頭孢菌素抗生素結(jié)晶方式總結(jié)

陳 輝，李 剛，程 燕，劉玉智，郝 翠，孫蕓蕓

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 山東省分析測試中心，山東 濟(jì)南 250014； 2.山東財經(jīng)大學(xué) 體育學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014； 3.山東青科環(huán)境科技有限公司，山東 濟(jì)南 250014)

頭孢菌素類抗生素是一類半合成抗生素，該類抗生素具有抗菌譜廣、毒性低、對β- 內(nèi)酰胺酶的穩(wěn)定性強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于臨床[1]。根據(jù)抗菌譜與抗菌活性的不同，主要將頭孢菌素分為五代。無論是哪一代的頭孢菌素，其最后的產(chǎn)品獲取往往都是通過結(jié)晶來實現(xiàn)的。結(jié)晶方式的選取與結(jié)晶條件的確定也決定了產(chǎn)品的質(zhì)量、收率等[2]。本文以代數(shù)為頭孢菌素分類基礎(chǔ)，對常見頭孢菌素藥物的結(jié)晶方式進(jìn)行了總結(jié)。

1 頭孢類藥物制備中所涉及的主要結(jié)晶技術(shù)

目前用于頭孢菌素類抗生素結(jié)晶的方法主要有：溶析結(jié)晶、反應(yīng)結(jié)晶和凍干結(jié)晶或者幾種組合起來的耦合結(jié)晶[3-4]。

溶析結(jié)晶是指向物系中加入溶析劑，降低溶質(zhì)在溶劑中溶解度的方式而實現(xiàn)結(jié)晶的一種方法。溶析結(jié)晶操作簡便，能耗低，適合于抗生素類藥物和酶等熱敏性物質(zhì)的結(jié)晶。反應(yīng)結(jié)晶不同于一般的結(jié)晶過程，一般的反應(yīng)結(jié)晶由兩個或兩個以上的可溶性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成一種難溶物質(zhì)，形成過飽和溶液并析出晶體的結(jié)晶方法。反應(yīng)結(jié)晶一般由以下三步組成：由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動力、形成晶核與晶核生長。凍干結(jié)晶常用溶劑為水，其原理是把含有水分的物料預(yù)先降溫，凍結(jié)成冰點以下的固體，在高真空條件下使冰升華，從而得到產(chǎn)品。冷凍干燥在低溫真空條件下進(jìn)行，能防止藥物因溫度濕度而發(fā)生的變質(zhì)，但該法具有高耗能、效率低、生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的局限性。冷卻結(jié)晶指的是冷卻熱飽和溶液法，此結(jié)晶過程基本不去除溶劑，而是由于溫度降低，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度下降而析出晶體，由于頭孢基團(tuán)往往遇熱不穩(wěn)定，所以冷卻結(jié)晶在頭孢類藥物的制備過程中應(yīng)用較少。

2 頭孢菌素類抗生素的結(jié)晶制備方法

頭孢菌素抗生素的種類很多，公認(rèn)的分類方式是根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)和抗菌活性特點對其進(jìn)行分代，目前已由第一代發(fā)展到第五代。

2.1 第一代頭孢菌素結(jié)晶制備方法

第一代頭孢菌素類抗生素在20世紀(jì)60～70年代率先上市，為半廣譜抗菌藥，主要適用于G+菌，對β-內(nèi)酰胺酶不穩(wěn)定，代表藥物有頭孢羥氨芐、頭孢硫脒、頭孢拉定、頭孢噻吩鈉和頭孢唑啉鈉等。

頭孢羥氨芐[5-6]生產(chǎn)過程包括硅化反應(yīng)、酰化反應(yīng)、水解或醇解反應(yīng)及結(jié)晶提純4個步驟。其結(jié)晶提純方法主要有兩種：一種是先制得頭孢羥氨芐的DMF復(fù)鹽，再經(jīng)溶析結(jié)晶或者反應(yīng)結(jié)晶制得頭孢羥氨芐產(chǎn)品；另一種是調(diào)節(jié)水解液(或醇解液)的pH值，制得粗品頭孢羥氨芐，然后再經(jīng)溶析結(jié)晶制得產(chǎn)品。

頭孢拉定、頭孢噻吩鈉和頭孢唑啉鈉主要采用反應(yīng)結(jié)晶法。其反應(yīng)過程大致相似，主要為：將頭孢拉定酸(頭孢噻吩酸、頭孢唑啉酸)溶于溶劑中，然后滴加成鹽劑生成其鈉鹽，當(dāng)達(dá)到過飽和度時，晶體析出。其中頭孢唑啉鈉也可采用冷凍干燥法制備，該法所得產(chǎn)品為無定型粉末，穩(wěn)定性稍差。

2.2 第二代頭孢菌素結(jié)晶制備方法

第二代頭孢菌素類藥物為廣譜抗菌藥，對β-內(nèi)酰胺酶穩(wěn)定；其抗G-菌活性高于第一代，代表藥物有頭孢替安、頭孢美唑鈉、頭孢呋辛、頭孢西丁、頭孢克洛、頭孢替坦二鈉等。頭孢西丁鈉[7]采用的結(jié)晶方法主要有兩種：一種是反應(yīng)結(jié)晶，即頭孢西丁酸和成鹽劑(60%乳酸鈉、異辛酸鈉、甲醇鈉、碳酸鈉和乙酸鈉等)經(jīng)一步成鹽反應(yīng)析出制得，在此過程可以加入晶種或反溶劑或降低溫度控制反應(yīng)速率；另一種是溶析結(jié)晶，即頭孢西丁鈉粗品在良溶劑中溶解后，滴加反溶劑(乙醚、乙腈、水的單一或混合溶劑)析晶得到頭孢西丁鈉。

頭孢呋辛酯在人體內(nèi)具有生物利用價值的是無晶型固體，制備方法是首先制通過溶析結(jié)晶制備結(jié)晶型頭孢呋辛酯，再通過噴霧干燥、冷凍干燥等技術(shù)制得無定型產(chǎn)品。頭孢美唑鈉與頭孢替坦二鈉則是采用凍干結(jié)晶制備的。

頭孢克洛在中性及堿性環(huán)境中易分解，而在偏酸性環(huán)境中較穩(wěn)定，是由化學(xué)半合成法及酶法制備的，主要結(jié)晶工藝是溶析結(jié)晶法和反應(yīng)結(jié)晶法，其原理同頭孢西丁鈉相似。

頭孢替安粗品的制備是使用溶析結(jié)晶的方法：先用鹽酸酸化成鹽，然后緩慢滴加丙酮，在滴加過程可加入晶種誘導(dǎo)析晶，即得鹽酸頭孢替安。

2.3 第三代頭孢菌素結(jié)晶制備方法

第三代頭孢菌素具有廣譜、高效和耐霉的特點，對G-菌有高效抑制作用且對β-內(nèi)酰胺酶穩(wěn)定。其代表藥物有頭孢克肟、頭孢唑肟鈉、頭孢他啶、頭孢曲松鈉、頭孢匹胺鈉、頭孢噻肟鈉、頭孢哌酮鈉等。

頭孢克肟[8-9]的分離純化主要有三種：鈉鹽法、二環(huán)己基胺鹽法、叔辛胺鹽法；首先將頭孢克肟懸浮于醇-水或者丙酮-水溶液中，然后滴加堿溶液(碳酸氫鈉、二環(huán)己基胺、叔辛胺)，發(fā)生成鹽劑反應(yīng)，產(chǎn)物自動析出，再經(jīng)水解反應(yīng)可得高純度的頭孢克肟，該結(jié)晶方式屬于反應(yīng)結(jié)晶范疇。

頭孢噻肟鈉[10-12]及頭孢曲松鈉[1]的分離純化一般采用溶析結(jié)晶法。將頭孢噻肟酸(頭孢曲松酸)溶于堿液中，生成溶于水的鈉鹽，再滴加有機(jī)溶媒，經(jīng)溶析結(jié)晶得到產(chǎn)品。

頭孢唑肟鈉[13]、頭孢他啶、頭孢哌酮鈉和頭孢匹胺鈉主要采用反應(yīng)結(jié)晶法制備。其反應(yīng)過程為：以頭孢噻肟酸(頭孢他啶二鹽酸鹽、孢哌酮酸、頭孢匹胺酸)為原料，在溶媒中和成鹽劑或者調(diào)節(jié)pH經(jīng)一步反應(yīng)析晶制得。其中頭孢哌酮鈉與頭孢匹胺鈉也可采用凍干法制備，該法所得產(chǎn)品為無定型粉末，雜質(zhì)高、穩(wěn)定性稍差。

2.4 第四代頭孢菌素結(jié)晶制備方法

第四代頭孢菌素類抗生素對G+菌、G-菌均有高效，對多數(shù)耐藥菌有較高活性且對β-內(nèi)酰胺酶高度穩(wěn)定，代表藥物有頭孢匹羅硫酸鹽、頭孢唑蘭鹽酸鹽、硫酸頭孢噻利、頭孢吡肟鹽酸鹽等。該類藥物主要采用反應(yīng)結(jié)晶法。其反應(yīng)過程為：將合成所得到的頭孢唑蘭(頭孢吡肟、頭孢匹羅、頭孢噻利)在溶媒中經(jīng)酸(鹽酸、硫酸)酸化，一步反應(yīng)析晶制得。

2.5 第五代頭孢菌素結(jié)晶制備方法

第五代頭孢菌素類藥物目前常見的僅有兩種，即頭孢吡普酯和頭孢洛林酯，具有抗菌譜廣，抗G+菌、G-菌高效等優(yōu)點，是目前僅有的可以有效對抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和萬古霉素耐藥金黃色葡葡球菌(VRSA)的β-內(nèi)酰胺類抗生素。該兩種藥物均是通過反應(yīng)結(jié)晶的方式制備的。

3 結(jié)語

結(jié)晶是頭孢菌素類抗生素制備的重要組成環(huán)節(jié)，結(jié)晶方式的選擇與結(jié)晶條件的控制可以有效改善頭孢類藥物產(chǎn)品的質(zhì)量。對于不同類型頭孢藥物結(jié)晶方式的總結(jié)，可以從中獲取結(jié)晶條件控制的規(guī)律，為將來其他頭孢類藥物結(jié)晶工藝的優(yōu)化提供基礎(chǔ)。