流动化学助力醋酸环丙孕酮的化学 - 生物催化不对称合成：开辟甾体药物合成新路径

为解决传统批次合成醋酸环丙孕酮（CPA）步骤繁琐、效率低等问题，研究人员开展 10 步化学 - 生物催化连续流不对称合成 CPA 的研究。结果成功实现从 4 - 雄烯 - 3,17 - 二酮合成 CPA，总产率 9.6% 。该研究为甾体药物合成提供新策略。

　　在甾体药物的合成领域，醋酸环丙孕酮（Cyproterone Acetate，CPA）作为一种重要的甾体激素，具有独特的药理活性和广泛的临床应用。它能有效阻断雄激素 - 受体（AR）相互作用，降低血清睾酮水平，是临床上治疗前列腺癌、男性转移性乳腺癌等疾病的重要药物，还用于法医精神病学领域对性不当行为患者的治疗，被列入 55 个国家基本药物清单。

然而，传统的 CPA 合成方法存在诸多问题。以往的批次合成路线往往步骤繁多，如 Rudolf 的 18 步合成法、Kongkathip 的 14 步合成法以及 Manosroi 的 12 - 16 步合成法等。这些方法不仅产生大量废弃物，而且在操作过程中涉及危险材料和高活性物种，存在安全隐患，整体合成效率也不理想。此外，流动化学虽在有机小分子合成方面具有环境兼容性、安全性和合成效率等优势，但在制造活性药物成分（APIs）方面应用较少，尤其是在甾体药物的连续流合成方面案例稀缺，主要原因是甾体药物在不同反应条件下溶解性差且反应性复杂。

为了攻克这些难题，复旦大学催化与手性分子合成工程中心以及江西师范大学流动化学与工程研究所的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们致力于开发一种简洁高效的连续流合成平台，以实现从商业可得的 4 - 雄烯 - 3,17 - 二酮（4 - androstene - 3,17 - dione，4 - AD）出发，通过化学 - 生物催化不对称合成 CPA。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是生物催化技术，利用工程化的 3 - 酮甾醇 - Δ¹ - 脱氢酶（ReM2）催化 Δ¹ - 脱氢反应；其次是化学催化技术，包括 Co 催化的 Mukaiyama 水合反应构建手性 C17α - OH 基团，以及 Corey - Chaykovsky 环丙烷化反应构建环丙基核心结构；此外，还采用了连续流反应技术，将多个反应步骤整合在一个连续的流程中，避免了中间产物的分离和纯化。

研究结果如下：

• ReM2 催化 4 - AD 的 Δ¹ - 脱氢反应：研究人员首先对从 4 - AD 合成 10 的反应进行研究。通过筛选溶剂、优化反应温度和停留时间等条件，发现以 DMF 为溶剂，在 40°C 下，ReM2 细胞裂解液、吩嗪硫酸甲酯（PMS）存在的条件下，反应停留时间分别为 15min 和 45min 时，可获得 98% 的转化率和 88% 的分离产率。向反应混合物中连续通入 O₂，可显著减少 PMS 的用量并缩短反应时间。
• 通过乙炔化 / Rupe 重排两步合成 9：在获得 10 后，研究人员开发了两步连续流工艺合成 Δ^1,4,16 - 三烯 - 3,20 - 二酮（9）。先通过乙炔化反应在 C17 - 酮官能团上选择性添加两个碳片段，再进行 Rupe 重排反应。优化反应条件后，以 THF/DCE/HMPA（9:10:1）为溶剂，在 60°C 下反应 9min，乙炔化反应转化率可达 99%；Rupe 重排反应在 80°C、3.0bar 背压下反应 25min 可完成，两步反应总分离产率为 62%，通量为 0.56g/h。
• Co 催化 9 的 Mukaiyama 水合反应：该反应是合成 CPA 的关键步骤之一，旨在构建 D 环的手性 C17α - OH 基团。研究发现，以 EtOH 为溶剂、Co (acac)₂为催化剂（3.0mol%）时，反应效果最佳，产率可达 94%，非对映选择性 dr>20:1。降低催化剂负载量至 2.0mol% 仍能维持较好的反应结果。此外，该反应对多种 16 - 脱氢甾体类似物具有较好的适用性。在连续流反应中，以 EtOH 为溶剂，25°C 下反应 10min，9 的转化率可达 100%，分离产率为 80%；以 DCE 和 EtOH（1:1）为混合溶剂，在优化条件下反应 12.5min，可获得 78% 的分离产率，dr>20:1。
• 从 8 合成 7 的两步连续流反应：研究人员开发了一种连续流的 Δ⁶ - 脱氢 / 缩酮化反应合成 17α - 羟基 - Δ^1,4,6 - 二烯 - 3 - 酮 - 20 - 缩酮（7）。优化反应条件后，在 140°C 下进行 Δ⁶ - 脱氢反应 4min，可实现 8 完全转化为 13；在 90°C、4.0bar 背压下进行缩酮化反应 20min，13 转化为 7 的转化率可达 98%，总产率为 63%，总停留时间为 110min。
• 7 的镍催化亲核环丙烷化反应和 Corey - Chaykovsky 环丙烷化反应：尝试镍催化 7 的亲核环丙烷化反应在连续流条件下未成功，但在批次反应中，使用特定配体可获得较高产率。随后研究 Corey - Chaykovsky 环丙烷化反应，发现以 MeONa 为碱，在 100°C 下反应 10min，7 转化为 6 的转化率可达 98%，分离产率为 81%。
• 三步连续流级联合成 4：以 17α - 羟基 - 1α,2α - 环丙基 - 4,6 - 二烯 - 3 - 酮 - 20 - 缩酮（6）为原料，通过三步连续流反应合成目标分子 CPA（4）。先进行环氧化反应，优化条件后在 110°C、6.0bar 背压下反应 20min，可获得 72% 的分离产率；再进行环氧开环 / 氯化 / 脱水 / 脱保护级联反应，在 180°C、16.0bar 背压下反应 35min，可获得 98% 的目标产物 5 产率，分离产率为 67%；最后进行 O - 酰化反应，使用 Amberlyst15 作为催化剂，在优化条件下可获得 75% 的 4 的分离产率。将三步反应整合后，可获得 35% 的总产率，总停留时间为 164min，生产速率为 127.4mg/h，且流动系统至少可稳定运行 5h。
• 醋酸环丙孕酮的全连续流合成：在优化各步反应条件后，研究人员成功实现了从 4 - AD 出发的 10 步全连续流不对称合成 CPA。反应总时间为 3h，最终获得化学和光学纯的 CPA，总分离产率为 9.6%，纯度为 99%。

研究结论与讨论部分指出，该研究成功实现了从商业可得原料出发，在全连续流模式下通过 10 步化学 - 生物催化不对称合成 CPA，且无需中间分离和纯化。这是目前合成该重要甾体药物最短的路线，也是连续流合成中化学转化步骤最多的报道。该技术在成本和生产效率方面具有显著优势，有望应用于其他 APIs 和天然产物的合成，为分子组装提供了高效范例，对合成有机化学领域将产生重要影响，并且极有可能发展成为工业生产方法。