蔣建武，江海，尹琳琳，林建東

（臺(tái)州仙琚藥業(yè)有限公司，浙江 臺(tái)州317016）

16α-羥基潑尼松龍(1)，英文名稱(chēng)為16α-hydroxprednisolone，分子式為C21H28O6，化學(xué)名稱(chēng)為11β,16α,17α,21-四羥基孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮，是一種重要的甾體醫(yī)藥中間體，可用于制備布地奈德(2)、環(huán)索奈德(3)和地索奈德(4)等糖皮質(zhì)激素藥物[1-3]：

糖皮質(zhì)激素類(lèi)藥物廣泛應(yīng)用于頑固性哮喘、慢性阻塞性肺病等炎癥性呼吸道疾病的治療。其中布地奈德和環(huán)索奈德，具有使用劑量小、局部抗炎作用強(qiáng)和不良反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)，不僅是兒童霧化吸入常用藥物，還是臨床治療嚴(yán)重性哮喘和過(guò)敏性鼻炎的首選藥物[4-8]。此外，奈德類(lèi)糖皮質(zhì)激素類(lèi)藥物在新型冠狀病毒感染的治療中，能夠快速抑制炎癥反應(yīng)，有效緩解初始癥狀[9]。

16α-羥基潑尼松龍作為合成奈德類(lèi)糖皮質(zhì)激素藥物的基礎(chǔ)原料，市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊。制備方法主要包括化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法?；瘜W(xué)合成法采用潑尼松龍或醋酸潑尼松為起始原料，普遍存在消除反應(yīng)選擇性差、總收率低和工藝三廢量大等缺點(diǎn)，且中間體鄰二醇的制備不可避免采用重金屬錳試劑，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。微生物發(fā)酵法主要以潑尼松龍為起始原料，通過(guò)微生物發(fā)酵技術(shù)直接生成16α-羥基潑尼松龍。生物催化法具有步驟少、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，研究人員已經(jīng)在該領(lǐng)域做了初步研究。然而，現(xiàn)有菌種活性差，發(fā)酵液中有效物含量低、提取成本較高，制約了生物催化法在16α-羥基潑尼松龍工業(yè)化制備中的進(jìn)一步應(yīng)用。

1 以潑尼松龍為原料

KIM 等最早提出了以潑尼松龍(5)為起始原料制備16α-羥基潑尼松龍的方法[10]（Ac 為乙酸根，Py為吡啶，DMF為N,N′-二甲基甲酰胺）：

5 在對(duì)甲苯磺酸（p-TsA）的催化作用下，與原乙酸三乙酯（CH3(OC2H5)3）經(jīng)酯交換反應(yīng)得到化合物6；6 再經(jīng)水解、?；炔襟E得到17α-脫羥醋酸潑尼松龍(7)；在堿性條件下，7 經(jīng)消除C-17位乙酰基，得到不飽和烯酮結(jié)構(gòu)化合物8；8 經(jīng)高錳酸鉀（KMnO4）雙鍵氧化反應(yīng)得到鄰二醇化合物9；9再經(jīng)水解反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物1。

該方法路線較為繁瑣，所用試劑對(duì)環(huán)境污染較大，總收率較低僅為4.9%，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

殷超等對(duì)上述反應(yīng)路線進(jìn)行了改進(jìn)，將生產(chǎn)工藝由6步反應(yīng)縮短至4步[11]：

5 直接在對(duì)二甲氨基吡啶（DMAP）催化下，通過(guò)與醋酐的酰化反應(yīng)保護(hù)C-11、C-17、C-21 位處羥基結(jié)構(gòu)，得到三醋酸酯中間體化合物10；10經(jīng)消除、氧化及水解等步驟制得目標(biāo)產(chǎn)物1。

該方法產(chǎn)品收率高，生產(chǎn)成本降低。但是，中間體的制備仍需使用KMnO4，導(dǎo)致產(chǎn)品重金屬殘留較高，三廢處理難度大。

裴文等以酸性離子液體作溶劑及脫水反應(yīng)催化劑，雙氧水（H2O2）作氧化劑，實(shí)現(xiàn)了16α-羥基潑尼松龍的合成[12]：

5在咪唑類(lèi)酸性離子液體中，先進(jìn)行脫水反應(yīng)得到烯酮中間體13；13經(jīng)氧化得到目標(biāo)產(chǎn)物1。

該方法具有創(chuàng)新性，使用離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)和催化劑，路線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，總收率較高約85%。但是，離子液體造價(jià)昂貴，核心步驟反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且過(guò)量的H2O2使用存在較高風(fēng)險(xiǎn)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

2 以醋酸潑尼松為原料

王勇報(bào)道了1 種以醋酸潑尼松(14)為起始原料制備16α-羥基潑尼松龍的方法[13]：

14 經(jīng)消除反應(yīng)脫去C-17 位羥基得到不飽和烯酮中間體化合物15；15 經(jīng)KMnO4氧化得到鄰二醇化合物16；16 與氨基脲（NH2NHCONH2）通過(guò)縮合實(shí)現(xiàn)C-3 和C-20 酮基的選擇性保護(hù)得到化合物17；17 被硼氫化鉀（KBH4）選擇性還原得到三羥基化合物18；18經(jīng)水解反應(yīng)制得目標(biāo)產(chǎn)物1。

該方法通過(guò)加入阻滯劑抑制KMnO4對(duì)反應(yīng)物的氧化速度，提高了氧化反應(yīng)選擇性，但需要多步保護(hù)和脫保護(hù)反應(yīng)，反應(yīng)步驟長(zhǎng)，原子經(jīng)濟(jì)性低，成本較高。

楊坤等報(bào)道了1 種以14 為起始原料制備16α-羥基潑尼松龍的新方法[14]：

14首先在p-TsA催化下，經(jīng)醋酐的?；磻?yīng)得到雙醋酸酯化合物19；19 的C-11 位酮基經(jīng)硼氫化鈉（NaBH4）選擇性還原得到化合物7；7 經(jīng)消除、氧化及水解反應(yīng)制得目標(biāo)產(chǎn)物1。

該方法雖然可以避免多步保護(hù)和脫保護(hù)反應(yīng)，但也存在錳試劑使用量大和還原反應(yīng)選擇性差等不足。

甘紅星等報(bào)道了1 種以14 為起始原料，通過(guò)制備關(guān)鍵中間體17α-脫羥醋酸潑尼松(8)來(lái)合成16α-羥基潑尼松龍的方法[15]：

14 首先與三甲基氯硅烷（TMSCl）在有機(jī)堿催化下發(fā)生C-11 位硅醚化反應(yīng)得到化合物21；21在三氧化硫/Py體系中發(fā)生C-17位脫水反應(yīng)，并在酸性條件下進(jìn)一步水解脫硅醚保護(hù)得到8；8 與間氯過(guò)氧苯甲酸（m-CPBA）發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)得到化合物22；22 與冰醋酸在對(duì)甲苯磺酸催化下開(kāi)環(huán)得到化合物23；最后，23 在氧化鋁固相堿催化劑的催化下水解得到目標(biāo)產(chǎn)物1。

該方法克服了傳統(tǒng)消除工藝副反應(yīng)多和氧化工藝需采用重金屬錳等缺點(diǎn)，工藝更綠色、清潔，降低了生產(chǎn)成本。

3 其他甾體化合物作為原料

近年來(lái)，研究人員也報(bào)道了采用其他甾體化合物為原料合成16α-羥基潑尼松龍的方法[16-18]：

李文寬等以21-羥基孕甾-1,4,9(11),16(17)-四烯-3,20-二酮醋酸酯(24)為原料，首先經(jīng)KMnO4氧化得到16,17,21-三羥基孕甾-1,4,9-三烯-3,20-二酮-11-甲酸酯-21-醋酸酯(25)；25經(jīng)雙鍵溴羥化反應(yīng)得到溴羥物26；以鋅粉/氯化鉻為還原體系，巰基乙酸（TGA）為供氫劑，26 可經(jīng)還原脫溴得到9；9經(jīng)水解得到目標(biāo)產(chǎn)物1。

邵振平等則直接以25 為原料，首先在高氯酸（HClO4）、DMF、二溴海因（DBDMH）體系中進(jìn)行雙鍵加成反應(yīng)得到溴代甲酸酯中間體化合物27；27經(jīng)還原脫溴及水解得到目標(biāo)產(chǎn)物1。

雖然采用上述甾體化合物作為起始原料可以縮短反應(yīng)步驟，提高路線總收率，但是關(guān)鍵步驟仍需采用金屬鉻等劇毒試劑，工業(yè)化應(yīng)用受限。

4 微生物發(fā)酵法

以廉價(jià)易得的甾體化合物為原料，采用生物發(fā)酵技術(shù)直接制備16α-羥基潑尼松龍是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，研究人員已在該領(lǐng)域作了初步研究。例如，張文權(quán)等采用玫瑰產(chǎn)色鏈霉菌菌株TS-58發(fā)酵得到16α-羥基潑尼松龍，潑尼松龍轉(zhuǎn)化率為13.8%[19]。吳倩等利用雙氧水代替天然的電子傳遞系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了玫瑰產(chǎn)色鏈霉菌P450s酶體外催化潑尼松龍得到16α-羥基潑尼松龍，潑尼松龍轉(zhuǎn)化率達(dá)到了35.7%[20]。RESTAINO 等將單純節(jié)桿菌和玫瑰產(chǎn)色鏈霉菌進(jìn)行全細(xì)胞偶聯(lián)，氫化可的松經(jīng)生物轉(zhuǎn)化直接得到16α-羥基潑尼松龍，收率達(dá)到68.8%[21]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，16α-羥基潑尼松龍有4 種合成方法?；瘜W(xué)合成法主要采用潑尼松龍或醋酸潑尼松為起始原料，經(jīng)5步左右化學(xué)反應(yīng)制得，但普遍存在消除反應(yīng)選擇性差、總收率低、工藝三廢量大等缺點(diǎn)，且中間體鄰二醇的制備不可避免需采用重金屬錳試劑。雖然也發(fā)展了一些更綠色的鄰二醇制備方法，但收率及工藝成本尚未達(dá)到工業(yè)化要求。另外，潑尼松龍或醋酸潑尼松的成本較高，研究人員嘗試了將其他甾體化合物作為原料，但仍存在關(guān)鍵步驟選擇性較差、收率低及路線設(shè)計(jì)不夠綠色環(huán)保等缺點(diǎn)[19-21]。相比化學(xué)合成法，生物發(fā)酵法具有步驟少、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，研究人員已經(jīng)在該領(lǐng)域做了初步研究，然而現(xiàn)有的菌種活性差，發(fā)酵液中16α-羥基潑尼松龍的有效物含量低，提取成本較高，上述缺點(diǎn)制約了生物催化法在16α-羥基潑尼松龍工業(yè)化制備中的進(jìn)一步應(yīng)用。

展望未來(lái)，建議16α-羥基潑尼松龍的工藝改進(jìn)方向?yàn)椋?/p>

1）過(guò)硫酸鹽參與的烯烴順式雙羥化反應(yīng)已獲得了一定的進(jìn)展，未來(lái)有望應(yīng)用于16 位雙鍵氧化，實(shí)現(xiàn)對(duì)KMnO4氧化工藝的替代[22]。

2）光催化技術(shù)應(yīng)用于還原脫溴反應(yīng)最近已成功開(kāi)發(fā)，后期結(jié)合較成熟的光催化放大反應(yīng)器可應(yīng)用于還原脫溴工藝，從而在工藝源頭避免金屬鉻的使用[23]。

3）隨著合成生物學(xué)的不斷發(fā)展，16α-羥基化生物發(fā)酵技術(shù)一旦獲得突破，將顛覆現(xiàn)有合成工藝。此外，若能以更大宗廉價(jià)的甾體化合物作為起始原料，通過(guò)生物發(fā)酵降解技術(shù)制備16α-羥基潑尼松龍或其相關(guān)中間體，將大幅度降低現(xiàn)有的工藝成本，實(shí)現(xiàn)制備工藝的變革。