（药物化学专业论文）阿奇霉素的合成研究.pdf

摘要 研究了红霉素a ( e ) 肟重排产物的异构化反应，确定了两个主要异构产物是 红霉素a6 ，9 一亚胺醚和红霉素a9 ，1 1 亚胺醚。在二氯甲烷中实现了红霉素a6 ，9 一 亚胺醚向红霉素a9 ，1 1 一亚胺醚的转化，并且制备了红霉素a9 ，1 卜亚胺醚乙腈 加合物的结晶，收率1 7 5 ，熔点为1 9 1 1 1 9 2 5 ，h p l c 含量为7 7 3 1 。 在丙酮一水体系下分别以红霉素a ( e ) 肟和红霉素a ( e ) 肟盐为原料进行贝克 曼重排。研究了丙酮一水体系下红霉素a ( e ) 肟盐的贝克曼重排反应。考察了丙酮 一水比例、磺酰化试剂种类及用量、缚酸剂用量、稀盐酸加入量、反应时间以及 后处理方式对产品收率及质量的影响。其最佳工艺条件为：红霉素a ( e ) 肟硫氰 酸盐与碳酸氢钠的摩尔比为1 ：4 5 ，红霉素a ( e ) 肟硫氰酸盐与甲磺酰氯的摩尔比 为1 ：2 8 6 ，丙酮与水的体积比为1 4 5 ：1 ，稀盐酸用量为红霉素a 肟盐的1 1 5 时， 在o 5 反应3 小时，收率为8 2 8 6 ，h p l c 含量为9 0 1 3 。 采用3 种不同的还原方法对红霉素a6 ，9 一亚胺醚与硼氢化钾的还原反应进 行考察，发现应该采取顺加法。考察了酸对红霉素a6 ，9 一亚胺醚还原反应的影 响。最佳工艺条件为：红霉素a6 ，9 一亚胺醚与硼氢化钾的摩尔比为1 ：3 ，以2 0 的硫酸为酸化剂，在0 5 下反应6 5 小时，收率为9 8 6 5 。 采用多次中和萃取法进行水解反应，最佳工艺条件为：二氢高红霉素硼酸酯 质量与水的体积比为1 ：1 5 ( g m 1 ) ，二氢高红霉素硼酸酯与山梨醇的摩尔比为 l ：4 ，p h = 2 ，1 0 1 5 下反应。所得产品的h p l c 含量分别为9 6 6 9 ；收率为8 2 4 5 。 对阿奇霉素硼酸酯水解进行了初步研究，发现阿奇霉素硼酸酯比二氢高红霉 素硼酸酯更难水解。 关键词：红霉素a ( e ) 肟硫氢酸盐；红霉素6 , 9 亚胺醚；硼氢化钾；9 一脱氧一9 a 氮杂9 a 同型红霉素a 硼酸酯；9 脱氧9 a 氮杂一9 a 同型红霉素a a b s t r a c t t h ei s o m e r a t i o no fe r y t h r o m y c i na 6 , 9 - i m i n o e t h e r , w h i c hw a ss y n t h e s i z e df r o m e r y t h r o m y c i na ( e ) o x i m eh a sb e e ns t u d i e d t w om a j o ri s o m e r , e r y t h r o m y c i na 6 ，9 - i m i n o e t h e ra n de r y t h r o m y c i na9 ，11 一i m i n o e t h e rh a v eb e e nc o n f t r m e d t h e t r a n s f o r m a t i o no f e r y t h r o m y c i na6 , 9 一i m i n o e t h e rt oe r y t h r o m y c i na9 ，1 l i m i n o e t h e r h a sb e e na c h i e v e di nd i c h l o r o m e t h a n e t h ec r y s t a lo f e r y t h r o m y c i na 9 ，l1 - i m i n o e t h e r h a sb e e no b t a i n e da n dt h ey i e l do ft h ep r o d u c ti s17 5 a n dt h em e l t i n gp o i n ti s 1 9 1 1 。c 1 9 2 5 ，t h eh p l cc o n t e n ti s7 7 3 1 t h eb e c k m a n nr e a r r a n g e m e n tr e a c t i o nw h i c hu s i n ge r y t h r o m y c i na ( e 1o x i m e a n dt h es a l to fe r y t h r o m y c i na ( e ) o x i m ea sr a wm a t e r i a li na c e t o n e - w a t e rm i x i n g s y s t e mh a sb e e ns t u d i e d t h ev o l u m er a t i oo fa c e t o n ea n dw a t e r , t h ek i n d so f s u l f o n y l a t i o nr e a g e n ta n dt h ed o s a g eo fs u l f o n y l a t i o nr e a g e n ta n dt h ed o s a g eo f b a s e a n dh y d r o c h l o r i ca c i d ，t h er e a c t i o nt i m ea n dt h ek i n d so fd e a l i n gw i t ht h er e a c t i o n h a v eb e e ns t u d i e d 。a n dt h em o s to p t i m i z a t i o nr e a c t i o nc o n d i t i o ni s ：t h em o l a rr a t i oo f e r y t h r o m y c i na ( e ) o x i m et h i o c y a n a t ea n dm e t h a n e s u l f o n y lc h l o r i d ei s1 ：2 8 6 ，t h e m o l a rr a t i oo fe r y t h r o m y c i na ( e ) o x i m e t h i o c y a n a t ea n ds o d i u mb i c a r b o n a t ei s1 ：4 5 ， t h ev o l u m er a t i oo fa c e t o n ea n dw a t e ri s 1 4 5 ：1 ，t h em o l a rr a t i o no fd i l u t e d h y d r o c h l o r i ca i da n dt h es a l to fe r y t h r o m y c i na ( e ) o x i m ei s1 ：15 ；t h er e a c t i o nt i m e i s3h o u r sa n dt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s0 5 。c t h ey i e l do fe r y t h r o m y c i na 6 , 9 一i m i n o e t h e ri s8 2 8 6 a n dt h ec o n t e n to fh p l ci s9 0 13 w h e nr e a c t i n gu n d e r t h e s ec o n d i t i o n s t h r e ed i f f e r e n tk i n d so fm e t h o dh a v eb e e ns t u d i e di nt h er e d u c t i o no f e r y t h r o m y c i na6 , 9 - i m i n o e t h e rw i t hp o t a s s i u mh y d r i d e t h ee f f e c to ft h ea c i dt ot h e r e a c t i o nh a sb e e ns t u d i e d a n dt h em o s to p t i m i z a t i o nc o n d i t i o ni s ：t h em o l a rr a t i oo f e r y t h r o m y c i na6 , 9 一i m i n o e t h e r a n dp o t a s s i u m h y d r i d i s 1 ：3 ，a c i d i z e dw i t h 2 0 s u l p h u r i ca c i d ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s0 - 5 ，a n dt h er e a c t i o nt i m ei s 6 5 h o u r s ；t h ey i e l do ft h er e a c t i o ni s9 8 6 5 w h e nr e a c t i n gu n d e rt h e s ec o n d i t i o n s t h eh y d r o l y s i so f9 - d e o x o - 9 a a z a - 9 a - h o m o e r y t h r o m y c i nal1 12 - h y d r o g e n b o r a t eh a sb e e ns t u d i e d t h em o s to p t i m i z a t i o nc o n d i t i o ni s ：t h er a t i oo ft h ew e i g h to f 9 - d e o x o - 9 a - a z a 一9 a h o m o e r y t h r o m y c i nal1 ，12 - h y d r o g e nb o r a t ea n dt h ev o l u m eo f w a t e ri s1 ：15 ，a n dt h em o l a rr a t i oo f9 - d e o x o 9 a a z a 9 a h o m o e r y t h r o m y c i na 1 1 ，1 2 - h y d r o g e nb o r a t ea n ds o b i t o li s1 ：4 ，p h = 2 ，t h et e m p e r a t u r ei s10 15 c ；t h e y i e l do f t h er e a c t i o ni s8 2 4 5 a n dt h ec o n t e n to fh p l ci sa n d9 6 6 9 w h e nr e a c t i n g u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s t h eh y d r o l y s i so fa z i t h r o m y c i n11 ，12 一h y d r o g e nb o r a t eh a sb e e ns t u d i e d ，a n di t i sf o u n dt h a ta z i t h r o m y c i n11 ，1 2 - h y d r o g e nb o r a t ei sd i f f i c u l tt o h y d r o l y z et h a n 9 - d e o x o 一9 a a z a 一9 a - h o m o e r y t h r o m y c i na 11 1 2 一h y d r o g e nb o r a t e ， k e yw o r d s ：e r y t h r o m y c i na t h i o c y a n a t e ；e r y t h r o m y x i na6 , 9 i m i n o e t h e r ； p o t a s s i u mh y d r i d e ；9 - d e o x o - 9 a a z a - 9 a - h o m o e r y t h r o m y c i na 1l ，12 - h y d r o g e nb o r a t e ； 9 - d e o x o - 9 a - a z a - 9 a - h o m o e r y t h r o m y c i na 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：互飞 签字日期： 枷7 年 f 月吗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞态堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：圣飞导师签名： 签字日期：叼年1 月冯日签字日期：p 年 f 月弓r 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 大环内酯类抗生素概述 大环内酯类抗生素( m a c r o l i d ea n t i b i o t i c ) 是以1 2 1 6 元大环内酯为母体，通过 羟基，以苷键和1 3 分子糖连结的一类物质。根据大环内酯结构的不同，可以将 这类抗生素分为三类：( 1 ) 多氧大环内酯( p o l y o x om a c r o l i d e ) ( 2 ) 多烯大环内酯 ( p o l y e n em a c r o l i d e ) ；( 3 ) 葸沙大环内( a n s a m a c r o l i d e ) t 1 1 。这类药物的抗菌机理是 作用于细菌7 0 s 系统中的核蛋白5 0 s 亚单位，阻碍细菌蛋白质的合成，属于长期 抑菌剂。他们的抗菌谱包括：葡萄球菌、链球菌、白喉杆菌、脑膜炎球菌、百日 咳杆菌、军团菌属、炭疽杆菌、布鲁菌属、弯曲菌属、肺炎支原体、钩端螺旋体 和沙眼衣原体等。在临床应用方面，这类药物主要应用于呼吸道感染，泌尿生殖 系统感染，皮肤和软组织感染。目前各国使用的大环内酯类抗生素已有5 0 多种， 临床常用的有1 5 种，世界销售额居头孢菌素和青霉素之后排在抗生素的第三位。 第一个大环内酯类抗生素一红霉素a ( e r y t h r o m y c i n 舢由美国礼来( e l il i l l y ) 公司 于1 9 5 2 年开发上市。 1 2 红霉素 图1 1 红霉素a 、b 、c 、d 、e 、f 的结构式 第一章文献综述 在2 0 世纪8 0 年代以前，红霉素是大环内酯类抗生素中最典型也是最重要的 药物。它主要用于治疗由多种草兰氏阳性菌引起的呼吸道感染、性病、皮肤及软 组织感染等疾病。红霉素是由j m m c g u i r e 等人于1 9 5 2 年从红霉素链霉菌 ( s t r e p t o m y c e se r t h y r e u s ) 代谢产物中首次分离获剁引。1 9 6 3 年d 。r h a r r i s 等人报道 了红霉素的绝对立体构型【3 】。1 9 7 9 年e j c o r e y 等人率先完成该化合物的全合成， 并最终确定了其化学结构【4 】( 如图1 1 所示) 。 红霉素的化学名为：3 【( 2 ，6 二脱氧一3 甲基3 一甲氧基q - l 吡喃核糖基) 氧 一1 3 乙基- 6 ，1 1 ，1 2 一三羟基2 ，4 ，6 ，8 ，1 0 ，1 2 六甲基一5 - 3 ，4 ，6 一三脱氧一3 - ( 二甲氨基) 一 b d 木吡喃糖基 氧 1 4 一氧杂环十四烷1 ，9 二酮。其化学结构主要是由一个1 4 元大环内酯以及3 位的克拉定糖( c l a d i n o s e ) 和5 位的脱氧氨基糖( d e s a m i n e ) 构成， 主要有a 、b 、c 、d 、e 、f 等6 种异构体( 见图1 1 ) ，红霉素a 为主要活性成分。 由于所用的菌种不同，在欧美国家生产的红霉素中主要副产物为红霉素b ，而在 俄罗斯及中国生产的红霉素中主要副产物是红霉素c ，其他副产物较少。 1 2 1 红霉素a 的物化性质 红霉素a 为白色或微红色结晶性粉末，无臭或微臭，味苦。水合物熔点为 1 3 5 1 4 0 ，熔融后又固化的无水物熔点为1 9 0 - 1 9 3 ，【q d = - 7 8 ( c = 1 9 9 ， c 2 h 5 0 h ) j 5 , 6 。易溶于甲醇，乙醇等醇类溶剂，在乙酸乙酯、二氯甲烷等有机溶剂 中有一定溶解度，难溶于水。 在中性或微碱性的水溶液中较稳定，酸性条件下不稳定，p h = 6 以下易迅速 分解失去活性，因此口服时很容易被胃酸破坏，失去作用。造成生物利用度差， 剂量不易掌握，这个缺点是红霉素a 推广应用的最大障碍。 1 2 2 红霉素a 的酸性降解 h 磅 p 红霉素a6 ，9 ：9 ，1 2 一螺缩酮 红霉素a6 , 9 一半缩酮红霉素a6 , 9 一烯醇醚 弼籀 r 审。“ 红霉素胺克拉定糖 2 第一章文献综述 图1 2 红霉素a 酸性降解反应历程 红霉素a 在酸性条件下的降解主要经历了一个分子内环合水解反应( 图1 2 ) 。 在氢离子作用下，红霉素6 位的羟基进攻9 位的羰基形成红霉素a6 , 9 一半缩酮 ( e r y t h r o m y c i na6 , 9 - h e m i a c e t a l ) ，接着9 一位的羟基与8 位的氢在酸催化下脱水形 成红霉素a6 , 9 烯醇醚( e r y t h r o m y c i na6 , 9 e n o l e t h e r ) ，然后1 2 位的羟基进攻c 8 = c 9 双键，生成红霉素a6 , 9 ：9 ，1 2 螺缩酮( e r y t h r o m y c i na6 , 9 ：9 ，1 2 一s p i r o k e t a l ) ，这步反 应是不可逆的【5 1 ，这种降解反应使红霉素失去抗菌活性。在更强的酸性条件下( p h 3 ) 红霉素a 会进一步水解生成红霉素胺和克拉定糖【6 】。 1 9 5 7 年，p a u lew i l e y 在研究红霉素的化学结构时，第一次对红霉素的酸性 降解做了研究，使红霉素a 在p h 值为4 0 的醋酸条件下降解，得到红霉素降解产 物红霉素a6 , 9 ：9 ，1 2 螺缩酬7 】。1 9 5 8 年，s t e p h e n s 和c o n i n e 又在弱酸性条件下，得 到了红霉素a6 , 9 烯醇醚【8 】。1 9 8 5 年p a u lj a t k i n s 与t r i s t a n0 h e r b e r t 通过对红霉 素a 酸性降解过程的反应动力学研究，证明红霉素的一次降解和二次降解反应在 动力学上都属于一级反应，并且给出了红霉素的两次降解反应速率k l 、k 2 与体系 的p h 值和缓冲溶剂之间的关系【9 】。 表1 1 红霉素a 在不同的缓冲溶液中的一次降解反应速率常数k l 表1 2 红霉素a 在不同缓冲溶液中的二次降解反应速率常数k 2 第一章文献综述 表1 - 1 和表1 - 2 数据表明，当体系的p h 值低于6 0 时，红霉素的一次降解 迅速加快；当体系p h 值小于4 0 时，二次降解反应即红霉素a6 , 9 ：9 ，1 2 螺缩酮 的生成速率迅速加快。 1 2 3 红霉素a 的碱性降解 假红霉素a6 , 9 - 半缩酮羧酸 假红霉素a6 ，9 - 半缩酮假红霉素a6 , 9 - 烯醇醚 图1 3 三种红霉素a 碱性降解产物 红霉素a 结构中有一个内酯基团，因此在碱性体系下，这个内酯基团容易 发生开裂，或11 位的羟基与1 3 位发生酯交换反应从而生成十二元内酯环的假红 霉素( p s e u d o e r y t h r o m y c i n ) 结构( 主要产物见图1 3 ) 。 1 9 8 5 年i s a a co k i b w a k e 等首次考察了红霉素a 在二乙胺乙酸、三乙胺乙 酸、毗啶乙酸及吡啶特戊酸等不同的有机酸碱体系下的降解反应【l0 1 ，首次合成 得到了假红霉素a6 , 9 半缩酮( p s e u d o e r y t h r o m y c i na6 ，9 一h e m i k e t a l ) 、假红霉素a 6 , 9 一烯醇醚( p s e u d o e r y t h r o m y c i na6 , 9 e n o l e t h e r ) 等碱性降解物质。这些产物都通过 了红外光谱、紫外光谱、质谱、核磁共振氢谱及碳谱等仪器的鉴定。2 0 0 4 年 y o n g h a k k i m 等又进行了红霉素a 碱性降解反应的动力学研究【5 1 。他们以三羟甲 基氨基甲烷盐酸盐( t r i s h c l ) 为缓冲液，发现当p h 值上升到7 0 9 0 时，红霉素a 的酸性降解产物红霉素a6 , 9 ：9 ，1 2 螺缩酮和红霉素a6 , 9 一烯醇醚显著减少，而假红 霉素a6 , 9 烯醇醚的生成速率则显著提高。进一步研究表明，在较强的碱性条件 下红霉素a 主要降解为假红霉素a6 , 9 一烯醇醚，而很少有假红霉素a6 , 9 半缩酮、 红霉素a6 , 9 一半缩酮羧酸( e r y t h r o m y c i na6 。9 h c m i k e t a lc a r b o x y l i ca c i d ) 等其他碱 性降解产物生成。 1 3 第二代红霉素类抗生素 为了克服红霉素在酸性环境下分解的缺点，研究者一直设法对红霉素的分子 结构进行改进。但由于红霉素结构复杂，所以对红霉素的改性研究是一项非常困 4 第一章文献综述 难的工作。随着人们对红霉素降解机理的深入研究，发现c 9 位的羰基是红霉素 分子中活性最强的基团，也是阻断酸性水解的最好部位，因此大量的研究工作环 绕c 9 位的改造展开。经过4 0 余年的不懈努力，科学家们终于找到了许多比红 霉素本身更为优越的新型红霉素类药物。其中较为典型的有5 种：罗红霉素、阿 齐霉素、克拉霉素、氟红霉素和地红霉素，它们被称之为第二代大环内酯抗生素。 罗红霉素 地红霉素阿奇霉素 1 3 1 罗红霉素 图1 45 种重要的红霉素类抗生素 罗红霉素( r o x i t h r o m y c i n ) 是通过红霉素与羟胺肟化将9 一位上的羰基改造成 肟羟基，肟羟基再与甲氧基乙氧基甲基氯( m e m c l ) 反应制得】。罗红霉素由法国 罗素一优克福( r o u s s e l u c l a f ) 公司研制，1 9 8 7 年在法国首次上市，商品名罗力得 ( r u l i d e ) 。我国最早于1 9 9 7 年在浙江绍兴制药厂正式投入生产。目前主要生产厂 家有：大连制药厂、哈尔滨制药基团、丽珠制药基团等，哈尔滨制药六厂的商品 名为严迪。罗红霉素保留了红霉素原有的抗菌活性和杀菌活性，生物利用度、血 药浓度、半衰期、组织渗透性等方面大大优于红霉素。临床研究表明，罗红霉素 在治疗敏感菌或中度敏感均引起的感染，无论在疗效还是在细菌清除率方面，都 有令人满意的效果。罗红霉素的主要适应症是呼吸道感染，也用于治疗口腔牙科、 皮肤软组织以及泌尿生殖道感染。 1 3 2 地红霉素 地红霉素( d i r i t h r o m y c i n ) 的合成是以红霉素为原料，通过制备红霉素肟或红 霉素腙后还原成红霉素胺，再由红霉素胺与2 - ( 2 - 甲氧基乙氧基) 乙缩醛缩合而得 第一章文献综述 1 2 1 。地红霉素由德国贝林格尔一英格海姆( b o e h h f i n g e ri n g e l h e i m ) 公司的子公司 t h o m a e 公司开发。本品于1 9 9 3 年9 月在西班牙首次上市，商品名d y n a b a e 。地 红霉素抗菌谱与红霉素类似，但与红霉素相比，地红霉素具有更优越的药代动力 学性特性，如对酸稳定，半衰期长，组织分布更广泛，组织、血浆药物浓度高， 对细胞色素p 4 5 0 酶( c y p 4 5 0 ) 影响小，因而在临床具有良好的应用前景。 1 3 3 氟红霉素 氟红霉素( f l o r i t h r o m y c i n ) 是根据电子等排原理，在红霉素的8 位引入f 原子， 从而阻断了红霉素半缩酮c 一8 ，c 9 位脱水形成红霉素烯醇醚的反应，从而对酸稳 定。它是以8 氟红内酯a 作为前体，利用红霉素生物合成中的受阻变株发酵培 养，从而转化为( 8 s ) 8 一氟红霉素。本品由意大利p i r r e t 公司开发，国内尚无生产， 相关报道也较少。其特点是血药浓度高，组织分布广，半衰期为8 小时，对肝脏 无毒性。 1 3 4 克拉霉素 克拉霉素( c l a r i 衄o m y c i l l ) 是通过多次基团保护在c 6 位羟基进行选择性甲 基化，得到6 o 甲基红霉素。从而阻断c 6 位羟基进攻c 9 位羰基的酸性降解反 应。克拉霉素是由日本大正制药株式会社( t a i s op h a r m a c e u t i c a lc o l t d ) 在1 9 8 0 年发现，后由美国雅培公司( a b b o t tl a b o r a t o r i e s ) 开发成功，并于1 9 9 1 年1 0 月由 美国f d a 批准上市，商品名克拉仙( c l a c i d ) 。国内生产厂家主要有西安制药厂、 江苏连云港制药厂、江苏镇江制药厂等。与红霉素相比，克拉霉素克服了红霉素 对酸不稳定的缺点，降低了胃肠道的不良反应，具有生物利用度高、组织穿透力 强、抗菌谱广和半衰期长的优点，在1 9 9 5 年世界畅销药前3 0 名排序中，克拉霉 素以5 6 8 的增幅进入第十九名，达l o 5 亿美元。2 0 0 0 年克拉霉素的销售额约 达到1 1 5 亿美元，跃居前1 1 名。因此克拉霉素曾被誉为二十一世纪末医药界的 一个重磅炸弹，亦是2 l 世纪初最畅销的抗菌药物之一。现在实际上许多国家已 经将其投入临床使用，并有6 0 多个国家在研究开发这个产品。 1 3 5 阿奇霉素 阿奇霉素( a z i t h r o m y e i n ) 是个1 5 元大环内酯衍生物，是由红霉素经c - 9 位 的羰基肟化生成红霉素a ( e ) 肟，再经贝克曼重排扩环生成1 5 元的n 杂大环内酯， 最后n 甲基化得到产品。它是由克罗地亚的普利瓦( p l i v a ) 匍j 药公司在7 0 年代末 开发，1 9 8 1 年美国辉瑞( p f i z e r ) 公司获得其专利使用权，并开始在全世界销售， 6 第一章文献综述 商品名为z i t h r o m a x 。现在国内生产厂家很多，主要的西安制药厂、石家庄制药 集团等。与其它红霉素衍生物不同，阿奇霉素对某些难对付的细菌具有杀菌作用， 还可以治疗艾滋病患者分支杆菌感染。阿奇霉素的一个突出优点是具有独特的药 代动力学性质，吸收后可被转移到感染部位，达到很高的组织浓度，一般可以比 细菌外浓度高3 0 0 倍。阿奇霉素吸收后，大部分以原型存在，只有代谢产物是二 甲基化衍生物才失去抗菌活性。阿奇霉素化学稳定性强，降低了红霉素因为酸性 降解而失去活性的问题，从而提高了血药浓度，大大延长了半衰期。 1 4 第三代红霉素抗生素 由于第二代大环内酯类抗生素相对于红霉素主要在于药代动力学方面的改 善，而抗菌谱和抗菌效力等方面并无显著提高。而且它们仍具有诱导耐药性，目 前已出现耐药菌并开始影响到这些药物的临床疗效。另外青霉素类抗生素和大环 内酯类抗生素间存在着交叉耐药性，而耐青霉素菌株已经十分流行，因此进一步 削弱了现有大环内酯类抗生素的临床作用。针对上述问题，研究人员通过深入研 究红霉素的构效关系和耐药机制，最终于9 0 年代中期合成、筛选得到了一系列 c 3 酮基大环内酯类物质( k e t o l i d e s ) 。这些物质不仅可以有效的克服以上耐药性 问题，而且对酸更稳定、抗菌活性也更高，被誉之为第三代大环内酯类抗生素。 其中最为主要的两个品种位特利霉素和喹红霉素( 见图1 5 ) t 1 4 】。 o 1 4 1 特利霉素 特利霉素 喹红霉素 图1 5 两种重要的第三代红霉素类抗生素 特利霉素( t e l i t h r o m y c i n ) 由法国安万特( a v e n t i s ) 公司研制，商品名为k e t e k 。 该药很好的解决了耐药性问题，主要用于治疗上、下呼吸道感染，包括对一些常 7 第一章文献综述 用抗生素具有抗药性的细菌所造成的感染。在1 9 9 5 1 9 9 8 年的抗生素国际会议对 该品作了详细报道。特利霉素主要具有以下特点：( 1 ) 结构新；( 2 ) 具有极广的抗 菌谱并且对厌氧菌很有效；( 3 ) 高效并产生抗生素后效应：( 4 ) 长效；( 5 ) 对多种耐 药性病原菌有效临床试验没有严重不良反应。k e t e k 于2 0 0 1 年7 月获得欧洲委员 会的许可后首次上市，目前已被欧盟所有国家与拉丁美洲市场核准，正在上市中。 2 0 0 3 年9 月份，k e t e k 在法国上市，而且在上市的第一个月内，就已经获得超过 4 的口服抗生素市场份额，发展势头迅猛。 1 4 2 喹红霉素 喹红霉素( c e t h r o m y c i n ) 是一个新的酮基大环内酯类抗生素。由美国的雅培公 司和日本大正公司研究开发。喹红霉素的特点是：( 1 ) 具有广谱抗菌活性并显示 出高效效应，其m i c 9 0 为0 0 6 0 0 3ug m l ( 2 ) 具有快速杀菌作用；( 3 ) 对多种耐 药性菌有效，并对带有e r m a m 的肺炎球菌有突出作用；( 4 ) 可口服，可注射给药。 该产品已经被国外分析机构列为未来全球药品市场1 8 种畅销药物之一，2 0 0 8 年 起销售额可达到1 1 6 亿美元。喹红霉素目前已进入i i i 期临床试验，估计将很快 获准上市，成为大环内酯类药的明星产品。 1 5 阿奇霉素合成发展情况 阿奇霉素的合成工艺路线首次由克罗地亚的p l i v a 公司开发，共包括红霉素 a 的肟化，贝克曼重排，加氢还原以及n 甲基化4 个工艺步骤。 第一章文献综述 图1 - 6 阿奇霉素合成路线 1 5 1 红霉素a 肟重排反应的研究情况 1 9 7 9 年，p l i v a 公司的gk o b r e h e l 和gr a d o b o l j a 等人首次对红霉素肟进行贝 克曼重排反应研究。他们采用对甲苯磺酰氯作离去基团，丙酮水作反应溶剂， 在低温下合成了红霉素肟的重排产物，并于1 9 8 2 年发表了一篇美国专利【1 6 】。反 应实例是：在5 。c 下，将对甲苯磺酰氯6 1 6 9 7 0 m l 丙酮溶液和碳酸氢钠5 4 9 2 4 5 m l 水溶液，滴加到红霉素a ( e ) 肟1 2 9 2 0 0 m l 丙酮溶液中，2 小时滴完，反应2 小时， 然后减压蒸去丙酮。悬浮液加入5 0 m l - 氯甲烷，用1 n 的盐酸调节p h 值7 9 5 5 ， 分层，蒸干二氯甲烷，干燥得8 4 9 粗品，熔点1 2 8 - 1 31 0 c ， q d 一5 4 6 3o ( c = 1 ， c h 2 c 1 2 ) 。 1 9 8 4 年，他们系统的研究了反应条件对于重排反应的影响，发现可以直接 用红霉素a 肟的盐酸盐进行重排反应【1 7 】。反应实例是：0 5 c 下，将对甲苯磺酰 氯2 3 2 9 2 0 m l 丙酮溶液和碳酸氢钠2 5 5 9 6 0 m l 水溶液，滴加到红霉素a 肟盐酸盐 5 9 5 0 m l 丙酮悬浮液中，反应3 小时后减压蒸去丙酮。悬浮液加入1 0 m l = 氯甲烷， 用2 n 的盐酸调节p h 值至5 5 后分层，蒸干三氯甲烷，干燥，得3 3 9 产品，收率 7 4 3 。 1 9 9 2 年，默克( m e r k ) 公司的研究人员对红霉素a ( z ) 肟的重排反应做了大量的 研究。并采用i r ，1 h n m r ，”c n m r 等分析手段确定了三种主要的异构产物( 见 图1 7 ) t 博j 。 i8 a - f f 霉素a6 , 9 - 亚胺醚 i i8 a 红霉素a9 , 1i 亚胺醚i i i8 a 红霉素a 内酰胺 图1 7 红霉素z 肟贝克曼重排的三种异构产物 他们在不同的条件下合成了不同比例的异构产物。丙酮水作溶剂，碳酸钠 为碱的体系下主要生成化合物i 与化合物i i i ，比例为3 3 ：9 5 ；用乙醚、乙腈和甲 苯等作溶剂，吡啶作碱时，主要得到的是化合物i 和化合物i i ，异构比例随溶剂、 温度、磺酰氯种类等条件的改变而改变。反应实例是：2 3 2 9 红霉素a ( z ) 肟溶于 9 第一章文献综述 1 8 0 m l n l 七啶中，冰浴冷却，滴加对甲苯磺酰氯1 5 9 5 0 m l z _ , 醚溶液，8 分钟滴完， 0 5 下搅拌2 5 小时，反应物用4 0 0 m l 二氯甲烷和5 0 0 m l 水稀释，用5 n 氢氧化 钠调节p h 值= 9 5 ，分层，蒸干二氯甲烷，固体用甲苯洗涤，烘干，得2 1 4 9 产品， 1 h n m r 分析化合物i 和化合物i i 比例为2 6 ：7 4 。 1 9 9 3 年，辉瑞公司的研究人员对红霉素a ( e ) 肟重排中的异构化现象进行了 系统的研究，合成并用柱色谱分离确定了3 种主要的异构化产物( 见图1 8 ) d 9 , 2 0 ) 。 由于化合物具有突出的被还原特性，因此是制备阿奇霉素的重要中间体。 h i v8 a 一红霉素a6 , 9 亚胺醚 v8 a 红霉素a9 ii 亚胺醚 h 图1 8 红霉素a ( e ) 肟贝克曼重排的三种异构产物 他们用乙醚做溶剂，在吡啶存在下对甲基苯磺酰氯与红霉素a ( e ) 肟反应。 发现低温有利于红霉素a9 ，1 1 亚胺醚生成，最好是在4 0 5 0 。对甲基苯磺酰氯 与红霉素a 肟的最佳摩尔比是2 ：l 。在适宜的溶剂( 四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿) 中，红霉素a 6 , 9 亚胺醚还可以向红霉素a 9 ，1 1 亚胺醚转化。反应实例是：6 1 l g 红霉素a 肟在4 5 m l 吡啶中溶解后冷却到4 5 。c ，然后加入预冷到- 4 5 。c 的3 2 9 对 甲基苯磺酰氯、1 0 m l 吡啶、2 5 m l 乙醚溶液，4 5 下反应6 小时，2 0 * ( 2 静置1 2 小时。将混合物倒入冷水中，搅拌下用2 n 的盐酸调节p h = 5 ，用7 5 m l 二氯甲烷 萃取两次，分液，水层用饱和碳酸钾溶液调p h = 7 9 ，并用二氯甲烷萃取，分层， 蒸去二氯甲烷，得4 6 9 9 产品，主要产物是红霉素a9 ，11 一亚胺醚与红霉素a6 , 9 一 亚胺醚，两者比例为1 2 ：l 。 1 9 9 9 年西班牙的b i m m a c u l a d a 等人对红霉素肟的重排工艺作了进一步的优 化f 2 。他们认为比较理想的反应条件是：丙酮水为溶剂，碳酸氢钠作碱，对甲 基苯磺酰氯与红霉素a ( e ) 肟摩尔比l 一1 5 ，水和丙酮比例1 5 0 6 7 ，反应温度- 5 3 0 。采用直接的中和方法，产品收率可达9 0 以上，红霉素a6 , 9 亚胺醚纯度达 到9 0 。 1 5 2 氢化和甲基化研究 红霉素a ( e ) 肟的贝克曼重排产物经氢化、甲基化后生成最终产物阿奇霉素。 l o 第一章文献综述 其中氢化反应是影响收率的关键步骤。 1 9 8 6 年，d j o k i c 等1 2 2 】首先报道了重排产物的氢化实验结果。共进行了两种还 原方法的对比实验。第一种以p t 0 2 作催化剂，在冰乙酸溶液中加7 0 a t r n 的氢气室 温反应2 小时，产率7 9 6 ；第二种以硼氢化钠作还原剂，在绝对甲醇溶液中， 室温条件下反应2 4 小时，产率6 0 5 。他们还报道了氢化产物的衍生物合成及 抗菌效果的研究结果，并对这一系列衍生物进行了波谱表征【2 3 1 。进一步研究表明， 氢化产物经e s c h w e i l e r - c l a r k e 甲基化反应生成阿奇霉素，产率为8 6 9 。该工艺 氢化氢气压力大( 7 0 a t m ) ，给实验操作带来不便，但后处理简单【2 4 1 。 同时，b r i g h t 也开展了阿奇霉素及衍生物的研究。其实验为：氢化后产物与 双氧水反应生成9 一脱氧9 a - 氮杂9 a 羟基9 a - 红霉素a3 - n 氧化物。该化合物溶于 二氯甲烷中，在无水碳酸钾存在下与碘甲烷反应生成产物。再在3 5 a t m 氢化压力 和室温条件下经1 0 p d c 催化氢化得阿奇霉素粗品。粗品经乙醇和水重结晶后得 阿奇霉素纯品，收率为3 4 。b r i g h t 的甲基化方法路线长，且甲基化产率并没有 提高【2 5 1 。 b i n g w e i 在红霉素a ( e ) 肟贝克曼重排的冰乙酸溶液中用p t 0 2 作催化剂在 5 0 a t r n 氢气压力及室温条件下反应4 8 小时，得氢化产物，收率为8 5 8 。该方法 虽然氢气压力有所降低，但反应时间长，不利于技术的推广应用【2 6 】。 w i l k e n i n g 等在氮气的保护下，在室温将重排物溶于1 ，2 亚乙基二醇中，用硼 氢化钠还原生成阿奇霉素的前体，产率5 9 。还原产物中有约1 3 的红霉素a9 ，1 1 亚胺醚没有被还原。该实验所用溶剂价格昂贵，同时产品收率低，无进一步研究 价值 2 3 】。 w i l l i a m 等研究了氢化和甲基化一锅煮的方法。实验方法为：重排物溶于冰 乙酸中，加入一定量的乙酸钠和5 r h c ，在7 0 a r m 氢气压力和4 0 c 条件下反应 3 小时后，再加入一定量的甲醛溶液，在4 0 a t m 氢气压力和4 0 c 条件下反应2 0 小时，得阿奇霉素，纯度为9 7 ，4 3 1 。该方法所用催化剂昂贵，同时产品纯 度虽高，但产率很低。该实验方法有待迸一步研究【2 7 】。 厦门大学谭春燕等将1 2 或b f 3 ：o e t 2 的二乙二醇二甲醚溶液滴加入硼氢化钠的 二乙二醇二甲醚溶液中，将产生的气体导入溶有红霉素a ( e ) 肟贝克曼重排产物的 四氢呋喃溶液中进行还原，收率为5 0 - 9 1 6 t 2 8 1 。 该法为一全新的氢化方法，在实验中所用催化剂实际为b f 3 ，而b f 3 有毒，它 的制备、运输和使用均有一定的危险性，给实验带来不便。该法产率不稳定，而 且不能还原红霉素a 内酰胺，从而影响氢化产率。 因此开发出操作安全、简便、产率高的氢化方法是阿奇霉素合成研究的重点。 本文采用红霉素a 硫氢酸盐与盐酸羟胺反应生成的红霉素a ( e ) 肟盐为原料， 第一章文献综述 以甲磺酰氯为磺酰化试剂直接进行贝克曼重排合成红霉素a 6 , 9 一亚胺醚；并以硼 氢化钾为氢化还原试剂还原红霉素a6 , 9 亚胺醚合成二氢高红霉素硼酸酯，经过 进一步水解合成了二氢高红霉素。该合成路线新颖，所用的试剂价格便宜易得， 产品收率高，并且尚未有文献报道，因此值得进一步研究。 1 6 本文的工作目的 阿奇霉素是第二代红霉素类抗生素中一个重要的品种，在国内外抗生素市场 上均都占有较大的市场份额。但是，阿奇霉素合成工艺中，红霉素a ( e ) 肟盐贝克 曼重排反应的工艺还有较大改进的余地，还原反应还有许多不足之处。因此，本 文的工作目的是：考察影响红霉素a ( e ) 肟盐贝克曼重排反应收率和纯度的因素及 考察影f l k b h 4 还原红霉素a6 , 9 一亚胺醚的因素。并对这两步反应的后处理方法进 行研究，从而开发一种高效获取高纯度阿奇霉素中间体的方法。 1 2 第二章实验部分 2 1 实验原料与仪器 2 1 1 原料及试剂来源 第二章实验部分 表2 1 主要原料、试剂的规格来源 序号名称规格纯度，生厂商 1无水甲醇 2无水乙醇 3甘露醇 4山梨醇 5乙酸乙酯 6二氯甲烷 7三氯甲烷 8丙酮 9 石油醚 l o二乙胺 1 l三乙胺 1 2 乙二胺 1 3氨水 1 4氯化氢 1 5硫酸 1 6冰醋酸 1 7乳酸 1 8柠檬酸 1 9硼酸 2 0茴香醛 2 1氢氧化钠 2 2氯化钠 2 3碳酸氢钠 2 4氢氧化镁 分析纯 分析纯 生化试剂 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 9 9 5天津化学试剂有限公司 9 9 7天津大学科威公司 9 8 0北京奥博星生物技术有限责任公司 9 9 5天津大学科威公司 9 9 0天津市科锐思精细化工有限公司 9 9 0天津大学科威公司 9 9 5天津市