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传统克拉异酮（Clascoterone）合成存在使用有害过量有机溶剂、产率低等问题。研究人员开展脂肪酶催化无溶剂醇解合成克拉异酮的研究，以 Novozyme 435 为催化剂、IPA 为醇供体，实现高转化率，微反应器中可达 100%，为工业化生产提供新途径。
在皮肤疾病治疗领域，痤疮一直是困扰众多患者的难题。随着医学研究的深入，一种名为克拉异酮（Clascoterone，即皮质酮 17α - 丙酸酯）的新型药物逐渐走进人们的视野。它作为一种独特的孕烷衍生物，具有双重治疗机制，不仅能作为竞争性雄激素受体拮抗剂，有效抑制雄激素信号通路，在痤疮治疗方面展现出良好的临床效果；还具备抗炎、抗过敏等多种治疗特性，在皮炎、湿疹等皮肤疾病的治疗上也有潜在应用价值，这让它成为了皮肤医学领域的研究热点。
然而，克拉异酮的传统合成方法却存在诸多问题。以往的化学合成步骤需要使用对甲苯磺酸以及其他对环境有害的有机溶剂，这不仅给环境带来了沉重负担，在工业生产中溶剂回收也是一大难题。而且，在合成的最后一步，会有大量（约 10%）的酯从 17 位迁移到 21 位，严重影响了产品的质量和产率。后来虽有化学酶法合成克拉异酮的报道，使用商业固定化脂肪酶催化二酯中间体的区域选择性醇解，但反应体系仍需添加乙腈（ACN）、甲苯（Tol）等非绿色溶剂来溶解底物，不仅存在安全隐患，未完全转化的残留底物（约 0.5%）也给高纯度克拉异酮的制备带来了极大的纯化挑战。
为了解决这些问题，国内研究人员开展了一项关于克拉异酮合成的创新研究。他们致力于开发一种更环保、高效的合成方法，期望能克服传统合成工艺的缺陷，为克拉异酮的工业化生产提供更好的解决方案。
研究人员采用的关键技术方法主要有以下几种：首先，通过筛选不同的醇供体，以开发无溶剂的醇解反应体系；其次，对 Novozyme 435 催化的醇解反应进行优化，探究酶浓度和温度等因素对反应的影响；最后，构建连续流微反应器系统，提高反应的传质效率，实现底物的完全转化，并利用高效液相色谱（HPLC）对反应产物进行分析。
在研究结果方面：
- 开发无溶剂醇解反应工艺：研究人员起初评估了甲醇（MeOH）、乙醇（EtOH）、异丙醇（IPA）和异丁醇（IBA）等醇供体对底物醇解反应的效果。在以 ACN 为非质子共溶剂的情况下，随着醇比例从 4% 增加到 16%，转化率有所上升。之后，甲醇和乙醇在比例继续增加时转化率下降，而异丙醇和异丁醇则持续上升，当体系仅含醇时，转化率超 90%。这表明低极性醇（如 IPA/IBA）更有利于反应进行，基于此，研究人员选择了无共溶剂的体系进一步研究。
- 选择合适的醇溶剂：考虑到工业应用需求，研究人员对多种碳链长度在 3 - 6 之间的醇进行筛选。结果发现，随着醇中碳链长度增加，转化率提高，相同碳数的支链醇表现优于直链醇。其中，叔丁醇（TBA）和 IPA 的转化率均超 90%，但由于 TBA 熔点在 23 - 26°C ，在较低环境温度下不易管理，最终选择 IPA 作为最佳醇供体。
- 优化反应条件：以 IPA 为醇供体优化反应条件时，研究人员发现增加酶负载量和反应温度可能提高醇解效率。实验结果显示，当底物 2a 浓度为 10g/L 时，酶负载量从 5g/L 增加到 20g/L，转化率显著上升，20g/L 到 25g/L 时趋于平稳，因此选择 20g/L 的酶负载量和 10g/L 的底物进行后续研究。温度对反应也有明显影响，转化率随温度升高而增加，在 50 - 60°C 达到峰值 95% 后下降，综合考虑酶稳定性和效率，选择 50°C 进行后续实验。对反应动力学分析发现，反应初期 12h 内转化迅速，之后减速，24h 时底物 2a 转化率达到 98.3%，但批次摇瓶反应的表观速率常数（kapp）仅为 0.1043h-1 ，反应速率较慢，可能是由于批次摇瓶系统传质效率低。
- 微反应器中的醇解反应：为解决传质问题，研究人员引入微反应器系统。由于微反应器系统中底物溶液进料的注射器泵只能在室温下工作，且底物 2a 在 IPA 中的最大溶解度约为 4g/L，所以将底物浓度固定为 4g/L，酶负载量设为 2g ，通过改变底物流速调节停留时间。结果表明，转化率与停留时间直接相关，停留时间超 94min 时可实现完全转化（>100%）。微反应器中的表观速率常数为 3.586h-1 ，远高于批次反应器，这得益于微反应器较高的比表面积，优化了酶 - 底物界面相互作用，提高了活性位点可及性。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发了一种基于无溶剂、微反应器的克拉异酮合成方法，通过区域选择性脂肪酶催化皮质酮 17,21 - 二丙酸酯的醇解反应，实现了 100% 的完全转化，反应动力学快，且具有工业化生产的可扩展性。这种区域选择性脂肪酶催化醇解微反应器系统不仅为克拉异酮的生产提供了新途径，还有望应用于其他甾体药物（如倍他米松 17 - 戊酸酯）甚至其他需要选择性酯化的非甾体化合物的生产。这一研究成果为相关药物的合成领域带来了新的希望，有望推动皮肤疾病治疗药物的生产朝着更环保、高效的方向发展，对生命科学和健康医学领域具有重要的意义。该研究成果发表在《BioDesign Research》上，为该领域的进一步研究提供了有价值的参考。
