低溫恒溫儀器在頭孢類抗生素合成實驗中的應(yīng)用

梁永堅

（桂林南藥股份有限公司，廣西 桂林 541002）

1 前 言

頭孢菌素屬于β-內(nèi)酰胺類抗生素，自1926年問世以來已發(fā)展到了第五代，具有高效、低毒、抗菌譜廣、耐酸、耐酶、結(jié)構(gòu)易改造等特點，使其在臨床上得到廣泛應(yīng)用。目前已證實氨芐西林、阿莫西林、青霉素V、非奈西林、羥芐西林、頭孢噻吩、頭孢噻啶等半合成β-內(nèi)酰胺類抗生素能夠形成聚合物，并由此引發(fā)過敏性反應(yīng)。頭孢菌素以7一氨基頭孢烷酸(7一ACA)為母核，具有3位和7位兩個活性取代基，當(dāng)頭孢菌素被堿水解或胺解時，最終產(chǎn)物大多是以側(cè)鏈7位為主的降解產(chǎn)物，也就是說各種頭孢菌素側(cè)鏈7位可能成為過敏反應(yīng)的主要抗原決定簇。⑴:頭孢菌素類抗生素的自身聚合主要有兩種方式⑵:首先是與母核結(jié)構(gòu)有關(guān)的聚合反應(yīng)(N型聚合反應(yīng)):β-內(nèi)酰胺環(huán)開環(huán)，形成具有親核攻擊能力的仲氨基結(jié)構(gòu)，再與另一頭孢菌素分子的簇基發(fā)生親核加成反應(yīng)，形成聚合物.其次是7位側(cè)鏈中的活性基團(主要為自由氮基值接親核攻擊β-內(nèi)酰胺環(huán)中的羰基碳原子，形成聚合物(L型聚合反應(yīng))。

圖1

有文獻報道貯存溫度和分裝條件等對頭孢菌素類抗生素中高分子雜質(zhì)的增加程度有顯著影響，因此，應(yīng)該盡量低溫儲存和運輸，并控制好濕度和包裝條件，以避免聚合物的增加⑶。而在PH不是中性的合成反應(yīng)時這種情況尤其嚴重。

所以我們在使用頭孢母環(huán)頭孢類化合物做合成反應(yīng)時，就一定要用到低溫源。目前實驗室有三種低溫技術(shù)：一. 通液氮降溫法，優(yōu)點是干凈無殘留，缺點是會帶走大量的反應(yīng)溶劑，使反應(yīng)體系不穩(wěn)定⑷; 二.無機鹽加冰塊法，優(yōu)點便宜快捷，缺點則為溫度不穩(wěn)定，不均勻；三.低溫恒溫槽，優(yōu)點控溫精確持久，缺點就是儀器太貴。我們在做頭孢合成實驗的時候，為了避免由于溫度誤差帶來的雜質(zhì)，僅選用第三種低溫反應(yīng)技術(shù)。

2 實驗器材

2.1 低溫恒溫槽

2.11 型號DFY低溫恒溫槽，廠家杭州惠創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司，制冷量85～600kJ。溫度范圍為-80～300℃.

2.12 型號HZFY-2-B低溫恒溫槽，廠家無錫晟澤理化器械有限公司，制冷量185～980kJ。溫度范圍為-60～20℃.

2.2 載冷劑：乙醇、甲醇

3 實驗選型

3.1 載冷劑的選擇

乙醇的熔點為-114.3℃，而甲醇的熔點為-97.8℃，二者都適合做頭孢化學(xué)反應(yīng)的載冷劑，而且價格便宜易得。那么是不是二者都可以做為頭孢實驗合成用的載冷劑呢？在實驗過程中，我們分別使用乙醇、甲醇做載冷劑，結(jié)果得到了圖2、圖3的數(shù)據(jù)：

圖2

圖3

由上述實驗，我們發(fā)現(xiàn)，溫度降得越低，做的批次越多，乙醇做載冷劑儀器降溫慢的趨勢就越明顯。在實驗中，我們觀察到乙醇做載冷劑儀器周圍不斷地有少量冰晶析出，而甲醇幾乎沒有這種現(xiàn)象。這可能是由于乙醇的吸濕性較強引起的。不斷吸附在乙醇表面的水在低溫生成了冰， 從而阻止了其快速降溫。而甲醇吸濕性較弱，所以這種現(xiàn)象基本看不到。從上面的分析來看，甲醇不失為良好的冷載體。

3.2 實驗室頭孢合成反應(yīng)需要制冷量的計算

頭孢類抗生素—頭孢唑肟鈉的合成需要在5℃以下，而成鹽卻在0℃以下3小時才能完成；頭孢匹羅氫碘酸鹽的合成在0～5℃3小時完成；頭孢喹諾氫碘酸鹽的合成在-10℃以下30分鐘完成；頭孢丙烯的合成則需要達到-30℃左右。我們選擇實驗室最低溫-30℃，把2升甲醇冷載體從25℃降至-30℃需要的冷量為：

式中V為甲醇冷載體體積（2升），ρ為甲醇密度0.79*103kg/m3,C為甲醇的比熱，取0℃時的平均比熱2.4kJ/kg·℃, T2為物料降溫溫度-30℃，T1為物料初始溫度20℃。

3.3 低溫恒溫儀器的選型

求出了制冷壓縮機的制冷量，我們可以根據(jù)廠家提供的制冷壓縮機參數(shù)來選制冷壓縮機。以上求出的甲醇循環(huán)制冷系統(tǒng)在1 h內(nèi)要達到要求的溫度所需的制冷量是189.6kJ。根據(jù)廠家所提供的性能參數(shù)表，能在半小時之內(nèi)降到-30℃，二者都能達到要求，但選取型號DFY低溫恒溫槽，主要是因為更經(jīng)濟實用，并有加熱功能。而HZFY-2-B低溫恒溫槽的制冷量明顯大大高于實驗所需，且沒有加熱功能。

3.4 制冷系統(tǒng)的試運行并載冷劑更換周期

我們把2L的2O℃甲醇冷到-35℃。需要時間30min，大約每分鐘降溫1.7℃。而甲醇把物料從2O℃冷到-3O℃。則需要時間50min，物料大約每分鐘降溫1℃，從圖4試運行的結(jié)果來看這套制冷系統(tǒng)滿足該抗生素合成反應(yīng)溫度要求。運行40批后所用時間快速增加，這主要由于載冷劑揮發(fā)，使得冷載體不足，另有少量水份及空氣塵埃混入，至使系統(tǒng)不夠穩(wěn)定恒久，即行更換載冷劑。

4 實驗結(jié)論

圖4

本文對頭孢反應(yīng)體系使用的低溫恒溫儀器選型、冷載體、制冷量及冷載體更換周期進行了探討，并通過實驗進行比較分析得出結(jié)論：使用冷載體為甲醇，并提出了更適合頭孢反應(yīng)體系使用的DFY低溫恒溫槽。DFY低溫恒溫儀器采用全封閉壓縮機組制冷和XMT模擬數(shù)字PID自動控制系統(tǒng)，工作溫度范圍廣(-80℃-300℃)，廣泛適用于石油、化工、電子儀表、物理、化學(xué)、生物工程、醫(yī)藥衛(wèi)生、生命科學(xué)、輕工食品、生物技術(shù),啤酒保質(zhì)試驗、人造板制造物性測試及化學(xué)分析等研究部門、高等院校、企業(yè)質(zhì)檢及生產(chǎn)部門，各檔制冷功率輸出可以滿足從大型工業(yè)設(shè)備到小型實驗分析儀器的高精度循環(huán)冷卻,用戶工作時提供一個易于受控，溫度均勻恒定的冷源。

[1]頭孢菌素類抗生素中高分子雜質(zhì)的研究進展，江曉玲、劉昆、鄧俊豐、李波， World Notes On Antibiotics，2007，VOI.28.No6，（國外醫(yī)藥抗生素分冊2007年第28卷第6期），264-269

[2]頭孢呋辛鈉和頭孢呋辛酯制備工藝的研究，平志存、導(dǎo)師蕭泛舟、譚天偉，北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文。

[3]3一取代基頭孢菌素類抗生素質(zhì)量控制研究，謝紅艷，導(dǎo)師趙桂森，山東大學(xué)碩士學(xué)位論文。

[4]淺析化學(xué)制藥中低溫合成反應(yīng)的實現(xiàn)，伍柳毅，企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2006第25卷第12期，41-42