Способ получения 6 -формил-b-норхолестан-3 ,5 -диола

Изобретение относится к области химии стероидов, а именно к новому способу получения 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола формулы (I) путем сужения шестичленного В-кольца холестерина.

Способ заключается в том, что холестерин подвергают фотоокислению кислородом воздуха при облучении видимым светом в присутствии порфиринового фотосенсибилизатора, иммобилизованного на низкомолекулярной фракции сополимера тетрафторэтилена и перфтор-3,6-диоксо-5-метил-6-сульфонилфторидоктена-1, при массовом соотношении порфириновый фотосенсибилизатор: холестерин, равном 1:12-15. В качестве порфиринового фотосенсибилизатора можно использовать 5,10,15,20-тетрафенилпорфирин. Способ технологически прост, не требует жестких условий, обеспечивает высокий выход целевого продукта. 1 з. п.ф-лы.

 

Изобретение относится к области химии стероидов, а именно к новому способу получения 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола формулы (I) путем сужения шестичленного В-кольца холестерина.

6β-Формил-В-норхолестан-3β,5β-диол (I) является важным промежуточным соединением (синтоном) в синтезе разнообразных по строению В-норхолестанов. Восстановление формильной группы LiAlH₄ приводит к соответствующему карбинолу с последующим получением 3,6-диэфиров. Еще большее количество производных получают из 6-кислоты, в которую ацетильное производное альдегида (I) легко превращается при окислении. В последние годы в ряду норхолестанов, в том числе В-норхолестанов, проводится интенсивный поиск веществ с гипохолестеринэмическим действием (М.Mamiya, К.Takahashi, S.Eguchi et al., Chem. Pharm. Bull. (1989), 37 (7), pp.1930-1931). Кроме того, химическая структура 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I) благодаря наличию ОН-группы в 5-м положении позволяет сокращать боковую цепь В-норхолестана известным способом удаленного окисления (R. Breslow, Асе. Chem. Res. (1980), 13, р.170), что открывает широкие возможности для получения новых физиологически активных соединений в ряду аналогов половых гормонов - В-норандростана и гормонов беременности - В-норпрегнана (Л.Физер, М.Физер, Стероиды. М., "Мир", стр.602).

Известные способы сужения шестичленного В-кольца стеринов, приводящие к получению В-норстеранов или В-норстеринов, отличаются многостадийностью и жесткостью условий - требуют применения агрессивных реагентов и высоких температур. Например, синтез В-норхолестерина включает стадии эпоксидирования, окислительного расщепления эпоксида хромовым ангидридом в присутствии кислоты, окисления образовавшейся 5,6-секо-кетокислоты по Байеру-Вилигеру в лактон и пиролиз лактона при температуре 140°С (J.Joska, J.Fajkos, F.Sorm, Collect. Czech. Chem. Commun., 28, 1963, p.821; J.Fried, J.Edwards, Organic Reaction in Steroid Chemistry, N.-Y., v.2, 1972, p.430).

Усовершенствование указанного способа, описанное в работе L.S.Stevovic, V.D.Pavlovic et al, J.Serb. Chem. Soc., 63 (12), 1998, pp.955-959, состоит лишь в совмещении двух первых стадий - эпоксидирования и расщепления эпоксида - в одну, но не устраняет использования агрессивных реагентов - на этой первой совмещенной стадии синтеза применяют следующие системы: сначала H₂WO₄+Н₂O₂, а затем CrO₃+H₂SO₄.

Единственный известный в настоящее время способ получения 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I), но только в виде его 3-ацетата: 3-ацетил-6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (II), описан в работе К.Tanabe, R.Hayashi, R.Takasaki, Chem. Pharm. Bull., 9, 1961, pp.1-6. Данный способ, как и упомянутые выше известные способы сужения шестичленного В-кольца стеринов, является многостадийным. Способ состоит из трех стадий, включая озонолиз ацетата холестерина, восстановление полученного продукта цинком в уксусной кислоте до секоальдегида и циклизацию последнего в целевой продукт (II) обработкой реактивом Жирара или Al₂О₃. Узким звеном этой схемы синтеза является стадия озонолиза, отличающаяся, несмотря на различные модификации ее проведения, крайне нестабильным выходом.

Таким образом, главными недостатками известного способа получения формильного производного В-норхолестандиола являются его многостадийность и нестабильность выхода целевого продукта.

Задачей настоящего изобретения является разработка принципиально иного по химической сущности одностадийного способа получения альдегида формулы (I) путем сужения шестичленного В-кольца холестерина, который будет значительно проще известного и обеспечит высокий выход целевого продукта.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом получения 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола формулы (I) путем окислительного сужения шестичленного В-кольца холестерина, заключающимся в том, что холестерин подвергают фотоокислению кислородом воздуха при облучении видимым светом в присутствии порфиринового фотосенсибилизатора, иммобилизованного на низкомолекулярной фракции сополимера тетрафторэтилена и перфтор-3,6-диоксо-5-метил-6-сульфонилфторидоктена-1 (МФ-4СК), при массовом соотношении порфириновый фотосенсибилизатор: холестерин, равном 1:12-15.

В качестве порфиринового фотосенсибилизатора можно использовать 5,10,15,20-тетрафенилпорфирин.

При разработке предлагаемого способа были проведены экспериментальные исследования влияния структуры порфиринового фотосенсибилизатора, свойств полимера, используемого для иммобилизации порфирина, длины волны облучающего света и других параметров процесса на ход реакции фотоокисления холестерина.

Порфирины в качестве фотосенсибилизаторов в различных реакциях фотоокисления широко исследуются (см., например, обзор: F.Wilkinson, J.G.Brummer. Rate constants for the decay and reactions of the lowest electronically excited singlet state of molecular oxygen in solution, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1981, 10, N4, pp.809-999).

В данном изобретении нами были испытаны следующие порфирины: незамещенный тетрафенилпорфирин (5,10,15,20-тетрафенилпорфирин) (ТФП), 5-(п-аминофенил)-10,15,20-трифенилпорфирин (ТФП-Ам), 5-глициламинофенил-10,15,20-трифенилпорфирин (ГлТФП), 5-капроноиламинофенил-10,15,20-трифенилпорфирин (КаТФП) и 5-ундеканоиламинофенил-10,15,20-трифенилпорфирин (УнТФП).

Оказалось, что влияние структуры порфиринового фотосенсибилизатора на выход 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I) незначительно, поэтому в реакции фотоокисления холестерина можно использовать любой из перечисленных выше порфиринов. Целесообразно проводить окисление холестерина с наиболее дешевым из них - с незамещенным ТФП.

Процессы фотосенсибилизированного окисления холестерина изучаются с начала 60-х годов. При фотоокислении холестерина в присутствии порфиринов, добавленных в чистом виде в реакционную смесь, продуктами реакции обычно были три типа соединений: гидроперекиси, спирты и кетоны, образующиеся без сужения В-кольца холестерина (F.H.Doleiden, S.R.Fanrenholtz, A.A.Lamola and A.M.Trozzolo. Reactivity of Cholesterol and Some Fatty Acids toward Singlet Oxygen. // Photochemistry and Photobiology, 1974, Vol.20, pp.519-521).

При разработке заявляемого способа нами было установлено, что проведение реакции фотоокисления холестерина в присутствии порфиринов, иммобилизованных на сополимере тетрафторэтилена и перфтор-3,6-диоксо-5-метил-6-сульфонилфторидоктена-1 (МФ-4СК, производства ОНПО "Пластполимер", г.Санкт-Петербург), приводит к сужению В-кольца холестерина с образованием 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I). Наибольший выход (I) наблюдался при иммобилизации порфиринов на низкомолекулярной фракции сополимера МФ-4СК, полученной экстракцией данного сополимера смесью хлороформа и изопропилового спирта при объемном соотношении 1:1.

Выбор длины волны света, используемого для облучения в реакции фотоокисления холестерина, обусловлен светочувствительными свойствами как порфиринов, так и холестерина. Порфирины проявляют максимальное поглощение в видимой области, что делает возможным их применение в качестве фотосенсибилизаторов при фотоокислении холестерина - свет с меньшей длиной волны приводит к фотодеструкции холестерина и продуктов его окисления, еще более чувствительных к облучению УФ-светом.

В результате проведенных опытов было установлено, что влияние температуры на течение процесса, как это наблюдается для большинства фотохимических реакций, незначительно.

Экспериментально найденные оптимальные условия процесса фотоокисления холестерина позволили предложить заявляемый способ получения 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I). Реакция фотоокисления холестерина в присутствии иммобилизованных порфириновых сенсибилизаторов сопровождается сужением шестичленного В-кольца холестерина (имеющего двойную связь) до пятичленного с одновременным появлением ОН-группы в 5-м положении и СНО-группы в 6-м положении В-кольца образовавшегося В-норхолестана.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Готовят иммобилизованный порфириновый фотосенсибилизатор: сополимер МФ-4СК растворяют в смеси хлороформа и изопропилового спирта (1:1, об.), при этом растворяется только низкомолекулярная фракция сополимера, к полученному раствору добавляют раствор порфирина в этой же смеси растворителей и перемешивают. Растворяют холестерин в такой же смеси растворителей (хлороформ-изопропанол, 1:1) и смешивают с приготовленным раствором иммобилизованного порфиринового фотосенсибилизатора. Массовое соотношение порфириновый фотосенсибилизатор: холестерин должно составлять 1:12-15, концентрация сополимера МФ-4СК в реакционной смеси - 0,4-0,6%. Реакционную смесь перемешивают при температуре 10-25°С при насыщении кислородом воздуха и облучении видимым светом, для чего можно использовать, например, ксеноновую лампу или ртутную лампу высокого давления с соответствующими светофильтрами. Через 3-4 ч реакционный раствор упаривают, остаток растворяют в смеси хлороформа и эфира 1:1 для отделения целевого продукта и не прореагировавшего холестерина от фотосенсибилизатора фильтрованием, полученный раствор снова упаривают. 6β-Формил-В-норхолестан-3β,5β-диол (I) выделяют хроматографией на силикагеле в системе гексан-этилацетат 9:1.

Структура 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I) доказана данными ИК- и ПМР-спектров и подтверждена результатами элементного анализа. Для дополнительного доказательства строения полученного нами В-норхолестана (I) из него было получено описанное ранее (в способе-прототипе) соединение - 3-ацетил-6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диол (II). ИК-спектр полученного нами 3-ацетил-6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (II) соответствует литературному. Нами были сняты также ПМР- и масс-спектры и проведен элементный анализ, полученные данные также подтверждают структуру соединения (II). В литературе описан еще один 6-замещенный В-норхолестан-3β,5β-диол: 3-ацетил-6β-карбоксил-В-норхолестан-3β,5β-диол (III), полученный в работе К.Tanabe, R.Hayashi, R.Takasaki, Chem. Pharm. Bull., 9, 1961, pp.12-19 окислением 3-ацетил-6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (II) хромовым ангидридом. Следует отметить, что указанная кислота (III) является кристаллическим веществом с высокой температурой плавления (около 200°С), что делает ее удобным объектом для исследований: это соединение описано наиболее полно из всех известных 6-замещенных В-норхолестанов. При окислении хромовым ангидридом полученного нами 3-ацетил-6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (II) была получена та же кислота: 3-ацетил-6β-карбоксил-В-норхолестан-3β,5β-диол (III), что и описанная в указанной работе, о чем свидетельствует совпадение измеренных нами и литературных констант: т.пл., [α]D и данных ИК-спектров. Нами был снят также ПМР-спектр, также соответствующий указанному строению полученной кислоты (III).

Пример 1.

6β-Формил-В-норхолестан-3β,5β-диол (I).

К раствору 100 мг холестерина в 15 мл смеси хлороформа и изопропилового спирта (1:1, об.) (ХЛ-СП) добавляют 10 мл раствора 5,10,15,20-тетрафенилпорфирина (ТФП), иммобилизованного на низкомолекулярной фракции сополимера тетрафторэтилена и перфтор-3,6-диоксо-5-метил-6-сульфонилфторидоктена-1 (МФ-4СК), для чего раствор 7,1 мг ТФП в 2 мл смеси ХЛ-СП добавляют к 125 мг сополимера МФ-4СК в 8 мл смеси ХЛ-СП и перемешивают. Массовое соотношение ТФП: холестерин составляет 1:14, концентрация сополимера в реакционной смеси - 0,5%. Полученную реакционную смесь перемешивают при насыщении кислородом воздуха и освещении видимым светом ксеноновой лампы при комнатной температуре. Спустя 3,5 ч реакционный раствор упаривают, остаток растворяют в смеси хлороформа и эфира 1:1 для отделения продуктов реакции от фотосенсибилизатора фильтрованием и полученный раствор снова упаривают. Целевой продукт отделяют от исходного холестерина хроматографией на силикагеле в системе гексан-этилацетат 9:1 и получают 38 мг холестерина и 41 мг 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I) в виде масла (выход 61% с учетом конверсии). R_f 0,43 (гексан-этилацетат 9:1). ИК-спектр, см^-1: 3400-3420 (ОН), 2730, 1725 (СНО). ПМР-спектр (CDCl₃, δ, м.д.): 0,69 с (3Н, 18-Ме), 0,836 и 0,838 д (по 3Н, J 6,6 Гц, 26- и 27-Ме), 0,887 (3Н, J 6,5 Гц, 21-Ме), 0,90 с (3Н, 19-Ме), 3,52 с (1Н, ОН), 4,12 м (1H, J 4,0 Гц, 3-Н), 9,67 д (1Н, J 3.0 Гц, СНО).

Найдено, %: С 77,12; H 11,21.

С₂₇Н₄₆О₃

Вычислено, %: 77,46; H 11,46.

Пример 2.

3-Ацетил-6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диол (II).

40 мг 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I) растворяют в 0,1 мл смеси уксусного ангидрида и пиридина 1:1 и оставляют при комнатной температуре на 16 ч. Упаривают досуха с периодическим добавлением бензола. Остаток растворяют в бензоле, фильтруют через силикагель и получают 41 мг ацетата (II). R_f 0,57 (гексан-этилацетат 9:1).

ИК-спектр, см^-1: 3410 (ОН), 2715, 1705 (СНО), 1740 (ОАс).

ПМР-спектр (С₆D₆): 0,80 с (3Н, 18-Ме), 1,065 с (3Н, 19-Ме). 1,083 и 1,086 д (по 3Н, 26- 27-Ме), 1,138 (3Н, 21-Ме), 1,695 с (3Н, ОАс), 2,11 м (1Н, J 3,1 и 9,4 Гц, 7-Н), 2,36 т.д. (1Н, J 2×11,4 и 9,4 Гц, 8-Н), 2,48 уш.с. (1Н, ОН), 5,15 т (1Н, J 3,1 Гц, 3-Н), 9,95 д (1Н, J 3,1 Гц, СНО).

Масс-спектр, m/z (%): 400 (8, М СН₃СООН), 382 (18, 400-Н₂О), 354 (100, 382-СО), 241 (17,354-C₈H₁₇).

Найдено, %: С 76,01; Н 10,72.

C₂₉H₄₈О₄

Вычислено, %: 75,68; Н 10,86.

Пример 3.

3-Ацетил-6β-карбоксил-В-норхолестан-3β,5β-диол (III).

К раствору 150 мг 3-ацетил-6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (II) в 3,5 мл 90%-ной уксусной кислоты (УК) при 0°С добавляют раствор 50 мг CrO₃ в 1,5 мл УК. Смесь перемешивают 1,5 ч при 25°С, затем разлагают избыток CrO₃ изопропанолом, разбавляют водой и экстрагируют этилацетатом. Экстракт промывают насыщенным раствором NaCl и упаривают досуха. Остаток растворяют в хлороформе, фильтруют через силикагель и выделяют 140 мг кислоты (III).

R_f 0,15 (этилацетат-гексан 1:4)

Т.пл. 194-197°С, [α]_D+34,9° (с 0,93, CHCl₃).

ИК-спектр, см^-1: 3500, 3175 (CO₂Н, ОН), 1730 (ОАс), 1690 (CO₂Н).

(Лит. данные: т.пл. 199-200°, [α]_D+31,3°; ИК-спектр: 3615, 3150, 1736, 1693 см^-1).

ПМР-спектр (CDCl₃, δ, м.д.): 0,70 с (18-Ме), 0,91 д (3Н, J 6,5 Гц, 21-Ме), 0,97 с (3Н, 19-Ме), 0,86 и 0,864 д по 3Н (J 6,6 Гц, 26- и 27-Ме), 2,06 с (3Н, ОАс), 5,07 уш.с (1Н, 3-Н).

Таким образом, предложен новый способ сужения шестичленного В-кольца холестерина, приводящий к образованию 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола (I). Главным достоинством заявленного способа является его одностадийность. Способ технологически прост, не требует жестких условий для его осуществления и обеспечивает высокий выход целевого продукта. Полученное заявленным способом соединение - 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диол (I) - имеет структуру, способную к дальнейшей химической модификации, что позволяет использовать его в качестве объекта исследований, посвященных поиску новых производных гормональных веществ.

1. Способ получения 6β-формил-В-норхолестан-3β,5β-диола формулы I:

путем окислительного сужения шестичленного В-кольца холестерина, отличающийся тем, что холестерин подвергают фотоокислению кислородом воздуха при облучении видимым светом в присутствии порфиринового фотосенсибилизатора, иммобилизованного на низкомолекулярной фракции сополимера тетрафторэтилена и перфтор-3,6-диоксо-5-метил-6-сульфонилфторидоктена-1, при массовом соотношении порфириновый фотосенсибилизатор: холестерин, равном =1:12-15.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порфиринового фотосенсибилизатора используют 5,10,15,20-тетрафенилпорфирин.