2020, Vol. 37
苯甲孕酮，化学名称为16α, 17α-二羟基-孕甾-4-烯-3, 20-二酮-16α, 17α-苯乙酮缩酮，英文名称为Benzoprogesterone，是一种长效女用避孕药。Lerner[1]1964年通过动物实验确定苯甲孕酮对动物具有黄体激素活性和避孕作用，注射后其作用可持续70 d之久。Felton[2] 1965年确认苯甲孕酮和庚酸雌二醇配伍，每月注射1次，可用作为长效女用避孕药。
苯甲孕酮传统的制备方法[3-4]为采用双烯醇酮乙酸酯(Ⅰ)为原料，先用高锰酸钾氧化法引入16α, 17α-双羟基，得到化合物(Ⅱ)，然后在高氯酸存在下与苯乙酮缩合而得化合物(Ⅲ)，用氢氧化钾甲醇溶液水解其3-乙酰基得3-羟基体(Ⅳ)，再用沃氏氧化法进行氧化，即生成目的物苯甲孕酮(Ⅴ)。该路线各步反应产率较低，总收率约为45%，不适宜工业化生产。
本研究提出一种新的工艺路线，采用沃氏氧化物16α, 17α-环氧黄体酮(Ⅵ)为起始原料，通过还原、氧化和环合等系列反应，再经精制得到成品苯甲孕酮，经MS、1H NMR确证了结构，HPLC检测质量分数达到99.5%，该路线的总收率为75%。
1 新旧工艺对比苯甲孕酮传统合成传统工艺如图 1所示。以双烯醇酮乙酸酯(Ⅰ)为原料，丙酮为溶剂，甲酸催化下，室温下加入高锰酸钾氧化反应，反应完毕，过滤减压浓缩得到化合物(Ⅱ)；化合物(Ⅱ)在高氯酸存在下，室温下与苯乙酮缩合反应，反应完毕加压浓缩得到化合物(Ⅲ)；化合物(Ⅲ)用氢氧化钾甲醇溶液室温水解，减压浓缩得到3-乙酰基得3-羟基体(Ⅳ)；化合物(Ⅳ)在甲醇溶剂中，用三氧化铬氧化，甲苯回流1 h，冷却结晶精制即生成目的物苯甲孕酮(Ⅴ)。
|
| 图 1 苯甲孕酮传统合成工艺路线图 Fig.1 Traditional synthetic route of benzoprogesterone |
| |
本研究提出的苯甲孕酮合成新工艺如图 2所示。以沃氏氧化物16α, 17α-环氧黄体(Ⅵ)为原料，异丙醇为溶剂，低温加入亚铬盐水溶液，保温反应完毕，减压蒸至黏稠近干，加水分散，过滤，烘干，得还原物(Ⅶ)；以还原物(Ⅶ)为原料、丙酮为溶剂，室温搅拌溶清，加入甲酸、水和高锰酸钾，保温至反应完毕。过滤，滤液减压浓缩，过滤，干燥得氧化物(Ⅷ)；以氧化物(Ⅷ)为原料，加入苯乙酮，室温保温加入高氯酸，加完保温搅拌至反应完全，减压蒸馏出苯乙酮(回收)，氯仿提取，减压蒸干得到黏稠物料，加入无水乙醇重结晶，过滤，烘干，得苯甲孕酮(Ⅴ)精品。
|
| 图 2 苯甲孕酮合成新工艺 Fig.2 A new process for the synthesis of benzoprogesterone |
| |
高效液相色谱仪：美国安捷伦公司，型号为Agilent 1200，主要技术参数为：波长范围：190~700 mm，最大耐压40 MPa，采集频率：100 Hz，温控范围：(室温+5)~55 ℃，流速范围：0.001~100.000 mL/min。
核磁共振仪：型号为Bruker 400 MHz，主要技术参数为：频率范围：6~430 MHz；相位分辨率：< 0.001°；频率分辨率：< 0.005 Hz；时间分辨精度：12.5 ns。
2.2 主要试剂沃氏氧化物，质量分数98%，天津金汇药业股份有限公司；六水合三氯化铬、锌粉、高锰酸钾、高氯酸、苯乙酮、丙酮和异丙醇，均为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。
2.3 合成方法 2.3.1 16α, 17α-去氢黄体酮(Ⅶ)的制备还原剂的配置：于500 mL四口瓶投入六水三氯化铬、水，氮气保护下室温搅拌溶清，溶清后升温加入锌粉，保温搅拌1.5 h，备用。
在2 000 mL四口反应瓶中加入沃氏氧化物和异丙醇，降温至-20 ℃，保温加入上述还原剂(上述配置溶液)，保温搅拌2 h。保温完毕70 ℃以下减压蒸至黏稠近干，加水分散搅拌1 h，静置12 h左右，过滤，滤饼水洗，烘干，得还原物(Ⅶ)。外观白色或浅绿色结晶粉末，收率95%左右，HPLC检测≥96%。
2.3.2 16α, 17α-双羟基黄体酮(Ⅷ)的制备于5L四口瓶投入还原物(Ⅶ)物料、丙酮，室温搅拌溶清，溶清后降温至-10 ℃以下，加入甲酸、水和高锰酸钾，温度会上升，计时搅拌2 h，保温结束，加入亚硫酸钠溶液。过滤，滤液减压浓缩至黏稠，再加入水稀释，搅拌1 h，室温静置12 h以上。过滤，滤饼水洗，烘干24 h，得氧化物(Ⅷ)。外观白色或微黄色结晶粉末，收率90%左右，HPLC检测≥95%。
2.3.3 苯甲孕酮(V)的制备于2000mL四口瓶投入氧化物(Ⅷ)和苯乙酮，室温保温加入高氯酸，加完保温搅拌至反应完全。TLC检测反应完全，保温结束，加入亚硫酸钠溶液，减压蒸馏出苯乙酮(回收)，成黏稠状，加入氯仿和水慢慢溶解物料，分层，水层提取，氯仿层合并，水洗2次，氯仿层干燥。过滤，滤饼少量氯仿洗，加入中性氧化铝、硅胶回流1 h，趁热过滤，氯仿减压蒸干得到黏稠物料，加入无水乙醇溶清，重结晶，析晶后，过滤，滤饼乙醇洗，再用乙醇重结晶1次，烘干，得苯甲孕酮(V)精品。
外观白色结晶粉末，总收率75%左右，HPLC检测≥99.5%。ESI-MS m/z：448.2[M+H]+。1H-NMR(90 MHz, CDCl3, TMS)。δ: 0.67(s, 3H, 18-CH3)，1.14(s, 3H, 19-CH3)，1.48(s, 3H, 环合CH3)，2.23(s, 3H, 21-CH3)，5.19(d, 1H, J=4.4 Hz, C16-H)，5.6(s, 1H, C4-H)，7.26~7.57(m, 5H, Ar-H)，与文献值[5]相符。
3 结果与讨论 3.1 工艺条件优化在苯甲孕酮合成过程研究中发现，16α，17α-去氢黄体酮(Ⅶ)的制备这一过程尤为关键，其他2步反应均有类似结构化合物较为成熟的工业化工艺条件作参考。针对这一步骤对反应温度、溶剂种类和分散水用量3个条件进行工艺参数优化。
3.1.1 反应温度改变温度，在反应瓶中加入沃氏氧化物和异丙醇，降温至-20 ℃，保温加入上述还原剂，保温搅拌2 h。保温完毕70 ℃以下减压蒸至黏稠近干，加水分散搅拌1 h，静置12 h左右，过滤，滤饼水洗，烘干，得到中间体16α, 17α-去氢黄体酮(Ⅶ)，研究温度对收率[收率=产物量/投料量×(328.5/312.5)×100%]的影响，结果如图 3所示。
|
| 图 3 反应温度对中间体Ⅶ制备收率和含量的影响 Fig.3 Effect of reaction temperature on yield and content of intermediate Ⅶ |
| |
通过图 3发现，随着温度的降低，收率与含量均是先增大后边小的趋势，优选温度-20 ℃为最适宜。
3.1.2 溶剂的选择改变溶剂种类，其它条件为：在反应瓶中加入沃氏氧化物和异丙醇，降温至-20 ℃，保温加入上述还原剂，保温搅拌2 h。保温完毕70 ℃以下减压蒸至黏稠近干，加水分散搅拌1 h，静置12 h左右，过滤，滤饼水洗，烘干，得到中间体16α, 17α-去氢黄体酮(Ⅶ)。本研究中，溶剂四氢呋喃、无水乙醇、甲醇和异丙醇对制备中间体16α, 17α-去氢黄体酮(Ⅶ)，收率和含量的影响，结果如表 1所示。
| 溶剂 | 收率/% | w/% |
| 四氢呋喃 | 90 | 95 |
| 无水乙醇 | 93 | 96 |
| 甲醇 | 94 | 95 |
| 异丙醇 | 95 | 96 |
通过表 1发现，不同溶剂条件下，产品收率与含量均发生改变，考虑到工业化生产，四氢呋喃价格昂贵，无水乙醇及甲醇回收率较低，优选溶剂为异丙醇。
3.1.3 分散水用量改变分散水用量，其它条件为：在反应瓶中加入沃氏氧化物和异丙醇，降温至-20 ℃，保温加入上述还原剂，保温搅拌2 h。保温完毕70 ℃以下减压蒸至黏稠近干，加水分散搅拌1 h，静置12 h左右，过滤，滤饼水洗，烘干，得到中间体16α, 17α-去氢黄体酮(Ⅶ)。本研究中，分散水倍数对制备中间体16α, 17α-去氢黄体酮(Ⅶ)，收率和含量的影响，结果如图 4所示。
|
| 图 4 分散水用量对中间体Ⅶ制备收率与含量的影响 Fig.4 Effect of dispersed water dosage on yield content of intermediate Ⅶ |
| |
通过图 4发现，随着分散水倍数的增加，对浓度影响不大，收率随着水量的增加而增大，综合考虑优选分散水20倍为最适宜。
3.2 分析测试结果核磁结果对产物分子结构的表征确证，如图 5所示。利用高效液相色谱仪对产物的纯度测定，如图 6。
|
| 图 5 苯甲孕酮1H-NMR图谱 Fig.5 1H NMR spectrum of benzoprogesterone |
| |
|
| 图 6 苯甲孕酮HPLC图谱 Fig.6 HPLC spectrum of benzoprogesterone |
| |
提出一种新的苯甲孕酮合成工艺，通过一系列反应和精制过程得到预期产品。采用经MS、1H-NMR对其分子结构进行表征，确认为苯甲孕酮。采用高效液相色谱仪确定其质量分数≥99.5%。经实验数据分析，该工艺苯甲孕酮总收率可达75%。
通过本工艺制备的苯甲孕酮，纯度达99.5%以上，达到药用级别，并且工艺简单，成本低，操作方便，效率高，有利于实现苯甲孕酮高纯度、高收率工业化生产。
| [1] |
Lerner L J, Yiacas E, Bianchi A, et al. Effect of the acetophenone derivative of 16α, 17α-dihydroxyprogesterone on the estrous cycle, mating, and fertility in the rat[J]. Fertility and Sterility, 1964, 15(1): 63-74. DOI:10.1016/S0015-0282(16)35109-3 |
| [2] |
Felton H T, Hoelscher E W, Swartz D P. Evaluation of use of an injectable progestinestrogen for contraception[J]. Fertility and Sterility, 1965, 16(5): 665-676. DOI:10.1016/S0015-0282(16)35713-2 |
| [3] |
Fried J. Progestationally active acetals and ketals of 16α, 17α-dihydroxyprogesterone[J]. Chem and Ind, 1961, 20(1): 465-468. |
| [4] |
Hydorn A E, Korzun J N, Moetz J R. Continuous permanganate oxidation of 16-dehydrosteroids[J]. Steroids, 1964, 3(5): 493-504. DOI:10.1016/0039-128X(64)90082-0 |
| [5] |
Fried J, Akiko H, Ryoji K, et al. The stereochemistry of unsymmetrically substituted 16α, 17α-methylenedioxyprogesterones[J]. Proceedings of the First International Congress on Hormonal Steroids, 1965, 25(2): 15-22. |