一种二氢赤霉素的批量合成方法与流程

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：

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(annualreviewofplantbiology2008,59,225-251；plantphysiol.2004,135,1000-1007.)。

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)。

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(lewisn.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。

技术实现要素：

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。

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：

(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；

(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；

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；

(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；

(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；

(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；

式x、式ⅶ中，r2可为：甲基、对甲苯基；

(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；

(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；

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。

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。

所述有机碱具体可为4-二甲氨基吡啶。

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。

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。

所述全乙酰化反应的时间可为12h-24h。

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。

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。

所述反应的温度可为0-25度，时间可为3-12小时。

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。

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)。

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。

所述加氢还原反应的时间可为24h-48h。

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。

其中，甲醇、水的体积比可为4-10：1。

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。

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。

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。

反应的时间可为8-24小时。

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。

其中，所述有机溶剂具体可为甲苯。

所述有机碱可为dbu、三乙胺或吡啶等。

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。

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。

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。

路易斯酸与式ⅷ所示化合物的摩尔比可为1.1-5.0/1.0。

所述反应的时间可为1-3小时。

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。

其中，所述有机碱具体可为吡啶。

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。

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。

上述操作中，具体可采用酸性树脂调节体系的ph值至中性。

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。

路易斯酸与式ⅵ所示化合物的摩尔比可为5-15/1。

室温下反应的时间可为：1-3小时。

本发明具有以下优点：

(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。

(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。

(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％。

(4)本发明最终产物纯度高，不低于95％。

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

图1为实施例1中化合物1的合成路线图。

图2为实施例2中化合物2的合成路线图。

图3为实施例3中化合物3的合成路线图。

图4为实施例4中化合物4的合成路线图。

图5为实施例5中化合物5的合成路线图。

图6为实施例6中化合物ⅰ的合成路线图。

图7为实施例7中化合物ⅰ的合成路线图。

图8为化合物ⅰ的核磁共振氢谱图。

图9为化合物ⅰ的核磁共振碳谱图。

图10为化合物ⅰ的高分辨质谱图。

具体实施方式

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。

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。

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。

实施例1、化合物1(属于式ⅳ所示化合物的一种)的合成：

根据图1所示的合成路线图参考文献(tian,h.,etal.(2017).molecules22(5).)合成化合物1。

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％。

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％。

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).

实施例2、化合物2(属于式ⅴ所示化合物的一种)的合成

根据图2所示的合成路线图合成化合物2。

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0.8grh-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％。

¹hnmr(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).¹³cnmr(75mhz,cdcl3)δ176.48,171.84,169.89,169.81,161.24,158.77,131.62,115.87,103.69,98.17,92.63,84.92,70.99,61.83,55.04,54.99,54.16,52.90,51.71,51.37,48.62,44.48,40.79,38.51,37.22,27.32,25.11,21.19,20.73,18.19,16.92,14.12.

实施例3、化合物3(属于式ⅵ所示化合物的一种)的合成：

根据图3所示的合成路线图合成。

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％。

¹hnmr(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＝12.6,5.8hz,1h),0.68(d,j＝6.9hz,3h).¹³cnmr(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.

实施例4、化合物4(属于式ⅶ所示化合物的一种)的合成：

根据图4所示的合成路线图合成。

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％。

¹hnmr(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).¹³cnmr(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.

实施例5、化合物5(属于式ⅷ所示化合物的一种)的合成：

根据图5所示的合成路线图合成。

250ml圆底烧瓶中加入化合物4(5.59g，9mmol)，用100ml甲苯溶解，加入10mldbu，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％。

¹hnmr(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＝12.8,6.0hz,1h),0.74(d,j＝6.9hz,3h).¹³cnmr(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.

实施例6、化合物ⅰ的合成：

根据图6所示的合成路线图合成。

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％。

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).¹³cnmr(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.

实施例7、化合物ⅰ的合成(三步一锅法)：

根据图7所示的合成路线图合成。

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％。

表1化合物ⅰ及其前体化合物的编号及其理化数据

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

(pos：质谱测定的正离子模式；neg：质谱测定的负离子模式)