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2 Steroide
Die Steroide zählen mit zu den wichtigsten Naturstoffen überhaupt. Zahlreiche
biologisch wichtige Substanzklassen wie die Gallensäuren, die Sexual- und die
Nebennierenrindenhormone, die herzaktiven Verbindungen (Cardenolide und Bufadienolide),
Steroid-Sapogenine und Steroid-Alkaloide zählen zu ihnen. Wegen
ihrer biologischen Wirksamkeit sind sie nicht nur von großem wissenschaftlichem
Interesse, sondern auch von eminenter industrieller Bedeutung im Hinblick auf ihre
pharmazeutische Verwendung.
Steroide leiten sich biogenetisch von den Triterpenen ab. Alle Steroide besitzen
als Grundgerüst ein tetracyclisches System, das Steran (Gonan, 1,2-Cyclopentanoperhydrophenanthren),
das in der Regel jedoch noch durch zwei anguläre
Methylgruppen (C-18 und C-19) ergänzt wird. Die Stereochemie und die Bezifferung
sollen am Beispiel des Androstans dargestellt werden, wobei die Ringe mit
Buchstaben und die einzelnen C-Atome mit Ziffern bezeichnet werden.
2
3
1
10
A B
4
11
19
5
9
6
12
13
C D
14
8
7
18
17
15
16
Androstan
Substituenten, die oberhalb der Molekülebene stehen, werden als β-ständig,
solche die unterhalb der Molekülebene stehen, als α-ständig bezeichnet. Als Bezugspunkt
wird die Methylgruppe an C-13 gewählt, die oberhalb der Ringebene
liegt. Ist die räumliche Stellung eines Substituenten nicht sicher, so wird dies
durch den griechischen Buchstaben ξ (xi) gekennzeichnet. In der Strukturformel
werden β-ständige Substituenten durch ausgezogene oder dicke Striche, αständige
durch eine gestrichelte Linie, ξ-ständige durch eine Wellenlinie angegeben.
Die angulären Methylgruppen und die Seitenkette an C-17 sind in den natürlichen
Steroiden grundsätzlich β-ständig. Die Ringe A und B können sowohl cis-
als auch trans-verknüpft sein, die Ringe B und C sind stets trans-verknüpft, die
Ringe C und D weisen in der Regel trans-Verknüpfung auf; Ausnahmen finden
sich z. B. bei den herzwirksamen Glykosiden. Bezogen auf ein Grundsystem wird
das Fehlen eines C-Atoms mit dem Präfix Nor- angegeben, ein zusätzliches C-
Atom wird mit dem Präfix Homo- gekennzeichnet. Ringspaltungen werden mit
dem Präfix Seco- gekennzeichnet.

56 2 Steroide
H
H
H
H
R
H
5ξ-Androstan: R = H
5ξ-Pregnan: R = C2H5
5ξ-Cholan a : R = CH(CH3)CH2CH2CH3
5ξ-Cholestan a : R = CH(CH3)CH2CH2CH2CH(CH3)2
5ξ-Ergostan a,b : R = CH(CH3)CH2CH2CH(CH3)CH(CH3)2
5ξ-Stigmastan a,c : R = CH(CH3)CH2CH2CH(C2H5)CH(CH3)2
a 20R-, b 24S-, c 24R-Konfiguration
2.1 Cholesterin und verwandte Sterine
Das in der Natur am weitesten verbreitete Steroid ist das Cholesterin (Cholesterol).
Es nimmt eine zentrale Stellung im gesamten Steroidstoffwechsel des tierischen
Organismus ein. Selbst ohne jede physiologische Aktivität, stellt es das
Ausgangsmaterial für alle übrigen Steroide im Organismus dar. Ein erwachsener
Mensch besitzt in Blut, Fett und Leber ständig ca. 300 g Cholesterin. Es ist außerdem
ein wesentlicher Bestandteil der Galle (griechisch χολη = Galle) und wurde
hieraus schon 1775 von Conradi isoliert. Es hat zwei Hauptfunktionen im Organismus:
Es ist im Darm an der Resorption von Fettsäuren beteiligt, und es ist Bestandteil
der Zellmembranen.
Etwa 300–500 mg Cholesterin werden pro Tag über tierische Fette aufgenommen,
weitere 800–1200 mg werden im Körper synthetisiert. Die Absorptionsrate
für Cholesterin liegt bei 50 % und damit deutlich über den Werten für Phytosterine,
die für Sitostanol nur 1 %, für Sitosterin 4 %, für Campesterin 10 % und für
Campestanol 13 % betragen.
HO
H
H
21
H
20
22
23
24
27
25
Cholesterin
26
In wirbellosen Tieren kommen außer Cholesterin noch weitere Sterine vor, wie
z. B. das 24-Dehydrocholesterin. Die Steroide Stigmasterin (Sojabohne) und Sitosterin
(Getreide) gewinnen zunehmend an industrieller Bedeutung für Steroid-
Partialsynthesen. Das Ergosterin ist häufig als Bestandteil von Pilzen, Flechten
und Algen nachweisbar.

HO
HO
H
H
H
HO
Stigmasterin Sitosterin
H
H
H
2.1 Cholesterin und verwandte Sterine 57
HO
H
H
H
H H
24-Dehydrocholesterin Ergosterin
Phytosterine (Tabelle 2.1) besitzen, im Unterschied zum tierischen Cholesterin,
eine zusätzliche Methyl- oder Ethylseitenkette. Sie sind essenzielle Bestandteile
pflanzlicher Zellmembranen. Bisher wurden 44 verschiedene Phytosterine identifiziert.
Die entsprechenden am B-Ring gesättigten Verbindungen bezeichnet man
als Stanole, von denen am häufigsten das Sitostanol in der Nahrung vorkommt,
besonders reichlich im Sojaöl und in geringen Mengen in Roggen und Weizen
(Tabelle 2.2). Am häufigsten kommen in pflanzlichen Lebensmitteln β-Sitosterin
mit 65 %, Campesterin mit 30 % und Stigmasterin mit 5 % der Nahrungsphytosterine
vor. Die Phytosterine kommen hauptsächlich in den fettreichen Pflanzenteilen,
den Samen und den daraus gewonnenen Ölen und den entsprechenden Verarbeitungsprodukten,
z. B. Margarine, vor. Obwohl der Gehalt an Phytosterinen in
Getreideprodukten mit bis zu 200 mg/100 g niedrig ist, werden mit ihnen durchschnittlich
etwa 17 % aufgenommen. Bei der Raffination verliert Sojaöl etwa ¾
seines Phytosteringehaltes im Vergleich zum nativen Öl. Die Absorptionsrate der
Phytosterine und Phytostanole hängt von der Länge der Seitenkette ab und ist im
Vergleich zum Cholesterin (>40 %) deutlich geringer. Phytosterine beeinträchtigen
die Absorption des Cholesterins der Nahrung sowie das mit der Gallenflüssigkeit
ausgeschiedene, worauf die Senkung des Plasmacholesteringehaltes beruht.
Dies ist die Basis der Therapie von Hypercholesterinämien mittels Phytosterinen.
Es gibt auch zahlreiche Hinweise auf eine protektive Wirkung gegen Dickdarm-,
Brust- und Prostatakrebs; vermutlich beeinflussen sie die Bildung sekundärer
Stoffwechselprodukte (sekundäre Gallensäuren, Abbauprodukte von Cholesterin)
im Magen-Darm-Trakt. Mit einer gemischten Kost werden pro Person täglich
100–500 mg Phytosterine und 20–50 mg Phytostanole aufgenommen. Bei Vegetariern
liegt die Gesamtaufnahme viermal höher. An der C-3-Position liegen oft Ferulasäuren
verestert vor. In Maisöl sind 50 % der Phytosterine an C-3 mit einer

58 2 Steroide
langkettigen Fettsäure verestert. Glycosylierte Steroide sind vor allem bei Pflanzen,
weniger bei Tieren zu finden, in der Regel ist deren Anteil gering.
Zur Senkung des Plasmacholesteringehaltes werden Margarinesorten angeboten,
die mit Phytosterinen angereichert sind. Da die freien Sterine schlecht löslich
sind, werden Sterinester eingesetzt, die im Verdauungstrakt hydrolysiert werden.
Extrahiert werden die Phytosterine aus pflanzlichen Ölen und aus Tallöl, welches
als Nebenprodukt bei der Papier- und Zellstoffgewinnung anfällt. Tallöl ist reich
an Phytostanolen, besonders β-Sitostanol.
Tabelle 2.1. Ausgewählte Sterine in Lebensmitteln (die OH-Gruppe am C3 ist β-ständig)
Sterin Ligand
Zoosterine:
Cholesterin (Cholest-5en-3β-ol)
Dehydrocholesterin-(7)
(Provitamin D3, Cho-
lest-5,7-dien-3β-ol)
Phytosterine:
Δ 7 -Avenasterin (24-
Ethyl-7,11-dien-3β-ol)
Daucosterin (Glycosid:
24-Ethyl-Cholest-5-en-
3β-ol + 1 Mol Glucose)
Brassicasterin (24-
Ethyl-Cholest-5,22dien-3β-ol)
Δ 5 -Avenasterin (24-
Ethyl-cholest-5,11-
dien-3β-ol)
α-Spinasterin (Bessisterin)(24-Ethylcholest-7,22-dien-3βol)
α1-Sitosterin (Cholestol,
24-Ethyl-
Cholest-5,8-dien-3β-ol)
am C3
Ligand
am C 24
Vorkommen und Gehalte (soweit nicht
anders angegeben: mg je 100 g)
-OH -H In allen tierischen Fetten, besonders
reichlich im Rückenmark und Gehirn;
Hühnereigelb: 1260; Rind- bzw. Schweinefleisch:
60–70; Vollmilch (Kuh): 12;
Gemüse und Obst: 1 mg bzw. >1 mg
-OH -H Schweineschwarte, Haut
-OH -C2H5 Haferöl; 100 g Erbsen enthalten 1 mg A.;
100 g Tomaten ca. 0,4 mg A. (jeweils
Summe von Δ 5 und Δ 7 -A., bezogen auf
Frischsubstanz [Fr.-S.])
- - Mohrrüben, Orangen, Grapefruit
-OH -CH3 Rüböl, Zuckerrohrwachs, Gemüsepaprika
(2,5 % der Gesamtsterine der Oberflächenlipide);
Gehalte: Brokkoli 3 mg/kg
(Fr.-S); Dill, Petersilie, Rosenkohl: jeweils
2 mg/kg (Fr.-S.)
-OH -C2H5 Haferöl, Sonnenblumenöl
-OH -C2H5 Spinat, Koloquinten (Citrúllus colocýnthis
[L.] Schrad.), Luzernesamenöl;
Hauptsterin in Gurken: 3,7 (bes. in freier
Form und als Glucoside); in 100 g Arganöl
wurden 12 mg S. bestimmt (Sum-
me von α-, β- und γ-S.)
-OH -C2H5 sehr verbreitet, besonders in Mais-, Roggenkeim-,
Weizenkeim-, Reiskeim-, Sonnenblumen-,
Soja-, Sesam-, Lein-,
Baumwollsamen-, Olivenöl sowie Apfeltrester

2.1 Cholesterin und verwandte Sterine 59
Sterin Ligand Ligand Vorkommen und Gehalte (soweit nicht
am C3 am C24 anders angegeben: mg je 100 g)
β-Sitosterin (Cinchol, -OH -C2H5 β-Sitosterin ist das Hauptsterin der meis-
24-Ethyl-Cholest-5-en-
ten Obst- und Gemüsearten, Gurken: 3,9
3β-ol)
(bes. in freier Form und als Glucoside);
Sojabohne (roh): 492 mg/kg Trockensubstanz
(Tr.-S.); fermentierte Sojazubereitung
mit B. subtilis: 788 mg/kg Tr.-S.
-OH -C2H5 Weizen-, Roggenkeimöl
Δ 7 -Stigmastenin (24-
Ethyl-cholest-7-en-3β-
ol)
Stigmasterin (24-Ethylcholest-5,22-dien-3βol)
Campesterin (24-
Methyl-Cholest-5-en-
3β-ol)
Gramisterin
(4α-Methyl-24methylen-5α-cholest-7-
en-3β-ol)
Mykosterine:
Ergosterin (Provitamin
D, 24-Methyl-cholest-
5,7,22-trien-3β-ol)
Fungisterin (24-
Methyl-cholest-7-en-
3β-ol)
Fukosterin (24-Ethylcholest-5,24-dien-3βol)
-OH -C2H5 Mais-, Kokosnuss-, Raps-, Reiskeim-,
Sonnenblumen-, Sojaöl, Kakaofett,
Hauptsterin in reifen Tomaten, Nebensterin
vieler Obst- und Gemüsearten, besonders
in Aubergine, Kopfsalat, Porree,
Grünspargel und Möhre; Sojabohne
(roh): 146 mg/kg Tr.-S.; fermentierte Sojazubereitung
mit B. subtilis: 225 mg/kg
Tr.-S.
-OH -CH3 Raps-, Soja-, Weizenkeimöl, Nebensterin
vieler Obst- und Gemüsearten, besonders
in Rettich, Weiß- und Rosenkohl, Sonnenblume
und Sonnenblumenöl, Puffbohne
sowie Gemüsepaprika; Sojabohne
(roh): 169 mg/kg Tr.-S.; fermentierte Sojazubereitung
mit B. subtilis: 255 mg/kg
Tr.-S.
Methylsterin in Pflanzenölen
-OH -CH3 Butter, Lebertran, Milch, Eigelb, Hefe,
Pilze; in 100 g Shiitakepilz (kultivierte
Art) kommen bis zu 680 mg E. vor.
Ergosterin wird vermehrt bei Pilzbefall in
Lebensmitteln gebildet, sodass es als In-
dikator dafür gilt.
-OH -CH3 Pilze, Mutterkorn; in 100 g Speisepilzen
wie z. B. dem Shiitakepilz kommen bis
-OH =CH-
CH3
zu 60 mg F. vor.
Meeresalgen, in geringen Konzentrationen
in Äpfeln

60 2 Steroide
Tabelle 2.2. Phytosteringehalt von Lebensmitteln (in mg je 100 g essbarem Anteil)
Lebensmittel Phytosterin- Lebensmittel Phytosteringehaltgehalt
Gemüse Obst
Bohnen 76 Äpfel 13
Blumenkohl
40
Banane
14
Brokkoli
39
Birne
12
Karotten
16
Grapefruit
22
Kopfsalat
38
Kiwi
9
Oliven, schwarz 50
Orange
24
Rosenkohl
43
Pfirsich
15
Tomaten
5
Öle
Getreide 1–200 Palmöl 49
Weizen 69 Maisöl 952
Saaten und Nüsse Olivenöl 176
Mandeln 143 Sojaöl, kalt gepresst 494
Sesamsaat 714 Sojaöl, raffiniert 132
Sonnenblumenkerne 534 Sonnenblumenöl 725
Einige in Pflanzenölen vorkommende Phytosterine tragen am C-Atom 4 eine
oder mehrere Methylgruppen, die zum Herkunftsnachweis von Fetten dienen.
Hauptverbindungen mit einer Methylgruppe sind Obtusifoliol (4α,14α-Dimethyl-
24-methylen-5α-cholest-8-en-3β-ol) und Gramisterin (4α-Methyl-24-methylen-
5α-cholest-7-en-3β-ol). Obtusifoliol stellt das Hauptsteroid im Olivenöl (794 mg
je kg). Da es in Haselnussöl nicht vorhanden ist, stellt es eine Möglichkeit zur Unterscheidung
der beiden Pflanzenöle dar, deren Fettsäuremuster sehr ähnlich ist.
Als Vertreter der 4,4-Dimethylsterine sind α- und β-Amyrin, Cycloartenol, Oleanolsäure
und Lupeol (Lup-20[29]-en-3β-ol) zu nennen. α-Amyrin kommt in Beifuß
(Artemisia vulgaris) und β-Amyrin in Form des Acetats in Traubenkernöl vor.
Cycloartenol findet sich in Spuren in allen grünen, photosynthetisch aktiven
Pflanzen als Zwischenprodukt der Cholesterin-Synthese. Oleanolsäure ist Bestandteil
in zahlreichen Pflanzen wie Zwiebel, Zuckerrübe, Heidelbeere, Moosbeere,
Olive, Basilikum, Thymian und Salbei. Lupeol findet sich besonders in
Milchsäften, Samen und Rinden, z. B. im Kaugummi von Achras zapota, in der
Sheanuss sowie in der Schale von Lupinensamen.
HO
H Obtusifoliol
HO
H
H
Gramisterol
HO
H Cycloartenol
H
H

HO
HO
H
H
H
H
α-Amyrin
H
Lupeol
H
H
HO H
HO
2.1 Cholesterin und verwandte Sterine 61
H
H
H
H
β-Amyrin
H
Oleanolsäure
COOH
Withanolide kommen in Nachtschattengewächsen wie in den Tomatillofrüchten
vor. Es sind bioaktive pflanzliche Steroide mit anticarcinogenen und cytotoxischen
Aktivitäten.
H 3C
O
O
OH O
H
O
H OH
H
OH
O
OH O
H
O
H R
Withaphysacarpin: R = OH;
2,3-Dihydro-3-methoxywithaphysacarpin
24,25-Dihydrowithanolid: R = H
Withanolide aus Physalis philadelphia und Physalis ixocarpa (Tomatillo)
Die Doppelbindung in 5,6-Stellung lässt sich katalytisch hydrieren; dabei entstehen
– je nach Reaktionsbedingungen – Isomerengemische. So führt die Reduktion
im sauren Medium in die 5α-Reihe (mit trans-Verknüpfung der Ringe A und
B). Verbindungen der 5β-Reihe (Koprostanole) erhält man dagegen bei der Reduktion
des α,β-ungesättigten Ketons, das bei der Oppenauer-Oxidation des Cholesterins
entsteht.
O
H
H
OH
O

62 2 Steroide
Pt/H 2
H +
HO HO
Oppenauer-Oxidation
Raney-Ni
H2 /OH
O HO
-
OH -
H
Δ
HO
H
Cholestanol 3epi-Cholestanol
OH -
H
Δ
HO
H
Koprostanol 3epi-Koprostanol
Der Mechanismus der Oppenauer-Oxidation am Beispiel von Koprostanol ist
im folgenden Schema dargestellt.
HO
H
Al(iso-OC 3 H 7 ) 3
- Isopropanol
O
H
O O
Al
O O
H
O
H
+ Al(iso-OC 3 H 7 ) 3
Die an C-3 epimeren Cholestanole lassen sich durch Kochen mit stärkeren Basen
(z.B. Alkoholat) isomerisieren; dabei ist in der A/B-trans-Reihe die 3β-OH-
Verbindung, in der A/B-cis-Reihe die 3α-OH-Verbindung die stabilere. Der
Grund hierfür liegt darin, dass die Verbindung mit einem äquatoralen Substituenten
vergleichsweise stabiler ist als diejenige mit einem axialen Substituenten.
HO
HO
H H
H
A
A
B
B
MeONa
über Keton
MeONa
über Keton
H
OH H
3β-OH H
OH 3α-OH
H
H

2.1 Cholesterin und verwandte Sterine 63
Aus den gleichen Gründen entstehen bei der NaBH4-Reduktion von 3-Ketosteroiden
jeweils die 3-Hydroxyverbindungen, die die OH-Gruppe in äquatorialer
Stellung tragen.
O
O
H
H
NaBH 4
NaBH 4
HO
HO
H
H
3α-Hydroxy-Reihe
3β-Hydroxy-Reihe
Allgemein kann bei der Metallhydridreduktion von Ketonen beobachtet werden,
dass in Abhängigkeit vom Raumbedarf der Substituenten im Ring die Addition
des Hydrids entweder über sterische Annäherungskontrolle oder Produktbildungskontrolle
verläuft. Da die 3-Ketogruppe in Cholestanonen sterisch kaum
behindert ist, entsteht bei der Reduktion mit NaBH4 das thermodynamisch stabilere
Produkt (Produktbildungskontrolle) mit einer äquatorialen Hydroxygruppe. Die
thermodynamisch weniger stabilen axialen 3α-Alkohole in der A/B-trans-Serie
können durch eine Veresterung unter Inversion dargestellt werden. Die Umsetzung
der 3β-Hydroxygruppe mit Diazodicarbonsäureester/Triphenylphosphin und
einer Carbonsäure ergibt den 3α-Ester (Mitsunobu-Verfahren).
O C R
EtOOC
H O
N N
COOEt
R
H
C 6 H 5
H
O
O
H H
P C6H5 C6H5 O H
- EtOOC-NH-NH-COOEt
C 6 H 5
C6H5 O
P +
C 6 H 5
- (C 6 H 5 ) 3 PO
H H
R
O
C
O

64 2 Steroide
Die Reaktionen des 3β-Tosylcholesterins mit Nucleophilen, wie z. B. MeOH in
CHCl3, ergeben 3,5-Cyclocholestane.
TsO
H
CH 3 OH
H
- TsOH
H
Ts = CH3-pC6H4-SO2 O CH3 O CH3 Eine weitere wichtige Reaktion an Steroiden ist die α-Bromierung von Ketonen,
wobei die Regio- und Stereoselektivität im Folgenden diskutiert werden soll.
O
O
H
H
[Br]
[Br]
Br
O
O
H
H
Br
Die Bromierung erfolgt nach Corey primär axial, da der Übergangszustand
energetisch begünstigt ist, wenn das Orbital des enolisierten C-Atoms, welches
nucleophil am Brom angreift, mit dem π-Orbital des Carbonylkohlenstoffatoms
überlappt. Dies ist nur in der Sesselkonformation möglich, wenn das Orbital axial
orientiert ist. Eine zweite Erklärung geht von der Überlegung aus, dass über eine
Bromonium-Zwischenstufe des Enols und diaxiale Öffnung des cyclischen Intermediats
das α-Bromketon entsteht.
O
Br
O
H
H
Br
H
H

O
Br +
O
O
Br
Br
H
H
Isomerisierung
H
α-Bromketon
2.1 Cholesterin und verwandte Sterine 65
- HBr
Im nächsten Schritt erfolgt eine Isomerisierung über das entsprechende Enol
zum stabileren Bromketon. Die thermodynamische Stabilität ergibt sich sowohl
aus dem Dipoleffekt als auch aus der 1,3-diaxialen Wechselwirkung. Bei den 2-
Brom- bzw. 4-Brom-oxo-Steroiden überwiegt der sterische Effekt. Dagegen überwiegt
in sterisch nicht fixierten Verbindungen, wie z. B. im α-Bromcyclohexanon,
der Dipoleffekt. Die bevorzugte Konformation der Bromverbindungen
ist diejenige, in der der Substituent die axiale Position einnimmt.
H
Br
O
Die Regioselektivität bei der Bromierung von 3-Ketonen hängt von der Richtung
der Enolisierung ab. In der 5α-Reihe (Cholestanon) ist die 2-Doppelbindung
stabiler als das 3-Alken. Dagegen ist in der 5β-Reihe (Koprostanon) das 3-Alken
bevorzugt.
Cholesterinderivate sind pharmakologisch interessant aufgrund ihrer Wirkung
auf die Cholesterinbiosynthese. Die Kontrolle dieser Biosynthese sollte die Cholesterinmenge
im Blut reduzieren, womit eine Verhinderung bzw. Behandlung von
Arteriosklerose möglich sein sollte.
HO
HO
HO
Br +
Br +
Br
H
Br
O
Br
Br
H
H
H