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 SÔ PHƯƠNG PHÁP TÔNG HƠP

PREGNAN VÀ MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA CHÚNG

TƯ 9α-HYDROXY ANDROSTENDION

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 62.44.01.14

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2017

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ -

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Lưu Đức Huy

Phản biện 1: …

Phản biện 2: …

Phản biện 3: ….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học

viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án

Theo nhận định chung, hiện nay Việt Nam đang phải nhập khẩu tới

90% hoạt chất làm thuốc, 100% các thuốc có gốc steroid.

Trươc đây, trong linh vưc tông hơp cac loai thuôc co nguôn gôc

steroid, diosgenin và solasodine chiêt xuât tư Dioscorea va Solanum

tương ưng đươc coi là cac nguyên liệu số một. Tuy nhiên cac cây nay

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 nhánh các sterol đến các 17-ketosteroid: androstenedione

(AD), androstadienedione (ADD) và 9-hydroxyandrostenedione (9-

OH AD). Một số công ty dược lớn trên thế giới 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

2

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 Cuba đã

công bố kết quả chuyển hoá vi sinh rất hiệu quả phytosterol, nguyên liệu

Việt Nam, đến AD và ADD. Năm 2007, các kết quả nghiên cứu nhận

được từ đề tài Nghị định thư hợp tác với Liên bang Nga, Lưu Đức Huy và

cộng sự Nga đã có công bố công nghệ chuyển hóa vi sinh phytosterol đến

AD và 9α-OH AD 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.

Về nguyên tắc khi nguyên liệu đầu là diosgenin hay solasodine, sau

khi phân cắt hóa học chọn lọc mạch nhánh ta đã có được mạch bên

pregnane; khi chuyển sang sterol sau khi phân cắt vi sinh chọn lọc mạch

nhánh 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.

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Trong phạm vi của luận án này, chúng tôi đăt ra nhiêm vu nghiên

cứu và hoàn thiện môt sô phương pháp tông hơp pregnane và một số dẫn

xuất của chúng tư 9α-OH AD

3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

- Dehydrat hóa 9α-OH AD tổng hợp Δ9-AD

- 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

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

3

- Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2)

- Phương pháp tạo lập mạch bên corticoid

- Một số phương pháp phụ trợ khác như: tạo lập 9β,11β-epoxy;

16α,17α-epoxy; đưa nhóm hydroxy 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

1.1.1. Phương pháp cyanohydrin tổng hợp mạch bên pregnane

1.1.2. Phương pháp acetylene tổng hợp mạch bên pregnane

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

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

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

1.3.2. ∆1(2) -dehydro hóa

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

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

1.4. Tổng hơp mach bên corticoid

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

1.4.2. Chuyển hóa 20-ketopregnane đến mạch bên corticoid

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

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

4

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

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

Các chất trung gian và các sản phẩm cuối được chúng tôi tổng hợp

theo các phương pháp sau:

2.1. Phương pháp dehydrat hóa tạo lập nối đôi Δ9(11)

2.2. Phương phap công hơp nitrile vao hơp chât 17-ketosteroid

(phương pháp cyanohydrin)

2.2.1. Sử dụng KCN

2.2.2. Sử dụng acetone cyanohydrin

2.3. Phương pháp bảo vệ nhóm carbonyl

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

2.3.2. Phương pháp chung bảo vệ chức 3-keto-∆4 của phân tử steroid

sử dụng ethylene glycol

2.3.3. Phương pháp chung bảo vệ chức 20-keto của phân tử steroid

sử dụng ethylene glycol

2.3.4. Tổng hợp 3,17-bis-(1,2-ethyleneketal)-androsta-5-en-9α-ol

(10c)

2.3.5. Tổng hợp 9α-hydroxy-3-methoxyandrosta-3,5-diene-17-one

(4d)

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

ứng

2.5. Phương pháp cộng hợp acetylene vào hợp chất 17-ketosteroid

(phương pháp acetylene)

2.6. Phương pháp epimer hóa gián tiếp trung tâm C-17 hợp chất

steroid thông qua ester 17-ONO2

5

2.7. Phương pháp tổng hợp các 20-ketosteroid (mạch bên

pregnane)

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

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

2.7.3. Theo phương pháp acetylene, hydrat hóa nhóm ethynyl

2.8. Phương pháp tổng hợp các dẫn xuất epoxy

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

2.8.2. Theo phương pháp dehalohydrin

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

2.10. Phương pháp giải phóng nhóm bảo vệ

2.11. Phương pháp tạo lập nối đôi ∆1(2)

2.12. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid

2.12.1. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất

siêu hóa trị của iod: PhI(OAc)2 2.12.2. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng I2 trong

môi trường kiềm 2.12.2.1. Phương pháp chung tổng hợp mạch bên corticoid qua hợp

chất trung gian 21,21-diiodide 2.12.2.2. Phương pháp chung tổng hợp mạch bên corticoid qua dẫn

xuất 21-monoiodide 2.13. Phương pháp đưa halogen vào phân tử steroid

2.13.1. Phương pháp halohydrin

2.13.2. Phương pháp cộng mở vòng epoxy

2.14. Phương pháp khử halogen (dehalogen hóa)

6

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Các phương pháp và các phản ứng nghiên cứu được trình bày trong

Sơ đồ 3.1, Sơ đồ 3.2, Sơ đồ 3.3 và Sơ đồ 3.4 dưới đây:

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

mạch bên pregnane

7

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

mạch bên corticoid

8

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

corticoid

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

hóa và dehalohydrin hóa

9

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

dione (Δ9-AD)

Việc chúng tôi thực hiện phản ứng trong một dung môi trơ phi

proton đặc biệt là hydrocarbon chứa Cl và sử dụng acid vô cơ chứa H2O

như H3PO4 làm tác nhân dehydrat hóa là chưa được mô tả trong tài liệu.

Quá trình phản ứng chúng tôi không nhận thấy, dù ở dạng vết, sản phẩm

phụ ∆8(9)-AD. Sử dụng hóa chất công nghiệp sẵn có, giá rẻ, thao tác dễ

dàng, không cần tinh chế sản phẩm đồng thời cho hiệu suất cao (>94%) là

những ưu điểm nổi bật của phương pháp này khi đi vào sản xuất.

Phản ứng tách trans-diaxial 9α-OH AD (1) xảy ra theo cơ chế E1

với độ chọn lọc cao, nhận được đồng phân ∆9-AD (2) duy nhất. Phổ 1H-

NMR của Δ9-AD xuất hiện tín hiệu cộng hưởng của proton olefin H-11

có δ=5,57 ppm dạng multiplet.

3.2. Tổng hợp mạch bên pregnane

Việc gắn mảnh hai nguyên tử C vào vị trí C-17 của các phân tử

steroid (AD, 9α-OH AD, ∆9-AD, ADD...) là giai đoạn chìa khóa trong

tổng hợp corticoid, được thực hiện theo nhiều phương pháp. Hai trong số

các phương pháp có ý nghĩa thực tiễn là phương pháp cyanohydrin và

acetylene.

3.2.1. Phương pháp cyanohydrin

Được mô tả theo Sơ đồ 3.5, gồm hai giai đoạn chính: (1) Tương tác

giữa các hợp chất 17-ketosteroid với acetone cyanohydrin (hay

KCN/AcOH) và (2) Alkyl hóa các hợp chất 17α-hydroxy-17β-nitrile vừa

nhận được bằng tác nhân methyl hóa: CH3MgBr(Cl), CH3Li...

Giai đoạn (1) là phản ứng cộng nucleophile, ion CN- tấn công vào

vị trí C-17 từ phía α ít bị cản trở hơn (ngược với nhóm 18β-methyl) hình

thành đồng phân 17α-cyano-17β-hydroxy, được chuyển hóa đến đồng

10

phân 17β-cyano-17α-hydroxy theo một cân bằng thuận nghịch trong sự

có mặt của CN- và cân bằng chuyển dịch về phía tạo sản phẩm chính do

nó tách ra ở dạng kết tủa ít tan hơn trong MeOH.

Sơ đồ 3.5. Xây dựng mạch bên pregnane theo phương pháp

cyanohydrin

Các kết quả nghiên cứu nhận được cho thấy: khi sử dụng tác nhân

KCN phản ứng xảy ra rất nhanh, ở điều kiện êm dịu (~25oC), tuy nhiên

nhược điểm chính là tạo hỗn hợp epimer 17β-cyano-17α-hydroxy và 17α-

cyano-17β-hydroxy (tỉ lệ 95:5). Khi sử dụng tác nhân acetone

cyanohydrin phản ứng xảy ra chậm hơn, trong điều kiện nhiệt độ cũng

cao hơn (35-36oC), hiệu suất thấp hơn (80% so với 90%), nhưng độ chon

lọc lâp thê cao hơn (epimer không mong muốn chỉ ít hơn 1% và bị loại ra

khỏi hỗn hợp trong quá trình lọc rửa với MeOH/H2O). Mặt khác, tác nhân

acetone cyanohydrin ít độc hơn, do vậy ưa được áp dụng khi triển khai ở

11

quy mô lớn. Phổ 1H-NMR của (3) xuât hiên thêm tin hiêu công hương tư

cua proton nhom OH-17 co δ=2,97 ppm. Phổ ESI-MS bắt được peak ion

giả phân tử với số khối m/z 312[M+H]+ và peak ion mảnh với số khối m/z

285[M+H-HCN]+.

Sau khi bảo vệ nhóm 3-keto bằng cách ketal hóa hình thành vòng 5

cạnh (tác nhân ethylene glycol) và 6 cạnh (tác nhân neopentyl glycol)-

1,3-dioxolane, trong đó việc sử dụng tác nhân neopentyl glycol cho (3) là

chưa được mô tả chi tiết trong tài liệu. Chúng tôi tiến hành theo 2 hướng:

(a) dehydrat hóa chức 17α-hydroxy bằng POCl3 trong Py (trong tài liệu

đối tượng là các steroid đã bảo vệ chức 3-keto bằng ketal vòng 5 cạnh);

(b) bảo vệ chức 17α-hydroxy bằng ether hóa. Hai nhóm sản phẩm này là

đối tượng để tiến hành giai đoạn (2): alkyl hóa bằng tác nhân cơ kim:

nhóm (a) với CH3MgBr; nhóm (b) với CH3Li (quy trình áp dụng tốt lên

AD, với Δ9-AD chưa được mô tả chi tiết trong tài liệu).

Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của 3,3-(2,2-dimethyl propylenedioxy)-pregna-

5,9(11),16(17)-triene-20-one (6a)

12

Phổ 1H-NMR xuất hiện tín hiệu có δ=2,27 ppm (6a); 2,75 ppm

(6b) được gán cho proton nhóm acetyl CH3(21)CO.

3.2.2. Phương pháp acetylene

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

Phương pháp gồm hai giai đoạn chính: (1) Phản ứng giữa các hợp

chất 17-ketosteroid với acetylide và (2) Hydrat hóa các hợp chất 17-

ethynyl-17-hydroxy vừa nhận được.

Giai đoạn (1) là phản ứng cộng nucleophile (AN) chọn lọc lập thể

với sự tấn công của ion acetylide CH≡C- từ phía α ít bị cản trở hơn vào vị

trí C-17 của Δ9-AD (2), nhận được đồng phân 17α-ethynyl-17β-hydroxy

(7) duy nhất. Phổ IR của (7) xuất hiện băng sóng đặc trưng cho dao động

của C-H acetylene (3268 cm-1); của C≡C (2087 cm-1), của OH (3403 cm-

1). Phô 1H-NMR xuất hiện tín hiệu của proton H-21 ở 2,58 ppm.

Do cấu hình trung tâm C-17 của (7) ngược với cấu hình yêu cầu

của corticoid nên cần epimer hóa, thực hiện theo phương pháp epimer

hóa gián tiếp qua ester trung gian –ONO2. Sau đó dưới tác dụng của xúc

tác Ag+, ester –ONO2 (7’) bị thủy phân đồng thời nghịch đảo cấu hình ở

trung tâm C-17. Cơ chế phản ứng được cho là đi qua carbocation trung

gian, được bền hóa bởi ion kim loại (Ag+), khống chế không gian phía β.

13

Do đó nucleophile OH- tấn công từ phía α ít bị cản trở hơn, (8) nhận được

với cấu hình mong muốn 17β-ethynyl-17α-hydroxy, có sự khác biệt rất

nhỏ về độ chuyển dịch hóa học của proton nhóm CH3-18 (Δδ = + 0,004

ppm) và H-21 (Δδ = - 0,003 ppm) khi so sánh với (7).

Hydrat hóa nhóm 17β-ethynyl (CH≡C-) của (8), xúc tác HgSO4,

môi trường acid nhận được 20-ketopregnane (6b). Phổ 1H-NMR của (6b)

mất tín hiệu cộng hưởng của proton acetylene H-21 (2,58 ppm), xuất hiện

tín hiệu có δ =2,75 ppm được gán cho proton nhóm acetyl CH3(21) CO.

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

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

Sau khi tạo thành liên kết đôi ở vị trí 9,11 và khóa các nhóm chức

carbonyl ở vị trí 3 và 20, sự tồn tại cầu oxy ở vị trí 16α,17α tạo thuận lợi

O

O

OH

M

C CH

-

+

O

N+

ONO2

ONO2

OH

+

C CH

C CH

CCH

M+

14

cho việc đưa nhóm methyl vào vị trí 16β- và nhóm hydroxy vào vị trí

17α- theo cơ chế cộng trans. Do vòng epoxy định hướng α nên

nucleophile CH3- tấn công vào vị trí C-16 từ phía β ít bị cản trở hơn, hình

thành đồng phân 16β-methyl-17α-hydroxy. Tài liệu tham khảo mới áp

dụng phương pháp này lên dẫn xuất của Δ9-AD khi nhóm 3- và 20-keto

được bảo vệ bằng ketal vòng 5 cạnh. Trên phổ 1H-NMR (CDCl3) xuất

hiện tín hiệu cộng hưởng proton nhóm CH3 vị trí C-16 có δ=1,19 ppm

tách vạch doublet với hằng số J=7,0 Hz (11a); 8,0 Hz (11b) do tương tác

với proton H-16. Phổ ESI-MS của hợp chất (11a) bắt được peak ion giả

phân tử với số khối m/z 515[M+H]+.

Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của 3,20-bis-(1,2-ethyleneketal)-16β-

methylpregna-5,9(11)-diene-17α-ol (11b)

Sau khi giải phóng các nhóm bảo vệ, hóa lập thể trung tâm C-16 và

C-17 của sản phẩm (12) được khẳng định thêm, lần đầu tiên, bằng dữ liệu

phổ NOESY. Đặc biệt, các proton nhóm CH3-18 và CH3-21 tương tác với

các proton nhóm CH3 vị trí C-16, chứng tỏ chúng đều định hướng β.

15

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

Δ1(2)-dehydro hóa các 3-keto-Δ4-steroid thường sử dụng tác nhân

SeO2 trong t-BuOH có mặt một lượng nhỏ Py. Tuy nhiên Δ1(2)-dehydro hóa

các hợp chất 12 và 17 theo phương pháp này là chưa được mô tả chi tiết.

Hình 3.18. Phổ 1H-NMR của pregna-1,4,9(11)-triene-17α,21-diol-3,20-

dione-21-acetate (13b)

3.5. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid

16

3.5.1. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng hợp chất siêu

hóa trị của iod: PhI(OAc)2

Đây là phương pháp mới một giai đoạn, áp dụng phản ứng

Mercusev, sử dụng các hợp chất siêu hóa trị của iod như PhI(OAc)2,

PhI(OCOCF3)2 để 21-hydroxy hoá trực tiếp một vài 17β-acetylsteroid.

Chúng tôi lần đầu tiên đã triển khai phản ứng tổng hợp mạch bên

corticoid sử dụng PhI(OAc)2 với một số dẫn xuất 17β-acetylsteroid mới

(24a), (24b); và (23). Kết quả nhận được cho thấy sự có mặt của các

nhóm chức như 3β-hydroxy, Δ5, 16β-chloro và 16β-bromo không ảnh

hưởng đến phản ứng và đều nhận được sản phẩm (25) với hiệu suất tốt.

Tuy nhiên, các dẫn xuất 17α-acetyl hoàn toàn không bị chuyển hóa, mặc

dù đã nỗ lực thực hiện.

Với hệ thống 3-keto-Δ4, để xây dựng mạch bên corticoid theo

phương pháp này, chúng tôi đã tiến hành bảo vệ nhóm carbonyl C(3)=O

bằng ketal hóa, chuyển hệ thống 3-keto-∆4 thành 3-ketal-∆5 (9). Phản ứng

tạo thành dẫn xuất 21-hydroxy-20-keto (15) đi qua hợp chất trung gian

21-hydroxy-20,20-dimethylketal (14).

3.5.2. Phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng I2 trong môi

trường kiềm

Iodo hóa trực tiếp nhóm acetyl CH3(21)CO đến dẫn xuất 21-

diiodide (hoặc monoiodide) sau đó sẽ chuyển về 21-monoiodide rồi 21-

acetate dưới tác động của acetate kim loại kiềm.

Trên phổ 1H-NMR của các corticoid sản phẩm (15,16a,16b,17,25)

xuất hiện tín hiệu cộng hưởng proton dạng phổ AB vùng 4,0-5,2 ppm của

hai proton không tương đương trong nhóm methylene CH2OAc-21 tách

vạch doublet có J=17,5-19,5 Hz.

17

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

triene-17α,21-diol-3,20-dione (16b)

3.5.3. So sánh hai phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid

Phương pháp truyền thống trải qua nhiều giai đoạn: iodo hóa,

acetoxy hóa và thủy phân. Tuy nhiên hiệu suất tổng của hai giai đoạn

chính (iodo hóa và acetoxy hóa) vẫn cao (khoảng 80%). Bước đầu nghiên

cứu chúng tôi nhận thấy phản ứng cũng bị ảnh hưởng bởi hóa lập thể

trung tâm C-16 và C-17. Cấu hình 16α,17α-epoxy của (9’) và (21’) cồng

kềnh đã gây ảnh hưởng không gian đến nhóm CH3-21 nên phản ứng 21-

monoiodo hóa và 21,21-diiodo hóa đã không xảy ra. Trong khi đó các

dẫn xuất 17α-hydroxy-16β-methyl (chloro) (12, 13a, 21’’) có thể 21-iodo

hóa dễ dàng.

Phương pháp mới một giai đoạn sử dụng các hợp chất siêu hóa trị

của iod như: PhI(OAc)2, PhI(OCOCF3)2 có thể hydroxy hóa trực tiếp C-

21 với hiệu suất tốt, tuy nhiên cũng có những hạn chế: cần bảo vệ hệ

thống 3-keto-Δ4; hóa lập thể trung tâm C-17 quyết định khả năng phản

ứng: chỉ các dẫn xuất 17β-acetyl mới tham gia phản ứng.

3.6. Phương pháp đưa halogen vào phân tử steroid

18

3.6.1. Theo phương pháp halohydrin

Mục đích của bromohydrin hóa nối đôi Δ9(11) là: (1) đưa nhóm 11β-

hydroxy vào phân tử steroid; (2) chuyển hóa thành dẫn xuất 9β,11β-

epoxy để đưa Cl, F vào vị trí 9α-. Cả hai mục đích này làm tăng đáng kể

hoạt tính hormone mong muốn của steroid (làm tăng rất nhiều tác dụng

chống viêm và thời gian bán thải trừ của thuốc, đồng thời làm giảm khả

năng giữ muối và nước), trong khi 9α-bromo hoặc iodo lại làm giảm hoạt

tính. Lựa chọn bromohydrin hóa là do: hiệu suất cao của phản ứng; tác

nhân HOBr dễ kiếm; sản phẩm 9α-bromo bền hơn 9α-chloro…

Phản ứng cộng một tác nhân HOBr như NBA, NBS, 1,3-dibromo-

5,5-dimethylhydantoin (dibromantin)…(Br2X + 2 H2O → 2 HOBr +

H2X) trong sự có mặt của acid pecloric theo cơ chế cộng trans-diaxial

cho hiệu suất tốt (khoảng 90%) sản phẩm tương ứng (18a,18b,18c).

3.6.2. Theo phương pháp cộng mở vòng epoxy

Phản ứng cộng mở vòng 16α,17α-epoxy bằng tác nhân nucleophile

HX xảy ra theo cơ chế cộng trans. Với cấu hình 17α-hydroxy nhận được

rất thuận lợi cho việc xây dựng mạch bên corticoid. Trước đó (9’) và

(21’) (sản phẩm thủy phân chức 3-ketal hợp chất 9 và 21 tương ứng) với

cấu hình 16α,17α-epoxy cồng kềnh đã không thể chuyển hóa đến mạch

bên corticoid.

Cũng theo phương pháp này chúng tôi đã tổng hợp các dẫn xuất

mới (24a) và (24b) - là đối tượng để chuyển hóa đến corticoid (25).

19

Hình 3.24. Phổ EI-MS của 16β-bromopregna-5-en-3β,17α-diol-20-one

(24b)

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

Đưa mảnh epoxy vào vị trí C-9,11 tạo điều kiện thuận lợi để đưa

mảnh 9α-flouro (hoặc chloro)-11β-hydroxy vào phân tử steroid, nhằm

làm tăng hoạt tính kháng viêm và kéo dài thời gian bán thải. Phản ứng

dehydrohalogen hóa đóng vòng thành 9β,11β-epoxy xảy ra theo cơ chế

SN2 nội phân tử, đồng thời thủy phân chức 21-acetoxy đến 21-hydroxy.

Trên phổ 1H-NMR (19a,19b) vùng cộng hưởng của 2 proton không

tương đương nhóm CH2-21 bị dịch chuyển từ 4,8-5,0 ppm (do liên kết

với nhóm acetoxy) lên 4,1-4,4 ppm (do liên kết với nhóm hydroxy). Đặc

biệt hai proton này ngoài tương tác với nhau còn chịu tương tác xa của

proton nhóm OH-21 tách vạch double doublet lần lượt với hằng số

J=19,0 và 5,5-6,0 Hz. Phổ 13C-NMR, tín hiệu C-9 và C-11 chuyển dịch

lên trường cao hơn.

20

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

dihydroxy pregna-4-en-3,20-dione (19a)

3.8. Phương pháp khử halogen (dehalogen hóa)

Việc giữ lại nhóm 11β-hydroxy của các dẫn xuất halohydrin là để

có được sản phẩm giống như hydrocortisone - một hormone thiên nhiên.

Sử dụng tác nhân khử là các organotin hydride RnSnH4-n như HSnBu3,

phản ứng thế nucleophile bởi sự tấn công của ion hydride H- hoặc Hδ-

theo cơ chế SN2 hơn là SN1. Sản phẩm (20) - prednisolone acetate - là một

dược phẩm steroid, có tác dụng rõ rệt trong chống viêm, chống dị ứng và

ức chế miễn dịch...

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

các phương pháp đã nghiên cứu ở trên

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

AD Điều kiện phản ứng: a: H3PO4 85%, CHCl3, hồi lưu; b: C2H2, THF, t-C4H9OK, -15oC; c:

1.HNO3 63%, Ac2O, -15oC; 2.H2O, THF, AgNO3, toptn; d: KCN, MeOH, AcOH, toptn hoặc

Me2C(CN)OH, MeOH, OH-/36-40oC; e: Me2C(CH2OH)2, (EtO)3CH, p-TSA, 0-5oC hoặc C2H4(OH)2,

21

(MeO)3CH, p-TSA, 40oC; f: CH2=CHOEt, THF, p-TSA, toptn; g: MeLi 1,6M, THF, -20oC- toptn; h:

H2O, THF, MeOH, HgSO4, H+, toptn; i: 1.I2, MeOH, CH2Cl2, CaO, H2O, toptn; 2. AcOK, DMF, 65oC;

j: NBS, THF, HClO4, H2O, 0oC hoặc Dibromantin, acetone, HClO4, H2O, 10oC; k: HSnBu3, THF,

MeCN, hồi lưu; l: SeO2, t-BuOH, Py, hồi lưu; m: 1.I2, MeOH, CH2Cl2, CaO, H2O, toptn; 2. AcOK,

DMF; n: SeO2, t-BuOH, Py, hồi lưu; o: NBS, THF, HClO4, H2O, 0oC hoặc Dibromantin, acetone,

HClO4, H2O, 10oC; p: HSnBu3, THF, MeCN, hồi lưu; q: OH-, MeOH; r: SeO2, t-BuOH, Py, hồi lưu.

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

AD

3.9.2.Sơ đồ tổng hợp betamethasone và beclomethasone từ 9α-OH AD Điều kiện phản ứng: a: POCl3, Py, 45-50oC; b: 1.MeMgBr(Cl) 3M, Toluene, 65oC; 2.AcOH,

0oC; c: H2O2 60%, THF, MeOH, OH-, 45oC; d: Me2C(CH2OH)2, (EtO)3CH, p-TSA, 0-5oC hoặc

C2H4(OH)2, (EtO)3CH, p-TSA, toptn; e: MeMgBr 3,4M, THF, 70oC; f: H+, H2O, acetone, 60oC; g:

SeO2, t-BuOH, Py, hồi lưu; h: I2, MeOH, OH-, CaCl2, 40oC; i: AcOK, AcOH, DMF, acetone, hồi lưu;

22

j: NBS, THF, HClO4, H2O, 0oC hoặc Dibromantin, acetone, HClO4, H2O, 10oC; k: NaOH 1M, H2O,

MeOH, CHCl3, 0-5oC; l: HF hoặc HCl; m: I2, MeOH, OH-, CaCl2, 40oC; n: AcOK, AcOH, DMF,

acetone, hồi lưu; o: SeO2, t-BuOH, Py, hồi lưu

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

KẾT LUẬN CHUNG

1. Đã nghiên cứu so sánh hai phương pháp tổng hợp pregnane: phương pháp

cyanohydrin và phương pháp acetylene. Cả hai phương pháp đều hiệu

quả, khả thi để triển khai vào thực tiễn và đều cần tách loại nhóm 9α-

hydroxy để tránh các phản ứng phụ kèm theo. So với phương pháp

acetylene, phương pháp cyanohydrin phải bảo vệ chức 3-keto nhưng hiệu

suất cao hơn và dễ tiến hành hơn. Từ Δ9-AD (2), ứng dụng phương pháp

acetylene, tổng hợp thành công hợp chất (6b) đạt hiệu suất trung bình

82,8%/giai đoạn. Cũng từ (2), ứng dụng phương pháp cyanohydrin, tổng

23

hợp thành công hợp chất (6b) đạt hiệu suất trung bình 82,3%/giai đoạn và

hợp chất (6a) đạt hiệu suất trung bình 82,0%/giai đoạn.

2. Đã nghiên cứu hai phương pháp tổng hợp mạch bên corticoid:

- Phương pháp truyền thống sử dụng I2: hiệu quả, khả thi, kinh tế, có thể

ứng dụng và triển khai vào thực tiễn và áp dụng được với chất đầu có hệ

thống 3-keto-Δ4, cho hiệu suất tốt. Tuy nhiên bước đầu nghiên cứu chúng

tôi nhận thấy phản ứng cũng bị ảnh hưởng bởi hóa lập thể trung tâm C-16

và C-17: từ các dẫn xuất 17α-hydroxy (6b; 12; 13a; 21’’) tổng hợp thành

công 17 (80,3%); 16a (77,6%); 16b (83,0%) và 22 (80,3%) tương ứng.

Với dẫn xuất 16α,17α-epoxy (9’) và (21’) phản ứng không chạy.

- Phương pháp mới sử dụng hợp chất hữu cơ siêu hóa trị của iod

Ph(IOAc)2: chỉ hiệu quả trong một số ít trường hợp và rất nhậy cảm đối

với hóa lập thể trung tâm C-17 (chỉ các dẫn xuất 17β-acetyl-17α-nhóm

thế có thể tích nhỏ mới đi vào phản ứng). Lần đầu tiên triển khai phản

ứng tổng hợp mạch bên corticoid sử dụng PhI(OAc)2 với một số dẫn xuất

mới: (24a) và (24b). Sản phẩm (25) nhận được với hiệu suất tốt (93,0%

từ 24a và 87,0% từ 24b). Các hợp chất mới (24a) và (24b) được tổng hợp

lần đầu tiên từ (23) với hiệu suất cao (94,0% và 89,0% tương ứng). Ứng

dụng phương pháp này đối với pregnane đã bảo vệ chức 3-keto (9) nhận

được corticoid (15) qua hợp chất trung gian (14).

3. Đã nghiên cứu thành công phương pháp tạo lập chức 16β-methyl-17α-

hydroxypregnane cho hiệu suất tốt. Từ (10a) và (10b) bằng phản ứng

cộng mở vòng trans epoxypregnane lựa chọn lập thể sử dụng tác nhân

Grignard nhận được (11a) và (11b) hiệu suất tương ứng: 78,3% và

76,0%.

4. Lần đầu tiên cấu hình trung tâm C-16 và C-17 của hợp chất (12) được

khẳng định thêm bằng dữ liệu phổ NOESY.

24

5. Đã nghiên cứu thành công phương pháp tạo lập nối đôi Δ1(2) bằng con

đường hóa học sử dụng SeO2 với một số trường hợp: từ (12) và (17) nhận

được (13a) và (13b) tương ứng (hiệu suất 60-65%). Phương pháp tỏ ra

hiệu quả và có thể áp dụng vào sản xuất.

6. Đã thiết lập được hai sơ đồ lựa chọn hoàn chỉnh tổng hợp các corticoid

kiểu hydrocortisone acetate, prednisolone, betamethasone,

beclomethasone.

7. Những điểm đặc trưng về cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được xác

định và khẳng định bằng các phương pháp vật lý: (Đnc.), phổ: IR, MS,

1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, NOESY.

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Đã góp phần hoàn thiện phương pháp mới một giai đoạn tổng hợp mạch

bên corticoid sử dụng hợp chất hữu cơ siêu hóa trị của iod: PhI(OAc)2.

Phương pháp hiệu quả, khả thi trong tổng hợp 16α,17α-epoxypregna-

4,9(11)-diene-21-ol-3,20-dione (15) (hiệu suất 49,5%) và 16α,17α-

epoxypregna-5-en-3β,21-diol-20-one (25) (hiệu suất 87-93%).

2. Trên cơ sở nghiên cứu hai con đường lựa chọn tổng hợp pregnane từ 17-

ketosteroid (9α-OH AD), đó là con đường acetylene và con đường

cyanohydrin, đã đề xuất hai sơ đồ lựa chọn hoàn chỉnh tổng hợp

hydrocortisone acetate, prednisolone, betamethasone và beclomethasone.

3. Lần đầu tiên cấu hình trung tâm C-16 và C-17 của hợp chất (12) được

khẳng định thêm bằng dữ liệu phổ NOESY. Ngoài ra nhiều số liệu phổ,

nhất là phổ 13C-NMR và 2D-NMR, lần đầu tiên được chúng tôi nghiên

cứu và công bố.

4. Một số hợp chất mới được chúng tôi tổng hợp và xác định những điểm

đặc trưng về cấu trúc: 16β-chloropregna-5-en-3β,17α-diol-20-one (24a);

16β-bromopregna-5-en-3β,17α-diol-20-one(24b).

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. L. D. Huy, N. T. Diep, 21-monohydroxylation of 17β-acetylsteroids using

phenyliodosodiacetate: one step method and its limitation, Pharm. Chem.

J. (RU), 2011, 45 (9), 552-554.

2. L. D. Huy, N. T. Diep, L. T. K. Nhung, Alternative road for synthesis of

16α,17α-epoxypregna-4,9(11)-diene-21-ol-3,20-dione from 9α-

hydroxyandrostenedione, Pharm. Chem. J. (RU), 2012, 46 (6), 356-359.

3. Nguyen T. Diep, Luu D. Huy et. al., Efficient synthesis of 16β-

methylpregna-4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione from 9α-

hydroxyandrosta-4-en-3,17-dione, 3rd Junior international conference on

cutting-edge organic chemistry in Asia, Chiba, Japan, 2013.

4. Luu. D. Huy, Nguyen T. Diep, Pham T. Thao, Chang-Hee Lee, Luu D.

Hung, Approach to synthesis of prednisolone from 9α-

hydroxyandrostenedione, Tạp chí Hóa học, 2014, 52 (2), 143-147.

5. Lưu Đức Huy, Nguyễn Thị Diệp, Phạm Thị Thảo, Lưu Đức Hùng, Tổng

hợp 21-acetat pregn-4,9(11)-dien-17α,21-diol-3,20-dion, Tap chi Hoa

hoc, 2014, 52 (4), 443-446.

6. Lưu Đức Huy, Phạm Thị Thảo, Nguyễn Thị Diệp et. al., Hai phương

phap hiêu qua tông hơp 17α-hydroxy-17β-nitril-androsten, Tap chi Hoa

hoc, 2014, 52 (6), 688-691.

7. Luu D. Huy and Nguyen T. Diep, Synthesis of 16β-methylpregna-

4,9(11)-diene-17α-ol-3,20-dione from 9α-hydroxyandrostenedione,

Pharm. Chem. J. (RU), 2015, 49 (7), 486-489.

8. L. D. Huy, N. T. Diep et. al., Transformation of androstenedione into

17α-hydroxy-16β-methyl-pregn-4-ene-3,20-dione, Indian J. Chem., Sect

B, 2016, 55B (July), 888-891.

9. Lưu Đức Huy, Nguyễn Thị Diệp, Lưu Đức Hùng, Phạm Thị Thảo, Vũ

Trung Quân, Nghiên cứu hai con đường hiệu quả tổng hợp 17α-

hydroxyprogesterone, Tạp chí Hóa học, 2016, 54 (6e2), 127-132.