頭孢雷特的合成與解析

李世文，劉 杰，李 銳

(河南中帥醫藥科技股份有限公司，河南 鄭州 450000)

頭孢雷特(Ceforanide)是一種非腸道使用的半合成廣譜抗生素，文獻報道其合成方法主要涉及對7-ACA的兩部分的化學修飾或改造(7-ACA結構式見圖1)：(1)C-3位乙酰基改造的化學合成；(2)C-7位氨基的改造的化學合成，一般在C-3位改造完成后再進行C-7位改造。C-3位乙酰基改造的化學合成方法主要包括：堿性溶液共熱法，三氟化硼乙醚或三氟化硼乙腈催化法，引入的側鏈為5-巰基-1H-四氮唑乙酸(以下簡稱MTAA，結構式見圖2)；C-7位氨基的改造化學合成方法主要包括：酰氯法，混合酸酐法、活性酯法，涉及到的側鏈為2-氨甲基苯乙酸(以下簡稱AMPAA，結構式見圖3)。上述各種方法，各有優劣。

圖1 7-ACA結構式

圖2 MTAA結構式

圖3 AMPAA結構式

1 路線綜述[1-5]

頭孢雷特的制備路線為：選擇三氟化硼乙醚催化法實現先C-3位乙酰基改造的化學合成，制備關鍵中間體3-[(1-羧甲基)四氮唑-5-巰基]甲基-7-氨基-4-頭孢烷酸(即ACATAA)。C-7位氨基的改造化學合成方法中，采用三乙保護的AMPAA，酰胺鍵構造方法中，優選混合酸酐法。C-7位氨基的改造選擇了三乙保護的AMPAA制備混合酸酐法，并使用了一種常用的頭孢類化合物助溶劑，即四甲基胍改進了ACATAA的活化方法，摒棄了水作為溶劑的工藝。最后利用N，N-二甲基胺芐(即BDMA)與頭孢雷特形成復鹽后與雜質的BDMA鹽在水-丙酮溶液中溶解度不同而分離，而后酸化得到頭孢雷特，反應操作步驟簡單，收率及純度得到提高，工藝穩定。

最終確定如下合成路線見圖4。

圖4 頭孢雷特合成路線

頭孢雷特的精制

關于頭孢雷特的精制方法，文獻有著詳細報道，利用N，N-二甲基胺芐(以下簡稱BDMA)與頭孢雷特形成復鹽后與雜質的BDMA鹽在水-丙酮溶液中溶解度不同而分離，而后酸化得到頭孢雷特，精制后頭孢雷特純度提高明顯，操作簡便，因此我們選擇該路線作為頭孢雷特的精致方法。

2 實驗部分

2.1 主要儀器與試劑

反應儀器：

JJ-1電動攪拌器，低溫恒溫反應浴。

檢驗儀器：

高效液相色譜儀，用葡聚糖凝膠G10(10.0×300mm)為填充劑，柱長30cm。

檢測條件：

以含3.5%硫酸銨的pH值7.0的0.1mol/L磷酸鹽緩沖液〔0.1mol/L磷酸氫二鈉溶液-0.1mol/L磷酸二氫鈉溶液(61∶39)〕為流動相A，以水為流動相B，流速為每分鐘0.8mL，檢測波長為254nm。

實驗試劑：

5-巰基-1H-四氮唑乙酸，三氟化硼乙醚，甲醇，乙腈，水，氫氧化鈉，鄰氨甲基苯乙酸，乙酰乙酸甲酯，二氯甲烷，特戊酰氯，四甲基胍，丙酮，鹽酸。

2.2 實驗過程

2.2.1 化合物4 的制備

在 2000mL的反應瓶中加入 108.8g (0．4 mol)7-ACA，560mL乙腈和64g 5-巰基-1H-四氮唑乙酸，攪拌下慢慢滴加 170.4g三氟化硼乙醚，加完后升溫至 30℃并保溫至反應結束(液相跟蹤)。反應結束后用冰浴冷卻至10～15℃，加水200mL，用濃氨水將體系的pH值調至3.0～3.5，有固體析出，繼續攪拌約 0.5 h，過濾，固體用甲醇洗滌(2× 200mL)，再用丙酮洗滌(2×200mL)所得固體經干燥，得142g淡黃色粉狀固體。純度：98%，干燥失重：0.7%。

2.2.2 2-氨甲基苯乙酸鄧鈉鹽的制備

在2000mL的三口反應瓶中，加入600mL的無水乙醇，常溫攪拌下加入氫氧化鈉(31g，0.55mol)，體系發熱，待氫氧化鈉完全溶解后冷卻至室溫，分批加入鄰氨甲基苯乙酸(82.6g，0.5mol)，攪拌至完全溶解，加熱使回流，滴加乙酰乙酸甲酯(64g，0.55mol)，1h滴加完畢，滴完后回來反應2h。減壓濃縮至300～400mL，冷卻至5℃以下攪拌下慢慢加入500mL乙腈析晶2h，抽濾，濾餅用乙腈洗滌，得白色粉末結晶88.6g。純度：99.4%，干燥失重：0.4%。

2.2.3 混合酸酐溶液A的制備

在帶攪拌和溫度計的1000mL三口燒瓶中加入29.9g(0.1mol，M=299)2-氨甲基苯乙酸鄧鈉鹽及250mL無水二氯甲烷、100mLDMF，攪拌10min，加入N-甲基嗎啉0.2mL，冷卻至-5℃到-10℃，攪拌下滴加特戊酰氯12.06g(0.1mol，M=120.58，d=0.979，12.32mL)保持反應液溫度-5℃到-10℃攪拌反應30min。反應液降溫至-10℃到-15℃備用。

2.2.4 化合物4的溶液B的制備

在帶攪拌和溫度計的500mL三口燒瓶中加入37.2g(0.1mol)精制化合物4及100mL二氯甲烷，攪拌下冷卻至-5-10℃，滴加四甲基胍24.2g(TMG，0.21mol，M=115.18，d=0.918，26.4mL)，攪拌30～60min得淡黃色透明溶解液，降溫至-10-15℃備用。

2.2.5 縮合反應與水解反應

保持反應液A溫度-10℃到-15℃，勻速滴加入反應液B，加畢，保持在-10℃到-15℃攪拌2h。

縮合反應結束后，攪拌下將反應混合物倒入250mL水中，靜置，分出水層，有機層用水100mL萃取，合并水層，加入15g活性炭脫色30min，過濾，濾液降溫至0℃，用稀鹽酸(4N)調節pH值=3.5，攪拌結晶60min，析出的淡黃色沉淀過濾、濾餅分別用150mL冰水、150mL甲醇、150mL丙酮洗滌。35℃真空干燥至恒重。純度：99.2% 。

2.2.6 頭孢雷特的精制

取頭孢雷特粗品20g 置于500mL的燒瓶中，用260mL丙酮-水(丙酮∶水=1∶1)的混合溶劑25～30℃下攪拌成勻漿。攪拌下滴加N，N-二甲基芐胺(BDMA)6.5mL 條件體系pH值=7.4～7.6，攪拌至溶液澄清。滴加320mL丙酮至上述溶液中，有固體結晶析出，加冰浴攪拌使結晶30分鐘抽濾，濾餅用丙酮沖洗得雷特BDMA鹽。40℃真空干燥。

將上步所得頭孢雷特BDMA鹽加入200mL水中，用10%的氫氧化鈉溶液調節體系pH值至7.5攪拌待固體溶清，加活性炭4g，攪拌脫色30min后抽濾 ，收集濾液用4N的鹽酸調節體系pH至到3.5冰浴攪拌使結晶30分鐘后抽濾，濾餅分別用甲醇和丙酮洗滌，收集濾餅真空干燥得頭孢雷特產品15g。

2.2.7 無菌原料頭孢雷特的制備

取頭孢雷特產品15g加入45mL的水中在15～20℃下攪拌成溶液，用氨水調節體系pH值到7得到澄清溶液。澄清溶液用活性炭脫色硅藻土助濾，無菌過濾。濾液在15～20℃下與等體積的甲醇混合后用鹽酸調節pH值到3.5 攪拌1h后抽濾，濾餅分別用甲醇和丙酮洗滌。收集濾餅20℃真空干燥至恒重得無菌頭孢雷特。

2.3 產品解析

(1)高分辨質譜分析表明樣品的準分子離子峰[M+H]+為520.1076，可推斷其分子量為519.0096，與頭孢雷特的理論精確分子量519.0095相比，誤差小于3ppm，元素匹配結果表明其元素組成為C20H22N7O6S2，與頭孢雷特的結構一致，證明其元素組成正確。

(2)IR：3430，3277 cm-1：-NH的伸縮振動，1780，1654cm-1：為酰胺C=O的伸縮振動，1539 cm-1：為酰胺的N-H彎曲振動及C-N伸縮振動，說明分子中含有兩個酰胺羰基；3200～3056處的多個小峰說明分子中還含有NH2。1H NMR上δ9.436～9.416(1H，d)ppm的酰胺質子、δ8.57(4H，br)ppm的活潑質子與13CNMR譜上δ163.350(季C)ppm、171.481(季C)ppm的C-8、C-10進一步證明了它們的存在。

(3)IR：3300～2500 cm-1：-OH的伸縮振動，1702 cm-1：羧酸中羰基的伸縮振動，1382，1311cm-1：羧酸中OH的彎曲振動及C-O伸縮振動，說明分子中含有COOH。1H NMR上δ8.57(4H，br)ppm的活潑質子和13C NMR譜上δ163.515(季C)ppm、δ166.796(季C)ppm的C-19、C-22進一步證明了它們的存在。

(4)IR：3056 cm-1：苯環=CH的伸縮振動，1620，1584，1450cm-1：為C=C雙鍵的伸縮振動，761cm-1：為苯環上C-H面外彎曲振動，說明分子中含有鄰二取代的苯基；另外，C=C及C=N雙鍵的伸縮振動也在1650-1580 cm-1范圍內，與苯環的C=C伸縮振動重疊。1H NMR上δ7.431～7.414(1H，m)ppm、δ7.340～7.293(3H，m)ppm的多重峰以及13C NMR譜上δ133.069(季C)、130.830(叔C)、127.170(叔C)、128.548(叔C)、129.670(叔C)、134.804(季C)ppm，證明分子中存在鄰二取代苯基。

(5)IR：2939 cm-1：CH，CH2中的C-H伸展振動，1423 cm-1：CH，CH2中的C-H彎曲振動，證明分子中有CH，CH2。1H NMR、13C NMR，dept135及dept90表明分子中表明分子中含有2個飽和次甲基(δ57.072、59.074)、5個飽和亞甲基(δ26.235、38.666、39.741、36.548、49.812)。

綜上所述，從1H NMR和13C NMR譜得知，分子中含有2個酰胺羰基、2個羧酸羰基、1個烯鍵、1個C=N鍵、5個亞甲基、2個飽和次甲基和1個二取代苯基，與頭孢雷特的結構相符，樣品的UV、IR、11H NMR、13C NMR、HR-MS譜圖可由頭孢雷特的結構給以合理的解釋，證明樣品結構與頭孢雷特結構一致。

3 結果分析

本工藝是在參照文獻的基礎上，經過優化創新而來的，較文獻工藝縮短了生產周期，目前的工藝條件溫和，利于生產操作，得到的產品質量合格，結構與頭孢雷特結構一致，具有良好的經濟效益和社會前景。