磷霉素鈉制備磷霉素氨丁三醇的工藝研究*

黃 晨，嚴 晶,丁一剛,王 超

(1.長江大學工程技術(shù)學院，湖北荊州 434000；2.武漢工程大學，武漢 430073；3.湖北省陽新縣科技局，湖北黃石 435200)

·技術(shù)與方法·

磷霉素鈉制備磷霉素氨丁三醇的工藝研究*

黃 晨1，嚴 晶1,丁一剛2,王 超3

(1.長江大學工程技術(shù)學院，湖北荊州 434000；2.武漢工程大學，武漢 430073；3.湖北省陽新縣科技局，湖北黃石 435200)

目的 采用新型合成法制備磷霉素氨丁三醇，研究其合成工藝條件和析晶條件。方法 無機酸式鹽法，以磷霉素鈉與氨丁三醇和硫酸的混合酸式鹽進行中和反應(yīng)制得磷霉素氨丁三醇。結(jié)果 優(yōu)化反應(yīng)和結(jié)晶條件后可生成磷霉素氨丁三醇。結(jié)論 無機酸式鹽法合成工藝可行，收率高。

磷霉素氨丁三醇；無機酸式鹽法；合成；工藝

磷霉素作為常見的天然廣譜抗菌藥物，其作用機制是通過與細菌細胞壁合成酶相結(jié)合，阻礙細菌細胞壁的早期合成，從而達到殺菌的目的，對大多數(shù)革蘭陽性菌和革蘭陰性菌均有一定的抗菌作用[1]，同時具備毒性低、無抗原性、藥效溫和、作用時間長、無過敏性等優(yōu)點，療效僅次于青霉素，主要用于治療尿路、皮膚、軟組織及腸道等部位的感染[2-3]。磷霉素因其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性常以鹽的形式作為藥物治療，其中磷霉素鈉多用于注射給藥但存在局部刺激性[4]，磷霉素鈣多用于口服給藥，但藥物生物利用率低，僅為30%～40%，無法達到應(yīng)有的藥物血液濃度水平[5]。磷霉素氨丁三醇為磷霉素的氨丁三醇鹽，克服了磷霉素金屬鹽的一些缺陷，具有藥效溫和，口服吸收濃度高，作用時間長等優(yōu)點，是一種更溫和更有效的抗菌藥物，它能直接阻止細菌細胞壁合成所必需的丙酮酸轉(zhuǎn)移酶的作用，其抗菌譜包括大腸桿菌、痢疾桿菌、枸櫞酸辣桿菌、變形桿菌、沙雷菌、金黃色葡萄球菌及銅綠假單胞菌等，適用癥狀主要用于對本品敏感的致病菌所引起的下尿路感染，如膀胱炎、尿道炎[6-8]。

1 資料與方法

1.1 一般資料 目前磷霉素氨丁三醇的合成方法主要是離子交換法和復(fù)分解法，離子交換法通過采用H型陽離子交換樹脂置換和加成等步驟合成目標產(chǎn)物；復(fù)分解法主要是通過有機酸、氨丁三醇結(jié)合后與原料磷霉素鈉作復(fù)分解反應(yīng)制得產(chǎn)物，是目前工業(yè)生產(chǎn)磷霉素氨丁三醇的主要工藝。

1.2 試劑與儀器 磷霉素鈉(湖北康寶泰精細化工，98%)、氨丁三醇(東陽市天宇化工有限公司，99%)、甲醇(國藥集團化學試劑有限公司，99.5%)、濃硫酸(天津渤海化工集團，98%)、蒸餾水(實驗室自制)。ZK-82B型電熱真空干燥箱(上海實驗儀器廠有限公司)、SZCL-2A數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責任公司)、RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠)、Nicolet 6700傅里葉紅外光譜儀(美國Thermo Electron公司)、VNMRS 600核磁共振波譜儀(美國Varian公司)、UltiMate3000高效液相色譜(美國戴安公司)、ELSD2100 蒸發(fā)光檢測器(英國Ploymer Labs公司)。

1．3 方法

1.3.1 合成方法 將一定濃度的硫酸溶液和一定質(zhì)量的氨丁三醇加入到燒杯中完全溶解，再緩慢滴加到磷霉素鈉水溶液中，攪拌。反應(yīng)完畢后低壓濃縮蒸干，加入甲醇析出Na2SO4[9]，過濾，濾液以正丁醇低溫析晶。

1.3.2 檢驗方法 合成產(chǎn)品采用核磁共振和紅外作定性檢測，高效液相-蒸發(fā)光檢測器作定量檢測。

2 結(jié)果

2.1 各反應(yīng)條件對合成產(chǎn)物收率影響 分別考察反應(yīng)中合成溫度、合成時間、硫酸濃度、氨丁三醇酸式硫酸鹽和磷霉素鈉配比等因素對合成產(chǎn)物磷霉素氨丁三醇收率的影響，正交實驗結(jié)果見表1。因正交影響因素較多，數(shù)據(jù)量大，在對數(shù)據(jù)作相關(guān)性分析后僅保留影響明顯的數(shù)據(jù)結(jié)果于表中顯示。在工藝優(yōu)化正交實驗中除了考察上述條件，作者亦研究了反應(yīng)溫度為50 ℃；反應(yīng)時間為1.0、1.5 h；酸濃度為2 mol/L以及配料比為1∶1時的情況，但這幾類情況對原料結(jié)構(gòu)破壞較大，晶體狀態(tài)不穩(wěn)定，不作數(shù)據(jù)研究；研究“酸式鹽與磷霉素鈉配比”為0.8時，因酸式鹽過少，磷霉素鈉反應(yīng)不完全，各項數(shù)據(jù)皆劣于配比為0.9時的結(jié)果，因此數(shù)據(jù)不予展示。在最優(yōu)合成條件下，產(chǎn)物收率達到95.1%。

2.2 產(chǎn)物析晶條件

2.2.1 析晶溫度 析晶溫度升高，產(chǎn)物和雜質(zhì)的溶解度皆增大，不利于析出，溶液呈白色混濁狀，無晶體析出，產(chǎn)率為0；降低溫度至20 ℃，析出非晶體的白色凝膠狀物質(zhì)，為晶核被多重包裹的結(jié)果，產(chǎn)率為0；降低溫度至8 ℃，析出白色絮狀物，此時產(chǎn)品雜質(zhì)多，熔點低，抽濾后極易在空氣中潮解成膠裝，產(chǎn)率為0；降低溫度至4 ℃，開始析出白色粉末狀晶體，需N2保護下抽濾，收率為82.2%。實驗測得在-2～4 ℃可有較好的磷霉素氨丁三醇白色粉末狀晶體析出，再降低溫度則耗能較大。在-2～4 ℃區(qū)間再細化析晶溫度，發(fā)現(xiàn)溫度高時，產(chǎn)品析晶純度大，但是狀態(tài)不穩(wěn)定，攪拌速率稍快或者稍慢都容易發(fā)生膠體凝結(jié)析不出晶體，或晶體呈含有包裹物的顆粒狀：3 ℃下平均收率為89.4%，2 ℃下平均收率為91.8%，1 ℃下平均收率為95.1%，-1 ℃下平均收率為96.7%，3 ℃下平均收率為96.1%；溫度零下時，雜質(zhì)含量增大，晶體生長緩慢導致析晶時間延長，因此綜合考慮1 ℃為最優(yōu)析晶溫度。

表1 各反應(yīng)條件對產(chǎn)品收率的影響

2.2.2 析晶速率 磷霉素氨丁三醇析晶過程較復(fù)雜，低溫條件析晶液濃度高，產(chǎn)物溶液量少，能快速生成晶體，因此隨著產(chǎn)物的甲醇溶液不斷滴入正丁醇中，溶解能力減小，析晶溶劑先變成白色半透明溶液，逐漸有白色絮狀半固體懸浮于溶液中。若析晶液滴加過快，溶劑快速達到過飽和界區(qū)，形成的晶核還未來得及長成規(guī)則晶體則被包裹，絮狀物易結(jié)塊附著于內(nèi)壁，限制晶體后續(xù)生長。此時需減緩滴加速度，持續(xù)攪拌則有粉末狀白色晶體產(chǎn)生。試驗得滴加速率為20 mL/h，滴加完畢后持續(xù)保溫攪拌2 h可得到良好晶體。抽濾，烘干，稱質(zhì)量。

2.3 紅外檢測結(jié)果 經(jīng)紅外檢測(圖1)可在圖譜上看出1 250 cm-1處環(huán)氧烷峰、1 080 cm-1處磷酸基團峰，氨丁三醇結(jié)構(gòu)在1 050 cm-1處C-N伸縮振動，1 520 cm-1處一級胺的面內(nèi)δN-H彎曲振動，及1 100 cm-1處有強的仲醇峰，可判斷生成產(chǎn)物即為目標產(chǎn)物磷霉素氨丁三醇。

2.4 核磁檢測結(jié)果 利用氘代水(D2O)溶解產(chǎn)物后作核磁檢測，圖2為標準品檢測圖譜，圖3為制備產(chǎn)物檢測圖譜。由檢測圖譜可以看出：高于4.000 ppm處所出現(xiàn)的峰為溶劑峰；3.550 ppm處為氨丁三醇結(jié)構(gòu)中與季碳相鄰的-CH2的H的單峰；3.170 ppm處為磷霉素結(jié)構(gòu)中與甲基相鄰的-CH的H的四重峰；2.700 ppm處的四重峰為磷霉素結(jié)構(gòu)中與磷酸基團相鄰的-CH的H峰；1.300 ppm處為磷霉素結(jié)構(gòu)中與-CH-相鄰的甲基的H峰；1.087處為雜質(zhì)峰。四處峰面積積分分別為57.88、8.27、7.83、23.07，比例約為7∶1∶1∶3，符合所測基團的H原子個數(shù)比，因此可以鑒定生成物為磷霉素氨丁三醇。

圖1 磷霉素氨丁三醇產(chǎn)品和標準品紅外對比圖

圖2 磷霉素氨丁三醇標準品核磁檢測圖譜

圖3 磷霉素氨丁三醇產(chǎn)物核磁檢測圖譜

2.5 液相定量檢測 磷霉素氨丁三醇結(jié)果對紫外不顯色，因此采用蒸發(fā)光散射檢測器對產(chǎn)物進行檢測。首先配制不同濃度磷霉素氨丁三醇標準品繪制液相檢測標準曲線，然后配制相同濃度產(chǎn)物在相同條件下作液相檢測，檢測結(jié)果帶入標準曲線計算出產(chǎn)物純度，進而計算出產(chǎn)物總收率。

3 討論

在磷霉素氨丁三醇各類合成方法中，離子交換法是在低溫環(huán)境下將磷霉素相關(guān)物質(zhì)(磷霉素鈉、磷霉素氨丁三醇等)與H型陽離子交換樹脂于溶媒中進行質(zhì)子置換，制得游離的磷霉素酸，然后將磷霉素酸與氨丁三醇加合得產(chǎn)品。此方法反應(yīng)直接，無過多的有機雜質(zhì)參與和殘留，產(chǎn)率較復(fù)分解法更高，后期的廢液處理也更簡單。但反應(yīng)條件苛刻，要求低溫-20～10 ℃，而且樹脂和甲醇消耗量大，經(jīng)濟效益低；復(fù)分解法又細劃為兩類：對甲基苯磺酸法和有機酸式鹽法，對甲基苯磺酸法是以對甲苯磺酸作為強酸與磷霉素雙氨丁三醇加熱，催化除胺制備磷霉素氨丁三醇，此類方法中對甲苯磺酸參與反應(yīng)，容易殘留在產(chǎn)品中且廢液不好回收，污染大；有機酸式鹽法中原料多為磷霉素鈣鹽或二鈉鹽，與氨丁三醇的有機酸式鹽發(fā)生酸堿中和的復(fù)分解反應(yīng)，氨丁三醇取代堿金屬離子生成磷霉素氨丁三醇。此方法反應(yīng)現(xiàn)象明顯，步驟簡單，試劑選擇靈活，產(chǎn)率較高，但產(chǎn)品中易混有有機雜質(zhì)，特別是與氨丁三醇結(jié)合的有機酸。此外，產(chǎn)品反應(yīng)過程中生成的副產(chǎn)物羧酸鹽和析晶廢液不易分離回收，析晶液的選擇也存在很大問題，造成大量浪費。本文對工業(yè)合成方法中的有機酸改進為無機酸，反應(yīng)速率加快，無機鹽產(chǎn)物在有機溶劑中極易析出，克服了雜質(zhì)多、廢液不易回收等缺點，是一種適用于工業(yè)生產(chǎn)的綠色環(huán)保合成路線。

磷霉素結(jié)構(gòu)中含有不穩(wěn)定的環(huán)氧烷結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在酸、堿或者高溫情況下都易水解開環(huán)，形成帶有兩個醇羥基的副產(chǎn)物，此副產(chǎn)物為磷霉素四大雜質(zhì)中含量最高的一種，且易與水或磷霉素結(jié)構(gòu)發(fā)生絡(luò)合，極難去除，因此要盡量避免開環(huán)現(xiàn)象。

在研究反應(yīng)溫度時，溫度升高，分子運動速率加大，反應(yīng)加快，但溫度升高磷霉素易與雙氨丁三醇分子結(jié)合生成磷霉素二氨丁三醇副產(chǎn)物，再升高溫度則導致磷霉素結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧烷開環(huán)形成二醇物雜質(zhì)；溫度降低，分子運動不活潑，且水溶液低溫易結(jié)冰，阻礙反應(yīng)。實驗發(fā)現(xiàn)當溫度低于15 ℃時反應(yīng)中有白色晶體生成，升高溫度至20 ℃則快速溶解。紅外檢測此晶體為未參與反應(yīng)的磷霉素鈉。

產(chǎn)物隨反應(yīng)時間延長而增多，但要注意，時間過長則反應(yīng)物濃度不斷降低，發(fā)生逆反應(yīng)，且磷霉素氨丁三醇在水溶液中易緩慢分解。相較于堿性，磷霉素中環(huán)氧烷在酸性條件下更容易開環(huán)，因此配置氨丁三醇酸式硫酸鹽時硫酸溶液的濃度影響較大。濃硫酸無電離，水的加入使?jié)饬蛩釢舛葴p小，硫酸分子團開始稀釋成的硫酸分子在水溶液中電離出H+，隨著水的增多硫酸分子電離程度增大，H+濃度增大，溶液酸性增強對環(huán)氧烷造成破壞，會導致雜質(zhì)增多，收率快速下降。

綜上所述，本研究確定最佳條件為反應(yīng)溫度30 ℃，時間2.5 h，硫酸濃度1 mol/L，氨丁三醇酸式鹽與磷霉素鈉摩爾配比0.9∶1.0，收率可達95.1%。選擇正丁醇為析晶溶劑，在1 ℃下采用機械攪拌，磷霉素氨丁三醇的甲醇滴加溶液速率為20 mL/h，滴加完畢后持續(xù)保溫攪拌2 h，正丁醇：制備得磷霉素氨丁三醇甲醇溶液(V/V)=2∶1時為最優(yōu)析晶條件。

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Technology research on the preparation of fosfomycin trometamol from fosfomycin sodium

HuangChen1,YanJing1,DingYigang2,WangChao3

(1.SchoolofTechnology,ChangjiangUniversity,Jingzhou,Hubei434000,China;2.WuhanUniversityofZnginearing,Wuhan,Hubei430073,China;3.YangxinCountyScienceandTechnologyBureauofHubeiProvice,Huangshi,Hubei435200,China)

Objective to investigate a new synthesis for the preparation of fosfomycin tromethamine and to seek for the optimized process and crystallization conditions.Methods An inorganic method,utilizing in situ generated tromethamine bisulfate to react with fosfomycin sodium was used to gain fosfomycin tromethamine.Results After the optimization of reaction and crystallization condition,it can produce fosfomycin tromethamine.Conclusion Inorganic acid salt synthesis technology is feasible with high yield.

fosfomycin trometamol;inorganic bisalt method;synthesis;process

10.3969/j.issn.1671-8348.2015.05.036

湖北省自然科學基金資助項目(2008CDA009)；湖北省教育廳科學技術(shù)研究項目(Q20101511)。 作者簡介：黃晨(1987-)，助教，碩士，主要從事化工合成。

TQ463

A

1671-8348(2015)05-0678-03

2014-10-08

2014-12-15)