一种7-去氢胆固醇及其制备方法
阅读说明：本技术 一种7-去氢胆固醇及其制备方法 (7-dehydrocholesterol and preparation method thereof ) 是由 周有桂 邱金倬 余珺 尹旭文 陈发 石浙秦 周佩 王昌泽 竹弘 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种7-去氢胆固醇及其制备方法,涉及有机合成化学技术领域。一种制备7-去氢胆固醇的方法,包括将7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯进行脱腙反应,得到包含7-去氢胆固醇酯的有机层；所述包含7-去氢胆固醇酯的有机层进行皂化反应,即得7-去氢胆固醇；其中,所述脱腙反应过程添加酚类自由基捕获剂。本方法能够有效抑制芳构化杂质的生成,其中脱腙皂化两步反应的总收率高达95％,7-去氢胆固醇的含量高达97％。(The application discloses 7-dehydrocholesterol and a preparation method thereof, and relates to the technical field of organic synthetic chemistry. A method for preparing 7-dehydrocholesterol comprises subjecting 7-arylsulfonylhydrazone-3-cholesterol ester to dehydrozone reaction to obtain an organic layer containing 7-dehydrocholesterol ester; saponifying the organic layer containing 7-dehydrocholesterol ester to obtain 7-dehydrocholesterol; wherein, a phenol free radical trapping agent is added in the process of the dehydrozone reaction. The method can effectively inhibit the generation of aromatized impurities, wherein the total yield of the two steps of reactions of the dehydrozonization and the saponification is up to 95 percent, and the content of the 7-dehydrocholesterol is up to 97 percent.)
技术领域
本申请涉及有机合成化学技术领域，具体涉及一种7-去氢胆固醇及其制备方法。
背景技术
胆钙化醇(Cholecalciferol，又称为维生素D3或胆钙化固醇)是维生素D的一种，是一种具有抗佝偻活性的药物，维生素D3(胆钙化醇)主要是由人体自身合成的，人体的皮肤含有一种胆固醇，经阳光照射后，就变成了维生素D3。所以，如果孩子能充分接受阳光直射皮肤4-6小时以上的话，自身合成的维生素D3，就基本上能满足。但是紫外线照射带来的皮肤癌上升、空气的污染、各地天气变化等问题的影响下，各国人群接受日照的时间都在减少，并且很多国家明确规定要限制接受日照的时间，因此全世界范围内维生素D均呈现广泛缺乏的现象。
7-去氢胆固醇是制备维生素D3的重要中间体，7-去氢胆固醇的收率越高，纯度越高，制备维生素D3原油的含量就越高，成本也就越低，其竞争力也就越有优势。
胆固醇则是制备7-去氢胆固醇的初始原料。
工业上，制备7-去氢胆固醇的主要工艺路线有两种：
第一种是上溴脱溴工艺，即在胆固醇的7位碳原子上先加一个溴，再消除一个溴化氢分子的工艺。该工艺的副产物较多，杂质难以从7-去氢胆固醇产品中彻底除去；同时用到含溴化合物，对环境不友好，因此已经被逐步淘汰。
上溴脱溴工艺反应路线
第二种是氧化还原法制备7-去氢胆固醇(PG为保护基团)，该工艺从胆固醇原料出发，将7位碳原子氧化成酮，然后通过腙化反应制备得7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯，最后经过脱腙皂化反应就可以得到7-去氢胆固醇产品。由于该工艺后处理简单，收率高，产品含量高，对环境友好，因此已经成为工业上制备7-去氢胆固醇的主流工艺。
氧化还原法制备7-去氢胆固醇反应路线
专利CN102030794A公开了一种制备7-去氢胆固醇的方法，其涉及的脱腙反应条件是所用的强碱试剂选自氢化钠、氢化锂、甲基锂或氨基锂，反应温度为100℃-120℃，反应时间为2小时。但公开的实施例中，以乙醇钠为脱腙反应的强碱试剂，脱腙皂化反应两步制备得到的7-去氢胆固醇含量最高只有79％，两步反应总收率最高也只有82％。
专利CN112745253A公开了一种维生素D3的工业化新方法，该方法所涉及的脱腙反应在甲苯中进行，采用的强碱是氢化锂，于120℃回流反应8小时，再经皂化反应步骤即得7-去氢胆固醇。其技术方案中没有提及7-去氢胆固醇的纯度，其中脱腙反应收率87％，皂化反应步骤收率91％，两步反应总收率不到80％。
可见，为了提高维生素D3原油的含量，降低维生素D3的生产成本，在制备7-去氢胆固醇的氧化还原工艺中，如何提高脱腙皂化反应的两步反应总收率，并减少杂质生成，获得高纯度的7-去氢胆固醇产品，仍是营养品合成化学家们一直努力解决的课题之一。
发明内容
为了解决本领域存在的上述不足，本申请提供一种7-去氢胆固醇及其制备方法，提高脱腙皂化反应的两步反应总收率，并获得高纯度的7-去氢胆固醇产品。
根据本申请的一个方面，一种制备7-去氢胆固醇的方法，包括：
将7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯进行脱腙反应，得到包含7-去氢胆固醇酯的有机层；
所述包含7-去氢胆固醇酯的有机层进行皂化反应，即得7-去氢胆固醇；
其中，所述脱腙反应过程添加酚类自由基捕获剂。
根据本申请的一些实施例，所述脱腙反应包括：第一反应阶段、第二反应阶段；
所述第二反应阶段前添加酚类自由基捕获剂。
根据本申请的一些实施例，所述脱腙反应具体包括以下步骤：
(1)7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯溶解在非质子有机溶剂S中，得到溶液A；将强碱分散在非质子有机溶剂S中，得到分散体系B；
(2)在惰性气体保护下，将溶液A滴加到分散体系B中，进行第一段反应，得到反应混合体系C；
(3)向混合体系C加入酚类自由基捕获剂，进行第二段反应。
根据本申请的一些实施例，所述第一段反应阶段的反应温度为0-80℃；优选为40-60℃；
根据本申请的一些实施例，所述第一段反应阶段的反应时间为0.5-5h。
根据本申请的一些实施例，所述第二段反应阶段的反应温度为：100-150℃，优选为110-130℃；
根据本申请的一些实施例，所述第二段反应阶段的反应时间为：10-120min。
根据本申请的一些实施例，所述脱腙反应还包括：
反应后降温至70-75℃，加入纯净水淬灭反应，分层，得到包含7-去氢胆固醇酯的有机层。
根据本申请的一些实施例，所述强碱选自：氢化钠、氢化锂、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠；
根据本申请的一些实施例，所述强碱选自：氢化钠；
根据本申请的一些实施例，所述强碱的用量为7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的1.0-1.5化学当量；
根据本申请的一些实施例，所述强碱的用量为7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的1.0-1.1化学当量。
根据本申请的一些实施例，所述酚类自由基捕获剂选自：苯酚、对甲酚、2,6-二叔丁基对甲酚、没食子酸丙酯、没食子酸月桂酯、(1,1-二甲基乙基)-4-甲氧基苯酚；
根据本申请的一些实施例，所述酚类自由基捕获剂选自：2,6-二叔丁基对甲酚、没食子酸丙酯；
根据本申请的一些实施例，酚类自由基捕获剂的用量为7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的0.02-0.5化学当量；
根据本申请的一些实施例，酚类自由基捕获剂的用量为7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的0.05-0.1化学当量。
根据本申请的一些实施例，所述的非质子有机溶剂S选自：甲苯、二甲苯、三甲苯、异丙苯、氯苯；
根据本申请的一些实施例，所述的非质子有机溶剂S选自：氯苯。
根据本申请的一些实施例，所述皂化反应具体包括：向脱腙反应后的有机层中加入甲醇或者乙醇溶剂和碱，进行皂化反应；
根据本申请的一些实施例，所述碱为化学当量的氢氧化钾，和/或，其他皂化反应常用的有机碱、无机碱；
根据本申请的一些实施例，所述皂化反应时间为0.5～3小时；
根据本申请的一些实施例，所述皂化反应结束后，进行蒸发冷却结晶、过滤，干燥，即得7-去氢胆固醇。
根据本申请的一些实施例，所述的7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的酯基选自：甲酸酯、乙酸酯、醋酸酯、丁酸酯、苯甲酸酯；
根据本申请的一些实施例，所述的7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的酯基选自：乙酸酯。
根据本申请的一些实施例，所述的7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的芳基选自：苯基、对甲基苯基、对叔丁基苯基、对异丙基苯基、3,5-二叔丁基苯基、3,5-二异丙基苯基、2,4,6-三异丙基苯基；
根据本申请的一些实施例，所述的7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的芳基选自：对甲基苯基、2,4,6-三异丙基苯基。
根据本申请的另一方面，一种由上述任一所述的方法制备的7-去氢胆固醇。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括如下一种或多种：
根据本申请实施例，本申请提供一种7-去氢胆固醇的制备方法，以7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯为原料，先脱腙反应，再进行皂化反应即得。
根据本申请实施例，本申请发现了在脱腙反应的过程中有明显的主要杂质生成，经验证该杂质为芳构化杂质；在高温阶段添加酚类自由基捕获剂，从而可减少终产物的杂质，尤其是芳构化杂质的生成。
根据本申请实施例，本申请针对芳构化杂质分析发现，脱腙反应过程产生的卡宾中间体是芳构化杂质的主要原因，对此，本申请的脱腙反应过程，还采用分段式的升温方法与酚类自由基捕获剂相结合，能够有效抑制卡宾中间体的生成。
根据本申请实施例，采用本申请的方法制备7-去氢胆固醇，脱腙皂化两步反应的总收率高达95％，7-去氢胆固醇的含量高达97％。
附图说明
图1为本申请示例实施例的芳构化杂质的1H-NMR；
图2为本申请示例实施例的芳构化杂质的13C-NMR；
图3为本申请示例实施例的芳构化杂质的LCMS图谱。
具体实施方式
如前所述背景技术，目前7-去氢胆固醇的制备方法具有环境不友好、反应易产生杂质、收率低、含量低等问题。针对上述问题，本申请提供一种7-去氢胆固醇及其制备方法。
下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
特别需要指出的是，针对本申请所做出的类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本申请。相关人员明显能在不脱离本申请内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本申请技术。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请如未注明具体条件者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行，所用原料药或辅料，以及所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
根据本申请的技术构思，提供一种7-去氢胆固醇及其制备方法。该方法可以使脱腙反应过程中产生的杂质减少，尤其是芳构化杂质得到有效减少。
脱腙反应是将醛或者酮化合物的芳基磺酰腙分解制备得到烯烃的反应，又称为Bamford-Stevens反应(Casanova,J.,Waegell,B.Bamford-Stevens reaction.Various mechanisms.Bull.Soc.Chim.Fr.1975,922-932；Nickon,A.,Bronfenbrenner,J.K.Migrating-group orientation in carbene rearrangements.J.Am.Chem.Soc.1982,104,2022-2023；Nickon,A.,Zurer,P.S.J.Isolation of adiazoalkane intermediate inthe photic Bamford-Stevens reaction.J.Org.Chem.1981,46,4685-4694.)。其一般机理为腙化物在强碱作用下，发生拔氢、脱氮反应生成卡宾中间体，卡宾中间体再进一步发生重排反应生成碳碳双键，从而得到烯烃化合物。
脱腙反应涉及卡宾中间体，由于卡宾中间体活性强，因此反应复杂，可以同时发生多种副反应。在制备7-去氢胆固醇的脱腙反应过程中，我们液相色谱检测发现有一明显主要杂质生成，经高分辨质谱和核磁共振氢谱、碳谱确认，该杂质为芳构化杂质，如下：
以保护基团为乙酰基为例，推测芳构化杂质生成的机理如下：
在制备7-去氢胆固醇的脱腙反应中，由于反应物及中间体结构的特殊性，可以发生以下电子转移副反应，从而生成芳构化杂质：
7-去氢胆固醇具有共轭结构，易与卡宾中间体发生电子转移作用，生成相应的自由基中间体I和II。中间体I可以转化成7-去氢胆固醇酯产品，中间体II通过芳构化作用脱甲基可以生成热稳定性的芳构化杂质。
脱腙反应制备7-去氢胆固醇醋酸酯反应历程
本申请研究发现，在高温反应阶段，添加供氢体自由基捕获剂，尤其是苯酚类自由基捕获剂可以有效减少芳构化杂质的生成。其可能机理为(以BHT，即2,6-二叔丁基对甲酚为自由基捕获剂为例)：
自由基中间体I和II能够与酚类自由基捕获剂发生反应，主要生成7-去氢胆固醇醋酸酯产品，从而抑制芳构化杂质的生成。
自由基捕获剂中间体II芳构化的机理
下面对本申请进行详细说明。
原料7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯的制备(参考文献Org.Synth.1979,59,42.)：
(1)7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯的制备：
往50L反应釜中，加入5.00kg的7-酮-3-胆固醇醋酸酯，2.52kg对甲苯磺酰肼，0.06kg对甲苯磺酸，在加入乙醇溶剂30kg，于35℃搅拌反应5h，然后冷却至10℃。析出的固体进行过滤，真空干燥即得7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯(白色固体粉末，6.35kg)。
(2)7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇苯甲酸酯的制备：
往50L反应釜中，加入5.00kg的7-酮-3-胆固醇苯甲酸酯，2.52kg对甲苯磺酰肼，0.05kg对甲苯磺酸，在加入乙醇溶剂30kg，于35℃搅拌反应5h，然后冷却至10℃。析出的固体进行过滤，真空干燥即得7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇苯甲酸酯(白色固体粉末，5.87kg)。
(3)7-(2,4,6-三异丙基)苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯的制备：
往50L反应釜中，加入5.00kg的7-酮-3-胆固醇醋酸酯，4.21kg的2,4,6-三异丙基苯磺酰肼，0.05kg对甲苯磺酸，在加入乙醇溶剂30kg，于35℃搅拌反应5h，然后冷却至10℃。析出的固体进行过滤，真空干燥即得7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇苯甲酸酯(白色固体粉末，5.87kg)。
7-去氢胆固醇的制备：
(1)7-芳基磺酰腙-3-胆固醇酯溶解在非质子有机溶剂S中，得到溶液A；
(2)将强碱分散在非质子有机溶剂S中，得到分散体系B；
(3)在0-80℃下，在惰性气体保护条件下，将溶液A滴加到分散体系B中，维持在0-80℃反应0.5-5h，得到反应混合体系C；
(4)向混合体系C加入酚类自由基捕获剂，升温100-150℃，进行脱腙反应10-20min，降温至70-75℃，加入纯净水淬灭反应，分层得到包含7-去氢胆固醇酯的有机层；
(5)将有机层进行浓缩，再加入甲醇或乙醇溶剂和氢氧化钾，50-60℃进行皂化反应0.5-3小时；反应结束后，进行蒸发冷却结晶、过滤，干燥过滤所得滤饼即为7-去氢胆固醇产品。
其中，不同原料的脱腙反应难易程度不同；不同反应物的活性不同，会导致反应时间具有一定差异；并且，采用不同温度进行反应，也可导致反应时间产生较大得差异。通常每相差10℃反应，反应时间相差2倍以上。
本申请芳构化杂质的含量测定及色谱条件：
采用HPLC法进行含量测定，具体参数如下：
仪器：Thermo UItiMate 3000
流动相：甲醇
流速：1.0mL/min
色谱柱：Thermo scientific Hypersil GOLD 250*4.6 5μm
柱温：40℃
进样量：5μL
检测器：UV检测器
检测波长：205nm
下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。
实施例1
脱腙反应：
(1)在1000mL的玻璃反应瓶中，加入2.4g氢化钠，并加入50g无水氯苯，将氢化钠搅拌分散；
(2)原料溶液预配：将61.0g的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶解于450g无水氯苯；
(3)在氩气保护条件下，升温至40℃，然后将预配好的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶液滴加入反应瓶中，滴加过程，维持反应体系温度为40℃，滴加完毕，再继续于40℃保温反应30min；
(4)加入1.1g的2,6-二叔丁基对甲酚，并将体系升温至120℃反应30min，通过液相色谱监控反应发现原料反应完毕(其中芳构化杂质峰面积百分比为3.0％)；
皂化反应：
(5)上述脱腙反应完毕后，将反应体系降温至70℃，然后加入纯净水150g淬灭反应，分层。将所得的有机层进行蒸发浓缩，把有机溶剂蒸干，再加入1000g的乙醇溶剂和5.6g的氢氧化钾，于55℃进行皂化反应，反应1.5h，进行蒸发冷却结晶、过滤，干燥过滤所得滤饼即为7-去氢胆固醇产品37.6g。
实施例2
本实施例与实施例1相比反应步骤相同，调整部分反应条件/参数，不同之处在于：
反应步骤
反应条件/参数
步骤(4)
1.1g的没食子酸丙酯
步骤(5)
脱腙反应完毕后，将反应体系降温至75℃
步骤(5)
产品36.1g
步骤(5)
皂化反应时间0.5h
其中步骤(4)的液相色谱检测结果为：芳构化杂质峰面积百分比为2.5％。
实施例3
本实施例与实施例1相比反应步骤相同，调整部分反应条件/参数，不同之处在于：
其中步骤(4)的液相色谱检测结果为：芳构化杂质峰面积百分比为3.0％。
实施例4
本实施例与实施例1相比反应步骤相同，不同之处在于：
其中步骤(4)的液相色谱检测结果为：芳构化杂质峰面积百分比为2.7％。
对比例1：不采用分段式升温反应
(1)与实施例1相同；
(2)61.0g的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶解于450g无水氯苯；
(3)在氩气保护条件下，升温至120℃，加入1.1g的2,6-二叔丁基对甲酚，然后将预配好的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶液滴加入反应瓶中，滴加过程，维持反应体系温度为120℃，再继续120℃保温反应，并通过液相色谱监控反应，直至原料反应完毕，保温反应时间为1h(其中芳构化杂质保留时间为10.5min，峰面积百分比为9％)；
(4)脱腙反应完毕后，将反应体系降温至70℃，然后加入纯净水150g淬灭反应，分层。将所得的有机层进行蒸发浓缩，把有机溶剂蒸干，再加入1000g乙醇溶剂和5.6g氢氧化钾，于55℃进行皂化反应，反应1.5h，进行蒸发冷却结晶、过滤，干燥过滤所得滤饼即为7-去氢胆固醇产品。
对比例2：不添加自由基捕获剂
(1)与实施例1相同；
(2)61.0g的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶解于450g无水氯苯；
(3)在氩气保护条件下，升温至40℃，然后将预配好的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶液滴加入反应瓶中，滴加过程，维持反应体系温度为40℃，滴加完毕，于40℃反应30min；再升温至120℃保温反应，并通过液相色谱监控反应，直至原料反应完毕，保温反应时间为30min(其中芳构化杂质保留时间为9.5min；峰面积百分比为10％)；
(4)与实施例1步骤(5)相同。
对比例3：既不添加自由基捕获剂，也不采用分段式升温
(1)与实施例1相同；
(2)61.0g的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶解于450g无水二甲苯；
(3)在氩气保护条件下，升温至120℃，然后将预配好的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶液滴加入反应瓶中，滴加过程，维持反应体系温度为120℃。滴加完毕，再继续120℃保温反应，并通过液相色谱监控反应，直至原料反应完毕，保温反应时间为1h(其中芳构化杂质保留时间为8.5min,峰面积百分比为8％)；
(4)与实施例1步骤(5)相同。
对比例4：既不添加自由基捕获剂，也不采用分段式升温
(1)与实施例3相同；
(2)72.2g的7-(2,4,6-三异丙基)苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶解于450g的无水二甲苯中；
(3)在氩气保护条件下，升温至120℃，然后将预配好的7-(2,4,6-三异丙基)苯磺酰腙-3-胆固醇醋酸酯溶液滴加入反应瓶中，滴加过程，维持反应体系温度为120℃。滴加完毕，再继续120℃保温反应，并通过液相色谱监控反应，直至原料反应完毕，保温反应时间为1h(其中芳构化杂质保留时间为8.5min，峰面积百分比为8％)；
(4)与实施例3步骤(5)相同。
对比例5：既不添加自由基捕获剂，也不采用分段式升温
(1)与实施例4相同；
(2)67.2g的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇苯甲酸酯溶解于450g无水氯苯中；
(3)在氩气保护条件下，升温至125℃，然后将预配好的7-对甲苯磺酰腙-3-胆固醇苯甲酸酯溶液滴加入反应瓶中，滴加过程，维持反应体系温度为125℃。滴加完毕，再继续125℃保温反应，并通过液相色谱监控反应，直至原料反应完毕，保温反应时间为1h(其中芳构化杂质保留时间为8.5min，峰面积百分比为8％)；
(4)与实施例4步骤(5)相同。
实施例与对比例的产物收率及含量对比：
通过上述对比可以看出，本申请的方法可以大大降低芳构化杂质的产生，提高7-去氢胆固醇收率和含量。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
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