N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的合成及結(jié)構(gòu)確證

周軍榮，雷維敏，芮立濤，江東

(浙江東邦藥業(yè)有限公司，浙江 臨海 317016)

頭孢妥侖匹酯(Cefditoren pivoxil)是第三代口服頭孢菌素，由日本明治制果株式會社首創(chuàng)。1994年4月在日本上市，2001年4月在中國上市，商品名為美愛克(Meiact)，用于治療革蘭陽性菌及革蘭陰性菌引起的感染[1]。經(jīng)研究表明，頭孢妥侖匹酯對肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌、化膿性鏈球菌、金黃色葡萄球菌、卡他莫拉菌五大主要致病菌引起的社區(qū)獲得性呼吸道感染治療顯著[2-4]。該藥物作用機制為抑制細菌細胞壁合成，具有抗菌譜廣、療效顯著、安全穩(wěn)定、口服吸收好等特點，臨床應用廣泛[5]。

對于藥物的研究和開發(fā)過程中，其質(zhì)量是衡量藥物品質(zhì)的一個重要標準，藥物的質(zhì)量首先決定于藥物自身的療效和毒副作用。而藥物中存在的雜質(zhì)直接影響到藥物的療效并可能導致毒副作用的產(chǎn)生，因此必須控制。其中有相關資料[6-7]公布頭孢妥侖匹酯中已知雜質(zhì),主要包括：頭孢妥侖鈉、頭孢妥侖開環(huán)物、頭孢他美酯、頭孢妥侖匹酯δ3異構(gòu)體、頭孢妥侖匹酯甲氧基甲基化合物、頭孢妥侖匹酯E型異構(gòu)體、頭孢妥侖二匹酯、N-特戊酰頭孢妥侖匹酯、頭孢妥侖匹酯二聚體以及頭孢妥侖匹酯開環(huán)二聚體。因此為了更好地分析頭孢妥侖匹酯的雜質(zhì)，設計合成出高純度的已知雜質(zhì)是很有意義的。N-特戊酰頭孢妥侖匹酯作為其中的重要已知雜質(zhì)，但目前關于它的合成及結(jié)構(gòu)確證報道很少。

參考相關文獻資料[8-10]，設計出了一條合成N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的工藝路線，具體路線如圖1所示。

該工藝路線：首先以頭孢妥侖匹酯為起始原料，與特戊酰氯進行酰胺化反應得到產(chǎn)物N-特戊酰頭孢妥侖匹酯。該工藝得到的N-特戊酰頭孢妥侖匹酯收率及純度較高，且原料易得。

1 實驗部分

1.1 儀器與藥品

實驗儀器：Agilent Cary 100紫外可見光譜儀、Agilent Cary 630 FT-IR紅外光譜儀、6200 series TOF/6500 series質(zhì)譜儀、Bruker 500M核磁共振儀、Agilent 1260高效液相色譜儀，以及AR1140電子天平等。

主要原料：頭孢妥侖匹酯(浙江東邦藥業(yè)有限公司)，特戊酰氯(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，其它溶劑與試劑均來源于上海國藥集團。

1.2 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的合成過程

在常溫下，向一個潔凈的反應瓶中加入500mL丙酮，再加入35g(0.056mol，1eq)頭孢妥侖匹酯，攪拌溶解。將物料逐漸降溫，并控制溫度在5～10℃下，加入特戊酰氯10.9g(0.090mol，1.6eq)，攪拌均勻。再控制溫度在5～10℃下，緩慢滴加9.7g(0.096mol，1.7eq)三乙胺。加畢，控溫5～15℃攪拌反應5h(展開劑為甲苯：乙酸乙酯：甲醇(體積比)=4:3:1，TLC跟蹤監(jiān)測反應)。反應結(jié)束后，物料控溫20℃以下進行減壓濃縮，濃縮至無餾分滴出。往濃縮殘留物中加入乙酸乙酯400mL，攪拌10min，溶解澄清。再往乙酸乙酯料液中加入1.5%稀鹽酸溶液220mL，控溫10～15℃，攪拌洗滌5min，靜置分液30min。分液時棄掉水層，收集有機層。再往有機層中加入200mL飽和食鹽水，控溫10～15℃，攪拌洗滌5min，靜置分液30min。分液時棄掉水層，收集有機層。將有機層料液進行減壓濃縮，至料液體積約為120mL。停止?jié)饪s，然后將料液進行緩慢降溫至-5～0℃，保溫析晶2h。析晶結(jié)束后，過濾，得到的濕品置于真空干燥箱內(nèi)，并控溫25～30℃干燥。烘干后，得到34.6g產(chǎn)物N-特戊酰頭孢妥侖匹酯，摩爾收率約為87.8%，HPLC檢測(條件是色譜柱：YMCPack ODS-AM C18150mm×4.6mm/5μm；檢測波長：254nm；柱溫：25℃)純度為98.2%。

圖1 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的合成路線

2 分析討論

將通過1.2步驟得到的N-特戊酰頭孢妥侖匹酯進行結(jié)構(gòu)確認分析，分析如下。

2.1 紫外吸收光譜(UV)

由N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紫外吸收光譜數(shù)據(jù)可見（見表1）。

ε= A/(c×b)

表1 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紫外吸收光譜數(shù)據(jù)

式中：c—溶液的濃度(mol/L)；b—吸收池長度(cm)。

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯有三條紫外吸收帶(273.00 nm，ε = 1.889×104L/（mol·cm）；231.00 nm，ε = 2.006×104L/（mol·cm）；203.00 nm，ε =2.163×104L/（mol·cm）)，均為芳香環(huán)的π→π*躍遷，與分子中芳環(huán)結(jié)構(gòu)相吻合。

2.2 紅外吸收光譜(IR)

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紅外吸收光譜數(shù)據(jù)見表2，解析：（1）3268、3197/cm為氨基的N-H不對稱和對稱伸縮振動吸收峰，1091、1044/cm的吸收峰C-O伸縮振動吸收峰，1792、1755、1685 /cm為羰基的C=O伸縮振動，可知該化合物中存在酰胺，酯等結(jié)構(gòu)；（2）1541、1482、1462/cm處較強的吸收峰為雙鍵C=C的伸縮振動，可知分子中含有雙鍵；3)2975、2939、2874/cm為烷烴的C-H伸縮振動吸收峰，1369、1294、1219、1154、1118/cm為烷烴的C-H彎曲振動吸收峰，949/cm為烷烴C-H面外彎曲振動吸收峰，可知分子中存在烷烴。由以上分析結(jié)果可知：紅外吸收光譜表明樣品分子中含有酰胺、酯、雙鍵以及烷烴等特征官能團。

2.3 高分辨質(zhì)譜(HR-MS)

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的高分辨質(zhì)譜分析如下：其分子式：C30H36N6O8S3，絕對分子量：704.1757。由樣品檢測圖譜可知，正離子模式下，在m/z 705.1862處較強的離子峰對應樣品的[M+H]+信號；負離子模式下，在m/z703.1713處較強的離子峰對應樣品的[M-H]-信號；以上分析結(jié)果與樣品的分子量及分子式相符。

表2 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紅外吸收光譜數(shù)據(jù)

2.4 核磁共振波譜(NMR)

對于N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的核磁共振氫譜(1H-NMR)和碳譜(13C-NMR)數(shù)據(jù)分析，為了更方便地說明其結(jié)構(gòu)中的各原子的位置，對其化學結(jié)構(gòu)式進行標記，如下圖2所示。其中測定結(jié)果及解析見表3與表4。

圖2 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的化學結(jié)構(gòu)式

表3 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯1H-NMR數(shù)據(jù)

表4 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯13C-NMR數(shù)據(jù)

解析：（1）1H-NMR譜(表3)出現(xiàn)的15組質(zhì)子信號，根據(jù)其積分面積比可知該樣品中至少含有35個氫原子(其中N-19位上活潑氫未出)，包括1組A雜環(huán)中無耦合的單峰次甲基(δH8.641,s,1H,H-30)以及1組雜環(huán)上取代單峰甲基(δH2.433,s,3H,H-32),2組順式雙鍵上相互耦合的次甲基(δH6.6 7 3-6.650,d,J=11.8Hz,1H,H-25；δH6.375-6.325,d,J=11.8Hz,1H,H-26)；2組B雜環(huán)存在同碳耦合裂分的亞甲基信號(δH3.552-3.512,d,J=18.8Hz,1H,H-4a；δH3.321-3.284,d,J=18.8Hz,1H,H-4b)以及1組裂分為雙峰的次甲基(δH5.195-5.185,d,J=4.9Hz,1H,H-6)；1組C環(huán)上的H-6和氨基H-9耦合為雙重峰次甲基(δH6.036-6.008,dd,J=8.7，4.9Hz,1H,H-7)；1組D環(huán)上單峰次甲基信號(δH7.409,s,1H,H-15)以及1組含氧單峰甲基(δH4.150,s,3H,H-13)、1個存在AB系統(tǒng)耦合的含氧亞甲基(δH5.839-5.829,d,J=5.6Hz,1H,H-34a；δH5.786-5.775,d,J=5.6Hz,1H,H-34b)和2組異丁基質(zhì)子信號(δH1.321,s,9H,H-22/H-23/H-24；δH1.134，s,9H,H-37/H-38/H-39)。以上分析結(jié)果與樣品N-特戊酰頭孢妥侖匹酯分子結(jié)構(gòu)一致；（2）13C-NMR譜(表4)顯示該樣品含有30個碳信號，其中A環(huán)上4個碳信號(δC153.061，C-28；δC152.351，C-30；δC126.061，C-27；δC15.575，C-32)，1對雙鍵信號(δC126.668，C-25；δC122.260，C-26)；B環(huán)和C環(huán)上6個碳信號(δC163.781，C-8；δC129.857，C-3；δC125.068，C-2；δC59.428，C-7；δC57.403，C-6；δC28.226，C-4)；D環(huán)3個碳信號(δC160.388，C-17；δC139.647，C-14；δC116.607，C-15)。此外，還包括2個酰胺羰基碳信號(δC177.389，C-20；δC161.170，C-10)、1個亞胺碳信號(δC145.115，C-11)、2個酯羰基碳信號(δC176.931，C-35；δC160.109，C-33)、1個含氧甲基(δC63.982，C-13)、1個含氧亞甲基(δC80.040，C-34)以及2個異丁基碳信號(δC39.480，C-21；δC38.805，C-36；δC27.042，C-22/C-23/C-24；δC26.859，C-37/C-38/C-39)。以上分析結(jié)果與樣品N-特戊酰頭孢妥侖匹酯分子結(jié)構(gòu)相符。根據(jù)核磁共振氫譜(1H-NMR)、碳譜(13C-NMR)可確證N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2.5 結(jié)構(gòu)確證小結(jié)

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的核磁共振氫譜(1H-NMR)、碳譜(13C-NMR)確證C、H歸屬符合樣品分子結(jié)構(gòu)式，綜合紫外、紅外以及高分辨質(zhì)譜結(jié)果信息，證實了該結(jié)構(gòu)的正確性。

3 結(jié)論

本文將起始原料頭孢妥侖匹酯與特戊酰氯進行酰胺化反應得到產(chǎn)物N-特戊酰頭孢妥侖匹酯。該工藝得到的N-特戊酰頭孢妥侖匹酯收率及純度較高，且原料易得。通過結(jié)構(gòu)確證(紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、高分辨質(zhì)譜以及核磁共振波普)證實了N-特戊酰頭孢妥侖匹酯化學結(jié)構(gòu)式的正確性。