《药物化学基础(中职药剂专业)》第章：抗生素

第13章抗生素 主要内容第1节 内酰胺类抗生素一 青霉素及半合成青霉素类二 头孢菌素及半合成头孢菌素类三 内酰胺类抗生素的稳定性四 内酰胺类抗生素的过敏反应五 内酰胺酶抑制剂六 代表药物第2节氨基糖苷类抗生素第3节大环内酯类抗生素第4节四环素类抗生素第5节氯霉素类抗生素第6节其他类抗生素 学习目标 1 掌握 内酰胺类抗生素的分类 结构特征 2 掌握耐酸 耐酶及广谱青霉素的结构特点 3 掌握青霉素 氨苄西林 头孢氨苄 头孢羟氨苄 头孢噻肟钠 链霉素 庆大霉素 四环素 氯霉素的结构及性质 4 理解抗生素的分类 红霉素的结构特点 理化性质及结构改造 5 了解抗生素的发展 氨基糖苷类抗生素 大环内酯类抗生素及四环素类抗生素的结构特点 定义 抗生素是指某些微生物的次级代谢产物或用化学方法合成的药物 能选择性地抑制或杀灭病原微生物 而对宿主不会产生严重的毒性 来源 不仅来自微生物 现已扩大到由动 植物和利用化学合成或半合成的方法来制得 目前抗生素的主要来源为生物合成 人工半合成或全合成 分类 按化学结构抗生素可分为 内酰胺类 氨基糖苷类 大环内酯类 四环素类 氯霉素和其他类 第1节 内酰胺类抗生素一 青霉素及半合成青霉素类二 头孢菌素及半合成头孢菌素类三 内酰胺类抗生素的稳定性四 内酰胺类抗生素的过敏反应五 内酰胺酶抑制剂六 代表药物 内酰胺类抗生素基本结构 内酰胺环 青霉素类 13 1 头孢菌素类 13 2 本节主要介绍内容 13 1 13 2 内酰胺类抗生素的分类 单环 内酰胺类 13 3 碳青霉烯类 13 4 头霉素类 甲氧头孢 13 5 13 3 13 4 13 5 内酰胺类抗生素的分类 从以上结构分析 1 有一个四元的 内酰胺环 2 内酰胺环通过N1和邻近的第三碳原子与另一五元或六元杂环相稠合 3 内酰胺环是平面结构 与稠合的五元或六元杂环不共平面 4 与N1相邻的碳原子上 2位 连有一个羧基 5 除了碳青霉烯类外 内酰胺环的 位上都有一个酰胺基侧链 一 青霉素及半合成青霉素类 一 青霉素青霉素是霉菌属的青霉菌所产生的一类结构相似的抗生素 其中以青霉素G 13 6 和青霉素V 13 7 最常见 临床上常用其钠盐或钾盐 6 APA 13 6 13 7 青霉素V是在产生青霉素G的同一种菌种中 加入N 2 羟乙基苯氧基 乙酰胺作前体而生物合成的 其抗菌活性较低 但比青霉素更稳定 不易被胃酸破坏 可以口服 天然青霉素的优缺点 优点 青霉素对各种球菌和革兰阳性菌疗效好 毒性低 缺点 但抗菌谱窄 易产生耐药性 对酸不稳定 少数人严重过敏 二 半合成青霉素 耐酸耐酶广谱 各种类型的侧链 半合成青霉素 内酰胺环 氢化噻唑环 1 耐酸青霉素在青霉素侧链酰胺 位上引入吸电子基 如非奈西林 13 8 丙匹西林 13 9 均对酸较稳定 可以口服 且口服吸收比青霉素V好 2 耐酶青霉素在改造青霉素的过程中 在侧链酰胺羰基上引入一些体积较大的基团 如三苯甲基青霉素 13 10 苯唑西林 13 11 双氯西林 13 12 它们既耐酶又耐酸 3 广谱青霉素侧链氨基的存在 对革兰阴性菌有较强的抑制作用 如从头孢霉菌发酵液中分离出的阿地西林 13 13 对革兰阳性菌的作用比青霉素弱 但对革兰阴性菌作用优于青霉素 13 13 对革兰阴性菌和革兰阳性菌都有较强抑制作用的氨苄西林 13 14 口服效果差 在其苯环对位上引入羟基 得到口服吸收较好的阿莫西林 13 15 将羧基或磺酸基替代氨基 得到羧苄西林 13 16 和磺苄西林 13 17 除了对革兰阳性菌和革兰阴性菌有效外 对绿脓杆菌和变形杆菌也有较强的抑制作用 以噻吩代替羧苄基中的苯环及在C6 位上引入甲氧基 得到替莫西林 13 18 具有广谱耐酶双重作用 对革兰阳性菌无效 且抗菌效果更佳 13 18 二 头孢菌素及半合成头孢菌素类 头孢菌素又称先锋霉素 天然的头孢菌素C 13 19 是由头孢菌属的真菌所产生的抗生素 其结构由D 氨基己二酸和7 氨基头孢烷酸 7 ACA 缩合而成 13 19 与青霉素相比 头孢菌素C更稳定 具有耐酸 耐酶 毒性小等优点 但抗菌活性低 是因为7位侧链上D 氨基己二酸亲水性过强 头孢菌素C的优缺点及原因 头孢菌素的基本母核 内酰胺环 氢化噻嗪环 7 ACA 7 氨基头孢烷酸 改造的部位有以下四处 7位酰胺侧链 是决定抗菌谱的基团 可扩大抗菌谱 提高活性 7 氢原子 以甲氧基取代可以增加 内酰胺环的稳定性 氢化噻唑环中的硫原子 对抗菌活性有影响 3位上的取代基 影响药物的药代动力学性质 提高活性 用亲酯性取代基代替7位侧链 同时在3位保留乙酰氧基或引入杂环得到头孢噻吩 13 20 头孢唑啉 13 21 抗菌活性增强 和 处改造 广谱 可口服的头孢菌素 侧链酰胺 位上引入亲水性基团 SO3H NH2 COOH 如头孢磺啶 13 22 头孢氨苄 13 23 头孢羟氨苄 13 24 头孢拉定 13 25 耐酶和广谱的头孢菌素 7位侧链引入顺式的甲氧肟基 得到头孢呋辛 13 26 对 内酰胺酶有较高的稳定性 引入2 氨基噻唑基团 如头孢噻肟 13 27 等 13 26 13 27 三 内酰胺类抗生素的稳定性 不稳定的结构因素 内酰胺环的羰基与N1上的未用电子对不能共轭 所以易受到亲电性或亲核性试剂的进攻 使 内酰胺环破坏而失去活性 如青霉素遇酸发生水解的同时 进行分子重排 pH 4 生成青霉烯酸 13 28 pH 2生成青霉二酸 13 29 加热进一步分解生成青霉醛 13 30 和D 青霉烷胺 13 31 13 28 13 29 13 30 13 31 一 遇酸或碱发生分解反应 青霉素如遇碱或特异性酶 青霉素酶 内酰胺环首先破裂 分解为青霉酸 13 32 如加氯化汞溶液或加热 也可进一步分解生成D 青霉胺和青霉醛 13 32 青霉素如遇胺和醇时 胺和醇也会进攻 内酰胺环 发生类似碱水解的 内酰胺环的开裂 产生为相应的酯或酰胺 金属离子 温度和氧化剂均可催化上述反应 头孢菌素类抗生素是由 内酰胺环和氢化噻嗪六元环并合的 由于六元环的张力比五元环小 且C2与C3位双键可与 内酰胺环上氮原子未共用的电子对共轭 因此头孢菌素类比青霉素类稳定 二 聚合反应 内酰胺类抗生素在生产过程中 如青霉素钠盐 冷冻或喷雾干燥时 易引起 内酰胺环开裂 发生分子间聚合反应 形成高分子聚合物 四 内酰胺类抗生素的过敏反应 案例13 1一对夫妇 妻子为护士 丈夫近期患感冒加重 妻子决定将青霉素粉针剂注射来 消炎 经皮试为阴性后 自行在家肌注80万单位 注射几分钟后 妻子因故外出 一小时后回家发现丈夫死亡 经法医检查无外伤 中毒等其他致死原因 认定为青霉素过敏性休克导致死亡 问题 1 妻子的做法合适吗 2 青霉素的适应症是什么 妻子用青霉素给感冒消炎合理吗 3 青霉素用前为什么必须做皮试 青霉素过敏的原因有哪些 少数人在使用 内酰胺类抗生素时 易引起过敏反应 严重时会导致死亡 经研究发现 引起过敏反应的基本物质有外源性和内源性两种 外源性过敏原主要来自 内酰胺类抗生素在生物合成中引入的蛋白多肽类和青霉噻唑蛋白 五 内酰胺酶抑制剂 克拉维酸 13 33 又称棒酸 与 内酰胺类抗生素联合使用 可起协同作用 如克拉维酸 阿莫西林组成复合制剂 称为奥格门汀 用于治疗耐羟氨苄西林细菌所引起的感染 13 33 舒巴坦 13 34 临床上常将氨苄西林与舒巴坦以次甲基相连形成双酯结构的前体药物 称为舒他西林 13 35 13 33 13 34 六 典型药物 案例13 2某患者肺部感染 发热数日 出现代谢性酸中毒症状 医生拟用青霉素G钠粉针剂与5 碳酸氢钠合用静滴 问题 1 该用药是否合理 2 青霉素G不溶于水 如何制成其注射用粉针剂 3 青霉素G与碱性药物或酸性药物的注射液能合用吗 4 如何鉴别青霉素 5 青霉素的固体粉针剂有必要放在阴凉处保存吗 6 青霉素可用于哪些细菌感染的治疗 青霉素 又称苄青霉素 青霉素G 结构中有游离羧基 临床上常用其钠盐或钾盐作注射剂使用 常制成粉针剂 临用前用灭菌注射用水溶解后供药用 忌与碱性药物如氨茶碱 碳酸氢钠等注射液合用 也不能与盐酸氯丙嗪 硫酸阿托品等酸性注射液合用 青霉素在碱性条件下与羟胺反应 内酰胺环破裂生成羟肟酸 后者在酸性溶液中与三价铁离子生成酒红色配合物 本品主要用于革兰阳性菌 如链球菌 淋球菌及肺炎球菌和阴性球菌所引起的全身或严重的局部感染 用药前要做过敏试验 氨苄西林 在稀酸或稀碱液中溶解 本品具有 氨基酸的性质 遇茚三酮即显蓝色 加热后显红色 遇碱性酒石酸铜试液显紫色 分子中还有类似肽键 CONH 结构 可产生双缩脲反应 本品口服 注射均可 但口服吸收不完全 注射一般制成粉针剂 主要用于对青霉素敏感的革兰阳性球菌 痢疾杆菌 伤寒杆菌 大肠杆菌 变形杆菌和流感菌等引起的感染 阿莫西林 本品分子中含有酸性的羧基 弱酸性的酚羟基 碱性的氨基 呈酸碱两性 本品的水溶液在pH6时比较稳定 但在一定条件下 也会发生降解反应和聚合反应 本品对革兰阴性菌作用强 易产生耐药性 主要用于泌尿系统 呼吸系统 胆道等感染 口服吸收较好 头孢噻吩钠 先锋霉素 主要用于治疗耐金黄色葡萄球菌和一些革兰阴性杆菌所引起的败血症 呼吸道 泌尿道感染 头孢噻肟钠 主要对革兰阴性菌的抗菌活性比较高 尤其对肠杆菌及大多数厌氧菌有强的抑制作用 主要用于治疗敏感细菌引起的败血症 脑膜炎 呼吸道 胆道 消化道 皮肤和软组织等部位的感染 头孢氨苄 又称先锋霉素 头孢力新 本品口服吸收好 主要用于大肠杆菌 链球菌等敏感菌所致的呼吸道 泌尿道 皮肤和软组织等部位的感染治疗 本品易氧化 贮藏应遮光 密封 在不超过30 的阴暗处保存 其他常用 内酰胺类抗生素 对绿脓杆菌 变形杆 肺炎杆菌作用强 耐酸 耐酶 对革兰氏阴性菌作用强 注射给药 抗菌谱广 耐酶 对绿脓杆菌均活性优于其他头孢菌素 可口服 抗菌谱广 对革兰氏阴性菌和绿脓杆菌均有效 哌拉西林 头孢唑林 头孢哌酮 头孢克洛 第2节氨基糖苷类抗生素 氨基糖 单糖或双糖 与氨基环己醇形成的苷 概念 特性 由于分子中含有氨基等碱性基团 显碱性 可形成结晶性硫酸盐或盐酸盐 水溶性较大 常用药物 链霉素 卡那霉素 庆大霉素 妥布霉素 巴龙霉素 新霉素 硫酸链霉素 本品在酸性条件下水解 生成链霉胍和链霉胺 后者进一步水解生成链霉糖和N 甲基葡萄糖胺 链霉素 链霉素加氢氧化钠试液 加热水解生成的麦芽酚 与Fe3 硫酸铁铵试液 反应生成紫红色络合物 这是链霉素的特有反应 可用于鉴别 链霉素加氢氧化钠试液水解生成的链霉胍 可与8 羟基喹啉及次溴酸钠反应显橙红色 对结核杆菌抑制作用很强 主要用作抗结核药 尤其对结核性脑膜炎和急性浸润性肺结核有很好的疗效 常与异烟肼等联用以减少耐药性 对第八对脑神经有损害 严重的可能产生眩晕 耳聋等 对肾脏也有毒性 硫酸链霉素分子中有一个醛基 可被维生素 葡萄糖等还原成双氢链霉素 毒性增加 因此使用时应避免与维生素 葡萄糖等药物配伍使用 硫酸庆大霉素 庆大霉素是从小单孢菌产生的抗生素 包括庆大霉素C1 C1a C2 三者均由脱氧链霉胺 紫素胺和N 甲基 3 去氧 4 甲基戊糖胺综合而成的苷 药用其混合物的硫酸盐 硫酸阿米卡星 本品主要用于对卡那霉素或庆大霉素耐药的革兰阴性菌所致尿道 呼吸道及生殖系统等部位感染 对败血症也有疗效 第3节大环内酯类抗生素 结构特点 大环内酯类抗生素的结构特征为分子中含有一个十四元或十六元大环内酯结构 通过内酯环上的羟基与去氧氨基糖缩和生成的碱性苷 主要药物 此类药物主要有红霉素及其结构改造衍生物 麦迪霉素等 一 红霉素 红霉素是由红色链丝菌产生的抗生素 包括红霉素A B C三种成分 A为抗菌活性主要成分 B及C抗菌活性弱且毒性大 被视为杂质 中国药典要求作限量检查 性质 红霉素结构中红霉内酯环为十四元内酯环 在酸性条件下不稳定 易发生分子内的脱水环合反应 失去活性 剂型 由于其在酸性条件下不稳定 口服后易被胃酸破坏 生物利用度差 需制成肠溶片剂 制成红霉素琥珀酸乙酯 称为琥乙红霉素 为红霉素的前体药物 无苦味 在胃酸中稳定 可制成口服剂型应用 红霉素在水中极微溶解 制成红霉素乳糖酸盐可供注射用 结构改造 对红霉素进行结构改造 一些红霉素的半合成衍生物用于临床 例如罗红霉素 克拉霉素 阿奇霉素等 二 麦迪霉素 麦迪霉素是米加链霉菌产生的抗生素 含麦迪霉素A1 A2 A3 A4四种成分 麦迪霉素A1为主要成分 抗菌性能与红霉素相似 第4节四环素类抗生素 四环素类抗生素是放线菌产生的一类广谱抗生素 包括金霉素 土霉素 四环素及半合成四环素类抗生素 具有十二氢化并四苯基本结构 该类药物有共同的A B C D四个环的母核 仅在5 6 7位上有不同的取代基 一 四环素类抗生素的基本结构 对四环素结构进行改造 得到半合成四环素类 将四环素分子中6位的羟基除去 不仅不影响抗菌活性 而且提高了脂溶性 改善了吸收 增加了稳定性 如多西环素 强力霉素 米诺环素 抗菌活性强 二 四环素类抗生素的主要性质1 酸碱两性 化学结构中4位的二甲氨基显碱性 C3 C5 C6 C10 C12 C12a 含有酚羟基或烯醇基 显酸性 故为酸碱两性化合物 能在酸性或碱性溶液中溶解 2 稳定性 pH 2的酸性条件下 消去反应 生成脱水四环素 弱碱性条件下 C环破裂 生成具有内酯结构的异构体 pH2 6下 C4 二甲氨基发生可逆性的差向异构体 生成无效而毒性较大的差向异构体 多西环素和米诺环素C6位上不存在 OH 所以不发生脱水和开环反应 抗菌作用强 应用广 四环素类分子中含有酚羟基和烯醇基 能与金属离子形成不溶性的黄色钙盐或镁盐 与铁离子形成红色螯合物 第5节其他抗生素 氯霉素 本品结构中含有两个手性碳原子 有四个旋光异构体 其中仅D 苏阿糖型有抗菌活性 为临床上使用的氯霉素 本品性质稳定 能耐热 水溶液煮沸5小时不失效 在中性或弱酸性 pH4