（有机化学专业论文）盐酸头孢吡肟的合成研究.pdf

摘要 目前，第四代头孢菌素正处于临床应用或开发之中，与第三代头 孢菌素相比具有更广的抗菌谱，并且增强了抗革兰氏阳性菌f g 十) 的活 性。第四代头孢菌素对大多数由质粒和染色体介导的b 内酰胺酶稳 定，并且不诱导产生b 内酰胺酶，同时，因其分子带有一个额外的正 电荷，使其更容易穿透革兰氏阴性菌的细胞膜。这些特性显示，第四 代头孢菌素可用于对以前的头孢菌素耐药的感染。盐酸头孢吡肟 ( c e f e p i m ed i h y d m c 1 1 0 r i d e ，b m y 2 8 1 4 2 ) 为第四代注射用氨噻肟型头 孢菌素类抗生素，由美国b r i s t o l - m y e r ss q u i b b 公司研制，于1 9 9 3 年 首次上市，对g + 、革兰氏阳性菌( g - ) 和厌氧菌均具有良好的抗菌活 性。 本论文是以“一锅法”合成了盐酸头孢吡肟( i ) ，该路线是以 7 a c a 为原料，用有机硅试剂六甲基二硅胺烷( h m d s l 将7 a c a 的 羧基和氨基保护起来，产物不需进一步分离而与三甲基碘硅烷f t m s i ) 和n 甲基吡咯烷0 寸m p ) 反应，脱保护后，形成中间体v ，然后用丙 酮提取中间体v ；中间体v 进一步与苯并噻唑硫醇活性酯( ) 反应， 粗品用丙酮重结晶可得合格产品盐酸头孢吡肟( i ) ，通过高效液相色 谱( | 玎? l c l 测得其含量可高达 9 9 。该路线反应条件温和，原材料易 得，操作简单，收率高，产物纯度高。 在文献中所用溶剂为1 ，1 ，2 三氯三氟乙烷( f r e o nt f ) ，由于该溶剂 对环境的破坏性，本文对其他一系列有机溶剂筛选后，用二氯甲烷和 环己烷作为溶剂。通过实验，得到在这三种溶剂中盐酸头孢吡肟的总 收率分别为：在f r e o nt f 为2 4 4 ，在二氯甲烷中为1 7 5 ，在环己 烷中为1 5 8 。虽然用二氯甲烷和环己烷作为溶剂总收率不如用f r e o n t f 高，但是还是倾向于用这两种溶剂替代f r e o nt f 。然后通过对每 步反应都进行了跟踪研究，以确定了每步反应的最佳反应条件。 最后，通过高效液相色谱确定其含量后，通过元素分析( e a ) 、红 外光谱( i r ) 、紫外光谱( u v ) 、核磁共振谱( 1 h - 一卜i m r 和”c n m r ) 和质谱( m s ) 等各种分析方法确定所得产物结构，通过结构分析可以确 定所得产物确实为盐酸头孢吡肟。 关键词：头孢菌素头孢吡肟b - 内酰胺 a b s t r a c t t h e f o u n h g e n e r a t i o nc e p h a l o s p o r i n sa r e c u r r e n t l ya v a i l 如l e o r u n d e rd e v e l o p m e n tf o rc l i n i c a l u s e t h e yh a v eab m a d e rs p e c t m mo f 锄t i b a c t e r i a la c t i v i 哆t h a nt l l em i r d g e n e r a t i o nc e p h a l o s p o r i n sa n dt 1 1 e ya r e m o r ea c t i v ei nv i t r oa g a i n s tg r a n l p o s i t i v ea e r o b i cb a c t e r i a i na d d i t i o n ， t h ef a c tm a tt 1 1 e f o u n l l - g e n e r a t i o nc 印h a l o s p o r i n s a r es t a b l et o p 。l a c t a m a s e sm e d i a t e db ym a l l y o ft h ec o m m o n p l a s m i da n dc h m m o s o m e ， a i l dm a tm e ya r ep o o ri n d u c e ro fp l a c t 锄a s e s ，a r l d 山a tt h e ya r ef a s t e r d r u gp e n e t r a t i o n 也r o u g h t h em e b r a n eo f g r a m 啦e g a t i v e b a c i l l ib e c a u s eo f h a v i n ga ne x t r ap o s i t i v ec h a r g e o nm ec 印h e mm o l e c u l ei n d i c a t e s 山e f o u r t h 苫e n e r a t i o nc e p h a l o s p o r i n sa r eu s e 血l f o rt i e a t m e n to fi n f e c t i o n s r e s i s t a l l t t oe a r l i e r c e p h a l o s p o r i n s c e f e p i m e i sa f o u r c h - g e n e r a t i o n p a r a n t e m lo x i m i n e - 锣p ec e p h a l o s p o r m t l l a th a se x c e l l e m a c t i v i t i t ya g a i n s t b o t h g r a m _ p o s i t i v ea n dg r 唧- n e g a t i v e a e r o b i cb a c t e r i a i nt h j s p a p e r ，c e f e p i m ed i h y d r o c m 删d e w a s s y n t h e s i z e d 疔o m 7 一a m i n o c e p h a l o s p o r i n s ( 7 - a c a ) i n o n e p o t w i 出an e w s y n m e s i sm e t h o d i nt h i sm e t l l o d ，t 1 1 e 啪i d oa i l dc a r b o x y o lo fm e7 一a c aw a s p m t e c t e db y r e a c t i o nw i t h 1 ，1 ，l ，3 ，3 ，3 h e x 锄e t h y l d i s i l a z a l l e( h m d s ) ， t 1 1 e nt 1 1 e p r o t e c t e d 7 一a c ar e a c t e dw i t l lt m s ia n dn m e t h y l p y r r o l i d i n e ( n m ) g a i n e dc o m p o n d ( ) t h e n r e m o v e dt h ep r o t e c t e dg r o u p a n dr e a c t e d 、v i 1 h y d r o g e nc h l o r i n e ，t 1 1 e ng a i n e dc o m p o n d ( v ) w r l l e r e a 丘e rt | 1 ec o m p o n d ( v ) r e a c t e dw i 廿lc o m p o n d ( ) i no n ep o ty i e l d e dc e f e p i m e ( i ) t h e c r u d es a m p l ew a s 1 e e r y s t a l e dw i 也a c e t o n e t h ec o n t e mo f 也ec e f e p i m e d i h y d m c h l o r i d ew a sh i g h e r 廿l a l l 9 9 d e t e c t e db yh i 曲p e r f o r n l a i l c e l i q u i dc h m m a t o g r 印l l y ( h p l c ) s o t h em e t l l o dw eu s e dw a s e a s ya n d t 1 1 e m a t e r i a lc a l lg e te a s i l y i nt h i sm e t h o d ，t 1 1 ec o n d i t i o no f t h er e a c t i o nw a s s o f ta n dt h ey i e l do ft h ec e f e p i m ed i h y d m c h l o r i d e 、v a sh i 曲e rt h a t li n o t h e rm e t i l o d s i n 协e1 i t e r a t u r e s ，t 1 1 e8 0 l v e n ti sl ，1 ，2 - t r i c h l o r o t r i f l u o r o e m a l l e ( f r e o n t f ) i n t h ec o u r s eo fs y t h e s i so fc o m p ( m d ( v ) c o n s i d e r i n gl ，l ，2 一f r e o n d e s t r o y e dt h eo z o n ei nt l l ea e m s p h e r e w er e s e a r c h e das e r i e so fs o l v e m s t h e nw ec o n f i r n l e d d i c h l o r o m e t l l a l l e ( c h 2 c 1 2 ) a n dc y c l o l l ) ( a 1 1 e 鲫d d e e p l ys t u d i e dm e r e a c t i o ni nc h 2 c 1 2a n dc y c l o h x a n e t h ey i e l do fm e c e f e p i m ed i h y d r o c m o r i d e i nf r e o nt f 、c h 2 c 1 2a n dc y c l o h x a l l ew a s i i 2 4 4 、1 7 5 a 1 1 d1 5 8 r e s p e c t i v e l y w h e r e a st h ey i e l dw a s 1 0 w e rb o m i n c h 2 c 1 2a 1 1 dc y c l o l l ) ( a i l em a l li nf r e o nt f ，w ep r e f e rc h 2 c 1 2a n d c y c l o h x a n et of r e o nt fa sm er e a c t i o ns o l v e m s t h e nw es t u d i e dt h e p r o c e s so f t h er e a c t i o na n dc o n f i m l e dt h eb e s tc o n d i t i o ni nc h 2 c 1 2a n d c y c l o h x a n e a n dm ec o n d i t i o n so fm er e a c t i o nh a db e e ne x t e n s i v e l y e x p l o r e d i nm el a s t ，t h es 协l c t u r eo ft h e t i t l e c o m p o u l l d 一c e f e p i m e d i h y d r o c h l o r i d w a sc o n f i m e dw i me l e m e n t a n a l y s i s ( e a ) 、i n 仔a r e d s p e c t r o p h o t o m e t 叫( i r ) 、u n r a v i 0 1 e ts p e c t r o p h o t o m e t r y ( u v ) 、n u c l e a r m a g i l e t i cr e s o n a n c es p e c t r o p h o t o m e t 巧( n m r ) i n c l u d i i l g1 h - 一n m ra n d ”c n m ra i l dm a s ss p e c 仃o p h o t o m e 姆( m s ) t h e nw ed e m o n s t r a t e d t h a tt h et i t l e c o m p o u n dw eo b t a i n e dw a sc e 南p j m ed j h y d r o c h l o r j d ef o r s u r e k e yw o r d s ：c e p h a l o s p o r i n s ；c e f e p i m e ；p - l a c t a m ；s y n m e s i s m 第一部分文献综述 1 1 头孢菌素类药物的介绍 1 1 1 头孢类药物的历史【1 4 】 1 9 4 8 年意大利的b r o y z l l 发现头孢菌素，1 9 5 6 年a b r a l l a m 等人 从顶孢( c e p h a l o s p r o i u ma c r e m 锄i u m ) 的培养液中分离出头孢菌素c 和 头孢菌素n ，并于1 9 6 1 年确定了头孢菌素c ( a ) 的结构，特别是美国 礼来公司于1 9 6 2 年成功地采用化学裂解头孢菌素c 制造出头孢菌素 母核7 a c a 后，人们对其半合成进行了广泛的研究。由于头孢菌素 具有高效、广谱、低毒、耐酶等优点，其发展相当迅速，到目前为止 已开发了近6 0 个品种( 不包括酯衍生物及各种制剂) ，其品种数量居各 类抗生素的首位。根据其抗菌作用特点及临床应用的不同，头孢菌素 一般可分为四代晡j ： 第一代头孢菌素主要有头孢氨苄、头孢拉定、头孢噻吩、头孢唑 啉等，它们的作用特点为：对革兰氏阳性菌( g + 菌) 球菌有广泛的抗菌 谱及一定的抗菌活性；但对革兰氏阴性菌( g 。菌) 的作用较弱，对g 杆 菌产生的b 内酰胺酶不稳定，对绿脓杆菌和厌氧菌无活性。临床上主 要用于治疗各类g + 菌所致的各种感染。 第二代头孢菌烈6 】品种主要有：头孢呋辛、头孢克洛【6 j 、头孢孟 多、头孢尼西、头孢美唑等，它们对g + 菌活性与第一代相比近似或 略低，但抗g 。的活性明显增强，抗菌谱扩大，并对g 。菌产生的b 一内 酰胺酶稳定，对厌氧菌有一定抗菌活性。 第三代头孢菌素【7 】目前发展较快，它们对g + 菌的作用较第二代 弱，但对g 。菌有强大的抗菌活性，对d 一内酰胺酶稳定，对绿脓杆菌及 厌氧菌有作用。该类主要包括头孢噻肟、头孢三嗪、头孢他啶、头孢 哌酮、头孢美唑、头孢西林、头孢唑肟、头孢曲松等。 第四代头孢菌素【8 川现己上市，它们在具有第三代头孢菌素的特 性的同时，对g + 菌有很强的抗菌活性。它们的特点是对b 一内酰胺酶 的亲和力降低，对细胞膜的穿透力更强。品种有头孢吡肟( i ) 、头孢 唑兰、头孢哌姆和头孢噻利等。 1 1 2 头孢菌素的发展现状1 1 m 1 1 j 尽管头孢菌素类药物问世已有5 0 多年，新一代大环内酯类，氟 喹诺酮类药物不断涌现，但头孢菌素类药物仍是目前治疗各种感染的 重要药物。 表1 2 二十世纪九十年代上市的新头孢菌素 九十年代上市的新头孢菌素类药物共有1 4 种，按其性能属于第 三代、第四代的品种有1 1 种；属于第二代的1 种，第一代的2 种， 均为口服药。这些新的头孢菌素在抗菌活性或药物代谢动力学性能方 面都有所改善，且各具特色。 1 1 3 头孢菌素类药物的作用机制和耐药性6 j 作用机制近年来已证实细菌胞浆膜上特殊蛋白p b p s ( 即青霉素 结合蛋白) 是d 内酰胺类抗生素的作用靶位。头孢菌素属于d 内酰胺类 抗生素，它们的杀菌方式均近似：通过与p b p s 结合抑制细胞壁粘肽 合成酶，从而阻碍细胞壁粘肽合成，使细胞壁缺损，菌体裂解而达到 杀菌作用。 耐药性自第二次世界大战以来，抗菌药曾经挽救了无数的生命。 2 0 世纪6 0 、7 0 年代是抗菌药应用的黄金时期，那时，人们很乐观地 认为抗菌药的出现能够在短期内征服各种感染性疾病。也正因为这段 时期滥用抗菌药，到了2 0 世纪8 0 、9 0 年代，新的感染性疾病的出现， 特别是很多病原菌具有耐药性，尤其是耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌 噻唑基头孢菌素类耐药性的出现，因此需要寻找对g + 菌、g 。菌以及 耐药菌都具有更好活性的高效、长效、特效的新头孢菌素，这些新头 孢菌素应该具备以下条件：、对细菌渗透力强；、对d 内酰胺酶 高度稳定( 或具有破坏酶的作用) ；、对青霉素结合蛋白( p b p s ) 的亲 合性高；、不诱导产生b 内酰胺酶或产生较少。对头孢菌素类研究 工作者的期望是： ( 1 ) 寻找对革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌都有良好活性的新头孢 菌素。 ( 2 ) 开发新型抗菌药品，提高药物的耐药性。 ( 3 ) 大力发展口服头孢菌素。研究开发的主要途径有：寻找能被 人体很好吸收的本体化合物，研究开发酯型衍生物以改善吸收、提高 血药浓度、延长半衰期。 1 2 盐酸头孢吡肟的合成【2 1 】 盐酸头孢吡肟( i ) ( c e 矗印i m e ) ，其商品名为马斯平( m a x i p i i n e ) ，于 1 9 9 3 年在瑞典首次上市，目前已用于临床治疗多种细菌感染性疾病 1 2 2 2 3 1 。它的化学名为1 ( 6 r ，7 r ) 7 ( 2 氨基一4 一噻唑基) 乙醛酰氨 基 2 羧基_ 8 氧代5 硫杂一1 氮杂二环【4 ，2 ，o 】一辛- 2 烯一3 一基】甲基- 1 一甲 基吡咯烷氯，7 2 ( z ) ( o 甲基肟) ，盐酸盐，一水化合物。它的化学式 为：c 1 9 h 2 4 n 6 0 5 s 2 2 h c l + h 2 0 ，分子量5 7 1 3 3 ，m p 1 5 0 ( 分解) ，其化 学结构式为【2 3 - 2 4 ； o ：1 2 h c ih 2 0 ，7 图1 之盐酸头胞吡肟的结构 盐酸头孢吡肟作为一种新的抗菌素，其独特特性已受到人们的普 遍关注，关于它的类似物及中间体的合成报道有很多【2 9 。7 1 ，它的合成 专利报道最早见于1 9 8 3 年口8 1 。迄今为止，合成i 的方法，文献报道 的有8 种。除一种是以3 氯代甲基头孢菌素( g c l h ) 为起始原料外， 其余7 种是已7 a c a 或将氨基和羧基保护【3 5 5 9 枷1 的7 a c a 【3 8 3 9 】为起 始原料。 1 2 1 以g c l h 为起始原料 以g c l h 为起始原料的反应路线，反应示意图如图1 3 所剥3 羽： 飞n 描翌u n h 订f 、n h 舒篙 图1 3 从g c l h 合成盐酸头胞吡肟 其中的1 r ：一c ( p h ) 3 ，n ：n 一甲基h 比咯烷。 1 2 2 以7 a c a 为起始原料 方法“3 8 】：以保护了氨基和羧基的7 一a c a 为起始原料，反应路 线示意图如下所示： t r 。? r 弋= 图1 - 4 方法1 1 和1 _ 2 中的方法a 中，反应物和产物需要使用保护基团 基作为氨基的保护基，其反应路线的示意图如下所示： ，胡鼢簧 t m s 、o t m s l o c 0 2 t m s 、o v j k i o n h s 、 乒1 0 姻掣 。 占0 0 t m s 图1 8 但在该反应路线中，由于化合物在溶剂f r e o nt f 中的难溶性， 反应很难进行下去，且所得产物中3 2 异构体的比例为1 ：6 ，3 异构体的比例太低。因此用上述保护基虽易脱除，但不如用t m s i 保 护基在f r e o nt f 中有效。 方法f 【3 4 】：b m n d i d g e 等人提出了以六甲基二硅胺烷( m 仍s ) 作为 氨基和羧基保护型抖4 5 1 用“一锅法”制得头孢吡肟的合成路线，其反 应示意图如下所示： 7 一a c a里竺旦曼! 竺兰! f 怆o nt f 兰告v j k i 3 mh c l 。1 t m s l f n e o nt f 图卜9 该方法是用有机硅试剂六甲基二硅胺烷( h m d s ) 将7 - a c a 中的 羧基和氨基保护起来4 7 1 ，产物不需分离可进一步与t m s i 、心和甲 醇反应，形成中间体v ，用丙酮提取，v 再与苯并噻唑硫醇活性酯( ) 反应，可得产品i 。整个反应条件温和，原材料易得，操作简单，收 率高，产物纯度高。据报道，利用f r e o nt f 及它的异构体做反应溶 剂，2 异构体的含量最小【3 9 】 但是因为f r e o nt f 对臭氧层的破坏，国际上禁止使用包括f r e o n 邗在内的c f c s 类物质，因此需要寻求新的试剂来代替f r e o nt f ， 新的试剂要符合以下标准：如对反应的稳定性好，可加快反应速率， 提高反应物转化率和有较高产率，更重要的是尽量减少2 异构体的 比例。 方法g 【4 8 】：f a y e t t e v i l l e 等人采用环烷烃来代替f r e o nt f 及其异 构体作为溶剂来合成中问体v ，反应的合成路线示意图如下所示： 7 一a c a 竺竺里兰! 竺量 c y c j 0 p a r a 所n 娑粤v j k i 3 mh c i 图l 一1 0 实验表明，用c ，一8 的环烷烃代替f r e o nt f 做溶剂，所得产物中 基本不含2 异构体，因此不需用色谱来分离率3 与2 异构体，更 重要的是替代了对大气层有害的c f c s 类物质作为反应的溶剂。 1 2 3 评价与展望 由以上列举的各种方法可知，文献报道的方法中，多是以7 一a c a 或保护了羧基和氨基的7 a c a 为起始原料，但是以2 2 中的方法f 和方法g 为最佳。该路线是在溶剂中将7 a c a 的羧基和氨基用有机 硅试剂h m d s 保护起来，产物不需进一步分离而与1 m s i 、v 口、 甲醇和盐酸反应，形成重要中间体v ，用丙酮提取中间体v ，v 迸一 步与苯并噻唑硫醇活性酯( ) 反应，粗品用丙酮重结晶可得合格产品。 该路线反应条件温和，原材料易得，操作简单，收率高，产物纯 度高，且反应中所用溶剂毒性小，且可以回收利用，对环境无污染， 有望成为工业生产盐酸头孢吡肟的一种有效方法。 1 - 3 选题及设计思想f 4 9 。5 2 j 盐酸头孢吡肟( c e f e p i m e ) 为新的第四代注射用氨噻肟型头孢菌 素，由美国b r i s t 0 1 m y e r ss q u i b b 公司开发研制，于1 9 9 3 年上市。盐 酸头孢吡肟的结构特点是在甲基头孢烯的3 位上有一个四价n 一甲基 四氢吡咯烷( n m e t h y l p y r r o l i d i n e ，n m p ) 基团，改善了原药的抗菌活 性和药动学特征。 盐酸头孢吡肟为氨基噻唑甲氧亚胺头孢菌素，它的分子是一个子 弹状两性离子，呈电中性，带电荷的3 位四价铵基团中和了羧酸根的 负电荷，而其整体电中性有助于它穿透外膜，能更快穿透进入胞质间 隙，同时比第三代头孢菌素对b 内酰胺酶具有更低的亲和力。 盐酸头孢吡肟是我国进口也是上市的第一个第四代头孢菌素，对 革兰氏阴性杆菌和革兰阳性球菌均具有高度抗菌活性，对d 内酰胺酶 稳定。近年来由于第三代头孢菌素的广泛使用，临床分离菌株中产生 b 内酰胺酶的耐药菌株比例增加，导致抗感染治疗的失败。盐酸头孢 吡肟的出现为临床提供了新的选择。因此，将第四代头孢菌素盐酸头 孢吡肟开发上市，替代进口品，不仅可填补国内空白，而且可为国家 节约外汇，实现国产化，降低用药成本，满足临床用药需要，很明显 是件既有经济效益又有社会效益的事情。 本论文的工作主要包括以下三部分： 1 以新的工艺“一锅法”合成了第四代头孢菌素盐酸头孢吡 肟。在实验中，以7 a c a 为原料，通过用试剂h m d s 保护7 一a c a 中的氨基和羧基后，保护产物不经分离直接与n 压s i 和n 1 诳，反应， 脱保护后得到重要中间体( v ) ，中间体( v ) 迸一步与苯并噻唑硫醇活 性酯( ) 反应得盐酸头孢吡肟( i ) 。 2 文献路线中所用的溶剂为f r e o nt f ，由于该溶剂价格较贵且对 大气层中的臭氧层有破坏作用，不易在大批量生产时使用，所以本文 对一系列价格便宜、易得且对环境没有危害的溶剂进行了选择，最后 选定了二氯甲烷和环己烷作为溶剂；分别以f r e o nt f 、二氯甲烷和环 己烷作为溶剂，通过实验计算出盐酸头孢吡肟的总收率并做比较；然 后，跟踪反应，确定每步反应的最佳反应条件以得到最好的收率。 3 对合成的产物进行精制后，做元素分析( e a ) 、红外光谱( i r ) 、 紫外光谱( u v ) 、核磁共振谱( 1 h _ 1 心很和c n m r ) 和质谱( m s ) ， 得到相关数据和图表，分析结构以确定其结构。 第二部分实验部分 2 1 实验药品 7 一氨基头孢烷酸( 7 一a m i n o c e p h a l o s p o 血s ) 5 2 5 5 】，简称7 a c a ，淡黄 色固体，工业品( 含量9 7 9 ) ，河北中润制药有限公司，石家庄， 结构式如下： 六甲基二硅胺烷l ，l ，1 ，3 ，3 ，3 - h e x 锄e t l y l d i s i l a z a n e ( h m d s ) ：c p ( 9 7 o ) ，中国五联化工厂，上海。 三甲基碘硅烷( t m s i ) ：( 9 5 0 9 7 0 ) ，进口药品。 n 一甲基吡咯烷( n _ m e m y l p y r r o l i d i n e ) 简称n m p ：a r ( 9 9 6 ) ，浙 江台州清泉医药化工有限公司，台州。 1 ，1 ，2 三氯三氟乙烷( 1 ，l ，2 t r i c h l o r o t r i n u o m 砒a n e ) 简称f r e o nt f ， a r ( 9 9 6 ) ，中国医药( 集团) 上海化学试剂公司，上海。 环己烷：气蹦9 9 5 ) 天津市大茂化学试剂厂；二氯甲烷，a r ( 9 9 5 ) ，湖南师大化学试剂厂：丙酮：a r ( 9 9 5 ) 长沙市湘科精细 化工厂；甲醇；a r ( 9 9 5 ) 天津市泰兴试剂厂；三乙胺：a r ( 9 9 o ) 天津市泰兴试剂厂；薄层层析硅胶：c p ，青岛海洋化工有限公司； 无水氯化钙：长沙国营延风试剂厂一分厂。 活性炭：化学试剂级。粉末状活性炭与四倍量的2 0 硝酸在水浴 上加热2 3 小时，过滤后水洗至中性，然后在1 0 0 1 1 0 干燥过夜1 5 6 1 3 mh c l ：2 7 0 n l l 浓盐酸于7 3 0 m l 水中。 羧甲基纤维素钠( c m c n a ) ：液体制剂的助悬剂、增稠剂、乳化 剂、半固体制剂中用作凝胶基质、片剂等固体的粘合剂、崩解剂和缓 释材料，江苏苏州益民化工厂。 乙腈：色谱纯( 9 9 9 ) ，湖南化工研究院精细化工研究所，长 沙。 磷酸二氢钾：a r ( 9 9 5 ) ，长沙安泰精细化工实业有限公司， 长沙。 苯并噻唑硫醇活性酯：淡黄色固体，a r ( 9 8 0 ) ，国产工业品， 结构式如下： 2 2 仪器设备 1 5 0 m l 三口烧瓶，球形冷凝管，直形冷凝管，恒压滴液漏斗，布 氏漏斗，抽滤瓶等玻璃仪器。d f 1 0 1 b 集热氏恒温磁力搅拌器f 浙江 省乐清市乐成电器厂) ； s e n c ow 2 0 1 恒温水浴锅f 上海申生科技有 限公司) ；s e n c or 系列旋转蒸发仪( 上海申生科技有限公司) ；玻 璃点样毛细管( 上海实验试剂有限公司) ；薄层层析板( 江苏汉邦科技有 限公司) ；z f i 型三用紫外分析仪( 上海顾村电光仪器厂) ：高效液相色 谱仪一w a t e r s5 1 5 泵，2 4 8 7 紫外检测器，7 7 2 5 i 手动进样器，t l 9 9 0 0 色谱工作站一北京泰立化电子技术有限公司；e l e m e i l i l t a t 、k i oe l 型 c 、h 、n 、s 元素分析仪( 德国) ；5 1 0 p 型傅立叶变换红外光谱仪( 美 国n i c o l e t 公司) ；入，1 7 紫外光谱仪( 美国p e 公司) ；l n o v a 一5 0 0 型 超导傅立叶变换核磁谱仪( 美国、缸a 1 1 公司) 。 2 3 实验操作 以7 a c a 为起始原料合成盐酸头孢吡肟的反应路线如下图： h t m s n v 3 等 删 q n 印惦、冷 r k 讧。 。扣 书 凡 结构式如下： 2 2 仪器设备 1 5 0 m l 三口烧瓶，球形冷凝管，直形冷凝管，恒压滴液漏斗，布 氏漏斗，抽滤瓶等玻璃仪器。d f 1 0 1 b 集热氏恒温磁力搅拌器f 浙江 省乐清市乐成电器厂) ； s e n c ow 2 0 1 恒温水浴锅f 上海申生科技有 限公司) ；s e n c or 系列旋转蒸发仪( 上海申生科技有限公司) ；玻 璃点样毛细管( 上海实验试剂有限公司) ；薄层层析板( 江苏汉邦科技有 限公司) ；z f i 型三用紫外分析仪( 上海顾村电光仪器厂) ：高效液相色 谱仪一w a t e r s5 1 5 泵，2 4 8 7 紫外检测器，7 7 2 5 i 手动进样器，t l 9 9 0 0 色谱工作站一北京泰立化电子技术有限公司；e l e m e i l i l t a t 、k i oe l 型 c 、h 、n 、s 元素分析仪( 德国) ；5 1 0 p 型傅立叶变换红外光谱仪( 美 国n i c o l e t 公司) ；入，1 7 紫外光谱仪( 美国p e 公司) ；l n o v a 一5 0 0 型 超导傅立叶变换核磁谱仪( 美国、缸a 1 1 公司) 。 2 3 实验操作 以7 a c a 为起始原料合成盐酸头孢吡肟的反应路线如下图： h t m s n v 3 等 删 q n 印惦、冷 r k 讧。 。扣 书 凡 2 3 1 化合物i i 的合成 在装有回流冷凝管、干燥管、温度计和氮气进出管的1 s o m l 三口 烧瓶中投入7 - a c a5 9 ( 1 8 4 n u i l 0 1 ) 和无水溶剂4 0 m l ，水浴控温2 0 2 5 下通氮气5 m i n 后加入h m d s3 5 7 9 ( 2 2 2 m m o l ，1 2 e q u i v ) ，然后再 加入t m s l 0 1 1 9 ( 0 5 5 m m o l ，0 0 3e q u i v ) ，持续通入n 2 条件下，加热 回流反应，薄层跟踪至7 a c a 反应完全，减压蒸除溶剂，得化合物 i i 的粗品。 2 3 2 化合物i i i 的合成 u t m s ih 3 早儿 i i 并i + + h 3 c 一辛卜。一c h 3 c h 3 在1 5 2 0 下，于化合物i i 由5 0 甙1 8 4 m m 0 1 ) 7 一a c a 制得 和溶 剂的混合液中，慢慢滴加，i m s i3 3 8g ( 2 1 o m m o l ，1 1 5e q u i v ) ，在2 5 下搅拌反应3 4 h ，反应液越来越粘稠且颜色越来越深，得黄棕色 粘稠液，薄层跟踪至化合物i i 完全转化。将反应混合液冷却、搅拌 2 0 m i n ，过滤除去黄色固体，得黄棕色乳浊液，即化合物i i i 。 2 3 3 化合物的合成 在预冷的1 5 0 m l 干燥三口烧瓶中加入化合物i i i ，氮气保护下冰水 浴冷至5 以下，慢慢滴加n m p1 5 6g ( 1 8 4 l n l 0 1 ，1 0 e q u i v ) ，控制 滴加速度使反应液温度低于1 0 ，滴加完毕后再加入1 0m l 溶剂，在 5 以下继续反应，用薄层色谱跟踪反应至反应完全。 2 3 4 脱保护与成盐酸盐反应 脱保护反应：向化合物和溶剂的混合液中，慢慢滴加无水甲醇 1 9 7 甙6 1 5m m o l ，3 3 5 e q u i v ) ，控制滴加速度使反应液温度1 0 ， 滴加完毕后在0 5 搅拌，薄层跟踪至反应完全。 成盐酸盐反应：向上述混液中慢慢滴加3 m 盐酸，加完后快速( 在 1 分钟内1 升温至2 2 5 ，快速搅拌至完全分层，再按下述方法分离 并精制。 2 3 5 化合物f v ) 的分离与精制 分离：含两相的混合物搅拌o 5 h 后，分出水相，有机相用5 m l 水洗涤后，并入水相：水相中加入1 9 活性炭，室温下搅拌脱色o 5 h ， 析出的固体，用预先冰冷的丙酮水( 5 ：1 v v ) 洗涤，得淡黄色粉末， 真空干燥后称量。 2 3 7 由化合物v “一锅法”合成盐酸头孢吡肟( i1 在装有回流冷凝管、温度计和氮气进出管的2 5 0 m l 三口烧瓶中加 入化合物( v ) 6 5 9 ( 1 9 3 m m 0 1 ) 和1 2 9 m l 混合溶剂，搅拌，冰浴至5 以下滴加三乙胺2 2 9 ( 2 1 3 m m 0 1 ) 使固体全部溶解，控制溶液p h 在6 5 左右，分次加入苯并噻唑硫醇活性酯( ) 6 8 9 ( 1 9 3 m m 0 1 ) 。在5 下搅 拌反应，薄层跟踪( 展开剂：石油醚：丙酮= 2 ：1 ) 至反应完全。 将上述反应液转移至分液漏斗中，用水( 3 0 m l 3 ) 萃取，合并水 相，加入2 9 活性炭，在5 下脱色3 0 m i n ，过滤，用少量水洗涤炭饼， 洗液另存，滤液转入2 0 0 0 m 1 三口瓶中冰浴冷却至o 5 ，搅拌下滴 加4 m 盐酸1 2 m i ( 4 8 m m 0 1 ) ，调p h 值在1 0 2 o ，量取滤液体积，5 下滴加1 0 倍体积量的丙酮，搅拌l h ，冰箱中放置过夜，过滤，用预 先冰冷的丙酮水( 5 ：1 ，v v ) 洗涤，收集固体得微黄色粉末，真空干 燥后称量。 2 4 分析方法 对最终产物及各步中间体的定性定量分析主要采用薄层色谱法 ( t l c ) ，高效液相色谱法( ，l c ) ，并采用元素分析( e a ) ，红外光谱( i r ) ， 紫外光谱( u v ) ，核磁共振0 心瓜) 及质谱( m s ) 等来确认产物的结构。 2 4 1 薄层色谱法刚 实验仪器为玻璃点样毛细管( 上海实验试剂有限公司) ；薄层层析 板( 江苏汉邦科技有限公司) ；z f i 型三用紫外分析仪( 上海顾村电光仪 器厂) 。 薄层色谱法也叫薄层层析法，在常规实验室中，作为一种定性和 半定量的方法，具有设备和操作简单、展开时间快、检测灵敏度高等 特点，适用于微量成分的分离和鉴定，是色谱中应用最普遍的方法之 一。在本实验中采用薄层色谱法来检测中间步骤的反应进行的程度并 检测是否有副产物产生。 准备硅胶板：用铅笔在距离硅胶板底端约l c m 处划线，作为基 线。 配置展开剂：用量筒按比例分别量取溶剂倒入1 5 0 m 1 的有玻璃板 封盖的广口瓶中，摇匀，放置1 5 2 0 m i n ，以使瓶内的蒸气压达到饱 和。 取反应液微量溶于一定的溶剂( 通常采用溶解性好，易挥发的有 机物作溶剂) 中，在基线上用玻璃点样毛细管点样，风干后，以5 1 0 。的倾斜角放入配置好的展开剂中( 注意：展开剂不能没过基线) 。等 到展开剂展开里硅胶板上端约l c m 时，取出，风干后，放在波长2 5 4 啪 的紫外灯下观察，按式( 2 1 ) 计算比移值母 号= 竽篇霈筹陋， 。 原点距溶剂前沿的距离 、 合成中间体v 时，跟踪反应所用展开剂为二氯甲烷：甲醇= 4 ：3 时，反应物和产物的点都严重拖尾，故经过试验最后确定展开剂为丙 酮：甲醇= 4 ：3 ，为防止拖尾现象，可滴加几滴三乙胺。检测中间体 v 时所用展开剂为甲醇：丙酮= 9 ：l ，0 3 0 。 2 4 2 高效液相色谱法 高效液相色谱是一种新型分析技术，随着不断改进与发展，目前 己成为应用极为广泛的化学分离分析的重要手段。本论文主要依靠液 相色谱来测定产品成分与纯度。 液相高效液相色谱仪一w a t e r s5 1 5 泵，2 4 8 7 紫外检测器，7 7 2 5 i 手动进样器，t l 9 9 0 0 色谱工作站一北京泰立化电子技术有限公司。 乙腈为色谱纯试剂，其它试剂均为分析纯试剂。色谱柱为 d i 锄伽s i l t m c l 8 柱，5u ，4 6 2 0 0 m m ；流动相为乙腈0 0 2 m o l l 磷 酸二氢钾溶液( 1 0 ：9 0 v v ) 。 波长的选择：取盐酸头孢吡肟、中间体v 和原料7 a c a 适量， 加流动相稀释制成每l m l 约含1 5 肛g 的溶液，按分光光度法( 中国药典 2 0 0 0 年版二部附录) 测定，在2 0 0 4 0 0 m 波长范围内 x 规定校正并检定合格，样品的制备有k c l 及k b r 压片。 紫外光谱( t r y ) 仪器型号为美国p e 公司 1 7 紫外光谱仪，仪器 按中国药典2 0 0 0 年版二部附录检定合格。 核磁共振谱f 1 h n m r1 3 c - - n m r ) n 美国v a r a n 公司i n o 、，a 一 5 0 0 型超导傅立叶变换核磁谱仪测定，溶剂：d m s o d 6 ，参考t m s ， 质子共振频率5 0 0 m h z 。 质谱( m s ) 在英国产v gz a b h s 质谱仪上用快原予轰击( f a b ) 法测定。 第三部分结果与讨论 3 1 化合物i i 的合成 3 1 1 溶剂对反应的影响 文献中溶剂是f r e o nt f ，由于它对环境有的破坏作用，我们试用 二氯甲烷和环己烷来做探索实验，希望可以替代它。以5 9 ( 1 8 4m m 0 1 ) 7 - a c a 为起始原料，在其他条件都相同的条件下改变溶剂反应，每 次反应完毕后，用旋转蒸发仪减压蒸馏蒸去溶剂，称量反应混合物的 质量，然后由质量差a m 根据以下反应方程式估算7 - a c a 转化率： 一 ! 竺旦! 竺曼l117 a c a 一 2 7 22 84 1 6 6 8 xg m 1 4 44 m 则了一a c a 的转化率= 号1 0 0 ( 3 1 ) = 号慧等1 0 0 实验现象、反应前后的质量差和7 - a c a 转化率如表3 - 1 所示。 表3 - 1 不同溶剂中合成化合物i i 的结果 结果表明，在其它反应条件相同的情况下，溶剂为f r e o n t f 时， 7 - a c a 转化率为9 5 4 ，溶剂为二氯甲烷时，7 - a c a 转化率为9 3 5 ， 溶剂为环己烷时，7 - a c a 转化率为9 2 4 。由此可见，7 - a c a 的转化 率在f r e o nt f 中略好于在二氯甲烷和环己烷中，但溶剂对该步反应 的影响不很显著，当 m i d s 的用量为7 a c a 量2 3 倍，反应时间在 2 4 4 8 小时内，在三种溶剂中7 a c a 的转化率都在9 2 以上。 3 1 2 物料配比对反应的影响 由于回流反应时保护试剂h m d s 会随溶剂的挥发而逸出反应体 系，所以 m 仍s 会随着反应的进行而有所损失，则实验中h m d s 的 用量要比理论量有所增加才能保证该步反应进行完全。在其它条件都 相同的情况下，仅改变h m d s 的量，每次反应完毕后用旋转蒸发仪 减压蒸馏，蒸去溶剂，称量混合物的质量，计算出7 a c a 的转化率 质量差m ，利用方程式3 1 可估算出7 一a c a 的转化率， m d s 的 用量与关系如表3 2 所示： 表3 2h m d s 用量与7 ，a c a 转化率的关系 结果表明，在其它条件都相同的情况下，h m d s 的用量不同对 该步反应的影响较大，只有当h m d s 的用量为7 a c a 用量的2 3 倍 时，7 a c a 才能基本转化完全。 3 1 3 反应温度对反应的影响 2 h 5 0 1 2 h1 2 h1 2 h o5 h 图3 1 不同温度下反应液的薄层层析图 样1 ：反应原料7 - a c a ；样2 样5 分别为4 0 7 0 反应1 2 h 的混合液；样6 为8 0 反 应0 5