甾体激素生产工艺
第十四章 甾体激素的微生物转化工艺
甾体微生物转化方式
进行微生物转化反应可以利用不同形式的微生物细胞。 ?菌体培养物（单菌体或混合菌体培养液） ?静止细胞悬液（使菌体充分生长发育后，用过滤或 离心法进行分离，将收集到的菌体悬浮在水或适当的 缓冲液中，再将甾类化合物加入进去。） ?孢子悬液 ?干细胞 ?固定化细胞或固定化酶等。
氢化可的松的制备
氢化可的松（Hydrocortisone）又称为皮质醇，化学 名称为11β，17α，21-三羟基孕甾-4-烯-1，20-二酮。其结 构式为
氢化可的松为白色或几乎白色的结晶性粉末， 无臭，初无味，随后有持续的苦味，遇光逐 渐变质，略溶于乙醇或丙酮，微溶于氯仿， 在乙醚中几乎不溶，不溶于水。熔点为 212~222℃。
药物，在医学上应用非常广泛，特别是甾体激素类药物，应
用在风湿性关节炎，控制炎症，避孕，利尿等各方面的治疗
上，对机体起着非常重要的调节作用。甾类激素根据其生理
活性可分为肾上腺皮质激素，性激素和蛋白同化激素三大类。
甾体化合物的基本结构如下：
甾类激素药物的生产， 目前一般采用化学合成 和微生物转化两种方法 相结合的生产工艺。
甾体母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 等动植物中获得的，首先必须有选择性地对其边链进行 降解。
甾醇边链降解机理与脂肪酸的 β氧化途径相似。胆 甾醇的边链降解从 C27羟基化开始，再氧化成 C27羧醇， 继后 β氧化先失去丙酸、醋酸，最后再失去丙酸，形成 C17酮化合物，最后一步转化为脱氢，加水和开裂。
2
1
A
11
12 13 17
CD
10 9
B
8 14
16 15
3 甾体化合物的基本结构
《甾体激素重点》课件
性激素的合成过程中需要多种酶的参 与，如雌激素合成酶、雄激素合成酶 等，这些酶在性腺内合成并分泌至血 液循环中。
性激素的合成是在特定的组织器官内 完成的，如卵巢、睾丸等，这些器官 内的细胞通过摄取胆固醇和孕烯醇酮 等前体物质合成性激素。
类固醇激素的合成
类固醇激素是一类重要的生物活性分子 ，包括肾上腺皮质激素、性激素等，它
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甾体激素与疾病
甾体激素与癌症
01
02
03
乳腺癌
研究表明，长期使用外源 性雌激素会增加患乳腺癌 的风险，尤其是绝经后妇 女。
前列腺癌
雄激素在前列腺癌的发展 中起重要作用，一些抗雄 激素药物已被用于治疗前 列腺癌。
子宫内膜癌
长期无拮抗的雌激素暴露 会增加子宫内膜癌的风险 。
甾体激素与心血管疾病
高血压
一些研究显示，盐皮质激素受体拮抗剂可以降低血压，而雄 激素和雌激素可能与高血压风险有关。
冠心病
流行病学研究表明，女性在绝经后由于雌激素水平下降，冠 心病风险增加。
甾体激素与代谢性疾病
肥胖
雌激素可以调节脂肪的分布和代谢，而雄激素则与肥胖风险相关。
糖尿病
流行病学研究表明，长期使用口服避孕药的女性患2型糖尿病的风险增加。
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甾体激素药物
雄激素药物
总 发育、激发青少年的生长潜能、增强 免疫功能等作用。
详细描述
雄激素药物主要用于治疗男性性功能 障碍、男性不育、女性雄激素依赖性 疾病等。常见的雄激素药物有睾酮、 丙酸睾酮等。
雌激素药物
总结词
具有促进女性性器官和女性第二性征发育、维持女性生育功能、促进骨骼健康等作用。
甾体激素的生物合成
胆固醇的合成
胆固醇是甾体激素合成的起始原料，通过一系列酶促反应在肝脏和小肠内合成。
甾体激素生产工艺
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
第八章 甾体激素生产工艺
三个六元环和一个五元环组成，分 别成为A、B、C、D环。
3
甾体类药物的结构与临床应用
• 甾体化合物广泛存在于动植物组织或某些 微生物的细胞中，比较常见的甾体化合物 有：
➢动物组织中：胆固醇、胆酸、脱氧胆酸、 皮质醇和皮质酮等肾上腺皮质激素，性激 素（雄酮、孕酮和雌二醇）
➢植物组织中：薯蓣皂素、豆葫醇等
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环氧黄体酮 16α,17α-环氧黄体酮的制备Biblioteka 工艺双烯醇酮醋酸酯
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环氧化反应
环氧化物
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环氧黄体酮
工艺
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Oppenauer 氧化反应
环氧黄体酮
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环氧黄体酮
工艺
工艺
• 加入双烯醇酮醋酸酯和甲醇反应罐，通氮气，
搅拌下滴加20%氢氧化钠液，30℃反应，降
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氢化可的松
工艺
工艺
• 3）通入梨头霉菌孢子混悬液，通气搅拌发 酵28～32 h。用氢氧化钠调pH到5.5～6.0， 投入醋酸化合物S乙醇液，调整好通氢量， 氧化8～14h，再投入醋酸化合物S乙醇液， 氧化40 h，到达终点后，滤除菌丝，发酵液 用醋酸丁酯多次提取，合并提取液，减压浓 缩至适量，冷却至0～10℃，过滤、干燥得 氢化可的松粗品。
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简介
氢化可的松
不良反应
• 1.医源性肾上腺皮质功能亢进 • 2.诱发或加重感染 • 3.刺激胃酸或胃蛋白酶分泌 • 4.诱发胰腺炎或脂肪肝 • 5.反跳现象
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氢化可的松
制备
• 环上的取代基对甾环平面都有一定的取向；这种 复杂结构使得氢化可的松若用全合成的工艺制备 时，反应步骤过长（全合成可的松需要经30多步 化学反应），工艺过程很复杂，总收率太低而无 工业生所价值。
生物制药工艺学甾体激素类药物的生产工艺流程讲义
第三章甾体激素药物第二节甾体激素类药物的生产工艺流程了解甾体激素类药物的生产的一般工艺流程；掌握甾体激素类药物的原料的来源及工艺。
教学基本内容：§ 1 甾体激素类药物的生产的一般工艺流程甾体激素类药物的微生物催化法生产一般包括菌种培养、孢子/菌悬液制备、种子培养、发酵培养、投加底物催化、分离提取等过程。
甾体生物转化工艺一般可分为两个阶段：（1 ）菌体生产和产酶阶段：将菌种接入斜面孢子培养基上，在一定温度下培养3-5 天，然后将成熟孢子接入摇瓶和种子罐沉没培养。
种子培养好后转入发酵罐，在适当培养基和培养条件（温度、搅拌、通风量、pH ）下进行培养。
细菌的生长阶段一般为12-24 小时，真菌为24-72 小时。
在这个阶段重要的是创造各2 甾体生物转化方法种良好条件使微生物尽快的生长和繁殖，在尽可能短的时间内繁殖大量的菌体并产酶。
（2）甾体转化阶段：将被转化的物质直接加入到培养液中进行生物转化，这一阶段需要控制好适合转化反应的各种条件，如pH 、温度、搅拌和较大的通气量等，必要时还可以加入酶激活剂和抑制剂。
（1 ）一步发酵转化法（边发酵边转化），是我国目前甾体医药工业普遍采用的微生物转化法。
（2）静息细胞、干细胞或孢子悬浮液法；（3）多菌种协同转化法；（4）固定化细胞或固定化酶（5）双水相系统转化法（6）有机相介质转化法§3 甾体药物原料的生产3.1薯蓣皂苷的提取：我国是甾体激素原料药生产和出口大国。
早期合成甾体激素的起始原料大多是来自动物的胆固醇、胆酸等，由于这些原料的来源少，含量低，合成路线长，成本高，不能满足生产的需要。
相当一段时期甾体药物主要采用以皂素为原料的半合成生产工艺生产。
薯蓣皂素则从黄姜中提取，造成大量耕地的占用。
据统计，我国2008 年黄姜种植达面积4000 万亩。
从黄姜中需要经酸水解、有机溶剂萃取等多步骤提取皂素，再经多个化学反应，制成双烯醇酮醋酸酯或表雄甾酮，二者作为合成各种甾体药物的中间体原料。
从胎盘组织中提取甾体激素的方法
从胎盘组织中提取甾体激素的方法
1.液液萃取法：首先将胎盘组织与有机溶剂（如乙酸乙酯）
混合，并通过摇动或搅拌使其充分接触。
然后将混合物离心，
将有机相（含有胎盘中的甾体激素）转移到另一个离心管中。
最后，通过蒸发有机相溶剂，得到甾体激素的纯化产物。
2.固相萃取法：将胎盘组织样品经过初步处理后，可以将其
通过固相萃取柱进行进一步净化。
这个方法适用于分离和浓缩
甾体激素。
胎盘样品首先与溶剂一起通过固相萃取柱，柱上的
固相材料将吸附激素，然后用适当的洗脱溶液洗脱激素，最后
将激素溶液蒸发浓缩得到纯化产物。
3.液相色谱法：这是一种常用于分离和纯化甾体激素的方法。
通过将胎盘组织提取物通过液相色谱系统进行分离。
在液相色
谱中，样品与流动相相互作用，根据其在固定相上的亲疏水性
质的不同，激素被分离并收集。
最后，通过蒸发溶剂得到纯化
的甾体激素。
4.固相微萃取法：这是一种较新的提取方法，能够高效地富
集目标化合物。
首先，将胎盘组织样品与固相微粒混合，固相
微粒上通常涂有吸附剂，能够选择性地吸附目标甾体激素。
然后，将混合物放入固相微萃取仪器中，通过旋转、摇动等操作，使激素与微粒上的吸附剂充分接触，并进行吸附。
最后，用洗
脱剂将吸附的激素从固相微粒上洗脱，得到纯化的甾体激素样品。
以上是从胎盘组织中提取甾体激素的几种常用方法，不同的
方法适用于不同的实验目的和样品特点。
在实际操作时，需要
根据实验条件和要求选择适合的提取方法，并加以改进和优化，以提高提取效率和纯度。
甾体激素类生物技术药物的生产
蛋白同化激素的性激 素的作用减弱，而蛋 白同化作用仍然保留 或增强，临床使用比 较安全：①促进蛋白 质合成和抑制蛋白质 异化；②加速骨组织 钙化和生长；③刺激 骨髓造血功能，增加 红血球量；④促进组 织新生和肉芽形成； ⑤降低血胆甾醇。
性激素的重要生理功能是刺 激副性器官的发育和成熟， 激发副性特性的出现，增进 两性生殖细胞的结合和孕育 能力，还有调节代谢的作用。 雄性激素主要由睾丸和肾上 腺皮质所产生，卵巢也有少 量合成。
（三）发酵罐培养工艺 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58.8kPa，控制排气量，通气搅拌发酵28～32h。 用氢氧化钠溶液调pH到5.5～6.0，投入发酵液体积0.15％的莱氏 化合物S，氧化48h后，取样做比色试验检查反应终点。
（三）甾类激素 药用价值
糖皮质激素是由肾上腺束状带细
胞所合成和分泌，主要影响人体 的糖、蛋白质和脂肪的代谢，而 对水、盐的代谢作用影响较小。 临床上主要用于抗炎、抗过敏等， 如可的松和氢化可的松。
盐皮质激素是由肾上腺的球状带 细胞所分泌，主要作用是促进钠 离子由肾小管的重吸收，从而使 钠的排泄量减少，促进钾的排泄。 临床上主要用于治疗慢性肾上腺 皮质机能减退症(阿狄森病)及低血 钠症，如醛甾酮和去氧皮甾酮等。
雌性激素包括雌激素和孕激 素两类，主要由卵巢合成和 分泌，肾上腺皮质和睾丸也 能少量合成。
项目引导
二、甾类激素药物的生产方法 甾体微生物转化
生长阶段
转化阶段
项目引导
二、甾类激素药物子 制备
种子 培养
甾类激素药物的生产
CH3 C O HO
Rhizopus Nigricans ATCC 62276
O
O
新月弯孢霉（Curvularoa lunata）能将 Reichstein S化合物（简称化合物S， Compound S）一步转化成氢化可的松
CH2OH C O
CH2OH HO
新月弯孢霉
C O OH
O
化合物S
工业上通过生物技术来控制微生物选择性地 降解甾体边链以获得甾类药物的前体物。
生物技术控制途径
① 通过底物-甾体结构的修饰； ② 在微生物降解过程中加酶抑制剂； ③ 通过诱变技术获得生化阻断突变菌株。
甾体激素 的生产工艺过程
甾体的微生物转化和一般的氨基酸、抗生 素的生产不同 发酵的产物不是目的产物，而只是利用微 生物的酶对甾体底物的某一部位进行特定 的化学反应来获得一定的产物。
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
甾体上羟化对化学合成而言是非常困难的， 除了C17位上通过化学方法能导入羟基外， 其它位置很难导入。
通过微生物羟化酶能非常专一地选择某个 碳位置上将某空间位置上的氢取代氧化成 原来空间构型的羟基。
如孕酮的转化中，利用黑根霉在温度不超 过320C时成功地实现了C11α羟基化反应。
CH3 C O
适宜的发酵条件主要包括
（1）搅拌 搅拌可增加传质和传热，可以增加培 养基的氧气供给，使氧气均匀分散而提高转化率。 （2）通气 可直接增加氧气的供给。有研究表明， 溶解氧量对诱导酶产生非常重要。 （3）前体半连续的加入 可以降低由于一次大量 加入所引起的毒性，也可减少由于发泡所引起前 体的损失。
生物制药工艺学 甾体激素药物-甾体激素类药物概论 讲义
第三章甾体激素药物第一节甾体激素类药物概论了解甾体激素类药物的分类、药理作用；掌握甾体激素药物的结构与构效关系；了解甾体药物生物转化的类型。
教学基本内容：1甾体激素类药物的分类及其生理作用甾体类化合物（steroids）又称类固醇，是广泛存在于自然界中的一类天然化学成分，包括肾上腺皮质激素、性激素、植物甾醇、胆汁酸、C21甾类、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱、蟾毒配基等。
尽管种类繁多，但它们的结构中都具有环戊烷多氢菲的甾体母核。
1.1 基本结构：环戊烷稠多氢化菲核（C17）环戊烷多氢菲由三个六元环和一个五元环组成，分别称为A、B、C、D环。
甾体化合物在母核的第10和13位有角甲基（－CH3），第3、11、17位可能有羟基（－OH）或酮基（－C=O），A环和B环有部分双键，第17位上有长短不同的侧链。
由于甾体母核上取代基、双键位置或立体构型等的不同，形成了一系列具有独特功能的化合物。
1.2 立体结构天然甾体化合物的B/C环都是反式，C/D环多为反式，A/B环有顺、反两种稠合方式。
由此，甾体化合物可分为两种类型：A/B环顺式稠合的称正系，即C5上的氢原子和C10上的角甲基都伸向环平面的前方，处于同一边，为β构型，以实线表示；A/B环反式稠合的称别系（allo），即C5上的氢原子和C10上的角甲基不在同一边，而是伸向环平面的后方，为α构型，以虚线表示。
通常这类化合物的C10、C13、C17侧链大都是β构型，C3上有羟基，且多为β构型。
甾体母核的其他位置上也可以有羟基、羰基、双键等功能团。
1.3 甾体激素分类1.3.1 根据来源与生理功能分三类（1）肾上腺皮质激素:糖皮质激素：可的松、氢化可的松，对糖、脂肪、蛋白质三大类物质代谢都具有调节作用，并能提高机体对各种不良刺激的抵抗力，临床上主要用于抗炎，抗过敏，抗休克等。
盐皮质激素（Mineralocorticoids）：醛固酮、去氧皮质酮主要影响水盐代谢，促进钠离子重吸收，钾离子排泄。
第八章 甾体激素生产工艺
醋酸化合物S
工艺过程2
加预冷至-10℃ 氯化铵溶液
静置分出氯仿层
加甲醇 搅拌
减压浓缩至干
17α-羟基-21 -碘黄体酮
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醋酸化合物S
工艺过程3
17α-羟基-21 -碘黄体酮
加DMF总 量的3/4
降温到 10℃
加新配制 的醋酸钾
逐步升温 到90℃
干燥 过滤
醋酸化合物S
水洗
保温反 应0.5h
冷却到 -10℃
5
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
CH2OH
CO
OH HO
OO
11
17
3
O
4
HO
氢化可的松
薯芋皂素
6
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
HO
11
CH2OH
CO OH
17
CH3 CO
17 11
3
O
4
氢化可的松
3
AcO
5
双烯醇酮醋酸酯
➢ C3位：羟基氧化得酮基，同时Δ5双键转位。
7
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
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17α-羟基黄体酮
CH3 CO
O
HBr
环氧黄体酮
O
16β-溴-17α
羟基黄体酮
O
工艺原理
开环反应
CH3 CO
OH Br
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17α-羟基黄体酮
工艺原理
CH3 CO
OH Br
O
16β-溴-17α 羟基黄体酮
O
氢解除溴
Ni
H2
CH3
CO OH
17α-羟基黄体酮
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17α-羟基黄体酮
甾类激素药物的生产
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。
（如果两种微生物单独培养，则必须将各过 程中的抽提产物转送到下面的工序，人力 物力消耗较大。如采用混合培养法，则可 省略抽提操作。）
影响转化的一般因素
生物转化的关键： 选择专属性高的微生物 控制适宜的发酵条件
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
化学合成过程中的化学物质常对产品质量 也有影响如：生产去氢可的松和去氢化可 的松，过程中要加入SeO2，在产品中常含 有少量的Se有毒物质 ③ 可进行化学法难以实现的反应。如甾类 化合物C-11上的加氧（即羟化）等反应，化 学法难以实现，常采用微生物法处理。
微生物转化可供选择的酶的种类较多，为 生产过程提供了多种可能。
适宜的发酵条件主要包括
（1）搅拌 搅拌可增加传质和传热，可以增加培 养基的氧气供给，使氧气均匀分散而提高转化率。 （2）通气 可直接增加氧气的供给。有研究表明， 溶解氧量对诱导酶产生非常重要。 （3）前体半连续的加入 可以降低由于一次大量 加入所引起的毒性，也可减少由于发泡所引起前 体的损失。
CH2OH HO R1 O R2 C O OH R3
R1 = 9αF或H； R2 = H，6αCH3，6αF； R3 = H，16αCH3，16βOH， 16αOH
甾体激素药PPT课件
新药研发需要经过多个阶段， 包括靶点发现、药物设计、合 成与筛选、临床试验等。
当前，随着生物技术的不断发 展，新药研发的速度和效率得 到了显著提高。
甾体激素药的研究进展
近年来，甾体激素药的研究取得了重要进展，如新型激素类似物的发现和开发。
这些新药在疗效、副作用和给药方式等方面具有更好的表现，为患者提供了更多的 治疗选择。
案例分析：某甾体激素药的临床应用
某甾体激素药是一种糖皮质激素 类药物，具有强大的抗炎和免疫
抑制作用。
在临床应用中，该药物主要用于 治疗系统性红斑狼疮、肾病综合 征、支气管哮喘等免疫性和炎症
性疾病。
通过合理的剂量和用药方案，该 药物能够有效控制病情，提高患
者的生活质量。
案例分析：甾体激素药与其他药物的相互作用
激素类药物在体内代谢过程中 产生的代谢产物可能具有毒性 作用，对组织器官造成损害。
免疫抑制
激素类药物通过抑制免疫系统 功能，降低机体对感染和过敏
的抵抗力。
内分泌紊乱
激素类药物干扰正常的内分泌 平衡，导致一系列内分泌失调
症状。
基因突变
长期使用激素类药物可能导致 基因突变和肿瘤发生。
副作用与不良反应的预防与处理
化需求等。
06 甾体激素药的临床应用与 案例分析
临床应用概况
甾体激素药是一类具有特定化学结构 和生理活性的药物，广泛应用于临床 治疗多种疾病。
临床应用时需根据患者的具体病情和 医生的指导进行个体化治疗，同时注 意药物的副作用和不良反应。
这类药物具有抗炎、抗免疫、抗肿瘤、 抗骨质疏松等作用，对于一些难治性 疾病如系统性红斑狼疮、类风湿性关 节炎等有较好的疗效。
清除率是单位时间内从体内清除的药物量 ，是评价药物在体内消除能力的指标。
生物制药工艺学 甾体激素类药物的生产工艺流程 讲义
第三章甾体激素药物第二节甾体激素类药物的生产工艺流程了解甾体激素类药物的生产的一般工艺流程；掌握甾体激素类药物的原料的来源及工艺。
教学基本内容：§1 甾体激素类药物的生产的一般工艺流程甾体激素类药物的微生物催化法生产一般包括菌种培养、孢子/菌悬液制备、种子培养、发酵培养、投加底物催化、分离提取等过程。
甾体生物转化工艺一般可分为两个阶段：（1）菌体生产和产酶阶段：将菌种接入斜面孢子培养基上，在一定温度下培养3-5天，然后将成熟孢子接入摇瓶和种子罐沉没培养。
种子培养好后转入发酵罐，在适当培养基和培养条件（温度、搅拌、通风量、pH）下进行培养。
细菌的生长阶段一般为12-24小时，真菌为24-72小时。
在这个阶段重要的是创造各种良好条件使微生物尽快的生长和繁殖，在尽可能短的时间内繁殖大量的菌体并产酶。
（2）甾体转化阶段：将被转化的物质直接加入到培养液中进行生物转化，这一阶段需要控制好适合转化反应的各种条件，如pH、温度、搅拌和较大的通气量等，必要时还可以加入酶激活剂和抑制剂。
§2 甾体生物转化方法（1）一步发酵转化法（边发酵边转化），是我国目前甾体医药工业普遍采用的微生物转化法。
（2）静息细胞、干细胞或孢子悬浮液法；（3）多菌种协同转化法；（4）固定化细胞或固定化酶（5）双水相系统转化法（6）有机相介质转化法§3甾体药物原料的生产3.1 薯蓣皂苷的提取：我国是甾体激素原料药生产和出口大国。
早期合成甾体激素的起始原料大多是来自动物的胆固醇、胆酸等，由于这些原料的来源少，含量低，合成路线长，成本高，不能满足生产的需要。
相当一段时期甾体药物主要采用以皂素为原料的半合成生产工艺生产。
薯蓣皂素则从黄姜中提取，造成大量耕地的占用。
据统计，我国2008年黄姜种植达面积4000万亩。
从黄姜中需要经酸水解、有机溶剂萃取等多步骤提取皂素，再经多个化学反应，制成双烯醇酮醋酸酯或表雄甾酮，二者作为合成各种甾体药物的中间体原料。
第二部分甾体代谢与作用原理
雄烯二酮
17β -HSD 芳香化酶
雌酮
雄烯二醇 硫酸去氢表雄酮
睾酮
雌二醇
胆固醇
孕烯醇酮
孕酮 Δ4 睾酮 Δ4 Δ5 雌二醇 Δ5 (卵泡期) Δ5 Δ4 (黄体期) 孕酮
17α羟孕烯醇酮
17α羟孕酮
脱氢表雄酮
雄烯二酮
雌酮
雄烯二醇 Δ5
睾丸酮 Δ4
雌二醇
甾体激素合成的关键酶： 5个羟化酶： 17α-羟化酶/17，20-裂合酶ο CYP17 21-羟化酶 CYP21 11β-羟化酶 CYP11B1 2个脱氢酶： 3β-羟甾脱氢酶ο 3β-HSD 17β-羟甾脱氢酶ο 17β-HSD 芳香酶： 芳香化酶 ο CYP19 还原酶： 5α-还原酶 ο 5αRed 甾体激素在各合成环节有不同的酶系统参与。
甾体激素的生物合成过程
二、甾体性腺激素的合成
成人的卵巢分泌的甾体激素： 孕烯醇酮、孕酮、17α-羟孕酮 脱氢表雄酮、雄烯二酮、睾酮 雌酮、17β-雌二醇 卵泡内膜细胞产生： 雄烯二酮、睾酮及孕酮、17α-羟孕酮 卵泡颗粒细胞产生： 雌激素和大部分的孕酮、17α-羟孕酮
内膜细胞
颗粒细胞
1、雌激素的生物合成
2. FSH的作用
FSH可增加颗粒细胞自身受体数量（雌二醇协 同），促进卵泡发育。
FSH诱导颗粒细胞的芳香化酶活性，促进雌激素 产生（缺乏 FSH作用，雄激素不能转化产生雌激 素）。 FSH可诱导颗粒细胞的LH受体（雌二醇对该作用 起加强作用，且诱导后的LH受体需要FSH维持）。
3. LH的作用
②对卵巢的作用：
参与、促进了卵泡的各期发育，该作用 由卵泡膜细胞、颗粒细胞上受体（ER）介 导，雌激素协同FSH促进卵泡膜细胞及颗粒 细胞上的LH受体表达。
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环氧化反应
Δ16 + C20-羰基
α,β-不饱和酮的共轭体系
亲核性环氧化试剂：碱性双氧水
24
16α-17α-环氧黄体酮
工艺原理
环氧化物
HO
CH3
CO O
Oppenauer氧化反应
Oppenauer
CH3 CO
O
环氧黄体酮
O
25
16α-17α-环氧黄体酮
工艺过程1
20%NaOH 通氮气？
酯基水解
6
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
CH2OH
CO
OH HO
OO
11
17
3
O
4
HO
氢化可的松
薯芋皂素
7
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
HO
11
CH2OH
CO OH
17
CH3 CO
17 11
3
O
4
氢化可的松
3
AcO
5
双烯醇酮醋酸酯
➢ C3位：羟基氧化得酮基，同时Δ5双键转位。
8
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
减压继续 加水稀释
有机萃取液
加热到
回收醋酸
减压浓缩
90-95℃
再加乙醇
双烯醇酮
乙醇洗涤 重结晶
加乙醇
醋酸酯精品
干燥
甩滤
减压蒸馏
收率55%-57%
除环己烷
20
双烯醇酮醋酸酯
反应条件的控制
注意事项
氧化反应是放热反应，反应物料需冷却到5℃以下； 投入氧化剂后，罐内温度可上升到90～100℃，如 继续升温会出现溢料。为此，应注意： ➢ 控制温度，反应罐夹层须有冰盐水冷却； ➢ 反应罐的最高装料量不得超过其容量的60%。
工艺原理
OO
裂解、氧化、水解
HO
加压消除开环
薯芋皂素
CH3
C O 双烯醇酮 醋酸酯
氧化开环 水解-1,4-消除 AcO
Δ5,16-孕甾二烯-3β醇-20-酮-3-醋酸酯
15
（１）加压消除开环
CH3COO醋酐/冰醋酸
CH3CO+
16
（2）氧化开环
+ 铬酐 醋酸钠
17
（３）水解 －１,４－消除
18
10
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
HO
11
CH2OH
CO OH
17
CH3 CO
17 11
3
O
4
氢化可的松
3
AcO
5
双烯醇酮醋酸酯
➢ C11位：用梨头霉菌氧化引入11β-OH。
11
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
氢化可的松半合成路线的设计
➢ 以薯芋皂素为起始原料，经双烯醇酮醋酸酯 环氧化后，再经Oppenauer氧化得环氧黄体酮； ➢ 环氧黄体酮先上溴开环、氢解除溴，上碘置 换得醋酸化合物S，再经梨头霉菌氧化直接引入 C11位上β-OH得氢化可的松。
搅拌
反应罐
控温不超过30℃ 缓慢加H2O2
降温到22±2℃ 控温30℃以下 保温反应8h
双烯醇酮 甲醇
醋酸酯
环氧化反 应发生
环氧物
26
16α-17α-环氧黄体酮
工艺过程2
加焦亚硫酸 调pH7-8
反应液
加热至沸
甲苯萃取 共沸除水
加环己酮 共沸除水
共沸除水？
加预先配制 的异丙醇铝
Oppenaue r氧化
双烯醇酮醋酸酯
工艺过程1
薯芋皂素
裂解开环
反应罐
195-200℃ 反应50min
冷却，加 冰醋酸
醋酐 冰醋酸
冰盐水冷却 至5℃以下
加预先配制 的氧化剂
抽真空排 除空气
铬酐/醋 酸钠/水
氧化水解
急剧升温 60-70℃反 应20min
母液
19
双烯醇酮醋酸酯
工艺过程2
常压蒸馏
回收醋酸
冷却
母液
环己烷提取 分出水层
12
氢化可的松的半合成工艺路线
薯蓣皂素
环氧 黄体酮
双烯醇酮 醋酸酯
17α-OH黄体酮
醋酸化合物S
13
8.3 氢化可的松的生产工艺
（一）双烯醇酮醋酸酯的制备 （二）16α-17α-环氧黄体酮的制备 （三）17α-羟基黄体酮的制备 （四）醋酸化合物S的制备 （五）氢化可的松的制备
14
双烯醇酮醋酸酯
加热 回流 1.5h
27
16α-17α-环氧黄体酮
工艺过程2
冷却到 100℃以下
加NaOH溶液
蒸馏除甲苯 过滤粗品
热水洗滤 饼并干燥
用乙醇精制
甩滤
收率75%
16α-17α- 干燥 环氧黄体酮
滤饼过筛 /粉碎
28
16α-17α-环氧黄体酮 反应条件的控制
注意事项
1）环氧化反应的温度控制很重要。温度太低， 反应时间延长；温度过高，会促进H2O2的分解， 并引起一些副反应。 2）H2O2是强氧化剂，极易放出氧引起爆炸。 因此，反应必须始终在足够的氮气下进行， 避免接触空气。
HO
11
CH2OH
CO OH
17
CH3 CO
17 11
3
O
4
氢化可的松
3
AcO
5
双烯醇酮醋酸酯
➢ C21位：有活泼氢，先卤代再转化为羟基。
9
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
HO
11
CH2OH
CO OH
17
CH3 CO
17 11
3
O
4
氢化可的松
3
AcO
5
双烯醇酮醋酸酯
➢ C17位：利用Δ16双键经环氧化转为17α-OH。
21
8.3 氢化可的松的生产工艺
（一）双烯醇酮醋酸酯的制备 （二）16α-17α-环氧黄体酮的制备 （三）17α-羟基黄体酮的制备 （四）醋酸化合物S的制备 （五）氢化可的松的制备
22
16α-17α-环氧黄体酮
工艺原理
CH3 CO
AcO
双烯醇酮醋酸酯
HO
环氧化反应
H2O2
CHale Waihona Puke 3CO O环氧化物
23
29
16α-17α-环氧黄体酮 反应条件的控制
注意事项
3）环氧化反应是在碱性介质中进行，应控制 碱浓度的大小。pH值小于8，环氧化反应进行 不完全；随pH增大，副产物增多。 反应液中若有金属离子，尤其是铁离子，会 使过氧化氢分解，并使甲醇氧化为甲酸，从 而使pH值下降。因此必须注意除金属离子 （大多来自工业品级的NaOH）。
第八章 甾体激素生产工艺
8.1 概述 8.2 氢化可的松的半合成路线研究 8.3 氢化可的松的生产工艺
1
8.1 概 述
18 19
氢化可的松 皮质醇
环戊烷并多氢菲
11β,17α,21-三羟基孕甾-4-烯-3,20-二酮
2
8.1 概 述
3
8.1 概 述
➢ 氢化可的松的临床用途： 1）肾上腺皮质功能减退症 2）自身免疫性疾病 3）变态反应性疾病 4）抗休克作用 5）抗毒素作用
4
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
➢ 化学合成 选择性差。
➢ 微生物转化 利用微生物酶的催化作用，对有机化合物某 一特定部位进行化学反应，使其转变为结构 上相类似的另一种化合物。
5
8.2 氢化可的松的半合成路线研究
➢ 微生物转化 对甾体的每一位置上的原子或基团都可 进行生物转化，涉及到的反应类型多， 如羟化反应。
30
16α-17α-环氧黄体酮 反应条件的控制
注意事项
4）H2O2的用量宜控制适当配比，一般选用双 烯醇酮醋酸酯与H2O2的配比为1:1.5左右。 5）Oppenauer氧化为可逆反应，可增加环己 酮的配料比，使反应向正方向移动。 6）Oppenauer氧化应在无水条件下进行，否 则异丙醇铝遇水分解，遇碱也分解。