甾体化合物的结构修饰
甾体化合物的生物转化
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
甾体皂甙元A环结构修饰反应研究
１ 引 言
甾体化 学 （ ｔｏｄｌ ｈｍｓｙ 是 以 甾族 化合 物 Ｓｅ ｉａ Ｃ ｅ ｉｒ） ｒ ｔ
（ ｔｏ ） Ｓ ｒ ｄ 为其研究对象的一门比较古老而又不断发 ｅｉ 展的科学 ，甾族化合物是广泛存在于生物体组织内
舯
驴 Ｈ
胆甾酸 ）
。 ０Ｈ ￡Ｉ ＣＨ
的一类重要的天然有机化合物 ，甾醇 ，胆汁酸，许
位 引入 双 键 。 它是 一 种 在 甾体 环 上 快 速 引 入 双键 的 方 法之 一 。
关
键
词： 甾体 皂 甙 元 ； 饰 ； 成 ； 代 ； 环 修 合 溴 开
中图分类号 ： ５—３ ３ Ｑ —３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６２—４５ （０ ８ ０ ０ ３ １７ ５ ０ ２ ０ ）５— ０ ４一ｏ ２
・
３ ４・
几种甾体类天然产物的结构修饰及其生物活性研究
几种甾体类天然产物的结构修饰及其生物活性研究甾体类化合物广泛分布于自然界中,并参与许多生命过程,在现代医药领域
内扮演着重要的角色。
目前,一些具有独特生理功能甾体类化合物,尤其是抗肿瘤、抗癌甾体化合物的发现将甾体化学的研究推向了一个新的阶段。
通过对已有甾体化合物的结构修饰,进而筛选得到结构新,活性好的甾体化合物成为筛选新药的
重要途径之一。
本文主要利用甾体骨架的特殊性,对几种天然甾体化合物进行了结构改造修饰。
通过调整原料与盐酸羟胺的投料比对黄体酮进行了肟化,得到了3,20-二酮
肟结构的甾体,并对其两种异构体进行了分离。
重点以豆甾醇、胆甾醇、薯蓣皂苷元为原料,经过乙酰化、烯丙基氧化、水解三步得到了4-烯-7-羰基结构的甾
体化合物,同时在水解一步,得到了脱水产物3,5-二烯-7-酮结构的甾体。
本文总共得到了15个甾体类化合物,通过IR、1~H NMR、(13)~C NMR、MS
等现代波谱学方法确定了化合物的结构。
对合成出的化合物运用生长速率法进行了抗苹果炭疽(Colletotrichum gloeosporioides)、番茄灰霉(Botrytis cinerea)、棉花枯萎(Fusarium graminearum)和小麦赤霉(Fusarium oXysporum f . s p. vasinfectum)活性的考察,结果表明XJ-2、XJ-4、XJ-11、XJ-13、XJ-14
的抑菌率都超过了50%,其中XJ-14对苹果炭疽的抑制活性达到了90.2%。
种子萌发法对这些化合物的化感活性进行了测试,结果发现,化合物XJ-6、XJ-8对萝卜种子的萌发具有抑制作用,对莴苣种子的萌发具有促进作用。
金樱子化学成分和药理作用研究进展
金樱子化学成分和药理作用研究进展作者：许耀珑张舒恬谢玮铭黄斌陈芊茜来源：《医学食疗与健康》2021年第20期【关键词】金樱子;化学成分;药理作用金樱子为常绿攀援灌木，蔷薇科植物，长达5m，茎具倒钩状皮刺和刺毛。
又称倒挂金钩，以成熟果实入药。
性喜温暖，向阳而生，主要分布在我国南方地区[1]。
金樱子果营养丰富，含20余种氨基酸，18种矿物元素以及果糖、柠檬酸、苹果酸、维生素、皂甙等成份。
此外还含有丰富的锌和硒等矿质元素。
这些微量元素对人体的保健和防癌均有很好的效果。
金樱子植物全身均可应用[2]，除果实外，其根、叶、花均作为药物收载于不同年代的本草古籍中。
《中国药典》中对金樱子的性状、鉴别、功能与主治等作了详细的介绍。
2002年，中国卫生部正式将金樱子归入保健品[3]。
由于金樱子可以药食两用，为了对其进行更深入的研究和开发，促进其更广泛的应用，本文对金樱子化学成分和药理作用进行了综述，为今后进行产品的开发及推广打下基础。
1化学成分1.1三萜类化合物三萜类化合物的提取一般先用乙醇或甲醇提取，然后提取液合并，减压浓缩获得稠状浸膏，再分别用石油醚、丙酮、乙酸乙酯萃取，减压浓缩后得到。
金樱子中三萜类成分主要为五环三萜类，包括齐墩果烷型、乌苏烷型和羽扇豆烷型三种类型，其中以乌苏烷类化合物最多[4]。
田雨浓等[5]首次对蔷薇科蔷薇属植物光果金樱子进行化学成分研究。
目前，在研究光果金樱子的化学成分及药理活性方面，国内外都很少去研究。
《中国药典》仅收载金樱子作为传统中药金樱子的药材来源，并没有收载光果金樱子。
1.2黄酮类化合物黄酮类化合物的羟基衍生物多具黄色，故又称黄碱素或黄酮。
王健[6]采用正交实验法从金樱子中提取出总黄酮，以芦丁为对照品，用紫外分光光度法测定金樱子中总黄酮的含量。
1.3甾体类化合物甾类化合物是一類激素类药物，为重要的生命元素，对具有甾体骨架的天然产物进行结构修饰可得到各种甾体药物。
金樱子中的甾体类化合物主要有β-谷甾醇[7]、豆甾-3α等。
Y名词解释
名词解释1)受体的激动剂药物进入机体,到达作用部位后,如能与同一受体结合,产生拟似某体内代谢物的生理作用，称为该受体的激动剂。
2)受体的拮抗剂00281药物进入机体,到达作用部位，如果药物与受体结合后,不产生效力,并干扰受体与相应的代谢物的结合,从而拮抗这种代谢物的生理作用，称为受体的拮抗剂或受体的阻断剂。
3)催眠药引起类似正常睡眠状态的药物,称为催眠药。
4)抗癫痫药用于防止和控制癫痫发作的药物,称为抗癫痫药。
5)镇静药催眠药在小剂量时可使服用者处于安静或思睡状态,称为镇静药。
6)安定药在不影响意识的条件下,能控制紧张、躁动、焦虑、忧郁及消除幻觉,使之产生安定作用的药物,称为安定药。
7)抗精神病药临床上用于治疗各种类型的精神病和神经官能症的药物,叫抗精神病药，如安定。
1)镇痛药是一类对痛觉中枢有选择性抑制作用,使疼痛减轻或消除的药物。
但不影响意识,也不干扰神经冲动的传导,对触觉及听觉等也无影响。
2)中枢兴奋药是指能刺激中枢神经系统,能提高此系统功能的药物。
广义的中枢神经兴奋药包括精神兴奋药、抗抑郁药、致幻药。
3)xx药是指对延脑生命中枢具有兴奋作用的药物。
又称为延脑兴奋药。
1)xx能使机体或机体的一部分暂时失去痛觉的药物。
2)全身xx对中枢神经系统具有可逆性抑制作用,从而使意识、感觉和反射消失的药物。
3)局部xx作用于神经末梢或神经干,阻滞神经冲动的传导,使局部的感觉消失的药物。
4)静脉xx用静脉注射给药的非挥发性麻醉药，是全身麻醉药的一种。
5)吸入xx是化学性质不活泼的气体或易挥发的液体,由于易挥发而供吸入麻醉用，是全身麻醉药的一种。
6)解痉药一类节后抗胆碱药,能对抗乙酰胆碱及各种拟胆碱药的毒蕈碱样作用。
表现为松弛多种平滑肌、抑制多种腺体分泌,加速心率,散大瞳孔。
7)肌肉松弛药作用于神经肌肉接头,使骨胳完全松弛,为外科手术的辅助用药。
8)拟肾上腺素药是一类与肾上腺素受体兴奋时作用相似的药物，又称拟交感胺药物。
3-三氯乙酰孕烯醇酮-20-缩氨硫腙、甾体香豆素化合物的合成与抗肿瘤活性研究
3-三氯乙酰孕烯醇酮-20-缩氨硫腙、甾体香豆素化合物的合成与抗肿瘤活性研究甾体化合物是一类广泛存在于自然界和生物体组织内的天然有机化合物。
这类化合物具有良好的生理活性,既可以从天然产物中分离提纯获得,也可以通过合成得到。
甾体化合物的相关研究与应用在药物化学领域十分广泛。
在研究中,可以用不同的方法或手段提取与合成所需的目标化合物,比如通过氧化、还原、缩合等反应进行结构修饰改造,并引入含氮基团、杂环基团等活性基团的方法以获得生物活性更好的目标化合物。
自20世纪50年代以来,甾体类药物的研究逐渐受到医药研究者的关注和重视。
在相关的研究过程中,取得了一些成果,如雌莫斯丁磷酸钠、依西美坦、醋酸阿比特龙和2-甲氧雌二醇等成为临床上的抗癌药物。
因此,对甾体化合物进行结构改造,在甾体抗癌药物中的应用具有重要意义。
文献表明香豆素化合物具有抗菌,抗氧化,抗肿瘤等生物活性。
由于香豆素化合物具有强荧光这一特性,因此在合成上常被作为荧光基团引入到各种荧光材料中。
然而,香豆素荧光材料也成为了一类重要的生物荧光成像的材料,并应用于细胞荧光成像、斑马鱼荧光成像、活体成像等荧光成像实验中。
课题组前期研究中,合成了一系列的甾体衍生物,也得到了活性很好的化合物。
其中甾体中引入含氮基团后,得到的甾体衍生物的生物活性会提高,如20-缩胺硫腙孕甾化合物具有良好的抗肿瘤活性,同时,3-三氯乙酰孕甾化合物效果也很好。
因此,在本研究中采用孕甾衍生物为原料,在3-位上引入三氯乙酰基,在20-位引入肟基、甲氧胺基或含取代基的缩氨硫脲基团,合成了3-三氯乙酰孕烯醇酮-20-缩胺硫腙化合物。
选用T24(人膀胱癌细胞株),SKOV3(人卵巢癌细胞株),A549(人肺腺癌细胞株),293T(人肾上皮细胞株)四种细胞株,对这些化合物进行了体外抗肿瘤活性测试,测试结果显示这类甾体衍生物对A549(人肺腺癌细胞株)具有一定的抗肿活性,但是对293T(人肾上皮细胞株)没有显示毒性。
第八章甾体激素类药物
O 炔孕酮
OH C CH
炔诺酮
OH C CH
O 异炔诺酮
O 炔诺孕酮
化学工业出版社
第八章 甾体激素药物类药物
第二节 甾体激素类药物
四、孕激素 （三）孕激素拮抗剂
也称为抗孕激素，拮抗孕激素与受体的作用，可干扰受 精卵的着床和妊娠过程，达到抗早孕的目的。这是终止早孕 的重要药物。
(CH 3)2N
O H CCCH 3 (CH 3)2N
化学工业出版社
第八章 甾体激素药物类药物
第二节 甾体激素类药物
二、雌激素和抗雌激素类药物 （一）雌激素类药物 1. 甾体雌激素 代表药——炔雌醇
OH C CH
（1）结构：*C17
HO
（2）性质：Ar-OH
RC≡C+AgNO3——RC≡C-Ag （3）作用：口服活性＞雌二醇10倍
与孕激素合用，抑制排卵，可避孕
第八章 甾体激素药物类药物
第二节 甾体激素类药物
三、雄激素、蛋白同化激素与抗雄激素类药物
（二）蛋白同化激素 1.蛋白同化激素：能促进蛋白质合成代谢，减少蛋白质分解代 谢，并促使肌肉发达，体重增加。
2.雄激素结构专属性强：C19去甲基,A环取代或并合,蛋白同化 作用增强。如下:
OCOCH2CH2C6H5
第二节 甾体激素类药物
二、雌激素和抗雌激素类药物 （一）雌激素类药物 1. 甾体雌激素
（3）结构修饰：炔化和醚化（可以口服）
OH C CH
OH C CH
HO
炔 雌 醇
O 炔 雌 醚
化学工业出版社
第八章 甾体激素药物类药物
第二节 甾体激素类药物
二、雌激素和抗雌激素类药物 （一）雌激素类药物 1. 甾体雌激素 （4）性质：Ar-OH；酸性 遇Fe3+络合显色 （5）作用：女性特征等，更年期障碍及月经失调等
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。
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O O
O
HO
O
H
1
AcO
H
HO
H
2
3
O O
AcO
Ac2O/HOAc,180˚C
O
HO
H
AcO
H
1
4
AcO O O
CrO3/HOAc
O
AcO
H
5
将替告皂苷元 1 在醋酐中于180 ˚C裂解F环为 4，用 铬酸氧化开裂E环得 5。
AcO O O O
16
O
KOAc
AcO H
AcO
H
5
OH NOH
2
H2NOH·HCl/py
产外，已外销美国、墨西哥等国。我国是世界上首 先和唯一生产替告皂苷元的国家。
1.利用替告皂苷元合成甾体药物
替告皂苷元（tigogenin）是发现最早 的天然甾体皂苷元之一，已从多种植物 中得到，在已研究过的近300种龙舌兰 属植物中大多含有此苷元。早年对其立 体结构的化学研究和合成甾体药物的研 究都有较多报导。认为替告皂苷元是有 竞争性的甾体原料之一。但是由于未发 现高含量和资源丰富的植物，国外尚未
HO H O O
进行生产。
六十年代末，我国纤维工业大面积改种了纤维质量 好产量高的东一号剑麻为生产原料。1974年我所 和华南热带作物研究所同期发现东一号剑麻叶中有 高含量的替告皂苷元。以全国已种 植的近15万亩 的东一号剑麻计算，每年可供生产200余吨的替告
皂苷元，资源极为丰富。
利用替告皂苷元（ Tigogenin ，1）合成甾体药物时，首 先需将其裂解开环制成关键中间体醋酸烯醇甾酮（2）或 表雄甾酮（3），由（2 ）和（3）出发，可合成一系列甾 体药物。
加活性碳，然后加有机溶剂， 连续回流提取20小时
酸调浆水解，洗去酸液，干燥
湿相滤渣
提取液
回收有机溶剂，浓缩，静置ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ使 结晶完全析出后，离心，干燥
粗制薯蓣皂苷元
自乙醇或丙酮中重结晶
薯蓣皂苷元 mp204- 207℃
薯蓣皂苷元的主要用途
以薯蓣皂苷元为起始原料，半合成各类甾体激素。这些激 素包括肾上腺皮质激素类的糖皮质激素(氢化可的松、泼尼 松等)，盐皮质激素(醛甾酮、醋酸氟氢可的松等)；性激素 类的雌性激素(雌二醇、雌酮等)，雄性激素(睾丸酮、雄酮 等)，蛋白同化激素(去氢甲睾酮、苯丙酸诺龙等)以及避孕 药(炔诺酮、甲地孕酮等)共计2000余种物质。 由于薯蓣皂苷元是合成多种甾体激素和甾体避孕药比 较理想的前体。世界上合成甾体激素类药物大部分是以薯 蓣皂苷元为原料，据统计，目前全世界年产薯蓣皂苷元 3000T，其中我国年产1 500 T；而国际市场的年需求量为 6000 T，国内年需求量为3000 T，对薯蓣皂苷元的需求缺 口很大，因此, 必须寻找新的甾体原料.
余万美元。我国已成为世界上生产海
柯皂苷元最多的国家。
六十年代末，我国开始大量生产甾体避孕药，急需
寻找开发新的甾体原料。1976年我所利用大量种植 的东一号剑麻（Agave dong Ⅰ）为植物原料,对其 叶中含有的甾体皂苷元生产替告皂苷元的工艺和产 品的检测方法等进行了全面的研究。国产的替告皂
苷元除已用于蛋白同化激素药物和53号避孕药的生
1957年我国植物学工作者开始进行薯蓣资源的调查研究和 开发利用，取得了巨大的成绩。据报道，我国薯蓣植物中 含薯蓣皂苷元的种类有17种，1亚种，2变种，可供工业生 产利用的有10种 。约占全世界含有薯蓣皂苷元植物的50 ％ 以上，其中以盾叶薯蓣和穿龙薯蓣的品质最好。不同品 种的薯蓣所含有的薯蓣皂苷元差别很大，同一品种也因产 地、栽培条件、环境条件等的影响使其薯蓣皂苷元的含量
薯蓣皂苷（dioscin）和薯蓣皂苷元(diosgenin)的结构
盾叶薯蓣或穿龙薯蓣的干燥根茎
加水浸透，自然发酵後，加硫酸或 盐酸通蒸汽加压水解 粉碎调浆，蒸汽灭菌并糊化， 接种黑曲霉通气发酵
水解物
用水或碳酸纳溶液洗去酸液， 干燥后粉碎，含水量≤6%
发酵液
过滤，得滤渣，滤液 用于制糖或柠檬酸
干燥粉
床试验表明，同居期间连续服用数片即可达到避孕目的。 可以以表雄甾酮（3）合成。
OPr C CH
PrO HC C H
8
O
O
CrO3/H2SO4
HO H
HOOC HOOC H
O
9
3 Ac2O/NaOH
O H
10
表雄甾酮 3 以铬酸氧化，使A环开裂生成二羧酸 9， 在醋酐中进行环化得五元环酮 10。
OH C
有差异，但以盾叶薯蓣含量最高，为1.05％~16.15％。目 前，国内已可用薯蓣皂苷元合成黄体酮、强的松、可的松、 性激素等50余种激素类药物。
O O CH2OH O OH OH CH3 OH OH OH CH3 OH OH O O
dioscin
CH3
H3C CH3 O O CH3
HO
diosgenin
CH
O
C2H2 , NaOH
O H
HC
HO
H
10
11
OPr C CH
(PrO)2O/TsOH
HC
PrO C H
8
在氢氧化钠存在下通入乙炔使 10 进行炔化反应生 成双炔醇 11，在酸催化下用丙酐将11酰化反应得 8。
AcO H
6
消除 5 的16-取代基团即得中间体 2，再将 2 制成酮肟 6。
NHAc
OH NOH
POCl3/py
AcO
AcO H
H
O
7
6 NaOH/EtOH
HO H
3
6 在三氯氧磷存在下进行重排得酰胺 7，然后水 解即得中间体 表雄甾酮 3。
1.1 口服避孕药双炔失碳酯的合成
双炔失碳酯(anordrin，8)是一种女用口服探亲避孕药，临
1935年Fujii和Matsukawa首次在薯蓣植物中发现了 薯蓣皂苷元，1943年Marker研究证明薯蓣皂苷元是 合成甾体激素药物的原料，自此以后，薯蓣属植物 的开发利用在全世界迅速展开。薯蓣皂苷元是合成 多种甾体激素和甾体避孕药比较理想的前体，世界 各国生产的甾体激素60％ 以上以它为原料，甾体激 素应用广泛，发展迅速。美国仅皮质激素一类就有 60多种药品上市。每年所需甾体原料以薯蓣皂苷元 (diosgenin）折算，约需2000吨。
在国内研究开发薯蓣皂苷元的同时， 我所选用了另一种甾体原料——海柯 皂苷元，进行了合成Δ-去氢皮质酮的 研究。目前，我国生产的海柯皂苷元 除一部分用于国内皮质激素药物的生 产外，大部分出口至英、美等国。过 去十年 仅出口英国葛兰素化学有限公 司的数量已达300余吨，创外汇2000
HO H O O O