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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
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 họcViện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam-thực hiện; hồn tồn khơng sử dụng
kết quả nghiên cứu của các nhà Khoa học khác. Tôi xin hồn tồn chịu trách nhiệm
trước pháp luật về tính trung thực của các kết quả nghiên cứu này.

Tác giả luận án

NCS. Nguyễn Thị Diệp


LỜI CẢM ƠN

Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lưu Đức Huy
đã giao đề tài, hướng dẫn nhiệt tình, truyền cảm hứng và tạo mọi điều kiện thuận
lợi để tơi hồn thành Luận án này.
Luận án này được hồn thành tại Phịng Hóa học Steroid và Alkaloid-Viện

Hóa học-Viện Hàn Lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam. Tôi xin cảm ơn các
đồng nghiệp trong Phịng thí nghiệm đã giúp đỡ tơi trong cơng 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 tơi 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


MỤC LỤC
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 đơi 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.

Tở ng hơ ̣p ma ̣ch bên corticoid ......................................................................... 22

1.4.1.

Chuyển hố 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 pháp cô ̣ng hơ ̣p nitrile vào hơ ̣p chấ t 17-ketosteroid (phương pháp

cyanohydrin) ............................................................................................................... 32
Sử dụng KCN.............................................................................................. 33

2.2.1.
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.
2.3.1.

Phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl ............................................................. 33

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


2.3.1.1.

Phương pháp chung ............................................................................. 34

2.3.1.2.

Tổng hợp 17α-hydroxy-3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-17β-cyano

androsta-5,9(11)-diene (4a)……………. ...................................................................... 34
2.3.1.3.

Tổng

hợp

3,20-bis-(2,2-dimethyl

propylenedioxy)-16α,17α-epoxy

pregna-5,9(11)-diene (10a) .......................................................................................... 34
Phương pháp chung bảo vệ chức 3-keto-∆4 của phân tử steroid sử dụng

2.3.2.

ethylene glycol ............................................................................................................. 35
2.3.2.1.

Tổng hợp 3,3-(1,2-ethyleneketal)-17β-cyanoandrosta-5,9(11)-diene-

17α-ol (4b)…………… .................................................................................................. 35
2.3.2.2.

Tổng hợp 3,3-(1,2-ethyleneketal)-17α,21-dihydroxypregna-5,9(11)-

diene-20-one-21-acetate (4c)……………. .................................................................... 35
Phương pháp chung bảo vệ chức 20-keto của phân tử steroid sử dụng

2.3.3.

ethylene glycol ............................................................................................................. 35
2.3.3.1.

Tổng hợp 3,20-bis-(1,2-ethyleneketal)-16α,17α-epoxypregna-5,9(11)-

diene (10b)……. ........................................................................................................... 36
2.3.4. Tổng hợp 3,17-bis-(1,2-ethyleneketal)-androsta-5-en-9α-ol (10c)…………... 36
2.3.5. Tổng hợp 9α-hydroxy-3-methoxyandrosta-3,5-diene-17-one (4d)……….

36

Dehydrat hóa 17α-hydroxysteroid đến dẫn xuất ∆16(17) tương ứng.......... 36

2.4.
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 thơng

qua ester 17-ONO2 ..................................................................................................... 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.
2.7.1.1.

Theo phương pháp cyanohydrin, sử dụng hợp chất cơ Mg ..................... 38
Phương pháp chung ............................................................................. 38


2.7.1.2.

Tổng hợp 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-pregna-5,9(11),16(17)-

triene-20-one (6a)…… ................................................................................................. 39
Theo phương pháp cyanohydrin, sử dụng hợp chất cơ Li ....................... 39

2.7.2.
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
Theo phương pháp acetylene, hydrat hóa nhóm ethynyl tổng hợp

2.7.3.

pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b) ............................................................ 40
2.8.

Phương pháp tổng hợp các dẫn xuất epoxy................................................... 40
Theo phương pháp oxy hóa nối đơi C=C liên hợp ................................... 40

2.8.1.
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
Theo phương pháp dehalohydrin .............................................................. 41

2.8.2.
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


2.11.3.

Tổng

hợp

pregna-1,4,9(11)-triene-17α,21-diol-3,20-dione-21-acetate

(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 I2 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

2.13.2.1.

Tổng

hợp

16β-chloro-17α-hydroxypregna-4-en-3,20-dione

(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 I2 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


3.9.

Đề xuất hai sơ đồ tổng hợp một số dược phẩm steroid dựa trên các

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 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ……………………………...119
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………120
PHỤ LỤC…………………………………………………………………………..131

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ac

acetyl (CH3CO-)

ACN

acetonitrile (CH3CN)

AcOI

acetyl hypoiodide (CH3COOI)

AcOH

acid acetic (CH3COOH)

AcOK

potassium acetate (CH3COOK)

AD

androstenedione (C19H26O2)

ADD

androstadienedione (C19H24O2)

13

Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance

C-NMR

(phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13)
DDQ

2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone

DHEA

dehydroepiandrosterone (androsta-5-en-3β-ol-17-one)

DMF

dimethylformamide (HCONMe2)

DMSO

dimethyl sulfoxide (CH3)2SO

Đ.nc

Điểm nóng chảy

DPA

16-dehydropregnenolone acetate (3β-acetoxy-5,16-pregnadien20-one)

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)

1

Proton Nuclear Magnetic Resonance

H-NMR

(phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton)
HPLC

High-Performance Liquid Chromatography
(sắc ký lỏng hiệu năng cao)


HSnBu3

tri-n-butyltin hydride HSn(C4H9)3

IR

Infrared Spectroscopy (phổ hồng ngoại)

M

Mol/lit́

Me

methyl (CH3-)

Me2CO

acetone (CH3)2CO

MeOH

methanol (CH3OH)

ml

mililit

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)

THF

tetrahydrofuran (cyclo-C4H8O)

TLC

Thin-Layer Chromatography (sắc ký bản mỏng)

TMS

tetramethyl silane (Me4Si)

toptn

nhiệt độ phịng thí nghiệm

p-TSA

acid para-toluenesunfonic (p-CH3C6H4SO3H)

9α-OH AD

9α-hydroxyandrostenedione (C19H26O3)

∆9-AD

androsta-4,9-diene-3,17-dione (C19H24O2)


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Trang
Sơ đồ 3.1. Phương pháp cyanohydrin và phương pháp acetylene xây dựng

50

mạch bên pregnane
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp 16β-methyl-17α-hydroxypregnane và xây dựng mạch

51

bên corticoid
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

52

hóa và dehalohydrin hóa
Sơ đồ 3.5. Xây dựng mạch bên pregnane theo phương pháp cyanohydrin

55

Sơ đồ 3.6. Xây dựng mạch bên pregnane theo phương pháp acetylene

66

Sơ đồ 3.7: Tổng hợp 16β-methyl-17α-hydroxypregnane

71

Sơ đồ 3.8. Tổng hợp hydrocortisone acetate và prednisolone từ 9α-OH AD

98

Sơ đồ 3.9. Tổng hợp betamethasone và beclomethasone từ 9α-OH AD

100


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

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 3.3. Tín hiệu cộng hưởng từ proton nhóm CH2-21 của các corticoid…………….89
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-

57

3-one (3)
Hình 3.3. Phổ 1H-NMR của 3,3-(1,2-ethyleneketal)-17β-cyano

59

androsta-5,9(11)-diene-17α-ol (4b)
Hình 3.4. Phổ IR của 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-17-cyano

61

androsta-5,9(11),16(17)-triene (5)
Hình 3.5. Phổ 1H-NMR của 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-17-

61

cyanoandrosta-5,9(11),16(17)-triene (5)
Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-

63

pregna-5,9(11),16(17)-triene-20-one (6a)
Hình 3.7. Phổ IR của pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b)

64

Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của 17α-ethynyl-17β-hydroxyandrosta-4,9(11)-

68

diene-3-one (7)
Hình 3.9. Phổ IR của 17β-ethynyl-17α-hydroxyandrosta-4,9(11)-diene-3-one

70

(8)
Hình 3.10. Phổ 1H-NMR của pregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione (6b)

71

Hình 3.11. Phổ 1H-NMR của 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-16α,17α-

73

epoxypregna-5,9(11)-diene-20-one (9)
Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của 3,20-bis-(1,2-ethyleneketal)-16α,17α-

74

epoxypregna-5,9(11)-diene (10b)
Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của 3,20-bis-(1,2-ethyleneketal)-16β-methyl

75

pregna-5,9(11)-diene-17α-ol (11b)
Hình 3.14. Phổ 1H-NMR (CDCl3) của 3,20-bis-(2,2-dimethyl propylene

76

dioxy)-16β-methylpregna-5,9(11)-diene-17α-ol (11a)
Hình 3.15. Phổ 1H-NMR của 16β-methyl-17α-hydroxypregna-4,9(11)-diene-

77


3,20-dione (12)
Hình 3.16. Phổ NOESY của 16β-methyl-17α-hydroxypregna-4,9(11)-diene-

78

3,20-dione (12)
Hình 3.17. Tương tác NOESY giữa proton nhóm CH3-18 và CH3-21 với proton

79

nhóm CH3 vị trí C-16 của hợp chất 16β-methyl-17α-hydroxypregna-4,9(11)diene-3,20-dione (12)
Hình 3.18. Phổ 1H-NMR của pregna-1,4,9(11)-triene-17α,21-diol-3,20-dione-

82

21-acetate (13b)
Hình 3.19. Phổ DEPT của pregna-1,4,9(11)-triene-17α,21-diol-3,20-dione-21-

82

acetate (13b)
Hình 3.20. Phổ 1H-NMR của 16α,17α-epoxypregna-4,9(11)-diene-21-ol-

85

3,20-dione (15)
Hình 3.21. Phổ 1H-NMR của 21-acetoxy-16β-methylpregna-1,4,9(11)-triene-

86

17α,21-diol-3,20-dione (16b)
Hình 3.22. Phổ ESI-MS của 21-acetoxypregna-4,9(11)-diene-17α,21-diol-

88

3,20-dione (17)
Hình 3.23. Phổ 13C-NMR của 9α-bromo-16β-methyl-11β,17α,21-

91

trihydroxypregna-1,4-diene-3,20-dione-21-acetate (18b)
Hình 3.24. Phổ EI-MS của 16β-bromopregna-5-en-3β,17α-diol-20-one (24b)

93

Hình 3.25. Phổ 1H-NMR của 9β,11β-epoxy-16β-methyl-17α,21-

94

dihydroxypregna-4-en-3,20-dione (19a)
Hình 3.26. Phổ ESI-MS của prednisolone acetate (20)

96


1
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 cơng 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, phầ n lớn ý kiế n
của các nhà khoa ho ̣c đề u đã nhâ ̣n đinh,
̣ ngành hóa dược Việt Nam muố n 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.
Trước đây, trong liñ h vực tổ ng hơ ̣p các loa ̣i thuố c có nguồ n gố c steroid,
diosgenin và solasodine chiế t xuấ t từ Dioscorea và Solanum tương ứng, đươ ̣c coi là
các nguyên liệu số một. Tuy nhiên các cây này phải trồng trên đất nơng 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 cơng nghiệp giấy,
cơng 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.


2
Ở Việt Nam từ 1990 đến nay nhóm nghiên cứu của Lưu Đức Huy và cộng sự đã
nghiên cứu nhằm hồn thiện một số phương pháp mới chuyển hố sterol đến corticoid
thơng 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 ngun liệu cũ khơng cịn 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 cơng nghiệp hố - dược” do
Lưu Đức Huy làm chủ nhiệm. Từ kết quả nhận được Lưu Đức Huy và cộng sự Nga đã
có cơng bố cơng 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. Cơng nghệ cịn 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 hồn
thiện mơ ̣t sớ phương pháp tở ng hơ ̣p 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

3.

Phương pháp tạo lập nhóm chức 16β-methyl-17α-hydroxypregnane

4.

Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2)

5.

Phương pháp tạo lập mạch bên corticoid


3
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.


4
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. Tấ t cả các steroid đề u có hê ̣ thố ng khung
cyclopentanoperhydrophenanthrene bao gồ m ba vòng cyclohexane (A, B, C) và
một vòng cyclopentane (D).

Khung steroid

Khung pregnane

Tổng hợp corticosteroid nói chung, 20-ketopregnane nói riêng, từ 17ketoandrostene có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp sau đây [1-5].
(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 17ketosteroid với hợp chất có nguyên tử hydro linh động như methoxy-, ester
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 hố liên kết đơi 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-


5
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 cơng 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
nhận được. Phương pháp cyanohydrin xây dựng mạch bên pregnane từ AD và 9-OH
AD có hàng loạt ưu điểm: tính chọn lọc cao của phản ứng hydrocyan hố 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
mơ 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 mơ tả trong các ví dụ. Để tránh chuyển vị
không mong muốn với sự tham gia của nhóm 9-hydroxy bậc ba và vịng A, một cách
tiện lợi sẽ chuyển hố 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 17βcyano-17α-hydroxy bằng cách hydrocyano hóa AD hay là ∆9(11)-AD. Tuy nhiên phản
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
phân epimer mong muốn 17β-cyano-17α-hydroxy. Đồng phân 17β-cyano-17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


6
(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 hố
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
hố. 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
ngun 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].


7
Phương pháp này có thể được áp dụng để chuyển hoá các 9α-hydroxy-17ketoandrostane đến 9α,17α-dihydroxy-20-ketopregnane.

Áp dụng phương pháp “tác nhân acetyl che chắn” có kết quả tốt đối với trường
hợp 9-hydroxysteroid có vịng 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 q trình này, khơng 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 khơng đụng chạm đến nhóm chức 3-keto, cho hiệu suất cao (95 
96%) 17-ethynylcarbinol [7,23].


8
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 khơng 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 tBuOK xảy ra với hiệu suất 90% và khơng địi 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


9
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 mơi amine epimer hố
(ethylenediamine;

1,3-propylenediamine;

1,2-diaminopropane;

1,2-

diaminocyclohexane v.v...khơng dưới 5%); đồng dung mơi 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 mơi 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 hố 14-hydroxy-17-ketoandrostane”. Thêm vào đó, các tác giả khẳng định
rằng: có mặt nhóm chức 14-hydroxy trong phân tử khơng 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.