由1β－羟基维生素D或其类似物制备1α－羟基维生素D或其类似物的方法

摘要

本发明属于化学合成活性维生素D系列化合物领域，特别涉及以Mitsunotu反应实现1β－羟基维生素D或其类似物转化为相应的立体异构体1α－羟基产物的方法。在空气或惰性气体中将1β－羟基维生素D或其类似物溶解于溶剂中，并加入到偶氮二羧酸酯、膦化物、酸性物质的混合物中，在Mitsunobu反应条件下完成构象转化反应，反应物1β－羟基维生素D或其类似物完成立体转化，并被酸性物质酯化，生成相应的1α－酯；并加入到碱性溶液中，在碱性条件下皂化。本发明通过两步室温下的快速反应，将1β－羟基维生素D完全转化成相应的1α－羟基产物，有效地实现“变废为宝”，所用试剂价格低廉，分离简单，有利于实际生产中的应用。

说明书

技术领域

本发明属于化学合成活性维生素D系列化合物领域，特别涉及以Mitsunotu反应实现1β-羟基维生素D或其类似物转化为相应的立体异构体1α-羟基产物的方法。

背景技术

维生素D类化合物能够促进骨骼对钙磷的吸收，保证体内钙磷的充分供应，促进骨骼的正常钙化，临床上用于治疗佝偻病、软骨病和甲状腺机能的减退等症。研究表明，维生素D本身并不具备生理功能，只有转化为相应的活性形式才能发挥正常的生理作用。维生素D在人体肾脏内的1α-羟基化过程受到多种因素的影响，往往不能正常进行(D.R.，Fraser，等人，Nature，1970，228，764)。由于1α-羟基维生素D系列有着极其重要的生理活性和良好的药用价值，因此，研究1α-羟基维生素D及其类似物的合成具有非常重要的意义(A.W.，Norman，J.Cell.Biochem.，1992，49，1-3；A.W.，Norman，等人，Vitamin DEndocrine System：Structure，Biological，Genetic and Clinical Aspects，Vitamin DWorkshop.Inc.，2000；D.，Feldman等人，Vitamin D，Academic Press，New York，1997)。

1α-羟基维生素D及其类似物的合成方法可以分为三大类：一类是传统的光化学方法，即将天然的原维生素D(7-去氢胆固醇，DHC)或其类似物经过结构修饰(1α-羟基化)所得到的1α-羟基原维生素D或其类似物光照开环来合成1α-羟基维生素D或其类似物，称为半合成方法；另一类是会聚合成法，即将合适的维生素D或其类似物A环和CD环合成子通过偶合反应得到1α-羟基维生素D或其类似物，也就是化学全合成方法；还有一类是结构修饰法，即通过对维生素D或其类似物进行结构修饰制备1α-羟基维生素D或其类似物。(G.D.，Zhu和W.H.，Okamura，Chem.Rev.1995，95，1877.)结构修饰法与其它两种方法相比合成步骤少，操作相对简单，产率较高。但是由于氧化过程是非立体专一性的，在1α-羟基产物生成的同时总伴随有20～30％的1β-羟基副产物。1β-羟基副产物的生成降低了1α-羟基产物的产率，提高了成本，如果可以将1β-羟基副产物高效快速地转化为1α-羟基产物，可以提高1α-羟基维生素D及其类似物的产率，降低合成成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速、高效地改变1β-羟基维生素D或其类似物的立体构象，生成相应的1α-羟基产物的方法。此种方法的特点是反应速度快(反应在瞬间完成)，转化率高(完全转化)，产物分离操作简便。

本发明的由1β-羟基维生素D或其类似物制备1α-羟基维生素D或其类似物的方法包括以下步骤：

(1)在空气或惰性气体中将1β-羟基维生素D或其类似物溶解于适当溶剂中，并加入到偶氮二羧酸酯、膦化物、酸性物质的混合物中，在Mitsunobu反应条件下完成构象转化反应，反应物1β-羟基维生素D或其类似物完成立体转化，并被酸性物质酯化，生成相应的1α-酯，如下式I或(I’)生成II或(II’)；反应中偶氮二羧酸酯、膦化物、酸性物质与1β-羟基维生素D或其类似物的摩尔比分别是10∶1～1∶1。

所述的偶氮二羧酸酯是二异丙基偶氮羧酸酯(diisopropylazodicarboxylate，DIAD)、二乙基偶氮羧酸酯(diethyl azodicarboxylate，DEAD)或它们的混合物。

(2)将步骤(1)的生成物加入到碱性溶液中，在碱性条件下皂化，1α-酯基发生水解，用色谱柱分离，生成最终的1α-羟基维生素D或其类似物，如下式II或(II’)生成III或(III’)，反应中碱性物质与1α-羟基维生素D或其类似物的摩尔比10∶1～1∶1。

或

此处R可为H

优选的实施对象：

本发明涉及的方法描述仅是说明性的，而绝非对其实施范围的限制。描述中，除非另外说明，各步骤都是在室温和大气压下，并在空气，氮气或氩气等惰性气体保护下进行的。作为烷基、链烯基、氟代烷基、氟代链烯基或环烷基的修饰词，术语“低级”指含1～4个碳原子的直链、支链或环状的饱和或不饱和烃基。这些烃基的具体例子是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、特丁基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、异丁烯基、异丙烯基、甲酰基、乙酰基、丙酰基、丁酰基或环丙基。

通式中Y为氢、低级烷基或低级氟代烷基。优选Y表示甲基。

R表示羟基保护基，有些情况下也可为H，在本发明中R优选有机硅化合物，更加优选其中的特丁基二甲基硅或三苯基硅。

Z表示饱和或不饱和的取代或未取代的直链、支链或环状C₄～C₈烃基，并可用下列各式表示。优选地：Z是以下式(A)表示的侧链：

其中沿侧链的虚线表示任选添加的C-C单键、双键或三键；m是0或1；R¹和R²分别是低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基、低级氟代链烯基、低级环烷基、或者与它们所连接的碳一起形成C₃-C₈环烃基；R³为氢、低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基；R⁴、R⁵和R⁶为氧、低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基。对于m所指的键，可以是单键、双键或者三键、换言之，-CH₂-CH₂-、-CH＝CH-或者-C≡C-。

优选地，m＝0，并可用式(A’)表示：

Z还包括式(B)表示的侧链：

其中n为选自1或2的整数；R³为氢、低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基；R⁴和R⁷分别为低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基；A为碳、氧、硫或氮；当A为氮时，r为1而s为0；当A为碳时，r和s为1；当A为硫或氧时，r和s为0；以及R⁹和R¹⁰分别为氢、低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基。对于n所指的键，可以是单键或双键，换言之，-CH₂-CH₂-或者-CH＝CH-。

优选地，Z包括其中n是1，A是碳，r和s为1的侧链，并可用式(B’)表示：

同样，Z还包括式(C)表示的侧链：

其中沿侧链的虚线表示任选添加的C-C单键、双键或三键；q为0或选自1或2的整数；R³为氢、低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基；而R⁴和R⁷分别为低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基；A为碳、氧、硫或氮；当A为氮时，r为1而s为0；当A为碳时，r和s为1；当A为硫或氧时，r和s为0；R⁹和R¹⁰分别为氢、低级烷基、低级氟代烷基、低级链烯基或低级氟代链烯基。对于任何添加的键，例如，如果q＝0，虚线部分可以是单键、双键或者三键，q所表示的基团为-CH₂-。

优选地，Z包括其中q是0，A是碳，r和s是1，并可用下式(C’)表示：

根据以上定义，本发明范围涉及维生素D化合物的例子为：

1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃

1β-羟基-3β-三苯基硅氧基-trans-维生素D₃

1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基维生素D₃

1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₂

1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D衍生物

优选的转化条件：

本发明涉及的Mitsumobu反应条件，包括：

上式为反应中的一个关键试剂，其中R’为烷基，优选R’＝Et，(DiethylAzodicarboxylate，DEAD)、R’＝ⁱPr，(Diisopropyl Azodicarboxylate，DIAD)或其任意比例混合物。

ii.P(R”)₃

其中，膦化物中的R”为芳基、低级烷基或烷氧基，优选三甲基膦、三苯基膦或它们的混合物。

iii.XH

酸性物质，包括羧酸、羟胺、硫醇、胺、氰酸、硫氰酸或它们的混合物等。所述的羧酸是饱和或不饱和脂肪酸、苯甲酸、对硝基苯甲酸或它们的混合物。其中优选的羧酸是芳香羧酸，例如：苯甲酸、对硝基苯甲酸或它们的混合物。

iv.第二步水解反应中涉及的碱

包括各种无机碱和有机碱，发明中优选氢氧化钾、氢氧化钠、甲醇钠、乙醇钠或它们的任意混合物。

v.所用溶剂

所述的反应溶剂选自五到十八个碳的直链烷烃、支链烷烃；苯、甲苯、二甲苯、三甲苯芳香烃；甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇等常用醇类；二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷等常用卤代烷烃；乙醚、丙醚、异丙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚开链醚、环状醚、聚醚；N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜等特殊溶剂中的一种或一种以上的混合溶剂。

vi.所述反应温度

可为任意温度，为使操作简单，优选反应温度为室温。

vii.所述反应气压

可为任意压强，为使操作简单，优选反应在大气压下进行。

viii.反应气氛

反应可在普通空气或惰性气氛中进行，惰性气氛是氮气氛、氩气氛或它们的混合气氛，优选在氮气或氩气中进行。

ix.反应产物的分离

可用柱色谱进行分离，优选减压色谱柱，硅胶型号优选G60。

1β-羟基维生素D是1α-羟基维生素D的一个立体异构体，是化学方法合成活性维生素D体系的一个主要副产物，它有着与主产物1α-羟基维生素D完全相反的生理活性，与主产物1α-羟基产物的比例为1/3～1/5。本发明通过两步室温下的快速反应，将1β-羟基维生素D完全转化成相应的1α-羟基产物，有效地实现“变废为宝”，且所用试剂价格低廉，分离简单，有利于在实际生产中的应用。

具体实施方式

实施例1：1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃向其1α-羟基产物转化

第一步：完成立体构象转换，生成1α-对硝基苯甲酸酯-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃

                       代表碳原子编号

将500mg(0.97mmol)1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃，DEAD 0.3mL(1.94mmol)，PPh₃ 510mg(1.94mmol)和对硝基苯甲酸320mg(1.94mmol)溶解在20mL新蒸THF中，室温下在氮气保护中搅拌10分钟，加入20mL水停止反应，然后用乙醚和饱和食盐水分液，有机相用食盐水洗三遍，水相用乙醚萃取三遍，合并有机相，无水硫酸镁干燥30分钟。过滤除去干燥剂，减压浓缩，用减压色谱柱(层析硅胶G60)分离，洗脱剂为石油醚/乙醚＝20/1，减压烘干，得到浅黄色油状物603mg(0.89mmol，产率92％)，Rf＝0.22。

¹H NMR(CDCl₃，300MHz，δ/ppm)：8.31-8.18(4H，q，H-Ar)，6.55(1H，d，J＝11.5Hz，H-6)，5.88(1H，d，J＝11.5Hz，H-7)，5.89(1H，m，overlapped signals，H-1)，5.23(1H，s，H-19(Z))，5.03(1H，s，H-19(E))，4.25(1H，m，H-3)，2.87(1H，d，J＝18Hz，H-14β)，2.56(1H，d，J＝30Hz，H-4α)，2.45(1H，d，J＝30Hz，H-4β)。

第二步：水解反应，1α-对硝基苯甲酸酯-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃水解为1α-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃

在氮气保护下向603mg(0.89mmol)1α-对硝基苯甲酸酯-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃的10mL THF中加入KOH 101mg(1.78mmol)的甲醇溶液，搅拌数分钟后，加入20mL水停止反应，然后用乙醚和饱和食盐水分液，有机相用食盐水洗三遍，水相用乙醚萃取三遍，合并有机相，无水硫酸镁干燥30分钟。过滤除去干燥剂，减压浓缩，用减压色谱柱(层析硅胶G60)分离，洗脱剂为乙酸乙酯/氯仿/石油醚＝1/5/10，减压烘干，得到浅黄色油状物437mg(0.85mmol，产率95％)，Rf＝0.32。

¹H NMR(CDCl₃，300MHz，δ/ppm)：6.53(1H，d，J＝11.5Hz，H-6)，5.86(1H，d，J＝11.5Hz，H-7)，5.08(1H，s，H-19(Z))，4.96(1H，s，H-19(E))，4.50(1H，m，H-1)，4.20(1H，m，H-3)，2.87(1H，d，J＝18Hz，H-14β)，2.56(1H，d，J＝30Hz，H-4α)，2.45(1H，d，J＝30Hz，H-4β)。

实施例2：改变反应温度，在60℃下进行反应，并且第一步反应中DEAD、PPh₃、对硝基苯甲酸与1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃的摩尔比分别是1∶1

反应过程同实施例1，唯一不同是在反应中用温度控制在60℃下进行。

第一步反应得到黄色粘稠状物质，产率90％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率93％。

实施例3：改变反应试剂，用DIAD代替DEAD，并且第二步反应KOH与1α-对硝基苯甲酸酯-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D3的摩尔比例为1∶1反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用DIAD代替DEAD。

第一步反应得到黄色粘稠状物质，产率86％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率88％。

实施例4：改变反应试剂，用DIAD和DEAD代替DEAD

反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用摩尔比1∶1的DEAD和DIAD混合物代替DEAD。

第一步反应得到黄色粘稠状物质，产率84％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率85％。

实施例5：改变反应试剂，用苯甲酸代替对硝基苯甲酸，并且第一步反应中DEAD、PPh₃、苯甲酸与1β-羟基-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃的摩尔比分别是10∶1，第二步反应KOH与1α-苯甲酸酯-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D3的摩尔比例为10∶1

反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用苯甲酸代替对硝基苯甲酸。

第一步反应得到黄色粘稠状物质1α-苯甲酸酯-3-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃，如下式，产率85％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率91％。

实施例6：改变反应试剂，用苯甲酸和对硝基苯甲酸混合物代替对硝基苯甲酸反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用摩尔比1∶1的苯甲酸和对硝基苯甲酸混合物代替对硝基苯甲酸。

第一步反应得到黄色粘稠状物质1α-苯甲酸酯-3-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃和1α-对硝基苯甲酸酯-3-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃混合物，产率86％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率88％。

实施例7：改变反应试剂，用Mg/MeOH代替KOH

反应过程同实施例1，唯一不同是在第二步反应中用Mg/甲醇代替KOH。

第一步反应得到黄色粘稠状物质，产率83％；

第二步水解反应，先将第一步得到的1α-对硝基苯甲酸酯-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃溶于甲醇，然后向其中加入四倍当量以上的Mg粉，氮气保护，在室温下搅拌10分钟。反应产物处理同实施例1，得到浅黄色粘稠状物质，产率90％。

实施例8：改变反应试剂，用Mg/甲醇和KOH混合物代替KOH

反应过程同实施例1，唯一不同是在第二步反应中用摩尔比1∶1的Mg/甲醇和KOH混合物代替KOH。

第一步反应得到黄色粘稠状物质，产率84％；

第二步水解反应，先将第一步得到的1α-对硝基苯甲酸酯-3β-特丁基二甲基硅氧基-trans-维生素D₃溶于甲醇，然后向其中加入2倍当量以上的Mg粉和同当量的KOH氮气保护，在室温下搅拌10分钟。反应产物处理同实施例1，得到浅黄色粘稠状物质，产率82％。

实施例9改变反应溶剂，用CH₂C1₂代替THF

反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用CH₂Cl₂代替THF。

第一步反应中，反应结束后用CH₂Cl₂和食盐水分液，其他操作与实施例1相同，得到黄色粘稠状物质，产率94％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率87％。

实施例10改变反应溶剂，用CH₂Cl₂和THF混合溶剂代替THF

反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用体积比1∶1的CH₂Cl₂和THF混合溶剂代替THF。

第一步反应中，反应结束后用CH₂Cl₂和食盐水分液，其他操作与实施例1相同，得到黄色粘稠状物质，产率92％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率83％。

实施例11改变反应试剂，用P(CH₃)₃代替PPh₃

反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用P(CH₃)₃代替PPh₃。

第一步反应得到黄色粘稠状物质，产率82％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率83％

实施例12改变反应试剂，用P(CH₃)₃和PPh₃混合物代替PPh₃

反应过程同实施例1，唯一不同是在第一步反应中用P(CH₃)₃和PPh₃代替PPh₃。

第一步反应得到黄色粘稠状物质，产率81％；

第二步反应得到浅黄色粘稠状物质，产率82％。