CN104480181A - 3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法 - Google Patents

3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种药品中间体3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,属于医药技术领域。本发明方法采用两酶两步法,将头孢菌素C钠盐料液经浓缩调酸,然后依次经过固定化CPC酰化酶催化裂解、固定化去乙酰基酯酶催化裂解,最后经调酸析晶得到D-7-ACA。本发明方法制备过程操作简单,D-7-ACA产品的纯度高、反应收率高,而且两种酶可以重复利用,固定化CPC酰化酶的使用寿命高达600~700批次,固定化去乙酰基酯酶的使用寿命高达800~1000批次,大大降低了生产成本,对工业化放大生产意义重大。

Description

3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法
技术领域
本发明涉及一种药品中间体的制备方法,具体地说是一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,属于医药技术领域。
背景技术
3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸,简称D-7-ACA,是生产头孢菌素类抗生素的医药中间体,能够用于合成头孢克肟、头孢呋辛、头孢匹罗、头孢卡品酯、头孢地尼、头孢他啶等一系列头孢类抗生素。与7-ACA(7-氨基头孢烷酸)和7-ADCA(7-氨基-3-去乙酰氧基头孢烷酸)相比,D-7-ACA结构中位于3位的羟基具有较高的反应活性,有利于合成新型的头孢菌素产品,能够简化生产工艺路线,并具有修饰简单、容易纯化、产品质量好、生产成本低等优点,需求量不断增加。
D-7-ACA的分子式为C8H10N2O4S,分子量230.24,分子结构为:
目前D-7-ACA的制备方法主要有化学法、化学生物酶法和生物酶法三种,一般均以头孢菌素C为原料。化学法通常是将头孢菌素C提取液先制成其钠盐或锌盐,再通过醋化、氯化、醚化和水解四步反应得到7-ACA溶液,加氨水结晶得到7-ACA;然后再将7-ACA溶解,用氢氧化钠裂解得到D-7-ACA。化学生物酶法通常是将头孢菌素C提取液先制成其钠盐,然后用D-氨基酸氧化酶和戊二酰-7-ACA酰化酶催化得到7-ACA溶液,加盐酸结晶得到7-ACA;最后将7-ACA溶解,用氢氧化钠或头孢菌素醋酶裂解得到D-7-ACA。生物酶法通常是先将头孢菌素C提取液用D-氨基酸氧化酶催化制备戊二酰-7-ACA溶液,再用戊二酰-7-ACA酰化酶和头孢菌素酯酶催化制得D-7-ACA。上述三种工艺路线都较长,而且包含多次结晶过程,造成了很大的物料损失,降低了产品收率。其中化学法采用的裂解,需要高温、高压和低冷,而反应物料中使用的有机溶剂如二氯甲烷、苯胺、氯硅烷等均为有毒有害的强污染物,还使用大量强酸强碱,使得D-7-ACA的生产要承担较重的能耗成本与治污成本。化学生物酶法裂解7-ACA在结晶时面临结晶产品发粘、难以离心和干燥的问题,需要添加溶媒辅助结晶,并且需使用大量的分离设备,导致能耗和人工成本增加,不利于放大生产。
中国专利CN102827912B公开了一种两酶一步法制备医药中间体D-7-ACA的工艺,以头抱菌素C钠盐浓缩液为底物,采用固定化CPC酯化酶和固定化去乙酰基酯酶组合一步酶法催化制备D-7-ACA。该工艺简化了工艺路线,提高了头抱菌素C发酵组分的利用率,缩短了生产周期,避免了三酶两步酶法中液氧的使用,提高了生产安全性,且整个过程均采用酶法生产工艺,具有条件温和、设备简单、无污染、收率高、副产物少、成本低等优点,有利于我国绿色制药工业的发展,是一条可持续的工艺路线。
但是,两酶一步法将两种生物酶在同一介质条件下使用,但是由于两种生物酶的性质不同,且生物酶本身活性受介质环境的影响非常大,因此将两种酶在同一条件下使用,会使酶解率降低,从而出现副反应增多、杂质增多的现象,导致产品的收率和含量同时降低;而且,生物酶长期在非最佳环境内生存、其使用寿命也大大降低。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,该方法将两种生物酶分开使用、使生物酶的活性最大化,反应产品质量好、收率高,酶使用寿命大幅提高,且反应步骤简单、操作方便,适合工业化生产。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:
一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,包含以下步骤:
A、将原料头孢菌素C钠盐料液浓缩至20000~40000ug/ml,用氨水调pH至6.5~7.0,得原料液;然后将原料液加入到装有固定化CPC酰化酶的1#裂解罐中,开启搅拌,在10℃~25℃下用氨水调节裂解液的pH为6.0~9.0,反应结束;
所述固定化CPC酰化酶的单位酶活力不低于100u/g,1#裂解罐中所盛装的固定化CPC酰化酶的酶活总单位不小于10000u/l;
B、将步骤A所得裂解液加入到装有固定化去乙酰基酯酶的2#裂解罐中,开启搅拌,在10~25℃下用氨水调节裂解液pH至5.5~8.0,反应结束,得最终裂解液;
所述固定化去乙酰基酯酶的单位酶活力不低于400u/g,2#裂解罐中所盛装的固定化去乙酰基酯酶的酶活总单位不小于8000u/l;
C、将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至0℃~10℃,滴加盐酸溶液调节体系pH至4.5~6.0,控温养晶后过滤,洗涤后进行真空干燥,即得D-7-ACA。
本发明的进一步改进在于:所述步骤A中,原料头孢菌素C钠盐浓缩液的浓度为30000~35000ug/ml;裂解反应温度为13℃~18℃,裂解反应的终点pH为8.30~8.50;用于调节头孢菌素C钠盐浓缩液pH和裂解液pH的氨水浓度均为3mol/L。
本发明的进一步改进在于:所述步骤B中,裂解反应温度为13~18℃,裂解反应的终点pH为7.40~7.80;用于调节裂解液pH的氨水浓度为6mol/L。
本发明的进一步改进在于:所述步骤C中,将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至0℃~10℃,滴加质量分数为5%~20%的盐酸溶液,直至有少量晶体出现;停止滴加,控温0℃~10℃养晶30~60分钟;然后二次滴加盐酸溶液,至体系pH为4.0~5.0,降温至4℃以下,养晶30~60分钟;过滤,洗涤滤饼后真空干燥,即得D-7-ACA。
本发明的进一步改进在于:所述步骤C中,将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至5℃~10℃,滴加质量分数为10%的盐酸溶液,直至有少量晶体出现;停止滴加,控温5℃~10℃养晶30~60分钟;然后二次滴加10%盐酸溶液,至体系pH为4.85~4.95;降温至4℃以下,养晶30~60分钟;过滤,洗涤滤饼后真空干燥,即得D-7-ACA。
本发明的进一步改进在于:所述用于洗涤滤饼的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮中的任意一种,优选为丙酮。
由于采用了上述技术方案,本发明所取得的技术进步在于:
本发明提供了一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,采用两酶两步法,制备过程操作简单,所得D-7-ACA产品的纯度高、反应收率高,而且两种酶可以重复利用,固定化CPC酰化酶的使用寿命高达600~700批次,固定化去乙酰基酯酶的使用寿命高达800~1000批次,大大降低了生产成本,对工业化放大生产意义重大。
本发明采用两酶两步法,根据两种酶的不同活性确定了最佳反应条件,先使用固定化CPC酰化酶对头孢菌素C去酰化制得7-ACA,然后再使用固定化去乙酰基酯酶对7-ACA去酯化制得D-7-ACA,最后经酸化析晶提纯得到高纯度的D-7-ACA。固定化CPC酰化酶和固定化去乙酰基酯酶分开使用,使得每一步反应的体系单一,每步反应用酶都保持很高活性,不易发生副反应,从而有效保证了产品的纯度和反应收率,并延长了酶的使用寿命;而且,两步裂解反应的温度进一步降低,工业化生产时无需消耗能量加热,更加利于工业化生产。
步骤A中首先将原料头孢菌素C钠盐料液进行浓缩至20000~40000g/ml、优选30000~35000g/ml,再进行裂解反应,这样能保证后续反应具有适当的裂解转化时间,避免产物的降解,保证了产品收率。如果浓缩液的浓度过大,就需要较长的反应时间才能使头孢菌素C转化完全,这样就有可能造成产物的降解,从而降低收率,并且会造成产品含量降低、杂质增多、色级升高;如果浓缩液的浓度过小,调节pH的氨水用量会大大增加,同产量不仅增加裂解批次,降低产品收率,而且显著提高生产成本。
本发明步骤A中,通过固定化CPC酰化酶对头孢菌素C作用生成7-ACA,裂解反应温度为10~25℃、优选为13~18℃,反应终点pH6.0~9.0、优选8.3~8.5,该条件下CPC酰化酶的活性保持最佳,催化裂解速度快,反应效率和反应收率高。如果反应温度高于25℃或介质pH大于9.0,会导致副反应的杂质增加,甚至CPC酰化酶失去活性,无法催化裂解;但若反应温度低于10℃或介质pH小于6.0,CPC酰化酶的活性降低,催化效果大大降低,反应时间延长,且容易导致反应不完全,反应杂质增多。
本发明步骤B中,通过固定化去乙酰基酯酶对7-ACA作用生成D-7-ACA,反应温度为10~25℃、优选13~18℃,反应终点pH为5.0~8.0、优选7.4~7.8,该条件下去乙酰基酯酶的活性保持最佳,催化裂解速度快,反应效率和反应收率高。如果反应温度高于25℃或介质pH大于8.0,会导致副反应的杂质增加,甚至去乙酰基酯酶失去活性,无法催化裂解;但若反应温度低于10℃或介质pH小于5.5,去乙酰基酯酶的活性降低,催化效果大大降低,反应时间延长,且容易导致反应不完全,反应杂质增多。
本发明步骤C中,通过调酸将溶解在溶剂中的D-7-ACA钠盐酸化、并使其析出;用于调酸析晶的盐酸浓度为5%~20%,优选10%,滴入少量上述浓度的盐酸溶液就能使D-7-ACA析出,并保证析出产品的晶型,且能避免杂质析出,进一步保证了D-7-ACA的纯度和质量。如果盐酸浓度过高,会导致盐酸滴入后局部浓度过大,析出晶体的晶型过细,不易过滤,且杂质也会随之析出,从而影响D-7-ACA产品的质量。如果盐酸浓度过低,则需要相当量的盐酸滴入才能使产品析出,反应液体积大,批处理量降低。
本发明步骤C中,限定调酸终点的pH为4.0~5.0,优选4.85-4.95;在此pH范围下,能够使体系中的绝大部分D-7-ACA产品析出,同时有效避免副产物α-氨基己二酸的析出,这样就保证了D-7-ACA产品的纯度,并使其收率达到最高。
本发明步骤C中优选使用丙酮作为滤饼洗涤溶剂,丙酮由于具有更低的沸点,因此回收套用简单方便,降低了生产成本,有利于工业化生产。
将河南健康元药业集团、瑞士Sandoz公司、石药集团中润药业有限公司所生产销售的D-7-ACA产品和本发明产品进行质量测试,测试具体方法为:使用高效液相色谱检测法检测含量和杂质含量,使用卡尔费休法检测水分,使用分光光度法检测透光率。测试数据见下表:
质量指标 本发明产品 河南健康元 Sandoz公司 石药中润药业
水分,% 0.04 0.01 0.06 0.17
420nm透光率,% 98.7 96.7 92.6 97.3
质量含量,% 99.6 99.2 99.2 99.5
DO-7-ACA,% 0.44 0.45 0.25 0.49
7-ACA,% 0.05 0.02 未检出 0.06
头孢菌素C,% 未检出 未检出 未检出 未检出
最大单杂,% 0.22 0.07 0.40 0.35
杂质总和,% 0.84 0.83 1.1 1.4
通过上述对比数据可以看出,本发明产品的质量含量高于其他三个厂家的D-7-ACA产品,而杂质总和的含量低于其他三个厂家的D-7-ACA产品,420nm条件下的透光率高,进一步证明本发明产品质量优异、纯度高、杂质少,得到了广大用户的认可。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
下列实施例中,所使用的头孢菌素C钠盐浓缩液来自华北制药河北华民药业有限公司莱欣工厂;固定化CPC酰化酶来自湖南福来格生物技术有限公司,单位酶活力为100u/g;固定化去乙酰基酯酶来自湖南福来格生物技术有限公司,单位酶活力为400u/g;其他原料均为市售产品。
实施例中所使用的HPLC检测条件为:
色谱柱:十八烷基硅烷键合硅胶,5μm,4.6mm×250mm;
柱温:30℃;
检测器:紫外检测器λ=254nm;
流动相:pH 4.2醋酸钠缓冲液;
流速:1.0ml/min;
进样量:20μl。
实施例1
A、使用高效液相色谱法监测浓缩液的效价,将头孢菌素C钠盐料液浓缩至30000ug/ml;量取1000ml,用3mol/L氨水调pH至6.5,得原料液;然后将原料液加入到装有100g固定化CPC酰化酶(单位酶活力为100u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用3mol/L氨水调节裂解液的pH为8.30,反应结束;
B、将步骤A所得裂解液加入到装有20.0g固定化去乙酰基酯酶(单位酶活力为400u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用6mol/L氨水调节裂解液pH为7.40,反应结束,得最终裂解液;
C、将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至5℃~10℃,滴加质量分数为10%盐酸直至有少量晶体出现;停止滴加,控温5℃~10℃养晶30分钟;然后二次滴加10%盐酸,直至体系pH为4.90,降温至4℃以下,养晶60分钟;过滤,使用丙酮洗涤滤饼,真空干燥后即得D-7-ACA产品。
所得D-7-ACA产品质量为12.97g,反应总收率43.23%。
实施例2
A、使用高效液相色谱法监测浓缩液的效价,将头孢菌素C钠盐料液浓缩至31000ug/ml;量取1000ml,用3mol/L氨水调pH至6.7,得原料液;然后将原料液加入到装有100g固定化CPC酰化酶(单位酶活力为100u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用3mol/L氨水调节裂解液的pH为8.40,反应结束;
B、将步骤A所得裂解液加入到装有20.0g固定化去乙酰基酯酶(单位酶活力为400u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用6mol/L氨水调节裂解液pH为7.60,反应结束,得最终裂解液;
C、将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至5℃~10℃,滴加质量分数为10%盐酸,直至有少量晶体出现;停止滴加,控温5℃~10℃养晶60分钟;然后二次滴加10%盐酸,直至体系pH为4.95,降温至4℃以下,养晶60分钟;过滤,使用丙酮洗涤滤饼,真空干燥后即得D-7-ACA产品。
所得D-7-ACA产品质量为13.57g,反应总收率43.77%。
实施例3
A、使用高效液相色谱法监测浓缩液的效价,将头孢菌素C钠盐料液浓缩至32000ug/ml,量取1000ml,用3mol/L氨水调pH至7.0,得原料液;然后将原料液加入到装有100g固定化CPC酰化酶(单位酶活力为100u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用3mol/L氨水调节裂解液的pH为8.50,反应结束;
B、将步骤A所得裂解液加入到装有20.0g固定化去乙酰基酯酶(单位酶活力为400u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用6mol/L氨水调节裂解液pH为7.80,反应结束,得最终裂解液;
C、将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至8℃,滴加质量分数为10%盐酸,直至有少量晶体出现;停止滴加,控温5℃~10℃养晶50分钟;然后二次滴加10%盐酸,直至体系pH为4.95,降温至4℃以下,养晶60分钟;过滤,使用丙酮洗涤滤饼,真空干燥后即得D-7-ACA产品。
所得D-7-ACA产品质量为13.94g,反应总收率43.56%。
实施例4
A、使用高效液相色谱法监测浓缩液的效价,将头孢菌素C钠盐料液浓缩至35000ug/ml,量取1000ml,用3mol/L氨水调pH至6.8,得原料液;然后将原料液加入到装有100g固定化CPC酰化酶(酶活为100u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用3mol/L氨水调节裂解液的pH为8.30,反应结束;
B、将步骤A所得裂解液加入到装有20.0g固定化去乙酰基酯酶(单位酶活力为400u/g)的裂解罐中,开启搅拌,在13℃~18℃下用6mol/L氨水调节裂解液pH为7.60,反应结束,得最终裂解液;
C、将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至7℃,滴加质量分数为10%盐酸,直至有少量晶体出现;停止滴加,控温5℃~10℃养晶30分钟;然后二次滴加10%盐酸,直至体系pH为4.85,降温至4℃以下,养晶60分钟;过滤,使用丙酮洗涤滤饼,真空干燥后即得D-7-ACA产品。
所得D-7-ACA产品质量为15.33g,反应总收率43.80%。
实施例5
本实施例为对比实施例,按中国专利CN102827912A说明书实施例1的方法进行制备,具体制备方法为:
据高效液相色谱法测得头孢菌素C钠盐浓缩液效价,将头孢菌素C钠盐浓缩液稀释至31000ug/ml,用质量分数为5%氨水调节pH至6.8后,将1000ml上述稀释料液加入到装有75.0g固定化CPC酰化酶(单位酶活力为100u/g)和18.0g固定化去乙酰基酯酶(单位酶活力为400u/g)的裂解罐中,在22℃下由质量分数为4.5%的氨水通过酶裂解罐调节裂解液pH为8.30,反应结束,得最终裂解液。将最终裂解液转移至结晶罐内,降温至5℃,滴加质量分数为14%的盐酸溶液调节pH至5.0,2℃下养晶1.2小时,过滤,甲醇洗涤,真空干燥即得D-7-ACA。
所得D-7-ACA产品质量为12.00g,反应总收率38.72%。
取实施例1~实施例5产品进行性能检测,使用HPLC法检测产品含量和杂质含量,使用分光光度法检测透光率。检测数据见表1。
表1实施例产品性能检测数据
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
纯度(%) 99.29 99.31 99.38 99.27 98.0
质量含量(%) 99.51 99.73 99.83 99.79 98.48
最大单杂(%) 0.22 0.12 0.16 0.18 0.45
DO-7-ACA(%) 0.44 0.38 0.41 0.45 0.55
420nm透光率(%) 98.82 98.64 99.14 98.42 84.61
由表1中数据可以看出,实施例1~实施例4的产品性能显著优于实施例5产品,而且,实施例1~实施例4的反应收率也高于实施例5产品。本发明方法与专利CN102827912A的方法相比,具有显著的优势和技术进步。

Claims (7)

1.一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,其特征在于包含以下步骤:
A、将原料头孢菌素C钠盐料液浓缩至20000~40000ug/ml,用氨水调pH至6.5~7.0,得原料液;然后将原料液加入到装有固定化CPC酰化酶的1#裂解罐中,开启搅拌,在10℃~25℃下用氨水调节裂解液的pH为6.0~9.0,反应结束;
所述固定化CPC酰化酶的单位酶活力不低于100u/g,1#裂解罐中所盛装的固定化CPC酰化酶的酶活总单位不小于10000u/l;
B、将步骤A所得裂解液加入到装有固定化去乙酰基酯酶的2#裂解罐中,开启搅拌,在10~25℃下用氨水调节裂解液pH至5.5~8.0,反应结束,得最终裂解液;
所述固定化去乙酰基酯酶的单位酶活力不低于400u/g,2#裂解罐中所盛装的固定化去乙酰基酯酶的酶活总单位不小于8000u/l;
C、将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至0℃~10℃,滴加盐酸溶液调节体系pH至4.5~6.0,控温养晶后过滤,洗涤后进行真空干燥,即得D-7-ACA。
2.根据权利要求1所述的一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,其特征在于:所述步骤A中,原料头孢菌素C钠盐浓缩液的浓度为30000~35000ug/ml;裂解反应温度为13℃~18℃,裂解反应的终点pH为8.30~8.50;用于调节头孢菌素C钠盐浓缩液pH和裂解液pH的氨水浓度均为3mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,其特征在于:所述步骤B中,裂解反应温度为13~18℃,裂解反应的终点pH为7.40~7.80;用于调节裂解液pH的氨水浓度为6mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,其特征在于:所述步骤C中,将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至0℃~10℃,滴加质量分数为5%~20%的盐酸溶液,直至有少量晶体出现;停止滴加,控温0℃~10℃养晶30~60分钟;然后二次滴加盐酸溶液,至体系pH为4.0~5.0,降温至4℃以下,养晶30~60分钟;过滤,洗涤滤饼后真空干燥,即得D-7-ACA。
5.根据权利要求4所述的一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,其特征在于:所述步骤C中,将步骤B所得最终裂解液转移至结晶罐中,降温至5℃~10℃,滴加质量分数为10%的盐酸溶液,直至有少量晶体出现;停止滴加,控温5℃~10℃养晶30~60分钟;然后二次滴加10%盐酸溶液,至体系pH为4.85~4.95;降温至4℃以下,养晶30~60分钟;过滤,洗涤滤饼后真空干燥,即得D-7-ACA。
6.根据权利要求4或5任一项所述的一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,其特征在于:所述用于洗涤滤饼的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种3-去乙酰基-7-氨基头孢烯酸的制备方法,其特征在于:所述用于洗涤滤饼的溶剂为丙酮。
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