1、1,2.3.1 概述,（一）抗生素概念抗生素(antibiotic)是由微生物、植物和動(dòng)物在其生命活動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生 (或化學(xué)合成)的，能在低微濃度下有選擇性的抑制或殺滅其它生物或腫瘤細(xì)胞的有機(jī)物質(zhì)。青霉素、鏈霉素、紅霉素等一類(lèi)化學(xué)物質(zhì)的總稱(chēng)。,2,抗生素的生產(chǎn)目前主要用微生物發(fā)酵法進(jìn)行生物合成。少數(shù)抗生素用化學(xué)合成法生產(chǎn),如氯霉素、磷霉素等。將生物合成法制得的抗生素用化學(xué)或生化方法進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改造而制成各種衍生物，稱(chēng)半合成抗

2、生素。,3,（二）抗生素的分類(lèi),①放線(xiàn)菌產(chǎn)生的抗生素②真菌產(chǎn)生的抗生素③細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素④植物或動(dòng)物的抗生素,鏈霉素；四環(huán)素；紅霉素等,青霉素、頭孢霉素等,多粘菌素等,被子植物蒜中制得的蒜素；從動(dòng)物臟器中制得的魚(yú)素等。,(1) 根據(jù)抗生素的生物來(lái)源分類(lèi),4,①?gòu)V譜抗生素②抗革蘭氏陽(yáng)性菌的抗生素③抗革蘭氏陰性菌的抗生素④抗真菌抗生素⑤抗病毒抗生素⑥抗癌抗生素,氨芐青霉素,鏈霉素,制霉菌素,四環(huán)類(lèi)抗生素對(duì)立克次體

3、及較大病毒有一定作用,阿霉素,青霉素,（2） 根據(jù)抗生素的作用分類(lèi),5,（3） 根據(jù)抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi),6,①抑制細(xì)胞壁合成的抗生素②影響細(xì)胞膜功能的抗生素③抑制病原菌蛋白質(zhì)合成的抗生素④抑制核酸合成的抗生素⑤抑制生物能作用的抗生素,頭孢霉素、青霉素,多烯類(lèi)抗生素,四環(huán)素,絲裂霉素C,抗霉素,（4） 根據(jù)抗生素的作用機(jī)制分類(lèi),7,①氨基酸、肽類(lèi)衍生物②糖類(lèi)衍生物③以乙酸、丙酸為單位的衍生物,頭孢霉素、青霉素,鏈霉素,紅

4、霉素,（5） 根據(jù)抗生素的生物合成途徑分類(lèi),8,(三) 抗生素的應(yīng)用,(1)抗生素在醫(yī)療上的應(yīng)用(2)抗生素在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用,9,（四）抗生素生產(chǎn)的工藝過(guò)程,抗生素的工業(yè)生產(chǎn)包括發(fā)酵和提取兩部分。 工藝流程大致如下： 菌種→孢子制備→種子制備→發(fā)酵→ →發(fā)酵液預(yù)處理→提取及精制→成品包裝,10,1922年，弗萊明發(fā)現(xiàn)了溶菌酶，但試驗(yàn)表明，這種溶菌酶只對(duì)無(wú)害的微生物起作用。1928年9月15日，弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素pen

5、icillin。在弗萊明外出休假的兩個(gè)星期里，一只未經(jīng)刷洗的廢棄的培養(yǎng)皿中長(zhǎng)出了一種神奇的霉菌。,亞歷山大.弗萊明Alexander Fleming,11,由于缺乏必要的實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等，他終究沒(méi)有成功地將青霉素分離提純出來(lái)。在他轉(zhuǎn)向其它研究項(xiàng)目之前，他在1929年發(fā)表的一篇論文中介紹了自己的上述發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)這篇論文并未引起人們的重視。,12,二戰(zhàn)爆發(fā)，巨大的戰(zhàn)爭(zhēng)傷亡對(duì)抗菌藥物產(chǎn)生了迫切的需求。1938年，英國(guó)牛津大學(xué)病理學(xué)家

6、弗洛里和德國(guó)生物化學(xué)家錢(qián)恩從期刊資料中找到了有關(guān)青霉素的文獻(xiàn)。1939年他們得到了英國(guó)和美國(guó)的關(guān)組織和基金會(huì)的支持。經(jīng)過(guò)一年多的努力，弗洛里和錢(qián)恩終于提純得到青霉素的結(jié)晶。1940年，青霉素時(shí)入臨床試驗(yàn)。1943年青霉素藥物完成了商業(yè)化生產(chǎn)并且正式進(jìn)入臨床治療。青霉素藥物拯救了千百萬(wàn)人的生命。1945年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予弗萊明、弗洛里和錢(qián)恩。,13,由于β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素具有廣闊的市場(chǎng)，推動(dòng)了青霉素類(lèi)和頭孢類(lèi)中間體產(chǎn)銷(xiāo)兩旺，

7、特別是頭孢菌素側(cè)鏈成為國(guó)際市場(chǎng)上的熱門(mén)產(chǎn)品。,14,20世紀(jì)60年代后，抗生素開(kāi)始進(jìn)入半合成抗生素時(shí)代。1959年英國(guó)的Chain利用大腸桿菌酰胺酶裂解青霉素G制成了6-氨基青霉素烷酸（6-APA），同年英國(guó)Beecham公司從6-APA合成了苯乙青霉素，以后又合成了耐青霉素的甲氧西林，接著合成了耐霉、可供口服和注射的苯唑西林和抗菌譜廣的氨芐西林，廣泛的用于臨床，從此半合成青霉素誕生了。,15,真正將半合成抗生素推向黃金時(shí)期的是半合成

8、頭孢菌素。20世紀(jì)60年代在半合成青霉素發(fā)展的啟發(fā)下，Glanxo公司從低活性的頭孢菌素C經(jīng)化學(xué)裂解得到7-氨基頭孢烷酸（7-ACA）母核。,16,天然的頭孢菌素-頭孢菌素C（Cephalosporin C）是1956年發(fā)現(xiàn)的，1961年確認(rèn)了它的化學(xué)結(jié)構(gòu),從此半合成頭孢菌素的工作開(kāi)始活躍起來(lái).,,17,20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于臨床的代表藥物有頭孢噻吩（Cefalothin）、頭孢唑啉（Cefazelin）（被稱(chēng)為第一代）；20

9、世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于臨床的代表藥物有頭孢沙定、頭孢西丁、頭孢美唑、頭孢呋新（被稱(chēng)為第二代）；20世紀(jì)70年代末80年代初開(kāi)發(fā)并應(yīng)用，頭孢噻肟（Cefotaxime）、頭孢他啶（Ceftazidime）（被稱(chēng)為第三代）；20世紀(jì)80年代末90年代初開(kāi)發(fā)并應(yīng)用，頭孢匹羅、頭孢咪唑、頭孢立定等許多抗菌活性較強(qiáng)的頭孢菌素。,18,從青霉素G經(jīng)化學(xué)擴(kuò)環(huán)等一系列反應(yīng)后制成7-氨基去乙?；^孢烷酸（7-ADCA）,再由此母核半合成了可供口服的

10、頭孢氨芐、頭孢克洛等頭孢類(lèi)藥物。由于頭孢菌素母核比青霉素母核可供修飾的部位多，且對(duì)青霉素水解酶穩(wěn)定，因此半合成頭孢菌素的研究工作比半合成青霉素更為活躍。,19,目前世界上50%-80%的頭孢菌素側(cè)鏈產(chǎn)于歐洲，規(guī)模較大的頭孢菌素側(cè)鏈供應(yīng)商有荷蘭的DSM公司，西班牙Derivados公司和我國(guó)臺(tái)灣的中國(guó)樟腦公司。上述三家公司的各種頭孢菌素側(cè)鏈的產(chǎn)量占世界市場(chǎng)的80%。,20,2005年前，國(guó)內(nèi)所需的上述中間體則大部分依賴(lài)進(jìn)口。山東金城

11、醫(yī)藥化工公司，成立于1995年，淄博市淄川區(qū)，是目前國(guó)內(nèi)主要的頭孢類(lèi)醫(yī)藥中間體科研、生產(chǎn)企業(yè)。其主導(dǎo)產(chǎn)品有AE活性、頭孢他啶活性酯、呋喃銨鹽、氨噻肟酸、頭孢克肟酸及活性酯、頭孢吡肟、頭孢硫脒、DCC等多個(gè)品種，年生產(chǎn)能力達(dá)4000噸以上。目前，在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)占有率已達(dá)60%以上。40%以上出口，銷(xiāo)往印度、日本、德國(guó)、意大利、韓國(guó)、伊朗、約旦、土耳其等。公司年銷(xiāo)售收入近15億元。,21,與生產(chǎn)β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素有關(guān)的化工中間體分為:(1

12、)青霉素用側(cè)鏈;(2)頭孢類(lèi)抗生素用側(cè)鏈;(3)β-內(nèi)酰胺酶抑制劑。,22,2.3.2 青霉素類(lèi)醫(yī)藥中間體,大多數(shù)青霉素的藥物都有一個(gè)共同的部分，即6-氨基青霉烷酸（6-APA）。半合成青霉素的合成就是以6-APA為基本母核，接上各種氨基側(cè)鏈。6-APA可以從無(wú)前體的青霉素發(fā)酵液中得到，但是大量的還是從青霉素G用酶解或化學(xué)裂解的方法得到。目前，固定化霉法，可用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。,23,（一） 6-氨基青霉烷酸（6-APA）

13、（1）性質(zhì) 白色片狀、六面體晶體。熔點(diǎn)208-209℃（分解）。旋光度[a]D31=+273º(1.2%,0.1mol/L HCl),pKa 2.3和4.9。難溶于有機(jī)溶劑。在室溫下可長(zhǎng)期保存。,24,分子式：C8H12N2O3S，分子量：216.26,結(jié)構(gòu)式：,,25,中國(guó)青霉素的技術(shù)等級(jí)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、臨床效果可以說(shuō)基本上已與世界頂尖企業(yè)接軌。我國(guó)為世界最大的青霉素生產(chǎn)國(guó)，國(guó)際市場(chǎng)上的份額，2001年占到60

14、％，現(xiàn)在約為78%。國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)公司：華藥、哈藥、石藥、魯抗，人稱(chēng)四大家族。,26,（2）6-APA制備,①青霉素生產(chǎn)發(fā)酵法生產(chǎn)抗生素的基本過(guò)程,菌種→孢子制備→種子制備→發(fā)酵 →發(fā)酵液預(yù)處理→提取及精制→成品包裝,27,發(fā)酵工藝,28,霉素產(chǎn)生菌生長(zhǎng)發(fā)育可分為六個(gè)階段：Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期、Ⅴ期、Ⅵ期,發(fā)酵培養(yǎng)控制,Ⅰ～Ⅳ期初稱(chēng)菌絲生長(zhǎng)期，產(chǎn)生青霉素較少，而菌絲濃度增加很多；Ⅲ期適于作發(fā)酵用種子； Ⅳ～Ⅴ期稱(chēng)青霉素分泌期

15、，此時(shí)菌絲生長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸減弱，大量產(chǎn)生青霉素；在Ⅳ期末、Ⅴ期初即應(yīng)放罐；Ⅵ期即菌絲自溶期，菌體開(kāi)始自溶。,29,加糖控制補(bǔ)氮及加前體pH控制溫度控制通氣和攪拌泡沫和消泡,發(fā)酵培養(yǎng)控制,一般在殘?zhí)菍⒅?.6％左右，pH上升時(shí)開(kāi)始加糖。,加硫酸銨、氨水或尿素，使發(fā)酵液氮源控制在0.01～0.05％。補(bǔ)前體以使發(fā)酵液中殘余苯乙酰胺濃度為0.05～0.08％。,加酸或堿自動(dòng)控制pH，一般為6.4～6.6。,一般前期25～26℃，后

16、期23℃，以減少后期發(fā)酵液中青霉素的降解破壞。,抗生素深層培養(yǎng)需要通氣與攪拌。,可用天然油脂如豆油、玉米油或用化學(xué)合成消泡劑“泡敵”（環(huán)氧丙稀環(huán)氧乙烯聚醚類(lèi)）來(lái)消泡。應(yīng)當(dāng)控制其用量并少量多次加入。,30,過(guò)濾提煉脫色共沸蒸餾或直接結(jié)晶,宜采用鼓式真空過(guò)濾器。過(guò)濾前加去乳化劑降溫。,采用溶媒萃取法，醋酸丁酯（BA）作溶媒。,采用活性炭進(jìn)行脫色。過(guò)濾。,31,②酶解法制備6-APA酶解法原理,將大腸桿菌進(jìn)行深層通氣攪拌、二級(jí)培養(yǎng)

17、、分離菌體中的親霉素酰胺酶。在適當(dāng)?shù)臈l件下酰胺酶裂解親霉素分子中的側(cè)鏈得6-APA和苯乙酸。再將水解液加明礬和乙醇除去蛋白質(zhì)，用乙酸丁酯分離除去苯乙酸，HCl調(diào)節(jié)pH值為3.7~4.0即可得到6-APA。,32,酶解法是制備6—APA的主要方法，應(yīng)用較廣泛。其過(guò)程是將大腸桿菌進(jìn)行深層通氣攪拌、二級(jí)培養(yǎng)，所得菌中含有青霉素酰胺酶。在適當(dāng)?shù)臈l件下，酰胺酶能裂解青霉素分子中的側(cè)鏈而獲得6—APA和苯乙酸。再將水解液加明礬和乙醇除去蛋白質(zhì)，用

18、醋酸丁酯分出苯乙酸，然后用HCl調(diào)節(jié)pH 3.7—4.0即析出6—APA。,33,酶解法分解青霉素G為6—APA時(shí)，溫度、pH、分解時(shí)間都非常重要。不同來(lái)源的酶所需要的分解條件也不同。大腸桿菌酰胺酶分解青霉素G時(shí)，溫度38—43℃、pH 7.5—7.8為宜，分解時(shí)間隨設(shè)備和產(chǎn)量大小有所不同，一般在3h左右。收率為85%-90%。,34,③化學(xué)裂解法制備6-APA生產(chǎn)原理,35,縮合配料比：青霉素G鉀鹽:乙酸乙酯:五氧化二磷

19、:二甲苯胺:三氯化磷=1:3.83: 0.025:0.768:0.277(wt)。將青霉素的G鉀鹽的乙酸乙酯溶液冷至-5℃，加入二甲苯胺和五氧化二磷，再降溫至-40℃，加三氯化磷，冷至-30℃，反應(yīng)保溫30min。,工藝過(guò)程,36,氯化配料比：縮合液:五氯化磷=1(青霉素G鉀鹽):0.7(wt)。 將縮合液冷至-40℃，一次加入五氯化磷，在-30℃保溫反應(yīng)75min。醚化配料比：氯化液:二甲苯胺:正丁醇=1(青霉素G鉀鹽)

20、:0.192:3.4(wt)。 氯化液冷至-65℃，加二甲苯胺，攪拌5min，再加預(yù)冷到-60℃的正丁醇，控制料液溫度<-45℃。加畢，在-45℃保溫70min。,37,水解 配料比：醚化液:蒸餾水:15%氨水:丙酮=1(青霉素G鉀鹽):4:2:0.8(wt)。 在冷凍的醚化液中加入0℃的蒸餾水，控制料液溫度在-13℃，水解20min。加氨水(加入一半時(shí)加晶種)后，溫度控制在13~15℃，加碳酸氫銨調(diào)pH

21、至4.1，保溫約30min后過(guò)濾，用0℃的無(wú)水丙酮洗滌，離心。自然干燥，測(cè)效價(jià)，得6-APA。,38,（3）用途,6-APA抗菌作用弱，只能用作半合成青霉素的原料。6-APA與相應(yīng)的側(cè)鏈進(jìn)行縮合，可制得各種半成品青霉素。 縮合方法通常有以下三種：,39,（1）酰氯法：較常用的方法，將側(cè)鏈制成酰氯，在低溫、中性或近中性（pH = 6.5-7.0）條件下進(jìn)行。,,40,（2）酸酐法：將側(cè)鏈酸制成酸酐或混合酸酐來(lái)進(jìn)行反應(yīng)。,,41,（3）

22、DCC法：將側(cè)鏈酸和6-APA在有機(jī)溶劑中進(jìn)行縮合，以N,N´-二環(huán)已碳亞胺（DCC）作為縮合劑。,,42,（二） 苯乙酸 Benzeneacetic acid,,43,（1）理化性質(zhì)真空蒸餾所得的苯乙酸為小葉狀結(jié)晶，石油醚重結(jié)晶所得的苯乙酸為片狀結(jié)晶。苯乙酸的熔點(diǎn)為76.5℃，沸點(diǎn)為265.5℃/101.3kPa，pKa（25℃）=4.25。它微溶于冷水，溶于熱水。,44,,（2）用途 苯乙酸為青霉素類(lèi)藥物的重要

23、原料，如頭孢洛倫（Cefaloram）等，同時(shí)也是重要的有機(jī)中間體。,45,（3）制備方法A 苯乙腈酸性水解法反應(yīng)原理,,46,配料比（Wt） 苯乙腈：70%硫酸：水= 1：1.3：0.2過(guò)程：,47,收率≥95%，含量≥96%,,48,B 苯乙腈堿性水解法反應(yīng)原理,,49,配料比（質(zhì)量）苯乙腈：工業(yè)液堿（30%）=1：1.3過(guò)程：,50,收率大于80%,,51,注意事項(xiàng)①由于苯乙酸微溶于水，故若生產(chǎn)條件許可，盡可能冷

24、到室溫以下過(guò)濾；②可通過(guò)重結(jié)晶得到純度大于99%的苯乙酸，最常用的重結(jié)晶溶劑是水。,52,該產(chǎn)品是青霉素類(lèi)抗生素的重要中間體，一直采用苯甲醛與氰化鈉反應(yīng)工藝生產(chǎn)苯乙酸，由于氰化鈉劇毒，污染環(huán)境，近年有報(bào)道可使用CO羰基化法生產(chǎn)。,53,（三） 苯氧乙酸,苯氧乙酸是與苯乙酸類(lèi)似的重要醫(yī)藥中間體，可用于制備頭孢唑啉，芐胺青霉素和海巴青霉素等，苯氧乙酸本身也是用途很廣的殺菌劑。,54,化學(xué)名：苯氧乙酸或苯氧基醋酸，Phenoxyaceti

25、c Acid別名：Phenoxyethanoic acid;O-Phenylglycollic acid;Phenyl ether glycolic acid;Phenylium分子式：C8H8O3，分子量：152.15，結(jié)構(gòu)式：,55,（1） 理化性質(zhì)白色針狀結(jié)晶。Mp 98℃，Bp 285℃（部分分解），易溶于乙醇、乙醚、苯、二硫化碳和冰乙酸；水中溶解度不大，lg苯氧乙酸需用75ml水溶解。,,56,（2）制備方

26、法,,57,投料比（質(zhì)量）苯酚：15%液堿：氯乙酸：水：碳酸鈉= 1：3：1：0.5：（0.56-0.60）,主要設(shè)備 搪玻璃中和釜，縮合釜,58,收率約80%，熔點(diǎn)98-100℃。,59,（3）注意事項(xiàng)①反應(yīng)過(guò)程中也可不用碳酸鈉，而將氯乙酸直接加到縮合釜內(nèi)，此時(shí)氫氧化鈉用量應(yīng)適當(dāng)增加。②苯氧乙酸也可用苯酚和氯乙酸乙酯反應(yīng)后再水解而得。,60,思考題,1.說(shuō)明以青霉素G為主要原料，采用酶解法合成6-APA的原理；2.6-A