng với silica gel trong một dung môi hữu cơ trơ [30], không có dấu vết của

đồng phân ∆8(9); hoặc acid chlorosulfonic HSO3Cl (dung môi CH2Cl2) [74]

Một phương pháp nhận được các ∆9(11)-steroid của một số các androstane, bao

gồm ∆9(11)-AD, phản ứng của 9α-hydroxysteroid (đặc biệt là 9α-OH AD) với acid chứa

oxy không thơm có pKa ≤ 1,0 [74] Đó là acid được lựa chon từ nhóm các acid: acid chlorosulfonic HSO3Cl), sulfuric (H2SO4), phosphoric (H3PO4), methanesulfonic (CH3SO3H), perchloric (HClO4)

John và cộng sự [75] mô tả quá trình dehydrat hóa dùng thionyl chloride (SOCl2)

trong dung môi Py để điều chế Δ9(11)-progesterone Phương pháp này cũng được sử

dụng để dehydrat hóa 9α-OH AD

Schubert và Onken [76] đã đề xuất phương pháp điều chế 9(11)-dehydrosteroid

một cách dễ dàng, bao gồm việc đun hồi lưu dung dịch của 9α-hydroxysteroid tương ứng với một acid sulfonic thơm, đặc biệt là p-TSA Mặc dù việc sử dụng 9α-

hydroxytestosterone đã được đề cập một cách rõ ràng, các ví dụ chỉ được dẫn đối với các pregnane Sáng chế này chỉ dẫn ra một số ít và không rõ ràng các số liệu về hiệu suất và độ tinh sạch của sản phẩm Phương pháp này không áp dụng được đối với các

hợp chất 9α-hydroxyandrostane

Một phương pháp cải tiến được mô tả trong tài liệu [77] Đầu tiên, nhóm chức

9α-hydroxy của hợp chất androstane được chuyển hóa tới nhóm 9α-OSOR (R là alkyl

(1- 4C), phenyl hoặc phenyl có nhóm thế) Sau đó, dehydrat hóa bằng phản ứng với thionyl chloride (SOCl2) Phương pháp này cũng có nhược điểm là dùng dung môi độc hại benzene, mặc dù cho hiệu suất không dưới 85% nhưng nhận được hỗn hợp các

đồng phân Δ9(11)-steroid : Δ8(9)-steroid với tỷ lệ 98 : 2, do phải thêm giai đoạn tinh chế

bổ sung nên phương pháp thực sự không tiên tiến

Tài liệu [78] mô tả phương pháp điều chế Δ9(11)-steroid được cho là đạt hiệu suất

cao bằng cách dehydrat hóa 9α-hydroxysteroid tương ứng sử dụng acid Lewis, ví dụ:

FeCl3, BF3 và các phức của nó như BF3.Et2O, antimony pentachloride SbCl5 và TiCl4

1.3.2.1 ∆ 1(2) -dehydro hóa bằng phương pháp vi sinh

Quá trình ∆1(2) -dehydro hóa vi sinh thường được tiến hành với tất cả tế bào Do đây là một phản ứng phụ thuộc cùng lúc nhiều yếu tố, sự tái sinh liên tục của các đồng yếu tố cần thiết vẫn thường được thực hiện bằng các hệ thống tế bào có hoạt tính Tài liệu [79] giới thiệu một phương pháp 1(2)-dehydro hóa các dẫn xuất 3-keto-

Δ4-steroid của androstane Phản ứng 1(2)-dehydro hóa sử dụng tế bào của chủng vi

sinh có hoạt tính 3-ketosteroid-1-dehydro hóa cao, trong dung môi phi proton có thể tan trong nước có chứa 8-40% thể tích H2O Quá trình diễn ra nhanh và có độ chọn lọc cao

R 1 =R 2 =H hoặc nhóm CH 2 ;

R 4 = OH và R 3 =H hoặc CH 3 ; R 3 và R 4 nhóm keto Tài liệu [80] đã công bố phương pháp vi sinh dehydro hóa 1(2)-steroid, bao gồm hàng loạt androstane, pregnane…cho hiệu suất cao Nhược điểm của phương pháp này

là sử dụng tế bào đông khô rất tốn năng lượng, nồng độ cơ chất thấp (cao nhất là 8 g/l), thời gian chuyển hóa dài (không ít hơn 24 giờ), sử dụng một lượng lớn dung môi hữu

cơ dễ cháy…Ví dụ 4 [80], quá trình dehydro hóa 1(2)- hợp chất 4,9(11),16-triene-3,20-dione được thực hiện trong đệm phosphate (pH 7,5) các tế bào đông khô (10 g/l, lên tới 79,6% hàm lượng của chất nền), với nồng độ steroid ban đầu

21-acetoxypregna-là 8 g/l trong sự có mặt của menadione, và steroid trong dimethylformamide được đưa vào môi trường chuyển hóa, nồng độ trong môi trường là 2% thể tích Sau thời gian

nuôi cấy 24 giờ ở nhiệt độ 31°C, nhận được một hỗn hợp gồm 21-acetoxy-Δ1,4- và

21-hydroxy- tương ứng, hàm lượng sản phẩm ∆1,4 là 97,8% còn lại là 2,2% chất nền

Đã được biết nhiều nhất là phương pháp 1(2)-dehydro hoá vi sinh hợp chất

3-keto-∆4 bằng Arthrobacter-17-simplex đã được đăng ký bằng phát minh [81], mô tả thí nghiệm chuyển hoá ∆9(11)-16β-methyl-20-ketopregnane Các dẫn xuất tương tự của nó 11α-hydroxy- và 9β,11β-epoxy với các hiệu suất tương ứng là 82,7%; 76,7% và

77,3% Tuy nhiên quá trình được tiến hành với nồng độ rất thấp cơ chất steroid: cơ

chất ban đầu đưa vào chỉ từ 0,18 đến 0,22 g/l Điều này làm cho quá trình không hiệu quả kinh tế

Có một quá trình kỹ thuật tổng hợp ∆1(2) thông qua ví dụ điều chế betamethasone

bằng cách dehydro hoá dẫn xuất ∆4- trung gian của nó bằng chủng vi sinh

Arthrobacter được mô tả trong sáng chế của Trung Quốc, tuy nhiên cũng có nhược

điểm là hàm lượng cơ chất thấp [82]

1.3.2.2 ∆ 1(2) -dehydro hóa bằng phương pháp hóa học

Đưa nối đôi ∆1(2) vào các hợp chất 3-keto-Δ4-steroid bằng phương pháp hóa học thường sử dụng tác nhân 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ) hoặc SeO2 Chúng thường được dùng cho mục đích dehydro hóa các α(β)-ketone, các dẫn

xuất enol và các olefin

DDQ là một tác nhân rất hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong dehydro hóa các ketosteroid Phản ứng của AD với DDQ khi hồi lưu trong C6H6 hoặc dioxane tạo thành

sản phẩm chính 3-keto-∆1,4 đi qua ∆2,4-enol cùng với một lượng nhỏ sản phẩm phụ:

3-keto-∆4,6 đi qua ∆3,5-enol và 3-keto-∆1,4,6 3-Keto-∆1,4,6 là do 3-keto-∆4,6 phát sinh thêm

vì 3-keto-∆1,4 rất trơ với quinone trong điều kiện này nên không bị dehydro hóa thêm

[83] Cũng theo [83] phản ứng ∆1(2)-dehydro hóa trong C6H6 cho hiệu suất sản phẩm chính cao hơn trong dioxane Quá trình oxy hóa trong môi trường trung tính hoặc acid

yếu làm tăng hiệu suất tạo sản phẩm 3-keto-∆1,4, ngược lại trong môi trường acid mạnh

(HCl, p-TSA) hầu như tạo thành ∆6, là do sự tạo thành ∆3,5-enol thường chậm và được

tăng tốc độ bởi các acid mạnh và cân bằng thuận nghịch tạo ∆2,4-enol bền vững về mặt

nhiệt động hơn là tạo thành ∆3,5-enol Do đó sử dụng tác nhân dehydro hóa DDQ 1,5 eq.), hồi lưu trong C6H6 hoặc dioxane trong vài giờ, môi trường phản ứng tuyệt đối

(1,2-khan, sẽ nhận được ∆1(2) với hiệu suất cao (70-80%)

Burn và Petrow [84] hồi lưu các 3-keto-∆4 trong C6H6 hoặc dioxane, tác nhân

dehydro hóa DDQ, nhận được các dẫn xuất 3-keto-∆1,4 tương ứng

Kubota và cộng sự [85] đã đưa ra phương pháp chung ∆1(2)-dehydro hóa một số

3-keto-∆4 như sau: hỗn hợp của 3-keto-∆4 và DDQ (1,2 eq.) trong C6H6 khan (40-65 ml/1 g steroid) được hồi lưu trong 25-30 giờ Lọc bỏ sản phẩm dạng tinh thể 2,3-dichloro-5,6-dicyanohydroquinone, dịch lọc được dội qua cột Al2O3 (10 g/ 1 g steroid)

để loại bỏ DDQ dư, rửa Al2O3 bằng CHCl3 rồi chưng cất chân không Cặn đem kết

tinh nhận được 3-keto-∆1,4 steroid với hiệu suất 55-75%

Trong đó R: -C 8 H 17 ; -OCOC 2 H 5 ; -OH; -COCH 3 ; -COCH 2 OAc

Tài liệu [86] cũng sử dụng DDQ là tác nhân dehydro hóa các 3-keto-∆4-steroid,

trước và sau khi mở vòng 9β,11β-epoxy bằng HF, hồi lưu 24 giờ trong dioxane khan

Sau khi phản ứng kết thúc thì loại bỏ dung môi, thêm CH2Cl2, lọc bỏ tinh thể dichloro-5,6-dicyanohydroquinone rồi tiến hành như [85]

2,3-Trong đó: R 1 , R 2: 9β,11β-O

R 1: 11β-OH, R2: 9α-F

SeO2 cũng được sử dụng để đưa nối đôi ∆1(2) vào hệ thống 3-keto theo cách

tương tự DDQ ∆1,4-3-keto có thể được tổng hợp từ 5α- và 5β- của 3-keto no,

3-keto-∆4, 3-keto-∆5, 5α-3-keto-∆1(2) SeO2 rất nhạy cảm với môi trường phản ứng, thường

tiến hành hồi lưu trong t-BuOH với lượng nhỏ acid, nếu chất đầu không bền với acid

thì thay bằng một lượng nhỏ Py Một vấn đề khó khăn khi sử dụng SeO2 đó là loại bỏ tạp chất chứa Se kim loại, bởi vì nếu không được loại bỏ thì chúng sẽ ảnh hưởng đến các giai đoạn sau Những nghiên cứu trước đây thường xử lý hỗn hợp sản phẩm bằng acid chromic để loại bỏ tạp chất này Những nghiên cứu sau này thì loại bỏ bằng cách lọc qua Celite, sắc ký cột silica gel/Celite Thực tế, trong hầu hết các trường hợp SeO2

được thay thế bằng DDQ cho hiệu suất cao hơn và ít gặp khó khăn trong giai đoạn xử

lý

Oxy hoá các 3-keto-∆4-steroid trong phân tử có chứa F bằng SeO2, hồi lưu 24

giờ, dung môi t-BuOH, trong sự có mặt của một lượng nhỏ Py, sau khi loại bỏ tạp chất

chứa Se bằng cách lọc qua Celite, hoặc sắc ký cột silica gel/Celite hoặc kết tinh nhận

được 3-keto-∆1,4 (hiệu suất 45-50%) [87]

Trong đó: R = -H; -F

Theo tài liệu [88] khi hồi lưu 3-keto-∆4-steroid với SeO2 trong t-BuOH sau 20 giờ nhận được 3-keto-∆1,4 (hiệu suất 65%)

Theo [89] khi hồi lưu 3-keto-∆4-steroid với SeO2 trong t-BuOH cùng với một lượng nhỏ Py sau 28 giờ nhận được 3-keto-∆1,4 (hiệu suất 64%)

1.4 Tổng hơ ̣p ma ̣ch bên corticoid

Corticoid là một lớp chất steroid với mạch nhánh dioxyacetone hydroxy) gắn ở vị trí C-17 Điển hình là hydrocortisone, cortisone (glucocorticoid); aldosterone, deoxycorticosterone (mineralocorticoid)…

hydrocortisone cortisone aldosterone

1.4.1 Chuyển hoá nhóm 17-ethynyl đến mạch bên corticoid

17-Ethynylcarbinol dễ dàng bị hydrat hoá được xúc tác bằng muối HgSO4 đến 20-ketosteroid (phản ứng Kucherov) [90-93] C(21)-hydroxy hoá 21-methyl-20-ketosteroid tạo thành có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau đã biết [14,94] Một trong số các phương pháp chuyển hoá nhóm 17-ethynyl đến mạch bên corticoid là xử lý 17-ethynylandrostene bằng NBA trong dung dịch đệm H2O-AcOH, sau đó chuyển hoá 21,21-dibromo-20-keto đến 21-acetate tương ứng với hiệu suất 5070%, bằng cách đun nóng với KOAc trong dung môi phân cực phi proton [95]

Các phương pháp hoàn chỉnh và thành công tổng hợp 17-ethynylandrostene thúc đẩy việc tìm kiếm những phương pháp mới có khả năng chuyển hoá nhóm 17-ethynyl 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 siêu hoá trị [38,96,97] Ở hướng nghiên cứu thứ nhất, 17-acetoxy-17-ethynylandrosta-1,4-diene-3-one được chuyển hoá thành 17,21-diacetoxypregna-1,4-diene-3,20-dione [38] Giai đoạn chìa khoá là phản ứng giữa 17-acetoxy-17-ethynyl với hỗn hợp I2 / acid peracetic xảy ra định lượng tạo thành 21,21-diiodide; trong khi đó dẫn xuất 17-hydroxy-17-ethynyl của

nó không phản ứng Tuy nhiên, thế iod trong dẫn xuất 21,21-diiodide hoặc 21- monoiodide bằng nhóm acetoxy xảy ra khó khăn và chỉ có thể đạt được bằng cách xử

lý với tetramethylammonium acetate (Me4NOAc) hoặc N-methyl-2-pyrrolidone, tương ứng Cần lưu ý rằng sự tạo thành 21,21-diiodide trong các điều kiện này là ngoài dự đoán đối với các tác giả có ý định áp dụng phản ứng được phát minh năm 1971 cho các steroid (Ogata và Urasaki) [98]

Trong đó, i=CH 3 CO 3 H/ I 2 / CH 3 CO 2 H ii=NaOAc/ Et 3 NOAc/ Me 2 CO

Phản ứng iodoacetoxy hoá alkyne bằng acetyl hypoiodide (AcOI) sinh ra in situ

khi tương tác I2 với CH3CO3H trong AcOH vic-Acetyl iodide tạo thành dễ dàng bị

thuỷ phân đến -hydroxy ketone [99,100] Tiếc rằng hướng nghiên cứu đó không có ý nghĩa thực tiễn trong trường hợp steroid Ở đây, phản ứng xảy ra mà không có sự tham gia của AcOI (tốc độ tạo thành nó từ CH3CO3H và I2 có thể nhỏ) và nhóm 17-acetoxy tham gia làm bền hoá điện tích dương ở trung tâm carbocation

Phát triển tiếp tục các nghiên cứu theo hướng này tài liệu [101] cho thấy việc sử dụng nguồn AcOI khác (phenyliodine diacetate: PhI(OAc)2 hoặc I2 trong CH3CO3H

[99,100]) khi tương tác cặp epimer 17-acetoxy-17-ethynylandrosta-4-en-17-ol-3-one không làm thay đổi tiến trình phản ứng, đồng thời tạo thành C(17)-epimer 21,21-diiodide tương ứng (17-ethynylcarbinol trơ trong các điều kiện này)

C C H

C O O +

OAc OMe

Vắng mặt quá trình epimer hoá vào C-17 trong cả hai dãy hoá lập thể gây nên nghi ngờ đã được nêu lên ở [102] cơ chế tham gia của nhóm 17-acetoxy đòi hỏi khi thừa nhận trạng thái chuyển tiếp A nghịch đảo một phần hay toàn bộ hoá lập thể trung tâm C-17 trong phản ứng với 17-acetoxy-17-ethynylandrosta-4-en-3-one Có thể giả thiết nhóm acetoxy bên cạnh hoạt hoá liên kết acetylene quyết định nhanh hơn ảnh hưởng điện tử của nhóm acetoxy còn lại Cộng hợp nhanh chọn lọc vùng hai phân tử AcOI vào liên kết ba và sau đó vào liên kết đôi trong hợp chất trung gian kiểu B (với hoá lập thể ban đầu trung tâm C-17), tạo ra 21,21-diiodide [101]

Trong kế hoạch chuyển hoá một giai đoạn 17-ethynylsteroid đến 20-ketopregnane, chúng tôi đặc biệt lưu ý đến phản ứng Mercusev [103,104] tương tác alkyne với phenyliodine bis-triflouroacetoxy (PIFA) có mặt nước Cơ chế phản ứng được trình bày như là tấn công electrophile phân tử PIFA vào liên kết ba