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        頭孢雷特的合成與解析

        2019-10-15 07:38:50李世文
        山東化工 2019年18期
        關鍵詞:苯乙酸濾餅丙酮

        李世文,劉 杰,李 銳

        (河南中帥醫(yī)藥科技股份有限公司,河南 鄭州 450000)

        頭孢雷特(Ceforanide)是一種非腸道使用的半合成廣譜抗生素,文獻報道其合成方法主要涉及對7-ACA的兩部分的化學修飾或改造(7-ACA結構式見圖1):(1)C-3位乙酰基改造的化學合成;(2)C-7位氨基的改造的化學合成,一般在C-3位改造完成后再進行C-7位改造。C-3位乙?;脑斓幕瘜W合成方法主要包括:堿性溶液共熱法,三氟化硼乙醚或三氟化硼乙腈催化法,引入的側鏈為5-巰基-1H-四氮唑乙酸(以下簡稱MTAA,結構式見圖2);C-7位氨基的改造化學合成方法主要包括:酰氯法,混合酸酐法、活性酯法,涉及到的側鏈為2-氨甲基苯乙酸(以下簡稱AMPAA,結構式見圖3)。上述各種方法,各有優(yōu)劣。

        圖1 7-ACA結構式

        圖2 MTAA結構式

        圖3 AMPAA結構式

        1 路線綜述[1-5]

        頭孢雷特的制備路線為:選擇三氟化硼乙醚催化法實現(xiàn)先C-3位乙?;脑斓幕瘜W合成,制備關鍵中間體3-[(1-羧甲基)四氮唑-5-巰基]甲基-7-氨基-4-頭孢烷酸(即ACATAA)。C-7位氨基的改造化學合成方法中,采用三乙保護的AMPAA,酰胺鍵構造方法中,優(yōu)選混合酸酐法。C-7位氨基的改造選擇了三乙保護的AMPAA制備混合酸酐法,并使用了一種常用的頭孢類化合物助溶劑,即四甲基胍改進了ACATAA的活化方法,摒棄了水作為溶劑的工藝。最后利用N,N-二甲基胺芐(即BDMA)與頭孢雷特形成復鹽后與雜質(zhì)的BDMA鹽在水-丙酮溶液中溶解度不同而分離,而后酸化得到頭孢雷特,反應操作步驟簡單,收率及純度得到提高,工藝穩(wěn)定。

        最終確定如下合成路線見圖4。

        圖4 頭孢雷特合成路線

        頭孢雷特的精制

        關于頭孢雷特的精制方法,文獻有著詳細報道,利用N,N-二甲基胺芐(以下簡稱BDMA)與頭孢雷特形成復鹽后與雜質(zhì)的BDMA鹽在水-丙酮溶液中溶解度不同而分離,而后酸化得到頭孢雷特,精制后頭孢雷特純度提高明顯,操作簡便,因此我們選擇該路線作為頭孢雷特的精致方法。

        2 實驗部分

        2.1 主要儀器與試劑

        反應儀器:

        JJ-1電動攪拌器,低溫恒溫反應浴。

        檢驗儀器:

        高效液相色譜儀,用葡聚糖凝膠G10(10.0×300mm)為填充劑,柱長30cm。

        檢測條件:

        以含3.5%硫酸銨的pH值7.0的0.1mol/L磷酸鹽緩沖液〔0.1mol/L磷酸氫二鈉溶液-0.1mol/L磷酸二氫鈉溶液(61∶39)〕為流動相A,以水為流動相B,流速為每分鐘0.8mL,檢測波長為254nm。

        實驗試劑:

        5-巰基-1H-四氮唑乙酸,三氟化硼乙醚,甲醇,乙腈,水,氫氧化鈉,鄰氨甲基苯乙酸,乙酰乙酸甲酯,二氯甲烷,特戊酰氯,四甲基胍,丙酮,鹽酸。

        2.2 實驗過程

        2.2.1 化合物4 的制備

        在 2000mL的反應瓶中加入 108.8g (0.4 mol)7-ACA,560mL乙腈和64g 5-巰基-1H-四氮唑乙酸,攪拌下慢慢滴加 170.4g三氟化硼乙醚,加完后升溫至 30℃并保溫至反應結束(液相跟蹤)。反應結束后用冰浴冷卻至10~15℃,加水200mL,用濃氨水將體系的pH值調(diào)至3.0~3.5,有固體析出,繼續(xù)攪拌約 0.5 h,過濾,固體用甲醇洗滌(2× 200mL),再用丙酮洗滌(2×200mL)所得固體經(jīng)干燥,得142g淡黃色粉狀固體。純度:98%,干燥失重:0.7%。

        2.2.2 2-氨甲基苯乙酸鄧鈉鹽的制備

        在2000mL的三口反應瓶中,加入600mL的無水乙醇,常溫攪拌下加入氫氧化鈉(31g,0.55mol),體系發(fā)熱,待氫氧化鈉完全溶解后冷卻至室溫,分批加入鄰氨甲基苯乙酸(82.6g,0.5mol),攪拌至完全溶解,加熱使回流,滴加乙酰乙酸甲酯(64g,0.55mol),1h滴加完畢,滴完后回來反應2h。減壓濃縮至300~400mL,冷卻至5℃以下攪拌下慢慢加入500mL乙腈析晶2h,抽濾,濾餅用乙腈洗滌,得白色粉末結晶88.6g。純度:99.4%,干燥失重:0.4%。

        2.2.3 混合酸酐溶液A的制備

        在帶攪拌和溫度計的1000mL三口燒瓶中加入29.9g(0.1mol,M=299)2-氨甲基苯乙酸鄧鈉鹽及250mL無水二氯甲烷、100mLDMF,攪拌10min,加入N-甲基嗎啉0.2mL,冷卻至-5℃到-10℃,攪拌下滴加特戊酰氯12.06g(0.1mol,M=120.58,d=0.979,12.32mL)保持反應液溫度-5℃到-10℃攪拌反應30min。反應液降溫至-10℃到-15℃?zhèn)溆谩?/p>

        2.2.4 化合物4的溶液B的制備

        在帶攪拌和溫度計的500mL三口燒瓶中加入37.2g(0.1mol)精制化合物4及100mL二氯甲烷,攪拌下冷卻至-5-10℃,滴加四甲基胍24.2g(TMG,0.21mol,M=115.18,d=0.918,26.4mL),攪拌30~60min得淡黃色透明溶解液,降溫至-10-15℃?zhèn)溆谩?/p>

        2.2.5 縮合反應與水解反應

        保持反應液A溫度-10℃到-15℃,勻速滴加入反應液B,加畢,保持在-10℃到-15℃攪拌2h。

        縮合反應結束后,攪拌下將反應混合物倒入250mL水中,靜置,分出水層,有機層用水100mL萃取,合并水層,加入15g活性炭脫色30min,過濾,濾液降溫至0℃,用稀鹽酸(4N)調(diào)節(jié)pH值=3.5,攪拌結晶60min,析出的淡黃色沉淀過濾、濾餅分別用150mL冰水、150mL甲醇、150mL丙酮洗滌。35℃真空干燥至恒重。純度:99.2% 。

        2.2.6 頭孢雷特的精制

        取頭孢雷特粗品20g 置于500mL的燒瓶中,用260mL丙酮-水(丙酮∶水=1∶1)的混合溶劑25~30℃下攪拌成勻漿。攪拌下滴加N,N-二甲基芐胺(BDMA)6.5mL 條件體系pH值=7.4~7.6,攪拌至溶液澄清。滴加320mL丙酮至上述溶液中,有固體結晶析出,加冰浴攪拌使結晶30分鐘抽濾,濾餅用丙酮沖洗得雷特BDMA鹽。40℃真空干燥。

        將上步所得頭孢雷特BDMA鹽加入200mL水中,用10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系pH值至7.5攪拌待固體溶清,加活性炭4g,攪拌脫色30min后抽濾 ,收集濾液用4N的鹽酸調(diào)節(jié)體系pH至到3.5冰浴攪拌使結晶30分鐘后抽濾,濾餅分別用甲醇和丙酮洗滌,收集濾餅真空干燥得頭孢雷特產(chǎn)品15g。

        2.2.7 無菌原料頭孢雷特的制備

        取頭孢雷特產(chǎn)品15g加入45mL的水中在15~20℃下攪拌成溶液,用氨水調(diào)節(jié)體系pH值到7得到澄清溶液。澄清溶液用活性炭脫色硅藻土助濾,無菌過濾。濾液在15~20℃下與等體積的甲醇混合后用鹽酸調(diào)節(jié)pH值到3.5 攪拌1h后抽濾,濾餅分別用甲醇和丙酮洗滌。收集濾餅20℃真空干燥至恒重得無菌頭孢雷特。

        2.3 產(chǎn)品解析

        (1)高分辨質(zhì)譜分析表明樣品的準分子離子峰[M+H]+為520.1076,可推斷其分子量為519.0096,與頭孢雷特的理論精確分子量519.0095相比,誤差小于3ppm,元素匹配結果表明其元素組成為C20H22N7O6S2,與頭孢雷特的結構一致,證明其元素組成正確。

        (2)IR:3430,3277 cm-1:-NH的伸縮振動,1780,1654cm-1:為酰胺C=O的伸縮振動,1539 cm-1:為酰胺的N-H彎曲振動及C-N伸縮振動,說明分子中含有兩個酰胺羰基;3200~3056處的多個小峰說明分子中還含有NH2。1H NMR上δ9.436~9.416(1H,d)ppm的酰胺質(zhì)子、δ8.57(4H,br)ppm的活潑質(zhì)子與13CNMR譜上δ163.350(季C)ppm、171.481(季C)ppm的C-8、C-10進一步證明了它們的存在。

        (3)IR:3300~2500 cm-1:-OH的伸縮振動,1702 cm-1:羧酸中羰基的伸縮振動,1382,1311cm-1:羧酸中OH的彎曲振動及C-O伸縮振動,說明分子中含有COOH。1H NMR上δ8.57(4H,br)ppm的活潑質(zhì)子和13C NMR譜上δ163.515(季C)ppm、δ166.796(季C)ppm的C-19、C-22進一步證明了它們的存在。

        (4)IR:3056 cm-1:苯環(huán)=CH的伸縮振動,1620,1584,1450cm-1:為C=C雙鍵的伸縮振動,761cm-1:為苯環(huán)上C-H面外彎曲振動,說明分子中含有鄰二取代的苯基;另外,C=C及C=N雙鍵的伸縮振動也在1650-1580 cm-1范圍內(nèi),與苯環(huán)的C=C伸縮振動重疊。1H NMR上δ7.431~7.414(1H,m)ppm、δ7.340~7.293(3H,m)ppm的多重峰以及13C NMR譜上δ133.069(季C)、130.830(叔C)、127.170(叔C)、128.548(叔C)、129.670(叔C)、134.804(季C)ppm,證明分子中存在鄰二取代苯基。

        (5)IR:2939 cm-1:CH,CH2中的C-H伸展振動,1423 cm-1:CH,CH2中的C-H彎曲振動,證明分子中有CH,CH2。1H NMR、13C NMR,dept135及dept90表明分子中表明分子中含有2個飽和次甲基(δ57.072、59.074)、5個飽和亞甲基(δ26.235、38.666、39.741、36.548、49.812)。

        綜上所述,從1H NMR和13C NMR譜得知,分子中含有2個酰胺羰基、2個羧酸羰基、1個烯鍵、1個C=N鍵、5個亞甲基、2個飽和次甲基和1個二取代苯基,與頭孢雷特的結構相符,樣品的UV、IR、11H NMR、13C NMR、HR-MS譜圖可由頭孢雷特的結構給以合理的解釋,證明樣品結構與頭孢雷特結構一致。

        3 結果分析

        本工藝是在參照文獻的基礎上,經(jīng)過優(yōu)化創(chuàng)新而來的,較文獻工藝縮短了生產(chǎn)周期,目前的工藝條件溫和,利于生產(chǎn)操作,得到的產(chǎn)品質(zhì)量合格,結構與頭孢雷特結構一致,具有良好的經(jīng)濟效益和社會前景。

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