美罗培南脱保护工艺改进

王玉芳， 孙百虎， 于海军

(石家庄职业技术学院 a.科技发展与校企合作部； b.教务处,河北 石家庄 050081)

美罗培南脱保护工艺改进

王玉芳a， 孙百虎b， 于海军a

(石家庄职业技术学院 a.科技发展与校企合作部； b.教务处,河北 石家庄 050081)

采用Zn粉/KH2PO4代替钯碳/H2催化氢化体系，脱去保护的美罗培南的保护基对硝基苄基(PNB)、对硝基苄氧羰基(PNZ)，得到美罗培南，收率达92%.最佳反应条件为：以THF/H2O为溶剂，Zn粉4.0 g，KH2PO43.0 g，在30 ℃下反应3.5 h.其结构经核磁共振氢谱(1H NMR)确认.

Zn粉；催化氢化；脱保护；美罗培南

碳青霉烯类抗生素是抗菌谱最广的一类β-内酰胺类抗生素，具有抗菌谱广、抗菌活性强的特点，在控制耐药菌和产酶菌感染及免疫缺陷者感染方面发挥了极其重要的作用.现已上市的碳青霉烯类药物有亚胺培南、帕尼培南、美罗培南、厄他培南、多尼培南和比阿培南6个品种，其中，后4个品种均为1β-甲基碳青霉烯类.美罗培南(meropenem)的结构式为：

它是继亚胺培南-西司他丁联合给药后在美国上市的第二个非肠道给药的半合成碳青霉烯类抗生素，是第一个能单独用药的碳青霉烯类抗生素，同时也是首个lβ-甲基碳青霉烯类抗生素.该类抗生素对β-内酰胺酶和肾脱氢肽I酶(DHP．I)稳定，无需与脱氢肽酶抑制剂联用，是目前治疗重症及多重耐药菌感染的重要药物之一，在临床上得到了越来越广泛的应用[1-3].

保护培南酯2脱去保护基对硝基苄基(PNB)、对硝基卞氧羰基(PNZ)是生产美罗培南产品的必经步骤之一.目前比较成熟的工艺是采用钯碳/H2催化氢化脱保护[4-8]，但是钯催化剂价格昂贵，而且回收困难，不利于节约生产成本；催化氢化需要在高压氢气下进行，对设备和操作要求均较高，存在一定的安全隐患.采用非钯催化剂并以其他氢源代替氢气脱去比阿培南[9-10]、氨基酸[11-12]、葡萄糖的保护基PNB和PNZ[13]已有文献报道，但是将非钯催化剂用于美罗培南脱保护反应的却未见报道.本文以锌粉代替钯碳，以磷酸二氢钾代替氢气进行美罗培南的脱保护研究.主要完成以下反应：

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

1.1.1 仪器

Bruker Avnce Ⅲ Plus 400型核磁共振仪(以D2O作为溶剂，TMS作为内标)、Agilent 1260高效液相色谱仪、ZF-2型三用紫外灯(上海安亭电子仪器厂).

1.1.2 试剂

保护的美罗培南酯、KH2PO4、锌粉、NaH2PO4、乙腈、THF、二氯甲烷、DMF、对乙酰氨基酚、MeOH、丙酮、水.保护的美罗培南酯为工业级，由石药集团中诺药业有限公司提供；其余试剂均为分析纯.

1.2 保护的美罗培南酯脱保护反应

将1.0 g保护的美罗培南酯溶于10 mL的THF溶液中，加入3.0 g KH2PO4的20 mL水溶液，然后缓缓加入4.0 g锌粉，在30 ℃下搅拌，TLC监测.约3.5 h反应结束后，HPLC(高效液相色谱法)检测(以对乙酰氨基酚为内标物)，摩尔收率达92%.加入20 mL二氯甲烷，搅拌数分钟后过滤，去除锌粉.分离水层并用二氯甲烷(2×15 mL)清洗2次，冷却水层后加入冷丙酮析出盐和产物，过滤，再将滤饼溶于甲醇，除去不溶的盐，再将甲醇溶液浓缩至4 mL，加入1 mL水，再加入100 mL冷丙酮搅拌，静置，析出产物，并经1H MNR确认.1H NMR(D2O)δ:1.06(3H,d,J=7.1 Hz),1.15(3H,d,J=6.2 Hz),1.84(1H,m),2.87(3H,s),2.92(3H,s),3.23(1H,m),3.31(2H,m),3.63(1H,dd,J=6.3 Hz,12.0 Hz),3.92(1H,m),4.10(2H,m).

2 结果与讨论

2.1 溶剂对反应的影响

溶剂对反应的影响情况见表1.

表1 溶剂对反应的影响a

注：a为保护的美罗培南酯1.0 g，有机溶剂10 mL，20 mL H2O.b为HPLC产率，以保护的美罗培南酯物质的量计，以对 乙酰基氨基酚为内标.

由表1可知，以THF和H2O作溶剂时，反应收率可达到92%.当以乙腈或DMF代替THF时，收率均大幅度降低，可能是反应底物在乙腈或DMF中的溶解性差导致的；考虑到产物溶于MeOH，以MeOH代替H2O产率也很低，原因是KH2PO4不溶于MeOH中，影响脱保护过程中硝基的还原，使保护基难以脱除.所以选择THF/H2O为最佳反应溶剂.

2.2 反应条件的优化

对反应条件的优化情况见表2.

表2 反应条件的优化情况a

注：a为保护的美罗培南酯1.0 g， 10 mL THF， 20 mL H2O.b为HPLC产率，以保护的美罗培南酯物质的量计，以对乙 酰基氨基酚为内标.c为以NaH2PO4代替KH2PO4.

由表2可知，其他条件不变时，当增加Zn粉或KH2PO4的用量时，产率分别为91%和92%,没有明显增加；当降低Zn粉或KH2PO4的用量时，产率分别为83%和75%，显著下降.Zn粉过多会对产物造成包裹，不利于分离；过少会使催化还原不完全.KH2PO4过量会造成副反应增多，和催化剂反应生成H2，影响正反应收率；过少会使脱保护不彻底.当升高反应温度到35 ℃时，收率仅有72%；降低反应温度延长反应时间至6 h，收率也仅有88%.美罗培南在高温下不稳定，容易分解，使副产物增多；温度过低，不利于脱保护时保护基键的断裂.当以NaH2PO4代替KH2PO4时，即使反应8 h，收率也仅有65%.因此，最佳反应条件为：以THF/H2O为溶剂，Zn粉4.0 g，KH2PO43.0 g，在30 ℃下反应3.5 h.

3 反应机理

根据推测及文献报道可知，脱去PNB和PNZ的反应机理是将硝基还原成胺基，再通过1,6-消除反应脱去保护基，PNB和PNZ的反应机理为：

4 结语

本文报道了一种美罗培南脱保护的新方法.采用Zn粉/KH2PO4代替钯碳/H2催化氢化体系，脱去保护的美罗培南酯的保护基PNB和PNZ，得到美罗培南，摩尔收率92%，质量收率49%.该脱保护方法反应条件温和，选择性好，收率高，实验操作简单，不仅能降低生产成本，而且减少了安全隐患，符合绿色环保要求，有利于工业化生产.

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责任编辑：金 欣

Improvement of the deprotection of Meropenem

WANG Yu-fanga, SUN Bai-hub, YU Hai-juna

(a. Department of Scientific Research and School-Business Cooperation; b. Teaching Affairs Office, Shijiazhuang University of Applied Technology, Shijiazhuang, Hebei 050081, China)

By using zinc powder/KH2PO4instead of palladium carbon/H2catalytic system, p-nitrobenzyl (PNB) and p-nitrobenzyloxycarbonyl (PNZ) the protecting group can be removed from meropenem ester to obtain meropenem with an overall yield of up to 92%. Optimum reaction conditions are as follows, with THF/H2O as solvent, 4.0g zinc powder as catalyst, 3.0g KH2PO4, reacting for 3.5 h under 30℃, the target compound structure is confirmed by 1HNMR.

zinc powder; catalytic hydrogenation; deprotection; meropenem

2017-03-22

王玉芳(1985-)，女，河北石家庄人，石家庄职业技术学院讲师，博士，主要从事金属催化下的有机合成研究工作.

1009-4873(2017)04-0032-03

TQ465

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