技术领域
[0001] 本
发明属于有机合成领域,具体涉及二氢赤霉素的批量合成方法。
背景技术
[0002] 二氢赤霉素是赤霉素A5(GA5)的其中一个衍
生物,化学结构是外式-16,17-二氢-13-乙酰基-GA5。二氢赤霉素是一种可降解的、环境友好型的
植物生长调节剂。例如,在
温室环境下,每公顷使用500毫克的二氢赤霉素就可以显著降低小麦、
大麦以及许多禾本科植物的株高。在大田实验中,二氢赤霉素对作物的倒伏有明显改善作用。每公顷使用25克二氢赤霉素大约与每公顷使用200克调环酸
钙或每公顷使用1000克矮壮素的效果相当(Can.J.Chem.2004,82,293-300.)。二氢赤霉素作用的机理是作为GA3ox(属于2-
酮戊二酸依赖型双加
氧酶)的竞争性底物来发挥作用的。二氢赤霉素在结构上与GA9以及GA20极为相似,可以紧密地与酶的作用位点相结合,但不能产生进一步的生理作用。所以,GA9与GA20就不能被顺利氧
化成具有促进生长活性的GA4与GA1,这就使得植物的茎的伸长受阻,表现为株高降低(Annual review of plant biology 2008,59,225-251;Plant Physiol.2004,135,
1000-1007.)。
[0003] 鉴于二氢赤霉素的可降解、高的植物生长调节活性以及对环境友好等优点,它的高效合成方法一直在受到人们的持续关注。文献中已经报道的合成方法主要是化学合成,也就是以赤霉酸为原料通过用甲酯保护羧基、乙酰基保护羟基,经过一系列化学反应转化得到最终产物二氢赤霉素(Can.J.Chem.,2004,82,293-300.;Phytochemistry,1998,49,2195-2206)。
[0004] 上述文献公开的合成方法存在如下问题:现有文献报道的化学合成方法路线较长(至少7步反应)、产率很低(最多30%)、重复性差(Lewis N.Mander等采用的ZnCl2催化的保护羧基的反应很难重复得到结果)、条件剧烈有危险性(脱甲酯保护以及消除甲磺酸酯需要高温条件下回流,损失较多,产率很低)、纯化难度大(脱甲酯保护需要强
碱,剧烈的条件会导致其它杂质点的生成),并不能作为二氢赤霉素大量制备的方法。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种二氢赤霉素的批量合成方法,本发明方法能够有效提高二氢赤霉素的合成产率。
[0006] 本发明所提供的二氢赤霉素的批量合成方法,包括下述步骤:
[0007] (1)以式Ⅱ所示赤霉酸为起始原料进行C3与C13的全乙酰化反应,得到式Ⅲ所示化合物;
[0008]
[0009] (2)使式Ⅲ所示化合物进行C6位羧基苄基化反应得到式Ⅳ所示化合物;
[0010]
[0011] 式Ⅳ中,R1具体可为:对甲氧基苄基、2,4-二甲氧基苄基、3,4-二甲氧基苄基或α-甲基对甲氧基苄基;
[0012] (3)使得式Ⅳ所示化合物发生加氢还原反应,得到式Ⅴ所示化合物;
[0013]
[0014] (4)使得式Ⅴ所示化合物进行选择性脱乙酰基反应,脱去C13的乙酰基,得到式Ⅵ所示化合物;
[0015] (5)使得式Ⅵ所示化合物与式X所示化合物反应,得到式Ⅶ所示化合物;
[0016]
[0017] 式X、式Ⅶ中,R2可为:甲基、对
甲苯基;
[0018] (6)使得式Ⅶ所示化合物在碱性条件下消除取代基,得到式Ⅷ所示化合物;
[0019]
[0020] (7)使得式Ⅷ所示化合物在
路易斯酸的催化下发生
水解反应,得到式Ⅰ所示二氢赤霉素;
[0021] 或者(5’)使得式Ⅵ所示化合物进行三步一锅反应,得到式Ⅰ所示二氢赤霉素。
[0022] 上述方法步骤(1)中,所述全乙酰化反应的操作为:在有机碱作用下使得式Ⅱ所示赤霉酸与乙酸酐进行反应,反应结束后加甲醇终止反应,经重结晶得到全乙酰化的赤霉酸。
[0023] 所述有机碱具体可为4-二甲
氨基吡啶。
[0024] 所述全乙酰化反应在
有机溶剂中进行,所述
有机溶剂具体可为吡啶。
[0025] 式Ⅱ所示赤霉酸与乙酸酐、4-二甲氨基吡啶的
质量比依次可为1.0/4.0-10.0/0.01-0.1。
[0026] 所述全乙酰化反应的时间可为12h-24h。
[0027] 上述方法步骤(2)中,所述C6位羧基苄基化反应的操作为:将式Ⅲ所示化合物溶于有机溶剂,
冰浴下加入EDCI、DMAP,搅拌,滴加含有各种保护基的苄醇,继续反应,反应完毕后加水淬灭反应,后处理,甲醇重结晶得到全保护的赤霉酸。
[0028] 所述含有各种保护基的苄醇具体可为:对甲氧基苄醇、2,4-二甲氧基苄醇、3,4-二甲氧基苄醇或α-甲基对甲氧基苄醇。
[0029] 所述反应的
温度可为0-25度,时间可为3-12小时。
[0030] 式Ⅲ所示化合物与EDCI、DMAP以及苄醇的摩尔比依次可为1.0/1.1-3.0/0.01-0.05/1.0。
[0031] 上述方法步骤(3)中,所述加氢还原反应的具体操作为:将式Ⅳ所示化合物溶于溶剂,加入催化剂,在氢气氛围下反应;过滤掉催化剂,抽干溶剂即得到C1,C2双键以及C16,C17双键还原的全保护赤霉酸(式Ⅴ所示化合物)。
[0032] 其中,所述溶剂可选自下述至少一种:甲醇、
乙醇、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯和乙腈,具体可为乙酸乙酯或丙酮,所述催化剂可选自下述至少一种:Rh-Al2O3、Pd/C、PtO2等,具体可为Rh-Al2O3。
[0033] 所述加氢还原反应的时间可为24h-48h。
[0034] 上述方法步骤(4)中,所述选择性脱乙酰基反应的具体操作为:将式Ⅴ所示化合物溶于甲醇水的混合溶液中,加入碱的饱和水溶液使反应液的pH达到9-10,反应0.5-1小时,反应完成后将pH调至中性,后处理得到式Ⅵ所示化合物。
[0035] 其中,甲醇、水的体积比可为4-10:1。
[0036] 所述碱可选自下述至少一种:
碳酸钠、碳酸
钾、碳酸氢钾等,具体可为碳酸钾。
[0037] 上述方法步骤(5)中,所述反应在吡啶存在下进行,式X所示化合物在零度条件下滴加到反应液中,反应完成之后加水淬灭反应,后处理得到式Ⅶ所示化合物。
[0038] 式Ⅵ所示化合物与式X所示化合物的摩尔比可为1.0/1.01-1.5。
[0039] 反应的时间可为8-24小时。
[0040] 上述方法步骤(6)中,所述在碱性条件下消除取代基的具体操作为:将式Ⅶ所示化合物溶于有机溶剂中,加入有机碱,回流过夜,反应完成后柱层析得到Ⅷ所示化合物。
[0041] 其中,所述有机溶剂具体可为甲苯。
[0042] 所述有机碱可为DBU、三乙胺或吡啶等。
[0043] 上述方法步骤(7)中,所述水解反应的具体操作为:将式Ⅷ所示化合物溶于溶剂中,加入路易斯酸,反应,反应完成后柱层析得到式Ⅰ所示二氢赤霉素。
[0044] 其中,所述溶剂可选自下述至少一种:二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、乙腈等。
[0045] 所述路易斯酸可选自下述至少一种:三氯化
铁、氯化锌、三氯化
铝、三氟化
硼等。
[0046] 路易斯酸与式Ⅷ所示化合物的摩尔比可为1.1-5.0/1.0。
[0047] 所述反应的时间可为1-3小时。
[0048] 上述方法步骤(5’)中,所述三步一锅反应的操作为:低温下,在有机碱作用下,使得式Ⅵ所示化合物与三氟甲磺酸酐反应,反应完成后,升至室温,将体系pH调至中性,加入路易斯酸继续反应,得到目标化合物式Ⅰ所示二氢赤霉素。
[0049] 其中,所述有机碱具体可为吡啶。
[0050] 三氟甲磺酸酐、吡啶与式Ⅵ所示化合物的摩尔比依次可为1.1-1.4/2.3-3.0/1.0。
[0051] 所述低温的温度可为-20-0度,所述低温下反应的时间可为:1.5-3.0小时。
[0052] 上述操作中,具体可采用酸性
树脂调节体系的pH值至中性。
[0053] 所述路易斯酸可选自下述至少一种:三氯化铁、氯化锌、
三氯化铝和三氟化硼。
[0054] 路易斯酸与式Ⅵ所示化合物的摩尔比可为5-15/1。
[0055] 室温下反应的时间可为:1-3小时。
[0056] 本发明具有以下优点:
[0057] (1)本发明所用的起始原料为赤霉酸(式Ⅱ),通过两步反应得到全保护中间体(式Ⅳ),两步反应产率都很高,而且该中间体可以在甲醇中析出,省去了柱层析步骤,节约时间与成本。
[0058] (2)本发明相对于已报道的合成步骤节约两步反应。式Ⅵ可以三步一锅直接得到目标化合物Ⅰ,产率高达95%以上。
[0059] (3)本发明所用的方法均在非常温和的条件下进行,相对于最后在回流温度下脱羧基保护,该方法在室温下很快即可得到目标产物,产率高达95%。
[0060] (4)本发明最终产物纯度高,不低于95%。
[0061] 本发明以便宜易得的赤霉酸为原料设计了一条操作简单、安全、收率高以及路线较短的二氢赤霉素合成路线。
附图说明
[0062] 图1为
实施例1中化合物1的合成路线图。
[0063] 图2为实施例2中化合物2的合成路线图。
[0064] 图3为实施例3中化合物3的合成路线图。
[0065] 图4为实施例4中化合物4的合成路线图。
[0066] 图5为实施例5中化合物5的合成路线图。
[0067] 图6为实施例6中化合物Ⅰ的合成路线图。
[0068] 图7为实施例7中化合物Ⅰ的合成路线图。
[0070] 图9为化合物Ⅰ的核磁共振碳谱图。
[0071] 图10为化合物Ⅰ的高分辨质谱图。
具体实施方式
[0072] 下面通过具体实施例对本发明进行说明,但本发明并不局限于此。
[0073] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法;下述实施例中所用的
试剂、材料等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
[0074] 下述实施例中化合物1属于式Ⅳ所示化合物的一种;化合物2属于式Ⅴ所示化合物的一种;化合物3属于式Ⅵ所示化合物的一种;化合物4属于式Ⅶ所示化合物的一种;化合物5属于式Ⅷ所示化合物的一种。
[0075] 实施例1、化合物1(属于式Ⅳ所示化合物的一种)的合成:
[0076] 根据图1所示的合成路线图参考文献(Tian,H.,et al.(2017).Molecules 22(5).)合成化合物1。
[0077] 在500ml的圆底烧瓶中加入赤霉酸(10g,28.9mmol),无水吡啶150ml溶解,在冰浴和氮气保护条件下,缓慢加入40ml乙酸酐以及催化量的4-二甲氨基吡啶,继续反应12h,TLC检测反应完全之后用甲醇猝灭反应,减压蒸馏出大部分吡啶,用二氯甲烷萃取,3N的稀
盐酸水溶液100ml×3,饱和食盐水溶液100ml×3洗涤有机相,无水
硫酸钠干燥后减压浓缩除去二氯甲烷,石油醚乙酸乙酯中重结晶得到白色固体12.3g,产率99%。
[0078] 取上述所得的产物(式Ⅲ)3,13‐乙酰基赤霉素(8.61g,20mmol),EDCI(8.63g,30mmol),DMAP(0.12g,1mmol),依次放入500ml的圆底烧瓶中,150ml无水二氯甲烷溶解,氮气保护,冰浴下搅拌15min,缓慢滴加溶于20ml二氯甲烷的2,4‐二甲氧基苄醇(3.36g,
20mmol),滴完之后撤掉冰浴,反应3h。反应完成之后加水猝灭,1N稀盐
酸洗涤,二氯甲烷
100ml×3,饱和食盐水洗涤100ml×2,无水硫酸钠干燥,减压除去二氯甲烷,浓缩。甲醇中重结晶得到白色固体9.87g,产率85%。
[0079] 1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ7.23(d,J=8.5Hz,1H),6.47-6.43(m,2H),6.35(dd,J=9.3,0.6Hz,1H),5.85(dd,J=9.3,3.8Hz,1H),5.31(d,J=3.8Hz,1H),5.19-5.18(m,1H),
5.16–5.07(m,2H),4.94(s,1H),3.80(s,3H),3.77(s,3H),3.31(d,J=11.0Hz,1H),2.77(d,J=11.0Hz,1H),2.44-2.11(m,5H),2.09(s,3H),2.01(s,3H),1.96–1.62(m,4H),1.13(s,
3H).
[0080] 实施例2、化合物2(属于式Ⅴ所示化合物的一种)的合成
[0081] 根据图2所示的合成路线图合成化合物2。
[0082] 在250ml圆底烧瓶中加入化合物1(8.72g,15mmol),用100ml乙酸乙酯溶解,加入0.8g Rh-Al2O3,在常压氢气条件下反应过夜。反应完成之后用
硅藻土过滤除去Rh-Al2O3(可回收使用),减压蒸馏除掉溶剂,不进行进一步纯化,得到发泡状固体7.45g,产率85%。
[0083] 1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.25(d,J=9.0Hz,1H),6.46(dd,J=6.5,2.3Hz,2H),5.14(q,J=11.6Hz,2H),4.96(s,1H),3.82(s,6H),3.17(d,J=10.8Hz,1H),2.68(d,J=10.8Hz,1H),2.12(s,3H),2.01(s,3H),1.05(s,3H),0.75(d,J=6.9Hz,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ
176.48,171.84,169.89,169.81,161.24,158.77,131.62,115.87,103.69,98.17,92.63,
84.92,70.99,61.83,55.04,54.99,54.16,52.90,51.71,51.37,48.62,44.48,40.79,
38.51,37.22,27.32,25.11,21.19,20.73,18.19,16.92,14.12.
[0084] 实施例3、化合物3(属于式Ⅵ所示化合物的一种)的合成:
[0085] 根据图3所示的合成路线图合成。
[0086] 在250ml圆底烧瓶中加入加氢还原产物2(7.02g,12mmol),加入甲醇100ml,逐滴加入饱和碳酸钾水溶液,直到pH在9到10之间。继续搅拌30min,加入1N的稀盐酸调pH为7。二氯甲烷60ml×3萃取,饱和食盐水100ml×2洗涤,无水硫酸钠干燥,减压除去二氯甲烷,得到白色固体6.45g,不进行进一步纯化,产率99%。
[0087] 1H NMR(300MHz,DMSO)δ7.25(d,J=8.3Hz,1H),6.63–6.42(m,2H),5.37(d,J=4.5Hz,1H),5.03(q,J=11.6Hz,2H),3.78(s,3H),3.76(s,3H),3.53(d,J=3.6Hz,1H),3.06(d,J=10.9Hz,1H),2.44(d,J=10.9Hz,1H),1.95(s,3H),0.94(s,3H),0.75(dd,J=12.6,
13
5.8Hz,1H),0.68(d,J=6.9Hz,3H). C NMR(75MHz,CDCl3)δ178.01,172.22,170.08,
161.16,158.74,131.55,115.98,103.69,98.18,93.19,85.15,69.64,61.81,55.05,55.00,
54.29,54.07,51.35,50.85,48.62,44.51,40.70,38.64,37.23,27.65,26.99,21.21,
18.20,16.95,14.24.
[0088] 实施例4、化合物4(属于式Ⅶ所示化合物的一种)的合成:
[0089] 根据图4所示的合成路线图合成。
[0090] 在200ml的圆底烧瓶中加入化合物3(5.43g,10mmol),加入80ml无水吡啶,氮气保护,冰浴下滴加用少量二氯甲烷稀释的甲磺酰氯(1.26g,11mmol),滴加完毕之后撤去冰浴,反应12h。加水猝灭反应,2N稀盐酸洗涤反应体系,二氯甲烷80ml×3,饱和食盐水80ml×2,无水硫酸钠干燥,减压除去二氯甲烷,柱层析得到白色固体6.15g,产率99%。
[0091] 1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.23(d,J=8.9Hz,1H),6.45(dt,J=5.7,2.8Hz,2H),5.13(dd,J=28.6,11.6Hz,2H),4.72(d,J=2.2Hz,1H),3.81(s,2H),3.81(s,2H),3.08(d,J=10.8Hz,1H),3.05(s,3H),2.66(d,J=10.8Hz,1H),1.99(s,3H),1.15(s,3H),0.91(dd,J=
12.7,6.0Hz,1H),0.75(d,J=6.9Hz,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ175.42,171.49,169.91,
161.27,158.80,131.68,115.81,103.71,98.20,92.55,84.82,78.34,61.92,55.07,55.03,
54.00,53.39,51.27,48.62,44.39,40.83,38.50,38.26,37.15,26.94,26.30,21.20,
18.19,16.91,14.37.
[0092] 实施例5、化合物5(属于式Ⅷ所示化合物的一种)的合成:
[0093] 根据图5所示的合成路线图合成。
[0094] 250ml圆底烧瓶中加入化合物4(5.59g,9mmol),用100ml甲苯溶解,加入10ml DBU,回流过夜。反应完成之后用二氯甲烷80ml×3萃取,1N的稀盐酸80ml洗涤,无水硫酸钠干燥,减压除去二氯甲烷与甲苯,柱层析得到白色固体4.49g,产率95%。
[0095] 1H NMR(300MHz,CDCl3)δ7.27–7.17(m,1H),6.52–6.36(m,2H),5.78(dt,J=9.2,3.1Hz,1H),5.64(dt,J=9.2,1.8Hz,1H),5.12(s,2H),3.81(s,3H),3.80(s,3H),2.78(d,J=10.3Hz,1H),2.63(d,J=10.3Hz,1H),1.98(s,3H),1.19(s,3H),0.93(dd,J=12.8,
13
6.0Hz,1H),0.74(d,J=6.9Hz,3H). C NMR(75MHz,CDCl3)δ177.29,172.03,169.90,
161.22,158.78,131.94,131.64,127.35,115.92,103.68,98.17,91.19,85.07,61.86,
55.05,55.00,54.81,54.58,51.36,49.58,47.81,44.51,40.41,38.94,37.02,34.98,
21.21,18.24,17.06,14.88.
[0096] 实施例6、化合物Ⅰ的合成:
[0097] 根据图6所示的合成路线图合成。
[0098] 将化合物5(2.62g,5mmol)溶于50ml无水二氯甲烷,加入ZnCl2(2.04g,15mmol),反应30min。反应完成后用
硅藻土过滤,甲醇洗涤,减压除去溶剂,柱层析得到白色固体1.78g,产率95%。
[0099] 1H-NMR(300MHz,DMSO-d6):δ12.51(s,1H,COOH),5.85(dt,J=9.3,3.1Hz,1H,H-2),5.68(d,J=9.3Hz,1H,H-3),2.63(d,J=10.3Hz,1H,H-5),2.38(d,J=10.3Hz,1H,H-6),
1.97(s,3H,COCH3),1.10(s,3H,H-18),0.84(d,J=6.9Hz,3H,H-16).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ177.29,176.76,170.36,131.81,127.46,91.33,85.11,54.77,54.43,51.26,49.57,
47.81,44.59,40.36,39.10,36.81,34.96,21.20,18.44,17.09,14.97.
[0100] 实施例7、化合物Ⅰ的合成(三步一锅法):
[0101] 根据图7所示的合成路线图合成。
[0102] 将化合物3(5.43g,10mmol)溶于100ml二氯甲烷中,加入50mmol吡啶,氮气保护,冰浴下滴加11mmol三氟甲磺酸酐,0.5h滴完。将温度逐渐升至室温下继续反应3h。然后加入60mmol氯化锌,继续反应3h。反应完成后用稀盐酸洗有机相,二氯甲烷萃取,无水硫酸钠干燥,过柱得到3.1g产物,最终产率为83%。
[0103] 表1化合物Ⅰ及其前体化合物的编号及其理化数据
[0104]
[0105] 表2化合物Ⅰ及其前体化合物的核磁共振氢谱、高分辨数据
[0106] (Pos:质谱测定的正离子模式;Neg:质谱测定的负离子模式)
[0107]