（应用化学专业论文）以DHEA为原料甾体类重要中间体的合成研究.pdf

中文摘要 油菜素甾体类化合物( b r s ) 是一类新型的植物生长调节剂，具有很高的生 理活性，目前，该类化合物已被广泛的应用于发达国家的农业生产。b r s 在天然 植物体中含量甚微，化学合成b r s 是推动该植物生长调节剂广泛应用的必要基 础，因此油菜素甾体类化合物及其中间体的合成成为该领域的研究热点。近些年， 脱氢异雄酮( d h e a ) 的价格大幅度下调，但目前国内以它为原料，合成b r s 及其中间体的研究几乎处于空白状态。为此，本文选择d h e a 为原料，设计了 油菜素甾体类化合物两种重要中间体甾酯和甾醇的合成路线，成功的合成了重要 中间体甾酯并探索了甾醇的合成方法。同时本文还对脱氢异雄酮( d h e a ) 1 7 位的侧链接枝进行了研究，在该位置上成功地引入了亚乙基、亚甲基、甲氧基亚 甲基和乙氧羰基亚甲基等基团。 以d h e a 为原料，通过酯化反应得到了脱氢异雄酮的对甲苯磺酸酯( a ) ， 该酯经碱性水解生成甾体b ，两步收率6 0 8 。甾体b 与d 1 d 一二乙基乙氧羰基一n 一 甲基次甲基膦酸酯反应得到甾酯c ，收率5 o 。 以d h e a 为原料，通过w i t t i g 反应在脱氢异雄酮( d h e a ) 1 7 位上引入亚 乙基得到甾体d ，其中以叔丁醇钾为碱，收率9 5 0 ，以氢化钠为碱，收率6 6 o 。 甾体d 与对甲苯磺酰氯反应得到甾体e ，收率9 0 0 。 d h e a 分别与三苯基甲基碘化磷、( 甲氧基甲基) 三苯基氯化磷和三苯基乙 氧羰基次甲基瞵烷反应，在d h e a 】7 位上引入了亚甲基( 甾体g ，收率9 6 o ) 、 甲氧基亚甲基( 甾体h ，收率1 0 o ) 和乙氧羰基亚甲基( 甾体l ，收率3 1 0 ) 。 本文所得关键中间体及目标产物的结构均经红外、核磁和质谱鉴定。 关键词：植物生长调节剂，脱氢异雄酮，侧链接枝，w i t t i g 反应。 a b s t r a c t b r a s s i n o s t e r o i d s ( b r s ) i san e wk i n do fp l a n tg r o w t hr e g u l a t o r s ，a n d i th a s r e m a r k a b l eb i o l o g i c a la c t i v i t i e s n o w a d a y st h e ya r ew i d e l yu s e di nt h ea g r i c u l t u r ei n d e v e l o p e dc o u n t r i e s t h ec o n t e n to fb r a s s i n o s t e r o i d si nn a t u r a lp l a n t si sv e r yl o wa n d c h e m i c a ls y n t h e s i so fb r si st h ei n d i s p e n s a b l ef o u n d a t i o nt op r o m o t et h e i rw i d e a p p l i c a t i o n t h e nt h es y n t h e s i so fb r a s s i n o s t e r o i d sa n dt h e i ri n t e r m e d i a t e sb e c o m e s h o t s p o tn o w i nr e c e n ty e a r s ，t h ep r i c eo fd e h y d r o a n d r o s t e r o n ef e l lo b v i o u s l ya n dt h e r e s e a r c ho ft h es y n t h e s i so fb r a s s i n o s t e r o i d sa n dt h e i ri m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e sf r o m d h e ai s n e a r l yi nb l a n ks t a t e f o rt h i sr e a s o n ，t w on e wr o u t e sf o rs y n t h e s i so f b r a s s i n o s t e r o i d sf r o md h e aw e r ed e s i g n e da n ds t e r o i d a le s t e r - o n eo ft h e i n t e r m e d i a t e sw a ss u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e d a tt h es a m et i m e ，t h es i d ec h a i n i n g r a f f a t i o no fd h e aw a sa c h i e v e da tt h ep o s i t i o no fc l7a n dm e t h y l e n e ，e t h y l e n e ， m e t h o x y - m e t h y l e n ea n de s t e rg r o u pw e r es u c c e s s f u l l yi n t r o d u c e di n t od h e a 3 - p t o l u e n e s u l f o n y l d e h y d r o a n d r o s t e r o n e ( a ) w a sp r e p a r e db ye s t e r i f i c a t i o nf r o m d h e af i r s to fa l la n dt h i se s t e rw a st u r n e dt os t e r o i db b ya l k a l i n eh y d r o l y s i s t h e w h o l ey i e l do ft h ea b o v et w o s t e p s w a s6 0 8 s t e r o i dbr e a c t e dw i t hd o d i e t h y l e t h o x y c a r b o n y l 一一m e t h y l m e t h y l e n ep h o s p h o n a t e e s t e r b yi m p r o v e d w i t t i gr e a c t i o nt og e ts t e r o i dc w i t ha y i e l do f5 o e t h i d e n ew a si n t r o d u c e da tt h ep o s i t i o no f c l 7o f d h e ab yw i u i gr e a c t i o nt og e t s t e r o i dd w h e np o t a s s i u mt e r t b u t o x i d ew a su s e da sa l k a l i ，t h er e a c t i o nr e a c h e dt h e y i e l do f9 5 o ：s o d i u mh y d r i d eb e i n ga sa l k a l ia n dt h ey i e l d6 6 o s t e r o i ddw a s e s t e r i f i e db yt o l u e n e p s u l f o n i ea c i dt og e ts t e r o i dew i t hay i e l do f9 0 o d h e ar e a c t e dw i t h t r i p h e n y l m e t h y lp h o s p h o n i u mi o d i d e ，( m e t h o x y m e t h y l ) t r i p h e n y l p h o s p h o r u s c h l o r i d ea n d t r i p h e n y l - e t h o x y c a r b o n y l m e t h y l e n ep h o s - p h o n a t ee s t e rb yw i u i gr e a c t i o nr e s p e c t i v e l yt oi n t r o d u c em e t h y l a n e ( s t e r o i dg ) ， m e t h o x y m e t h y l e n e ( s t e r o i dh ) a n de t h o x y c a r b o n y lm e t h y l e n e ( s t e r o i d1 ) i n t od h e a s u c c e s s f u l l y t h e i rc o r r e s p o n d i n gy i e l d s 辑期偿9 5 d 1 0 d a n d5 3 d t h es t r u c t u r e so ft h e k e yi n t e r m e d i a t e sa n dt h e n o v e lt a r g e tc o m p o u n d sw e r e c o n f i r m e db yt h ea n a l y s i so f l rn m ra n dm sd a t u m k 吖w o r d s ：p l a n tg r o w t hr e g u l a t o r , d e h y d r o a n d r o s t e r o n e ，s i d ec h a i ni n g r a t i a t i o n ， w i u i gr e a c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨生盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：弓j 、银j 虱签字日期：。哆年j j 月3 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解蠢注盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘叠盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 朗、锯7 巩 导师签名 厂、 钏象参 签字日期：如莎年r 月；。日 签字渺名月彦日 h u舌 多年来，有机化学家、生物学家及农学家对植物的生长发育进行了长期不懈 的探索和研究，寻找高活性的植物生长激素( 植物生长调节剂) 一直是科学家们梦 寐以求的夙愿。 1 9 7 9 年以前，科学家已发现了植物生长素、赤霉素、乙烯、脱落酸及细胞分 裂素等五种植物生长激素。1 9 7 9 年，美国科学家从油菜花粉中分离出一种新的 具有甾体骨架的七元环内酯的植物生长激素，称为油菜素内酯( b r ) l l j 。它具有 极强的生理活性，在很低浓度下就可明显的促进植物细胞生长和分裂【2 j ，从而调 节植物生长发育，可以很好地增强农作物抗寒、抗病、抗盐及抗杂革能力，有效 地增加了农作物产量。 自油菜素内酯发现以来，已有为数众多的类似物从植物中分离和鉴定，形成 了一类新的植物生长调节剂，因为它们都具有甾体的骨架故统称油菜甾体。 油菜素内酯类化合物在天然植物体中含量甚微，因此它们的合成成为现今研 究的关键和热点。自油菜素内酯结构被确定后，已有美国、日本、中国、意大利、 捷克、德国、印度、法国、加拿大和西班牙等国家的数十个研究小组先后进行油 菜素内酯的合成研究【3 j 。迄今为止，寻找最简便实用的合成油菜素内酯及其类似 物的方法仍在继续。 近些年，脱氢异雄酮( d h e a ) 的价格大幅度下调，但目前国内通过它合成 油菜素内酯类化合物及其中间体的研究几乎处于空白状态，因此选用脱氢异雄酮 ( d h e a ) 为原料，探讨相关油菜甾体中问体及其激素的合成方法将具有重要的 理论意义和经济效益。 此外，脱氢异雄酮可通过一步氧化法直接转化为重要的甾体药物前体雄烯二 酮( a d ) ，以雄烯二酮为原料可以合成许多甾体药物，如睾丸素、妊娠素、螺甾 内酯、安体舒通、氢化可的松等。以脱氢异雄酮代替雄烯二酮在1 7 位上进行侧 链接枝同样可以合成各种甾体药物，也可以避免雄烯二酮3 位羰基对反应的影 响。对脱氢异雄酮1 7 位侧链接枝的研究国内远落后于国外，因此对脱氢异雄酮 ( d h e a ) 侧链接枝的研究也同样具有非常重要的理论意义和现实意义。 第一章文献综述 1 1 甾族化合物简介 第一章文献综述 甾族化合物是广泛存在干自然界动植物体内的一类化台物。其共同的结构特 征是包含一个四环( 四个环分别用a ，b ，c ，d 代表) 稠台的碳环骨架，同时 还有三个侧链，其中1 0 位和1 3 位侧链常为甲基，称为角甲基，通常把具有这样 基本结构的化合物及其衍牛物称为甾族化合物n i 甾环结构 1 2b r s 的发现、存在及其分析方法 1 2 1b r s 的发现 对油菜素甾体类化合物( b r s ) f l t l 系统研究始于上世纪6 0 年代，美国农业部研 究人员在近6 0 种植物花粉中寻找促生长物质，后来从油菜花粉中找到高效促生 长物质称为油菜素( b r a s s i n s ) 。g r o v e 等1 】确定油菜素中活性成分是油菜素内酯 ( b r a s s i n o l i d e ，b r 或b l ) ，经波谱分析和单晶x 衍射分析，确定了其结构为2 。 h q h a 2 油菜素内酯 此后，油菜素内酯及多种结构相似的化合物纷纷从多种植物中分离鉴定出 此后，油菜素内酯及多种结构相似的化合物纷纷从多种植物中分离鉴定出 第一章文献综述 1 1 甾族化合物简介 第一章文献综述 甾族化合物是广泛存在于自然界动植物体内的一类化合物。其共同的结构特 征是包含一个四环( 四个环分别用a ，b ，c ，d 代表) 稠合的碳环骨架，同时 还有三个侧链，其中1 0 位和1 3 位侧链常为甲基，称为角甲基，通常把具有这样 基本结构的化合物及其衍生物称为甾族化合物1 4 1 。 1 甾环结构 1 2b r s 的发现、存在及其分析方法 1 2 1b r s 的发现 对油菜素甾体类化合物( b r s ) 的系统研究始于上世纪6 0 年代，美国农业部研 究人员在近6 0 种植物花粉中寻找促生长物质，后来从油菜花粉中找到高效促生 长物质，称为油菜素( b r a s s i n s ) 。g r o v e 等1 确定油菜素中活性成分是油菜素内酯 ( b r a s s i n o l i d e ，b r 或b l ) ，经波谱分析和单晶x 衍射分析，确定了其结构为2 。 h o ， h o 、 2 油菜素内酯 此后，油菜素内酯及多种结构相似的化合物纷纷从多种植物中分离鉴定出 第一章文献综述 来，按发现先后次序用数字下标来描述与b r ，有相似活性的一类化合物一油菜素 甾体类化合物( b r s l 。 这是植物生长调节剂领域继赤霉素之后的最重要的发现，因此被人们称为第 六代植物生长激素。过去，在植物体中是否存在甾体类植物生长调节剂一直是长 期探索的目标。油菜素内酯这一新发现可以说是植物生长调节剂领域的里程碑， 为农业生产发展的新飞跃带来了机遇。 1 2 2b r s 的存在 油菜素甾体类化合物广泛存在于植物界f 5 1 。到1 9 8 8 年底，从植物中分离到 1 6 种b r s ；到1 9 9 5 年，已发现6 0 多种，其中3 1 种的特性已研究清楚，包括2 9 种游离化合物和两种结合态；到1 9 9 7 年，不包括b r 的代谢物，植物界b r 家 族中化学结构被澄清的成员已有4 3 种，包括4 0 种游离态和3 种结合态。这些 b r s 存在于3 2 种被子植物中，包括9 种单子叶植物，2 3 种双子叶植物，4 种裸 子植物，1 种藻和1 种蕨类植物。在这些b r s 中，b r 2 ( 油菜素甾酮) 分布最广( 3 3 种植物中) ，其次是b r l ( 油菜素内酯，2 2 种植物e o ) 、b r 7 ( 香蒲甾醇，1 8 种植物 0 0 ) 、b r 8 ( 茶甾酮，1 3 种植物中) 、b r 5 ( 6 一脱氧油菜素甾酮，1 2 种植物中) 、b r l 5 ( 2 8 - 去甲基油菜素甾酮，1 0 种植物中) ，其它则分布在有限的几种植物中。所有这些 都属于侧链有2 4 c t 一甲基的c 2 8 甾醇，另外从少数植物中也发现c 2 7 、c 2 9 b r s 存在于植物的许多部位，如根、茎、叶、花、花粉、种子。总的来说，花粉和末 成熟种子是b r s 的丰富来源；而茎和叶片中水平通常较低。总之，幼嫩的生长 组织中b r s 水平高于成熟组织。在这些b r s 中，b r l 的丰富来源是油菜花粉， 其生理活性最强。迄今为止，b r s 在亚细胞内的定位仍不清楚。 1 2 3b r s 的分析方法 b r s 的检测技术有生物学、物理化学、免疫学等方法 5 j 。生物法中使用最普 遍的是水稻幼苗第二叶片倾斜法，这种方法的灵敏度及专一性都较高。还有一种 是小麦叶片展开法，此法灵敏度稍差，但更方便。生物法会受到植物提取物中抑 制剂或增效剂的影响，比如豆甾醇b d 一葡萄糖吡喃糖苷对b l 诱导的水稻叶片弯 曲有协同效应。生长素、赤霉素、乙烯和细胞分裂素等激素也会影响生物法；p h 值、光照、温度等也会影响b r 生物检测。因此，在阐明b r 类似物的相对生物 活性时必须考虑这些因素。对纯化组分的分析，常用气相色谱一质谱仪( g c - m s ) 和气相色谱一质谱一单离子检澳q ( g c m s s l m ) 方法。另外，已经建立起的液相 色谱一质谱( l c m s ) 方法，对t s 酯的鉴定很有用：快原子轰击一质谱仪( f a b m s ) 对纯b r s 的分析是行之有效的方法，但对部分纯化的组分则无用。 第一章文献综述 1 3b r s 的生理活性及其结构与生理活性的关系 1 3 1b r s 的生理活性 油菜甾体的生理活性极高，在很低浓度下就可明显的促进植物细胞生长和分 裂，从而调节植物生长发育。在豆苗第二节间伸长的生物活性测定试验中，用油 菜素内酯处理过的豆苗在第二节间的生长速度是对照株的2 0 0 倍。日本的藤田文 雄发现对水稻、黄瓜、菜豆、葱、土豆、萝h 、番茄、白菜和甘蓝等作物，油菜 素内酯都有明显的促进生长的效果。它还可使葡萄无核，对柑桔等果树的生长也 有一定的促进作用。在田间试验中，它可使蚕豆、萝b 和土豆等增产1 5 j 。 一般认为它有以下几方面的生理作用：( 1 ) 促进营养器官的伸长( o n 幼苗茎、 豌豆上胚轴、绿豆上胚轴、黄瓜下胚轴、单子叶植物的胚芽鞘、中胚轴) ；( 2 ) 抑 制不定根、侧根的生长和发育：( 3 ) 促进乙烯合成和偏上性生长；( 4 ) 抑制细胞分 裂；( 5 ) 促进细胞1 0 n ( n 过细胞壁松弛、微管横向排列、细胞膜超极化) ；( 6 ) 提高 植物抗逆性，如抗寒、抗旱、抗热、抗病、抗盐、抗除草剂等等：( 7 ) 其它生理 效应，如促进萌发，延迟衰老，减少叶片和果实脱落，参与光形态建成，影响育 性、顶端优势、源库关系、维管组织分化和昆虫蜕皮等。 1 3 2b r s 的结构与生理活性的关系 所有天然存在的b r s 都是5 - c t 胆甾烷的衍生物，其结构差异主要体现在a m 环和侧链上取代基的不同。这种差异是由b r 生物合成过程中氧化和还原反应引 起的，b r s 结构的微小改变，即可弓l 起生理活性十分显著的变化。通过采用水稻 幼苗第二叶片倾斜法、小麦叶片展开法、菜豆第一、二节问生物试法、b r 刺激 绿豆乙烯产生、萝b 幼苗下胚轴伸长分析等方法，比较天然和人工合成的b r 类 似物结构与生物活性之间的相关性，表明下列结构是b r 表现生物活性所必需的 6 1 ：( 1 1a 环与b 环应为反式稠合。目前所发现的1 6 种b r s 的a b 环均为反式 稠合；( 2 ) b 环要有7 元内酯的结构，一般来说具有7 一元内酯结构的b r ，其生物 活性强于6 酮形式，而6 一脱氧形式的b r 具有最低生物活性；( 3 ) a 环上的c 2 和c 3 位具有顺邻二羟基。c 2 、c 3 位有顺式a 一羟基，则活性高；以0 t 或6 形式 在c 2 或c 3 位含单羟基，或反邻二羟基( 如勉，3 9 或2 d ，3 a ) 的化合物，活性 弱或无活性。( 4 ) c 2 2 、c 2 3 位有顺式羟基、c 2 4 位有1 个甲基或乙基；( 5 ) c 2 2 、 c 2 3 和c 2 4 位上具旺构象的化合物的活性比具b 一构象的化合物更强；( 6 ) 环上c 1 6 与c 2 2 、c 2 3 、c 2 4 、c 2 8 及0 2 2 与0 2 3 之间的距离对b r 的活性是重要的，这 表明侧链构型与每个手性碳原子的构型一样重要。此外，m a n d a v a 等l s l 研究结果 指出，增长边链可能比油菜甾醇内酯本身具有更高生理活性。 第一章文献综述 弄清油菜甾体的上述关系不仅有助于指导合成和改造有关化合物，而且对阐 明其作用机理和生物合成途径等研究也有重要意义。 1 4b r s 的作用及影响b r s 作用的因素 1 4 1b r s 的作用 1 4 1 1 对核酸、蛋白质代谢的作用 植物激素对植物生长发育的调控与核酸和蛋白质合成有密切关系。m a d a v a 等7 】试图测定b r s 是否也作用于核酸和蛋白质代谢。他们在绿豆上胚轴切段中用 r n a 和蛋白质合成的抑制剂来试验其对b r s 诱导效应的作用。结果表明，b r s 诱导的生长效应与生长素和细胞分裂素诱导的生长效应一样，是细胞伸长和细胞 分裂的结果，并依赖细胞内的核酸和蛋白质合成。 1 4 1 2 对酶的作用 b r 处理可使一些酶活性提高。k a l i n i c h 等”悃b r 处理菜豆和绿豆明显地提 高了r n a 和d n a 聚合酶的活性，以及r n a 、d n a 和蛋白质的合成。他们用 b r 处理赤豆上胚轴和玉米根使其a t p 酶活性提高，还发现b r 处理使另一些酶 活性降低，如b r 使绿豆细胞内的蛋白质提高，但对过氧化物酶和多酚氧化酶的 活性不起作用。他们还分别在b r 处理的黄瓜幼苗下胚轴中和绿豆上胚轴中发现， 过氧化物酶和i a a 氧化酶活性明显低于对照。上述研究表明，在b r 的影响下 酶活性的变化明显地影响核酸代谢致使组织中的r n a 、d n a 和蛋白质水平提高。 但b r 似乎只诱导专一性蛋白质的合成，而不是任意提高蛋白质合成。 1 4 1 _ 3 对生长的促进作用 和i a a 一样，b r 诱导生长的同时增加h + 的分泌，共同遵循“酸生长”理论p j 。 即促进膜上a t p 酶一质子泵泵出h + 导致细胞壁基质p h 下降，使有些软化细胞 壁的酶在酸性条件下被活化，细胞壁变软，进而促进生长。 1 4 _ 2 影响b r s 作用的因素 1 4 2 1 器官的种类 b r 通常促进正在生长组织( 特别是分生组织) 的生长，但对成熟组织无效或微 效，对离体部分( 或切段) 的生长效应较完整植株明显。 1 4 2 2 光强和光照时间 第一章文献综述 i a a 和i a a + b r 诱导乙烯产生中，对光的敏感性不同。弱光较强光下b r 对 菜豆幼苗生长的促进效果大，b r 可减轻荧光灯下对菜豆节间生长的抑制，削弱 自炽灯和远红光下对生长的促进作用t ”。 1 4 2 3r n a 和蛋白质合成的抑制剂 用r n a 合成的抑f 6 l j n ( 放线菌素d ，6 一甲基嘌呤等) 和蛋白质合成的抑制剂 ( c h i 和氯霉索) ，检查它们对b r 诱导的上胚轴生长的作用。上述抑制剂均妨碍 上胚轴的生长，其中以放线菌素d 和c h i 的抑制程度最大。抑制剂处理的组织 水洗后用b r 处理，由抑制剂引起的效应似乎被克服，并产生追加的促进生长效 应。对该组织进一步用这些抑制剂处理，则b r 诱导的效应全部抑制。这些效应 是可逆的，并随浓度而变化。用b r 和抑制剂连续研究所获得的连续效应表明， 抑制剂作用于细胞伸长和细胞分裂1 7 j 。 1 5b r s 在农业生产中的应用 天然b r 含量甚微，无法大量开展应用研究。近年来，人工合成b r 取得成 功，为农业生产上的应用提供了可能，展现了广阔的前景，其主要体现在以下几 个方面嘲：( 1 ) 促进作物生长，增加营养体收获量：( 2 ) 提高结实率、增加粒重； ( 3 ) 提高植物抗逆性；( 4 ) 提高耐病性，减轻药害；( 5 ) 在组织培养中的应用 因此，b r s 在农业生产中具有广阔的应用前景，值得深入研究和推广。 1 6b r s 的合成方法 合成油菜素甾体类化合物有两个关键点：( 1 ) 甾体母核上a 环的2 a - ，3 a 一邻二 羟基的引入及b 环上七元内酯环的建立；( 2 ) 具有( 2 2 r ，2 3 r ，2 4 s ) 三个手性中心 的侧链的引进口l 。 1 6 1 合成b r s 的起始原料 由于油菜素甾体类化合物在自然界含量甚微，依靠天然提取而应用于农业生 产，显然是不可能的，因而油菜素甾体类化合物的化学合成成为这一领域中有机 化学家面临的一大课题。2 0 年来，国内外许多实验室己傲了大量的合成研究。 油菜素甾体类化合物都具有一个甾体骨架。因此从容易得到的甾体原料出 发，通过对甾体母核及侧链的改造来合成油菜甾体化合物无疑是一条既简便又经 济的途径。目前人们采用的主要原料为豆甾醇3 、麦角甾醇4 、孕酮5 和猪去氧 胆酸6 1 9 。 第一章文献综述 3 大豆甾醇 o h 5 5 孕甾醇酮6 猪去氧胆酸 国外常采用豆甾醇和麦角甾醇为原料来合成油菜甾体化合物，主要有两条途 径( 图1 1 ) ：( 1 ) 从3 和4 经a i b 环改造后，直接在侧链上引入双羟基：( 2 ) a k3 和4 经过a b 环保护或改造成油菜甾体化合物的a b 环后，将其侧链降解成重 要的c 2 2 甾醛7 ，8 ，9 ，再通过甾醛引入油菜素甾体类化合物的侧链。 8 9 图1 1 以3 和4 为原料合成甾醛中间体 此外，还有以牡蛎甾醇和油菜甾醇为起始原料的相关研究。与前几种原料相 比，这两种原料不易得到。 第一章文献综述 1 6 2b r s a b 环的合成 油菜甾体a 环的2 a ，3 a 一二羟基和b 环的七元环内酯是使其具有高生理活性 的关键。它的合成研究已有了深入的探索，b 环上的七元环内酯环常用 b a e y e r - v i l l i g e r 反应，通过氧化甾体6 位酮基，从而在7 位弓1 入氧原子。通常情 况下b a e y e r - v i l l i g e r 反应中迁移的取代基以大基团为主( 叔碳 季碳 伯碳) 。但 是在笛钵中，如果a 环存在2 a - ，3 a 一二羟基，则b a e y e r - v i l l i g e r 反应时主要是小基 团迁移，生成具有天然构型的化合物及异构体，其比例为8 5 1 5 。这一不寻常 的氧化结果，很可自e 是由于2 a - 羟基的立体效应所致。从原料途径来说，合成油 菜甾体a b 环的方法主要有以下两种。 1 6 2 1 以大豆甾醇为原料，制备b l i s a b 环的方法 r = t s 0 1 m s o s o # 配体h o ， h o 、 o 、1 1 j o n e s 2 ) p yt s o h 、c f 3 c 0 0 0 hh o ， c h 2 c i z h o 、 图1 - 2 豆甾醇a 环和b 环的合成 o 3 磺酰基在碱性下水解生成异胆甾醇，该醇通过j o n e s 氧化并在酸性条件下 异构化成z 1 2 6 酮，再利用o s 0 4 立体选择性氧化2 位双键生成顺式邻二羟基， 进而采用b a e y e r - v i l l i g e r 氧化6 位酮基得到b 环上的七元环内酯【1 0 】。孕酮与麦角 甾醇母核结构与豆甾醇类似，其a 环和b 环官能团引入方法与豆甾醇类似“1 。 1 6 2 2 以猪去氧胆酸为原料，制备b r s a b 环的方法 h6 h p d c h d 、h c i ，m e 0 h h 寸 第一章文献综述 c u s 0 4 s i 0 2 图1 3 猪去氧胆酸a 环和b 环的合成 周维善等将猪去氧胆酸3 a , 6 1 3 一双羟基官能团改造成么2 6 一酮【1 2 】，接着成功地 合成了油菜素甾体类化合物a 环和b 环，最终实现了油菜素甾体类化合物的合 成。 1 6 3 油菜素甾体类化合物侧链的合成 油菜素甾体类化合物除了含有一个结构独特的甾体母核外，其1 7 位侧链还 要求含有四个连续的手性中心，这也成为了合成该类化合物的难点。侧链的引入 大部分是通过甾醛中间体1 5 来完成的。大豆甾醇和麦角甾醇可通过氧化侧链双 键来制各甾醛。侧链引入主要通过以下5 个关键中间体来完成f 3 - 8 】。 【- o 。又k ， li 一 s t o h 1 2 1 5 甾醛中间体 s t 甾体母环 u 1 5 图1 4 侧链修饰 1 6 1 3 1 2 2 烯l o 为中间体 从天然存在的含双键甾体分子直接双羟化形成2 2 ，2 3 一双羟基无疑是最简便的 方法。如大豆甾醇和麦角甾醇在o s o n 的氧化下分别得到2 8 高油菜甾醇内酯和 黯 第一章文献综述 2 4 - 表油菜甾醇内酯。周维善等利用s h a r p l e s s 反应，成功地合成了甾体侧链。 1 6 - 3 2 烯丙醇1 1 为中间体 图l 一5 是以烯丙醇1 1 为中间体进行侧链接枝的示意图。最初有人用锂一铝烷 化试剂对醛加成，但由于所用活泼金属试剂操作难度较大，影响了实用价值【2 0 】。 m o r i 2 1 】用异丙基乙炔基锂对醛加成，接着以三甲基铝开环即可方便地得到化合 物。美国专利改进了上述方法，通过多种格式试剂与环氧中间体反应合成了多种 甾体类似物1 2 2 , 2 3 】，均有相当高的活性。 l _ j o h ； r r m a xe t c o h + _ r 飞 一一a 一一 图1 5 1 1 的侧链接技 h a z m 【2 4 】等从c 2 2 甾醛出发，经乙酰化得到2 2 r 一乙酰氧基一2 3 一醛，再经w i t t i 反应、m - c p b a 环氧化、甲基铝开环，高收率形成油菜甾醇内酯侧链。 1 6 3 - 3 六元环不饱和内酯1 2 为中间体 周维善小组用砷叶立德，由甾醛制得旺，3 - 不饱和酮，再h 2 0 2 - n a o h 氧化， w i t t i g 反应和酸处理形成六员不饱和内酯，进而在侧链上引入顺式双羟基( 图 】一6 ) 。 。，f s t 整盟型：塑g ， e 1 0 0 c h 2 0 2n a o h 3 0 h c l 0 4 m e o h 磐 心茎 竺 孙一 0 一 第一章文献综述 0 s to h o p d c 0 h 2 p t o z 图1 6 1 2 的侧链接枝 1 6 3 4 五元环内酯1 3 为中间体 k a m e t a n i 等1 2 6 】用2 一异丙基一呋喃双氧负离子与孕甾酮反应，所得的主要产物 脱水得手性化合物，随后加氢还原，即在c 2 0 - - c 2 4 上引入所需手性中心。 1 6 3 5 丁烯内酯化合物1 4 为中间体 m c m o m s 等【2 7 】用c 2 2 甾醛与3 异丙基丁烯内酯负离子在低温下反应得到 c r a m 加成产物，进一步催化氢化得到c 2 4 s 构型为主的产物，再经还原、邻二 羟基保护、氧化脱羰，得到油菜甾体化合物侧链，进而制得油菜甾醇内酯类似物。 1 6 3 6 其它生成侧链的方法 c 2 2 醛在l e w i s 酸催化下，与金属试剂加成也可生成油菜甾体侧链。y a m a m o t o 等1 2 8 1 报道了一条简便合成2 8 n o r b r a s s i n o l i d e 侧链的方法。在t i c h 的催化下，( s ) 一 铅l 4 剂和甾醛反应得到单一的( 2 2 r ，2 3 r ) 一双羟基加成产物( 9 0 ) 。 孕甾醇酮可通过w i t t i g 反应侧链接枝制得甾醛1 5 1 2 9 1 ，进而通过上述几种方 法引入侧链。w i t t i g 反应进行侧链接枝收率较高，但操作要求较严格。 1 6 4w i t t i g 反应在甾体合成中的应用 w i t t i g 反应是指膦叶立德与醛或酮生成烯和氧化膦的反应( 图1 7 ) 【3 0 l 。 r 3 p = c r l r 2 + r 3 r 4 c = 0 一r 1 r 2 c = c r 3 1 k +r 3 p = - - - o 图1 7w i t t i g 反应通式 其中r 为芳基、烷基、环烷基、杂环基，但以r 为苯基的研究最普遍；此外 第一章文献综述 三个r 也可以不相同；r l ，r 2 ，r 3 ，r 4 可以是氢、烷基、烯基、炔基、芳基，以及 带有各种官能团的烃基和芳基。1 9 5 3 年w i t 【i g 和g e i s s l e r 将甲基三苯溴化磷在碱 ( 苯基锂) 的作用下与二苯酮反应，得到l ，1 一二苯乙烯的反应( 图i 一8 ) ，标志着 w i t t i g 反应的诞生。 p h 舅m 品面p h l i p h 3 同h z 里lp h 2 仁c h 2 + p h 。p 一。 图1 - 8w i u i g 反应的发现 w i _ t i g 反应的特点是反应产物烯的双键位置就是羰基化合物中羰基所在的部 位，即使在能量不利的情况下也是如此，因而在生成物里无其它异构体，产物纯 净。例如环己酮与亚甲基三苯膦烷反应只得到亚甲基环己烷，而与格氏试剂反应， 则生成两种异构体【3 1 1 ( 图l 一9 ) 。 图1 - 9w i u i g 反应与格氏反应 正是由于这种不同于其他制备烯类方法( 如卤烷去氢卤、醇脱水以及醋酸酯， 磺酸酯或季铵碱的热解) 的显著优点，该反应被广泛的应用于有机合成，几乎所 有重要的含双键的化合物都曾用该反应合成过，尤其是某些天然产物，如不饱和 腊肪酸、前列腺素、维生素以及昆虫信息素等，其中维生素a 的w i a i g 反应合 成方法已经应用于工业生产。 但是，由于稳定的叶立德与羰基化物反应时，一般只能与醛反应，不能与酮 反应，有的甚至不能与最活泼的醛反应，因而促使了人们进一步改进w i t t i g 反应。 磷酰基活化的磷试剂与羰基化合物作用制备烯烃的反应统称为改进的w i t t i g 反应。磷酰基活化的磷试剂则统称p o 试剂。与经典的w i t t i g 反应不同的是，经 典的w i a i g 反应所用的磷试剂为季磷盐，它在碱的作用下生成膦叶立德，而改进 w i n i g 反应则是由p = o ( 或p = s ) 活化了的碳负离子，可以用下式表示： 8 b 第一章文献综述 r 1 r ，雌 苯基 烷基，因而未反应的膦叶立 德水解生成甲基二苯基氧化磷和苯，在d h e a 的1 7 位上接枝亚乙基时采用了氢 化钠的d m s o 溶液来制备膦叶立德，通过收率对比，在该步接枝亚甲基的反应 中便不再采用氢化钠的d m s o 溶液来进行反应。 4 4 1 2 产物结构表怔 第四章结果与讨论 生成物进行了氢谱、碳谱和质谱分析。 在氢谱分析中，溶剂为c d c l 3 ，t m s 作内标。6 3 4 3 6 ( i h ，m ) ，6 4 6 4 7 ( 2 h ，s ) ，5 5 3 5 4 ( i h ，t ) ，以上结果与目标化合物吻合。 在碳谱分析中，1 2 1 8 ( c 5 ) ，1 4 1 2 ( c 6 ) ，1 0 1 3 ( c 1 7 ) ，1 6 1 9 ( c 2 0 ) ，以上结 果与目标化合物吻合。 根据质谱分析，生成物的分子量为2 8 6 1 ，与目标化合物的分子量相符，该 分析结果证明了产物为目标化合物。 4 4 2 甾体h 的合成 化学反应方程式： e 甾体h 4 4 2 1 反应条件的确定 ( 甲氧基甲基) 三苯基氯化磷用强碱处理后与各种醛或酮进行w i t t i g 反应， 所得烷氧基烯烃经水解生成比原酮或醛多一个碳原子的醛。这种方法可以有效的 在d h e a 的1 7 位上引入醛基，通过醛基进行侧链接枝可以制备重要的甾体中间 体。 在该步反应中，膦叶立德和碱是影响反应的两个重要因素。由于甲氧基亚甲 基三苯基膦烷为中度活泼的叶立德，反应仍需要惰性气体n 2 的保护，反应溶剂 需要严格除水；在碱的选择方面，有文献报道采用正丁基锂和叔丁醇钾进行类似 反应，由于正丁基锂操作条件较叔丁醇钾严格，同时固体叔丁醇钾操作更加方便， 因而本文选择叔丁醇钾进行反应。为了减少长时间高温反应溶剂的挥发及对甲氧 基亚甲基三苯基膦烷的影响，先将反应在温和的室温条件下进行，待反应快结束 时，升温加速反应，待薄层色谱分析反应几乎不再进行时停止反应。 由于甲氧基亚甲基三苯基膦烷为中度活泼的叶立德，同时空间位阻较大，反 应收率较低。同时，产物在碳谱分析中发现醛基的存在，分析可能由于甾体h 在空气中发生部分水解生成醛基。 4 4 2 3 产物结构表怔 生成物进行了氢谱分析和质谱分析。 第四章结果与讨论 在氢谱分析中，溶剂为c d c l 3 ，t m s 作内标。6 3 3 3 4 ( 3 h ，s ) ，8 3 4 3 5 ( 1 h ，m ) ，8 4 ，6 4 7 ( 1 h ，s ) ，8 5 - 3 5 4 ( 1 h ，t ) ，以上结果与目标化合物吻合。 根据质谱分析，生成物的分子量为3 1 6 ，l ，与目标化合物的分子量相符，该分 析结果证明了产物为目标化合物。 4 4 3 甾体i 的合成 方法一： 化学反应方程式： 方法二： 化学反应方程式 p h 3 p = c h c o o e t * 曹 ( e t o ) 2 p c h 2 c o o e t n a h 甾体1 甾体i 4 4 3 1 反应条件的确定 本文采用了稳定的叶立德和膦酸酯碳负离子两种w i r i g 试剂对d h e a 进行侧 链接枝。在第一种方法中，首先将经过重结晶的三苯基乙氧羰基次甲基瞵烷溶于 无水t h f 中，在n 2 保护下加入甾体原料，最初加热升温至5 0 。c 反应，反应1 0h 后，经薄层色谱观察无新产物生成，将反应液升温至回流继续反应，仍没有新产 物生成，由此可进一步证实稳定的叶立德与位阻很大的酮是很难进行w i a i g 反应 的。 在第二种方法中，碱、溶剂和温度是同时影响反应的三个重要因素。该步反 应与甾体c 的合成类似，因而本文选择了相同的碱氢化钠和溶剂d m e 。首先将 盛有氢化钠的三口瓶通n 2 保护，加入溶剂d m e 后，用针管滴加膦酸酯，室温 反应直至无气体生成，加入甾体原料，最初将反应液直接升温至回流反应，发现 生成物非常复杂，无法分离。改变反应温度，将反应液在5 0 。c 反应，在反应过 第四章结果与讨论 程中发现原料点上方有新点生成，且有紫外吸收，反应进行约6h 后，新点无明 显变化，停止反应，后处理后用薄层色谱分离得产品。 与甾体c 的合成相比较，本反应中的碳负离子只连有乙氧羰基，空间位阻较 合成甾体c 所用碳负离子的位阻小，因而，甾体1 更容易生成，反应条件也更容 易实现。 4 4 3 2 产物结构表怔 生成物进行了氢谱和质谱分析。 在氢谱分析中，溶剂为c d c l 3 ，t m s 作内标。8 3 4 3 6 ( 1 h ，m ) ，5 4 1 4 2 ( 2 h ，n 1 ) ，6 5 3 5 4 ( i h ，s ) ，6 5 5 5 6 ( 1 h ，t ) ，以上结果与目标化合物吻合。 生成物进行了质谱分析，根据质谱谱图分析，生成物分子量为3 5 8 1 ，与化 合物q 的分子量相符，该分析结果证明了产物为目标化合物。 第五章结论 第五章结论 本文以脱氢异雄酮为原料采用两条路径来合成新型植物生长调节剂油菜甾 体的重要中间体甾酯和甾醇。同时，开展了脱氢异雄酮侧链接枝的研究工作，在 c 1 7 位成功的引入了亚甲基、甲氧基亚甲基和乙氧羰基亚甲基，并优化了反应条 件。 1 本文以脱氢异雄酮为原料，经酯化和水解反应初步改造母环后，通过改进 的w i t t i g 反应在c 1 7 位上引入了异丙酯基，得到了重要中间体甾酯，收率5 o 。 2 在脱氢异雄酮c 1 7 位上引入了亚乙基，收率9 5 o ，在亚乙基c 2 0 位上引 入羟甲基时生成三羟基化产物。 3 在脱氢异雄酮c 1 7 位上引入了亚甲基，优化了反应条件，提高了产品收率， 收率9 6 o 。 4 在脱氢异雄酮c 1 7 位上引入了甲氧基亚甲基，收率1 0 0 。 5 在脱氢异雄