苯氧甲基青霉素提取与精制的车间设计.doc

苯氧甲基青霉素提取与精制的车间设计于有机溶剂。据此性质可用溶剂法提取此类抗生素。另外，-内酰胺类抗生素最重要的物理性质是-内酰胺环内羧基（C7=O）的红外光谱有较高的伸缩振动频率17701815cm-1；二级酰胺为15041695cm-1酯中羰基为1780cm-1，这种较高频率的震动特征反映了-内酰胺环的整体性，可用于此类抗生素的鉴别（见表1-1）。1. -内酰胺类抗生素概述一-内酰胺类抗生素特性和作用机制1. 结构特性 -内酰胺类抗生素包括青霉素、头孢菌素、头霉素（cephanycin）、硫霉素（thienamycin）、克拉维酸（clavulanic acid）、单环-内酰胺类（sulfazecins）等，其中仅前两者广泛用于临床，所以青霉素用途特别大。它的结构如图 这类抗生素都含有一个四元内酰胺环，并通过氮原子和相邻的碳原子和另一个杂环相稠合，这两个杂环可以是五元环也可以是六元环。它们结构上的共同特点是：与内酰胺环中氮原子相邻的碳原子上有一羧基；与内酰胺环中氮原子相对的碳原子有一羧基。按一种简化的方法可将未取代的两个稠环系统，分别为青核（penam）与头核（cepham），于是青霉素可称为6-酰胺-2-二甲基青核-3-羧酸。2. 物理性质3. 这类抗生素大都是白色或黄色无定形或结晶性固体。通常熔点不明显，温度升高时分解。结构中含有三个不对称碳原子，故具有旋光性。分子中的羧基有相当强度的酸性，能和一些无机或者有机碱形成盐。其盐易溶于极性溶剂，特别在水中。当以游离酸形式存在时，易溶化学性质-内酰胺类抗生素通常很活泼，它们的化学性质大都和-内酰胺环有关，由于为稠环系统，故环的应力增加，因而反应性能更强。在很多情况下，内酰胺环中羰基的反应性能和羧酸酐相似，很易被亲和试剂和亲电试剂作用，使内酰胺环打开而失去活性。与青霉素相比头孢菌素较不易发生开环反应，如醇能很快和青霉素的-内酰胺环起作用，但头孢菌素较稳定，故可以把甲醇作为重结晶的溶剂。头孢菌素对酸也较稳定。4. 作用机制-内酰胺类抗生素的作用机制是通过抑制肽聚糖及D-丙氨酸羧肽酶的活性抑制肽聚糖合成，从而干扰细胞壁合成。这种干扰是不可逆的，且杀菌浓度和抑菌浓度很接近。由于动物细胞没有细胞壁，更不含肽聚糖结构，因而对动物细胞的合成没有影响。这种优良的选择性毒性，使-内酰胺类抗生素成为一类高效、安全的抗细菌感染药物。2、 发展概况 在1929年，由于英国的Fleming发现了青霉素的分泌物可抑制葡萄球菌生长，从而导致世界上第一个-内酰胺抗生素青霉素的发现。但在Flening时期限于当时培养技术、分离技术和当时磺胺类抗菌素药物的兴起，使其在发现后的相当长的一段时间内未能引起足够的重视。直到1940年，Florey和Chain等分别自青霉素发酵液中提取得到青霉素结晶，并证明其能够控制严重的革兰阳性细菌感染而对机体没有毒性，使其在临床开始广泛应用，从而开创了抗生素用于抗感染化疗的新时代。 1945年，意大利的Brotzu发现一株顶头孢霉（Cephalosporium acremonium)，并证明它的代谢产物具有广谱抗细菌作用。1953年，Abraham从这一霉菌的发酵液中分离得到化学结构不同于青霉素的第二类-内酰胺抗生素头孢菌素C。但这一原始化合物由于活性低，而未能直接用于临床。 1958年青霉素母核6-氨基青霉烷酸（6-APA）和1960年头孢菌素C母核7-氨基头孢烷酸（7-ACA)的发现，使青霉素和头孢菌素的侧链改造成为可能，随之许多具有不同特色的半合成青霉素和半合成头孢菌素不断涌现并应用与于临床。 在发现头孢菌素20多年之后，又先后发现了头霉素（cephamycian）、克拉维酸（clavulanic acid）、硫霉素（thienamycian)、单环-内酰胺等一系列具有不同于青霉素和头孢菌素母核的新型-内酰胺抗生素（见表1-2）。与霉菌产生的青霉素及头孢菌素不同的是，这些新型-内酰胺抗生素都是由放线菌或细菌产生的，但具有共同的-内酰胺环，也可以进行侧链改造，从而为新开发的具有多种特色的半合成-内酰胺抗生素开辟了更多的途径。 由于-内酰胺抗生素的多样性，目前可以毫不夸张地说，除了分歧杆菌等极少数的病原菌外，-内酰胺抗生素对其他所有细菌的感染都能提供安全及有效的治疗。3、 临床应用的主要-内酰胺抗生素及其生物活性 临床应用的-内酰胺抗生素分为青霉素、头孢菌素和新型-内酰胺三类，它们绝大多数都是有天然-内酰胺抗生素半合成得到的。 卞青霉素（青霉素G）和青霉素V（苯氧甲级青霉素）是仅有的直接用于临床的天然-内酰胺抗生素。它们对革兰阳性细菌有很强的抗菌活性，而对革兰阴性菌无活性，容易受-内酰胺酶作用而失活，因而对耐药菌株无效。通过侧链的化学改造，可获得一系列广谱、甚至对绿脓杆菌有效或耐-内酰胺酶的半合成青霉素。目前在临床上应用的主要有氨苄西林(广谱）、替卡西林（抗绿脓杆菌）、甲氧西林(耐青霉素酶）、氯唑西林（耐青霉素酶）等。 典型的天然头孢菌素为头孢菌素C和7-甲氧头孢菌素C（头霉素C）。它们都具有广谱抗细菌作用，且对青霉素酶稳定；后者还能耐受头孢菌素酶。由于天然物的抗菌活性不高，或抗菌谱不够理想，故临床上应用的都是它们的半合成衍生物，如头孢力行（口服)、头孢克洛（口服）、头孢唑林（注射）、头孢西丁（注射，耐-内酰胺酶）、头孢他啶（注射，耐-内酰胺酶，抗绿脓杆菌）等。 许多天然存在的碳青霉烯对革兰阳性和隐性细菌有广谱抗菌活性，并对-内酰胺酶高度稳定。但和其他-内酰胺不同，它们易被哺乳动物肾脏中的二肽酶水解失活。硫霉素是这类抗生素的最优秀代表，它具有极强及极广泛的抗菌活性。它的亚氨基衍生物亚氨青霉素烯（imipenem）与二肽酶抑制剂（cilastatin）的复合制剂已广泛用于重症细菌感染的临床治疗中。 单菌胺（monobactam）是由细菌产生的单环-内酰胺抗生素的总称。所有天然存在的单菌胺都是3-氨基-2-氧-1-氮杂环丁烷磺酸的N-酰基衍生物，一般抗菌活性不强，通过侧链改造可以使活性显著增强。第一个临床应用的单菌胺衍生物是注射用氨曲南（aztreonam），它对革兰阴性细菌有很强的活性，对-内酰胺酶高度稳定，但对革兰阳性细菌和厌氧菌的活性较弱。单菌胺一般由氨基酸合成得到。 克拉维酸是链霉菌的代谢产物，它本身的抗菌活性很弱，但有很强的-内酰胺酶抑制活性，裕对-内酰胺酶敏感的-内酰胺抗生素合用有很好的协同作用。克拉维酸与阿莫西林（羟氨苄青霉素）或替卡西林（羧噻吩青霉素）的复合制剂已被广泛用于临床。2、 青霉素1、 天然存在的青霉素 青霉素是一族抗生素的总称，当发酵培养基中不假侧链前体时会产生多种N-酰基取代的青霉素混合物，它们合称为青霉素族抗生素。它们的共同结构如图1-1所示，由式（）可见，青霉素可看作是由半胱氨酸和缬氨酸结合而成。式（）中R代表侧链，不同类型的青霉素有不同的侧链。用不同的菌种，或培养条件不同，可以得到各种不同类型的青霉素，或同时产生几种不同类型的青霉素。其中以卞青霉素（青霉素G）疗效最好，应用最广。如不特别注明，通常所谓青霉素即指卞青霉素。青霉素V对酸稳定，在胃酸中不会被破坏，可口服给药。目前已知的天然青霉素的结构和生物活性见表2-3.2、 青霉素的理化性质1、 稳定性固体青霉素盐的稳定性与其含水量和纯度有很大的关系。干燥纯净的青霉素盐很稳定，国产青霉素盐和普鲁卡因盐的有效期都规定在三年以上。并且对热稳定，如结晶的青霉素钾盐在150加热1.5h，效价也不降低。因此，利用此性质，结晶青霉素可进行干热灭菌。但青霉素的水溶液则很不稳定，受pH值和温度的影响很大。由表1-4可见，水溶液pH值在57较稳定，最稳定的pH值为66.5。一些缓冲液，如磷酸盐和柠檬酸盐对青霉素有稳定作用，柠檬酸盐的稳定能力比磷酸盐更好。这是由于磷酸盐对酸的缓冲能力较差，且其缓冲能力随pH值下降而显著下降，而柠檬酸盐的缓冲能力则随pH值下降有显著增加。在无水的非极性溶剂中青霉素很稳定，如在无水氯仿中，经350h，活性无损失。2、 溶解度青霉素游离酸在水中的溶解度很小，易溶于有机溶剂如醋酸乙酯、苯、氯仿、丙酮和醚中。而青霉素钾、钠盐易溶于水和甲醇，可溶于乙醇，在丙醇、丁醇、丙醇、醋酸乙酯、吡啶中难溶或不溶。普鲁卡因青霉素G易溶于甲醇，难溶于丙酮和氯仿，不溶于水。青霉素G钠盐和普鲁卡因青霉素G在各种溶剂中的溶解度见表1-5。当溶剂中含有少量水分时，则青霉素的碱金属盐在有机溶剂的溶解度就大大增加。3、 降解反应 青霉素是很不稳定的化合物，遇酸、碱或加热都易分解而失去活性，并且分子很易发生重排，有时甚至在很温和的条件下，也会发生重拍。分子中最不稳定的部分是-内酰胺环，而其抗菌能力取决于-内酰胺环，故青霉素的降解产物几乎都不具有活性。 青霉素在水溶液中，当pH7时，-内酰胺环水解而形成青霉噻唑酸（，penicilloic acid），它含有两个羧基和一个碱性的亚氨基。在青霉素酶（-内酰胺酶）、亚硫酸氢盐和各种重金属离子的作用下，也会生成青霉噻唑酸。青霉噻唑酸在