CN102206696A - 11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法 - Google Patents
11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,利用微生物,将11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮转化为11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮,包括以下步骤:第一步,配置并处理培养基;第二步,投料;将底物粉碎后干热灭菌,再投入到培养基中;或用能够与水互溶的有机溶剂溶解或打浆底物后投入到培养基中;培养基作为发酵液;第三步,脱色,精制。本发明通过简单节杆菌发酵,使底物能够在酶的作用下进行1,2位脱氢反应,能够实现甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的工业化大规模生产。本发明投料浓度最大可达7%。
Description
技术领域
本发明涉及一种甾族化合物的制备方法,具体涉及一种甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法。
背景技术
11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮(中间体B)是甾族化合物中一个非常重要的中间体。以中间体B作为原料可以制备多种皮质激素,特别是将来以植物甾醇为起始原料的甾体激素生产领域,它更是多种皮质激素生产工艺中的必经中间体。这些皮质激素可以治疗人类的多种疾病,对保障人们的身体健康有着非常重要的意义。
中间体B的化学式如下:
其中
R1代表H、OH(包括α或β位)、O(与11位C组成酮基)
R2代表OH或醋酸酯。
中间体B可以由11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮(中间体A)转化而成,中间体A的化学式如下:
其中
R1代表H、OH(包括α或β位)、O(与11位C组成酮基)
R2代表OH或醋酸酯。
将中间体A转化为中间体B的反应式如下所示:
目前,用微生物将中间体A转化为中间体B的方法,世界范围报道不多,投料浓度高达7%更是鲜有报道。
此外,现有的甾体激素类药物的工业化生产的起始原料一般采用薯蓣皂素,由于成本原因,该工艺体系中基本上不出现B这一中间体。随着环保要求的提高和其他技术的突破,甾体激素类药物的工业化生产的起始原料开始慢慢地由薯蓣皂素向植物甾醇改变,这使得甾体激素类药物的工业化生产的成本大大降低。而用植物甾醇生产甾体激素类药物,则中间体B是其中的多种药物生产工艺中的必经中间体。正因为如此,开发由中间体A制备中间体B的工业化生产技术,意义非常重大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,它可以实现11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的工业化生产,并获得很高的转化率、收率和质量。
为解决上述技术问题,本发明甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法的技术解决方案为:
利用微生物,将11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮(中间体A)转化为11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮(中间体B),所述微生物为简单节杆菌(Arthrobacter Simplex,ATCC 6946);包括以下步骤:
第一步,配置并处理培养基;
配置培养基的比例按重量百分比为:包括0.2~0.5%的含氮物质、0.05~0.2%的无机盐、水、0.5~1.5%的葡萄糖、0.5~1.5%的玉米浆。
所述含氮物质为豆饼粉、蛋白胨、酵母提取物、酵母膏、牛肉膏中的一种或几种。
所述无机盐为KH2PO4、K2HPO4、KCl、KNO3中的一种或几种。
所述处理培养基的方法是:
将配置好的培养基于120±10℃灭菌30±3分钟;然后冷却到菌种的工艺温度后接种,接种时的空气流量为4±0.5升/分钟,搅拌速度为165±5转/分,在菌种的工艺温度下培养24±0.5小时。 所述菌种的工艺温度为30±1℃。
第二步,投料,发酵;
将底物11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮粉碎后干热灭菌,再投入到培养基中;
或用能够与水互溶的有机溶剂将底物溶解或打浆底物后投入到培养基中;
培养基作为发酵液,在培养基中发酵48小时,投料后提高温度到工艺设定值;
所述能够与水互溶的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氧六环、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、丙二醇中的一种或几种。
投料过程中控制pH值为5.4~7.8;pH值优选为6.9~7.2。
投料过程中控制底物的投料浓度为0.25~7%;
第三步,脱色,精制。
所述脱色精制的方法是:发酵结束后过滤发酵液,收集滤饼,用有机溶剂溶解滤饼,加入活性炭脱色回流30分钟后滤去活性炭,将滤液浓缩;所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯中的一种或几种。
本发明可以达到的技术效果是:
本发明通过简单节杆菌(Arthrobacter Simplex,ATCC 6946)发酵,使甾族化合物11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮(中间体A)在酶的作用下进行1,2位脱氢反应,制备得到甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮(中间体B)的化合物,能够实现甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮(中间体B)的工业化大规模生产。
采用本发明能够使底物在很大的投料浓度下转化率可以达到90%以上,底物投料浓度可以达到70g/L(底物重量/发酵液体积)。精制后总收率达到85%以上,纯度达到97%以上。本发明投料浓度最大可达7%。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是PH值对转化率的影响曲线图;
图2是底物浓度对转化率的影响曲线图。
具体实施方式
本发明甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,利用微生物,将11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮(中间体A)转化为11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮(中间体B);微生物可以采用简单节杆菌(Arthrobacter Simplex,ATCC 6946);包括以下步骤:
第一步,配置并处理培养基;
培养基按以下比例配置:
培养基包括含氮物质、无机盐、水、0.5~1.5%葡萄糖(重量百分比)、0.5~1.5%玉米浆(重量百分比);
含氮物质可以添加豆饼粉、蛋白胨、酵母提取物、酵母膏、牛肉膏等;添加量为0.2~0.5%(重量百分比);
无机盐可以添加KH2PO4、K2HPO4、KCl、KNO3等;添加量为0.05~0.2%(重量百分比);
处理培养基的方法是:
将配置好的培养基于120℃灭菌30分钟;然后冷却到菌种的工艺温度后接种,接种时的空气流量为4Lpm(升/分钟),搅拌速度为165±5rpm(转/分),在菌种的工艺温度下培养24小时左右;菌液培养24小时后,当显微镜观察菌体生长正常,没有染菌,pH值6.9~7.1,透光度≤35%,酶活力达到TTC(氯化三苯基四氮唑)法2分钟内显色,即达到投料条件可以投料;菌种的工艺温度为30±1℃;
第二步,投料,发酵;
将底物11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮(中间体A)粉碎后,干热灭菌法进行灭菌后,再投入到培养基中;
或用能够与水互溶的有机溶剂将底物溶解或打浆底物(中间体A)后投入到培养基中;
培养基作为发酵液,在培养基中发酵48小时,投料后提高温度到工艺设定值;
所述能够与水互溶的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氧六环、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、丙二醇中的一种或几种。
投料过程中调整pH值,从5.4至7.8作梯度;
投料后48小时取样,用HPLC(高效液相色谱)方法检测转化率,结果如图1所示。从图1可以看出,pH值在6.9~7.2时,转化率最好;当pH值低于6.9或超过7.2时,转化率明显下降。这一现象说明,简单节杆菌的脱氢酶活力与发酵液中的pH有关,脱氢酶的最佳pH应该在6.9~7.2,超出这个范围时对酶活力都有影响。
投料过程中调整底物(中间体A)投料的浓度,从0.25%(底物重量/发酵液体积)至7%作梯度。
投料后48小时取样,用HPLC方法检测转化率,结果如图2所示。从图2可以看出,底物投料的浓度越大,转化率越低,当底物投料浓度超过6%时,转化率明显下降。
因此,底物投料浓度可以为5~6%,最好为5%,经过48小时发酵,转化率达到90%以上。
第三步,脱色,精制;
发酵结束后过滤发酵液,收集滤饼,用有机溶剂溶解滤饼,加入活性炭脱色回流30分钟后滤去活性炭,将滤液浓缩至糊状。
所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯中的一种或几种。
冷却结晶4小时后过滤,收集晶体烘干,可得到高纯度产品。
采用本发明所得到的产物中间体B的产率可以达到70%,加上回收的母液物料,最后的物料总收率可以达到85%。产物中间体B用HPLC法检测,中间体B的含量可以达到97%以上,主杂质小于2%。
下述实施例用于更详细地解释本发明。
实施例1:
500毫升烧瓶中装有200ml培养基,培养基包括 1%(重量百分比)葡萄糖、1%(重量百分比)玉米浆、0.3%(重量百分比)蛋白胨、0.15%(重量百分比)KH2PO4;将培养基在高压灭菌锅中120℃灭菌30分钟;冷却至30±1℃,然后将简单节杆菌的斜面培养物接种于培养基中;将接种有菌株的培养基在摇床中30±1℃下于165rpm培养 24小时;
将10.0g的11α,17α-二羟基-孕甾-4-烯-3,20-二酮粉碎,干热灭菌,再投入培养液中;继续搅拌通气;控制pH5.4;发酵温度保持为30±1℃;
48小时后,收获培养液,过滤取固体物烘干;
用常规方法脱色精制,得到6.21g的11α,17α-二羟基-孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮,产物收率62.1%,含量98.04%。
浓缩母液得到母液物2.43g。
实施例2:
500毫升烧瓶中装有200ml培养基,培养基包括 1%(重量百分比)葡萄糖、1%(重量百分比)玉米浆、0.3%(重量百分比)蛋白胨、0.15%(重量百分比)KH2PO4;将培养基在高压灭菌锅中120℃灭菌30分钟;冷却至30±1℃,然后将简单节杆菌的斜面培养物接种于培养基中;将接种有菌株的培养基在摇床中30±1℃下于165rpm培养 24小时;
将10.0g的11α,17α-二羟基-孕甾-4-烯-3,20-二酮粉碎,干热灭菌,再投入培养液中;继续搅拌通气;控制pH7.8;发酵温度保持为30±1℃;
48小时后,收获培养液,过滤取固体物烘干;
用常规方法脱色精制,得到6.32g的11α,17α-二羟基-孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮,产物收率63.2%,含量98.45%。
浓缩母液得到母液物2.21g。
实施例3:
500毫升烧瓶中装有200ml培养基,培养基包括 1%(重量百分比)葡萄糖、1%(重量百分比)玉米浆、0.3%(重量百分比)蛋白胨、0.15%(重量百分比)KH2PO4;将培养基在高压灭菌锅中120℃灭菌30分钟;冷却至30±1℃,然后将简单节杆菌的斜面培养物接种于培养基中;将接种有菌株的培养基在摇床中30±1℃下于165rpm培养 24小时;
将14.0g的11α,17α-二羟基-孕甾-4-烯-3,20-二酮粉碎,干热灭菌,再投入培养液中;继续搅拌通气;保持pH7.0;发酵温度保持为30±1℃;
48小时后,收获培养液,过滤取固体物烘干;
用常规方法脱色精制,得到8.64g的11α,17α-二羟基-孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮,产物收率61.7%,含量99.12%。
浓缩母液得到母液物3.49g。
实施例4:
500毫升烧瓶中装有200ml培养基,培养基包括 1%(重量百分比)葡萄糖、1%(重量百分比)玉米浆、0.3%(重量百分比)蛋白胨、0.15%(重量百分比)KH2PO4;将培养基在高压灭菌锅中120℃灭菌30分钟;冷却至30±1℃,然后将简单节杆菌的斜面培养物接种于培养基中;将接种有菌株的培养基在摇床中30±1℃下于165rpm培养 24小时;
将0.5g的17α-羟基-孕甾-4-烯-3,20-二酮粉碎,干热灭菌,再8ML乙醇打浆投入培养液中;继续搅拌通气;控制pH7.0;发酵温度保持为30±1℃;
48小时后,收获培养液,过滤取固体物烘干;
用常规方法脱色精制,得到0.341g的17α-羟基-孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮,产物收率68.2%,含量98.11%。
浓缩母液得到母液物0.121g。
实施例5:
2升烧瓶中装有1000ml培养基,培养基包括 0.6%(重量百分比)葡萄糖、1.0%(重量百分比)玉米浆、0.15%(重量百分比)KH2PO4、0.3%(重量百分比)蛋白胨;将培养基在高压灭菌锅中120℃灭菌30分钟;冷却至30±1℃,然后将简单节杆菌的斜面培养物接种于培养基中;将接种有菌株的培养基在摇床中30±1℃下于165rpm培养 24小时;
如此预培养后,再接种于覆以19升与如上所述的预培养最终组分相同的无菌培养基的20升发酵罐中;另加入1.0ml泡敌以减少起泡;
于0.4~0.6bar的超压、以4升/分钟通气、165rpm搅拌、30±1℃温度下经过12小时的生长期后,;
将1200g的11α,17α-二羟基-孕甾-4-烯-3,20-二酮粉碎,干热灭菌,再投入培养液中;继续搅拌通气;控制pH7.0;发酵温度保持为30±1℃。
48小时后,收获培养液,过滤取固体物烘干;
用常规方法脱色精制,得到860.64g的11α,17α-二羟基-孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮,产物收率71.72%,含量97.74%。
浓缩母液得到母液物147.76g。
实施例6:
500毫升烧瓶中装有200ml培养基,培养基包括 1%(重量百分比)葡萄糖、1%(重量百分比)玉米浆、0.3%(重量百分比)蛋白胨、0.15%(重量百分比)KH2PO4;将培养基在高压灭菌锅中120℃灭菌30分钟;冷却至30±1℃,然后将简单节杆菌的斜面培养物接种于培养基中;将接种有菌株的培养基在摇床中30±1℃下于165rpm培养 24小时;
将2.5g的孕甾-4-烯-3,20-二酮-17α-醋酸酯用8ml二甲基甲酰胺溶解投入培养液中;继续搅拌通气;控制pH7.0;发酵温度保持为30±1℃;
48小时后,收获培养液,过滤取固体物烘干;
用常规方法脱色精制,得到1.73g的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮-17α-醋酸酯,产物收率69.2%,含量98.11%。
浓缩母液得到母液物0.54g。
实施例7:
500毫升烧瓶中装有200ml培养基,培养基包括 1%(重量百分比)葡萄糖、1%(重量百分比)玉米浆、0.3%(重量百分比)蛋白胨、0.15%(重量百分比)KH2PO4;将培养基在高压灭菌锅中120℃灭菌30分钟;冷却至30±1℃,然后将简单节杆菌的斜面培养物接种于培养基中;将接种有菌株的培养基在摇床中30±1℃下于165rpm培养 24小时;
将5g的17α-羟基-孕甾-4-烯-3,11,20-三酮粉碎,干热灭菌,再投入培养液中;继续搅拌通气;控制pH7.0;发酵温度保持为30±1℃。
48小时后,收获培养液,过滤取固体物烘干;
用常规方法脱色精制,得到3.84g的17α-羟基-孕甾-1,4-二烯-3,11,20-三酮,产物收率76.8%,含量98.11%。
浓缩母液得到母液物0.87g。
Claims (10)
1.一种甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:利用微生物,将11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮转化为11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮,包括以下步骤:
第一步,配置并处理培养基;
第二步,投料,发酵;
将底物11,17α-被取代的孕甾-4-烯-3,20-二酮粉碎后干热灭菌,再投入到培养基中;
或用能够与水互溶的有机溶剂将底物溶解或打浆底物后投入到培养基中;
培养基作为发酵液,在培养基中发酵48小时,投料后提高温度到工艺设定值;
投料过程中控制pH值为5.4~7.8;
投料过程中控制底物的投料浓度为0.25~7%;
第三步,脱色,精制。
2.根据权利要求1所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述微生物为简单节杆菌。
3.根据权利要求1所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述第一步配置培养基的比例按重量百分比为:包括0.2~0.5%的含氮物质、0.05~0.2%的无机盐、水、0.5~1.5%的葡萄糖、0.5~1.5%的玉米浆。
4.根据权利要求3所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述含氮物质为豆饼粉、蛋白胨、酵母提取物、酵母膏、牛肉膏中的一种或几种。
5.根据权利要求3或4所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述无机盐为KH2PO4、K2HPO4、KCl、KNO3中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述第一步处理培养基的方法是:
将配置好的培养基于120±10℃灭菌30±3分钟;然后冷却到菌种的工艺温度后接种,接种时的空气流量为4±0.5升/分钟,搅拌速度为165±5转/分,在菌种的工艺温度下培养24±0.5小时。
7.根据权利要求6所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述菌种的工艺温度为30±1℃。
8.根据权利要求1所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述第二步投料过程中控制pH值为6.9~7.2。
9.根据权利要求1所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述第二步中能够与水互溶的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氧六环、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、丙二醇中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的甾族化合物中间体11,17α-被取代的孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮的制备方法,其特征在于:所述第三步脱色精制的方法是:发酵结束后过滤发酵液,收集滤饼,用有机溶剂溶解滤饼,加入活性炭脱色回流30分钟后滤去活性炭,将滤液浓缩;所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯中的一种或几种。
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