甾体化合物RSA的11β-羟基化反应
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醛固酮合酶基因多态性与原发性高血压的研究进展
醛固酮合酶基因多态性与原发性高血压的研究进展彭博，李娟*(佳木斯大学附属第一医院，黑龙江佳木斯154003)[摘要]醛固酮在调节电解质和水的体内平衡以及维持血压方面起着重要作用。
在醛固酮的生产中特别重要的是醛固酮合酶(CYP11B2)，其催化该激素合成中的最后三个反应。
许多研究表明，醛固酮合酶基因变异，尤其是-344 C/T多态性，与高血压病有关。
本文是对评估醛固酮合酶基因的-344 C/T多态性对高血压病发展的影响的研究的简短综述。
本文还提供了有关醛固酮产生的分子调控基础信息。
[关键词]醛固酮合酶、基因多态性、原发性高血压[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)05-0087-01Research Progress of Aldosterone Synthase Gene Polymorphism and EssentialHypertensionPeng Bo, Li Juan*(First Hospital Affiliated to Jiamusi University, Jiamusi 154003, China)Abstract: Aldosterone plays an important role in regulating the homeostasis of electrolytes and water and maintaining blood pressure. Particularly important in the production of aldosterone is aldosterone synthase (CYP11B2), which catalyzes the last three reactions in the synthesis of this hormone. Many studies have shown that mutations in the aldosterone synthase gene, especially the -344 C/T polymorphism, are related to hypertension. This article is a brief review of studies evaluating the impact of the -344 C/T polymorphism of the aldosterone synthase gene on the development of hypertension. This article also provides basic information about the molecular regulation of aldosterone production.Keywords: Aldosterone synthase；gene polymorphism；essential hypertension1 CYP11B2基因中的344C/T多态性的生物学特性内分泌系统肾素-血管紧张素-醛固酮(RAA)是控制人体水和电解质平衡以及血压的最重要系统之一。
甾体化合物的生物转化
甾体化合物的生物酶法结构改造
O
O
孕酮
根霉菌
O HO
O
11-羟基孕酮
O
HO
OH
O
皮质醇
O OH
O
OH
O
皮质酮
内容
1、概述 2、酶催化和微生物催化的反应类型 3、甾体生物转化的主要反应 4、代表性实例 5、结束语
1、 概述
生物转化（Biotransformation）是指利用生物体系以及它们所 产 生 的 酶 对 外 源 化 合 物 （ exogenous substrate, foreign substrate, xenobiotics compound）进行结构修饰而获得有价 值产物的生理生化反应，其本质是利用生物体系本身所产生的酶对 外源化合物进行酶促催化反应。生物转化具有反应选择性强（位置 选择性 regio-selectivity 和立体选择性 stereo-selectivity）、 高效率、反应条件温和、副产物少、不造成环境污染、后处理简单 等优点 。迄今，在生物转化研究领域已取得了很大的进展。生物 转化不仅应用于有机合成的研究中，而且还应用于植物次生代谢产 物的结构修饰、活性先导化合物的寻找及药物构效关系的探索等研 究中，被称为“绿色化学，green chemistry”，用于药物开发、 环境净化等科学领域，有着重要的理论意义及实际应用价值。
COOH O -呋喃甲酸
(4)
OH
O
C
C
H
乙酸杆菌属
OH
O
环戊酮
(5)
CH3
CHO
CH3 假单孢菌
CHO
OH
OH
4-羟 基苯 甲 醛
(6)
CH3
COOH
O
O
孕酮
根霉菌
O HO
O
11-羟基孕酮
O
HO
OH
O
皮质醇
O OH
O
OH
O
皮质酮
内容
1、概述 2、酶催化和微生物催化的反应类型 3、甾体生物转化的主要反应 4、代表性实例 5、结束语
1、 概述
生物转化（Biotransformation）是指利用生物体系以及它们所 产 生 的 酶 对 外 源 化 合 物 （ exogenous substrate, foreign substrate, xenobiotics compound）进行结构修饰而获得有价 值产物的生理生化反应，其本质是利用生物体系本身所产生的酶对 外源化合物进行酶促催化反应。生物转化具有反应选择性强（位置 选择性 regio-selectivity 和立体选择性 stereo-selectivity）、 高效率、反应条件温和、副产物少、不造成环境污染、后处理简单 等优点 。迄今，在生物转化研究领域已取得了很大的进展。生物 转化不仅应用于有机合成的研究中，而且还应用于植物次生代谢产 物的结构修饰、活性先导化合物的寻找及药物构效关系的探索等研 究中，被称为“绿色化学，green chemistry”，用于药物开发、 环境净化等科学领域，有着重要的理论意义及实际应用价值。
COOH O -呋喃甲酸
(4)
OH
O
C
C
H
乙酸杆菌属
OH
O
环戊酮
(5)
CH3
CHO
CH3 假单孢菌
CHO
OH
OH
4-羟 基苯 甲 醛
(6)
CH3
COOH
甾类激素药物的生产
发酵：将玉米浆、酵母膏、硫酸铵、葡萄 糖及水投入发酵罐中搅拌，用氢氧化钠溶 液调整物料pH值到5.7～6.3，加入0.03%豆 油，灭菌温度120℃，通入无菌空气，降温 至27～28℃，接入犁头霉孢子悬浮液，维 持罐压0.6kg/cm2，控制排气量，通气搅拌 发酵28～32小时。用氢氧化钠溶液调pH值 到5.5～6.0
投入底物氧化：发酵液体积0.15%的莱氏化合物S， 氧化48小时后，取样作比色试验检查反应终点。 提取：到达终点后滤除菌丝，滤液用树脂吸附， 然后用乙醇洗脱，洗脱液经减压浓缩至适量，冷 却到0～10℃，过滤、干燥得到粗品，熔点195℃， 收率46%左右 或用醋酸丁酯多次提取，合并提取液，减压浓缩 之适量，冷至0～10℃，过滤、干燥得粗品，熔点 为195℃，收率为46%左右
2、工艺过程
种子培养：将梨头霉菌接种到土豆斜面培 养基，28℃培养7～9d，成熟孢子用无菌 生理盐水制成孢子悬液后。 种子培养的条件：培养基为葡萄糖、玉米 浆、硫酸铵等配制，pH为5.8～6.3，接入 孢子悬液后，在通气搅拌下28℃培养 28~32h。待培养液菌浓度达到35%以上， 无杂菌污染，即可转入发酵罐。
四、甾核及边链的选择性降解机理
具有生理活性甾体类药物的基本母核目前 都是从高等动植物中获得 首先必须有选择性地对其边链进行降解。 化学法选择性差，产率低。目前，多采用 微生物转化法。
甾体药物的天然资源
薯蓣皂苷元（约占60%） 豆甾醇（约占15%） 胆甾醇 β-谷甾醇
甾核边链的选择性降解的应用
3、混合培养进行反应是将具有1，2脱氢能力 和11β-羟化能力的微生物并用进行转化反 应。
甾体微生物转化C_11_羟基化的研究进展
物, 且 C11 羟基化产物占优势, 目标产物 C11 羟基
化物的含量较低。在这一过程中, 最有效的甾体 C11 羟基化菌是新月弯孢霉( Curvularia lunata) VKM F
644 和 VNICFI 两株菌, 它们对 RS 和 RSA 呈现了最 高的 C11 羟基化活性, 积累的转化产物量达到 50% ( RS 为底物) ; HC 与副产物 14 羟基 RS 的数量比在 2!1~ 2 5!1 的范围内; 对 RSA 的转化过程, 这两株 菌均 能 生 成 C11 羟 基 化 产 物 HC, 数 量 分 数 为
37 5% , 副产物 14 羟基 RS 为 25% , 主副产物之比 为 1 5!1; 尚存留 20% ~ 25% 的底物 RSA。可见, 以 RSA 作为转化产物, 都要经菌丝培养物的脱乙酰化 ( 水解) 生成 RS, RS 再被液体菌丝培养物的 C11 羟化
酶系催化生成相应的甾体羟化产物, 即目标产物 HC 和副产物 14 羟基 RS。
进行了研究, 也表明新月弯孢霉 C11 羟基化的转化 能力[ 14] 。曾本秀等对新月弯孢霉对甾体 C11 羟基 化的研究也作了部分研究工作, 对菌丝体的培养、底 物的添加浓度及时间、转化条件等进行了一些试验 研究[ 15] 。本实验室通过对新月弯孢霉 AS3 4381 菌 株的选择, 发酵工艺的改进, 提高了投料浓度及总甾 体量的回收率, HC 产率较现有的蓝色犁头霉显著提 高, 有望投入工业化开发[ 6 7] 。
羟基化的研究进展及应用作一评述。
1 甾体 C11 羟基化生物化学反应的机理
甾体的羟化酶都是细胞色素 P450 依赖型单加氧 酶, 是 P450 末端氧化酶, 其利用分子氧而且需要一个 NADPH 提供 电子 转移 系统。RH + O2 + NADPH + H+ ROH+ H2O + NADP+ 。
化物的含量较低。在这一过程中, 最有效的甾体 C11 羟基化菌是新月弯孢霉( Curvularia lunata) VKM F
644 和 VNICFI 两株菌, 它们对 RS 和 RSA 呈现了最 高的 C11 羟基化活性, 积累的转化产物量达到 50% ( RS 为底物) ; HC 与副产物 14 羟基 RS 的数量比在 2!1~ 2 5!1 的范围内; 对 RSA 的转化过程, 这两株 菌均 能 生 成 C11 羟 基 化 产 物 HC, 数 量 分 数 为
37 5% , 副产物 14 羟基 RS 为 25% , 主副产物之比 为 1 5!1; 尚存留 20% ~ 25% 的底物 RSA。可见, 以 RSA 作为转化产物, 都要经菌丝培养物的脱乙酰化 ( 水解) 生成 RS, RS 再被液体菌丝培养物的 C11 羟化
酶系催化生成相应的甾体羟化产物, 即目标产物 HC 和副产物 14 羟基 RS。
进行了研究, 也表明新月弯孢霉 C11 羟基化的转化 能力[ 14] 。曾本秀等对新月弯孢霉对甾体 C11 羟基 化的研究也作了部分研究工作, 对菌丝体的培养、底 物的添加浓度及时间、转化条件等进行了一些试验 研究[ 15] 。本实验室通过对新月弯孢霉 AS3 4381 菌 株的选择, 发酵工艺的改进, 提高了投料浓度及总甾 体量的回收率, HC 产率较现有的蓝色犁头霉显著提 高, 有望投入工业化开发[ 6 7] 。
羟基化的研究进展及应用作一评述。
1 甾体 C11 羟基化生物化学反应的机理
甾体的羟化酶都是细胞色素 P450 依赖型单加氧 酶, 是 P450 末端氧化酶, 其利用分子氧而且需要一个 NADPH 提供 电子 转移 系统。RH + O2 + NADPH + H+ ROH+ H2O + NADP+ 。
甾体类化合物及药物的酶催化合成
工酶的问题
微生物酶促转化制备甾体药物
微生物酶促转化植物甾醇 制造的甾体类药物的重要中间体 AD， ADD，9a-OHAD，HBC
甾体药物微生物酶促转化的主要反应
立体选择性羟基化
酮基不对称还原
区域选择性脱氢
微生物酶促转化的立体选择性羟化
11β、11α、9α、7β ，19, 25位 进行羟基化后产物价值大幅度提升
初创阶段 1940之前
动物组织中分离
起步阶段 1940-1960
化学合成及薯蓣皂素-双烯”半合成体系
成熟阶段 1960-1980
薯蓣皂素产量提升，半合成工业体系随之成熟
转型升级阶段 1980-now
微生物转化植物甾醇取代薯蓣皂素，
微生物细胞转化植物甾醇的代谢途径
植物甾醇的微生物天然代谢途径最终生成 丙酰CoA和丙酸盐 改造微生物代谢途径后可以制备 甾体重要中间体 AD， ADD，9a-OHAD，HBC
甾体从头合成细胞工厂的创建与优化
酶系
3-酮基 甾体-Δ1-脱氢酶（ Rieske 型7（8）位脱氢酶
微生物酶促转化区域选择性脱氢 目前的问题及对策
1. 脱氢后的化合物极易被宿主细胞中的酶进一步代谢消耗 对策：敲除宿主后续代谢相关酶系，积累产物
2. 异源表达难度较大 对策：MBP融合表达，调整表达宿主（昆虫系统表达）
3. 羟化酶系选择性和活性较低 对策： 蛋白质工程改造提高区位选择性及活力
4.羟化酶还原酶未知或电子传递效率较低 对策： 在原菌株中进行高效表达
微生物酶促转化的酮基还原
区域选择性脱氢概述
脱氢位置 3 17 3,7,12
产物 黄体酮， 雌二醇 胆酸类
酶系 3-HSD 17-HSD SDR
微生物酶促转化制备甾体药物
微生物酶促转化植物甾醇 制造的甾体类药物的重要中间体 AD， ADD，9a-OHAD，HBC
甾体药物微生物酶促转化的主要反应
立体选择性羟基化
酮基不对称还原
区域选择性脱氢
微生物酶促转化的立体选择性羟化
11β、11α、9α、7β ，19, 25位 进行羟基化后产物价值大幅度提升
初创阶段 1940之前
动物组织中分离
起步阶段 1940-1960
化学合成及薯蓣皂素-双烯”半合成体系
成熟阶段 1960-1980
薯蓣皂素产量提升，半合成工业体系随之成熟
转型升级阶段 1980-now
微生物转化植物甾醇取代薯蓣皂素，
微生物细胞转化植物甾醇的代谢途径
植物甾醇的微生物天然代谢途径最终生成 丙酰CoA和丙酸盐 改造微生物代谢途径后可以制备 甾体重要中间体 AD， ADD，9a-OHAD，HBC
甾体从头合成细胞工厂的创建与优化
酶系
3-酮基 甾体-Δ1-脱氢酶（ Rieske 型7（8）位脱氢酶
微生物酶促转化区域选择性脱氢 目前的问题及对策
1. 脱氢后的化合物极易被宿主细胞中的酶进一步代谢消耗 对策：敲除宿主后续代谢相关酶系，积累产物
2. 异源表达难度较大 对策：MBP融合表达，调整表达宿主（昆虫系统表达）
3. 羟化酶系选择性和活性较低 对策： 蛋白质工程改造提高区位选择性及活力
4.羟化酶还原酶未知或电子传递效率较低 对策： 在原菌株中进行高效表达
微生物酶促转化的酮基还原
区域选择性脱氢概述
脱氢位置 3 17 3,7,12
产物 黄体酮， 雌二醇 胆酸类
酶系 3-HSD 17-HSD SDR
工业微生物学 重点
难点：
1.真核细胞与原核细胞构造的异同；
2.酵母菌的繁殖方式、生活史；
3.霉菌菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史。
本章主要教学要求：此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握原核生物与真核微生物的主要区别，酵母菌和霉菌的形态、结构与功能、培养特征、繁殖方式和生活史等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常见的酵母菌和霉菌。
第二章原核生物的形态、构造与功能
第一节细菌
第二节放线菌
第三节蓝细菌
第四节支原体、立克次氏体和衣原体
教学基本内容：
1.细菌：主要介绍细菌的形态和大小、原核生物的细胞结构和功能、细菌的繁殖方式、细菌的菌落特征及工业上常见的有益菌和有害菌，如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）用于生产α-淀粉酶（BF7658）蛋白酶(中性蛋白酶，AS1.398)醋酸杆菌，醋酸发酵：恶臭醋杆菌（AS.1.41），巴氏醋酸菌（沪酿1.01）保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）（改名：德氏乳杆菌保加利亚亚种）酸奶发酵剂；嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）酸奶发酵剂；北京棒杆菌（Corynebacterium pekinese）谷氨酸发酵；大肠埃希氏菌（Escherichia coli）生产谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸、天冬酰胺酶食品卫生重要指示菌，作为粪便污染指标来评价食品的卫生质量；肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）右旋糖酐（代血浆）和葡聚糖（sephadex）；双歧杆菌（Bifidobacterium）能在肠道定植的益生菌；苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）细菌杀虫剂；.丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）丙酮，丁醇；荧光假单胞杆菌（Pserdomonas fluorescens）降解苯酚等。
1.真核细胞与原核细胞构造的异同；
2.酵母菌的繁殖方式、生活史；
3.霉菌菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史。
本章主要教学要求：此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握原核生物与真核微生物的主要区别，酵母菌和霉菌的形态、结构与功能、培养特征、繁殖方式和生活史等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常见的酵母菌和霉菌。
第二章原核生物的形态、构造与功能
第一节细菌
第二节放线菌
第三节蓝细菌
第四节支原体、立克次氏体和衣原体
教学基本内容：
1.细菌：主要介绍细菌的形态和大小、原核生物的细胞结构和功能、细菌的繁殖方式、细菌的菌落特征及工业上常见的有益菌和有害菌，如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）用于生产α-淀粉酶（BF7658）蛋白酶(中性蛋白酶，AS1.398)醋酸杆菌，醋酸发酵：恶臭醋杆菌（AS.1.41），巴氏醋酸菌（沪酿1.01）保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）（改名：德氏乳杆菌保加利亚亚种）酸奶发酵剂；嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）酸奶发酵剂；北京棒杆菌（Corynebacterium pekinese）谷氨酸发酵；大肠埃希氏菌（Escherichia coli）生产谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸、天冬酰胺酶食品卫生重要指示菌，作为粪便污染指标来评价食品的卫生质量；肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）右旋糖酐（代血浆）和葡聚糖（sephadex）；双歧杆菌（Bifidobacterium）能在肠道定植的益生菌；苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）细菌杀虫剂；.丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）丙酮，丁醇；荧光假单胞杆菌（Pserdomonas fluorescens）降解苯酚等。
甾体化合物的性质
酶解法条件温和，选择性好，产率高，在强心苷生 成中有很重要的作用。
甾醇和碱的作用
C2H5ONa
5α-胆甾烷-3α-醇
5α-胆甾烷-3β-醇
C2H5ONa 5β-粪甾烷-3β-醇 5β-粪甾烷-3α-醇
3位羟基半径较大，处于a键时与C1、C5的氢有排斥力，即1,3-二 直立键相互作用，同时与C1、C5有两个邻交叉型相互作用。当羟 基位于e键时与C1、C5的氢无排斥力，与C1、C5有两个对交叉型 相互作用，较稳定。平衡有利于e键羟基。
将25%的三氯醋酸乙醇液和3%氯胺T水溶液 以4:1混合，喷在滤纸上与强心苷反应，干后90℃ 加热数分钟，于紫外光下观察可显黄绿色、蓝色、 灰蓝色荧光。
强心苷α，β-不饱和内酯的显色反应
Kedde反应:
将样品点在滤纸上，滴加3，5-二硝基苯甲酸 试剂，显紫红色斑点。
强心苷2-脱氧糖的显色反应
Keller-Kiliani反应：
消去反应
POCl3-吡啶
POCl3-吡啶
POCl3-吡啶
POCl3-吡啶
由产物的稳定性（超共轭效应）可知反式双a键位置时容易发生 消去反应。
加成反应
中性KMnO4（冷） 或OsO4 胆甾醇 5α，6α-二羟基产物
含有双键的甾体化合物易发生加成反应，由于角甲基为β型，所 以加成时从位阻较小的α面向双键进攻。
KMnO4
t-BuOH,K2CO3,35℃
还原反应
1.LiAlH4 2.H2O
羰基还原时常用LiAlH4、NaBH4等作还原剂，由于甾环的特殊结 构，羰基还原后常得到一种构型为主的产物。
Brδ+-Brδ-
Br-
10d后
双键加溴产物中两个溴在反式双a键位置，不稳定，易发生消 去反应，放置10d后可转化为粪甾烷系二溴产物。
氢化可的松的合成研究进展
氢化可的松的合成研究进展【摘要】氢化可的松是哺乳动物主要的肾上腺皮质激素类药物和重要的甾体药物合成的中间体。
本文简要综述了其全化学合成、半合成法及全生物合成方法、路径的国内、外现状及相关进展情况，并对其发展方向进行了评述和展望。
【关键词】氢化可的松；甾体药物；化学合成；半合成法；生物合成ABSTRACT Hydrocortisone is the major glucocorticoid and an important intermediate in steroid drug synthesis. The main synthetic approaches and progresses including total chemical synthesis, semi-synthesis andwhole-cell bioconversion for hydrocortisone manufacture in domestic and other countries were briefly reviewed. Prospective and evaluation of hydrocortisone synthesis were also discussed.KEY WORDS Hydrocortisone; Steroid agents; Chemical synthesis;Semi-synthesis; biosynthesis氢化可的松(hydrocortisone，HC)的化学名称为11β，17α，21-三羟基孕甾-4-烯-3，20-二酮，属肾上腺皮质激素类药，是激素类药物中产量最大的品种，其结构式如图1所示。
目前中国、英、美、日、法等国及欧洲药典均有收载。
5体HC是哺乳动物肾上腺皮质分泌的主要糖皮质激素，其药理作用是通过弥散作用于靶细胞，与其受体相结合，形成类固醇-受体复合物，激活的类固醇-受体复合物作为基因转录的激活因子，以二聚体的形式与DNA上的特异性顺序链结合，调控基因转录，增加mRNA的生成，并以此为模板合成相应的图1 氢化可的松结构示意图蛋白，这些蛋白在靶标细胞内实现类固醇激素的生理和药理效应;HC能影响糖代谢，具有抗炎、抗病毒、抗休克和抗过敏等作用。
浅谈甾体化合物
图1.甾体图2.类固醇浅谈甾体化合物摘要：本文主要介绍了甾体化合物的构成，种类，分布和在生命体中发挥的作用，并重点介绍了几种重要的甾体化合物尤其是胆固醇的结构以及作用。
并说明了类固醇激素类药物的作用以及滥用的危害。
关键词：甾体；类固醇；胆固醇；激素生命体独特具有的化合物有很多种，甾体化合物（见图1）作为其中的一种，在生命体中发挥着重要的作用。
甾体化合物是重要的类脂，它是一类具有环戊烷并多氢菲碳架结构的化合物。
它广泛存在于动植物体内，具有重要的生理作用，在医药方面得到广泛应用。
甾体类化合物在生命体中主要以类固醇类物质（见图2）存在，类固醇是广泛分布于生物界的一大类环戊稠全氢化菲衍生物的总称，又称类甾醇、甾族化合物。
类固醇包括固醇（如胆固醇、羊毛固醇、谷甾醇、豆甾醇、麦角甾醇），胆汁酸和胆汁醇，类固醇激素（如肾上腺皮质激素、雄激素、雌激素），昆虫的蜕皮激素，强心苷和皂角苷配基以及蟾蜍毒等。
此外还有人工合成的类固醇药物如抗炎剂（氢化泼尼松、地塞米松），促进蛋白质合成的类固醇药物和口服避孕药等。
类固醇化合物不含结合的脂肪酸，是非皂化性脂质；这类化合物属于类异戊二烯物质，是由三萜环化再经分子内部重组和化学修饰而生成的，它的主要构成方式【1】：（1） 在第10位C-原子和第13位C-原子处存在角式甲基。
（2） 第17位C-原子带有固定的取代基：胆固醇有8个C-原子的分支碳链，皮质激素有一个富有氧的2个C-原子长的侧链，天然的雄激素和雌激素有一个酮基或羟基。
（3） 在天然的固醇和类固醇的第3位C-原子上，经常存在一个氧功能基（酮或羟基，以3-酮或3-羟表示）。
（4） 化合物的双键经常出现在A 环C-4和C-5之间（用4-烯表示），在B 环是C-5和C-6之间（5-烯），很少在C-1和C-2之间（1-烯）或16和17之间（16-烯）。
还有些类固醇也有更多的双键。
雌激素的A 环是芳香化的。
图3.胆固醇下面介绍几种重要的类固醇。
甾体生物转化羟化反应的机理及条件研究
甾体生物转化羟化反应的机理及条件研究某某（成都理工大学化学工程与技术）摘要：甾体化合物普遍应用于医学等领域，具有不可替代的作用。
对于甾体化合物的生物转化又是其合成主要方式。
文中讲述了甾体化合物生物转化中的羟化反应及其相应条件影响等。
关键词：甾体化合物; 生物转化; 羟化反应。
甾体化合物(Steroids)又称类固醇，是环戊烷多氢菲类化合物的总称。
甾体化合物具有各种生物活性，由于甾体母核上取代基位置种类不同、双键位置或者立体构型等不同，形成了一系列具有独特生理功能的甾体化合物衍生物[1]。
甾体化合物种类繁多，普遍存在于自然界中，成千种甾体化合物已经被报道存在于一些生物体中。
比较常见的有：植物组织中的薯芋皂素类、大豆甾醇和油甾醇；昆虫中的蜕皮甾体；动物组织中的糖皮质激素、盐皮质激素类、雌二醇，孕酮和雄酮等性激素、胆固醇、胆酸等；还存在于酵母和霉菌等低等生物中，如麦角固醇等[2]。
甾体化合物具有很强的抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克等药理作用。
近年来，甾体化合物在医疗领域的应用范围不断扩大，被广泛用于治疗风湿病、心血管、胶原性病症、淋巴白血病、人体器官移植、抗肿瘤、细菌性脑炎、皮肤病、内分泌失调、老年性疾病等[3]。
而生物转化是利用生物体系将加入到反应系统中的外源有机底物某一特定部位或功能基团进行特异性的结构修饰以获得有价值的不同化学产物的工艺[4]。
生物转化涉及的反应类型很多,如加氢、脱氢、氨化、脱氨、酞化、轻化、脱梭、水解、缩合、环氧化、酞胺化;卤化、酷化、脱水、甲基化、磷酸化、糖基转移反应以及底物分子的歧化、异构化、消旋化等[5]。
生物转化已经成功地应用于甾体化合物的研究与生产中，特别是甾体的羟化反应。
最早应用于工业生产的羟化反应就是利用黑根霉转化黄体酮生成Ⅱα羟基衍生物。
本文概述在生物转化甾体化合物中羟化反应的研究进展。
1 羟化反应机理同位素示踪试验的研究表明，转化到甾体化合物上的羟基是直接取代甾体碳架上的氢位置，并且取代过程中没有发生立体构型的变化，也不是通过形成烯的中间体来完成的，即羟基取代的立体构型(α或β构型)是由氢原子原来所处的空间位置决定。
格氏反应在甾体药物合成中的应用
格氏反应在甾体药物合成中的应用作者：王焕平来源：《中国新技术新产品》2017年第09期摘要：本文从格氏试剂的化学特性入手，对格氏在米非司酮17位、11位合成中的应用进行简单的探究，并以实例对格氏反应在甾体药物合成中的应用进行简要阐述。
关键词：格氏试剂；甾体药物；合成；应用中图分类号：O629 文献标识码：A1.格氏试剂的化学特性格氏试剂是功能最多、最有价值的有机化学试剂之一。
格氏试剂种类繁多，且具有极为活泼的化学性质，应用非常广泛。
格氏试剂主要利用其活泼的化学性质来合成各种能增加碳原子数的酮类、醛类、羧酸类、醇类等。
格氏试剂常见的化学特性主要可归纳为以下几点：（1）与α-卤代烯烃的反应；（2）与活泼氢反应；（3）与金属卤化物的反应；（4）与有机环氧化合物的反应；（5）与羰基化合物的反应；（6）与具有极性的双键或三键化合物的加成反应；（7）与酰基化合物的反应。
2.格氏反应在米非司酮17位、11位合成中的应用（1）17位加成开四氢呋喃高位槽真空，抽入10L四氢呋喃放入丙炔化反应罐中，投入计量好的金属镁，盖好投料口；开真空将6倍四氢呋喃抽入高位槽计量，然后抽入溴乙烷混合备用；将计量好的缩酮物和四氢呋喃投入缩酮物溶解罐中，室温搅拌溶解备用。
开丙炔化反应罐搅拌，放入10L～15L左右的溴乙烷四氢呋喃溶液，水浴加热，控制温度46℃～60℃，观察反应液颜色，待反应液颜色由无色变成黑色并混浊，格氏引发成功；关蒸汽阀门，开夹套冷却水，控制反应温度36℃～40℃滴加剩余的溴乙烷四氢呋喃溶液，约需1h～2h滴完，继续搅拌反应至镁片反应完全（1h～1.5h），控制温度36℃～40℃。
开夹套冷冻盐水阀门，冷却温度至0～5℃，称丙炔钢瓶，开丙炔气阀门，控制流量（开始大一些，以后适当减少流量），通丙炔气反应4h，控制温度0～5℃；开夹套蒸汽，升温至27℃～30℃，继续通丙炔气，通丙炔气反应5h，控制温度25℃～30℃。
调温度至10℃以下，滴加缩酮四氢呋喃溶液，控制温度4℃～10℃，约1h滴完。
甾体化合物的性质
酶解法条件温和，选择性好，产率高，在强心苷生 成中有很重要的作用。
甾醇和碱的作用
C2H5ONa
5α-胆甾烷-3α-醇
5α-胆甾烷-3β-醇
C2H5ONa 5β-粪甾烷-3β-醇 5β-粪甾烷-3α-醇
3位羟基半径较大，处于a键时与C1、C5的氢有排斥力，即1,3-二 直立键相互作用，同时与C1、C5有两个邻交叉型相互作用。当羟 基位于e键时与C1、C5的氢无排斥力，与C1、C5有两个对交叉型 相互作用，较稳定。平衡有利于e键羟基。
该法降解条件温和，适用于皂苷的结构研究，可避免 用酸水解苷元发生脱水或构型的变化，得到真正的苷元。
强心苷温和的酸水解
该法主要针对2-去氧糖与苷元形成的苷键，由于该苷 键极易水解，对苷元影响小，用稀酸（0.02~0.05mol/L的 盐酸或硫酸）在含水醇中经短时间（半个小时至数小时） 加热回流，可使强心苷水解为苷元和糖。
将25%的三氯醋酸乙醇液和3%氯胺T水溶液 以4:1混合，喷在滤纸上与强心苷反应，干后90℃ 加热数分钟，于紫外光下观察可显黄绿色、蓝色、 灰蓝色荧光。
强心苷α，β-不饱和内酯的显色反应
Kedde反应:
将样品点在滤纸上，滴加3，5-二硝基苯甲酸 试剂，显紫红色斑点。
强心苷2-脱氧糖的显色反应
Keller-Kiliani反应：
强心苷强烈的酸水解
对于不含2-去氧糖的强心苷在稀酸条件下水解较为 困难，必须增大酸的浓度（3%~5%），增加作用时间 或同时加压，才能使其水解，但此条件引起苷元发生水 解，得不到原来的苷元。
强心苷的酶水解
在含有强心苷的植物中均含有选择性水解强心苷βD-葡萄糖苷键的酶共存，但是尚未可以水解2-去氧糖苷 键的酶。因此，与强心苷共存的酶只能使末位的葡萄糖 脱离，而不能水解2-去氧糖，从而去除分子中的葡萄糖而 保留2-去氧糖。 酶的水解能力主要受到强心苷结构类型的影响，一 般来说，乙型强心苷较甲型强心苷更易被水解；一般糖 基比乙酰化糖基水解速度快。
甾体激素生产工艺
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9
这些基团的转化和引入，有的交易进行。 如C－3位的羟基经直接氧化可直接得到酮基， 同时还伴有Δ5双键的转位。C－21上有活泼氢， 可通过卤代之后再转化为羟基；利用Δ16双键存 在，开经过环氧化反应转为C－17位羟基，并 且由于甾环的立体效应使得C－17位羟基刚好 为α－构型。最关键一步是C－11 β－羟基的引 入。 由于C－11位周围没有活性功能基团的影响， 采用化学法很困难。应用微生物氧化发完美地 解决了这一难题。黑根霉菌和犁头霉菌：前者 专一性的在C－11位引入α羟基，而后者引入β 羟基。
O
H2NCNHN
NNHCN CH2 I OH CO OH
O
O O
O
H2NCNHN
H2NCNHN
O
CH2 OH CO O CH2 OAc OH NNHCNH2 OH
O
CH2 I CO HO OH
CH2 OAc CO OH CH2 OH CO OH
O
HO
CH2 OH CH2 OAc CO CO.工艺原理 （1）上溴开环反应 环氧化合物在酸性条件下极不稳定，很易 开环生成反式双竖键的邻位溴化醇，因在 酸性条件下环氧基的氧原子先质子化，溴 负离子从环氧环的背面（β面）进攻；由于 C17位上有乙酰基边链的位阻影响，溴负离 子只能进攻C16位上，使环氧破裂，生成 16β－溴－17 α羟基的反式加成物。
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H
O A+
O
BH O
O
HO
OAc
O
HO
O
AcO
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（2）铬酐氧化 氧化开环指Δ20双键被氧化断链打开E环，氧化剂是 铬酸。
OAc
O
O CO
OAc
O
AcO
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这些基团的转化和引入，有的交易进行。 如C－3位的羟基经直接氧化可直接得到酮基， 同时还伴有Δ5双键的转位。C－21上有活泼氢， 可通过卤代之后再转化为羟基；利用Δ16双键存 在，开经过环氧化反应转为C－17位羟基，并 且由于甾环的立体效应使得C－17位羟基刚好 为α－构型。最关键一步是C－11 β－羟基的引 入。 由于C－11位周围没有活性功能基团的影响， 采用化学法很困难。应用微生物氧化发完美地 解决了这一难题。黑根霉菌和犁头霉菌：前者 专一性的在C－11位引入α羟基，而后者引入β 羟基。
O
H2NCNHN
NNHCN CH2 I OH CO OH
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O O
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CH2 I CO HO OH
CH2 OAc CO OH CH2 OH CO OH
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CH2 OH CH2 OAc CO CO.工艺原理 （1）上溴开环反应 环氧化合物在酸性条件下极不稳定，很易 开环生成反式双竖键的邻位溴化醇，因在 酸性条件下环氧基的氧原子先质子化，溴 负离子从环氧环的背面（β面）进攻；由于 C17位上有乙酰基边链的位阻影响，溴负离 子只能进攻C16位上，使环氧破裂，生成 16β－溴－17 α羟基的反式加成物。
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O A+
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（2）铬酐氧化 氧化开环指Δ20双键被氧化断链打开E环，氧化剂是 铬酸。
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