本发明提供了一种1α-羟基维生素D3重要中间体胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法。
背景技术：
1α-羟基维生素D3是维生素D3的半活性形式，其除了能够调节体内钙磷代谢以外，在临床上还能够用于治疗佝偻病、老年骨质疏松、甲状腺机能减退症等。胆甾-1,4,6-三烯-3-酮是合成1α-羟基维生素D3重要中间体。
在本发明以前，现有技术一般是采用以胆固醇为原料，二氯二氰基苯醌（DDQ）氧化法来制备。如：Helvetica Chimica Acta ,1981, 1870-1892.
传统工艺的产率在45-60%之间，且采用大当量的DDQ作为氧化脱氢试剂，增加了产物分离难度，DDQ遇水分解生成剧毒的氢氰酸，对环境造成严重污染。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种全新简便高效的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮合成方法。
所述的一种胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，以胆固醇为原料，依次经与液溴加成、经次氯酸盐/TEMPO/碱金属溴化物体系氧化、脱溴化氢、羰基α位溴代以及二次脱溴化氢共五步反应制得，其特征在于具体包括如下步骤：
1）液溴加成反应
以式（Ⅰ）所示的胆固醇为起始原料，液溴作为加成试剂，在有机溶剂中，在有机酸以及微量的醋酸盐催化下，于-20℃～50℃温度下发生液溴加成反应，经后处理得式（Ⅱ）所示的中间体化合物Ⅱ；
2）次氯酸盐/TEMPO/碱金属溴化物氧化及脱溴化氢反应
将步骤1）得到的中间体化合物Ⅱ在有机溶剂中，于-20℃～40℃温度下，用绿色氧化体系次氯酸盐/TEMPO/碱金属溴化物氧化，得到混合物体系式（Ⅲ）所示的中间体化合物Ⅲ和和式（Ⅳ）所示的中间体化合物Ⅳ，中间体化合物Ⅲ在有机碱的作用下脱去一分子溴化氢使混合体系全部转化成中间体化合物Ⅳ；
3）羰基α位溴代反应
将步骤2）得到的中间体化合物Ⅳ在有机溶剂介质中，于-20℃～80℃温度下，与溴代试剂/自由基引发剂进行溴代反应，制得如式（Ⅴ）所示的中间体化合物Ⅴ；
4）脱溴化氢反应
中间体化合物Ⅴ在有机溶剂介质中， 20℃～150℃温度下，与LiBr/Li2CO3体系进行脱溴化氢反应，制得产物胆甾-1,4,6-三烯-3-酮Ⅵ，
。
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤1）中的有机酸为下列之一或者两种以及两种以上的任意比例混合物：含1～5个碳原子的羧酸、含1～7个碳原子的磺酸，其体积用量与胆固醇质量比为5～20ml/g；醋酸盐为醋酸钠、醋酸钾、醋酸钙、醋酸镁、醋酸铝、醋酸铁或醋酸锌中的任意一种，醋酸盐与胆固醇的摩尔比为0.05～0.5:1；液溴与胆固醇摩尔比为1.1～2:1；有机溶剂为下列之一或其中两种以及两种以上任意比例混合物：二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸甲酯、丙酮、丁酮、环戊酮、环己酮、乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、石油醚、二硫化碳、硝基甲烷、硝基苯、甲苯，有机溶剂体积与胆固醇的质量比为3-10ml/g。
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤1）中的反应温度为0-50℃。
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤2）中的次氯酸盐为次氯酸钙或次氯酸钠，其浓度为0.5～3mol/L，反应体系的pH控制在8～10，碱金属溴化物为溴化钠或溴化钾，胆固醇、次氯酸盐、碱金属溴化物、TEMPO的用量摩尔比为1:1～10:0.05～0.2:0.01～0.1，有机溶剂为下列之一或其中两种以及两种以上任意比例混合物：二氯甲烷、三氯甲烷、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸甲酯、丙酮、丁酮、乙醚、丙醚、石油醚、正己烷、硝基甲烷、硝基苯、甲苯，溶剂体积与胆固醇质量比为10～20ml/g；有机碱为甲胺、乙胺、乙二胺、二甲胺、三乙胺、丙胺、异丙、丁胺、异丁胺、吡啶、三乙烯二胺（DABCO），DBU，DBN，DMAP，N-甲基吗啉，四甲基乙二胺中的任意一种，有机碱与中间体化合物Ⅱ的摩尔比为1～5:1。
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤2）中的反应温度为0-40℃。
将步骤2）得到的中间体化合物Ⅳ在有机溶剂介质中，于-20℃～80℃温度下，与溴代试剂/自由基引发剂进行溴代反应，制得如式（Ⅴ）所示的中间体化合物Ⅴ；
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤3）中的溴代试剂为NBS或二溴海因，溴代试剂与中间体化合物Ⅳ摩尔比为1.5～2.5:1，自由基引发剂为过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚睛、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的任意一种，自由基引发剂与中间体化合物Ⅳ的摩尔比为0.01～0.1:1，有机溶剂为下列之一或其中两种以及两种以上任意比例混合物：1,4-二氧六环、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、苯、甲苯，有机溶剂体积用量与中间体化合物Ⅳ质量比为10～20ml/g。
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤3）中的反应温度为30-80℃。
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤4）中有机溶剂为下列之一或其中两种以及两种以上任意比例混合物：丙酮、丁酮、环戊酮、环己酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲苯、二甲苯、三甲苯、1，4-二氧六环，有机溶剂体积与中间体化合物Ⅴ质量比为5～10ml/g，LiBr与中间体化合物Ⅴ的摩尔比为1～8:1，Li2CO3与中间体化合物Ⅴ摩尔比为1～10:1。
所述的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮的制备方法，其特征在于步骤4）中的反应温度为40-150℃。
本发明合成的胆甾-1,4,6-三烯-3-酮是用于合成维生素D3类化合物的重要中间体，特别是阿法骨化醇（1α-羟基维生素D3）。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：其反应选择性好，收率高，工艺过程简单，生产成本低；且避免了传统工艺中DDQ等有毒有害试剂的使用，降低了三废成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
按照本发明制备方法制备胆甾-1,4,6-三烯-3-酮
1）液溴加成，制得中间体化合物Ⅱ
在0℃下，将3.86g（10mmol）胆固醇溶于15ml乙醚中，并将事先配好的Br2(l)1.76g(11mmol), 醋酸钠0.082g（1mmol）与醋酸15ml的混合液逐滴加入反应液中，随着滴加进行，反应体系中有白色固体析出。滴加结束后继续搅拌1.5h，过滤，滤饼用冰甲醇洗涤至白色为止。中间体化合物Ⅱ不经干燥，直接用于下一步反应；
2）次氯酸盐/TEMPO/碱金属溴化物氧化，脱溴化氢
将步骤（1）所得中间体化合物Ⅱ溶于40ml二氯甲烷中，一并加入0.078gTEMPO(0.5mmol)，0.1gNaBr（1mmol）以及10ml饱和碳酸氢钠溶液。在25℃下，缓慢滴加20ml5%NaClO溶液，滴加完毕后，继续搅拌2h，停止反应。静置分层，二氯甲烷层依次经过稀盐酸和饱和食盐水洗，直接向有机层中加入3.03gEt3N(30mmol)，室温下搅拌6h后停止反应。有机层依次经过酸洗（稀盐酸）、碱洗（饱和碳酸氢钠溶液）和饱和食盐水洗后，拉干得到淡黄色粗品。甲醇重结晶后，得3.0g中间体化合物Ⅳ（收率65.1%，以原料胆固醇计）。白色晶体，熔点：131.5-132.6℃。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 5.88 (s, 1H), 4.97 (m, 1H), 1.53 (s, 3H), 0.92 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 0.87 (d, J = 1.2 Hz, 3H), 0.85 (d, J = 1.6 Hz, 3H), 0.77 (s, 3H) 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 199.22, 165.50, 126.79, 56.23, 55.29, 53.08, 52.46, 52.41, 42.60, 41.04, 39.59, 38.48, 37.95, 36.23, 35.81, 34.25, 30.83, 28.21, 28.11, 24.24, 23.95, 22.91, 22.67, 22.29, 21,14, 18.80, 12.16; MS (ESI) m/z 463.7 [M+H]+, 485.5 [M+Na]+；
3）羰基α位溴代
将4.62g(10mmol)中间体化合物Ⅳ溶于50ml1,4-二氧六环中，一并加入3.56gNBS(20mmol)以及0.12gBPO(0.5mmol)，40℃下搅拌反应，待橘红色反应液颜色褪去时，加入饱和亚硫酸氢钠搅拌10min，经二氯甲烷萃取、饱和食盐水洗以及拉干后得到黄色粗品。经乙醇重结晶后得4.82g中间体化合物Ⅴ（收率89.0%）。白色晶体，熔点：160.2-162.5℃。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 5.98 (s, 1H), 4.94 (m, 1H), 4.89 (dd, J = 4.8 Hz, J = 14.4 Hz, 1H), 1.62 (s, 3H), 0.92 (d, J = 6.4 Hz, 3H), 0.87 (d, J = 0.8 Hz, 3H), 0.85 (d, J = 1.2 Hz, 3H), 0.77 (s, 3H) 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 191.18, 165.87, 124.48, 56.15, 55.12, 52.83, 50.95, 50.06, 49.91, 42.56, 41.81, 40.81, 39.59, 39.39, 36.21, 35.80, 30.40, 28.17, 28.12, 24.21, 23.93, 22.95, 22.92, 22.67, 21.05, 18.79, 12.15; MS (ESI) m/z 543.1 [M+H]+, 565.1 [M+Na]+；
4）脱溴化氢，制得产物胆甾-1,4,6-三烯-3-酮。
将5.42g（10mmol）中间体化合物Ⅴ溶于50mlDMF中，一并加入5.22gLiBr(60mmol)，5.92gLi2CO3(80mmol)，升温回流反应10h，TLC跟踪反应完全后，向反应体系中加入10%稀盐酸溶液约30ml，并加二氯甲烷萃取。有机层再用饱和NaHCO3溶液和饱和NaCl溶液各洗一次，将有机层用无水硫酸钠干燥后拉干，柱层析分离得到产物胆甾-1,4,6-三烯-3-酮3.08g，收率81.0%，白色晶体，熔点81.5-83.4℃。1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.06 (d, J = 10.0 Hz, 1H), 6.19-6.25 (m, 2H), 5.99-6.05 (m, 2H), 1.19 (s, 3H), 0.92 (d, J = 6.8 Hz, 3H), 0.87 (d, J = 2.0 Hz, 3H), 0.85 (d, J = 2.0 Hz, 3H), 0.78 (s, 3H)。
实施例2
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于步骤（1）中用二氯甲烷代替乙醚，步骤（2）中用乙酸乙酯代替二氯甲烷，其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为58.1%。
实施例3
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于步骤（1）中将胆固醇、醋酸钠、液溴用量调整为1：0.05：1.2，步骤（2）中胆固醇、次氯酸钠、溴化钠、TEMPO的用量摩尔比调整为1:3:0.05:0.01，其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为54.2%。
实施例4
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于步骤（1）中将胆固醇、醋酸钠、液溴用量调整为1：0. 5：2，步骤（2）中胆固醇、次氯酸钠、溴化钠、TEMPO的用量摩尔比调整为1:10:0.2:0.1，其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为60.3%。
实施例5
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于将步骤（2）中的次氯酸钠溶液替换成次氯酸钙溶液（5%），其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为56.9%。
实施例6
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于步骤（1）中将反应温度升至30℃，其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为40.1%。
实施例7
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于步骤（1）中将反应温度降低至-20℃，其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为50.6%。
实施例8
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于步骤（2）中将反应温度降低至-20℃，其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为10.5%。
实施例9
按照实施例1步骤（1）和（2）的方法，区别仅在于步骤（2）中将反应温度升高至40℃，其它操作同步骤（1）和（2），中间体化合物Ⅳ收率为28.7%。
实施例10
按照实施例1步骤（3）的方法，区别仅在于将溴代试剂与中间体化合物Ⅳ摩尔比调整为1.5:1，其它操作同步骤（3），中间体Ⅴ收率为81.3%。
实施例11
按照实施例1步骤（3）的方法，区别仅在于将溴代试剂与中间体化合物Ⅳ摩尔比调整为2.5:1，其它操作同步骤（3），中间体Ⅴ收率为84.2%。
实施例12
按照实施例1步骤（3）的方法，区别仅在于将步骤（3）中用二溴海因代替NBS，其它操作同步骤（3），中间体Ⅴ收率为85.4%。
实施例13
按照实施例1步骤（3）的方法，区别仅在于将步骤（3）中过氧化苯甲酰与中间体化合物Ⅳ的摩尔比调整为0.1:1，其它操作同步骤（3），中间体Ⅴ收率为88.4%。
实施例14
按照实施例1步骤（3）的方法，区别仅在于将步骤（3）中过氧化苯甲酰与中间体化合物Ⅳ的摩尔比调整为0.01:1，其它操作同步骤（3），中间体Ⅴ收率为80.1%。
实施例15
按照实施例1步骤（3）的方法，区别仅在于将步骤（3）中用偶氮二异丁腈代替过氧化苯甲酰，其它操作同步骤（3），中间体Ⅴ收率为85.4%。
实施例16
按照实施例1步骤（4）的方法，区别仅在于将步骤（4）中用环己酮代替二甲基甲酰胺，其它操作同步骤（4），产物收率为65.2%。
实施例17
按照实施例1步骤（4）的方法，区别仅在于将步骤（4）中反应温度降低至40℃，其它操作同步骤（4），产物收率为10.1%。
实施例18
按照实施例1步骤（4）的方法，区别仅在于将步骤（4）中LiBr与中间体化合物Ⅴ的摩尔比调整为1:1，Li2CO3与中间体化合物Ⅴ摩尔比调整为1:1，其它操作同步骤（4），产物收率为15.2%。