一鍋法合成噻吩、吡啶稠合甾體衍生物

謝田鵬 黃年玉 鄒 坤

(三峽大學 生物與制藥學院 天然產物研究與利用湖北省重點實驗室， 湖北 宜昌 443002)

薯蕷皂苷元是一類具有重要生物活性的甾體化合物，其本身在生物體內就表現出不同且良好的生物活性．對其進行環系統和側鏈結構改造來改善生物學性質亦成為重要課題，特別是引入雜環或者含雜環分子顯著提高了生物活性[1-5]．其中阿比特龍(Abiraterone)[6，7]和長龍(Galeterone)[8](如圖1所示)已被用于臨床治療晚期前列腺癌．

圖1 Abiraterone和Galeterone的結構

鑒于甾體雜環化合物具有良好生物活性．課題組利用經典的“點擊反應”引入三唑雜環，生成具有良好抗癌活性(IC50<10 μM)的甾體三唑衍生物[9]．在三唑取代的甾體衍生物基礎上，進一步探討雜環稠合甾體化合物的高效合成方法，為研究該類化合物的構效關系奠定基礎．

基于之前的工作，課題組在甾體A環上引入并雜環，合成路線如圖2所示．

圖2 合成路線

1 實驗部分

1.1 主要實驗儀器及材料

1H-NMR,13C-NMR用Bruker Ultra-shied TM 400 MHz核磁共振儀測定，HRMS用Waters Q-Tof premierTM質譜儀測定；熔點用北京第三光學儀器廠的X4熔點儀測定，溫度未經矯正；所有試劑和有機溶劑均為分析純級別，從國藥集團化學試劑公司購買，有機溶劑參照實驗室手冊的沸點重新蒸餾；實驗室所需實驗用水均為二次蒸餾水．

1.2 實驗步驟

1)(25R)-5α-螺甾烷-3α-醇(1)

在聚四氟乙烯反應管中加入薯蕷皂苷元(Diosgenin，20.7 g，50 mmol)，10%Pd/C(12.0 g, 5.0 mmol)、甲醇(400 mL)．安裝并檢查儀器，通入氫氣(7 bar)，80℃攪拌2 d．過濾除去鈀碳減壓，除溶劑甲醇，水洗，氯仿萃取，柱層析得化合物1：白色固體，產率95%；熔點203～204℃，核磁圖譜參照文獻[10]．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 4.42(dd,J=7.6 Hz, 15.2 Hz, 1H), 3.63(m, 1H), 3.50(dd,J=5.6 Hz, 10.8 Hz, 1H), 3.40(t,J=6.8 Hz, 1H), 2.02～1.98(m, 1H), 1.88～1.24(m, 31H), 0.97(d,J=7.2 Hz, 3H), 0.82(s, 3H), 0.78(d,J=6.4 Hz, 3H),0.76(s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3): δ109.2, 80.8, 71.3, 66.8, 62.1, 56.3, 54.3, 44.8, 41.6, 40.5, 40.0, 38.2, 36.9, 35.6, 35.1, 32.2, 31.7, 31.5, 31.4, 30.3, 28.8, 28.6, 21.0, 17.1, 16.5, 14.5, 12.3. HRMS calcd for C27H44O3[M+H]+: 417.3369, found: 417.336 9.

2)(25R)-5α-螺甾烷-3-酮(2)

PCC的制備[11]：冰水浴37 mL 6 mol/L HCl(0.22 mol)溶液至0℃，再加入CrO3(20 g，0.20 mol)攪拌完全溶解，10 min內逐滴加入(15.8 g，0.20 mol)吡啶，冷卻結晶，抽濾，真空干燥，得橙黃色粉末固體．

在50 mL反應瓶中加入20 mL氯仿，再依次加入1(41.6 mg，0.1 mmol)、PCC(129 mg，0.6 mmol)、CaCO3(20 mg，0.2 mmol)常溫攪拌3 h．快速柱層析除鹽，水洗3次，氯仿萃取，分液，無水硫酸鈉干燥，柱層析得產品2約86 mg．白色固體，收率90%，熔點：179～183℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 4.43(dd,J=7.6 Hz, 14.8 Hz, 1H), 3.48(t,J=7.6 Hz, 1H), 3.40(t,J=10.8 Hz, 1H), 2.39～2.23(m, 3H), 2.10～1.96(m, 3H), 1.89(t, 6.8 Hz, 1H), 1.79～1.11(m, 27H), 1.73(s, 3H), 0.97(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.79(s, 6H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 212.2, 109.2, 80.7, 66.8, 62.1, 56.0, 53.7, 46.6, 44.6, 41.6, 40.5, 39.9, 38.5, 38.1, 35.7, 35.0, 31.8, 31.7, 31.3, 30.2, 28.8, 28.7, 21.2, 17.1, 16.4, 14.5, 11.5. HRMS calcd for C27H42O3[M+H]+: 415.3212, found: 415.321 0.

3)化合物3a-3c合成步驟

50 mL乙醇加入100 mL圓底燒瓶，依次加入(41.4 mg，0.1 mmol)2、2D三乙胺(TEA)，再加入氰基化合物(0.1 mmol)，升溫至60℃反應3 h，再加入單質硫(3.2 mg，0.1 mmol)，再升溫至回流，反應3 h，有大量黃色固體生成．TLC監測反應完全，冷卻減壓蒸出乙醇，二氯甲烷溶解，水洗3次，萃取，干燥，減壓蒸出溶劑，柱層析得到目標化合物3a-3c．

4)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-b]2-氨基-3氰基噻吩(3a)

淺黃色固體，產率：95%，熔點：206～209℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 5.96(s, 2H), 4.40(dd,J=7.6 Hz, 15.2 Hz, 1H), 3.50(dd,J=2.4 Hz,J=9.6 Hz, 1H), 3.39(t,J=10.8 Hz, 1H), 2.73(dd,J=5.6 Hz, 18.8 Hz, 1H) 2.40～2.24(m, 3H), 2.08～1.94(m, 3H), 1.89(t, 6.8 Hz, 1H), 1.79～1.11(m, 29H), 0.967(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.93～0.86(m, 1H), 0.82(m, 9H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 159.8, 131.1, 115.4, 111.3, 109.2, 105.7, 80.8, 66.9, 62.1, 56.1, 53.6, 41.6, 41.4, 40.4, 39.9, 38.3, 37.0, 35.2, 31.9, 31.7, 31.6, 31.4, 30.3, 28.5, 21.0, 17.1, 16.4, 14.5, 11.7. HRMS calcd for C30H43N2O2S [M+H]+: 495.304 5, found: 495.304 1.

5)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-b]2-氨基-3甲酯噻吩(3b)

淺黃色固體，產率：92%，熔點：200～201℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 5.90(s, 2H), 4.40(dd,J=7.6 Hz, 15.2 Hz, 1H), 3.85(s, 3H), 3.47(dd,J=2.4 Hz,J=9.6 Hz, 1H), 3.38(t,J=10.8 Hz, 1H), 2.73(dd,J=5.6 Hz, 18.8 Hz, 1H), 2.40～2.23(m, 3H), 2.10～1.96(m, 3H), 1.89(t, 6.8 Hz, 1H), 1.79～1.11(m, 29H), 0.96(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.92～0.87(m, 1H), 0.80(m, 9H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 166.3, 161.3, 131.3, 111.6, 109.7, 105.4, 80.2, 66.8, 63.1, 55.9, 53.9, 53.7, 41.7, 41.6, 40.5, 39.8, 38.6, 36.3, 35.3, 31.9, 31.8, 31.7, 31.4, 30.4, 28.8, 20.7, 17.1, 16.4, 14.5, 11.5. HRMS calcd for C31H45NO4S [M+H]+: 528.314 8, found: 528.315 0.

6)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-b]2-氨基-3乙酯噻吩(3c)

淺黃色固體，產率：93%，熔點：211～213℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 5.89(s, 2H), 4.42(dd,J=7.6 Hz, 15.2 Hz, 1H), 4.26(m, 2H), 3.48(dd,J=2.4 Hz,J=9.6 Hz, 1H), 3.39(t,J=10.8 Hz, 1H), 2.40～2.23(m, 3H), 2.10～1.96(m, 3H), 1.89(t, 6.8 Hz, 1H), 1.79～1.11(m, 29H), 0.96(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.92～0.88(m, 1H), 0.79(m, 9H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 166.0, 161.6, 131.1, 111.7, 109.2, 105.5, 80.8, 66.8, 62.1, 60.4, 55.9, 53.8, 41.7, 41.6, 40.5, 39.9, 38.7, 36.3, 35.3, 31.9, 31.8, 31.7, 31.4, 30.3, 28.8, 20.9, 17.1, 16.4, 15.3, 14.5, 11.6. HRMS calcd for C32H48NO4S [M+H]+: 542.330 4, found: 542.330 6.

7)(25R)-5α-螺甾烷-3-丙二腈(4)

30mL乙醇加入50 mL圓底燒瓶，依次加入3(41.4 mg，0.1 mmol)、2D三乙胺(TEA)、再加入丙二腈(13.6 mg ，0.12 mmol)，回流5 h．TLC監測反應完全，冷卻減壓蒸出乙醇，三氯甲烷溶解，水洗3次，萃取，干燥，減壓蒸出溶劑，薄層色譜分離得化合物4約34 mg．白色固體，產率83%，熔點：213～214℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 4.23(dd,J=7.6 Hz, 12.8 Hz, 1H), 4.37(s, 3H), 3.49(dd,J=2.8 Hz, 9.6 Hz, 1H), 3.40(t,J=11.2 Hz, 1H), 2.79(dd,J=4.8 Hz, 8.0 Hz, 1H), 2.43(d,J=14.8 Hz, 1H), 2.22～2.15(m, 2H), 2.04～1.98(m, 1H), 1.91～1.84(m, 1H), 1.79～1.40(m, 17H), 1.36(t,J=14.0 Hz, 4H), 1.07～0.87(m, 17H), 0.97(d,J=6.8 Hz, 3H)， 0.79(d,J=6.4 Hz, 3H), 0.73(s, 3H), 0.64(s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 184.6, 111.7, 109.2, 82.1, 80.6, 66.8, 62.1, 55.9, 53.7, 41.6, 40.5, 39.7, 39.5, 37.2, 36.1, 34.9, 31.8, 31.7, 31.3, 30.8, 30.3, 29.7, 28.8, 28.6, 21.1, 17.1, 16.4, 14.5, 11.9. HRMS calcd for C30H42N2O2[M+H]+: 463.332 5, found: 463.332 6.

8)化合物5a-5e合成步驟

30 mL無水乙醇加入50 mL圓底燒瓶中，再加入0.5 g乙酸銨攪拌，等部分溶解，再加入(46.2 mg，0.1 mmol)4、芳香醛(0.15 mmol)，加熱回流12 h．TLC監測反應完全，冷卻減壓蒸出乙醇，二氯甲烷溶解，水洗溶液3次，萃取，干燥，減壓蒸出溶劑，薄層色譜分離得到化合物5a-5e．

9)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-c]2-氨基-3氰基-5-苯基吡啶(5a)

白色固體，產率：83%，熔點：223～225℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 7.45～7.38(m, 5H), 5.07(s, 2H), 4.42(dd,J=7.2 Hz, 14.8 Hz, 1H), 3.49(dd,J=3.2 Hz, 10.4 Hz, 1H), 3.40(t,J=10.8 Hz, 1H), 2.92(dd,J=5.6 Hz, 1H), 2.55(m, 2H), 2.20(d,J=16.0 Hz, 1H), 2.04(m, 1H), 1.86(t,J=6.8 Hz, 1H), 1.77～1.42(m, 14H), 1.34～1.22(m, 6H), 1.15(s, 2H), 1.01(s, 1H)， 0.97(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.79(d,J=6.4 Hz, 3H), 0.73(s, 3H)， 0.64(s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 161.8, 157.0, 151.4, 139.5, 128.6, 128.4, 128.2, 120.2, 116.3, 109.2, 89.4, 80.7, 66.8, 62.1, 56.1, 53.5, 41.6, 40.7, 40.6, 40.3, 39.8, 35.4, 35.0, 33.0, 31.7, 31.6, 31.3, 30.2, 28.7, 28.2, 20.8, 17.1, 16.3, 14.5, 11.6. HRMS calcd for C37H47N3O2[M+H]+: 566.374 7, found: 566.376 1.

10)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-c]2-氨基-3氰基-5-(3’吡啶)吡啶(5b)

白色固體，產率：85%，熔點：219～221℃．1H NMR(400 M Hz, CDCl3) δ: 8.72(d,J=1.6 Hz, 1H), 8.65(dd,J=1.6 Hz, 4.8 Hz, 1H), 7.78(m, 1H), 7.39(dd,J=4.8 Hz, 7.6 Hz, 1H), 5.09(s, 2H), 4.42(dd,J=7.2 Hz, 14.8 Hz, 1H), 3.49(dd,J=2.8 Hz, 10.0 Hz, 1H), 3.40(t,J=10.8 Hz, 21.6 Hz, 1H), 2.94(dd,J=5.2 Hz, 18.8 Hz, 1H), 2.55(dd,J=8.8 Hz, 18.8 Hz, 2H), 2.26(d,J=16.0 Hz, 1H), 2.04～1.98(m, 2H), 1.88～1.81(m, 1H), 1.78～1.67(m, 4H), 1.66～1.40(m, 9H)， 1.35～1.32(m, 5H), 1.22～1.01(m, 2H), 0.96(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.80(d,J=6.4 Hz, 3H), 0.73(s, 3H), 0.64(s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 161.7, 158.5, 157.1, 151.9, 149.6, 149.5, 136.1, 135.3, 123.1, 120.6, 115.9, 109.2, 90.2, 80.7, 66.8, 62.1, 56.0, 53.4, 41.6, 40.6, 40.5, 40.3, 39.7, 35.4, 35.0, 33.0, 31.7, 31.5, 31.3, 30.2, 28.8, 28.1, 20.8, 17.1, 16.3, 14.5, 11.4. HRMS calcd for C36H46N4O2[M+H]+: 567.369 9, found: 567.370 6.

11)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-c]2-氨基-3氰基-5-(4’氯苯基)吡啶(5c)

白色固體，產率：81%，熔點 ：218～220℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 7.43～7.36(m, 4H), 5.02(s, 2H), 4.43(dd,J=7.2 Hz, 15.2 Hz, 1H), 3.49(dd,J=3.2 Hz, 10.4 Hz, 1H), 3.40(t,J=10.8 Hz, 1H), 2.92(dd,J=5.2 Hz, 18.8 Hz, 1H), 2.53～2.45(m, 2H), 2.20(d,J=15.6 Hz, 1H), 2.04～1.98(m, 1H), 1.87(t,J=6.8 Hz, 1H), 1.78～1.41(m, 17H), 1.33～1.04(m, 20H), 0.97(d,J=6.8 Hz, 3H), 0.96～0.74(m, 10H), 0.78(d,J=6.4 Hz, 3H), 0.74(s, 3H), 0.63(s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 160.5, 157.0, 151.7, 138.0, 134.7, 130.0, 128.5, 120.2, 116.1, 109.3, 89.9, 80.7, 66.8, 62.1, 56.1, 53.5, 41.6, 40.8, 40.6, 40.3, 39.8, 35.4, 35.0, 33.0, 31.7, 31.6, 31.3, 30.3, 28.8, 28.2, 20.9, 17.1, 16.3, 14.5, 11.4. HRMS calcd for C37H47ClN3O2[M+H]+: 600.335 7, found: 600.335 9.

12)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-c]2-氨基-3氰基-5-(4’甲氧基苯基)吡啶(5d)

白色固體，產率：87%，熔點：225～226℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 7.39(d,J=8.4 Hz, 2H ), 6.97(d,J=8.4 Hz, 2H), 5.02(s, 2H), 4.43(dd,J=7.2 Hz, 14.8 Hz, 1H), 3.86(s, 3H), 3.48(dd,J=2.8 Hz, 10.4 Hz, 1H), 3.40(t,J=10.8 Hz, 1H), 2.91(dd,J=5.6 Hz, 18.8 Hz, 1H), 2.60(d,J=16.0 Hz, 1H), 2.52(dd,J=12.4 Hz, 18.8 Hz, 1H), 2.24(d,J=16.0 Hz, 1H), 2.05～1.98(m, 1H), 1.88～1.82(m, 1H), 1.78(t,J=7.6 Hz, 2H), 1.68～1.42(m, 9H), 1.36～1.13(m, 4H), 1.11～0.92(m, 2H), 0.84(d,J=4.4 Hz 3H)， 0.80(d,J=6.0 Hz, 3H), 0.74(s, 3H)， 0.62(s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 161.4, 159.9, 157.0, 151.2, 132.0, 130.1, 120.1, 116.4, 113.6, 109.2, 89.0, 80.7, 66.8, 62.1, 56.1, 55.3, 53.6, 41.6, 41.0, 40.6, 40.3, 39.9, 35.4, 35.0, 33.1, 31.7, 31.6, 31.3, 30.3, 28.8, 28.2, 20.9, 17.1, 16.3, 14.5, 11.3. HRMS calcd for C38H49N3O3[M+H]+: 596.385 2, found: 596.385 7.

13)(25R)-5α-螺甾烷-[2,3-c]2-氨基-3氰基-5-(3’氟苯基)吡啶(5e)

白色固體，產率：78%，熔點：212～214℃．1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ: 7.43～7.38(m, 1H), 7.30(d,J=7.2 Hz, 1H), 7.26(t,J=8.0 Hz, 14.8 Hz, 1H), 7.16(t,J=9.2 Hz, 18.4 Hz, 1H), 5.07(s, 2H), 4.41(dd,J=7.2 Hz, 14.8 Hz, 1H), 3.48(dd,J=2.8 Hz, 10.0 Hz, 1H), 3.39(t,J=10.8 Hz, 22.0 Hz, 1H), 2.92(dd,J=5.2 Hz, 17.6 Hz, 1H), 2.54(dd,J=12.0 Hz, 18.8 Hz, 2H), 2.36(d,J=15.6 Hz, 1H), 2.03～1.99(m, 1H), 1.87～1.80(m, 1H), 1.76～1.22(m, 21H), 1.17～1.04(m, 2H), 0.95(d,J=7.2 Hz, 3H)， 0.79(d,J=6.0 Hz, 3H), 0.73(s, 3H)， 0.68(s, 3H).13C NMR(100 MHz, CDCl3) δ: 162.1, 157.4(d,J=29.9 Hz), 151.4, 139.4, 138.6(d,J=8.0 Hz), 130.4(d,J=3.2 Hz), 127.5(d,J=16.5 Hz), 124.5(d,J=3.2 Hz), 120.2, 116.0, 115.9(d,J=21.8 Hz), 109.2, 90.4, 80.7, 66.8, 62.2, 56.1, 55.2, 53.3, 41.6, 41.1, 40.7, 40.3, 39.8, 35.1, 35.0, 33.0, 31.7, 31.6, 31.3, 30.3, 28.8, 28.2, 20.7, 17.1, 16.3, 14.4, 11.4. HRMS calcd for C37H46FN3O2[M+H]+: 584.365 2, found: 584.366 4.

2 結果討論

如表1所示，首先建立了一個模型反應，以薯蕷皂苷元的丙二腈衍生物3和苯甲醛作為底物，醋酸銨催化在80℃或者回流條件下反應相同時間12 h；先對溶劑進行了篩選，所應用的溶劑都能得到產物目標產物5a，乙醇明顯優于其他溶劑，產率為83%(序號1～7)．考慮到部分溶劑未達到沸點，實驗過程中增加3組對照實驗(序號8～10)，實驗表明溫度的適當提高有助于目標產物產率的提高．最后選擇乙醇作為溶劑．同時，為了進一步探究乙醇溶劑對反應的影響，對反應的溫度分別作了對照試驗(序號4,11,12)，數據表明隨溫度的降低，產率逐降低．通過對反應時間的對照試驗(序號4,13～15)，實驗結果表明，隨反應時間的縮短，產率逐漸下降，但從綠色化學和經濟上考慮，反應12 h更為合理．再對醋酸銨的用量進行了篩選由0.5 g減少到(77 mg，1.0 mmol)，而產率降低到54%(序號16)，當增加醋酸銨的用量到1.0 g，產率反而有所下降(序號17)．最終確定了最佳反應條件．

表1 實驗條件優化[a]

序號溶劑[b]溫度/℃反應時間/h產率/%[c]1toluene8012472CHCl3reflux12523THFreflux12324CH3CH2OHreflux12835CH3CN8012726CH3OHreflux128071,4-dioxane8012388CH3CNreflux12759toluenereflux1257101,4-dioxanereflux124111CH3CH2OH70125312CH3CH2OH60122313CH3CH2OHreflux248514CH3CH2OHreflux75915CH3CH2OHreflux22516[d]CH3CH2OHreflux125417[e]CH3CH2OHreflux1270

注：[a]反應條件4(0.10 mmol),芳香醛(0.12 mmol),醋酸銨(0.5 g)加入30 mL溶劑；[b]溶劑重蒸干燥；[c]白色固體，通過柱層析和薄層色譜分離；[d]加入醋酸銨(77 mg，1.0 mmol)；[e]加入1.0 g醋酸銨．

3 結 論

通過多次對照實驗，對實驗條件的優化．尋找到合成化合物5a的最優反應條件為：30 mL乙醇作溶劑，1當量的薯蕷皂苷元丙二腈衍生物，1.2當量的苯甲醛，0.5 g醋酸銨，乙醇回流溫度，反應12 h．相比較以前的合成方法，此方法避免了高溫反應以及利用重金屬催化的難題．該方法具有綠色環保，原料以及溶劑經濟易得，反應條件溫和等特點．基于此條件通過一鍋法快速合成了化合物5a-5e．同時對于化合物庫來說，還補充了另外一個系列的噻吩雜環化合物3a-3c．

為研究噻吩、吡啶甾體類化合物的構效關系奠定了基礎．

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