9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟合成工藝研究

黃 凱 李金明 李 冀 賈 興 楊國(guó)輝 周 巖

河北遠(yuǎn)征藥業(yè)有限公司 河北省獸藥技術(shù)研發(fā)中心（河北石家莊 050041）

目前，國(guó)內(nèi)在預(yù)防和治療牛和豬的呼吸系統(tǒng)疾病方面，采用的大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物主要是泰樂(lè)菌素和替米考星，隨著其應(yīng)用的不斷增加，各地出現(xiàn)了不同程度的耐藥性，導(dǎo)致治療效果逐漸降低。加米霉素是由法國(guó)梅里亞國(guó)際有限公司研發(fā)的一種最新的大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素，通過(guò)抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成，對(duì)預(yù)防和治療由溶血性曼氏桿菌、巴氏桿菌和嗜組織菌引起的牛呼吸系統(tǒng)感染，有很好的效果[1]。上市的加米霉素注射液劑型，克服了現(xiàn)行的泰樂(lè)菌素和替米考星需拌食或飲水服用，且多天重復(fù)給藥，生物利用度低的缺點(diǎn)，具有單次給藥、吸收迅速、生物利用度高、低殘留和安全高效的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。

9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟是加米霉素的一個(gè)重要中間體，通常由9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟在堿性條件下經(jīng)構(gòu)型轉(zhuǎn)化得到，再經(jīng)貝克曼重排、還原反應(yīng)、還原胺化得到加米霉素[2-3]。9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟構(gòu)型轉(zhuǎn)化程度嚴(yán)重影響了后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行及后處理的難易程度。Wilkening 等以絕對(duì)無(wú)水甲醇，乙醇，N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作為反應(yīng)溶劑，選用氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉、乙醇鈉等為堿性催化劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下合成了9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟，但收率較低。

本課題對(duì)9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的合成進(jìn)行了研究，確定了最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)以滿足其工業(yè)化生產(chǎn)條件，從而為加米霉素的工業(yè)化生產(chǎn)提供更好的幫助。

1 儀器與材料

1.1 儀器

Waters 2695e 高效液相色譜儀，沃特世科技（上海）有限公司；測(cè)定儀，東莞市力測(cè)電子科技有限公司。

TLC 展開(kāi)劑∶V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）∶V（二乙胺）=40∶10∶9。顯色劑∶V（無(wú)水乙醇）∶V（濃硫酸）∶V（茴香醛）=40∶4∶1。

高效液相色譜（HPLC）條件：色譜柱，Zorbax Sb C18柱；流動(dòng)相為0.038 mol/L 磷酸二氫鉀溶液與乙腈的混合液，二者體積比為40∶60。

1.2 材料

9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟按照文獻(xiàn)[4]由硫氰酸紅霉素與鹽酸羥胺得到。

硫氰酸紅霉素（w≥99%），武漢華翔科潔生物技術(shù)有限公司；氫氧化鋰（w≥98%），鄭州亞申化工產(chǎn)品有限公司；氫氧化鈉（w≥98%），青島海灣集團(tuán)有限公司；甲醇、無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷，分析純，天津永大化學(xué)試劑有限公司。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的合成

反應(yīng)方程式如圖1 所示。

圖1 9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟的合成反應(yīng)方程

采用9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟為起始原料，利用堿催化使其結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，分別考察了反應(yīng)中堿催化劑、投料比、溫度及反應(yīng)溶劑對(duì)構(gòu)型轉(zhuǎn)化的影響，從而篩選出最佳反應(yīng)參數(shù)。

2.2 反應(yīng)條件的考察

2.2.1 不同堿對(duì)構(gòu)型轉(zhuǎn)化的影響

在9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的構(gòu)型轉(zhuǎn)化中，溶劑的酸堿性起到了至關(guān)重要的作用。在酸性條件下反應(yīng)時(shí)，Z 肟會(huì)向E 肟進(jìn)行轉(zhuǎn)化，堿性條件則有利于Z 肟的形成。分別考察了氫氧化鋰、氫氧化鈉、三乙胺、甲醇鈉等條件下9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的收率和純度，如表1 所示。

表1 不同堿對(duì)反應(yīng)的影響 %

以無(wú)水乙醇為溶劑，9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟與堿的物質(zhì)的量比為1∶5 時(shí)，氫氧化鋰、氫氧化鈉等無(wú)機(jī)堿對(duì)9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟的催化活性較高，產(chǎn)品純度和收率均優(yōu)于有機(jī)堿性試劑。在三乙胺等有機(jī)堿中，易出現(xiàn)大而硬的結(jié)塊，難以進(jìn)行后續(xù)操作；無(wú)機(jī)堿中，氫氧化鋰的產(chǎn)品收率和產(chǎn)品中9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的含量均高于氫氧化鈉。這是由空間位阻造成的，基團(tuán)越小，越容易與9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟進(jìn)行反應(yīng)。因此，選用氫氧化鋰作為催化劑。

2.2.2 不同投料比對(duì)構(gòu)型轉(zhuǎn)化的影響

在9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的構(gòu)型轉(zhuǎn)化中，不同的原料投料比例，對(duì)其構(gòu)型轉(zhuǎn)化反應(yīng)時(shí)間及構(gòu)型轉(zhuǎn)化率都有重要影響。以無(wú)水乙醇為溶劑，分別考察了9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟與氫氧化鋰在1∶1，1∶3，1∶5，1∶10 的物質(zhì)的量比下進(jìn)行構(gòu)型轉(zhuǎn)化對(duì)9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟收率與純度的影響，結(jié)果如表2 所示。

表2 投料比對(duì)反應(yīng)的影響

由表2 可知，在n［9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟］∶n（氫氧化鋰）=1∶5 時(shí)，9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的轉(zhuǎn)化效率較高，產(chǎn)品收率達(dá)到81%，9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到96.2%，反應(yīng)時(shí)間也相對(duì)較短；繼續(xù)增加氫氧化鋰的量對(duì)反應(yīng)影響不大，且造成原料的浪費(fèi)。因此，最終確定反應(yīng)投料比為1∶5。

2.2.3 溫度對(duì)構(gòu)型轉(zhuǎn)化的影響

9-脫氧-9-同型紅霉素肟中，E 肟熱力學(xué)性能較穩(wěn)定。溫度較高可加快反應(yīng)進(jìn)程，但會(huì)導(dǎo)致構(gòu)型向E肟轉(zhuǎn)化[5]，所以合適的溫度有利于反應(yīng)速率控制及反應(yīng)的進(jìn)行。對(duì)溫度的影響進(jìn)行考察，結(jié)果如表3 所示。

表3 溫度對(duì)反應(yīng)的影響 %

以無(wú)水乙醇為溶劑，9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟與氫氧化鋰的物質(zhì)的量比為1∶5，溫度為20～30 ℃時(shí)，反應(yīng)速率較大，收率及產(chǎn)品純度均較高。

2.2.4 溶劑對(duì)構(gòu)型轉(zhuǎn)化的影響

Basset 等[6]在水中合成了9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟，因此實(shí)驗(yàn)考察了在無(wú)水乙醇、95%乙醇和水3 種溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的收率和純度，結(jié)果如表4 所示。

表4 反應(yīng)溶劑的考察 %

由表4 可知，在無(wú)水乙醇中反應(yīng)時(shí)，9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的收率和純度均略高于在95%乙醇和水兩種溶劑中生成的產(chǎn)物，因此選用無(wú)水乙醇為溶劑。

2.3 9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的合成

通過(guò)對(duì)不同反應(yīng)條件的篩選，最終確定9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟的合成路線如下：

（1）配制氫氧化鋰的乙醇溶液：將1.56 g（0.043 mol，3.3eq）氫氧化鋰溶于20 mL 無(wú)水乙醇中。

（2）在裝有溫度計(jì)的250 mL 四口圓底燒瓶中，加入10.00 g（0.013 mol，1eq）9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟、80 mL 無(wú)水乙醇，室溫?cái)嚢柚寥芙?。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1 h 內(nèi)將氫氧化鋰的乙醇溶液緩慢滴入到反應(yīng)瓶中，室溫反應(yīng)約20 h（薄層液相色譜監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)行）。反應(yīng)結(jié)束后，用6 當(dāng)量濃度的鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH，使pH=9～9.5。加入50 mL 乙酸乙酯，攪拌20 min 后分液，繼續(xù)用50 mL 乙酸乙酯進(jìn)行二次萃取，合并乙酸乙酯，用60 mL 飽和食鹽水進(jìn)行洗滌。用無(wú)水硫酸鈉干燥3 h，過(guò)濾除去無(wú)水硫酸鈉后，室溫條件下，減壓除去乙酸乙酯，在30 ℃下真空干燥6 h，得到白色固體8.3 g（收率83%）。

（3）在500 mL的四口圓底燒瓶中，加入得到的白色固體8.2 g 和40 mL乙酸乙酯，攪拌至完全溶解，緩慢滴入80 mL二氯甲烷，降溫至0～10 ℃，攪拌結(jié)晶3 h，得到目標(biāo)產(chǎn)物8.1 g。其中，9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟含量為96.2%，收率為81%。

對(duì)所得9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟分別進(jìn)行氫譜（1H NMR）、紅外光譜（IR）和質(zhì)譜（MS）檢測(cè)。

1H NMR：δ=0.85（t，J=7.2 Hz，3H），1.08（m，9H)，1.17（m，16H），1.32（s，3H），1.38（s，1H），1.49（m，3H），1.77（m，1H），2.32（d，J=15.2 Hz，6H），2.41（d，J=2.4 Hz，1H），2.44（m，1H），2.50（s，3H），2.71（m，1H），2.76（m，3H），2.90（t，J=8.0 Hz，1H），3.06（d，J=7.6 Hz，1H），3.27（s，3H），3.42（s，1H），3.46～3.65（m，3H），4.01（m，3H），4.12（s，1H），4.31（m，1H），4.38（d，J=7.2 Hz，1H），4.72（d，J=4.8 Hz，1H），5.14（t，J=13.2 Hz，1H）。

ESI-MS：m/z=749.5（M+）。

檢測(cè)結(jié)果均證明其為9-脫氧-9-同型紅霉素A（Z）肟。

3 結(jié)論

通過(guò)考察堿、投料比、溫度及反應(yīng)溶劑，確定了以氫氧化鋰為催化劑、n［9-脫氧-9-同型紅霉素A（E）肟］∶n（氫氧化鋰）=1∶5，在20～30 ℃于無(wú)水乙醇中反應(yīng)20 h。該條件下，產(chǎn)物收率和純度較高，可滿足后續(xù)生產(chǎn)需要，且條件溫和，適合工業(yè)化生產(chǎn)。