阿莫西林的合成方法綜述

虞正燁，高 揚(yáng)

(浙江東邦藥業(yè)有限公司，浙江 臺(tái)州 317016)

阿莫西林(Amoxicillin)稱羥氨芐青霉素，由英國(guó)比徹姆(Beecham)公司于1968年開發(fā)研制的青霉素系列抗生索，其為白色或類白色的結(jié)晶型粉末，稍有特異的氣味和苦味，是第二代青霉素的主要品種，系廣譜半合成抗生索，能抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，具有高效的廣譜抗菌作用而且毒副作用很小，世界衛(wèi)生組織 (WHO)推薦本品作為首選的 β-內(nèi)酰胺類口服抗生素，在口服抗生素中占有重要的位置[1]。阿莫西林的合成方法主要有化學(xué)合成法和酶法合成法，本文將對(duì)上述兩種研究路線的近期研究進(jìn)行綜述，為尋求更加經(jīng)濟(jì)性的合成路線提供參考。

1 化學(xué)合成法

通用的化學(xué)合成法是在6-APA的6-位上引入側(cè)鏈。如圖1所示。

圖1 阿莫西林化學(xué)合成方法

由于側(cè)鏈供體對(duì)羥基苯甘氨酸無(wú)法得到穩(wěn)定存在的酰氯[2]，所以，目前主要采用丹麥酸酐法，也是目前阿莫西林側(cè)鏈的主要生產(chǎn)方法，將對(duì)羥基苯甘氨酸與乙酰乙酸甲酯制備成對(duì)羥基苯甘氨酸鄧鉀鹽，再與特戊酰氯或氯甲酸甲酯混合制備成混酐?；焖狒c6-APA再經(jīng)過(guò)縮合、水解、結(jié)晶等工序得到阿莫西林。

化學(xué)合成法合成阿莫西林的研究中，鄭玉林[3]等人對(duì)阿莫西林的合成工藝進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化反應(yīng)條件，總收率達(dá)到91.49%(摩爾收率)；趙玉新研究組[4]，在中國(guó)專利中提出，通過(guò)兩步法加入特戊酸溶解酸酐、兩步法加入三乙胺溶解6-APA、改變結(jié)晶溫度和溶媒的類型等探索直接得到純度高、質(zhì)量好的阿莫西林鈉固體。

高亮等[5]以改變對(duì)羥基苯甘氨酸氨基側(cè)鏈的芐氧甲酰氨基-對(duì)羥基苯乙酸為原料，與氯甲酸乙酯制備成混酐，再與6-APA在2，6-二甲基吡啶為溶劑下?；?，再經(jīng)過(guò)鈀觸媒的CaCO3催化下加氫還原得到晶型好、質(zhì)量?jī)?yōu)的阿莫西林。改變對(duì)羥基苯甘氨酸氨基側(cè)鏈的研究還有高悅譯研究組[6]，將對(duì)羥基苯甘氨酸在有機(jī)溶劑處在下，與對(duì)應(yīng)的酰氯反應(yīng)，得到不同的對(duì)羥基苯甘氨酸側(cè)鏈氨基的保護(hù)產(chǎn)物，與氯甲酸乙酯反應(yīng)成混酐，與6-APA?；?，還原得到目標(biāo)產(chǎn)物。文中提到的保護(hù)基團(tuán)除了芐氧基羰基(Cb2)外，還有叔丁氧羰基(Boc)和芴甲氧羰基(Fmoc)，路線較短，產(chǎn)品純度高，操作簡(jiǎn)單，具有廣泛的工業(yè)化應(yīng)用前景。

化學(xué)法工藝比較成熟，存在比較明顯的缺點(diǎn)，首先整個(gè)工藝線路很長(zhǎng)，需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間才生產(chǎn)完成，導(dǎo)致整體效率很低；其次是在生產(chǎn)過(guò)程中，使用大量的有機(jī)溶媒，會(huì)產(chǎn)生較多的有毒有害廢物，對(duì)環(huán)境造成較大污染；反應(yīng)在低溫下運(yùn)行，使用制冷劑，操作環(huán)境不友好的同時(shí)，需要大量的能量來(lái)維持，增加能源消耗，增加成本。

2 酶法合成法

相對(duì)于化學(xué)合成而言，在酶法制備時(shí)，由于工藝條件溫和，綠色環(huán)保，制備的阿莫西林質(zhì)量?jī)?yōu)于化學(xué)合成法，故酶法合成阿莫西林得到越來(lái)越多的研究與應(yīng)用，其合成過(guò)程如圖2，對(duì)羥基苯甘氨酸與6-APA在酶的催化下直接合成阿莫西林。

圖2 阿莫西林酶法合成

2.1 酶的篩選和固定化研究

2.1.1 酶的篩選

篩選合適的酶，改善酶的活性和穩(wěn)定性，對(duì)實(shí)現(xiàn)清潔反應(yīng)和提高反應(yīng)效果至關(guān)重要。有相當(dāng)多的氨基酸酯水解酶和青霉素?；付伎梢源呋?-APA。E．coli菌屬的青霉素G?；赣捎谄鋬?yōu)良的?；D(zhuǎn)移特性，應(yīng)用較為廣泛[7]，青霉素?；?Penicillin G acylase，EC 3.5.1.11，簡(jiǎn)稱PGA)是一種酰胺鍵水解酶，其系統(tǒng)名是青霉素氨基水解酶(E.C.3.5.1.U)，但習(xí)慣名如青霉素?；浮⑶嗝顾匕被??；D(zhuǎn)移酶繼續(xù)被沿用。最早從PenicillinchrysogenumQ176分離得到?，F(xiàn)己在多種微生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有該酶存在，如各種細(xì)菌、放線菌、真菌、酵母等。用PGA催化合成阿莫西林[8]工藝流程簡(jiǎn)單，方法綠色環(huán)保，雜質(zhì)少，產(chǎn)品穩(wěn)定性優(yōu)于化學(xué)法。何冰芳課題組在最新的研究中發(fā)現(xiàn)，從木糖氧化無(wú)色桿菌(AchromobacterxylosoxidansPX02)的青霉素?；?PGA PX02)催化合成阿莫西林，阿莫西林的轉(zhuǎn)化率可達(dá)98.7%[9]，合成率在65%～70%[10]。

2.1.2 酶的固定化研究

將游離的青霉素?；钢苯佑糜诖呋^(guò)程存在許多不足，如容易喪失催化活性，游離酶回收困難．造成產(chǎn)物難以分離提純，生產(chǎn)過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。固定化青霉素酰化酶克服了游離酶的上述不足，不僅保持了游離酶的催化特性，還提高了操作穩(wěn)定性，生產(chǎn)過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，易與產(chǎn)物分離且可重復(fù)使用[11]。用固定化青霉素?；腹に嚿a(chǎn)阿莫西林[12]是一條低成本的綠色化生產(chǎn)工藝。何冰芳課題組[13]研究了聚賴氨酸支持的交聯(lián)酶聚集物(PL-CLEAs)在合成阿莫西林中的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)，聚賴氨酸的加入顯著提高了酶的交聯(lián)效率PL-CLEAs催化反應(yīng)的合成水解比(S/H)在加入?；w后由2.71提高到4.67，阿莫西林的轉(zhuǎn)化率可達(dá)94%。蘇暐光課題組[14]以 Fe3O4-GMH 順磁性親水性多孔微球?yàn)檩d體固定化青霉素G?；负铣砂⒛髁郑l(fā)現(xiàn)在相同的反應(yīng)條件下，以乙二醇為溶劑，PGA/Fe3O4-GMH為催化劑，阿莫西林收率為90.1%，合成水解比(S/H)比為1.18，相比之下，游離PGA為催化劑阿莫西林的收率為62.6% ，S/H比為0.37。

2.2 反應(yīng)介質(zhì)

酶法合成阿莫西林，反應(yīng)介質(zhì)大多數(shù)采用具有一定pH值的水溶液，也有添加少量有機(jī)溶劑的水相體系[15-20]。青霉素G?；?、生成的阿莫西林和側(cè)鏈在水相中會(huì)發(fā)生一定程度的水解，所以，酶法合成阿莫西林的反應(yīng)介質(zhì)的選擇是研究的一個(gè)方向，非水相酶催化方法是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，將非水相介質(zhì)引入到酶催化合成中，增加底物的溶解性，降低反應(yīng)介質(zhì)中水的活性，有效抑制?；w側(cè)鏈和產(chǎn)物的水解，提高合成的產(chǎn)率。吳起研究團(tuán)隊(duì)[21-22]用水/有機(jī)或緩沖溶液/有機(jī)質(zhì)混合體系對(duì)反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，其中有機(jī)質(zhì)體系中的有機(jī)可以為乙二醇、丙三醇、異丙醇、叔丁醇、叔戊醇、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、正己烷等，抑制水解等副反應(yīng)，使得副產(chǎn)物減少，產(chǎn)率得以提高，分離過(guò)程也得到了簡(jiǎn)化。該團(tuán)隊(duì)在有pH值6.0的磷酸二氫鈉緩沖液與乙二醇40%：60%(v/v)做反應(yīng)介質(zhì)，產(chǎn)率為55.2%[23]。

降低水解的另一個(gè)研究熱點(diǎn)是有機(jī)介質(zhì)中的酶催化合成。酶在極性適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，不但保持活性，而且可以表現(xiàn)出優(yōu)良的催化性能。異辛醇作為阿莫西林酶促反應(yīng)的介質(zhì)，阿莫西林的產(chǎn)率可以達(dá)到94.5%[1]，環(huán)己醇介質(zhì)中酶促合成阿莫西林的效果最好，產(chǎn)率為48%[7]；林賢福[24]等人研究表明無(wú)水叔戊醇酶促6-APA的轉(zhuǎn)化率達(dá)到86%，用異戊醇-正辛烷(50/50)做混合溶劑時(shí)，母核的轉(zhuǎn)化率達(dá)到94%，阿莫西林的產(chǎn)率高達(dá)92%。

離子液體作為一種新型的極性溶劑，幾乎沒(méi)有蒸汽壓、不可燃性、非揮發(fā)性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、可循環(huán)利用及對(duì)環(huán)境友好，故稱之為“綠色”化學(xué)溶劑，可以用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的易揮發(fā)有毒溶劑。Sandra Cerqueira Pereira課題組[25]，將1-丁基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子(BMI)與雙(三氟甲磺?；?酰亞胺(NTf2)、四氟硼酸鹽(BF4)和六氟磷酸鹽(PF6)形成的離子液體(分別為)替代有機(jī)溶劑，取得了良好的效果，研究表明，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體(BMI·PF6)與水的比例為75%，合成水解比(S/H)比單獨(dú)使用磷酸緩沖溶液提高了400%，BMI·NTf2為350%，BMI·BF4只是小幅度的提升。BMI·NTf2為助溶劑時(shí)，與水的比例為71%(v/v)，6-APA的轉(zhuǎn)化率最高，比單獨(dú)用水溶液高出36%以上。

2.3 原位分離合成法

原位產(chǎn)物法(In situ product removal，ISPR)是一種將產(chǎn)物從反應(yīng)混合體系中即時(shí)分離以減小動(dòng)力學(xué)控制中產(chǎn)物水解的方法。原位分離可通過(guò)吸附、親和力、蒸發(fā)、全蒸發(fā)、絡(luò)合等途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。張業(yè)旺[26]研究團(tuán)隊(duì)鋅絡(luò)合一鍋兩步酶法合成阿莫西林的研究，第一步用酶水解青霉素G得到6-APA，然后再與側(cè)鏈進(jìn)行酰化反應(yīng)時(shí)加入鋅離子，使其與阿莫西林形成沉淀，而達(dá)到分離的目的，總收率可以達(dá)到71.5%。反應(yīng)的pH值根據(jù)不同的步驟可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，合成水解比(S/H)也可以根據(jù)水解、合成的需求進(jìn)行了調(diào)節(jié)。

3 小結(jié)

比較酶法、化學(xué)法阿莫西林可以看到，酶法制備阿莫西林具有一定的優(yōu)勢(shì)，如減少反應(yīng)步驟，縮短合成反應(yīng)的時(shí)間，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，有利于保護(hù)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著酶促反應(yīng)研究的日趨完善，酶法工藝實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保、清潔生產(chǎn)，有利于保護(hù)環(huán)境，在日益重視生態(tài)環(huán)境的今天，酶促合成必將是未來(lái)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。