16α-羟基泼尼松龙的合成工艺改进

尹琳琳，王乐晓，陈益俊，金旦妮

（台州仙琚药业有限公司，浙江 台州 317016）

16α-羟基泼尼松龙（16α-hydroxprednisolone，图1），化学名为11β，16α，17α，21-四羟基孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮，是一种重要的医药中间体，可用来合成布地奈德、环索奈德和地索奈德等糖皮质激素药物。糖皮质激素类药物已广泛应用于顽固性哮喘、慢性阻塞性肺病等炎症性呼吸道疾病的治疗。其中布地奈德和环索奈德具有使用剂量小、局部抗炎作用强、不良反应少等优点，不但是儿童雾化吸入常用药物，还是临床治疗严重性哮喘和过敏性鼻炎的首选药物[1-5]。

16α-羟基泼尼松龙作为合成奈德类糖皮质激素药物的基础原料，市场应用前景十分广阔，其合成方法得到了医药工作者的高度重视，研究人员已报道了多种通过化学合成法或生物发酵法制备16α-羟基泼尼松龙的工艺路线。其中，以泼尼松龙或氢化可的松为起始原料，采用微生物发酵技术直接制备16α-羟基泼尼松龙[6-8]，具有绿色无污染、步骤少和成本低等优点，但该方法仍处于试验阶段，关键技术有待突破，尚无法工业化生产。如图2所示，化学合成法仍是目前制备16α-羟基泼尼松龙（1）的主要方法[9-10]，以泼尼松龙（2）为起始原料，经酯化、消除、氧化、水解反应等步骤可制得目标产物，该路线虽然步骤较短，但所用原料的成本较高，限制了其工业化应用。

图2 16α-羟基泼尼松龙的传统合成路线Fig.2 The traditional synthetic route of 16α-hydroxprednisolone.

本文在前人的基础上[11-12]改良16α-羟基泼尼松龙的合成工艺，以21-羟基孕甾-1,4,9(11),16-四烯-3,20-二酮-21-醋酸酯（6）为起始原料，经氧化、溴羟化、脱溴及水解反应等四步反应合成16α-羟基泼尼松龙（1）（图3）。

图3 16α-羟基泼尼松龙的合成路线改进Fig.3 Improved synthetic route of 16α-Hydroxprednisolone.

1 实验部分

1.1 主要仪器和原料

Bruker Ascend 600 MHz 型核磁共振仪（DMSO-d6为溶剂，TMS 为内标）；Buchi 数字熔点仪（温度未校正）；

化合物6 为企业自产；其余试剂均为市售分析纯。

1.2 化合物的合成

（1）7 的合成

向250 mL 单口烧瓶中加入原料6（1.83 g,5 mmol）、丙酮50 mL，搅拌溶解后降温至-5 ℃，加入0.5 mL 甲酸，保温反应20 min，控温在-5 ℃下缓慢加入高锰酸钾溶液125 mL（0.1 mol/L），继续保温反应，薄层色谱法（TLC）监测原料在30 min后反应完全。向反应液中加入50 mL 饱和亚硫酸钠溶液，再加入50 mL 二氯甲烷萃取分层，有机层经无水硫酸钠干燥后低温真空浓缩至干，干燥后得到白色固体7（1.96 g），收率98%。

（2）8 的合成

向250 mL 单口烧瓶中加入化合物7（1.80 g,4.5 mmol）、丙酮50 mL、0.2 mL 高氯酸（70%）及2.5 mL 水，搅拌溶解后降温至0 ℃，保温反应20 min，控温在0 ℃下加入二溴海因（DBDMH,1.55 g,5.4 mmol），避光保温反应，TLC 监测原料在3 h 后反应完全。向反应液中加入50 mL 二氯甲烷及25 mL 水，萃取分层，有机层经无水硫酸钠干燥后低温真空浓缩至干，干燥后得到黄色固体8（2.15 g），收率为96%。

（3）9 的合成

向250 mL 单口烧瓶中加入化合物8（1.99 g,4 mmol）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）40 mL，搅拌溶解后降温至0 ℃，制成溶液A。在另一100 mL单口烧瓶中加入氯化铬（0.063 g,0.4 mmol）、巯基乙酸4 mL、锌粉（0.31 g,4.8 mmol）、DMF 10 mL，搅拌溶解后降温至0 ℃，制成脱溴试剂B。控温在0 ℃下将溶液A 缓慢加入至脱溴试剂B 中，保温反应，TLC 监测原料在3 h 后反应完全。向反应液中加入50 mL 二氯甲烷及25 mL 水，萃取分层，有机层经无水硫酸钠干燥后低温真空浓缩至干，甲醇重结晶，过滤干燥后得到白色固体9（1.54 g），收率92%。

（4）1 的合成

向250 mL 单口烧瓶中加入化合物9（1.26 g,3 mmol）、甲醇25 mL、二氯甲烷25 mL，搅拌溶解后降温至0 ℃，加入配置好的10%氢氧化钠溶液5 mL，保温反应，TLC 监测，30 min 后反应完全。向反应液中加入5%醋酸溶液调节pH 为6～7，加入50 mL 二氯甲烷及25 mL 水，萃取分层，有机层经无水硫酸钠干燥后低温真空浓缩至干，甲醇重结晶，过滤干燥后得到白色固体1（1.07 g），收率为95%。熔点：184 ℃～186 ℃，文献报道熔点为183 ℃～186 ℃。

核磁氢谱：1H NMR（600 MHz,DMSO-d6）δ:7.30 (d,J=10.0 Hz,1H),6.16 (dd,J=10.0,2.0 Hz,1H),5.91 (s,1H),5.75 (s,1H),5.37 (s,1H),4.76(d,J=8.0 Hz,1H),4.67 (d,J=3.2 Hz,1H),4.55～4.50 (m,1H),4.47 (s,1H),4.28～4.21 (m,1H),4.08(d,J=19.6 Hz,1H),2.56～2.43 (m,1H),2.33～2.23(m,1H),2.04 ～1.70 (m,6H),1.54 ～1.46 (m,1H),1.44～1.31(m,4H),1.07～0.85(m,1H),0.86 (s,3H)。

核磁碳谱：13C NMR（150 MHz,DMSO-d6）δ:212.3，185.6，170.8，157.1，127.6，122.1，88.2，71.8，68.7，67.1，55.6，55.4，50.2，47.5，44.2，39.7，34.5，34.3，31.8，31.1，21.3，17.6。

质谱：MS (ESI) m/z:理论值C21H28O6[M+H]+377.1959,实测值377.1955。

2 结果与讨论

2.1 氧化反应影响因素研究

在氧化反应中，不同氧化体系对反应收率的影响较大，本路线初步考察了高锰酸钾用量和酸性催化剂对反应的影响，结果见表1。实验表明：控制化合物6 (5 mmol)，KMnO4(10 mmol)，-5 ℃下反应1 h，不同酸催化剂对反应收率影响较大，其中使用甲酸收率为88%，使用乙酸收率为76%，使用丙酸收率为69%，由此选用甲酸作为反应的较优催化剂。随后对KMnO4用量进行探究，当KMnO4用量减少为7.5 mmol 时，反应收率降低为82%；若增大KMnO4用量为12.5 mmol，反应收率提高为98%；进一步增大KMnO4用量（15 mmol）时，由于副产物的增多，反应收率反而降低为91%。由此氧化反应的最优反应条件为：以丙酮为溶剂，6 用量为5 mmol，KMnO4用量12.5 mmol，甲酸用量为0.5 mL，-5 ℃下反应1 h，可以98%的收率得到目标产物7。

表1 氧化反应条件的优化aTab.1 Optimization of the oxidation

2.2 溴羟化反应影响因素研究

在溴羟化反应中，不同溴代试剂的反应活性存在一定的差异，本路线初步考察了N-溴代丁二酰亚胺（NBS）、二溴海因（DBDMH）、三溴异氰尿酸（TBCA）三种常用溴代试剂、反应温度等工艺条件对反应的影响，结果见表2。实验表明：控制化合物7 (4.5 mmol)，溴代试剂用量（4.5 mmol），反应溶剂丙酮与水的体积比为20：1，室温下反应2 h时，不同溴代试剂对反应收率影响较大，其中使用NBS 收率为56%，使用DBDMH 收率为73%，使用TBCA 收率为64%，由此选用DBDMH 作为反应的溴代试剂。随后对DBDMH 最佳用量进行探究，结果表明，当增大DBDMH 用量至5.4 mmol时，反应收率提高至81%；继续增大DBDMH 用量至6.75 mmol，反应收率不再提高。适当降低反应温度有利于溴羟化产物的生成，当降低反应温度至10 ℃时，反应收率提高至89%；继续降低反应温度至0 ℃时，反应收率进一步提高至93%；进一步降低温度至-5 ℃时，由于反应速率变慢导致收率降低至91%。

表2 溴代试剂及反应温度的优化aTab.2 Optimization of the bromination reagents and reaction temperature

在得到较优的溴代试剂及用量，并确定较佳反应温度后，对于溴羟化反应的溶剂及反应时间做进一步探究，结果见表3。首先探究反应溶剂对反应收率的影响，当控制有机溶剂与水的比例为20:1 时，考察了与水互溶的四氢呋喃、乙腈对反应的影响，实验表明，四氢呋喃、乙腈参与的羟溴化收率明显低于丙酮组反应，收率分别为76%和75%。随后考察了丙酮与水的最佳体积比，将丙酮/H2O 比例调整至10:1 时，反应收率降为86%；将丙酮/H2O 比例调整至30:1 时，反应收率进一步降为82%，表明低含水量对反应具有一定的抑制作用。最后对反应时间进一步考察，实验表明反应3 h 原料即可基本转化完全。

表3 反应溶剂及反应时间的优化aTab.3 Optimization of the solvent and reaction time

由此羟溴化反应的最优反应条件为：以丙酮为溶剂，丙酮与水的体积比为20:1，化合物7 用量为4.5 mmol，二溴海因用量为5.4 mmol，0℃下反应3 h，可以96%的收率得到目标产物8。

2.3 脱溴反应影响因素研究

在巯基乙酸（TGA）的参与下，通过加入CrCl3与锌粉原位生成CrCl2是当下常用的脱溴方法。本路线初步考察了反应溶剂和反应温度对反应收率的影响，结果见表4。控制锌粉和氯化铬用量一定的情况下，考察不同溶剂对反应的影响，实验表明，使用THF 作为反应溶剂，反应收率为79%；使用乙酸乙酯（EtOAc）作为反应溶剂，反应收率为72%；使用N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作为反应溶剂，反应收率为83%，由此选用DMF 为反应最优溶剂。

表4 脱溴反应条件的优化aTab.4 Optimization of the debromination

随后探究反应温度对反应的影响，实验表明，随着反应温度的降低，反应收率随之提高，当降低反应温度至0 ℃时，反应收率可提高至92%；进一步降低温度为-5 ℃时，由于反应速率变慢导致收率降低为90%。

由此脱溴反应的最优反应条件为：以DMF 为溶剂，化合物8 用量为4 mmol，锌粉用量为4.8 mmol，氯化铬用量为0.4 mmol，0 ℃下反应3 h，可以92%的收率得到目标产物9。

3 结论

综上所述，以21-羟基孕甾-1,4,9(11) ,16-四烯-3,20-二酮-21-醋酸酯（6）为起始原料，经氧化、溴羟化、脱溴及水解等四步反应合成16α-羟基泼尼松龙（1），条件优化后的每步反应收率分别为98%（氧化）、96%（溴羟化）、92%（脱溴）及水解（95%），总收率达82.2%。和传统路线相比，本路线采用了更加廉价的21-羟基孕甾-1,4,9(11),16-四烯-3,20-二酮-21-醋酸酯作为反应原料，不仅降低了生产成本，而且经优化后的工艺路线避免了选择性较差的消除反应，减少了杂质的生成，路线总收率得到提高，适合工业化生产。