luận văn thạc sĩ góp phần nghiên cứu một vài phương pháp ứng dụng trong tổng hợp pregnan từ phytostrerol 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 HỐ HỌC Lƣu Thị Kim Nhung GĨP 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 z VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HỐ HỌC Lƣu Thị Kim Nhung GĨP PHẦN NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƢƠNG PHÁP ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP PREGNAN TỪ PHYTOSTEROL THƠNG QUA ANDROSTENDION Chun ngành: Hóa Hữu 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 z MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Phương pháp cyanhydrin tổng hợp mạch bên pregnan 1.2 Phương pháp acetylen tổng hợp mạch bên pregnan 1.2.1 Ngưng tụ 17-cetoandrosten với acetylen 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 hố nhóm 17-etynyl đến mạch bên corticoid 16 1.3.2 Chuyển hóa 20-cetopregnan đến mạch bên corticoid 20 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 Tạo mạch bên corticoid sử dụng hợp chất đa hóa trị iod PhI(OAc)2 42 Nghiên cứu chọn lựa lập thể tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan 50 Chương 3: THỰC NGHIỆM 55 Tổng hợp 17α-hydroxy-17β-cyanandrost-4-en-3-on (2) 55 Tổng hợp 17α-hydroxy-3,3 (2,2-dimetyl propylen dioxy)-androst-5 -en-17βcarbonitril (3) 55 3 Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-17β-cyanandrost-5 ,16(17)-dien (4) 56 Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-pregn-5, 16(17)-dien-20-one (5) 56 Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-16α,17α-epoxy-pregn-5-en-20-one (6) 57 z Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)-16α,17α-epoxy-20,20-dimetyl acetal21-hydroxy- pregn-5-en (7) 57 Tổng hợp 16α,17α-epoxy-21-hydroxy –pregn-4-en- 3,20-dion ( ) 57 Tổng hợp 3,3-(2,2-dimetyl propylen dioxy)- 17α-hydroxy -pregn-5-en -20-one (10) 58 Tổng hợp 3,20-bis-(1,2-etandinyl)-acetal-16α,17α-epoxy-pregn-5-en ( 11) 58 10 Nghiên cứu phản ứng 3,20-bis-(1,2-etandinyl)-acetal-16α,17α-epoxy-pregn-5en ( 11) với CH3MgBr 58 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 66 z MỞ ĐẦU Hiện Việt Nam phải nhập tới 90% hoạt chất làm thuốc, 100% thuốc có gốc steroid cơng nghiệp Hóa dược gần chưa có, giá thuốc cao so với mức thu nhập người dân Trước tình hình đó, Chính phủ Việt Nam phê duyệt Chương trình trọng điểm quốc gia Hố - Dược từ 2007 đến 2015 có tính đến 2020, nhằm thúc đẩy tạo cú huých cho cơng nghiệp Hố - Dược nước nhà phát triển Tháng 10/2007, Đại hội Hoá - Dược diễn Hà Nội, Hội Hoá - Dược thành lập, bàn bạc sơi nổi, hưởng ứng “Chương trình trọng điểm Hoá- Dược quốc gia” Phần lớn ý kiến đồng quan điểm cho rằng: Hiện nay, chương trình Hố - Dược Việt Nam muốn thành cơng phải ưu tiên vào nguồn hợp chất thiên nhiên sterol đậu tương, flavonoid….[10] Trước diosgenin solasodin nguyên liệu số cho tổng hợp loại thuốc steroid Tuy nhiên chúng phải gieo trồng đất nơng nghiệp nhiều năm có thu hoạch, giá thành cao Từ lâu người ta sức tìm kiếm nguồn nguyên liệu rẻ tiền Các sterol thực vật (phytosterol) ý đến nhiều chúng có trữ lượng lớn thu hồi từ phế phụ thải công nghiệp giấy, cơng nghiệp mía đường cơng nghiệp dầu đậu tương Điều trở thành thực sau phát minh số chủng vi sinh phân cắt chọn lựa mạch bên sterol đến 17-cetosteroid: androstendion (AD), androstadiendion (ADD) 9-hydroxyandrostendion (9-OH AD) [3, 4, 23, 99] Một số công ty dược lớn giới “Apdzon’’ [60] “Serl”[18] Mỹ, “Sering” [73] LB Đức, “Mitsubisi” [49] Nhật đưa thị trường vài dược phẩm bán tổng hợp từ sterol thông qua 17-cetosteroid trung gian [2] Ở Việt Nam, từ năm 1978-1980 có số lượng lớn cán khoa học Viện Hoá học – Viện Khoa học Công nghệ Việt nam (Viện KHVN - tên cũ) Viện Dược liệu - Bộ Y tế sức tìm kiếm nguồn nguyên liệu diosgenin solasodin từ cỏ Việt Nam Kết sau nhiều năm điều tra sàng lọc không làm ngun liệu hàm lượng hoạt chất thấp Cây z luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion solanum di thực từ Liên Xô cũ vào Việt Nam trồng thử Lâm Đồng dần bị thoái hoá Một vài dioscorea lấy giống từ Mehico cho hàm lượng diosgenin cao ổn định Vì vậy, Bộ Y tế có đề án quốc gia chiết xuất chuyển hoá diosgenin đến loại thuốc steroid Tuy nhiên, sau ba kế hoạch năm chưa đưa vào sản xuất loại thuốc mà bán tổng hợp vài dẫn xuất ban đầu theo quy trình cũ từ năm 1950; từ 1990 đến đề tài khơng thấy tiếp tục, có lẽ nói thời thay đổi, sterol bắt đầu lên Ở nước ta hoạt động số nhà máy giấy cỡ lớn đậu tương nông sản quan trọng thứ với sản lượng hàng trăm ngàn tấn/ năm Do thu hồi sterol từ phế phụ thải hai ngành sản xuất vấn đề thời có ý nghĩa khoa học, kinh tế, xã hội môi trường to lớn Ở Việt Nam từ 1990 đến nhóm nghiên cứu Lưu Đức Huy cộng (Viện Hoá Học-Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) nghiên cứu nhằm hoàn thiện số phương pháp chuyển hố sterol đến corticoid thơng qua 17cetosteroid trung gian Mục đích cuối đưa sơ đồ hiệu tổng hợp corticoid từ sterol thay cho sơ đồ trước tổng hợp chúng dựa ngun liệu cũ khơng cịn tương lai diosgenin solasodin Năm 2006, lần Lưu Đức Huy cộng Cuba cơng bố kết chuyển hố vi sinh hiệu phytosterol, nguyên liệu Việt Nam đến androstendion (AD) androstadiendion (ADD) [88] Năm 2007, Bộ Khoa học  Công nghệ phê duyệt nhiệm vụ nghị định thư hợp tác với Liên bang Nga “Nghiên cứu cơng nghệ vi sinh chuyển hố phytosterol đến androstendion (AD) 9-hydroxy AD sử dụng cơng nghiệp Hố-Dược” Lưu Đức Huy làm chủ nhiệm Vừa đây, Lưu Đức Huy cộng Nga có cơng bố cơng nghệ chuyển hóa vi sinh phytosterol Việt Nam đến AD 9α-OH AD với hiệu suất trung bình đạt 70% 75÷80% tương ứng [98] Cơng nghệ nghiên cứu cải tiến, nâng cấp nhờ áp dụng phương pháp xúc tác Immobil [38] luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion z luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion Về nguyên tắc nguyên liệu đầu diosgenin hay solasodin, sau phân cắt chọn lọc mạch nhánh ta có mạch bên pregnan; chuyển sang sterol ta nhận 17-cetosteroid, tức chưa có mạch bên pregnan Như vậy, số nhiệm vụ quan trọng xây dựng mạch bên pregnan Trong số nhiều phương pháp xây dựng mạch bên pregnan chúng tơi trình bày phần tổng quan, phương pháp cyanhydrin phương pháp acetylen tỏ có triển vọng ứng dụng Từ phytosterol phạm vi luận văn này, hạn chế nghiên cứu phương pháp sau: Phương pháp cyanhydrin tạo mạch bên pregnan Phương pháp tạo mạch bên corticoid sử dụng hợp chất đa hóa trị iod PhI(OAc)2 Phương pháp chọn lựa lập thể tổng hợp 16β-metyl-17α-hydroxy pregnan Thuộc chương trình rộng lớn nhóm ngiên cứu Lưu Đức Huy phụ trách, nghiên cứu tổng hợp loại thuốc có gốc steroid đặc biệt corticoid luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion z luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion Chương 1: TỔNG QUAN Tổng hợp corticosteroid, nói riêng 20-cetopregnan từ 17-cetoandrosten thực nhiều phương pháp sau [4, 6, 7, 8, 9] Phương pháp cyanhydrin: 17-cetosteroid ngưng tụ chọn lựa lập thể với HCN; 17-cyano-17-hydroxyandrosten tạo thành ankyl hoá tác nhân Grignard hay metyl liti Ứng dụng phản ứng Vittic, tức tương tác 17-cetosteroid với Ilit photpho Ứng dụng phản ứng Knevenagel: ngưng tụ xúc tác bazơ 17-cetosteroid với hợp chất có nguyên tử hydro linh động metoxy-, este cyanoacetic, isocyanoacetat, nitrometan v.v tiếp theo, oxy hố liên kết đơi C17=C20 Ứng dụng phản ứng Reformatxki: tương tác 17-cetosteroid với este axit cacboxylic -halogen có mặt Zn sau oxy hố liên kết đơi C17=C20 Phương pháp acetylen, tức 17-cetosteroit ngưng tụ với acetylen; 17etynyl-17-hydroxy-androsten tạo chuyển hoá đến pregnan phương pháp khác Con đường acetylen bắt đầu phát triển vào năm gần có khả rõ ràng 17-etynyl hố định hướng lập thể 17cetosteroid epime hoá hiệu trung tâm C17 17-etynyl-17hydrocyandrosten nhận ban đầu phản ứng ngưng tụ acetylen Điều kích thích mối quan tâm ứng dụng phương pháp vào thực tiễn cần thiết tổng kết lại tư liệu tham khảo mà tổng quan đề cập rời rạc phạm vi tổng hợp mạch bên pregnan [4, 6, 7, 9] Trong tổng quan xếp bố cục theo thời gian phát triển phương pháp chuyển hoá 17-cetoandrosten đến 20-cetopregnan, đặc biệt lưu ý tới cơng trình gần 1.1 Phương pháp cyanhydrin tổng hợp mạch bên pregnan Phương pháp có ý nghĩa thực tiễn tổng hợp mạch bên pregnan phương pháp cyanhydrin, bao gồm tương tác hợp chất 17-cetosteroid với acetocyanhydrin (hay HCN) ankyl hoá hợp chất 17α-hydroxy-17β- luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion z luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion nitril vừa nhận Phương pháp cyanhydrin xây dựng mạch bên corticoid từ AD 9-OH AD có hàng loạt ưu điểm: tính chọn lọc cao phản ứng hydrocyan hố vào nhóm 17-ceto, tác nhân acetocyanhydrin dồi dào, rẻ tiền Trong tổng hợp pregnan từ AD chúng tơi tính hiệu cao phản ứng [72] Phương pháp cyanhydrin xây dựng mạch bên pregnan sở AD đề xuất tác giả Nhật [44] Trong patent hãng Apdzon [36], phương pháp cyanhydrin áp dụng để mơ hình hố dẫn xuất khác AD Tuy nhiên việc sử dụng 9α-OH AD hợp chất đầu tuyên bố chưa mơ tả ví dụ Đã biết để tránh chuyển vị không mong muốn với tham gia nhóm 9-OH bậc [18], cách tiện lợi chuyển hố đến dẫn xuất ∆9(11) , chức bền vững điều kiện phản ứng Hãng Mitsubishi Nhật đề xuất điều chế 17β-cyan-17α-hydroxy-AD dẫn xuất ∆9(11)-AD cách hydrocyan Tuy nhiên phản ứng ∆9(11)-AD với acetoncyanhydin điều kiện mô tả tác giả xảy với tạo thành dẫn xuất không mong muốn 17α-cyan-17β-hydroxy phản ứng với có mặt nhóm 9α-hydroxy điều kiện cho đồng phân epime mong muốn 17β-cyan-17αhydroxy Đồng phân epime 17β-cyan-17-hydroxy-∆9(11) nhận cách đồng phân hóa 17α-cyan-17-hydroxy tương ứng tạo thành ban đầu tác dụng, chẳng hạn natri cyanua trietyl amoni hydrocyanua dung môi ancol bậc thấp [49] Tác giả patent [73] điều chế thành công đồng phân epime 17β-cyan-17α-hydroxy xuất phát từ ∆9-AD với hiệu suất 93% môi trường rượu /nước sử dụng phương pháp epime hoá mà chất phương pháp kết tủa đồng phân epime 17β-cyan cách thay đổi nồng độ nước N HO O C O C N OH O O luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion z luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion Chuyển hoá xa hợp chất 17β-cyan-17α-hydroxy- đến 20-cetopregnan thực tương tác cyanhydrin tương ứng với nhóm 3-ceto- 17α-hydroxy bảo vệ với metyl liti hay metyl magie bromua [37, 44, 74, 86] Để tạo hợp chất ∆16- sử dụng dẫn xuất 17α-cyan-17β-hydroxy đồng phân 17β-cyan-17α-hydroxy nó, hỗn hợp chúng Ban đầu người ta este hố nhóm 17-hydroxy 17-cyanhydrin cách tương tác với metalsulfonylchlorid, sau 17-cyano-17-metalsulfonyloxysteroid tạo xử lí tác nhân dehydrat hố Ankyl hố ∆16-dehydro-17nitril tác nhân Grignard cho phép chuyển hoá dẫn xuất androstan đến 20cetopregnan với hiệu suất cao [22] Phương pháp hoàn thiện áp dụng trường hợp 3-acetoxy-∆5-17-cetoandrostan AD [75] Để điều chế 17-acetyl steroid từ 17-oxo-steroid sử dụng tác nhân acetyl đặc biệt gọi tác nhân acetyl che chắn làm thay đổi hoạt tính nhóm cacbonyl Các nguyên tắc ứng dụng khái niệm xem xét lại D.Seebach [94], B.T.Grobel & D.Seebach [24] Trong có mặt tác nhân acyl che chắn bazơ mạnh dạng anion bền vững mà dễ phản ứng với cacbon cacbonyl tạo hợp chất trung gian dễ bị thủy phân thành nhóm acetyl dẫn tới 17-acetyl steroid phản ứng với 17-oxosteroid Các tác nhân acyl che chắn sử dụng để tạo mạch bên pregnan [39, 76] Rất ưa dùng loại alkyl vinyl aryl ete, alkyl vinyl aryl thioete 1,1-trimetylendithio-etan Việc sử dụng vinyl ankyl ete minh họa Baldwin & Cs [12, 13] Phương pháp áp dụng để chuyển hoá 9α-hydroxy-17cetosteroid đến 9α,17α-dihydroxy-20-ceto pregnan : OH CH2 C BR2 R CH3 OH C R O HO S S (CH 2)3 O R luan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendionluan.van.thac.si.gop.phan.nghien.cuu.mot.vai.phuong.phap.ung.dung.trong.tong.hop.pregnan.tu.phytostrerol.thong.qua.androstendion z R