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浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 磷霉素和左氟沙星关键中间体合成新工艺研究 摘要 磷霉素是一种新型的广谱抗菌药，具有独特的化学结构与抗菌 作用机制，与其他抗生素或抗菌药之间不但没有交叉耐药性，而且多 数呈现协同作用。论文第一部分研究了磷霉素关键中间体左膦右胺的 合成工艺，选择最佳合成路线并对各步反应进行了优化。 以三氯化磷与炔丙醇为原料经取代、重排、水解反应制得丙二烯 膦酸，在l i n d l a r 催化剂作用下选择性加氢制得c i s 丙烯膦酸，与( + ) 一0 c 苯乙胺成盐后再经双氧水氧化成环、重结晶拆分得到磷霉素关键 中间体左膦右胺盐，总收率为2 4 1 0 。实验确定了较佳工艺参数组合： 取代反应是以二氯甲烷为溶剂，三氯化磷与炔丙醇的摩尔比为2 0 ：1 ， 反应温度为0 5o c ，反应时间为3h ；重排反应是以三氯甲烷为溶剂， 反应温度为回流温度，重排反应时间为1 0h ；催化加氢是在溶剂v ( 乙 醇) ：v ( 苯) = 1 ：1 中进行的，反应温度为4 5o c ，压力为0 0 5m p a ，催 化剂用量为底物的0 8 ；环氧化是以3 0 的h 2 0 2 为氧化剂，n a 2 w 0 4 作催化剂，c p p a 与n a 2 w 0 4 的摩尔比为5 0 ：1 ，溶剂为乙醇，反应温 度为5 0o c 。 左氟沙星是第三代喹诺酮类药物，具有抗菌谱广，毒性低的特点， 属国家基本药物。论文第二部分研究了左氟沙星关键中间体 ( s ) ( - ) 9 ，1 0 二氟2 ，3 二氢3 甲基7 氧代7 氢吡啶并 1 ，2 ，3 一d e 1 ，4 苯 并恶嗪一6 一羧酸乙酯的合成工艺，选择最佳合成路线并对各步反应进 i 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 行了优化。 以氢化钠、乙酸乙酯和甲酸乙酯为原料合成甲酰基乙酸乙酯钠 盐，然后与2 ，3 ，4 ，5 四氟苯甲酰氯反应得乙基2 甲酰一3 氧代- 3 - ( 2 ，3 ，4 ，5 - 四氟苯基) 丙酸酯，经s ( + ) 2 一氨基丙醇置换、环合得( s ) 一( 一) 一9 ，1 0 - 二氟 一2 ，3 二氢一3 一甲基7 氧代7 氢吡啶并 1 ，2 ，3 d e 1 ，4 苯并恶嗪一6 - 羧酸乙 酯。实验确定了较佳工艺参数组合：氢化钠：乙酸乙酯：甲酸乙酯= 1 1 ：1 ：1 2 ，溶剂为甲苯；四氟苯甲酰氯：甲酰基乙酸乙酯钠盐= 1 0 ： 1 0 5 ，反应温度o 5o c ，溶剂为甲苯；四氟苯甲酰氯：甲酰基乙酸乙 酯钠盐：s ( + ) 2 氨基丙醇= 1 0 ：1 0 5 ：1 2 ；环合反应是以k f 为缚酸 剂、d m f 为溶剂。总收率为5 5 0 9 。 论文通过优化实验确定了左膦右胺盐和( s ) - ( 一) - 9 ，1 0 一二氟一2 ，3 - 二 氢3 甲基7 氧代7 氢吡啶并 1 ，2 ，3 d e l l l ，4 苯并恶嗪一6 一羧酸乙酯合成 的工艺参数组合，为产品的工业化开发提供了理论依据与可行的工艺 参数组合。 关键词：抗生素，磷霉素，喹诺酮类药物，左氟沙星，中间体，合成， 工艺优化 i i 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 s t u d yo nt h ep r o c e s sf o rp r e p a r a t i o no f k e yi n t e r m e d i a t e so fp h o s p h o m y c i na n d l e v o f l o x a c i na sa n t i b i o t i c a b s t r a c t f o s f o m y c i ni s an e wt y p eo fb r o a d s p e c t r u ma n t i m i c r o b i a ld r u g s ， w i t hu n i q u ec h e m i c a ls t r u c t u r ea n da n t i m i c r o b i a lm e c h a n i s m i th a sn o c r o s s r e s i s t a n c ew i t ho t h e ra n t i b i o t i c so ra n t i m i c r o b i a la g e n t sa n ds h o w s s y n e r g y t h en o v e l p r o c e s s f o r s y n t h e s i s o ft h ek e yi n t e r m e d i a t eo f p h o s p h o m y c i n ，( 1r ，2 s ) 一( 一) 一c s 一1 ，2 一e p o x y p r o p y l p h o s p h o n i ca c i d ( r ) 一( + ) 一0 c p h e n y l e t h y l a m i n es a l t ，w a s s t u d i e di nt h ef i r s tp a r to ft h e d i s s e r t a t i o n ，w h i c h w a sf r o m p r o p a r g y l a l c o h o la n d p h o s p h o r u s t r i c h l o r i d eb y s u b s t i t u t i o n ，r e a r r a n g e m e n t a n d h y d r o l y s i s t o g i v e 1 , 2 一p r o p a d i e n y l p h o s p h o n i ca c i d ，s u b j e c t e dt oc a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o n ， e p o x i d a t i o nw i t hh y d r o g e np e r o x i d ea n dt h e nr e s o l u t i o n t h eo p t i m u m p r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ed i s c u s s e da n dd e t e r m i n e d t h ep r o c e s sp a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e d e x p e r i m e n t a l l ya sf o l l o w s ： i i i 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 t h es u b s t i t u t i o nr e a c t i o ns o l v e n tw a s d i c h l o r o m e t h a n e ，p h o s p h o r u s t r i c h l o r i d e ：p r o p a r g y la l c o h o l = 2 0 ：1 ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a so 5 o c ，t h er e a c t i o nt i m ew a s3 0h ：t h er e a r r a n g e m e n tr e a c t i o ns o l v e n tw a s c h l o r o f o r m , t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a sr e f u xt e m p e r a t u r e ，t h er e a c t i o n t i m ew a s10 0h ；t h ec a t a l y t i c h y d r o g e n a t i o n s o l v e n tw a s5 0 e t h a n o l 一50 b e n z e n e ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s4 5o c ，t h er e a c t i o n p r e s s u r ew a so 0 5m p a ，i nt h ep r e s e n c eo fo 8 l i n d l a rc a t a l y s t ；t h e o x i d a n tw a sh 2 0 2 ( 3 0 ) ，t h ec a t a l y s tw a sn a 2 w 0 4 ，c p p a ：n a 2 w 0 4 = 5 0 ： 1 ，t h er e a c t i o ns o l v e n tw a se t h a n o l ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s5 0o c t h et o t a ly i e l do f ( 1 r ，2 s ) - ( 一) 一c s 一1 ，2 一e p o x y p r o p y l p h o s p h o n i ca c i d ( 尺) 一什) 0 c p h e n y l e t h y l a m i n es a l ti s2 4 1o 、， 一一 ， l e v o f l o x a c i ni st h et h i r dg e n e r a t i o nq u i n o l o n ew i t hb r o a ds p e c t r u m a n t i m i c r o b i a la n dl o wt o x i c i t y ，w h i c hi st h en a t i o n a le s s e n t i a ld r u g s t h en o v e l p r o c e s s f o r s y n t h e s i s o ft h e k e y i n t e r m e d i a t eo f l e v o f l o x a c i n ，( s ) - e t h y l 9 ，10 - d i f l u o r o 一3 - m e t h y l - 7 - o x o - 7 一d i h y d r o 一2 h - 1 ，4 1 0 x a z i n o 1 ，2 ，3 - d e q u i n o l i n e 一6 一c a r b o x y l a t e ，b yc o n d e n s a t i o n ，s - ( + ) 一2 一 a m i n o p r o p a n o ld i s p l a c e m e n t ，a n dt h e nc y c l i z a t i o n ，w a s s t u d i e di nt h e s e c o n dp a r to ft h ed i s s e r t a t i o n t h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r sw e r e d i s c u s s e da n dd e t e r m i n e d t h ep r o c e s sp a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e de x p e r i m e n t a l l ya sf o l l o w s ： s o d i u mh y d r i d e ：e t h y la c e t a t e ：e t h y lf o r m a t e = 1 1 ：1 ：1 2 ，t h er e a c t i o n s o l v e n tw a st o l u e n e ；t e t r a f l u o r o b e n z o y lc h l o r i d e ：s o d i u mf o r m y le t h y l 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 a c e t a t e = 1 0 ：1 0 5 ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s0 - 5o c ，t h er e a c t i o n s o l v e n tw a st o l u e n e ；t e t r a f l u o r o b e n z o y lc h l o r i d e ：s o d i u mf o r m y le t h y l a c e t a t e ：s - ( + ) 一2 一a m i n o - p r o p a n o l - - 1 0 ：1 0 5 ：1 2 ；t h ea c i d - b i n d i n g a g e n to fc y c l i z a t i o nw a sk f ，t h er e a c t i o ns o l v e n tw a sd m f t h et o t a l y i e l do f ( s ) - e t h y l 9 ，10 一d i f l u o r o - 3 - m e t h y l - 7 - o x o 一7 一d i h y d r o 一2 h - 1 ，4 1 o - x a z i n o 1 ，2 ，3 - d e q u i n o l i n e 一6 一c a r b o x y l a t ei s5 5 0 9 i tp r o v i d e dt h et h e o r e t i c a lb a s i sa n dt h ef e a s i b l ep r o c e s sp a r a m e t e r s f o r t h ei n d u s t r i a l i z a t i o no f ( 1 r ，2 s ) 一( 一) 一c s 一1 ，2 一e p o x y p r o p y l p h o s p h o n i c a c i d ( r ) 一( + ) 一0 c p h e n y l e t h y l a m i n es a l ta n d ( s ) - e t h y l 9 ，1 0 - d i f l u o r o - 3 - m e t h y l - 7 一o x o - 7 - d i h y d r o 一2 h - 1 ，4 o - x a z i n o 1 ，2 ，3 一d e q u i n o l i n e 一6 一c a r b o x y a - t e k e yw o r d s ： a n t i b i o t i c ，p h o s p h o m y c i n ，q u i n o l o n e s ， l e v o f l o x a c i n ，i n t e r m e d i a t e ， s y n t h e s i s ， p r o c e s so p t i m i z a t i o n v 浙江工业大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：) 磅稃勺气 日期呷年心月痧日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 储签名：力般万 翩龋埔 日期：妒7 年修月p 日 日期：j 卞j 月j 二日 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 第一部分磷霉素关键中间体合成新工艺研究 第一章前言 抗生素( a n t i b i o t i c s ) 是当今开发与应用研究最为活跃的一类药物，可以控制 9 5 以上的细菌感染病。自1 9 4 0 年青霉素问世以来，抗生素的开发与研究取得 了迅速的发展。最初在土壤样品中寻找新品种，从微生物培养液中提取抗生素， 继而开创了用化学方法全合成或半合成抗生素。d 内酰胺类抗生素品种经历了 青霉素、半合成青霉素及头孢菌素等的飞跃发展；2 0 世纪7 0 年代末喹诺酮抗 菌药物的问世及其新的衍生物的不断研究与开发，使该类药物的抗菌谱扩大和 抗菌作用的增强；其他如氨基糖甙类及大环内酯类经过结构改造，各自均有新 品种问世。随着抗生素研究的进展其作用原理及细菌的耐药机制的研究业已深 入到分子生物学水平。 目前，由于抗菌药物的品种不断增加、抗菌谱越来越宽，细菌在抗菌药物 选择性压力下，产生抗药性。几乎所有的常规抗生素都出现了相应的抗药性致 病株系，致病菌的抗药性问题日益严重地威胁着人们的健康【l 】。据统计，从1 9 9 7 年到1 9 9 8 年，在美国有2 9 5 的肺炎链球菌对青霉素中等程度或重度耐药，而 1 9 8 0 年仅有4 的菌株具有耐药性。更为严重的是，由于临床多种抗生素的大 量使用，导致多重耐药问题出现。常见呼吸道病原菌肺炎链球菌、流感嗜血菌 和黏膜炎莫拉菌的抗生素耐药性以惊人的速度持续增长。其直接后果是严重降 低了临床疗效，甚至导致治疗失败，其中细菌的耐药性选择和交叉耐药性的发 展已成为世界性治疗难题。如此下去，未来几十年里，可能许多抗生素会因耐 药而大幅减效。因此，解决耐药问题的有效途径除了首先是重视合理临床用药 之外，有必要加快全新型的抗生素的开发研究。 磷霉素( p h o s p h o m y c i n ，f o s f o m y c i n ，f o m ，1 - 1 1 ) 是一种新型的广谱抗 菌药，1 9 6 7 年由西班牙土壤中分离出的放线菌s t r e pt o m y c e s f r a d i a e 培养液中得 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 到，s t r v i r i d o c h r o m o g e n e s 、s t r w e d m o r e n s i s 与p s e u d o m o n a s s y r i n g a e 亦可产生。 化学结构是( ) ( 1 r ，2 s ) 1 ，2 环氧丙基膦酸，美国m e r c k 与西班牙c e p a 公司联合 进行了开发，现在以合成方法制造。它是一种抑制细菌细胞壁合成的临床常用的 重要广谱抗生素【2 卅。磷霉素具有独特的化学结构与抗菌作用机制，它既不是d 内酰胺类又不是四环素类，既不是大环内脂类又不是氨基糖类，而是一种全新范 畴的广谱抗生素，抗菌谱广，与其他抗生素或抗菌药之间不但没有交叉耐药性， 而且多数呈现协同作用。在危重感染和抗生素耐药性日益增多的今天，磷霉素的 合成研究目前仍具有较大的发展空间。磷霉素的合成，不仅具有较大的应用价值， 也具有较强的理论研究价值。 之， 屿觏 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 2 1 引言 第二章文献综述 弟一早 义陬琢尬 2 0 世纪2 0 年代末青霉素的发现，开辟了抗生素化疗的新时代，许多感染性 疾病从此得到了有效控制，随后，各种抗生素的研制、开发和应用迅速发展。而 磷霉素作为一类独特的抗生素，结构和作用机制独特，应用十分广泛。以下对抗 生素和磷霉素的发展及其在临床中的应用进行综述。 2 2 抗生素综述 2 2 1 抗生素的定义 抗生素( a n t i b i o t i c s ) 是指由细菌、霉菌或其它微生物在繁殖过程中产生的，能 够杀灭或抑制其它微生物的一类物质及其衍生物，用于治疗敏感微生物( 常为细 菌或真菌) 所致的感染。可分为天然品和人工合成品，前者由微生物产生，后者 是对天然抗生素进行结构改造获得的部分合成产品。 1 9 8 1 年我国第四次全国抗生素学术会议指出，近些年来在抗生素的作用对 象方面，除了抗菌以外，在抗肿瘤，抗病毒，抗原虫、寄生虫和昆虫等领域也有 较快发展。有些抗生素具有抑制某些特异酶的功能，另外一些抗生素则具有其他 的生物活性或生理活性的作用。鉴于“抗菌素早已越出了抗菌范围，继续使用 抗菌素这一名词己不能适应专业的进一步发展，也不符合实际情况了。因此，会 议决定将抗菌素正式更名为抗生素。 2 2 2 抗生素的分类 自1 9 4 0 年以来，青霉素应用于临床，现抗生素的种类已达几千种。在临床 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 上常用的亦有几百种。其主要是从微生物的培养液中提取的或者用合成、半合成 方法制造。抗生素类药物广泛地应用于各种感染性疾病，其品种繁多，目前应用 于临床的抗生素主要有以下几类： ( 1 ) 青霉素类：为最早用于临床的抗生素，疗效高，毒性低。主要作用是使 易感细菌的细胞壁发育失常，致其死亡。人、哺乳动物的细胞无细胞壁，因此有 效抗菌浓度的青霉素对人、哺乳动物机体细胞几乎无影响，因而对人体副作用较 少。临床常用的青霉素类药有：青霉素g 、氨苄青霉素、羟氨苄青霉素( 阿莫西 林、阿莫仙) 、苯唑青霉素等。 ( 2 ) 头孢菌素类：本类抗生素自6 0 年代应用于临床以来，发展迅速，应用 日益广泛。习惯上依据时间及对细菌的作用，分为一、二、三代。常用的有：头 孢氨苄( 先锋霉素) 、头孢唑啉( 先锋霉素v ) 、头孢拉定( 先锋霉素) 、 头孢呋辛( 西力欣) 、头孢曲松( 罗氏芬) 、头孢噻肟( 凯福隆) 、头孢哌酮( 先 锋必) 等。 ( 3 ) 氨基糖苷类：本类抗生素性质稳定，抗菌普广，在有氧情况下，对敏感 细菌起杀灭作用。其治疗指数( 治疗剂量中毒剂量) 较其它抗生素为低，不良 反应最常见的是耳毒性。常用的有：链霉素、庆大霉素、霉卡那素、丁胺卡那霉 素等。 ( 4 ) 大环内酯类：本类抗生素均含有一个1 2 1 6 碳的大内酯环，为抑菌剂， 仅适用于轻中度感染，但是为目前最安全的抗生素之一。红霉素为本类的代表， 临床应用广泛，对青霉素过敏者常以本品治疗。近年来研制开发了许多新品种， 临床效果显著，如阿奇霉素( 泰力特、希舒美) 、克拉霉素、罗它霉素、地红霉 素、麦迪霉素、螺旋霉素、交沙霉素等。 ( 5 ) 四环素类：包括四环素、土霉素、强力霉素等。本类抗生素可沉积于发 育中的骨骼和牙齿中，反复使用可导致骨发育不良，牙齿黄染，牙釉质发育不良， 自妊娠中期至3 岁，危险性最大，并可持续至7 岁甚至更久，故孕妇、哺乳期妇 女及8 岁以下d j l 禁用。 ( 6 ) 氯霉素类：本类抗生素特点是脂溶性高，易进入脑脊液和脑组织，并对 很多病原体有效，但可诱发再生障碍性贫血，应用受到一定限制。包括氯霉素、 琥珀氯霉素等。 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 ( 7 ) 林可酰胺类：包括林可霉素、克林霉素等。 ( 8 ) 多肽类及其它抗生素：本类抗生素结构复杂，按结构特征难以归类，如 万古霉素、多粘菌素e 、磷霉素、制霉菌素等。 临床上还有一些广泛应用的合成抗菌药物，主要有磺胺类( 磺胺嘧啶、复方 新诺明等) 、喹诺酮类( 氟哌酸、氧氟沙星、环丙沙星等) 及其它合成抗菌药物 ( 痢特灵) 。 2 2 3 抗生素的发展现状 抗生素是医院临床中应用最广泛的药物，对控制、预防和治疗各种感染性疾 病具有重要作用。近年来，世界抗生素市场的平均年增长率为8 左右，全球抗 生素的市场份额约为2 5 0 , - , 2 6 0 亿美元，各大制药企业纷纷投入巨资进行抗生素药 物的研发，使抗生素新品不断出现。全国6 7 0 0 国家药品生产企业中，有1 0 0 0 多家生产各类抗生素，产品竞争异常激烈。在中国医药市场中，抗感染药物已经 连续多年位居销售额第一位，年销售额为2 0 0 多亿元人民币，占全国药品销售额 的3 0 ；占世界药品销售额的1 5 左右，位居第2 位。据调查资料显示，世界 各地抗感染药市场所占的比例大体是：美洲为3 1 ，亚洲为3 l ，欧洲为2 7 ， 非洲和大洋洲约占1 1 。面对不断发展的趋势和日益激烈的药物市场竞争，世界 各国药业都在争相开发和引进新产品，争取以更大的优势占领市场，同时还积极 开展药物市场调查研究，以便获得研制开发的最佳效益。从美国抗感染药的销售 情况看，头孢菌素类独占鳌头，占4 5 ；其次是青霉素类占1 5 ；第三是喹诺 酮类占1 2 ；大环内酯类为第四，占6 ；四环素类为第五，占5 ；其它类占 1 7 。值得一提的是，近年来喹诺酮类和大环内酯类抗生素销售额呈明显上升态 势，据分析与新药开发速度加快，新品陆续上市有关。四环素类销售量却在逐渐 缩小，主要是该类药老品种占的比例较大以及毒副作用较大，影响市场销售量。 在欧美的发达国家抗生素的使用量大致占到所有药品的1 0 左右。而我国最低的 医院是占到3 0 ，基层医院可能高达5 0 。 2 2 4 抗生素的作用机制 抗生素以前叫抗菌素，它是从某些微生物的代谢产物中提取而得。一般只要 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 用很低的浓度，就可以对许多细菌、霉菌、霉形体、立克氏体等起抑制生长甚至 杀灭的作用。抗生素的种类很多，目前国内在临床应用的抗生素有2 0 0 余种。不 同的抗生素对病菌的作用机制不尽相同，可归纳为如下： ( 1 ) 干扰细菌的细胞壁的合成，使细菌因缺乏完整的细胞壁，抵挡不了水份 的侵入，发生膨胀、破裂而死亡。如青霉素，主要是抑制细胞壁中肽聚糖的合成。 多氧霉素( 一种效果很好的杀真菌剂) 主要作用是抑制真攻细胞壁中几丁质的合 成。 ( 2 ) 使细菌的细胞膜发生损伤，细菌因内部物质流失而死亡。如多粘菌至少与细 胞结合，作用于脂多糖、脂蛋白，因此对革兰氏阴性菌有较强的杀菌作用，制霉 菌素与真菌细胞膜中的类固醇结合，破坏细胞膜的结构。 ( 3 ) 阻碍细菌的蛋白质合成，通过抑制蛋白质生物合成抑制微生物生长的抗生素 较多，如卡那霉素、链霉素等。 ( 4 ) 通过改变细菌内部的代谢，影响它的脱氧核糖核酸的合成，主要通过抑制 d n a 或r n a 的合成，使细菌( 还有肿瘤细胞) 不能重新复制新的细胞物质而死 亡。例如利福霉素、博莱霉素等。 2 3 磷霉素综述 2 3 1 磷霉素的发展 磷霉素是一种新型广谱抗菌素，在结构上属于磷酸衍生物。主要用于革兰氏 阴性和阳性细菌感染。该品于1 9 6 7 年由美国默沙东和西班牙c e p a 公司在西班牙 土壤的链丝菌中发现；1 9 7 5 年在西班牙首先投入工业化生产，之后，意大利和德 国也陆续开始了工业化生产。1 9 8 0 年明治公司的产品在日本上市- 。目前磷霉素主 要有4 个品种，分别是磷霉素钠盐、磷霉素钙盐、磷霉素氨丁三醇盐、磷霉素苄 胺盐。磷霉素钠盐、钙盐于1 9 7 5 年在欧洲上市；磷霉素氨丁三醇于1 9 8 8 年在欧洲 上市；1 9 9 6 年1 2 月被美国f d a 批准在美国上市。欧洲和日本及东南亚使用较多的 是钠盐和钙盐，日本药典只收载了磷霉素钠盐、磷霉素钙盐两个品种。而在美国， 则是磷霉素氨丁三醇占优，并且销售状况较好。目前，磷霉素国外生产商主要有 日本的s a w e i 公司、明治制果公司；德国的马多士公司；希腊的格罗莉马托斯 下面分别介绍磷霉素的4 个产品：磷霉素钠盐 5 1 ( 化学名：( 一) 一( 1 r ，2 s ) 1 ，2 环氧 h3郴hz sr , r , h h 卜 h 3 淋卜，2 血液环境( p h = 7 4 ) 更接近，临床上需要中性磷霉素钠，具体反应过程旧见 ( s c h e m e l - 2 - 1 ) ： h 。淋小嗍c h c 2 心一h 。粉秣 。一一h 3 淋a h 静珏 磷霉素钙( 化学名：( ) 0r ，2 s ) 1 ，2 环氧丙基膦酸钙盐一水合物，1 - 2 - 3 ) 为一 广谱杀菌剂，其抗菌谱比青霉素和头孢菌素类抗生素还要广泛。对常见的革兰氏 阳性菌、革兰氏阴性菌均有效；对葡萄球菌、大肠杆菌、沙雷氏菌、痢疾杆菌等 有较高抗菌活性；对比较耐药的细菌如绿脓杆菌、吲哚阳性变形杆菌、宋内氏痢 疾杆菌、充气杆菌、肺炎杆菌等也有效。磷霉素钙口服用于治疗敏感菌所致的单 纯性下尿路感染，也可以与其他抗菌药联合应用治疗由敏感菌所致的重症感染， 如败血症、腹膜炎、骨髓炎等。 磷霉素钙其化学结构独特，与其他抗菌药无交叉耐药性，组织分布良好，不 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 与血清蛋白结合，毒性低，无抗原性。且磷霉素钙耐酶，有良好的化学稳定性。 在众多的口服抗生素中，具有广谱高效、不被胃酸破坏，且吸收不受食物影响【乃。 h 3 为铃a 唧 h 3 矿甜a h ，o o 一 。 磷霉素单氨丁三醇( 化学名：单( 2 氨基2 羟甲基1 ，3 丙二醇) ( 2r 顺式) ( 3 甲基1 ，2 环氧丙基) 一环氧丙基膦酸盐，1 - 2 4 ) 是磷酸衍生物系列第一个抗生 素，最早由意大利z a m b o n 公司发明，该盐具有水溶性好、口服吸收快、生物利 用度高等特点，临床应用上用于治疗泌尿系感染有良好效果。与其它抗生素几乎 没有交叉抗药性。目前磷霉素单氨丁三醇作为一种治疗泌尿系感染的首选药物己 在欧美等国广泛使用。 以磷霉素钠或含有少量有机酸的中性磷霉素钠为原料，合成磷霉素单氨丁三 醇的方法，属于精细化工合成领域。将1 0 1 6 倍量的h 型阳离子交换树脂在甲醇 溶液中于低温下在柱内进行交换反应，甲醇溶液作洗脱剂，可得含有磷霉素的甲 醇溶液；用适量氨丁三醇或磷霉素双氨丁三醇盐中和甲醇溶液；得到磷霉素单氨 丁三醇的甲醇溶液，将磷霉素单氨丁三醇的甲醇溶液脱色、过滤、浓缩，析晶、 过滤、干燥，得磷霉素单氨丁三醇盐成品【8 1 。 h 3 淋删一， 1 - 2 - 4 磷霉素咪唑盐及新型磷霉素类似物如下： 磷霉素咪唑盐【9 】( 1 2 5 ) 心榨 磷霉素类似物( 1 - 2 6 ，1 - 2 7 ) r 1 早2 h 三芏 丫、， r 3r 4 1 - 2 - 5 n 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 吼摊 c 5 h ，f 矿髭二 1 2 6 2 3 3 磷霉素的结构特征和药理特性 删2 摊 h o h 2 f 矿毹 ( 1 ) 磷霉素的结构特征 磷霉素结构和作用机制独特，它与p 内酰胺类药物及大环内酯类药物相比， 其结构比较简单，分子量小，其钠盐用于静脉滴注，钙盐和散剂用于口服。磷霉 素化学结构的特征是： a 具有稳定的环氧基团； b 具有碳磷结合的磷酸。磷酸与一般有机物不同，磷与碳直接相连，使得磷霉 素极难分解，非常稳定。 由于分子量小，故有利于磷霉素的吸收和转化。现己证明，磷霉素能降低治 癌药顺铂的肾毒性，这一作用与磷霉素分子上的磷有很大关系【1 0 】。近年，国内 在磷霉素减轻顺铂肾毒性实验方面取得较大的进展。结果表明，磷霉素对顺铂在 未产生蓄积中毒时的保护作用是明确的。另外，相关实验也证实磷霉素在降低毒 性的同时，并未对顺铂的抗癌作用产生抑制，而且对顺铂的抗癌作用还有轻度的 协同作用。 ( 2 ) 磷霉素的药理特性 磷霉素因其分子小，结构特殊，不同于其它抗菌药，故具独特的药理性质： a 抗菌谱广。对临床常见致病菌包括耐青霉素金葡菌、耐甲氧西林葡萄球 菌等革兰阳性菌，绿脓杆菌、大肠杆菌、变形杆菌、肺炎克雷白杆菌、产气杆菌、 志贺菌属等革兰阴性菌均具一定抗菌活性，作用居中。 b 细菌对磷霉素与其它抗生素之间的交叉耐药性不明显，故该品对耐药菌 株常有一定作用。属繁殖期杀菌剂，与多种抗菌药联用常呈协同作用。 c 组织分布好，能顺利渗入各种组织与体液，除胆汁、骨髓、脓液、胸水、 腹水外，包括在脑脊液、房水中也可达有效浓度。 d 毒性低微。肝、肾功能不全者应用较安全。与其它抗生素间无明显交叉 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 过敏，可用于对其它抗生素过敏的患者。 e 既可口服，又可注射。价格低廉，临床应用方便。由于这些特点，磷霉 素常用于敏感菌所致的各种感染，包括泌尿道、消化道、五官、皮肤软组织、骨 与关节等感染。也可与其它抗菌药联用用于脑膜炎、败血症、骨髓炎等严重感染、 混合感染与肝、肾功能不全者感染。菌种不明的需氧菌感染与混合感染者也可选 用。 近年来的研究证实：a a 磷霉素作用于细菌细胞壁合成的早期，因破坏细 菌的外层结构使其它多种抗菌药易进入菌体，从而产生协同作用。这些合用的药 物包括广谱青霉素、头孢菌素、氨基糖苷类、半合成四环素、氟喹诺酮类等。b b 细菌对磷霉素的耐药产生缓慢。c c 能破坏和抑制大肠杆菌、绿脓杆菌等细菌生 物膜的形成，阻碍金葡菌、链球菌表面产生荚膜或配体，对治疗相应的感染有利。 d d 能减轻氨基糖苷类抗生素的耳、肾毒性和抗肿瘤药顺铂和免疫抑制剂环胞素 的肾毒性，降低某些抗生素的过敏反应发生率。e e 抑制巨噬细胞产生一氧化氮， 具有免疫增强作用【l l 】。 2 3 4 磷霉素的作用机制 磷霉素是一种毒性低微的新型广谱抗生素，现已被临床广泛应用。磷霉素抗 菌机理是能够高浓度地进入细菌体内，阻止细菌细胞壁地初期合成，细菌细胞壁 由纵横排列的肽聚糖组成，合成该肽聚糖第三步地酶与磷霉素结合则失去活性， 从而阻断肽聚糖的生成，抑制了细胞的感染能力。磷霉素抗生谱较青霉素类和头 孢菌素类广，与庆大霉素相似对革兰氏阳性菌、阴性菌都具有杀灭作用。由于磷 霉素和其它抗生素的结构完全不同，故对其它抗生素耐药的细菌对本品仍敏感， 不会产生交叉耐药性。磷霉素可单独使用，也可与其它抗生素如青霉素族、氨基 糖苷类抗生素合用，其机理就是先使用磷霉素后，细菌的细胞壁变薄，通透性出 现缺1 ：3 ，从而有利于其它药物细菌体内【1 2 1 。由于磷霉素结合率低，弥散性强， 在各种组织中可达到有效浓度。另外，其毒性低微，稳定性好，所以应用非常广 泛。 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 2 3 5 磷霉素的作用及应用 ( 1 ) 磷霉素的抗菌作用及应用 磷霉素可单独使用，也可与其他抗菌药物联合应用。磷霉素作用于细菌细胞 壁合成的早期阶段，可因破坏细菌外层结构或改变并用药物进入菌体途径，使药 物在菌体内易于富集，从而出现良好的协同作用。 ( 2 ) 抗菌以外的作用与其应用研究 a 减轻其他药物毒副反应的作用 磷霉素可用于减轻若干药物的毒副反应，近年来，陆续报道了一些有关基础 与临床应用研究的结果，是一个很受注视的领域。 b 磷霉素的其他作用 ( 1 ) 影响细胞因子( c y t o k i n e ) 产生：磷霉素对脂多糖( l p s ) 刺激巨噬细胞产生 分泌型肿瘤坏死因子t n f a ( s t n f ) 有抑制作用，但不抑制膜结合型t n f a ( m t n f ) 的产生。指出：磷霉素的作用与甾体激素一地塞米松( d e x a m e t h a s o n e ，d e x ) 不 同，后者对上述两种类型t n f 的产生，均有抑制作用。磷霉素还具有增强d e x 对 $ t n f 的抑制作用。磷霉素对t n f a 产生的抑制作用最强，其后依次为l 1 d 、 c m c s f 、l 1 a 。磷霉素对l 6 、l 一8 的产生亦有抑制作用。磷霉素没有细胞因子 诱导作用。 ( 2 ) 磷霉素具有免疫增强作用，可增强机体防御能力。磷霉素还有抑制巨噬细胞 产生n o 的作用，通过调控n o 的产生，亦可影响身体防御一免疫系统。 ( 3 ) 磷霉素对原因不明的发烧、喘息和寻麻疹等过敏性疾病及有关的炎症有效， 对重症喘息发作，磷霉素与甾体激素并用，可减少甾体药物的用量和缩短疗程。 ( 4 ) 磷霉素能增强k - 5 6 2 细胞对抗癌药的敏感性，可改善肺纤维化和人i 型嗜t 淋巴病毒( h t l v 1 ) 脊髓综合症( h a m ) ，对特异性皮炎与难治性口内炎亦有效 【1 3 】。 2 3 6 磷霉素关键中间体的合成综述 磷霉素( p h o s p h o m y c i n ，f o s f o m y c i n ，f o m ) 是一种新型的广谱抗菌药，化学名 为：( 一) 一( 1 r ，2 s ) 1 ，2 环氧丙基膦酸。分子式：c 3 h 7 0 4 p ，分子量：1 3 8 0 6 。c a s ： 2 3 1 5 5 0 2 4 。 h 。球h 一酗唧 p c i 3 + 2t - b u o h + 3 e t 3 n 一( t - b u o ) 2 p c i + 2 e t 3 n h c l h c 三c - - c h 2 0 h h c 暑e c h 2 。 p ( 。- t b u ) 2 + e t 3 n h h c l 上h 2 伊c = c h o 器( 。t - b u ) 21 ： h 3 ：c ，2 三h 3 ：c ( + ) c 6 1 - 1 5 c h ( n h 2 ) c h 3 h 2 0 2 ，n f l 2 w 0 4 一飓袜菸p 由于三氯化磷活性高，其和叔丁醇的反应，不仅生成二元取代产物，也会 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 有一元取代和三元取代的产物，副反应多；以p d c 为催化剂对丙二烯基选择性 加氢，丙二烯基中两个双键加氢反应活化能相差不大，易发生过度加氢。因此， 该路线不仅副反应多、合成步骤长，而且选择性不高，收率较低。 ( 2 ) 路线二 磷酸酯和氯甲酸乙酯脱去一分子氯化氢后，与炔丙醇经取代、还原、水解反 应制得c i s 丙烯膦酸，与( + ) 一苯乙胺成盐后再经双氧水氧化成环、重结晶拆分 得到磷霉素中间体左膦右胺盐( s c h e m e1 - 2 - 3 ) 【1 7 1 。 h o p 三鼍羔+ c 。k 心c h 3 + n 盟c 叩也沪凸0 一。一p 乇鬻3 + e t 3 n h c i h 浯c - - c h 2 0 h h c 三c 一口2 0 p ( o - t - b u ) 2 n h 二- n h 二_ h 二o ， n i r a n c y h 3 司当。删2 三坞气0 呱、( + ) c 6 1 - i 瓦5 c h ( n i h 2 ) c h 3 一心球翟器蹦h p 由于( s c h e m e1 - 2 3 ) 路线步骤较长，原料成本较昂贵，溶剂及还原剂毒性较 大，水合肼选择性还原不好，收率较低，因此不适合工业化生产。 ( 3 ) 路线三 以酒石酸为手性修饰基团，经过如下反应得到了光学纯的磷霉素。这是用酒 石酸拆分的第一条不对称合成路线( s c h e m e1 - 2 4 ) t 2 0 1 。这个不对称合成方法不仅 步骤多，收率低，而且对映选择性差。工业上一般选择仅苯乙胺与c i s 丙烯膦酸 成盐后，再拆分可得左膦右胺盐。 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 h 、 ，h h 。户c 淀。 o 竺h 一、 h ，c 了h b rh 麓誊b r - -l ，、l，v 1 h 2 0 h 3 c 6 h “胥o h 2 4 论文选题及研究工作 2 4 1 论文选题 e t 3 n c h 2 c 1 2 h c h 3 c o n h b r h 2 0 h 芹f 三 h 绺 一n a o m e h 3 c t 禳 + ，、，、 m e o h 苫仔n 1 、t o s c h e m e1 1 2 4 磷霉素具有独特的化学结构与抗菌作用机制，与其他抗生素或抗菌药之间不 但没有交叉耐药性，而且多数呈现协同作用，不仅对常见非典型和细胞内呼吸道 病原菌具有强力活性，可治疗难治性呼吸器官感染、肺癌末期出现严重m r s a 与 铜绿假单胞菌混合感染以及癌症等患者危重感染：而且具有很强的抗菌作用以外 的生物活性。磷霉素虽在临床上已应用多年，但应用范围尚开发不够，不少人都 把眼光注视着新推出的抗菌药物。其实一些尚未经时间考验的药物恰恰不如已经 历多年应用并证明其有效安全的各种药物，磷霉素就是其中之一，应让它发挥更 大的作用。 传统的合成路线( s c h e m e1 - 2 2 ) 不仅副反应多、合成步骤长、而且选择性不 高，因而收率较低。新工艺( s c h e m e1 - 2 5 ) 使得合成路线缩短，副反应少，转化 率与选择性高，反应条件温和，操作容易控制，同时符合绿色化学发展的方向， 这对于实现经济发展和环境保护可持续发展具有重要意义。 h 弧 弧萁 m 。 + 浙江工业大学2 0 0 9 届硕士学位论文 2 4 2 论文研究工作 论文以三氯化磷和炔丙醇为原料研究了左膦右胺的合成新工艺( s c h e m e 1 - 2 5 ) ，重点研究了丙炔基二氯氧磷的重排、丙二烯膦酸的催化加氢和顺丙烯膦 酸的环氧化等关键步骤。同时优化工艺寻找合适的工艺参数，并建立起最终产物 以及各步反应中间体合适的分析条件，以便进行合理控制，提高反应收率。同时 对产品以及各个中间体进行有机光波谱分析，为磷霉素素的工业化生产提供理论 依据。 h 偿c c h 2 0 h 瓦p c i l 3h c 兰c - - c h 2 0 p c i 2 心c 一仁c 童c k骶三c 一明2 明丽画h 2 c c c 唧c 1 2 h 2 0 邸一嘞壶h ：c 器 n h 竺些二 天天o h h ，弧允篆