頭孢噻肟活性脂合成頭孢噻肟酸的工藝優(yōu)化

張鳳榮，武利順，韓丹丹，汪 濤，華 倩

(菏澤學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，山東 菏澤 274015)

頭孢噻肟酸[1-6]，其化學(xué)名稱為3-乙酰氧基甲基-7-[2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧亞胺基]-乙酰胺基-3-頭孢-4-羧酸，是一種頭孢菌類抗生素，對革蘭氏陰性菌和陽性菌及某些厭氧菌均有很強(qiáng)的抗菌活性，具有高效、低毒和耐酶等特點(diǎn)。頭孢噻肟酸是一種臨床廣泛應(yīng)用的頭孢噻肟鈉的主要原料，目前只有少數(shù)制藥廠生產(chǎn)。面對市場需求量的日益增大，生產(chǎn)高質(zhì)量的頭孢噻肟酸成為越來越多制藥廠家的目標(biāo)。

頭孢噻肟酸的合成方法有活性脂法、酸酐法、酰氯法，工業(yè)化生產(chǎn)主要采用的方法是活性脂法。常用的活性脂有AE-活性脂[7]、含磷活性脂[8]、噻二唑活性脂[9]、三嗪酮活性脂[10]和苯并三氮唑活性脂[11]，而由頭孢噻肟活性脂合成頭孢噻肟酸的研究還鮮有報道。本文在AE-活性脂法的基礎(chǔ)上，在未用萃取工藝的前提下，以二氯甲烷為溶媒，以7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)和頭孢噻肟活性脂為原料，三乙胺為催化劑，亞硫酸氫鈉為抗氧化劑，成功合成了頭孢噻肟酸，其合成路線如圖1所示。

圖1 頭孢噻肟酸合成路線圖

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與試劑

頭孢噻肟活性脂(實(shí)驗(yàn)室合成)； AE-活性脂，威爾曼醫(yī)藥集團(tuán)有限公司；7-ACA,三乙胺，乙醇，二氯甲烷，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，亞硫酸氫鈉和檸檬酸均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。各試劑均為分析純，未純化。實(shí)驗(yàn)用水為Hitech-Kflow水純化系統(tǒng)(上海和泰儀器有限公司)制備的純化水。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與分析儀器

KHJ-1電動攪拌器(常州是凱航儀器有限公司)；DZF真空干燥箱(鞏義市宏華儀器設(shè)備工貿(mào)有限公司)；RADWAG電子分析天平(深圳市怡華新電子有限公司)；恒溫水浴鍋(上海一科儀器有限公司)；真空泵(鄭州紫拓儀器設(shè)備有限公司)；PHS-3C精密酸度 PH計(上海佑科儀器儀表有限公司)；L-2000 高效液相色譜儀(日本日立公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

稱取0.075 g乙二胺四乙酸二鈉鹽和0.15 g亞硫酸氫鈉分別溶解于50 mL三次水中，然后移入至250 mL四口燒瓶中，再加入98%乙醇10 mL和二氯甲烷7.5 mL，混勻后，加入3.0 g 7-ACA，把溶液溫度降至-7℃時加入頭孢噻肟活性脂4.6 g，機(jī)械攪拌均勻后，控制反應(yīng)溫度9-12℃滴加三乙胺2.4 g，控制溶液pH值=7(0.2)，溶液溶清后2 h，取反應(yīng)液檢測。(通常，檢測反應(yīng)液7-ACA殘留≤1.2%，氨噻肟酸、氨噻肟酸酯和7-ACA主峰前雜質(zhì)均小于1.4%，反應(yīng)完成。)

反應(yīng)完全后，將反應(yīng)液溫度降溫至5℃，然后加入15 mL冰水，于10～15℃進(jìn)行萃取，攪拌20 min后靜止分層，分層出的二氯甲烷用30 mL三次水反萃取1次，水相合并后用30 mL二氯甲烷再萃取一次?？刂扑鄿囟扔?0℃，加入1.5 g活性炭攪拌30 min，之后過濾，洗滌。然后收集過濾液，把溫度升至20 ℃滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%檸檬酸溶液，加至pH值=4.5時停至加滴，攪拌直至結(jié)晶。結(jié)晶30 min后停止攪拌，繼續(xù)滴加60%檸檬酸溶液至溶液pH值=3.0，然后降溫至10℃，攪拌40 min。

將結(jié)晶好的溶液過濾，控制溫度于10℃，用pH值=3.0檸檬酸水洗滌2次，然后再用98%乙醇洗滌1次。最后真空干燥，所得頭孢噻肟酸樣品量為4.3 g。

為了進(jìn)一步優(yōu)化工藝，筆者將工藝中的兩步萃取及一步反萃取忽略，通過調(diào)節(jié)二氯甲烷用量，調(diào)整過濾、洗滌溫度，對實(shí)驗(yàn)工藝做了改進(jìn)。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

稱取0.075 g乙二胺四乙酸二鈉鹽和0.15 g亞硫酸氫鈉分別溶解于50 mL三次水中，然后移入至250 mL四口燒瓶中，再加入98%乙醇10 mL和二氯甲烷7.6 mL，混勻后，加入3.0 g 7-ACA，把溶液溫度降至-7℃時加入頭孢噻肟活性脂4.6 g，攪拌均勻后，控制反應(yīng)溫度9-12℃滴加三乙胺2.4 g，控制溶液pH值=7(0.2)，溶液溶清后穩(wěn)定2 h，取反應(yīng)液檢測。

反應(yīng)完全后，向反應(yīng)液中加入50 mL水，進(jìn)行抽濾，再用40 mL水和10 mL乙醇洗滌過濾器，并將洗液與濾液混合，升溫至28-30℃，進(jìn)行酸化處理。向?yàn)V液中加入2 mL二氯甲烷，用1∶1的檸檬酸水溶液進(jìn)行酸化至pH值=4.5，晶體析出后，攪拌10 min，再加入2 mL二氯甲烷，繼續(xù)酸化至pH值=3.0，然后降溫至-2 ℃，維持溶液pH值=3.0養(yǎng)晶30 min。

0.1 MPa下繼續(xù)抽濾，用水和乙醇(比例為2:1)混合液100 mL洗滌濾餅三次，再用60 mL乙醇洗滌一次，真空干燥，所得頭孢噻肟酸樣品量為4.8 g。

2 結(jié)果與討論

經(jīng)檢測由頭孢噻肟活性脂合成的頭孢噻肟酸樣品，頭孢噻肟酸含量(HPLC)為94%；純度為98.1%；旋光度是60°；色度為2；水分是1.5%；濁度小于1。符合2015版藥典質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。而在其他條件相同的情況下，用AE-活性脂合成的頭孢噻肟酸樣品，經(jīng)檢測，頭孢噻肟酸含量為89%；純度為97.1%；旋光度是59°；色度為3；水分是1.8%；濁度為2?？梢钥闯?，由頭孢噻肟活性脂合成的頭孢噻肟酸具有一定的優(yōu)勢。

為了提高收率，對實(shí)驗(yàn)工藝進(jìn)行改進(jìn)后發(fā)現(xiàn)，將工藝中的兩步萃取及一步反萃取忽略，通過調(diào)節(jié)二氯甲烷用量，調(diào)整過濾、洗滌溫度，在其它操作不變的情況下，經(jīng)檢測頭孢噻肟酸含量為94.2%；純度為97.9%；旋光度是61°；色度為2；水分是1.2%；濁度為小于1。7-ACA到頭孢噻肟酸質(zhì)量轉(zhuǎn)化率1∶1.67，摩爾轉(zhuǎn)化率1：0.96，收率較工藝改進(jìn)前提高11.6%。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，二氯甲烷用量對反應(yīng)速度、產(chǎn)品晶型及產(chǎn)品收率起著非常重要的作用，尤其是產(chǎn)品收率主要由二氯甲烷用量決定。

反應(yīng)機(jī)理推測如下[12]：在強(qiáng)堿性催化劑三乙胺的作用下，7-ACA中的活性氨基首先形成伯胺負(fù)離子，然后與頭孢噻肟活性脂中的?；及l(fā)生親核加成反應(yīng)，使得其中心碳原子由sp2雜化的三角形結(jié)構(gòu)變?yōu)閟p3雜化的四面體結(jié)構(gòu)；第二步得到的中間體消除一分子含磷化合物負(fù)離子后形成頭孢噻肟酸分子。

3 結(jié)論

筆者結(jié)合自身實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)多次試驗(yàn)探索，優(yōu)化了頭孢噻肟酸合成工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在未用萃取工藝的前提下，通過調(diào)節(jié)二氯甲烷用量，調(diào)整過濾、洗滌溫度，在其它操作不變的情況下，7-ACA到頭孢噻肟酸質(zhì)量轉(zhuǎn)化率1∶1.67，摩爾轉(zhuǎn)化率1∶0.96，收率提高11.6%。并且二氯甲烷的用量對反應(yīng)速度、產(chǎn)品晶型及產(chǎn)品收率起著非常重要的作用，尤其是產(chǎn)品收率主要由二氯甲烷用量決定。優(yōu)化的頭孢噻肟酸的合成工藝有望應(yīng)用于工業(yè)化大生產(chǎn)。