頭孢噻肟活性脂合成頭孢噻肟酸的工藝優化

張鳳榮，武利順，韓丹丹，汪 濤，華 倩

(菏澤學院 化學化工學院，山東 菏澤 274015)

頭孢噻肟酸[1-6]，其化學名稱為3-乙酰氧基甲基-7-[2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧亞胺基]-乙酰胺基-3-頭孢-4-羧酸，是一種頭孢菌類抗生素，對革蘭氏陰性菌和陽性菌及某些厭氧菌均有很強的抗菌活性，具有高效、低毒和耐酶等特點。頭孢噻肟酸是一種臨床廣泛應用的頭孢噻肟鈉的主要原料，目前只有少數制藥廠生產。面對市場需求量的日益增大，生產高質量的頭孢噻肟酸成為越來越多制藥廠家的目標。

頭孢噻肟酸的合成方法有活性脂法、酸酐法、酰氯法，工業化生產主要采用的方法是活性脂法。常用的活性脂有AE-活性脂[7]、含磷活性脂[8]、噻二唑活性脂[9]、三嗪酮活性脂[10]和苯并三氮唑活性脂[11]，而由頭孢噻肟活性脂合成頭孢噻肟酸的研究還鮮有報道。本文在AE-活性脂法的基礎上，在未用萃取工藝的前提下，以二氯甲烷為溶媒，以7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)和頭孢噻肟活性脂為原料，三乙胺為催化劑，亞硫酸氫鈉為抗氧化劑，成功合成了頭孢噻肟酸，其合成路線如圖1所示。

圖1 頭孢噻肟酸合成路線圖

1 實 驗

1.1 材料與試劑

頭孢噻肟活性脂(實驗室合成)； AE-活性脂，威爾曼醫藥集團有限公司；7-ACA,三乙胺，乙醇，二氯甲烷，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)，亞硫酸氫鈉和檸檬酸均購自國藥集團化學試劑有限公司。各試劑均為分析純，未純化。實驗用水為Hitech-Kflow水純化系統(上海和泰儀器有限公司)制備的純化水。

1.2 實驗設備與分析儀器

KHJ-1電動攪拌器(常州是凱航儀器有限公司)；DZF真空干燥箱(鞏義市宏華儀器設備工貿有限公司)；RADWAG電子分析天平(深圳市怡華新電子有限公司)；恒溫水浴鍋(上海一科儀器有限公司)；真空泵(鄭州紫拓儀器設備有限公司)；PHS-3C精密酸度 PH計(上海佑科儀器儀表有限公司)；L-2000 高效液相色譜儀(日本日立公司)。

1.3 實驗過程

稱取0.075 g乙二胺四乙酸二鈉鹽和0.15 g亞硫酸氫鈉分別溶解于50 mL三次水中，然后移入至250 mL四口燒瓶中，再加入98%乙醇10 mL和二氯甲烷7.5 mL，混勻后，加入3.0 g 7-ACA，把溶液溫度降至-7℃時加入頭孢噻肟活性脂4.6 g，機械攪拌均勻后，控制反應溫度9-12℃滴加三乙胺2.4 g，控制溶液pH值=7(0.2)，溶液溶清后2 h，取反應液檢測。(通常，檢測反應液7-ACA殘留≤1.2%，氨噻肟酸、氨噻肟酸酯和7-ACA主峰前雜質均小于1.4%，反應完成。)

反應完全后，將反應液溫度降溫至5℃，然后加入15 mL冰水，于10～15℃進行萃取，攪拌20 min后靜止分層，分層出的二氯甲烷用30 mL三次水反萃取1次，水相合并后用30 mL二氯甲烷再萃取一次。控制水相溫度于10℃，加入1.5 g活性炭攪拌30 min，之后過濾，洗滌。然后收集過濾液，把溫度升至20 ℃滴加質量分數為60%檸檬酸溶液，加至pH值=4.5時停至加滴，攪拌直至結晶。結晶30 min后停止攪拌，繼續滴加60%檸檬酸溶液至溶液pH值=3.0，然后降溫至10℃，攪拌40 min。

將結晶好的溶液過濾，控制溫度于10℃，用pH值=3.0檸檬酸水洗滌2次，然后再用98%乙醇洗滌1次。最后真空干燥，所得頭孢噻肟酸樣品量為4.3 g。

為了進一步優化工藝，筆者將工藝中的兩步萃取及一步反萃取忽略，通過調節二氯甲烷用量，調整過濾、洗滌溫度，對實驗工藝做了改進。具體實驗步驟如下：

稱取0.075 g乙二胺四乙酸二鈉鹽和0.15 g亞硫酸氫鈉分別溶解于50 mL三次水中，然后移入至250 mL四口燒瓶中，再加入98%乙醇10 mL和二氯甲烷7.6 mL，混勻后，加入3.0 g 7-ACA，把溶液溫度降至-7℃時加入頭孢噻肟活性脂4.6 g，攪拌均勻后，控制反應溫度9-12℃滴加三乙胺2.4 g，控制溶液pH值=7(0.2)，溶液溶清后穩定2 h，取反應液檢測。

反應完全后，向反應液中加入50 mL水，進行抽濾，再用40 mL水和10 mL乙醇洗滌過濾器，并將洗液與濾液混合，升溫至28-30℃，進行酸化處理。向濾液中加入2 mL二氯甲烷，用1∶1的檸檬酸水溶液進行酸化至pH值=4.5，晶體析出后，攪拌10 min，再加入2 mL二氯甲烷，繼續酸化至pH值=3.0，然后降溫至-2 ℃，維持溶液pH值=3.0養晶30 min。

0.1 MPa下繼續抽濾，用水和乙醇(比例為2:1)混合液100 mL洗滌濾餅三次，再用60 mL乙醇洗滌一次，真空干燥，所得頭孢噻肟酸樣品量為4.8 g。

2 結果與討論

經檢測由頭孢噻肟活性脂合成的頭孢噻肟酸樣品，頭孢噻肟酸含量(HPLC)為94%；純度為98.1%；旋光度是60°；色度為2；水分是1.5%；濁度小于1。符合2015版藥典質量標準。而在其他條件相同的情況下，用AE-活性脂合成的頭孢噻肟酸樣品，經檢測，頭孢噻肟酸含量為89%；純度為97.1%；旋光度是59°；色度為3；水分是1.8%；濁度為2。可以看出，由頭孢噻肟活性脂合成的頭孢噻肟酸具有一定的優勢。

為了提高收率，對實驗工藝進行改進后發現，將工藝中的兩步萃取及一步反萃取忽略，通過調節二氯甲烷用量，調整過濾、洗滌溫度，在其它操作不變的情況下，經檢測頭孢噻肟酸含量為94.2%；純度為97.9%；旋光度是61°；色度為2；水分是1.2%；濁度為小于1。7-ACA到頭孢噻肟酸質量轉化率1∶1.67，摩爾轉化率1：0.96，收率較工藝改進前提高11.6%。實驗還發現，二氯甲烷用量對反應速度、產品晶型及產品收率起著非常重要的作用，尤其是產品收率主要由二氯甲烷用量決定。

反應機理推測如下[12]：在強堿性催化劑三乙胺的作用下，7-ACA中的活性氨基首先形成伯胺負離子，然后與頭孢噻肟活性脂中的酰基碳發生親核加成反應，使得其中心碳原子由sp2雜化的三角形結構變為sp3雜化的四面體結構；第二步得到的中間體消除一分子含磷化合物負離子后形成頭孢噻肟酸分子。

3 結論

筆者結合自身實踐工作經驗，經多次試驗探索，優化了頭孢噻肟酸合成工藝。實驗結果表明，在未用萃取工藝的前提下，通過調節二氯甲烷用量，調整過濾、洗滌溫度，在其它操作不變的情況下，7-ACA到頭孢噻肟酸質量轉化率1∶1.67，摩爾轉化率1∶0.96，收率提高11.6%。并且二氯甲烷的用量對反應速度、產品晶型及產品收率起著非常重要的作用，尤其是產品收率主要由二氯甲烷用量決定。優化的頭孢噻肟酸的合成工藝有望應用于工業化大生產。