专利名称：赤霉素ga的制作方法
技术领域：
本发明是一种制备下式(I)表示的赤霉素GA4的方法。
背景技术：
赤霉素类物质(Gibberellins，GA)是四环二萜类化合物，是一类广泛存在于植物中的内源性植物生长调节物质，至今已从植物中分离并鉴定了129种该类物质，赤霉素类物质具有促进植物细胞分裂，使细胞伸长，叶片扩大，茎延长，侧枝生长，抽苔，促进两性花的雄花形成，促进种子发芽和果实生长等功效。其中赤霉酸GA3(中国商品名为920)在我国已有近30年的使用历史，它对植物果实细胞伸长的促进作用活性最强。已经在多种农作物的种植上获得广泛应用，经济效益显著。至今仍是我国杂交稻种植所必须使用的植物生长调节剂。对于水果种植及生产起着至关重要的作用，尤其对于植株的保花保果(倒春寒中如无赤霉素的喷施应用将导致大幅度减产)、水果果实的增大及品质的控制有着重要的作用。在世界范围内，赤霉素类内源性植物生长调控剂已广泛应用于农业生产，而微生物发酵是商业赤霉素的重要生产方法，目前，我国发酵法生产的赤霉素类植物生长调节剂产品主要有GA3(即920)和GA4+GA7混合物。由于发酵工艺所限，至今尚不能生产纯品GA4。对于大宗经济作物水果生产而言，GA4是最有效，无副作用的赤霉素类植物生长调控物质之一，而混合物中的GA7则会对第二年的开花造成不良的影响。因而生产纯品GA4对于调节剂产业而言以及其所应用的水果生产领域均具有重要的意义和经济价值。近年来，GA4+7在经济作物方面的应用受到关注，但发酵得到的GA4+7混合物中GA7具有较为明显的副作用，主要表现在对次年开花的影响。要从该混合物中去除GA7是一件困难的事。GA4+GA7已经广泛应用于水果的生产，例如保花保果，提高水果的质量，但GA7会影响到次年的开花，是应该去除的成份。限于发酵工艺及方法目前只能获得GA4+GA7(其中GA7约占30％)的混合物，而GA4和GA7结构差异较小，难以分离纯制。CN1111286A，申请号95102240.7，是一种利用酸水解法在发酵后处理获得赤霉素GA4的方法，但占发酵混合物三分之一强的GA7均被破坏。
发明内容
本发明提出一种赤霉素GA4的制备方法，它以发酵得到的赤霉酸GA4+7为起始原料，将GA4+7中的GA7经路易斯酸等处理得到的开环产物，经氢化、卤代内酯化、还原脱卤，然后将得到的粗产物重结晶而获得目标产物GA4。
本发明反应条件温和，收率较高，易于操作，适宜于工业化生产，反应式如下 上式中，经路易斯酸、盐酸、氢溴酸异构化开环处理，将其中的GA7转化，采用的有机溶剂为乙酸乙酯及乙醚的混合溶剂，路易斯酸采用FeCl3、ZnCl2、ZnBr2。
催化氢化所采用的催化剂为过渡金属铑；催化剂用量按重量比相对于反应底物GA4+7为0.1％～10％，采用的溶剂为乙醇或四氢呋喃。
卤代内酯化所采用的卤素为溴、碘与卤化钾或卤化钠的混合物，用量按摩尔比为卤素∶GA4+7＝1～10∶1，采用的溶剂为醇、酮及卤代烃及其与水的混合溶剂；所采用的碱为碳酸盐M2CO3或MHCO3，其中M＝钠、钾、锂，用量按摩尔比相对于卤代底物为M2CO3或MHCO3∶GA4+7＝3～10∶1脱卤还原反应所采用的试剂为锌粉与含水氯化镍按摩尔比为Zn∶NiCl2·XH2O＝1～30∶1，用量按摩尔比相对于卤代底物为5～20∶1；所采用的溶剂是无水乙醇、四氢呋喃、1，4-二氧六环、乙腈；采用的试剂为硼氢化钠，用量按摩尔比相对于卤代底物为3～30∶1；所采用的溶剂可以是无水四氢呋喃、DMSO、二甘醇二甲醚。
最终产物GA4以丙酮/石油醚体积比为1～10∶1或乙酸乙酯/石油醚体积比2～15∶1溶剂重结晶。
具体实施例方式
一、GA4+7的路易斯酸异构化开环反应。在实施例中仅有GA7会发生异构化反应，混合物中的GA4得到保留。
实施例1将2.0克GA4+7加入到200毫升乙醚中，搅拌使之完全溶解，然后加入23.3克ZnBr2，待其完全溶解后加入0.1毫升水，敞口室温搅拌数十小时。TLC检测反应完全后，加入100毫升乙酸乙酯，用稀盐酸调PH＝1.0，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到黄色固体(1和GA4的混合物)1.9克(收率97％)。混合物的核磁共振谱1H-NMR(300MHz，Acetone)δ6.44(1H，d，J＝9.7Hz)，5.92(1H，d，J＝9.7Hz)，4.97(1H，s)，4.93(1H，s)，4.89(2H，brs)，4.26(1H，m)，3.73(1H，m)，3.23(1H，d，J＝10.8Hz)，3.10～1.35(26H，m)，1.33～1.15(6H，2xs)。
实施例23.5克GA4+7溶解于75毫升乙醚及25ml乙酸乙酯的混合溶剂中，加入19.5克ZnCl2完全溶解后，加入0.5毫升水，敞口室温搅拌数十小时。TLC检测GA7反应完全后，加入100毫升乙酸乙酯，用1N盐酸调PH＝1.0，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到黄色固体(1和GA4的混合物)3.1克(收率90％)。
实施例33.5克GA4+7溶解于75毫升乙醚及25ml乙酸乙酯的混合溶剂中，加入19.5克FeCl3，完全溶解后，加入0.5毫升水，敞口室温搅拌数十小时。TLC检测GA7反应完全后，加入100毫升乙酸乙酯，用1N盐酸调PH＝1.0，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到黄色固体(1和GA4的混合物)3.0克(收率85％)。
实施例4在冰浴冷却的75毫升乙醚、5毫升水及25ml乙酸乙酯的混合溶剂中，滴加浓盐酸5毫升，滴完后搅拌30分钟，加入3.5克GA4+7，敞口室温搅拌数十小时。TLC检测GA7反应完全后，加入100毫升饱和碳酸氢钠溶液洗涤，有机相用1N盐酸调PH＝1.0，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到黄色固体(1和GA4的混合物)3.2克(收率91％)。
实施例53.5克GA4+7溶解于75毫升乙醚及25ml乙酸乙酯的混合溶剂中，滴加溴化氢的冰醋酸溶液20毫升，敞口室温搅拌数十小时。TLC检测GA7反应完全后，加入100毫升饱和碳酸氢钠溶液洗涤，有机相用1N盐酸调PH＝1.0，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到黄色固体(1和GA4的混合物)2.8克(收率80％)。
二、GA4+7的路易斯酸异构化开环产物(1和GA4的混合物)的氢化。在实施例条件下仅有1会发生氢化还原反应，混合物中的GA4得到保留。
实施例6GA4+7之路易斯酸异构化开环产物(1和GA4的混合物)3.4克溶解于80毫升四氢呋喃中，加入5％沉积于三氧化二铝的铑催化剂(Rh/Al2O3)0.5克，室温搅拌下通氢气(H2)反应数十小时，硅胶薄层层析(TLC)检测反应完全后，滤除Rh/Al2O3，并以少许四氢呋喃洗涤滤渣，减压回收四氢呋喃，真空浓缩处理得到淡黄色固体3.4克(2和GA4的混合物)(收率99％)。混合物的核磁共振谱1H-NMR(300MHz，Acetone)δ4.97(1H，s)，4.93(1H，s)，4.89(2H，brs)，4.06(1H，m)，3.73(1H，m)，3.23(1H，d，J＝10.8Hz)，3.10～1.35(mH，m)，1.33～1.15(6H，2xs).
实施例7GA4+7之路易斯酸异构化开环产物(1和GA4的混合物)3.4克溶解于80毫升乙醇中，加入5％沉积于三氧化二铝的铑催化剂(Rh/Al2O3)1.5克，室温搅拌下通氢气H2反应数十小时，硅胶薄层层析(TLC)检测反应完全后，滤除Rh/Al2O3，并以少许乙醇洗涤滤渣，减压回收溶剂，真空浓缩处理得到淡黄色固体3.4克(2和GA4的混合物)(收率99％)。混合物的核磁共振谱1H-NMR(300MHz，Acetone)δ4.97(1H，s)，4.93(1H，s)，4.89(2H，brs)，4.06(1H，m)，3.73(1H，m)，3.23(1H，d，J＝10.8Hz)，3.10～1.35(mH，m)，1.33～1.15(6H，2xs).
三、GA4+7异构化并氢化之产物(2和GA4的混合物)的卤代内酯化反应。在实施例条件下仅有2会发生卤代内酯化反应，混合物中的GA4得到保留。
实施例8将GA4+7异构化并氢化之产物(2和GA4的混合物)3.4克溶解于50毫升丙酮及10毫升水中，加入碳酸钾2.8克，碘2.4克及碘化钾1.5克。室温搅拌反应数小时，TLC检测反应结束后。搅拌下缓缓加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应溶液颜色消失，然后加入100毫升乙酸乙酯，盐酸酸化至PH＝1.0，乙酸乙酯相用饱和盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到淡黄色固体(3和GA4的混合物)3.5克(收率约86％)。混合物的核磁共振谱1H-NMR(300MHz，Acetone)δ5.03(1H，brs)，4.97(1H，s)，4.93(1H，s)，4.89(1H，brs)，4.06(1H，m)，3.73(1H，m)，3.23(1H，d，J＝10.8Hz)，3.10～1.35(mH，m)，1.33～1.15(6H，2xs)。
实施例9将GA4+7异构化并氢化之产物(2和GA4的混合物)9.7克溶解于100毫升丙酮及20毫升水中，加入碳酸氢钾7.6克，碘6.9克及碘化钾4.5克，室温搅拌反应数十分钟。TLC检测反应结束后，搅拌下缓缓加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应溶液颜色消失，然后加入100毫升乙酸乙酯，盐酸酸化至PH＝1.0，乙酸乙酯相用饱和盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干。得到淡黄色固体(3和GA4的混合物)9.5克(收率86％)。
实施例10将GA4+7异构化并氢化之产物2和GA4的混合物9.5克溶解于100毫升二氯甲烷及20毫升水中，加入碳酸钠4.8克，碘4.6克及碘化钾3.0克。室温搅拌反应数小时。TLC检测反应结束后，搅拌下缓缓加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应溶液颜色消失，然后加入100毫升乙酸乙酯，盐酸酸化至PH＝1.0，乙酸乙酯相用饱和盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到淡黄色固体(3和GA4的混合物)9.4克(收率85％)。
实施例11将GA4+7异构化并氢化之产物(2和GA4的混合物)3.4克溶解于50毫升丙酮及10毫升水中，加入碳酸钾2.8克，碘2.4克及碘化钾1.5克。室温搅拌反应数小时，TLC检测反应结束后。搅拌下缓缓加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应溶液颜色消失，然后加入100毫升乙酸乙酯，盐酸酸化至PH＝1.0，乙酸乙酯相用饱和盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到淡黄色固体(3和GA4的混合物)3.5克(收率约86％)。
实施例12将GA4+7异构化并氢化之产物(2和GA4的混合物)4.6克溶解于50毫升四氢呋喃中，加入100毫升水中及碳酸氢钾5.0克，溴化钠5.0克，冷却到-20℃，慢慢滴加3毫升液溴。室温搅拌反应数十分钟，薄层层析TLC检测反应结束后，搅拌下缓缓加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应溶液颜色消失，然后加入100毫升乙酸乙酯，盐酸酸化至PH＝1.0，乙酸乙酯相用饱和盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干得到淡黄色固体5.3克(收率86％)，进一步乙酸乙酯/石油醚重结晶后得到淡黄色固体(3和GA4的混合物)3.0克(收率65％)。
实施例13将GA4+7异构化并氢化之产物(2和GA4的混合物)4.6克溶解于50毫升甲醇中，加入100毫升水中及碳酸氢钠5.0克，溴化锂5.0克，冷却到-20℃，慢慢滴加3毫升液溴。室温搅拌反应数十分钟，薄层层析TLC检测反应结束后，搅拌下缓缓加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应溶液颜色消失，然后加入100毫升乙酸乙酯，盐酸酸化至PH＝1.0，乙酸乙酯相用饱和盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干得到淡黄色固体5.3克(收率86％)，进一步乙酸乙酯/石油醚重结晶后得到淡黄色固体(3和GA4的混合物)4.6克(收率75％)，实施例14将GA4+7异构化并氢化之产物(2和GA4的混合物)4.6克溶解于50毫升四氢呋喃中，加入100毫升水中及碳酸锂5.0克，溴化钠5.0克，冷却到-20℃，慢慢滴加3毫升液溴。室温搅拌反应数十分钟，薄层层析TLC检测反应结束后，搅拌下缓缓加入饱和硫代硫酸钠溶液至反应溶液颜色消失，然后加入100毫升乙酸乙酯，盐酸酸化至PH＝1.0，乙酸乙酯相用饱和盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干得到淡黄色固体5.3克(收率86％)，进一步乙酸乙酯/石油醚重结晶后得到淡黄色固体(3和GA4的混合物)4.6克(收率75％)。
三、卤代内酯化产物3的还原脱碘反应。在实施例条件下仅有3会发生还原脱碘反应，混合物中的GA4得到保留。
实施例15称取Zn粉5.2克及六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)1.9g与100毫升四氢呋喃混合，加入5毫升水，室温搅拌30分钟，然后加入(3和GA4的混合物)9.5克。室温搅拌下反应数小时，TLC检测反应完全后滤除沉淀，滤渣用少许四氢呋喃洗涤，合并滤液，减压回收溶剂。残留物加入乙酸乙酯100毫升，依次用稀盐酸水，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥，真空浓缩至干，得到8.0克淡黄色固体，乙酸乙酯/石油醚重结晶得到几乎白色晶体7.3克GA4(三步总收率73％)。纯化合物GA4的谱图mp214～215℃1H-NMR(300MHz，Acetone)δ4.97(1H，brs)，4.85(1H，brs)，4.46(1H，brs)，3.72(1H，m)，3.21(1H，d，J＝10.8Hz)，2.64(1H，m)，2.60(1H，d，J＝10.8Hz)，2.20～2.03(3H，m)，2.00～1.47(9H，m)，1.44～1.30(1H，m)，1.12(3H，s，Me).13C-NMR(300MHz，Acetone)δ178.65，173.84，158.27，107.45，94.27，70.34，55.38，54.34，52.54，51.90，51.81，45.10，39.84，37.62，32.28，29.19，28.17，16.79，15.26.MS m/z332(M+，1％)，314(11)，296(5)，286(16)，271(24)，270(100)，268(18)，255(15)，241(19)，227(19)，225(36)，224(33)，213(7)，197(13)，183(14)，169(14)，157(17)，155(16)，143(15)，141(13)，129(18)，128(13)，115(12)，105(19)，91(36).HRMS(ESI+)m/z Found355.1519[M+Na]+，C19H24O5Na requires355.1521。
实施例16硼氢化钠2.3克溶解于100毫升二甲基亚砜中，室温搅拌下缓慢加入事先溶解于20毫升四氢呋喃的(3和GA4的混合物)5.3克，加完后于50℃反应数小时至数十小时。TLC检测反应完全后加入少许氢氧化钠冰水溶液，搅拌数十分钟，然后用稀盐酸调PH＝1.0，乙酸乙酯提取(100毫升×3)。合并乙酸乙酯相，常规后处理，真空浓缩至干，残余物丙酮/石油醚重结晶，得到白色晶体GA42.6克。
实施例17硼氢化钠2.6克溶解于100毫升二甘醇二甲醚中，室温搅拌下缓慢加入事先溶解于50毫升二甘醇二甲醚的(3和GA4的混合物)10.8克，加完后于40～50℃反应数小时至数十小时。TLC检测反应完全后，加入少许氢氧化钠冰水溶液，搅拌数十分钟，然后用稀盐酸调PH＝1.0，乙酸乙酯提取(100毫升×3)。合并乙酸乙酯相，常规后处理，真空浓缩至干，残余物丙酮/石油醚重结晶，得到白色晶体GA45.2克。
权利要求
1.一种如结构式(I)表示的赤霉素GA4(3β，10α-二羟基-20-失碳赤霉-16-烯-7，19-双酸-19，10内酯)的制备方法 其特征是以发酵得到的赤霉酸GA4+7为起始原料，经异构化开环、催化氢化、卤代内酯化、脱除卤素反应后重结晶得到化合物(I)。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是以发酵得到的赤霉酸GA4+7为起始原料，经路易斯酸、盐酸、氢溴酸异构化开环处理，将其中的GA7转化，采用的有机溶剂为乙酸乙酯及乙醚的混合溶剂。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是路易斯酸为FeCl3、ZnCl2、ZnBr2。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是催化氢化所采用的催化剂为过渡金属铑；催化剂用量按重量比相对于反应底物GA4+7为0.1％～10％，采用的溶剂为乙醇或四氢呋喃。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是卤代内酯化所采用的卤素为溴、碘与卤化钾或卤化钠的混合物，用量按摩尔比为卤素GA4+7＝1～10∶1。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是卤代内酯化所采用的溶剂为醇、酮及卤代烃及其与水的混合溶剂；所采用的碱为碳酸盐M2CO3或MHCO3，其中M＝钠、钾、锂，用量按摩尔比相对于卤代底物为M2CO3或MHCO3∶GA4+7＝3～10∶1。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征是脱卤还原反应所采用的试剂为锌粉与含水氯化镍按摩尔比为Zn∶NiCl2·XH2O＝1～30∶1，用量按摩尔比相对于卤代底物为5～20∶1；所采用的溶剂是无水乙醇、四氢呋喃、1，4-二氧六环、乙腈。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征是脱卤还原反应所采用的试剂为硼氢化钠，用量按摩尔比相对于卤代底物为3～30∶1；所采用的溶剂可以是无水四氢呋喃、DMSO、二甘醇二甲醚。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征是最终产物GA4以丙酮/石油醚体积比为1～10∶1或乙酸乙酯/石油醚体积比2～15∶1溶剂重结晶。
全文摘要
一种赤霉素GA
文档编号C07D307/77GK1775770SQ200510010868
公开日2006年5月24日 申请日期2005年6月22日 优先权日2005年6月22日
发明者张洪彬, 赵静峰, 吴松福, 刘建平, 李良, 陈静波, 杨万松, 朱洁 申请人:云南大学, 云大科技股份有限公司