醋酸可的松的合成工藝改進

金旦妮，隋志紅，林建東

（臺州仙琚藥業有限公司，浙江 臺州 317016）

醋酸可的松（1），英文名稱為Cortisone acetate，化學名稱為17α,21-二羥基孕甾-4-烯-3,11,20-三酮-21-醋酸酯，屬腎上腺皮質激素類藥物，主要用于治療原發性或繼發性腎上腺皮質功能減退癥，以及合成糖皮質激素所需酶系缺陷所致的各型先天性腎上腺增生癥[1-2]。臨床上廣泛應用于支氣管哮喘、類風濕性關節炎、紅斑狼瘡、腎上腺皮質功能減退等疾病的治療[3-6]。由于醋酸可的松臨床應用范圍廣，市場需求大，其合成方法一直是制藥工作者的研究重點。目前，醋酸可的松的全合成工藝路線較長，且工藝過程較為繁瑣，工業化生產難度較大，因此其制備工藝大多采用半合成法。傳統文獻報道的半合成方法主要以21-脫氧可的松(17α-羥基孕甾-4-烯-3,11,20-三酮,2)為原料，經C-21 位碘代、親核取代兩步反應制備得到醋酸可的松。醋酸可的松結構式見圖1。

圖1 醋酸可的松結構式

碘代法合成醋酸可的松的工藝最早是由Ringold、黃鳴龍等提出[7-8]。首先采用CaO/I2體系實現C-21 位碘代，再經KOAc 親核取代生成醋酸可的松。但由于單質碘價格昂貴、毒性大，因此研究人員一直嘗試采用其他鹵代試劑替代單質碘。栗麗麗等[9]以21-脫氧可的松為原料，以ICl為鹵代試劑，成功替代了傳統工藝的I2，合成醋酸可的松。ICl 的制備較為容易，且價格比I2低，但此方法存在實驗重復性不好、收率不穩定等問題。為了探索更綠色、高效的碘代試劑，劉歡等[10]以溴化碘溶液為碘化劑，并研究了一碘化物與副產物二碘化物相互轉化的反應機理，得到單碘化反應的最佳工藝條件，摩爾收率達87%。

為了實現無碘參與的鹵代反應，趙云現等[11]發明了以Br2作為鹵代試劑制備醋酸可的松的方法，大幅降低了生產成本，其生產工藝見Scheme 1。首先，21-脫氧可的松（2）與四氫吡咯發生縮合反應，制得中間體3，然后在惰性氣體的保護下，在催化劑甲基磺酸和原甲酸三乙酯存在下，中間體3 與溴單質發生取代反應，生成物再與KOAc 發生置換反應制得醋酸可的松（1）。

Scheme 1

李合興等[12-14]以11α-羥基-16α,17α-環氧黃體酮為原料，經溴代開環、氫化脫溴、溴代、親核取代及氧化等步驟得到醋酸可的松。該方法有效避免了C11 位羰基對鹵代反應的影響，提高了鹵代反應的選擇性，但該工藝路線較長，生產成本高，總收率較低。

與鹵代反應相比較，合成醋酸可的松過程中的親核取代反應的工藝則較為成熟。洪仁惠等[15]用18-冠醚-6 作相轉移催化劑，可實現用丙酮代替原高沸點溶劑二甲基甲酰胺，收率與原工藝相當。楊乃峰等[16]發現，在固-液相轉移條件下，PEG-400 對羧酸鹽和甾體鹵化物的親核取代反應具有催化作用，以丙酮為溶劑，PEG-400 為催化劑，可以高效地合成醋酸可的松。

現有工業化生產醋酸可的松的主要方法[17-19]見Scheme 2。以11α,17α-二羥基黃體酮（4）為原料，經17 位氧化、C21 位碘代及親核取代三步反應制備得到目標產物（1）。該工藝仍采用單質碘作為鹵代試劑，不僅價格昂貴，而且對環境污染嚴重；同時由于C11 位羰基的存在，導致碘代反應選擇性差、副反應多[20-21]。

Scheme 2

本研究以11α,17α-二羥基黃體酮（4）為原料，經溴代、親核取代及氧化三步反應合成目標化合物醋酸可的松（Scheme 3）。該工藝以溴作為鹵代試劑，克服了碘單質價格昂貴且污染大的缺點[22-25]。此外，最后對C11 位羥基進行氧化，有效地避免了鹵代工藝中的副反應，反應總收率達到54%，同時減少了三廢的排放量。

Scheme 3

1 實驗部分

1.1 主要儀器和原料

儀器：Bruker 400 MHz 型核磁共振儀（CDCl3為溶劑，TMS 為內標）；Buchi 數字熔點儀（溫度未矯正）。

原料：化合物4 為企業自產；其余原料及試劑均為試劑級，阿拉丁試劑有限公司。

1.2 醋酸可的松的合成

（1）化合物7 的合成

向100 mL 燒瓶中加入原料4(5 g,14.4 mmol)，35 mL 氯仿，并加入1 mL 鹽酸-乙醇（1:18）溶解，于25 ℃下滴加液溴/氯仿溶液（57.6 mmol 液溴，液溴、氯仿體積比為1:5），持續1 h 滴加完畢，繼續攪拌1 h。待反應結束后，向反應液中加入冷水150 mL，混合物過濾后用水洗至中性，抽干，干燥后得產品7（4.6 g），收率為75%。

（2）化合物8 的合成

向250 mL 單口燒瓶中加入醋酸鉀的二甲基甲酰胺（DMF）溶液，其配置方法為:7.5 g（76.4 mmol）醋酸鉀加入到80 mL 的DMF 中，加熱，攪拌，物料溫度達到50 ℃時加入冰醋酸3 mL，攪拌30 min至溶解。隨后加入溴代物7（5 g，11.8 mmol），加入完畢后升溫至40 ℃，反應30 min，反應結束后減壓濃縮，過濾后將固體用水洗至中性，干燥后得到產物8（4.2 g），收率為88%。

（3）醋酸可的松（1）的合成

向25 mL 圓底燒瓶中加入三氧化鉻（18.6 mmol,1.86 g）、水（6 mL），攪拌溶解，并在低溫（0 ℃）下緩慢滴加2 mL 濃硫酸，配成Jones 試劑。向另一25 mL反應瓶中加入8（5 g，12.4 mmol），并溶于25 mL丙酮中，在0 ℃下滴加上述Jones 試劑，加完后保溫反應4 h 左右，結束后加入2 mL 異丙醇淬滅反應，減壓濃縮后加水析出結晶，抽濾，干燥后得4.1 g醋酸可的松，收率為82%。熔點：238 ℃～240 ℃，1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ 5.73(s,1H),5.11(d,J=17.6 Hz,1H),4.69 (d,J=17.6 Hz,1H),2.91 (d,J=12.4 Hz,1H),2.81～2.73 (m,2H),2.51～2.38 (m,3H),2.34～2.25 (m,3H),2.16 (s,3H),2.06～1.96 (m,2H),1.74～1.59 (m,2H),1.50～1.46 (m,1H),1.42 (s,3H),1.30 (dd,J=20.7,10.6 Hz,1H),0.66 (s,3H)。13C NMR (150 MHz,CDCl3) δ 209.16,204.81,200.13,170.65,169.18,124.47,88.83,67.74,62.51,51.24,49.94,49.79,38.24,36.47,34.89,34.71,33.7 0,32.31,32.39,23.23,20.52,17.21,15.42。

2 結果與討論

2.1 溴代反應影響因素研究

不同的溴代試劑在反應活性上存在一定的差異，考察了溴、N-溴代丁二酰亞胺、二溴海因、三溴異氰尿酸等常用溴代試劑及其用量對反應的影響，結果見表1。由表1 數據可知，除了液溴以外，其余溴代試劑的反應效果均較差。隨后對溴單質的用量作了進一步優化，結果表明：使用57.6 mmol 的溴反應效果較好。隨后進一步篩選了反應溫度，當溫度為0 ℃時，原料轉化率較低，收率明顯下降；而當升高溫度至40 ℃時，副反應明顯增加，收率減少至54%。因此，反應溫度以25 ℃為宜，產率可達75%。

表1 溴代試劑及其用量、反應溫度等條件篩選aTab.1 Screening of brominated reagents and their dosage,reaction temperature and other conditions

在得到較優的溴代試劑及其用量后，進一步考察溴代反應的溶劑以及反應時間的影響，結果見表2。當選用丙酮、四氫呋喃、乙腈及乙酸乙酯時，反應均可順利進行，但收率低于三氯甲烷組；以三氯甲烷為溶劑，對反應時間作了進一步考察，當反應時間為1 h 時，原料未轉化完全，收率僅為56%；延長反應時間至3 h 時，收率出現下降，反應跟蹤發現有其他副產物產生。因此，三氯甲烷是較優的溴代溶劑，2 h 是較優的反應時間。

表2 溶劑及反應時間對化合物4 收率的影響aTab.2 Effect of solvents and reaction time on the yield of compound 4

2.2 親核取代反應影響因素研究

化合物7 經過醋酸鹽親核取代可以得到產物8。首先對醋酸鹽的用量、反應溫度以及文獻常選用的溶劑作了對比。如表3 所示，選用醋酸鉀作為親核試劑，隨著醋酸鉀用量的增加，反應收率也在逐步提高，當達到70.8 mmol 時，收率不再上升，最高達88%。當升高溫度至50 ℃或降低溫度至35 ℃時都不利于反應，產率均出現下降，因此40 ℃是較佳的反應溫度。此外，選用丙酮或四氫呋喃等溶劑時的效果均不如二甲基甲酰胺作溶劑的效果。

表3 親核取代反應影響因素研究aTab.3 Research on influencing factors of nucleophilic substitution reaction

隨后，進一步考察了不同的醋酸鹽親核取代效果。如表4 所示，實驗結果表明，醋酸銨、醋酸鈉及醋酸鋰等三種醋酸鹽均能以較高的收率得到目標取代產物（收率71%～88%），但反應效果均不如醋酸鉀。因此，醋酸鉀是較優的親核取代試劑。

表4 醋酸鹽種類對化合物5 收率影響aTab.4 Effect of acetate species on yield of compound 5

2.3 氧化反應影響因素研究

化合物8 經C11 位羥基氧化為羰基即得最終產物醋酸可的松。該步反應的關鍵在于氧化體系的選用，通過對多種氧化體系的對比考察（表5），戴斯-馬丁試劑、瓊斯試劑以及2-碘酰基苯甲酸/過硫酸鉀氧化體系都能很好地將8 氧化得到產物醋酸可的松，而使用亞氯酸鈉、次氯酸鈉和二氧化錳則無法得到目標產物。經過一系列嘗試，發現當選用瓊斯試劑時氧化效果較好，產率可達82%。

表5 不同氧化體系對醋酸可的松收率的影響aTab.5 Effects of different oxidation systems on the yield of cortisone acetate

選定瓊斯試劑作為氧化劑后，考察了氧化劑用量及反應溶劑對產物收率的影響，結果見表6。隨著氧化劑用量的增加，產物的收率逐步提高，當氧化劑用量達到1.86 mmol 時，目標產物最高收率可達82%。繼續增加用量，無法進一步提高產物分離收率。對溶劑的考察結果表明，四氫呋喃及二甲基亞砜的反應效果均較差，反應體系中有較多的原料剩余，丙酮是較優的反應溶劑。

表6 氧化反應條件優化aTab.6 Optimization of oxidation reaction conditions

3 結論

綜上所述，以11α,17α-二羥基黃體酮（4）作為原料，經過溴化、親核取代及氧化三步反應得到產物醋酸可的松（1），總收率達到54%。傳統方法是先經氧化后再鹵代和親核取代，通過改變工藝順序，將氧化反應移至最后一步，可有效避免C11 羰基對溴代反應的影響，提高了總收率。此外，用溴替代碘參與鹵化反應，避免了劇毒試劑碘的使用，使工藝從本質上更為安全，并進一步節約了生產成本。目前，本公司正在研究綠色清潔的氧化工藝，替代傳統的金屬鉻試劑氧化。