N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的合成及結構確證

周軍榮，雷維敏，芮立濤，江東

(浙江東邦藥業有限公司，浙江 臨海 317016)

頭孢妥侖匹酯(Cefditoren pivoxil)是第三代口服頭孢菌素，由日本明治制果株式會社首創。1994年4月在日本上市，2001年4月在中國上市，商品名為美愛克(Meiact)，用于治療革蘭陽性菌及革蘭陰性菌引起的感染[1]。經研究表明，頭孢妥侖匹酯對肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌、化膿性鏈球菌、金黃色葡萄球菌、卡他莫拉菌五大主要致病菌引起的社區獲得性呼吸道感染治療顯著[2-4]。該藥物作用機制為抑制細菌細胞壁合成，具有抗菌譜廣、療效顯著、安全穩定、口服吸收好等特點，臨床應用廣泛[5]。

對于藥物的研究和開發過程中，其質量是衡量藥物品質的一個重要標準，藥物的質量首先決定于藥物自身的療效和毒副作用。而藥物中存在的雜質直接影響到藥物的療效并可能導致毒副作用的產生，因此必須控制。其中有相關資料[6-7]公布頭孢妥侖匹酯中已知雜質,主要包括：頭孢妥侖鈉、頭孢妥侖開環物、頭孢他美酯、頭孢妥侖匹酯δ3異構體、頭孢妥侖匹酯甲氧基甲基化合物、頭孢妥侖匹酯E型異構體、頭孢妥侖二匹酯、N-特戊酰頭孢妥侖匹酯、頭孢妥侖匹酯二聚體以及頭孢妥侖匹酯開環二聚體。因此為了更好地分析頭孢妥侖匹酯的雜質，設計合成出高純度的已知雜質是很有意義的。N-特戊酰頭孢妥侖匹酯作為其中的重要已知雜質，但目前關于它的合成及結構確證報道很少。

參考相關文獻資料[8-10]，設計出了一條合成N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的工藝路線，具體路線如圖1所示。

該工藝路線：首先以頭孢妥侖匹酯為起始原料，與特戊酰氯進行酰胺化反應得到產物N-特戊酰頭孢妥侖匹酯。該工藝得到的N-特戊酰頭孢妥侖匹酯收率及純度較高，且原料易得。

1 實驗部分

1.1 儀器與藥品

實驗儀器：Agilent Cary 100紫外可見光譜儀、Agilent Cary 630 FT-IR紅外光譜儀、6200 series TOF/6500 series質譜儀、Bruker 500M核磁共振儀、Agilent 1260高效液相色譜儀，以及AR1140電子天平等。

主要原料：頭孢妥侖匹酯(浙江東邦藥業有限公司)，特戊酰氯(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，其它溶劑與試劑均來源于上海國藥集團。

1.2 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的合成過程

在常溫下，向一個潔凈的反應瓶中加入500mL丙酮，再加入35g(0.056mol，1eq)頭孢妥侖匹酯，攪拌溶解。將物料逐漸降溫，并控制溫度在5～10℃下，加入特戊酰氯10.9g(0.090mol，1.6eq)，攪拌均勻。再控制溫度在5～10℃下，緩慢滴加9.7g(0.096mol，1.7eq)三乙胺。加畢，控溫5～15℃攪拌反應5h(展開劑為甲苯：乙酸乙酯：甲醇(體積比)=4:3:1，TLC跟蹤監測反應)。反應結束后，物料控溫20℃以下進行減壓濃縮，濃縮至無餾分滴出。往濃縮殘留物中加入乙酸乙酯400mL，攪拌10min，溶解澄清。再往乙酸乙酯料液中加入1.5%稀鹽酸溶液220mL，控溫10～15℃，攪拌洗滌5min，靜置分液30min。分液時棄掉水層，收集有機層。再往有機層中加入200mL飽和食鹽水，控溫10～15℃，攪拌洗滌5min，靜置分液30min。分液時棄掉水層，收集有機層。將有機層料液進行減壓濃縮，至料液體積約為120mL。停止濃縮，然后將料液進行緩慢降溫至-5～0℃，保溫析晶2h。析晶結束后，過濾，得到的濕品置于真空干燥箱內，并控溫25～30℃干燥。烘干后，得到34.6g產物N-特戊酰頭孢妥侖匹酯，摩爾收率約為87.8%，HPLC檢測(條件是色譜柱：YMCPack ODS-AM C18150mm×4.6mm/5μm；檢測波長：254nm；柱溫：25℃)純度為98.2%。

圖1 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的合成路線

2 分析討論

將通過1.2步驟得到的N-特戊酰頭孢妥侖匹酯進行結構確認分析，分析如下。

2.1 紫外吸收光譜(UV)

由N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紫外吸收光譜數據可見（見表1）。

ε= A/(c×b)

表1 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紫外吸收光譜數據

式中：c—溶液的濃度(mol/L)；b—吸收池長度(cm)。

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯有三條紫外吸收帶(273.00 nm，ε = 1.889×104L/（mol·cm）；231.00 nm，ε = 2.006×104L/（mol·cm）；203.00 nm，ε =2.163×104L/（mol·cm）)，均為芳香環的π→π*躍遷，與分子中芳環結構相吻合。

2.2 紅外吸收光譜(IR)

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紅外吸收光譜數據見表2，解析：（1）3268、3197/cm為氨基的N-H不對稱和對稱伸縮振動吸收峰，1091、1044/cm的吸收峰C-O伸縮振動吸收峰，1792、1755、1685 /cm為羰基的C=O伸縮振動，可知該化合物中存在酰胺，酯等結構；（2）1541、1482、1462/cm處較強的吸收峰為雙鍵C=C的伸縮振動，可知分子中含有雙鍵；3)2975、2939、2874/cm為烷烴的C-H伸縮振動吸收峰，1369、1294、1219、1154、1118/cm為烷烴的C-H彎曲振動吸收峰，949/cm為烷烴C-H面外彎曲振動吸收峰，可知分子中存在烷烴。由以上分析結果可知：紅外吸收光譜表明樣品分子中含有酰胺、酯、雙鍵以及烷烴等特征官能團。

2.3 高分辨質譜(HR-MS)

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的高分辨質譜分析如下：其分子式：C30H36N6O8S3，絕對分子量：704.1757。由樣品檢測圖譜可知，正離子模式下，在m/z 705.1862處較強的離子峰對應樣品的[M+H]+信號；負離子模式下，在m/z703.1713處較強的離子峰對應樣品的[M-H]-信號；以上分析結果與樣品的分子量及分子式相符。

表2 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯紅外吸收光譜數據

2.4 核磁共振波譜(NMR)

對于N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的核磁共振氫譜(1H-NMR)和碳譜(13C-NMR)數據分析，為了更方便地說明其結構中的各原子的位置，對其化學結構式進行標記，如下圖2所示。其中測定結果及解析見表3與表4。

圖2 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的化學結構式

表3 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯1H-NMR數據

表4 N-特戊酰頭孢妥侖匹酯13C-NMR數據

解析：（1）1H-NMR譜(表3)出現的15組質子信號，根據其積分面積比可知該樣品中至少含有35個氫原子(其中N-19位上活潑氫未出)，包括1組A雜環中無耦合的單峰次甲基(δH8.641,s,1H,H-30)以及1組雜環上取代單峰甲基(δH2.433,s,3H,H-32),2組順式雙鍵上相互耦合的次甲基(δH6.6 7 3-6.650,d,J=11.8Hz,1H,H-25；δH6.375-6.325,d,J=11.8Hz,1H,H-26)；2組B雜環存在同碳耦合裂分的亞甲基信號(δH3.552-3.512,d,J=18.8Hz,1H,H-4a；δH3.321-3.284,d,J=18.8Hz,1H,H-4b)以及1組裂分為雙峰的次甲基(δH5.195-5.185,d,J=4.9Hz,1H,H-6)；1組C環上的H-6和氨基H-9耦合為雙重峰次甲基(δH6.036-6.008,dd,J=8.7，4.9Hz,1H,H-7)；1組D環上單峰次甲基信號(δH7.409,s,1H,H-15)以及1組含氧單峰甲基(δH4.150,s,3H,H-13)、1個存在AB系統耦合的含氧亞甲基(δH5.839-5.829,d,J=5.6Hz,1H,H-34a；δH5.786-5.775,d,J=5.6Hz,1H,H-34b)和2組異丁基質子信號(δH1.321,s,9H,H-22/H-23/H-24；δH1.134，s,9H,H-37/H-38/H-39)。以上分析結果與樣品N-特戊酰頭孢妥侖匹酯分子結構一致；（2）13C-NMR譜(表4)顯示該樣品含有30個碳信號，其中A環上4個碳信號(δC153.061，C-28；δC152.351，C-30；δC126.061，C-27；δC15.575，C-32)，1對雙鍵信號(δC126.668，C-25；δC122.260，C-26)；B環和C環上6個碳信號(δC163.781，C-8；δC129.857，C-3；δC125.068，C-2；δC59.428，C-7；δC57.403，C-6；δC28.226，C-4)；D環3個碳信號(δC160.388，C-17；δC139.647，C-14；δC116.607，C-15)。此外，還包括2個酰胺羰基碳信號(δC177.389，C-20；δC161.170，C-10)、1個亞胺碳信號(δC145.115，C-11)、2個酯羰基碳信號(δC176.931，C-35；δC160.109，C-33)、1個含氧甲基(δC63.982，C-13)、1個含氧亞甲基(δC80.040，C-34)以及2個異丁基碳信號(δC39.480，C-21；δC38.805，C-36；δC27.042，C-22/C-23/C-24；δC26.859，C-37/C-38/C-39)。以上分析結果與樣品N-特戊酰頭孢妥侖匹酯分子結構相符。根據核磁共振氫譜(1H-NMR)、碳譜(13C-NMR)可確證N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的結構，如圖2所示。

2.5 結構確證小結

N-特戊酰頭孢妥侖匹酯的核磁共振氫譜(1H-NMR)、碳譜(13C-NMR)確證C、H歸屬符合樣品分子結構式，綜合紫外、紅外以及高分辨質譜結果信息，證實了該結構的正確性。

3 結論

本文將起始原料頭孢妥侖匹酯與特戊酰氯進行酰胺化反應得到產物N-特戊酰頭孢妥侖匹酯。該工藝得到的N-特戊酰頭孢妥侖匹酯收率及純度較高，且原料易得。通過結構確證(紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、高分辨質譜以及核磁共振波普)證實了N-特戊酰頭孢妥侖匹酯化學結構式的正確性。