头孢雷特的合成与解析

2019-10-15李世文

山东化工 2019年18期

李世文，刘杰，李锐

(河南中帅医药科技股份有限公司，河南郑州 450000)

头孢雷特(Ceforanide)是一种非肠道使用的半合成广谱抗生素，文献报道其合成方法主要涉及对7-ACA的两部分的化学修饰或改造(7-ACA结构式见图1)：(1)C-3位乙酰基改造的化学合成；(2)C-7位氨基的改造的化学合成，一般在C-3位改造完成后再进行C-7位改造。C-3位乙酰基改造的化学合成方法主要包括：碱性溶液共热法，三氟化硼乙醚或三氟化硼乙腈催化法，引入的侧链为5-巯基-1H-四氮唑乙酸(以下简称MTAA，结构式见图2)；C-7位氨基的改造化学合成方法主要包括：酰氯法，混合酸酐法、活性酯法，涉及到的侧链为2-氨甲基苯乙酸(以下简称AMPAA，结构式见图3)。上述各种方法，各有优劣。

图1 7-ACA结构式

图2 MTAA结构式

图3 AMPAA结构式

1 路线综述[1-5]

头孢雷特的制备路线为：选择三氟化硼乙醚催化法实现先C-3位乙酰基改造的化学合成，制备关键中间体3-[(1-羧甲基)四氮唑-5-巯基]甲基-7-氨基-4-头孢烷酸(即ACATAA)。C-7位氨基的改造化学合成方法中，采用三乙保护的AMPAA，酰胺键构造方法中，优选混合酸酐法。C-7位氨基的改造选择了三乙保护的AMPAA制备混合酸酐法，并使用了一种常用的头孢类化合物助溶剂，即四甲基胍改进了ACATAA的活化方法，摒弃了水作为溶剂的工艺。最后利用N，N-二甲基胺苄(即BDMA)与头孢雷特形成复盐后与杂质的BDMA盐在水-丙酮溶液中溶解度不同而分离，而后酸化得到头孢雷特，反应操作步骤简单，收率及纯度得到提高，工艺稳定。

最终确定如下合成路线见图4。

图4 头孢雷特合成路线

头孢雷特的精制

关于头孢雷特的精制方法，文献有着详细报道，利用N，N-二甲基胺苄(以下简称BDMA)与头孢雷特形成复盐后与杂质的BDMA盐在水-丙酮溶液中溶解度不同而分离，而后酸化得到头孢雷特，精制后头孢雷特纯度提高明显，操作简便，因此我们选择该路线作为头孢雷特的精致方法。

2 实验部分

2.1 主要仪器与试剂

反应仪器：

JJ-1电动搅拌器，低温恒温反应浴。

检验仪器：

高效液相色谱仪，用葡聚糖凝胶G10(10.0×300mm)为填充剂，柱长30cm。

检测条件：

以含3.5%硫酸铵的pH值7.0的0.1mol/L磷酸盐缓冲液〔0.1mol/L磷酸氢二钠溶液-0.1mol/L磷酸二氢钠溶液(61∶39)〕为流动相A，以水为流动相B，流速为每分钟0.8mL，检测波长为254nm。

实验试剂：

5-巯基-1H-四氮唑乙酸，三氟化硼乙醚，甲醇，乙腈，水，氢氧化钠，邻氨甲基苯乙酸，乙酰乙酸甲酯，二氯甲烷，特戊酰氯，四甲基胍，丙酮，盐酸。

2.2 实验过程

2.2.1 化合物4 的制备

在 2000mL的反应瓶中加入 108.8g (0．4 mol)7-ACA，560mL乙腈和64g 5-巯基-1H-四氮唑乙酸，搅拌下慢慢滴加 170.4g三氟化硼乙醚，加完后升温至 30℃并保温至反应结束(液相跟踪)。反应结束后用冰浴冷却至10～15℃，加水200mL，用浓氨水将体系的pH值调至3.0～3.5，有固体析出，继续搅拌约 0.5 h，过滤，固体用甲醇洗涤(2× 200mL)，再用丙酮洗涤(2×200mL)所得固体经干燥，得142g淡黄色粉状固体。纯度：98%，干燥失重：0.7%。

2.2.2 2-氨甲基苯乙酸邓钠盐的制备

在2000mL的三口反应瓶中，加入600mL的无水乙醇，常温搅拌下加入氢氧化钠(31g，0.55mol)，体系发热，待氢氧化钠完全溶解后冷却至室温，分批加入邻氨甲基苯乙酸(82.6g，0.5mol)，搅拌至完全溶解，加热使回流，滴加乙酰乙酸甲酯(64g，0.55mol)，1h滴加完毕，滴完后回来反应2h。减压浓缩至300～400mL，冷却至5℃以下搅拌下慢慢加入500mL乙腈析晶2h，抽滤，滤饼用乙腈洗涤，得白色粉末结晶88.6g。纯度：99.4%，干燥失重：0.4%。

2.2.3 混合酸酐溶液A的制备

在带搅拌和温度计的1000mL三口烧瓶中加入29.9g(0.1mol，M=299)2-氨甲基苯乙酸邓钠盐及250mL无水二氯甲烷、100mLDMF，搅拌10min，加入N-甲基吗啉0.2mL，冷却至-5℃到-10℃，搅拌下滴加特戊酰氯12.06g(0.1mol，M=120.58，d=0.979，12.32mL)保持反应液温度-5℃到-10℃搅拌反应30min。反应液降温至-10℃到-15℃备用。

2.2.4 化合物4的溶液B的制备

在带搅拌和温度计的500mL三口烧瓶中加入37.2g(0.1mol)精制化合物4及100mL二氯甲烷，搅拌下冷却至-5-10℃，滴加四甲基胍24.2g(TMG，0.21mol，M=115.18，d=0.918，26.4mL)，搅拌30～60min得淡黄色透明溶解液，降温至-10-15℃备用。

2.2.5 缩合反应与水解反应

保持反应液A温度-10℃到-15℃，匀速滴加入反应液B，加毕，保持在-10℃到-15℃搅拌2h。

缩合反应结束后，搅拌下将反应混合物倒入250mL水中，静置，分出水层，有机层用水100mL萃取，合并水层，加入15g活性炭脱色30min，过滤，滤液降温至0℃，用稀盐酸(4N)调节pH值=3.5，搅拌结晶60min，析出的淡黄色沉淀过滤、滤饼分别用150mL冰水、150mL甲醇、150mL丙酮洗涤。35℃真空干燥至恒重。纯度：99.2% 。

2.2.6 头孢雷特的精制

取头孢雷特粗品20g 置于500mL的烧瓶中，用260mL丙酮-水(丙酮∶水=1∶1)的混合溶剂25～30℃下搅拌成匀浆。搅拌下滴加N，N-二甲基苄胺(BDMA)6.5mL 条件体系pH值=7.4～7.6，搅拌至溶液澄清。滴加320mL丙酮至上述溶液中，有固体结晶析出，加冰浴搅拌使结晶30分钟抽滤，滤饼用丙酮冲洗得雷特BDMA盐。40℃真空干燥。

将上步所得头孢雷特BDMA盐加入200mL水中，用10%的氢氧化钠溶液调节体系pH值至7.5搅拌待固体溶清，加活性炭4g，搅拌脱色30min后抽滤，收集滤液用4N的盐酸调节体系pH至到3.5冰浴搅拌使结晶30分钟后抽滤，滤饼分别用甲醇和丙酮洗涤，收集滤饼真空干燥得头孢雷特产品15g。

2.2.7 无菌原料头孢雷特的制备

取头孢雷特产品15g加入45mL的水中在15～20℃下搅拌成溶液，用氨水调节体系pH值到7得到澄清溶液。澄清溶液用活性炭脱色硅藻土助滤，无菌过滤。滤液在15～20℃下与等体积的甲醇混合后用盐酸调节pH值到3.5 搅拌1h后抽滤，滤饼分别用甲醇和丙酮洗涤。收集滤饼20℃真空干燥至恒重得无菌头孢雷特。

2.3 产品解析

(1)高分辨质谱分析表明样品的准分子离子峰[M+H]+为520.1076，可推断其分子量为519.0096，与头孢雷特的理论精确分子量519.0095相比，误差小于3ppm，元素匹配结果表明其元素组成为C20H22N7O6S2，与头孢雷特的结构一致，证明其元素组成正确。

(2)IR：3430，3277 cm-1：-NH的伸缩振动，1780，1654cm-1：为酰胺C=O的伸缩振动，1539 cm-1：为酰胺的N-H弯曲振动及C-N伸缩振动，说明分子中含有两个酰胺羰基；3200～3056处的多个小峰说明分子中还含有NH2。1H NMR上δ9.436～9.416(1H，d)ppm的酰胺质子、δ8.57(4H，br)ppm的活泼质子与13CNMR谱上δ163.350(季C)ppm、171.481(季C)ppm的C-8、C-10进一步证明了它们的存在。

(3)IR：3300～2500 cm-1：-OH的伸缩振动，1702 cm-1：羧酸中羰基的伸缩振动，1382，1311cm-1：羧酸中OH的弯曲振动及C-O伸缩振动，说明分子中含有COOH。1H NMR上δ8.57(4H，br)ppm的活泼质子和13C NMR谱上δ163.515(季C)ppm、δ166.796(季C)ppm的C-19、C-22进一步证明了它们的存在。

(4)IR：3056 cm-1：苯环=CH的伸缩振动，1620，1584，1450cm-1：为C=C双键的伸缩振动，761cm-1：为苯环上C-H面外弯曲振动，说明分子中含有邻二取代的苯基；另外，C=C及C=N双键的伸缩振动也在1650-1580 cm-1范围内，与苯环的C=C伸缩振动重叠。1H NMR上δ7.431～7.414(1H，m)ppm、δ7.340～7.293(3H，m)ppm的多重峰以及13C NMR谱上δ133.069(季C)、130.830(叔C)、127.170(叔C)、128.548(叔C)、129.670(叔C)、134.804(季C)ppm，证明分子中存在邻二取代苯基。

(5)IR：2939 cm-1：CH，CH2中的C-H伸展振动，1423 cm-1：CH，CH2中的C-H弯曲振动，证明分子中有CH，CH2。1H NMR、13C NMR，dept135及dept90表明分子中表明分子中含有2个饱和次甲基(δ57.072、59.074)、5个饱和亚甲基(δ26.235、38.666、39.741、36.548、49.812)。

综上所述，从1H NMR和13C NMR谱得知，分子中含有2个酰胺羰基、2个羧酸羰基、1个烯键、1个C=N键、5个亚甲基、2个饱和次甲基和1个二取代苯基，与头孢雷特的结构相符，样品的UV、IR、11H NMR、13C NMR、HR-MS谱图可由头孢雷特的结构给以合理的解释，证明样品结构与头孢雷特结构一致。