16α-羥基潑尼松龍合成方法綜述

蔣建武，江海，尹琳琳，林建東

（臺州仙琚藥業有限公司，浙江 臺州317016）

16α-羥基潑尼松龍(1)，英文名稱為16α-hydroxprednisolone，分子式為C21H28O6，化學名稱為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藥中間體，可用于制備布地奈德(2)、環索奈德(3)和地索奈德(4)等糖皮質激素藥物[1-3]：

糖皮質激素類藥物廣泛應用于頑固性哮喘、慢性阻塞性肺病等炎癥性呼吸道疾病的治療。其中布地奈德和環索奈德，具有使用劑量小、局部抗炎作用強和不良反應少等優點，不僅是兒童霧化吸入常用藥物，還是臨床治療嚴重性哮喘和過敏性鼻炎的首選藥物[4-8]。此外，奈德類糖皮質激素類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，有效緩解初始癥狀[9]。

16α-羥基潑尼松龍作為合成奈德類糖皮質激素藥物的基礎原料，市場應用前景十分廣闊。制備方法主要包括化學合成法和微生物發酵法。化學合成法采用潑尼松龍或醋酸潑尼松為起始原料，普遍存在消除反應選擇性差、總收率低和工藝三廢量大等缺點，且中間體鄰二醇的制備不可避免采用重金屬錳試劑，不利于工業化生產。微生物發酵法主要以潑尼松龍為起始原料，通過微生物發酵技術直接生成16α-羥基潑尼松龍。生物催化法具有步驟少、選擇性好等優點，研究人員已經在該領域做了初步研究。然而，現有菌種活性差，發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-羥基潑尼松龍工業化制備中的進一步應用。

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 在對甲苯磺酸（p-TsA）的催化作用下，與原乙酸三乙酯（CH3(OC2H5)3）經酯交換反應得到化合物6；6 再經水解、?；炔襟E得到17α-脫羥醋酸潑尼松龍(7)；在堿性條件下，7 經消除C-17位乙?；?，得到不飽和烯酮結構化合物8；8 經高錳酸鉀（KMnO4）雙鍵氧化反應得到鄰二醇化合物9；9再經水解反應得到目標產物1。

該方法路線較為繁瑣，所用試劑對環境污染較大，總收率較低僅為4.9%，不適用于工業化生產。

殷超等對上述反應路線進行了改進，將生產工藝由6步反應縮短至4步[11]：

5 直接在對二甲氨基吡啶（DMAP）催化下，通過與醋酐的酰化反應保護C-11、C-17、C-21 位處羥基結構，得到三醋酸酯中間體化合物10；10經消除、氧化及水解等步驟制得目標產物1。

該方法產品收率高，生產成本降低。但是，中間體的制備仍需使用KMnO4，導致產品重金屬殘留較高，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催化劑，雙氧水（H2O2）作氧化劑，實現了16α-羥基潑尼松龍的合成[12]：

5在咪唑類酸性離子液體中，先進行脫水反應得到烯酮中間體13；13經氧化得到目標產物1。

該方法具有創新性，使用離子液體作為反應介質和催化劑，路線設計簡單，總收率較高約85%。但是，離子液體造價昂貴，核心步驟反應時間較長，且過量的H2O2使用存在較高風險，不利于工業化生產。

2 以醋酸潑尼松為原料

王勇報道了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 經消除反應脫去C-17 位羥基得到不飽和烯酮中間體化合物15；15 經KMnO4氧化得到鄰二醇化合物16；16 與氨基脲（NH2NHCONH2）通過縮合實現C-3 和C-20 酮基的選擇性保護得到化合物17；17 被硼氫化鉀（KBH4）選擇性還原得到三羥基化合物18；18經水解反應制得目標產物1。

該方法通過加入阻滯劑抑制KMnO4對反應物的氧化速度，提高了氧化反應選擇性，但需要多步保護和脫保護反應，反應步驟長，原子經濟性低，成本較高。

楊坤等報道了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，經醋酐的?；磻玫诫p醋酸酯化合物19；19 的C-11 位酮基經硼氫化鈉（NaBH4）選擇性還原得到化合物7；7 經消除、氧化及水解反應制得目標產物1。

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

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

14 首先與三甲基氯硅烷（TMSCl）在有機堿催化下發生C-11 位硅醚化反應得到化合物21；21在三氧化硫/Py體系中發生C-17位脫水反應，并在酸性條件下進一步水解脫硅醚保護得到8；8 與間氯過氧苯甲酸（m-CPBA）發生環氧化反應得到化合物22；22 與冰醋酸在對甲苯磺酸催化下開環得到化合物23；最后，23 在氧化鋁固相堿催化劑的催化下水解得到目標產物1。

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

3 其他甾體化合物作為原料

近年來，研究人員也報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經雙鍵溴羥化反應得到溴羥物26；以鋅粉/氯化鉻為還原體系，巰基乙酸（TGA）為供氫劑，26 可經還原脫溴得到9；9經水解得到目標產物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）體系中進行雙鍵加成反應得到溴代甲酸酯中間體化合物27；27經還原脫溴及水解得到目標產物1。

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

4 微生物發酵法

以廉價易得的甾體化合物為原料，采用生物發酵技術直接制備16α-羥基潑尼松龍是當下的研究熱點，研究人員已在該領域作了初步研究。例如，張文權等采用玫瑰產色鏈霉菌菌株TS-58發酵得到16α-羥基潑尼松龍，潑尼松龍轉化率為13.8%[19]。吳倩等利用雙氧水代替天然的電子傳遞系統，實現了玫瑰產色鏈霉菌P450s酶體外催化潑尼松龍得到16α-羥基潑尼松龍，潑尼松龍轉化率達到了35.7%[20]。RESTAINO 等將單純節桿菌和玫瑰產色鏈霉菌進行全細胞偶聯，氫化可的松經生物轉化直接得到16α-羥基潑尼松龍，收率達到68.8%[21]。

5 結束語

綜上所述，16α-羥基潑尼松龍有4 種合成方法?；瘜W合成法主要采用潑尼松龍或醋酸潑尼松為起始原料，經5步左右化學反應制得，但普遍存在消除反應選擇性差、總收率低、工藝三廢量大等缺點，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到工業化要求。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，但仍存在關鍵步驟選擇性較差、收率低及路線設計不夠綠色環保等缺點[19-21]。相比化學合成法，生物發酵法具有步驟少、選擇性好等優點，研究人員已經在該領域做了初步研究，然而現有的菌種活性差，發酵液中16α-羥基潑尼松龍的有效物含量低，提取成本較高，上述缺點制約了生物催化法在16α-羥基潑尼松龍工業化制備中的進一步應用。

展望未來，建議16α-羥基潑尼松龍的工藝改進方向為：

1）過硫酸鹽參與的烯烴順式雙羥化反應已獲得了一定的進展，未來有望應用于16 位雙鍵氧化，實現對KMnO4氧化工藝的替代[22]。

2）光催化技術應用于還原脫溴反應最近已成功開發，后期結合較成熟的光催化放大反應器可應用于還原脫溴工藝，從而在工藝源頭避免金屬鉻的使用[23]。

3）隨著合成生物學的不斷發展，16α-羥基化生物發酵技術一旦獲得突破，將顛覆現有合成工藝。此外，若能以更大宗廉價的甾體化合物作為起始原料，通過生物發酵降解技術制備16α-羥基潑尼松龍或其相關中間體，將大幅度降低現有的工藝成本，實現制備工藝的變革。