Новые подходы к синтезу кортикостероидов на базе 5альфа-Н-стероидного сырья тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

российская аду нш

ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ имени Н. Д. ЗЕЛИНСКОГО

Аа правах рукописи

УДК 542.91:547.92 57С.В25:577.Т58

Дялантилшвчли Ншо Басильешга

НОВЫЕ ПОДХОДЫ К СИНТЕЗУ ЮШШТШШШ НА ЕАЗИ 5<А-И-СТ1а?01ШЮГ0 СЫРЬЯ

02.00.03 - оргашгческая хишя

Автореферат • диссертации на соискаото ученой степени

• кшдадата заотчссгаис наук

РГ8 ОЛ

2 О ДПР £33

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте органической химии иыени Н.Д.Зелшокого РАН

Научный руководигаль: кандидат химических наук,

ст.н.о. А.М.ТУРУТА Научный консультант: кандидат биологических наук,

. н.с. Н.Е.ВОЙШВИЛЛО ' Официальные оппоненты: доктор химических наук • проф. Э.П.СЕРЕБРЯКОВ доктор биологических наук К.А.КЩЕЕИКО

Ведущее предприятие: Центр химии лекарственных оредотв -ВНИХФИ им.С. Орджоникидзе

Защита диосергвцин состоится "¿1 " шТи% ' 1993 года в

чаоов на заседании специализированного совета К002.62.02

е

по присуждению степени кандидата химических наук в Институте . органической химии им.Н.Д.Зелинского РАН, 117913, Москва, Ленинский проспект, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ РАН, Автореферат разослан £" ССп^МЯ : 1993 года

Ученый секретарь опециализироваиного совета доктор химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РаБОТЫ

Актуальность темы.В связи с резким повышением цен на основные импортные источники стероидного сырья - даосгенин, соласодин и получаемый из ник ацетат дегидропрегненолона в настоящее время проводятся интенсивные поиски новых отечественных источников стероидного' сырья и путей его траснформации в кортикостероиды. Немаловакное значение в этом плане приобретают выявленный во флоре Грузии тигогенга и получаемый из него ацетат прегненолона (АП). Однако, отсутствие эффективных путей функционализации колец А, В и С насыщенных 5а-Н-стероидов яЕляется лимитирующим фактором в синтезе на их основе стероидных лекарственных препаратов. Актуальной задачей является изучение оптимальных синтетических возможностей превращения All в известные биологически-активные кортикостероиды или полупродукты в иг синтезе.

Цель работы. Разработка рациональных методов превращения АП в 16а,17а-эпоксида, 16а, 17а-даоксоланн и 16о.,17а-оксатиоланы Эа-гидрокси -, Iip-гидрокси- и Лэ-прогн-4-9!! Г'1-ол-3,20-диона.

Научная новизна и практическая ценность работы Впервые

разработаны варианты превращения 1ьа,17а-эпокси~5а-Н-прегнано-лона в 9а-гидрокси-. 11р-гидрокси-16а,17а-эпоксипрегн-4-ен~21-ол-3,20-дион и 21-ацетат 16а, 17а-э1Гоксипрегна-4,9-диен-21-ол-3,20-диона - ценные интермедааты в синтезе стероидных лекарственных препаратов.

Впервые показана эффективность использования 20,20-диметил-. ацетальной защиты для препчративной микробиологической трансформации как &а-Н-ггрегнанов, так и их А5-аиалогов в Д4-3-кето-, Эа-гидрокси- и 11р-гидроксй-Д4-3-котоггропзводные.

Впервые проведено изучение двух последовательностей введений Д4' -3-кетогрупгагровки и 16а,17а-дноксоланового кольца в молекулу 16а,17а-эноксипрогпанолона, в результате- которого разработана оригинальная схема превращения Ail в 16а, 17а-диоксолан прегна-4,9-лиен-21-ол-3,20-дпона.

Предложено два эффективных варианта преврлдония АП в 17-тиоаналоги ацетонидов - 16а,17а-окс^гиолачи 9а,21-дигидрокси-ггрегн-Л-ен-З,20-мона и его Арчтроизиодюго.

- г -

Впервые исследованы реакции цис-раскрытия эпоксидного цикла 16а, 17а-эпокси-5а-Н-прегнан-зр,21-диол-20-она и его 9а-гид-рокси-А4-3-кетопрошводного уксусной и тиоуксусной кислотами, на базе которых получены новые 16а, 17а-цис-дизамещенные 20-ке-тостероида.

Впервые обнаружена способность выделенного в лаборатории нового штамма вьоЛоооооиь вр. эффективно превращать 5а-Н-прег-наны в А4-3-кето- и- 9а-гидрокск-Д4-3-к$топроизводные а такке возможность отделения процесса А4-3-кетодвгидрирования от 9а-гидроксилировашя. ' .

Впервые найдены условия превращения 5а-Н-прегн-16-енолона микроорганизмом Шюаососошз вр. в прегна-4,16-дион-3,20-дион шм в 9а-гидроксипрегна-4,16-даен-3,20-дион, предусматривающие в первом случае использование ингибитора 9а-гидроксилазы, а во втором - разных диссоциативных вариантов Югос1осоооиа ёр.

Апробация работы и публикации: Часть работы была представлена на Всесоюзной конференции "Химии природных биорегуляторов* з 1990 году в г. Ереване. По материалам диссертации опубликовано 7 статей и одна работа послана в печать.

Объем и структура работа. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, посвященного трансформации Ба-Н-стероидов, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка- литературы. Работа изложена на 1£3 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц, список литературы состоит из 298 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Синтез 9а,21- и Ш,21-дигидрокси-16а.17а-дизамещен-ных прегн-4-ен-З.20-дионов.

Нортикостероидаые препараты, применяющиеся в медицинской практике (триаыцинолон, синалар, десонид, флуоцинолон, его ацэтошд ц, др.) объединены наличием общих структурных элементов - 16а,17а-цкс-диольной (или диоксолановой) группировки, Д1,4-Э-кето (или А4-3-кето)-группировки и Щ,21-дагидрокси-

- а -

групп. Их 17-тиопроизводныэ нередко проявляют более выраженную активность. В соответствии с этим функциояагатзация All проводилась с учетом направленного синтеза именно этого типа соединений. Для трансформации кольца D использовались химические метода, а для активации колец А,В и С - микробиологические метода, при этом изучались возможные последовательности введения заместителей.

I.I. Синтез 20-производных 16а.17с-эпоксипрвгн-4-ен-9а,21-диол-3,20-д1Ю11ы и 16а,17а-эдоксипрогн-4-ен-11Р,21-диол-3,20-диона.

Разработка путей синтеза целевых продуктов на базе АП осуществлялась в пределах Избранной в лаборатории стероидов ИОХ АН СССР схемы, Исходящей из 16а,17а эпскси-5а Н-прегнан-Зр-ол-

20-она (I) с использованием оригинальных методов 21-гидрокси-лирования, стереоспецифичного цис-раскрытия окисного цикла и микробиологической активации колец А и С. Акцепт в выборе способа микробиологической трансформации колец Л и С сосредоточен на использовании штамма Rhodocoocus вр. OWX-77). "атализирую-щего ¿4-3-кето-дегидрирование и вв'дение 9а-гидроксильной группы, легко превращаемой известными способами в Пр-гадрокси, 9а-гал'огензамещенные стероиды.

I.I.I. 21-Гидроксилированиэ 16а.17а-эпскси-Ба-Н-прегнан-ЗР-ол-20-она.

21-Гидроксилирование окиси (I) осуществлено по апробированной ранее в синтезе лй-3'р-гидрокси- и Д*-3 -к','тоаналогов методике, использующей диацетоксийодОензол в метанольном раствсре щелочи, образующийся при этом 20,20-диметилацеталь (2) отделяется фильтрованием через з ч после начала реакции и превращается в 20-кетон (3) кислотным гидролизом в ацетоне. Превращение (I) в (3) монет быть достигнуто с 72% вихсдом без выделения (2) ~ подкислением реакционной смеси водным раствором НС0. Разработанный способ синтеза (3) является фактически единственным одностадийным методом получения этого инте.медиата. Икзнно этот вариант

21-гидроксилирования. позволяющий на первой стадии выделить

20,20-диыетилацэт&пь (2), помог преодолеть главную трудность задачу последу щей микробиологической активации колец А и С.

Схема I

сЬ»

-он

1=0

г-ОН

ш : 11

Реагенты:

1 - РЫ(ОЛо)2/КОН/ЫвОН

11 - р-ТвОН,Мв2СО

1.1.2. Микробиологическое А^-дегидрированиа и 9а-гидроксилирование 16а,17а-9Покси-Ба-Н-нрегнанов в сравнении с их А -аналогами.

Проблема синтеза кортикостероидов из Ба-Н-прегнанов тесно связана с разработкой аффективны! путей функционатазации дезак тивированных колец А, В и С. До сих пор это достигалось сочетанием многостадийных химических и микробиологических методов, с помощью которых осуществляют последовательную функционализа-цию кольца А, а затем кольца С. Мы нашли новый микробиологи- ■ ческий подход к решению атой задачи, показав принципиальную возможность одновременного Д4-дагидрирования и 9а-гидроксилирования Ба-Н-прегнанов. С этой целью, использован штамм, принадлежащий к роду ЮюОооооошз вр., у которого ранее выявлена Д4-3-кетодегид-рирущая и 9а-гидроксилирующая способности в ряду Д^-стероидов.

Изучена способность этого штамма к трансформации 16а,17сх-эпокси-ба-Нтпрегнанов Ц)-(З) в сравнении с их А5-аналогами (4)-(6). Анализ /ашшх, суммированных в Табл.1, показывает, что активность культуры ИюОоооооив вр. при переходе от Д^-Зр-гид-

-ОН

-он =о

Л)

роксипрегнанов (4)-(6; к соответствуют™ 5а-Н-соединениям (I)-(3) варьирует незначительно. Этот шгакм эффективно трансформирует с препаративными выходами 20.20-диметидацотяли эпоксидов

Схема 3

-ОН =(ОМе)2

а

ГОН =(ОМС) 2

2

1

н

90«

Г* =о

112 75?«'

13 23Н

Н'

г-ОН

=о

14

15

гОН

РО »

ОН

. .о а ^

9*,б 70* С?

й^Щвв),. й^Ас (86); 1Ы1 (9а. 10); я=0Н (90.11)

10,П

1 - Мюйоооооиа вр; 11' - СиппИаКа 1ипа(а;

111 - СогупеЪа(^ег1шп те(11о1апш1; IV - р-ГяОН, Ме^СО-

(2),(5) в их 9а-гидрокси-Л -З-кетопроизводаюе (За).причем в обоих случаях реакции протекают через стадию образования Д^-3-кетопроизводного (7). Фактором, препятствующим целенаправлен-

Таблица I

Микробиологическая трансформация116а,17а-эпоксидов (1)-(6) штаммом Шюйоооааив вр. И0Х-77

Субстрат Конц., . Время Полученный Выход

Г /Л ' инкубации, ч продукт %

(I) за 20 (9а) 45

(Ю) 22

(2) 1а 26 (8а) 75

<3) за 12 (90) 27

(II) 6

(4) 3 40 (9а) 70

(Ю) 15

(б) 1-3 16 (8а) 90

(6) I 17 (96) 16

(И) 18

а) Стероид измельчен и внесен в культуральную жидкость без растворения.

ной трансформации 20-кетоааоксидов (I).(3),(4),(6) в их Уа-гид-рокси-Д^-З-кетопроизводныо, является незащищенность <20-кето-группы от действия 20-оксостероидредуктазы, синтезируемой микроорганизмом - трансформатором. В результате, целевой процесс .сопрововдается восстановлением 20-кетогруппы с образованием 20р-спиртов (1С),(П) (Таблица I), и в конечном итоге, отщеплением боковой цепи с образованием 9а-гидрокси-АИ и полним раз-

рушением стероида. В атом плане 20,20-диметилацетальная группировка оказалась эффективной защитной функцией для осуществленной с препаративными выходами (75% и 90%'соответственно) трансформации 16а,17а-эпоксидов (2),(5) в их Эа~гидрокси-Д4-кетопро-изводное (8а), диметилацеталь (8а) количественно гидролизуется в (96) упомянутым выше способом. Найдьна эффективная возможность отделения процесса Д4-дегидрирования 20,20-диметиляцета-ля (2) от последующего Эа-гидроксшшрования образующегося при этом его Д4-3-кетопройзводного (7), что достигается применением клеток №ю(1осоосиз пр. отделенных от культуральной жидкости в начале стационарной фазы роста. Трансформация с такими покоящимися клетками протекает с образованием только Л4-3-кетопроиз-водного (7) с выходом 66%, аналогичная реакция р присутствии 1шгибитора Эа-гидроксилазы (а,а-диотрашш или СоС1д) дает целевой лродукг с низким выходом (35%).

1.1.3. Синтез 16а,17а-зпоксикортикостерона и 16а,17а-эпоксикортизопа.

Найденные и описанные'выше возможности, во-перпих, использования 20,20-диметилацетальной зап<ты для эффективной трансформации 16а,17а-эпоксидов (2),(5) с помощью Р1го<1оооасиз ор. и, во-вторых, отдолоти] процесса А^-дегидрироватп от последующего процесса Уа-гидроксилировяния для первого-из г-тих субстратов позволили предлокить эффективный способ превращения как Д5-, так и 5а-Н-прегнанов в ценный и до настоящего времени практически недоступный интермедиат в синтезе кортикос-тероидов 1ба,17а-эпоксикоргикост«рон (14) (Схема 3). Для этого &4-3-кетоэггоксид (7), полученный микробиологическим дегидрированием как 5а-К-эпоксида (2), так и Д5~эпоксида (5) соответственно с применением тюйососсиа вр. и СогупеЬао^г!.-ит ше(Ио1апит (60% и 70Ж соответственно) окислен количественно о использованием' Щ-гидроксилирующей культуры - Сигти1аг1а 1и-пяЪа (УСГМ-70). Из образующейся при этим смеси пр-гидрокси- и П-кетоопоксидов (12), (13) первый выявляется с 75% выходом кристаллизацией и последующим хрома-, ографироватем маточного раствора. Традиционное удалешю 20,20-ацетальной защиты в (12),

(13) дает соответственно 16а,17а-зпоксикортикостерон (14) и 16а.IVa-эпоксикоргйзон (15), которые известными трансформациями по эпоксидному циклу могут быть превращены в гидрокортизон и другие лекарственное препараты..Нельзя не отметить, что по патентным данным катализируемое C.lunata окис :ение 16а, 17а-эпоксипрегн-л-ен--21-ол-3,20-диона приводит к трехкомпонентной смеси IIß-гидрокси-, 14а-гидрокси- и Щ,14а-дагидроксипроиз-водных (без указания выходов и констант полученных продуктов). Из этого очевидно, что 20,20-диметилацетальная группировка, ' предотвращая сопутствующий этой культуре нежелательный процесс 14а-гидроксилирования, делает трансформацию целенаправленной.

1.2. Синтез 16а.17а-диоксоланов и'16а.17а-оксатиоланов 9а.21-дигидроксипрегн-4-ен-3,20-диона.

Изучено два варианта синтеза заглавных соединений на базе 16а,17а-эпокси-5а-Н-прегнанолона (I), отличающиеся последовательностью трансформаций в кольцах ¡».С и 1>. Первый из них предусматривает использование ба-Н-эпоксида (3) для химической модификации кольца D в стадиях, предшествующих микробиологической активации колец А и С (Д4-3-кето-9а-гидроксилиро~ с вание). Второй вариант включает обратную последовательность и по существу основан на использовании полученного выше 9а-гидрокси-16а,17а-эпоксида (96) в стерео- и регионаправленной модификации кольца D.

1.2.1. Цис-раскрытие окисного цикла 16а,17а-эпокси-Ба-Н-прегнан-3,21-диол-20-она.

Для регио- и стереоснецифичного превращения ба-Н-эпоксида (3) в 16а,17а-диоксолан (21) и 16а,17а-оксьтиолан (22) при- 1 менена реакция цис-раскрытия этой окиси уксусной и тиоуксусной кислотами в присутствии реагента на карбонильную группу - карб-этоксигидразина (КЭГ). Ацетолиз окиси (3), приводящий к 16-аце-тату (17), осуществлен как непосредственно в присутствии КЭГ, так и постадийно - с предварительным выделением 20-карбэтокси-гидразона окиси (16). Последний получен катализируемой Ру HCl конденсацией (3) с КЭГ в Ру при 5°. Проведение этой реакции в

-он =0

xtir^^

. н я • 46

Н 3 69*

-ОН г-ОН

^MHCO^tt =NNHC04£t

:.о lv /1—sh 6W

18

-он =NNHCOj£t /vl---ОН у

V-^N^-.QAC

71*

17

i-OH

z.NNHCOjtt

(tbc + (TO,

H

H

23 22*

H

22 70S

Реагенты: i - H2NNHC02Bt; li - I'y-HCg; ill - :юло iv -. USAo; v - (CONo^CRj

диоксане в присутствии каталитических количеств ffoAc менее эффективно. Гидразон окиси (16) реагирует с'тиоуксусной кислотой с образованием неоднородной смеси, из которой целевой продукт выделен с 60% выходом. Следует заметить, что попытки раскрытия окиси (IG) сероводородом оказались безуспешными. Удаление гид-разошой защиты в (17). (18) пропедено соответственно ацетил-ацетоном в НоАс' (85-95°) и водно,i I1C2 в МоОН (40-42°); образующийся, в последнем случае тиол (20) неустойчив при хранении.

1.2.2. Синтез и микроОиологическое окисление 16а,17а-диоксолана и 16а.17а-оксатиолана 5а-Н-прегнан-3,21-диол-20-она.

Конденсацию 16а-ацетата диола (17) с ацетоном удалось провести при одновременном удалении гидразонногс фрагмента путем длительного нагревания при 50° в растворе ЫеОН и Ые2С0 в присутствии НСС04 (Схема 4). Хотя выход 16а,17а-ацетонида (21) в этом случае не превышает 53Ж, этот результат существенно вше, чем известные литературные варианты. Разработан равнозначный двухстадийный вариант получения диоксолана (21) из 20-гидразо-на(17) через стадию конденсации 20-кетона (19) с ацетоном (Ь7%) Кетализация тиола (20) с ацетоном в оксатиолан (22) осуществляется без выделения (20) из реакционной смеси предшествующей стадии. Однако, гидролиз 20-глдразонной группы в тиоле (18) протекает с трудом и в этом варианте синтеза оксатиолана (22), выделенного с 70% выходом; сопутствующим продуктом всегда является его 20-карПзтоксигидразон (23) (22%).

Схема 5

=0

Н1

Г-ОН

=о

ГОН:

Н1

-он =о

1 - Ююйососсиз вр.

и

При исследовании трансформации диоксолана (21) и оксатио-лана (22) с помощью Якоёооосоиз ар. четко прослеживается субстратная специфичность этой культуры. Данные, представленные на Схеме 5 и суммированные в Табл.2 в сочетании с результатами превращения с Шюс1ососсиа вр. 21-деэсксияналога диоксолана (24), иллюстрируют этот вывод. Так, если трансформация диоксолана (21) тормозится на стадии образовании 5а-Н-3,20-дикетона (27), то его 21-дезоксианалог (полученный по литературной схеме) в этих условиях дает смесь 9а-гидрокси-Д4-г-кето- и Д4-3-кетопроизводных (25),(26). Даже через 40 ч инкубации соединения (21) культуральная жидкость содержит исхолшй субстрат и лишь следы А4-3-кетопроизводного. Этот результат пока является главным препятствием в использовании обсуждаемой последовательности превращения 5а-Н-16а,17а-эпоксида (3) г 16а,17а-диоксолан Эа,21-дигидроксипрегн-4-ен-3,20-диона. Трансформации оксатиола-на (22) и диоксолана (24) имеют идентичные особенности, а именно: оба субстрата дают примерно одинаковые смоси 9а-гиДрокси-А4-3-кето- и Д4-3-кетолроизводных, ппичек накопление последних в культуралыюй жидкости ингибирует процесс дальнейшего 9а-гид-роксилирования. Возможность разделе!шя этих процессов для целенаправленного получения не только 9а-гидроксиоксатиолана (28), но и его 9а-дозоксианалога (29) представляет существенный препаративный интерес, поскольку (29), альтернативно полученный ранее из АДП, эффективно трансформируется с гюмоцью культуры .Сигт!аг1а ишага в биологически активное Щ-гидроксипроиз-водное. Поэтому проведена серия специальных исследований, показавшая, что в зависимости от возраста инокулята, вносимого в среду для трансформации, и от аэрации в период трансформации, превращение (22) протекает либо с образованием 48* Эа-гидрокси-Д4-3-кетона (28). либо с накоплением до 75% Д^-З-кетопроиэводно-го (29). В первом случае использован инокулят в возрасте 20 ч, во втором - в возраста 40 ч; интенсивность аэрации варьировалась изменением скорости перемешивания среда (200 и 120 об/мин соответственно для получения (28) и (29)).

Таблица 2

Трансформация диоксоланов (21).(24) микроорганизмом ■Rhodocooous sp.

Субстрат Конц. Время Полученный Выход

г, л инкубации продукт %

ч. ___

(24) I 26 (25) 7

. (26 ) 29.

I 40 (25) 22

(26) 18

О.Ьа 24 (25) 50

(26) . Ю

(21) 1а 40 (27) Ю + 30 ИСХ.

0,6 20 . (27)" 45

а) Стероид измельчен и внесен в культуральную жидкость без растворителя.

1.2.3. Синтез 16а.17а-диоксолана и 16а.17а-оксатиолана на базе 9а.21-дигидрокси-16а,17а-зпоксипрегн-4-ен-3,20-диона

Изложенные в преда'дущем разделе затруднения на стадии микробиологической активации колец А и С диоксолана (21) застави ли нас исследовать альтернативные подхода к синтезу 9а,21-дагидрокси-16а,17а-диоксолана и 1иа,17а-оксатиолана прегн-4-ен 3,20-диона, основанные на использовавши 1Са,17а-эпоксикетона (96), ужа содержащего 9а-тидрокси-А4-;8-кетогруппу. При этом для модификации кольца о применен все тот же подход, ключевой стадией которого является стереоспецифичное цис-раскрытие окисного цикла уксусной и тиоуксусной кислотами в присутствии КЭГ. В результате, целевой 1еа,17а-диоксолан (34а) получен представленной на схеме серией превращений, каждое из которых осуществлено с удовлетворительным выходом.

Ые£СО,МеОН

шео4

«Ш^"-—(tb Oz^k

31 91*

зз еэ*

н

.35 67* 36а 59* Збб 82*

X=NNHC02Et(31),(35); Х=0(ЗЭ),(36а,<5);

R = 11 (34а), (36а); R=Ao(340), (366)

Реагента: 1 - H2NNHC02Et; 11 - HOAc; 111 - HSAo

Ацетолиз окиси (96) проведен как непосредственно в присутствии КЭГ, с образованием 16-ацетата цис-диола (31). так и по-стадийно через образование 3,20-дикарСэтоксигидразоиа 16а,17а-эпоксида (30). Последний получен конденсацией окиси (9(54 с КЭГ в диоксане в присутствии р-ТеОН. Аналогичная реакция цис-раскрития окиси (30) тиоуксусной кислотой протекает с одновро-мешшм удалением гидразонной группы в кольце А, приводя к 20-карбэтоксигидразону 16а-ацетокси-17а-тиола (32).

Удаление гидразонной защити легко протекает при обработке 20-карб'этоксигидразона (31) ацетилацетоном при 20° в водной уксусной кислоте с образованием 16-ацетата цис-диола (33). Следует заметить, что тио^налог (32) в этих условиях не реагирует, а более хесткие условия приводят к деструкции молекули.

Катализируемая НС£04 конденсация (33) и . (32) с ацетоном дает соответственно диоксолан (34а) и 20-карбэтоксигидразон оксатио-лана (35). Первый из них получен с низким выходом (36%) также непосредственно реакцией 16-ацетата диола (31) с ацетоном в МёОН присутствии НСЮ4. По аналогии с. 5а-Н-17-тиолом (18) гидролиз 20-гидразонноЙ группы в тиоле (32) протекает с трудом и только добавление в реакционную смесь воды и избытка НСЮ4 позволяет получить оксатиолан (36а) с 58% выходом.

Предлагаемая схема превращения Эа-гидроксиэпокс/да (96) в 16а-ацетат диола (33) и диоксолан (34а) является единственным известным методом их получения, поскольку альтернативный вариант, как было показано выше, безуспешен. Изученный путь равно-эффективен в синтезе оксатиолана (36а), как из эпоксида (3), так и из его 9а-гидрокси-А4-3-кетоаналога (96).

1.3. Синтез 16а,17а-диоксолана прегн-4-ен-9аЛ6а.17а-триол-3,20-диона на базе 5а-Н-прегн-16-ен-38-ол-20-она.

В поиске рациональных путей синтеза биологически активных стероидов на базе доступного из тигогенина АП мы изучили такую последовательность превращения 30-гидрокси АП в 16а,17а--диоксо-лан прегн-4-ен-9а,16а,17а-триол-3,20-диона (25), в которой построению диоксоланового кольца предшествует микробиологическое окисление 5а-Н-прегн-16-ен-Зр-ол-20-она (37) в его 9а-гадрокои-д4-3-кетоаналог (38). Это стало возможным при использовании индивидуальных диссоциативных э- и й-форм штамма НЬойосоооиз ар., препаративно трансформирующих (37) в соединение (38). Традиционное цис-гидроксшшрование (38) кыпО^ в НС02Н дает цис-диол (39) с 64% выходом, последний легко конденсируется с ацетоном с образованием диоксолана (25). Изучена также возможность избирательного щелочного эпоксидирования диенона (38) (Е>02,На0Ш с целью синтеза на его основе 9а-гидрокси-16а,17а-эпоксипрогостер0на (9а), полученного выше с неудовлетворительными выходами из (I) и (4). Однако, диенон (38) эпоксидируется по обеим кратным связям, давая 40,5р;16а,17а-диэпоксид (40) структура которого доказана физико-химическими методами. »

НО

н

О'

Ьо

1-он •он

37

38

39

IV 3694

СИ 914

Реагенты: 1 - Шюаосоооив вр., 11 - И1п04; 111 - Ме2С0, НС(>04;

Исследованы возможности дегидратации полученных выше 9а гид-раксипрегнанов (Ва.б), (9а.б), (30), (346), (366) в их ¿^производные. С этой целью использовались различные дегидратирующие агенты с учетом лабильности присутствующих в этих молекулах эпоксидной, диоксолановой и оксатиолановой групп - р-,1'зОИ/аю2, полифосфорная кислота, хлорсульфоновая кислота, метансульфокисло-та. Оказалось, что вопреки литературным данным, И-^РО^, дающая высокие выходы Д^-производных при дегидратации широкого набора 9а-гидроксистероидов, не реагирует с изученными соединениями. Использование р-толуолсульфокислоты па подложке ( уЮ,^) дает целевой продукт (41а), но с низким выходом (26%), только в случае эпоксида (9а). В этих ко условиях 20,20-диметилац^таль эиокснда (8а) только омыляется до 20-кетоаналога (96), который далее претерпевает раскрытие окисного цикла с образованием Фурансша (4?.) (83%). Близкая картина наблюдаотря при использовании 'св^о н,

IV - Н90о, ЙаОН

2. Дегидратация 9а-гидрокси-А^-3-кето-прегнапов.

4"

а} С, (5)11

R=H (41а); R=OH (8а); R=OAo (80), (416)

Реагенты: i - р - Ta0H/si02; ii - c?so3H/CH2oe2; ill - Phsoce

где целевой продукт получен только из (9а) (45-50Я), тогда как его 20.20-диметокси-21-гидроксианалог (8а) в этих условиях не дегидратируется вовсе, омыляясь до соответствующего 20-кетона (90). •

Изложенные выше результаты побудили нас изучить косвенные " способы дегидратации 9а~гидроксигрупш, предусматривающие получение на промежуточной стадии легко элиминируемой ftx-эфирной группировки. Оказалось, что самым эффективным реагентом для этой цели является фенилсульфинилхлорид, легко образующий суль-финовые эфиры (43а,б),(44),(45), ( уС -88%), которые быстро дегидратируются р-ГвОН на sio2; общие выходы на две стадии достигают при этом SO -75%.

36б

Х= 0 (340), (46): Х= S (366), (47)

Реагенты: i - PhSoCg; ii - p-Ts0H/si02

Получешше таким образом Л -прегнаш (41а,б), (46), (47) являются непосредственными предшественника™ в синтезе известных противовоспалительных лекарственных препаратов;

3. О некоторых особенностях микробиологической активации колец А и С 5а-Н-нрегнанов культурой Rhodooocoua вр.

Ход микробиологической трансформации 5*а-Н-прегнанов с помо -щыо Rhodoooccua вр. и выходы целевых продуктов существенно зависят не только от структуры субстрата, но и способов его внесения, нагрузки, температуры инкубации, интенсивности аэрации и т.д. Оптимизация процесса в каждом конкретном случае осуществлялась с учетом этих Факторов. Стероид вносился в культуральную жидкость в растворе ДМФА при нагрузке 0,25-2 г/л. При необходимости увеличения нагрузки до 3 г/л стороид вносили в виде мелкодиспорсно -го порошка с размером частиц 1-10 мк. Разработашшй эффективный синтез 20,20-димотиладеталей 21-гидрокси-5а-Н-нрегнанов и выявленная предпочтительность их использования в микробиологических трансформациях определили основное направление работы, предусматривающее использование в микробиологическом окислении Rhode-coccus вр. 5а-Н-субстратов с уже готовой кортикоидмой'- боковой цепью. Тем не менее ми изучили и альтернативную возможность,

предполагающую первоначальное А4-3-кето-9а-гидроксилирование непосредственно АЛ, его Зр~гидроксианалог (37) и 16а,17а-эпо-ксида (I). Качественный и количественный контроль за ходом трансформации АП показывает, что культура Игоалсоооио вр. катализирует следуицие реакции: гидролиз Зр-ацетатной группы, окисление зр-гидроксильной группы с образованием 5а-Н-з,20-ди-кетона, его А4-дегидрирование, последующее 9а-гидроксилирова-ние образующегося Д4-3-кетона, восстановление 20-кетогруппы и, наконец, деградацию боковой цепи (Схема 10). 1.а примере зр-гидрокси АП (37) и эпоксида (I) найдены возможности отделе-

Схема 10

4

ния процессов А -дегидрирования от последуицего 9а-гидроксили-рования, что достигается внесением ингибиторов 9а-гидроксилазы а,а-дипиридила или СоСбд. Трансформация (37) при нагрузке 3 г/л в присутствии 0,1Ж а.а-далиридила завершается за 42 ч с 65% выходом прегна-4,16-даен-3,20-диона. Этим найдена возможность перехода от соединений 5а-Н-прегнанового ряда к их А4-3-кетоаналогам. Аналогичная трансформация эпоксида (I) за 40 ч протекает с образованием 40% 16а,17а-эпоксшгрогестерона и 22% его 20р-гидроксипроизводного.

Превращение АЛ в его 9а-гидрокси-А4-3-кетопроизводное (38) гаюаоооосиз ер. в традиционных условиях осложняется деструкцией молекулы до 9а-гидроксиандростендиона; в результате чего выход целевого продукта не превышает 20%. Оптимизация этого процесса и применеш! 1 отдельных 8 и ^диссоциативных вариантов, позволили увеличить выход 9а-гидроксипрегна-4,16-диен-З,20-диона до 60 и БОЖ соответственно.

ВЫВОДЫ

1. Впервые осуществлен переход от -доступного отечественного сырья ба-Н-прегненолона к важным полупродуктам в синтезе стероидных лекарственных препаратов - 9а-гидрокси-16а,17а-эпоксикортексолону, 16а,17а-эпоксикортикостерону, 16а,17а-диоксолану 9а,2I-дигидроксипрегн-4-ен-3,20-диона, 16а,17а-оксатиолану 9а,21-дигидроксипрегн-4-ен-3,20-диона и их Д9-производцшм.

2. Обнаружена способность штамма Ююйоооооив вр. (ИОХ-77) трансформировать 5а-Н-прегнаны в их Д4-3-кето- и 9а-гидрокси-

Д -3-кетопроизводше, причем подобраны условия для разделения этих процессов.

3. Показаны эффективность использования диацетоксийодбензола

2Т

для С -гидроксилирования 16а,17а-эпокси-&а-Н-прегнанолона и применение образующегося при этом 21-гидрокси-20,20-дишз-тилацеталя в целенаправлешшх микробиологических трансформациях культурами СогупоЬаогег1иш те<По1апит, Шгойоооосив вр., 0иг7и1аг1а luIlata.

4. Найдена оригинальная и эффективная схема превращения ■

16а,17агзпокси-5а-Н-прегнанолона в 16а,17а-зпокси-0а,21-

дигидроксипрегн-4-ен-3,20-дион и 16а,17а-эггоксикортикос-

терон - ценные интермедиа™ в синтезе кортикостероидних

препаратов.

5. Исследованы реакции цис-раскрытия эпоксидного цикла 16а,17а-

эпокси-5а-Н-прегн-3ß,21-диол-20-она и 16а,17а-эпоксипрогн-4-ен-9а,21-диол-3,20-диона ускусной и тиоуксусной кислотами, показавшие универсальность этой методологии для введения различных 16а,17а-цис-заместителей.

6. Изучены различные последовательности функционализации колец • А, СиВ 16а,17а-эпокси-5а-Н-прегнанолона. Установлено, что

в синтезе 16а,17а-диоксолана 9а,21-дигидрокси-прегн-4-ен-3,20-диона и его Д9-аналога единственно возможной является такая последовательность реакций, в которой вводимая синхронно с С21-гидроксигруиной 20,20-диметилацетальная защита обуславливает эффективную микробиологическую трансформацию стероида в кольцах А и С; удаление ацетальной защиты осуществляется на стадии предшествующей введению диоксолановой группы в кольцо D методом цис-раскрытия окиси уксусной кислотой.

7. Исследованы подходы к синтезу 16а,17а-оксатиоланов 9а,21-да-гидроксипрегн-4-ен-3,20-диона и его ¿-производного из 16а,17а-эпокси-5а-н-прегнанолоиа, основанные на различной последовательности функционализации колец А, С и D.

8. Найдены условия превращения 5а-Н-16-прегненолона' микроорганизмом Rhodococcus вр. в прегна-4,16-диен-3,20-дион или

в 9дс-гидроксшфегна-4,16-диен-3,20-дион, предусматривающие в первом случае использование ингибитора 9а-гидроксилазы, а во втором - разных диссоциативных вариантов Rhodococcus sp.

Основное содержание диссертации изложено в следующих печатных работах:

I. Турута A.M., Фадеева Т.М., Камерницкий A.B., Джлантиашви-ли Н.В., Войшвилло Н.Е. Пути превращения 9а-гидроксиандро-стендиона и 5а-Н-прегненолона в 16а,17а-эпоксикортикостерон. //Конференция "Химия природных биорегуляторов" Ереван, 1990. Тезисы докл. 0. 63.

2. Войшвилло H.Е., Турута A.M., Камернищшй A.B., Джлантиашви-ли Н.В., Коробов A.A. Подхода к синтезу 9а,21-дигидрокси-16ц,17а-эпоксипрегн-4-ен-3,20-дионов. // Лзв. АН СССР. Сер. хим. 1990. - Л 3. -С. 690-693.

3. Турута A.M., Квмерницкий A.B., Джлантаашвшш Н.В., Кавтарад-зв Л.К., Коробов A.A. Синтез и превращения 20-производних 16а,17а-эпокси-5а"-прегнан-3р,21-диол-20-онов. // Там же I99I - N 5. - С. II85-II88.

4. l'uruta A.M., Kamemitzky A.Y., Yoiahvillo N.B., Jlantiaehvi-li N.V., Krymov A.P., Domraohev N.V. Use of 20,20-dimethyl-aoetal Protection In Miorobial Hydroxylation and Dehydro-genation of steroids. //Mendeleev Commun. - 1991, Jt 3, -

p. II3-II4.

б. ДклантИашвили H.B., Турута A.M., Камэрницкий A.B., Войшвил-ло U.E., Коробов A.A. Синтез и превращения z',2' -дометил [i6a,I7a-d] -тпоксаланов 21-гидрокси-5а-Н-прегнанов. // Изв. АН СССР. Сер.хим.- 1992. - Л 5. - С. II82-II86.

6. Войшвилло H.Е., Турута A.M., Камернищшй A.B., Джлантиашви-ли Н.В., Дачева-Спасова В.К. Микробиологические превращения зр-гидрокси-5а-Н-прегнанов в их А4-3-кето-9а-гидроксипроиз-водные. //Хим.фарм. журнал. - 1992 - J» 2. - С. 64-68.

7. Турута A.M., Войшвилло Н.Е., Камерницкий' A.B., Дклантиашвили Н.В., Коробов A.A. Превращение зр-гидрокси-Ьа Н-прогн-16 ен-20-она в 16,17-ацетонид 9а,16а,17а-трипздроксшгрбГН-4-

. ен-3,20-диона. // Изв. РАН. Сер. хим. - 19Ц2. - * 8. -

С. Ш-Ш.

U. Турута A.M., Камер1шцкий A.B., Джлаитиашвили И.В.. Коробов A.A..Войшвилло Н.Е. Синтез I6a,ГАх-изопроиилиденових производных прегн-4-ен-9а,16а,17а,21-тетрол-3,20-диона и его 17а-тибаналога.//Там же. - 1992. - N 10. -.С. 2436-2440.

H