研究背景
Δ9-四氫大麻酚(Δ9-THC)是大麻素受體的部分激動劑,可作為精神活性作用的調(diào)節(jié)劑和免疫和抗炎作用的調(diào)節(jié)劑。它可用于治療艾滋病引起的厭食癥和化療引起的惡心和嘔吐。Δ8-四氫大麻酚(Δ8-THC)在體外和體內(nèi)的藥效與Δ9-四氫大麻酚相當(dāng),這兩種四氫大麻酚類似物在有機(jī)合成中受到了越來越多的關(guān)注。
制備四氫大麻酚類似物的一個具有挑戰(zhàn)性的步驟是大麻二酚前體(CBD)的酸催化分子內(nèi)環(huán)化。該步驟通常提供產(chǎn)物的混合物,其需要大量純化以獲得高純度產(chǎn)物。
圖1. 由CBD合成Δ9-THC和Δ8-THC的反應(yīng)
格拉茨大學(xué)化學(xué)研究所,歐洲著名連續(xù)流專家C. Oliver Kappe教授研究小組在2023年4月在J. Org. Chem. 上發(fā)表了文章,從CBD高產(chǎn)量制備Δ9-THC和Δ8-THC的連續(xù)流合成方案,利用連續(xù)流技術(shù)精確控制對產(chǎn)品選擇性有關(guān)鍵影響的反應(yīng)參數(shù),該方法大大提高了反應(yīng)性能,具備大規(guī)模的生產(chǎn)潛力。
研究過程
01
反應(yīng)機(jī)理
由大麻二酚前體(CBD)合成四氫大麻酚主要有兩種途徑:
Path A:在酸性催化劑條件下,活化δ8雙鍵形成Δ9-THC;
Path B:在酸性條件下,活化δ1雙鍵形成Δ8-iso-THC;
圖2. 合成Δ9-THC和Δ8-THC的反應(yīng)途徑
在酸性條件下兩者都會過度反應(yīng)生成更穩(wěn)定的產(chǎn)物——Δ9-THC異構(gòu)化生成Δ8-THC,Δ8-iso-THC則進(jìn)一步反應(yīng)生成Δ4(8)-iso-THC。該步驟通常提供產(chǎn)物的混合物,其需要大量純化以獲得任何純產(chǎn)物。因此控制反應(yīng)停留時(shí)間對該反應(yīng)過程十分重要。
02
釜式條件CBD環(huán)化催化劑及反應(yīng)條件篩選
作者在間歇釜條件下考察了酸的種類、溫度和反應(yīng)時(shí)間等反應(yīng)參數(shù)對CBD酸催化環(huán)化反應(yīng)的影響。
圖3. 釜式條件下反應(yīng)參數(shù)的篩選
實(shí)驗(yàn)研究表明,三氟化硼醚(BF3·OET2)作為CBD制取Δ9-THC的常用酸,在二氯甲烷溶劑中具有較好的轉(zhuǎn)化率和對Δ9-THC的選擇性;但是在甲苯溶劑中表現(xiàn)出對Δ8-THC較高的活性。
隨后作者探究了三氟甲磺酸酯和金屬氯化物的催化活性,發(fā)現(xiàn)三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf)和AlCl3這兩類催化劑都表現(xiàn)出較好的轉(zhuǎn)化率和選擇性,其中發(fā)現(xiàn)了AlCl3比較特殊,因?yàn)橹皼]有報(bào)道用AlCl3從CBD中制備Δ9-THC。
接著作者探究了負(fù)載酸試劑的應(yīng)用,負(fù)載的試劑和催化劑有一個潛在的好處就是提純更簡單,結(jié)果表明與蒙脫土K10(MK10)和聚乙烯吡咯烷酮負(fù)載三氟化硼(PVP-BF3)的使用能顯著提升反應(yīng)活性,獲得了較好的轉(zhuǎn)化率和選擇性。
03
選擇性制備Δ9-THC和Δ8-THC的連續(xù)流方案的開發(fā)
接下來,作者研究了在連續(xù)流中的工藝條件,從批量篩選中選出了5種反應(yīng)效果較佳的酸:MK10、PVP-BF3、BF3·Et2O、TMSOTf和AlCl3。
3.1固定床連續(xù)流研究
對于負(fù)載酸催化劑MK10和PVP-BF3,作者采用固定床連續(xù)流構(gòu)型。
圖4. 固定床流動配置
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,負(fù)載型酸催化劑沒有表現(xiàn)出足夠的穩(wěn)定性,反應(yīng)性能會隨著時(shí)間的變化而下降,固體酸的失活是限制其合成應(yīng)用的一個重要缺點(diǎn)。
3.2 雙進(jìn)料連續(xù)流研究
對于BF3·Et2O、TMSOTf和AlCl3催化劑,作者采用雙進(jìn)料連續(xù)流裝置.
圖5. 雙進(jìn)料連續(xù)流配置
研究表明:
(1)在連續(xù)流中,BF3·Et2O催化劑的性能沒有得到顯著提升;
(2)對于TMSOTf,通過控制停留時(shí)間,在室溫下2分鐘停留時(shí)間內(nèi)Δ8-THC的選擇性可以達(dá)到91%,收率達(dá)到98%;
(3)通過優(yōu)化AlCl3的當(dāng)量,發(fā)現(xiàn)提高反應(yīng)溫度,在0.2當(dāng)量的AlCl3下可以獲得良好的性能,在37℃和18分鐘停留時(shí)間下,反應(yīng)轉(zhuǎn)化率>99%,Δ9-THC的選擇性為92%。
研究小結(jié)
作者開發(fā)了從CBD的酸催化分子內(nèi)環(huán)化,高收率制備δ9-THC和δ8-THC的連續(xù)流新方法;
利用連續(xù)流技術(shù)精確控制反應(yīng)參數(shù),大大提高了反應(yīng)的選擇性和收率;
該方法克服了傳統(tǒng)的合成方法會產(chǎn)生難以純化的混合物的問題,就有良好的應(yīng)用前景。
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