本发明涉及一种熊去氧胆酸的中间体－7-酮基石胆酸(3α-羟基-7-酮-5β-胆甾烷-24-酸)的化学合成方法，属有机化学合成领域。
背景技术：
熊去氧胆酸ursodeoxycholicacid(udca)，化学名称为3a，7β-二羟基-5β-胆甾烷-24-酸，是名贵中药熊胆的主要有效成分，生理情况下在人体内的胆汁酸中约占3％。熊去氧氧胆酸可促进内源性胆汁酸的分泌，减少重吸收；拮抗疏水性胆汁酸的细胞毒作用，保护肝细胞膜；溶解胆固醇性结石，并具有免疫调节作用，被fda批准用于治疗胆汁淤积性肝病的药物，是保肝抗炎的常用药品。中药熊胆粉为引流熊胆制成，来源有限，且有违于动物保护，因此熊去氧胆酸的人工合成及半合成具有重要意义。目前熊去氧胆酸的化学合成主要采用7-酮基石胆酸为起始原料。因此，研发环境友好、收率高、低成本、适合产业化的7-酮基石胆酸合成路线就显得尤为重要。
7-酮基石胆酸的合成主要有两种方法。
其一是采用鹅去氧胆酸为原料，电解或氧化制备7-酮基石胆酸(cn1912192a，中国医药工业杂志，2015，46(10)：1058-1059等)。但是其合成原料鹅去氧胆酸价格昂贵，不便于工业化生产；
其二是采用胆酸为原料的化学合成方法，主要有以下几条合成路线：
路线一是用胆酸与氯甲酰乙酯反应选择性保护3a-羟基，nbs选择性氧化7a-羟基，三氯氧磷对12a-羟基进行脱水，氢氧化钠水解，二氧化铂加氢还原不饱和双键，得到7-酮基石胆酸(journaloflabelledcompoundsandradiopharmaceuticals,1979,16(3):421-434.)。此方法制备7-酮基石胆酸过程中需要用到较危险和昂贵的试剂(如pocl3、pto2)，反应时间长，产率低(26％)，不适合用于大生产，反应式如下所示：
路线二是胆酸进行甲酯化，3a-羟基和7a-羟基乙酰化保护，次氯酸钠氧化12a-羟基，黄鸣龙还原c-12位羰基，c-24位酯基水解，次溴酸钠氧化c-7位羟基为酮，得到7-酮基石胆酸(wo2014020024a1)。此方法制备7-酮基石胆酸过程中需要用到高温的黄鸣龙反应，对设备要求较高，产率低(58.94％)，不适合用于大生产，反应式如下所示：
技术实现要素：
为了克服现有技术上的缺陷，本发明以胆酸为起始原料，首先发生c-24酯化反应，然后c-3发生选择性酯化反应，接着12α-羟基发生甲磺酸酯化、消除、加氢、水解等反应合成所述熊去氧胆酸的中间体7-酮基石胆酸3α-羟基-7-酮-5β-胆甾烷-24-酸。本发明旨在提供一种采用胆酸为原料，环境友好、收率高、低成本、适合工业化生产的7-酮基石胆酸合成路线。
本发明是通过以下技术方案实现的：
步骤a，在溶剂中，式(1)所示的胆酸与n-溴代琥珀酰亚胺(nbs)发生选择性氧化反应，得到式(2)化合物；
步骤b，在有机溶剂中，式(2)化合物与溴化苄和碳酸钾进行缩合反应，得到式(3)化合物；
步骤c，在有机溶剂中，式(3)化合物与酸酐、吡啶、dmap进行酯化反应，得到式(4)化合物；
步骤d，在有机溶剂中，在催化剂的作用下，式(4)化合物与甲磺酰氯(mscl)进行缩合反应，得到式(5)化合物；
步骤e，在有机溶剂中，式(5)化合物在乙酸钾作用下发生消除反应，得到式(6)化合物；
生成的式(6)化合物可通过两种方法制备目标式(8)化合物：
方法一：
步骤f，在溶剂中，式(6)化合物c-3位在碱的作用下发生酯基水解反应，得到式(7)化合物；
步骤g，在溶剂中，式(7)化合物在钯碳催化下发生氢化还原反应，得到式(8)化合物7-酮基石胆酸；
方法二：
步骤h，在溶剂中，式(6)化合物在钯碳催化下发生氢化还原反应，得到式(9)化合物；
步骤i，在溶剂中，式(9)化合物c-3位在碱的作用下发生水解反应，得到式(8)化合物7-酮基石胆酸。
反应过程如路线(1)所示：
其中，r1选自各类烷酰基。
优选地，r1选自乙酰基(-coch3)、丙酰基(-coch2ch3)、丁酰基(-coch2ch2ch3)等中的一种；
进一步优选地，r1为乙酰基(-coch3)。
步骤a中，所述式(1)所示的胆酸和n-溴代琥珀酰亚胺(nbs)的摩尔比为1：(1～5)；优选地为1：1.6。
步骤a中，所述溶剂选自丙酮、四氢呋喃、1，4-二氧六环、水等中的一种或多种；优选地，为丙酮和水的混合溶剂，其中，丙酮：水(体积比)＝3：1。
步骤a中，所述选择性氧化反应的温度为0～40℃；优选地，为室温25℃。
步骤a中，所述选择性氧化反应的时间为1～4h；优选地，为2h；进一步优选地，为室温25℃反应2h。
在一个具体实施方式中，所述步骤a包括：取式(1)所示的胆酸溶解在溶剂中，加入nbs，得到式(2)化合物。
步骤b中，所述式(2)化合物与卤化苄和碱的摩尔比为1：(0.5～10)：(0.5～10)；优选为1：(1～5)：(1～5)；进一步优选为1：1：1。
步骤b中，所述有机溶剂为高沸点溶剂，选自n-甲基吡咯烷酮(nmp)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、二甲基亚砜(dmso)等中的一种或多种；优选为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)。
步骤b中，所述卤化苄包括溴化苄、氯化苄等；优选为溴化苄。
步骤b中，所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾等中的一种或多种；优选为碳酸钾。
步骤b中，所述缩合反应的温度为50～150℃；优选地，为100℃。
步骤b中，所述缩合反应的时间为1～5h；优选地，为2h。
步骤b中，所述溴化苄的作用为反应物。
步骤b中，所述碳酸钾的作用为碱。
在一个具体实施方式中，所述步骤b包括：取式(2)化合物溶解在溶剂中，加入碳酸钾加热到一定温度，搅拌10min后，加入溴化苄，反应得到式(3)化合物。
步骤c中，所述式(3)化合物与酸酐、吡啶和dmap的摩尔比为：1：(1～5)：(1～8)：(0.005～1)；优选1：(1～5)：(1～5)：(0.05～0.5)；进一步优选为1：1.2：2：0.5。
步骤c中，所述有机溶剂选自二氯甲烷、四氢呋喃、1，4-二氧六环、乙腈、氯仿、甲苯、丙酮、1,2-二氯乙烷等中的一种或多种；优选为二氯甲烷。
步骤c中，所述酯化反应的温度为20～40℃；优选为室温25℃。
步骤c中，所述酯化反应的时间为1～5h；优选为2h。
步骤c中，所述酸酐的作用为酰化试剂。
步骤c中，所述吡啶的作用为缚酸剂。
步骤c中，所述dmap的作用为催化剂。
在一个具体实施方式中，所述步骤c包括：取式(3)化合物溶解在溶剂中，依次加入酸酐、吡啶、dmap，反应得到式(4)化合物。
步骤d中，所述式(4)化合物与mscl和有机碱的摩尔比为1：(1～20)：(2～20)；优选为1：(1～10)：(1～10)；进一步优选为1：5：5，或1：10：10。
步骤d中，所述有机溶剂选自二氯甲烷、四氢呋喃、1，4-二氧六环、乙腈、氯仿、甲苯、丙酮、1,2-二氯乙烷等中的一种或多种；优选为二氯甲烷。
步骤d中，所述有机碱的作用是束缚酸，选自吡啶、三乙胺、二乙胺、乙二胺、dmap三乙烯二胺、n，n-二异丙基乙胺等中的一种或多种；优选为吡啶。
步骤d中，所述缩合反应的温度为20～40℃；优选为室温25℃。
步骤d中，所述缩合反应的时间为5～10h；优选为8h；进一步优选为室温25℃反应8h。
步骤d中，所述mscl的作用为酰化试剂。
步骤d中，所述缩合反应优选在氮气保护下进行。
在一个具体实施方式中，所述步骤d包括：取式(4)化合物溶解在溶剂中，依次加入mscl，吡啶，得到式(5)化合物。
步骤e中，所述式(5)化合物与碱的摩尔比为1：(1～20)；优选为1：(1～10)；进一步优选为1：10。
步骤e中，所述有机溶剂为高沸点溶剂，选自n-甲基吡咯烷酮(nmp)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基丙烯基脲(dmpu)、二甲基亚砜(dmso)等中的一种或多种；优选地，为n-甲基吡咯烷酮(nmp)。
步骤e中，所述碱选自乙酸钾、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯等中的一种或多种；优选为乙酸钾。
步骤e中，所述消除反应的温度为100～130℃；优选为130℃。
步骤e中，所述消除反应的时间为5～10h；优选为8h；进一步优选为130℃反应8h。
步骤e中，所述乙酸钾的作用为使mso-脱掉成为双键。
步骤e中，所述消除反应优选在氮气保护下进行。
在一个具体实施方式中，所述步骤e包括：取式(5)化合物溶解在溶剂中，加入乙酸钾，氮气保护反应得式(6)化合物。
生成的式(6)化合物可通过两种方法制备目标式(8)化合物：
方法一：
步骤f中，所述碱优选为无机碱，选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾等中的一种或多种；优选为氢氧化钠。
步骤f中，所述式(6)化合物与碱的摩尔比为1：(1～20)；优选为1：(1～5)；进一步优选为1：4。
步骤f中，所述溶剂选自甲醇、四氢呋喃、乙醇、异丙醇、叔丁醇、水、丙酮、乙腈等中的一种或多种；优选为甲醇、四氢呋喃或其混合溶剂，当为混合溶剂时，甲醇与四氢呋喃的体积比为(1～10)：1，优选地为4：1。
步骤f中，所述酯基水解反应的温度为0～100℃；优选为25℃。
步骤f中，所述酯基水解反应的时间为10～100min；优选为30min；进一步优选为25℃搅拌反应30min。
步骤f中，所述碱的作用为水解酯基。
在一个具体实施方式中，所述步骤f包括：取式(6)化合物溶解在甲醇或四氢呋喃或其混合溶剂中，加入无机碱，反应得式(7)化合物。
步骤g中，所述溶剂选自甲醇、四氢呋喃、乙醇、异丙醇、叔丁醇、水、丙酮、乙腈等中的一种或多种；优选为甲醇、四氢呋喃或其混合溶剂，当为混合溶剂时，甲醇与四氢呋喃的体积比为(1～10)：1，优选为4：1。
步骤g中，所述式(7)化合物与钯碳(重量百分数5％)的重量比为1：(0.01～0.4)；优选为1：0.1。
步骤g中，所述氢化反应的条件为：氢气的压力范围为0.01～10mpa；优选为4mpa。
步骤g中，所述氢化反应的温度为60～80℃，优选为70℃。
步骤g中，所述氢化反应的时间为4～15h；优选为8h；进一步优选为70℃反应8h。
在一个具体实施方式中，所述步骤g包括：取式(7)化合物在甲醇或四氢呋喃或其混合溶剂中，加入钯碳，保持氢气加压，反应得到式(8)化合物7-酮基石胆酸。
方法二：
步骤h中，所述式(6)化合物与钯碳(重量百分数5％)的重量比为1：(0.01～0.4)；优选为1：0.1。
步骤h中，所述氢化还原反应的条件为：氢气的压力范围为0.01～10mpa；优选为4mpa。
步骤h中，所述有机溶剂选自甲醇、四氢呋喃、乙醇、异丙醇、叔丁醇、水、丙酮、乙腈等中的一种或多种；优选地，为甲醇、四氢呋喃或其混合溶剂，当为混合溶剂时，甲醇与四氢呋喃的体积比为(1～10)：1，优选为4：1。
步骤h中，所述氢化还原反应的温度为60～80℃；优选为70℃。
步骤h中，所述氢化还原反应的时间为4～15h；优选为8h；进一步优选为70℃反应8h。
在一个具体实施方式中，所述步骤h包括：取式(6)化合物溶解在甲醇或四氢呋喃或其混合溶剂中，加入钯碳，氢气加压，得式(9)化合物。
步骤i中，所述有机溶剂选自甲醇、四氢呋喃、乙醇、异丙醇、叔丁醇、水、丙酮、乙腈等中的一种或多种；优选为甲醇、四氢呋喃或其混合溶剂，当为混合溶剂时，甲醇与四氢呋喃的体积比为(1～10)：1，优选为4：1。
步骤i中，所述碱优选为无机碱，选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯等中的一种或多种；优选为氢氧化钠。
步骤i中，所述式(9)化合物与碱的摩尔比为进一步优选地1：(1～5)；进一步优选地优选为1：4。
步骤i中，所述水解反应的温度为20～40℃；优选为25℃。
步骤i中，所述水解反应的时间为10～100min；优选为30min；进一步优选为25℃搅拌反应30min。
步骤i中，所述碱的作用为水解酯基。
在一个具体实施方式中，所述步骤i包括：取式(9)化合物溶解在甲醇或四氢呋喃或其混合溶剂中，加入无机碱，反应得到7-酮基石胆酸。
本发明还提出了一种3-烷酰氧基-7-羰基-12-甲磺酰氧基-5β-胆酸苄酯和3-烷酰氧基-7-羰基-5β-11-胆烯酸苄酯化合物，其结构分别如式(5)和式(6)所示
其中，r1选自各类烷酰基；
优选地，r1选自c1～c10烷酰基。
进一步优选地，r1选自乙酰基(-coch3)、丙酰基(-coch2ch3)、丁酰基(-coch2ch2ch3)。
本发明的有益效果在于，本发明合成熊去氧胆酸的中间体7-酮基石胆酸采用廉价的胆酸为原料，经过7α-羟基的选择性氧化(步骤a)、侧链羧基的苄基酯化(步骤b)、3α-羟基的酯化、12α-羟基的甲磺酸酯化(步骤d)，消除(步骤e)、加氢(步骤g和h)、水解(步骤f和i)等反应，合成所述熊去氧胆酸的中间体7-酮基石胆酸，操作步骤简单，环境友好，收率高35.5％-46.3％，低成本，适合产业化生产。
具体实施方式
结合以下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实施方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例一
1、式(2)化合物的合成：将胆酸(9g，22.0mmol)溶解在200ml丙酮/水(v/v＝3:1)中，避光，缓慢加入nbs(5.7g，31.9mmol)，室温25℃反应2h。tlc检测反应完全后，加入100ml饱和亚硫酸氢钠溶液淬灭反应，减压浓缩至出现白色固体时停止，倒入1l水中后析出大量白色固体，静置析晶，抽滤烘干，得式(2)化合物(8.5g白色固体,产率95％)。
2、式(3)化合物的合成：式(2)化合物(8.5g,20.8mmol)溶解在100mldmf中，加入碳酸钾(3.4g,24.96mmol)，升温至100℃，搅拌十分钟，加入溴化苄(2.7ml,22.88mmol),反应2h。tlc检测反应完毕后，加水(300ml)搅拌，水相用二氯甲烷萃取(30ml×3)。合并有机相，水洗，饱和食盐水洗，无水na2so4干燥，减压浓缩，硅胶柱层析(dcm:meoh＝20：1)纯化,得式(3)化合物(8.8g白色固体,产率90％)。1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.35(s,5h),5.14–5.07(m,2h),3.98(s,1h),3.58(s,1h),1.17(s,3h),0.96(d,j＝3.2hz,3h),0.64(s,3h).
3、式(4-1)化合物的合成：式(3)化合物(8.8g，18,7mmol)溶解在二氯甲烷(80ml)中，依次加入乙酸酐(2.3ml，24.34mmol)，吡啶(3.0ml，37.4mmol)，dmap(115mg，0.94mmol)，室温反应2h。tlc检测反应完全后，减压除去溶剂，加入水(30ml)，然后用乙酸乙酯萃取(30ml×3)。合并有机相，稀盐酸洗，水洗，饱和食盐水洗，无水na2so4干燥，减压浓缩，硅胶柱层析(pe:ea＝3：1)纯化，得式(4-1)化合物(8.6g白色固体,产率88％)。a5：1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.35(s,5h),5.15–5.07(m,2h),4.68(s,1h),3.99(s,1h),2.00(s,3h),1.19(s,3h),0.96(d,j＝3.6hz,3h),0.65(s,3h).
4、式(5-1)化合物的合成：式(4-1)化合物(8.6g，16.5mmol)溶解在二氯甲烷(80ml)中，依次加入mscl(6.4ml，83mmol)，吡啶(6.7ml，83mmol)，氮气保护，室温反应8个小时。tlc检测反应完全后，减压除去溶剂，加入水(30ml)，水相用乙酸乙酯萃取(30ml×3)。合并有机相，稀盐酸洗，水洗，饱和食盐水洗，无水na2so4干燥，浓缩，硅胶柱层析(pe:ea＝5:1)纯化，得式(5-1)化合物(9.7g白色固体,产率95％)。a9:1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.35(s,5h),5.14–5.07(m,3h),4.66(s,1h),3.03(s,3h),1.99(s,3h),1.20(s,3h),0.97(d,j＝5.2hz,3h),0.73(s,3h).
5、式(6-1)化合物的合成：式(5-1)化合物(9.7g，15.7mmol)溶解在n-甲基吡咯烷酮(80ml)中，加入乙酸钾(15.4g，157mmol)，氮气保护，加热至130℃，反应8个小时。tlc检测反应完全后，加入水(150ml)，用乙酸乙酯萃取(30ml×3)。合并有机相，水洗，饱和食盐水洗，无水na2so4干燥，浓缩，硅胶柱层析(pe:ea＝10:1)纯化，得式(6-1)化合物(7.36g白色固体,产率95％)。a13:1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.35(s,5h),6.20(d,j＝10.8hz,1h),5.33(d,j＝10.0hz,1h),5.15–5.08(m,2h),4.70(s,1h),1.99(s,3h),1.14(s,3h),0.99(d,j＝2.0hz,3h),0.71(s,3h).
式(7)化合物的合成：式(6-1)化合物(7.36g，14.1mmol)溶解在甲醇(48ml)和四氢呋喃(12ml)的混合溶剂中，加入氢氧化钠(846mg，21.2mmol)，室温搅拌30min。tlc检测反应完全后，加入稀盐酸调ph至5左右，减压除去溶剂，加入水(80ml)，水相用乙酸乙酯萃取(30ml×3)。合并有机相，水洗，饱和食盐水洗，无水na2so4干燥，减压浓缩，硅胶柱层析(dcm:meoh＝40:1)纯化，得式(7)化合物(5.4g白色固体,产率80％)。1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.35(s,5h),6.19(d,j＝10.8hz,1h),5.34(d,j＝10.0hz,1h),5.15–5.07(m,2h),3.61(s,1h),1.13(s,3h),0.99(d,j＝6.0hz,3h),0.71(s,3h).
式(8)化合物(7-酮基石胆酸)的合成：式(7)化合物(5.4g，11.28mmol)溶解在甲醇(48ml)和四氢呋喃(12ml)的混合溶剂中，加入钯碳(540mg)，氢气加压(4mpa)，加热至70℃反应8个小时。高锰酸钾显色检测反应完全后，硅藻土抽滤，浓缩，硅胶柱层析(dcm:meoh＝10:1)纯化，得式(8)化合物(3.9g白色固体,产率90％)。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ3.64–3.57(m,1h),1.19(s,3h),0.93(d,j＝5.2hz,3h),0.65(s,3h).
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。