呋布西林鈉合成工藝研究

郭劍虹，李祖文，周改平

（山西博康藥業(yè)有限公司，太原030021）

呋布西林鈉，又稱呋脲芐青霉素鈉，其化學名稱為：（2S，5R，6R）－3，3－二甲基－6－［D－α－（3－（2－呋喃甲酰）脲）苯乙酰氨基］7－氧代－4－硫雜－1－氮雜雙環(huán)［3．2．0］庚烷－2－甲酸鈉鹽。該藥于1969年由美國Brisol ＆Mayer公司首次研發(fā)成功，國內(nèi)上海醫(yī)藥工業(yè)研究院、上海第四制藥廠及太原制藥廠于1971年進行本品的試制，1976年起國內(nèi)首先應用于臨床［1］。本品是半合成廣譜抗生素，對多種革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌均有良好抗菌活性，尤其對綠膿桿菌的作用比羧芐西林強16倍，是最具有應用價值的抗綠膿桿菌的酰脲類抗生素，臨床上主要用于創(chuàng)面感染、敗血癥、呼吸道、泌尿道感染等疾病，用途甚廣。

目前文獻報道的呋脲芐青霉素鈉的合成路線有3條。路線1是氨芐酸法，由α－呋喃甲酰異氰酸酯與無水氨芐西林三乙胺鹽在二氯甲烷中反應，經(jīng)提取精制，得到呋脲芐青霉素酸固體，再與碳酸氫鈉于水溶液中成鹽，經(jīng)冷凍干燥制得呋脲芐青霉素鈉［2］。路線2是6－氨基青霉烷酸（6－APA）法，由α－呋喃酰脲基苯乙酸鈉（前體酸鈉）與氯甲酸乙酯在丙酮中反應生成混合酸酐，再與6－APA鈉鹽溶液縮合得到呋脲芐青霉素鈉粗品溶液，經(jīng)提取精制后，經(jīng)過冷凍干燥得到呋脲芐青霉素鈉［3］。路線3是將α－呋喃甲酰異氰酸酯與無水氨芐西林在四氫呋喃中反應，然后加入甲醇鈉－無水乙醇溶液，經(jīng)減壓脫溶劑制得呋脲芐青霉素鈉［4］。上述3條路線各有利弊。路線1的合成步驟復雜，過程中產(chǎn)生大量的廢水，而且α－呋喃甲酰異氰酸酯的穩(wěn)定性不強，特別容易吸濕水解，影響反應的進行與產(chǎn)品的純度。路線2中的縮合反應后處理步驟復雜，需經(jīng)過堿化、酸化、再堿化的幾次提取，溶劑耗用量大，相轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生大量廢水，而且不能得到呋布西林酸的固體，液相中的呋布西林酸因含有部分有機溶劑，在凍干過程中易造成真空泵油的乳化而影響凍干效果。路線3采用溶媒結(jié)晶法，產(chǎn)物的純度略高于路線1，但通過樣品比對，溶媒結(jié)晶法的溶解度低于冷凍干燥法。據(jù)資料記載，由于呋布西林鈉溶解度小，尤其在質(zhì)量分數(shù)0．9%生理鹽水和質(zhì)量分數(shù)5%葡萄糖溶液中較難溶解，給臨床用藥帶來很大的不便，延緩病人的給藥時間，并導致護士對使用該藥產(chǎn)生抵制情緒［5］。鑒于以上因素，我們綜合考慮收率、純度、溶解度等問題，對原有工藝路線進行改進，以前體酸鈉為起始原料，經(jīng)酸酐化、6－APA成胺鹽、縮合反應制得呋布西林酸固體，然后用碳酸氫鈉水溶液成鹽，經(jīng)脫色、除菌過濾、真空冷凍干燥制得呋布西林鈉。

1 合成路線

呋布西林鈉的合成路線見圖1所示。

圖1 呋布西林鈉的合成路線

2 實驗部分

2．1 原料與儀器

WZZ－2數(shù)字式自動旋光儀（上海浦東物理光學儀器廠）；島津LC－10ATvp型液相色譜儀。6－氨基青霉烷酸（石藥集團中諾醫(yī)藥有限公司）；α－呋喃甲酰脲基苯乙酸鈉（江蘇正泰醫(yī)藥化工有限公司）；氯甲酸乙酯（無錫貝諾精細化工有限公司）；呋布西林鈉對照品（蘇州二葉制藥有限公司）。鹽酸和碳酸氫鈉為試劑級，其他原料規(guī)格均為工業(yè)級。

2．2 實驗步驟

1）在干燥的反應瓶中加入180mL二氯甲烷和15．0g（0．069 4mol）6－APA，攪拌降溫至10～15℃時開始滴加34mL三乙胺（大約需要1．5h），直至反應液澄清?？刂苝H值在7．5～8．0之間，得到6－APA胺鹽溶液，降溫至0℃以下備用。

2）在另一干燥的反應瓶中加入230mL二氯甲烷，攪拌降溫至－5℃時加入α－呋喃酰脲基苯乙酸鈉（2）18．7g（0．060 3mol）。繼續(xù)降溫至－10℃，加入N－甲基嗎啡啉0．15mL。5min后加入7．10mL氯甲酸乙酯，于－15～－20℃保溫反應1h，然后快速加入6－APA胺鹽溶液。期間溫度會回升，應控制溫度不超過0℃，繼續(xù)降溫至－5℃保溫反應30min。

3）將反應液升至室溫，用質(zhì)量分數(shù)8%的氫氧化鈉水溶液堿化至溶液pH值為5．8～6．5，靜置，溶液分相，回收有機相。水相中加入150mL醋酸丁酯，經(jīng)質(zhì)量分數(shù)9%的鹽酸酸化至pH＝2～3，靜置分層，棄去水層。有機相中細流加入90mL正己烷（約0．5h），攪拌2．5h．待結(jié)晶完全析出后，過濾，濾餅用純化水洗滌，于50～55℃干燥，得白色結(jié)晶物27．8g。測得產(chǎn)物收率82．4%，純度94．2%。

4）在反應瓶中加入250mL注射用水和25g呋布西林酸，于10～15℃緩慢均勻滴加質(zhì)量分數(shù)10%碳酸氫鈉水溶液，調(diào)節(jié)pH值在6．5～6．8之間。待溶液澄清后，測得pH值在上述范圍內(nèi)。加針劑炭2 g脫色，過濾，進行冷凍干燥，得到呋布西林鈉（1）的白色晶體24．9g．測得二步總收率78．5%（以6－APA計），純度92．6%（經(jīng) HPLC法測定）。

3 實驗結(jié)果與討論

3．1 溶劑的影響

文獻［3］中的縮合反應在丙酮－水的混合體系中進行，由于酸酐忌水，導致部分酸酐水解破壞，影響產(chǎn)物的收率和純度。在對反應液進行提純處理的過程中，因體系中的丙酮與水互溶，需要用甲苯萃取丙酮以實現(xiàn)有機相與水相的分離。這造成回收溶劑困難，生產(chǎn)成本上升；而且，甲苯屬于毒性化合物，對皮膚、黏膜有刺激性，短時間內(nèi)吸入較高濃度可發(fā)生急性中毒導致抽搐或昏迷，長期接觸可發(fā)生神經(jīng)衰弱綜合征、肝腫大、女工月經(jīng)異常等慢性中毒癥狀。本工藝用單一的二氯甲烷做溶劑，使全部反應在無水的情況下進行，減小了酸酐水解對產(chǎn)物的影響。另外，二氯甲烷密度大，不溶于水，可以直接與水分相，這大大簡化了處理步驟，也避免了甲苯的毒性對身體及環(huán)境的傷害。

3．2 6－APA成鹽條件的影響

6－APA的主要結(jié)構(gòu)為β－內(nèi)酰胺環(huán)，在堿性條件下極易水解導致酰胺環(huán)的破裂，因此要嚴格控制體系的水分和pH值。以二氯甲烷取代丙酮－水混合溶劑有效地減小了體系的水分，同時選用有機堿三乙胺代替氫氧化鈉水溶液，使得反應在無水且酸堿度較溫和的環(huán)境中進行。另外溫度越高，β－內(nèi)酰胺環(huán)的穩(wěn)定性越差，為此反應液澄清后需要降溫至0℃以下（以不結(jié)冰為宜）放置，且時間越短越好。

3．3 工藝路線的優(yōu)化

目前呋布西林鈉藥品執(zhí)行的是衛(wèi)生部藥品標準（WS1－C2－0021－89），含量測定方法為綜合容量法，此法無法分離檢出同分異構(gòu)體雜質(zhì)。根據(jù)文獻報道，對市售的呋布西林鈉樣品采用HPLC法測定含量，發(fā)現(xiàn)有些樣品質(zhì)量分數(shù)低于80%，有的甚至只有約60%；其HPLC圖譜中含有一個較大的雜質(zhì)峰（峰面積約占1／3），通過結(jié)構(gòu)分析，推測樣品中的主要雜質(zhì)為呋布西林鈉的同分異構(gòu)體，異構(gòu)化位置在6－APA 的 C－6位［6，7］。經(jīng)分析認為：一方面，因為縮合反應在6－APA的6－位氨基上進行，若縮合反應條件控制不佳，可能引起目標產(chǎn)物的異構(gòu)化；另一方面，縮合反應后的提純處理是實現(xiàn)同分異構(gòu)體分離的關鍵，而萃取結(jié)晶法是實現(xiàn)有機同分異構(gòu)體分離的有效方法。于是設計了在有機溶劑中加入萃取劑析出呋布西林酸結(jié)晶的路線。有機溶劑選用醋酸丁酯，因醋酸乙酯在水中的溶解度大于醋酸丁酯，酸化提取時分層不徹底，故選擇水中溶解度較小的醋酸丁酯作提取劑。為了選擇萃取劑，考察了石油醚、硅醚、正己烷和環(huán)己烷，結(jié)果萃取效果都不錯。從溶劑回收套用的角度考慮，兩種溶劑的沸點相差越多，越易實現(xiàn)分離，故選擇沸點較低的正己烷做萃取劑。

3．4 正交試驗及結(jié)果分析

在合成過程中，影響收率的主要因素通常為物料配比、溫度、時間等。本文通過正交試驗研究了前體酸鈉與6－APA摩爾比、縮合反應溫度、縮合反應時間和正己烷用量等四因素對呋布西林酸收率的影響。試驗選用四因素三水平的L9（34）正交試驗，各因素的三個水平如表1所示。

表1 正交試驗因素水平表

試驗結(jié)果如表2所示。從表2可看出，影響反應收率的因素從主到次的順序為A、B、D、C；實驗最佳水平組合為A2B3C1D2，即，前體酸鈉與6－APA摩爾比為1∶1．15，反應溫度－5℃，反應時間0．5 h，正己烷用量90mL。在此條件下，呋布西林酸的收率達到82．4%．經(jīng)與碳酸氫鈉成鹽、真空冷凍干燥后，產(chǎn)物的總收率達到78．5%，純度為92．6%。

3．5 產(chǎn)品表征

用WZZ－2數(shù)字式自動旋光儀測定樣品旋光度，［α］25D為＋188°，符合部頒標準（標準為［α］25D＝＋180°～＋200°）。用LC－10ATvp型液相色譜儀作定量分析，色譜條件：C18柱（4．6nm×250mm，5 μm），流動相磷酸鹽緩沖液（pH3．5）與乙腈體積比2．5∶1，v＝1mL／min，λ＝254nm，進樣量20μL。測試結(jié)果顯示，樣品溶液主峰的保留時間與對照品溶液主峰的保留時間一致，樣品純度大于92．6%。

表2 正交試驗結(jié)果

對樣品進行溶解性測試。樣品于18℃時在注射用水和質(zhì)量分數(shù)5%葡萄糖溶液中即溶，在質(zhì)量分數(shù)0．9%生理鹽水中3min內(nèi)溶解。

4 結(jié)論

1）本研究的合成使用單相溶劑，從酸酐的制備到與6－APA的縮合反應全部為忌水反應，有效地避免了中間體的水解，提高了產(chǎn)物的收率和純度。

2）以低毒溶劑替代高毒溶劑甲苯，最大限度地改善了工作環(huán)境，同時還縮短了工藝操作程序，節(jié)約了成本。

3）采用萃取結(jié)晶法提純呋布西林酸固體，很好地去除了雜質(zhì)，也減小了有機溶劑對凍干機的損害。

4）通過正交試驗，確定了最佳反應條件，由此獲得的目標產(chǎn)物總收率≥78%，純度≥92%；而且溶解性明顯改善，尤其在質(zhì)量分數(shù)0．9%生理鹽水和質(zhì)量分數(shù)5%葡萄糖溶液中3min內(nèi)溶解，方便了臨床使用。

可見，本工藝收率高、純度高、溶解性強、成本低，很適合工業(yè)化生產(chǎn)。

［1］ 張梅芳，顧亞明，張敬德，等．呋芐青霉素的實驗研究［J］．抗生素，1985，10（2）：85－91．

［2］ 李中華，楊峰．呋脲芐西林鈉的合成新工藝［J］．太原理工大學學報，2004，35（5）：575－576．

［3］ 馬玉卓，劉鷹翔，周玉平，等．呋布西林鈉的合成工藝改進［J］．中國藥物化學雜志，2006，16（1）：51－53．

［4］ 蔣征昊．制備呋脲芐青霉素鈉的方法：中國，CN1854141A ［P］．2006－11－01．

［5］ 劉力．易溶解的抗菌藥物組合藥物制劑及制備方法：中國，CN1872057A ［P］．2006－12－06．

［6］ 張菁，姜建國，高燕霞．呋芐西林鈉中相關物質(zhì)的高效液相色譜－電噴霧電離－質(zhì)譜分析［J］．中國藥業(yè)，2009，18（7）：16－17．

［7］ 容凱文，于沛，王定遠．注射用呋芐西林鈉中主要雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測［J］．中國醫(yī)藥工業(yè)，2010，41（5）：373－374．