潑尼松合成方法綜述

于旭超， 劉風強， 雷偉， 林建東

（臺州仙琚藥業有限公司， 浙江 臺州 317016）

潑尼松（Prednisone, 1）又稱強的松、去氫可的松，化學名稱為：17α，21-二羥基孕甾-1，4-二烯-3，11，20-三酮（圖1），具有抗過敏作用，能抑制結締組織的增生， 屬于腎上腺皮質激素類藥物，具有抗炎及抗細血管壁和細胞膜的通透性，減少炎性滲出，并能抑制組胺及其他毒性物質的形成與釋放。 潑尼松是潑尼松龍的前藥，口服給藥后經體內肝臟11β-羥基類固醇脫氫酶（11β-HSD）代謝轉化為活性物潑尼松龍，臨床上可用于系統性紅斑狼瘡、 藥物性皮炎及自身免疫性疾病等治療。 潑尼松水鈉潴留及排鉀作用比可的松小，抗炎及抗過敏作用較強，副作用較少，故臨床上應用較為廣泛[1-5]。

由于潑尼松為甾體類化合物， 合成路線長、工藝繁瑣，實現工業化生產難度較大，因此工業制備潑尼松通常采用以甾體化合物為原料的半合成法。 因潑尼松獨特的藥理活性，其原料藥的制備方法得到了醫藥工業領域的廣泛重視，發展高效、綠色的潑尼松合成方法具有現實意義。 本文綜述潑尼松合成方法，并對潑尼松合成工藝改進方向進行展望。

1 潑尼松的合成方法

1.1 合成路線1——以16,17-環氧黃體酮為原料

潑尼松的傳統合成方法：以16,17-環氧黃體酮為原料，經微生物發酵、環氧開環、氫化、碘代、脫氫、水解等8 步反應制備（Scheme 1）[6-11]。 1950年，Petersen 等[6-8]通過采用霉菌發酵實現在孕酮第11 位引入羥基，這一關鍵發現為從黃體酮合成皮質類固醇提供了理論依據。以16，17-環氧黃體酮（2）為原料，用黑色根霉發酵引入11 位羥基，現已被廣泛用于工業化生產。 雖然發酵單次轉化率只有50%左右， 但由于反應選擇性較好， 而且16，17-環氧黃體酮（2）與羥基化物3 易通過結晶分離， 因此原料2 可從母液中回收重復利用，使發酵過程的綜合產率高于88%。11 位醇羥基經三氧化鉻氧化可得到氧化物4， 進一步采用氫溴酸對16 位環氧開環，可得到溴羥化合物5，再經雷尼鎳催化氫化還原得到化合物6。

Scheme 1

隨后，Stork 等[9]和Joly 等[10]對21 位甲基進行后續轉化，經羰基α 位碘代及醋酸鉀親核取代得到醋酸酯中間體7。 目前工業生產中脫氫反應主要采用微生物發酵法，以棒狀桿菌和諾卡氏菌為菌種， 以較高的選擇性實現1，2 位脫氫化合物8的合成[11-12]。 在生物發酵法技術應用之前，化學法引入1，2 位雙鍵曾被廣泛使用。 其中，2,3-二氯-5,6-二氰基苯醌(DDQ)[13]和二氧化硒[14]是最常用的脫氫試劑。 然而，DDQ 用量大，反應液顏色深，后處理較為繁瑣；二氧化硒的毒性較高，工業化應用受限。 因此，生物發酵脫氫法與化學脫氫法相比，成本、選擇性等方面都更具優勢。 最后將脫氫產物8 通過簡單堿性條件下的水解反應得到潑尼松（1）。

此條工藝路線現已被廣泛應用于潑尼松的工業化生產， 但該路線仍具有一定的缺陷：（1）11位醇羥基氧化需要依賴高價金屬鉻氧化，導致含鉻廢水量大，廢液難處理；（2）生物發酵脫氫反應雖然已實現產業化，但現有發酵技術扔存在母液有效物含量少、發酵效率低、提取成本較高等問題。

1.1.1 氧化新方法

現有的合成工藝中，11 位羥基氧化通常采用三氧化鉻，導致含鉻廢水量大，廢液難以處理。 由于Cr6+具有較強的氧化性， 甾環其他位置上的雙鍵、羥基耐受性不佳，導致氧化反應選擇性差、收率低、雜質多。 研究人員已經開發部分11 位羥基氧化的改進方法。例如，盧彥昌等[15]提出了一種新的氧化11 位羥基的方法， 采用次氯酸鈉為氧化劑，2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧化物（TEMPO）作為催化劑，溴化鉀為助催化劑，室溫條件下將11 位羥基氧化得到化合物6（Scheme 2），后續再經過碘代、親核取代和水解反應，可制備得到潑尼松。該方法避免了重金屬鉻試劑的使用，反應條件更溫和、綠色，易于工業化實施。

Scheme 2

此外，陳偉等[16]發展了一種11 位醇羥基的光催化氧化方法，以半導體材料二氧化鈦為光催化劑，硝酸銀為助催化劑，在深紫外光的照射下，激發光催化劑產生電子空穴，通過單電子轉移過程將11 位的羥基氧化為羰基（Scheme 3）。上述方法采用綠色的氧氣作為氧化劑，光敏劑及助催化劑均只需催化量，從工藝源頭避免了化學當量強氧化劑的使用，工藝成本低，后處理簡單。

Scheme 3

1.1.2 脫氫反應

近年來，通過化學法實現A 環脫氫反應的研究也獲得了一定進展。例如，Olivetq 等[17]采用溴單質對原料二氫可的松-21-醋酸酯（11）進行1,4-位二溴代， 得到二氫可的松2,4-二溴代衍生物12，再經過3,5-二甲基吡啶脫溴化氫，最后在碳酸氫鉀中水解得到潑尼松（1）（Scheme 4）。

Scheme 4

微生物發酵法是潑尼松A 環引入雙鍵的常用方法，常見的發酵菌為棒狀桿菌和諾卡氏菌[18]。后續的研究過程中發現，上述菌種在發酵反應過程中，除了能夠實現脫氫反應外，也能夠催化其他官能團轉化（如碳碳雙鍵、碳氧雙鍵還原，羥基的氧化等）， 也廣泛應用于甾體側鏈的分解或甾體環的降解過程。 研究表明，紅球菌屬生物除了能夠實現各種固醇的羥基化或氧化外[19]，也可以應用于甾環的脫氫反應，且比棒狀桿菌和諾卡氏菌具有更高的選擇性。 Costa 等[20]對13 株紅球菌進行篩選，發現一種新型紅球菌，以可的松為原料，可實現高效催化脫氫得到潑尼松（Scheme 5），摩爾收率可達94%。

Scheme 5

1.2 合成路線2——以11α-羥基雄烷-1,4-二烯-3,17-二酮為原料

采用來源廣泛、成本低廉的甾體化合物進行結構修飾是合成甾體藥物的主要途徑之一，例如雄甾酮類化合物已被大量應用于合成各種甾體藥物，其D 環側鏈經結構修飾可得到潑尼松類似物。 Marcel 等[21]以雄甾酮化合物14為原料，首先通過與金屬鋰試劑的縮合反應構建烯醚結構15，隨后在對甲苯磺酸中加熱攪拌，經烯醚水解后再經硼氫化鈉甲醇溶液還原得到二醇物16。以間氯過氧苯甲酸（m-CPBA）作為環氧化試劑進行側鏈烯烴的環氧化， 環氧化物中間體性質不穩定，很容易發生分子內環化/開環串聯反應得到縮酮中間體17。 最后，縮酮17在酸性條件下水解得到化合物18（Scheme 6）。 該方法以廉價易得的雄甾酮類化合物為原料，為潑尼松側鏈構建提供了新的思路，但使用的金屬鋰試劑用量較大，成本較高，其側鏈構建方法不適合工業化生產。

Scheme 6

劉喜榮等[22]報道了一條以11α-羥基雄烷-1,4-二烯-3,17-二酮（19）為原料合成潑尼松的路線。 首先，19經醋酸/三氧化鉻體系氧化得到氧化物20。 隨后，17 位羰基經丙酮氰醇氰基加成后，再對17 位羥基進行硅醚化得到中間體22。 在強堿正丁基鋰中，22經分子內的親核取代反應得到23， 再經乙酰氧基取代可得醋酸潑尼松（8）（Scheme 7）。 該路線提供了一種新的D 環側鏈修飾方法，可避免傳統路線中的碘代工藝，不使用毒性大、成本高的碘單質。 然而該路線需采用含氰試劑，導致含氰廢水量大，工業化實施難度較大。

Scheme 7

1.3 合成路線3——以RSA 為原料

吳亞克等[23]以孕甾-4-烯17α, 21-二醇-3,20-二酮-21-醋酸酯（RSA，24）為原料，依次經過發酵羥化反應、發酵脫氫反應、氧化反應和水解反應制得潑尼松（Scheme 8）。 該制備方法采用大宗化的RSA 為起始原料，無需經過碘代再置換的步驟，合成路線短，總收率較高，但該方法11 位羥基氧化仍然需采用三氧化鉻作為氧化劑。

Scheme 8

1.4 合成路線4——以醋酸阿奈可他為原料

通常甾環化合物11 位羰基的引入需采用微生物發酵羥化、化學法氧化兩步反應實現， Hicks等[24]報道一種通過雙鍵親電加成、氧化、還原脫溴等步驟引入11 位羰基的方法。 首先，在叔丁醇中添加適量硫酸，加入N-溴代乙酰胺，可得到溴羥化產物（28），實現了11 位羥基的引入（Scheme 9）。該方法提供了一種新的11 位羥基化方法， 再通過醇羥基氧化及C-Br 鍵還原即可制得目標化合物。 上述方法為甾體化合物的11 位羰基化提供了新的思路。

Scheme 9

王宇等[25]通過HClO4（高氯酸）/N-溴代丁二酰亞胺（NBS）體系實現了9 位雙鍵的溴羥化。 在二醋酸碘苯（DIB）和碘單質存在下，通過光照得到氧化脫溴產物（Scheme 10）。兩步反應產率僅有38%，而且反應過程中采用了毒性大、成本高的碘單質作為光反應引發劑。 因此發展更綠色溫和的氧化/脫溴方法對于該工藝路線的工業化至關重要。

Scheme 10

陳偉等[26]以醋酸阿奈可他為原料，經溴羥化、脫溴重排兩步反應引入11 位羰基（Scheme 11）。首先，在甲磺酸催化下，以二溴氰基乙酰胺為溴化劑，原料32發生溴羥化反應得到溴羥物33，再經過吡啶氫溴酸脫溴重排， 得到氧化產物7。 最后，化合物7經過簡單諾卡氏菌和灰色鏈霉菌兩種微生物發酵實現1,2 位脫氫， 并經水解得到最終產物潑尼松。 該工藝路線短，避免了三氧化鉻、碘單質等有毒有害試劑的使用，更加綠色安全。

Scheme 11

2 總結及展望

（1）4 種潑尼松的合成路線都存在一定的缺陷， 前3 條路線均需采用三氧化鉻實現11 位羥基的氧化，雖然研究人員已發展了幾種氧化的替代方法，但相關研究由于生產成本高、放大重復性差等問題，暫無法滿足工業化，主要停留在實驗室小試階段。 另外，路線1 中還存在路線長，氫氣催化氫化存在安全隱患等問題；路線2 采用劇毒試劑丙酮氰醇作為氰源， 廢水難以處理，且LDA 催化的分子內取代反應條件苛刻， 重復性差； 路線4 存在原料醋酸阿奈可他的來源少，成本較高的問題。

（2）隨著潑尼松的市場需求越來越大，綠色、安全的制藥工藝路線的開發更加重要。 未來潑尼松合成路線的研究方向主要包括： ①尋找來源廣、更加容易修飾的天然甾體原料化合物，進一步縮短潑尼松的合成路線； ②改進現有11 位羥基氧化工藝，光催化氧化已在合成方法學上獲得突破，隨著新型光催化反應器的出現，光催化氧化反應將取得良好的放大效應，有望盡早實現對三氧化鉻氧化工藝的替換；③隨著合成生物學理論和技術的不斷發展， 可以優選出更加專一、高效的菌種實現選擇性脫氫、羥化反應，提高工藝的整體收率。