基本介紹
羥基化反應的重要性,羥基化方法,苯直接羥基化製備苯酚,甾體生物轉化羥化反應,羥化反應機理,底物溶解率的影響,甾體羥化酶的研究,
羥基化反應的重要性
通過羥基化反應可製得醇類與酚類化合物。這兩類物質在精細化工中具有廣泛的用途，主要用於生產合成樹脂、各種助劑、染料、農藥、表面活性劑、香料和食品添加劑等。另外，通過酚羥基的轉化反應還可以製得烷基酚醚、二芳醚、芳伯胺和二芳基仲胺等許多含其他官能團的重要中間體和產物。
羥基化方法
向化合物分子中引入羥基的方法很多，其中包括還原、加成、取代、氧化、水解、縮合和重排等多種類型的化學反應。例如，採用還原方法將脂肪酸及其酯或其它含氧化合物（如醛或酮）還原，以及在催化劑存在下芳烴與環氧乙烷縮合成醇的方法，都是工業生產中合成醇類化合物的重要方法。
苯直接羥基化製備苯酚
主要有以下幾種方法：（1）苯與一氧化二氮 反應；（2）苯與分子氧直接氧化法；（3）苯與雙氧水直接氧化。研究雖多，但都存在不足，如：以N2O作氧化劑的氣相反應，反應溫度較高，成本也太高；以O2（空氣）作為氧化劑廉價易得，有成本優勢，氣相分子氧氧化液相苯，反應溫度不高，但反應的 收率和選擇性都不好；以H2O2做氧化劑，在實驗室條件下便於達到，相比用（O2）作氧化劑苯酚的收率和選擇性相對較高，因此本實驗選用H2O2做氧化劑來進行苯直接羥基化製備苯酚的研究。
1. 催化劑的製備
目前用於本實驗的催化劑種類非常多，在實驗室的條件能達到20%以上的收率和90%以上的苯酚的選擇性。本實驗採用固體催化劑，選擇適當的載體，負載一定量的活性組分，採用浸漬法或公浸漬法製備。
2. 實驗操作步驟
（1） 磁力攪拌器，回流冷凝管的二頸瓶中加入1mL苯，3mL雙氧水，20mL乙腈和0.25克催化劑（分別為cms；GAC(Blank)-450℃；GAC(Fe)-450℃）在70℃下反應5小時，2小時後取樣一次； （2） 5小時後停止反應，取樣，稀釋定容，用高效液相色譜檢測。
甾體生物轉化羥化反應
生物轉化涉及的反應類型很多，如加氫、脫氫、氨化、脫氨、酞化、輕化、脫梭、水解、縮合、環氧化、酞胺化；鹵化、酷化、脫水、甲基化、磷酸化、糖基轉移反應以及底物分子的歧化、異構化、消旋化等。生物轉化已經成功地套用於甾體化合物的研究與生產中，特別是甾體的羥化反應。最早套用於工業生產的羥化反應就是利用黑根霉轉化黃體酮生成Ⅱα羥基衍生物。本文概述在生物轉化甾體化合物中羥化反應的研究進展。
羥化反應機理
同位素示蹤試驗的研究表明，轉化到甾體化合物上的羥基是直接取代甾體碳架上的氫位置，並且取代過程中沒有發生立體構型的變化，也不是通過形成烯的中間體來完成的，即羥基取代的立體構型（α或β構型）是由氫原子原來所處的空間位置決定。羥化作用的氧不來自於水中的氫氧基（-OH）而是來自於空氣中的氧。這一點從理論上說明工業上用黑根霉轉化甾體時需要充分供氧的原因。Hoyam曾將C11和C12位上的氫被H3取代的孕甾-3,20-二酮作為底物用黑根霉轉化來進行研究，結果說明甾體的酶促羥化反應是羥基化位置上的氫被直接取代。
底物溶解率的影響
在甾體化合物的生物轉化過程中，由於甾體底物溶解性差、培養基傳質效率低、底物產物的反饋抑制和全細胞生物催化副產物多等原因，菌株的轉化能力和甾體的轉化效率仍然偏低，是甾體生物轉化技術實現工業化的主要瓶頸。
中國是甾體化合物原料及其製劑的主要生產國，原料藥年產值近100億元，其中70%出口，且皮質激素類原料的生產規模已居世界之首。薯蕷皂素的日漸枯竭造成原料成本價格上升，同時合成的低端產品又缺乏國際競爭力，這給我國甾體藥物產業帶來了嚴重的危機。因此，需要積極努力開發新型甾體原料資源，研究收率高、成本低、環境污染小的綠色工藝。
甾體化合物的原料包括植物甾醇，包括β-谷甾醇、豆甾醇、油菜甾醇等，它們主要來自於豆類植物或煉油下腳料。它們具有甾體化合物的母核結構，因而將其“變廢為寶”能有效解決水解黃姜所帶來的環境污染問題。
其他甾醇原料，如存在於酵母及真菌中的麥角甾醇，又稱麥角固醇，是一種重要的醫藥化工原料，可用於氫化可的松、黃體酮等藥物的生產。
因為原料的溶解性問題對甾體化合物的生產占據較大影響，所以尋找新型、有效的甾體藥物前體原料仍是未來甾體生物轉化方向的主要研究方向。
甾體羥化酶的研究
早在1981年，Ghosh等首次研究了Aspergillusochraceus的無細胞抽提液對孕酮的Ⅱα羥化，並對Ⅱα羥化酶進行了初步研究。研究表明該酶是一種誘導酶，主要存在於無細胞抽提液經離心的線粒體後的上清液中，進一步對該上清液離心分離得到微粒體和微粒體後上清液，兩者單獨存在都不能進行羥化反應，而微粒體部分在添加NaIO4後顯示有羥化酶活性，推測羥化酶可能是一種多酶體系，其血紅蛋白部分在微粒體中，而微粒體後上清液中可能含有羥化酶系統的非血紅蛋白部分。酶的體外羥化活性被氰化物刺激、美替拉酮（metyrapone，細胞色素P450依賴的羥化酶抑制劑）抑制進一步證實微生物羥化反應是由細胞色素P450介導。
