CN105002253B - 一种新型头孢类抗感染药物的酶促合成工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型头孢类抗感染药物的酶促合成工艺，其以TDA为原料，经制备TDA盐酸化物提纯，再制成TDA钠盐，直接在水相中在固定化青霉素酰化酶的作用下酶促合成头孢西酮钠。本发明的酶促合成方法简化了操作步骤，反应在水相中进行，反应条件温和，副产物少，大大降低了能耗和有机废水的排放，降低了成本，对环境污染小，具有更好的环保性，使工艺符合产业化的要求；而且在产品收率和纯度上都有很大提高，产品纯度为99.9％以上，总收率在90％以上。

Description

一种新型头孢类抗感染药物的酶促合成工艺

技术领域

本发明涉及药物合成领域，具体涉及一种新型头孢类抗感染药物头孢西酮钠的酶促合成工艺。

背景技术

头孢西酮钠(Cefazedone)属于第一代注射头孢类抗生素，对各种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌包括金黄色葡萄球菌、链球菌、肠道球菌的疗效均优于同类药物—头孢唑啉和头孢噻吩，耐药性亦明显优于后者，是经典的广谱抗生素，抗菌谱广，临床应用广泛。在国外7个国家、35个医院参加的共计732例患者的临床研究试验结果表明，头孢西酮对于革兰式阳性菌和阴性菌引起的泌尿系统感染、呼吸道感染、外科-皮肤感染、妇科感染、胆道-腹部感染、各种复杂感染以及在新生儿的预防和治疗作用的有效率均在90％以上。

头孢西酮钠的化学名称为(6R,7R)-7-(2-(3,5-二氯-4-氧代-1(4H)-吡啶基)乙酰氨基)-3-(((5-甲基-1,3,4-噻二唑-2-基)硫)甲基)-8-氧代-5-硫杂-1-氮杂双环[4.2.0]辛-2-烯-2-甲酸钠，其分子式为：C₁₈H₁₄Cl₂N₅NaO₅S₃；其结构式为：

现有技术合成头孢西酮钠的制备方法有多种途径，在美国专利US5945414中公开了头孢西酮的合成方法，先由戊二酰基7-ACA为原料与硫醇在水溶液中在温度为90℃条件下反应2-10小时，生成的化合物经过去酰化得到目标产物。该工艺原料戊二酰基7-ACA不易购得，需要脱保护基，步骤繁琐，反应温度高，副产物较多，产品收率和纯度差，不适合工业化生产。专利DE 2345402报道了头孢西酮合成工艺为：7-氨基头孢烷酸叔丁酯和3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸通过二环己基碳二亚胺(DCC)在二氯甲烷中得到7-头孢烷酸叔丁酯，用三氟乙酸水解得到相应的游离酸，最后与5-甲基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇通过NaHCO₃在热的水和丙酮混合液缩合反应而得；该合成路线的步骤较长，使用价格昂贵、毒性大的三氟乙酸、DCC等试剂，反应过程复杂，最终产品的收率低，使得整个合成过程的成本较高。

以上合成的起始原料不易得到，不适合工业化生产；目前常用7-ACA为起始原料进行头孢西酮的合成，主要有两种合成工艺：

第一种路线为：以3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸为起始原料，与三氯乙酰氯成酸酐后与硅烷化的7-ACA形成7-位取代中间体，再在碱性条件下与1-甲基噻二唑-5-硫醇缩合得到头孢西酮，具体合成路线如下：

第二种路线：首先7-ACA与1-甲基噻二唑-5-硫醇发生硫取代反应生成3-位取代中间体，再与3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸缩合生成头孢西酮，具体合成路线如下：

上述两种工艺路线中，路线一的合成主要是从7-ACA的7-位开始的，而路线二是从7-ACA的3-位开始合成的，路线二合成头孢西酮收率(71.5％)稍高于路线一(60％)，但路线二的不足之处是1-甲基噻二唑-5-硫醇与7-ACA反应的副产物一直伴随到终产物中，而且很难找到合适的纯化方法，这样其合成成本就会相应提高，不适合工业化生产。

现有技术合成头孢西酮钠的方法中，普遍存在着收率低，产品色级差及工业生产成本高等缺点。工艺的难度导致了制剂价格的昂贵，给用药者造成了经济负担，且合成过程中使用了污染性强的化学试剂，对环境破坏较大。目前急需对合成工艺进行改进，满足工业化生产需求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种生产条件温和、生产工艺简单、副反应少、产品收率和纯度高的新型头孢类抗感染药物头孢西酮钠的酶促合成方法。

本发明是采用以下技术方案来实现的：

一种新型头孢类抗感染药物的酶促合成工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)以7-氨基-3-(2-甲基-1,3,4-噻二唑-5-基)硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸(TDA)为原料，在有机溶剂中，控温搅拌下滴加一定量的盐酸，过滤，洗涤，干燥，制得TDA盐酸化物(TDA·HCl)；将TDA盐酸化物与碳酸氢钠进行成盐反应，制得TDA钠盐(TDA-Na)；

(2)在水相中，在固定化青霉素酰化酶的作用下，控制pH值，TDA钠盐(TDA-Na)与3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸反应，过滤，滤液加活性炭脱色后过滤，滤液经反渗透膜浓缩后加乙酸乙酯萃取，水层加入丙酮析晶，过滤，洗涤，干燥，即得头孢西酮钠；其合成路线如下所示：

在步骤(1)中：优选的，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、异丙醇、甲醇、乙醇的一种或几种混合溶剂。优选的，盐酸与TDA的体积/质量比为1：1～2(ml/g)。

优选的，步骤(1)中，慢慢滴加盐酸反应，30～60min加完，调温至25～35℃反应0.5～2小时；反应完毕缓慢降温到10℃以下析晶1～3小时，过滤，滤饼丙酮洗涤，30～35℃真空干燥，得TDA盐酸化物。

优选的，步骤(1)中，将TDA盐酸化物和碳酸氢钠置于水中进行成盐反应，反应液加丙酮析晶，过滤，干燥，即得TDA钠盐(TDA-Na)。

优选的，步骤(1)中，慢慢滴加盐酸反应，30-60min加完，调温至25～30℃反应1-2小时；过滤，滤饼丙酮洗涤，30～35℃真空干燥3～4h，得TDA盐酸化物。

优选的，步骤(1)中，将TDA盐酸化物和碳酸氢钠置于水中进行成盐反应，反应液加丙酮析晶，过滤，干燥，即得TDA钠盐(TDA-Na)。

优选的，步骤(2)中，所述TDA钠盐的浓度为6-20％。

优选的，步骤(2)中，所述TDA钠盐和3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸的摩尔比为1.1～1.6：1。

优选的，步骤(2)中，所述固定化青霉素酰化酶与TDA钠盐的质量比为0.15～0.4：1，反应最适温度范围20～40℃，控制pH范围为6.0～8.0。更进一步优选的，所述固定化青霉素酰化酶与TDA钠盐的质量比为0.2～0.3：1.0，反应pH范围为6.5～7.5。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

(1)本发明改进了头孢西酮钠的合成工艺，以TDA为原料，经制备TDA盐酸化物提纯，再制成TDA钠盐，直接在水相中在固定化青霉素酰化酶的作用下酶促合成头孢西酮钠。本发明的酶促合成方法简化了操作步骤，只需在水相中就能进行反应，反应条件温和，副产物少，大大降低了能耗和有机废水的排放，降低了成本，对环境污染小，具有更好的环保性，使工艺符合产业化的要求；而且，令人意外地是，在产品收率和纯度上都有很大提高，产品质量高，纯度为99.9％以上，总收率在90％以上。

(2)本发明最初使用的TDA未经处理直接进行酶促反应，反应较困难，反应收率仅为65％左右，产品头孢西酮钠纯度低(96％左右)，且澄明度不合格(详见对比实施例1)；考虑到可能是底物和产物在水相中的溶解性差的原因，将TDA制成TDA钠盐后，再进行酶促反应，反应收率提高至88％左右，最终产品纯度提高到98％左右(详见对比实施例2)。经改进利用溶剂化作用对TDA进行了精制提纯和将其制成钠盐直接在水相中进行酶促反应，取得了意想不到的技术效果，后续反应稳定可靠，产品质量和收率得到了很大提高，酶促反应摩尔收率为95％以上，产品质量高，HPLC纯度为99.9％以上，色级低于黄色2号，高聚物低于0.02％，总杂小于1.0％，最大单杂小于0.5％。

(3)本发明实验中，选用了目前广泛使用的固定化青霉素酰化酶，型号为IPA-750，该酶具有极高的转化率，且不含有青霉素酶(β-Lactamase)，能够连续使用1000次以上，且该酶具有环保、反应条件温和、后处理简单等优点。

具体实施方式

以下用实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，将有助于对本发明的技术方案的优点、效果有更进一步的了解，实施例不限定本发明的保护范围，本发明的保护范围由权利要求来决定。

实施例1：

(1)TDA盐酸化物(TDA·HCl)的制备：

于180ml二甲基甲酰胺中加入36.5g TDA(上海一飞生物科技有限公司，含量为94.5％，0.1mol)，搅拌10min，慢慢滴加入浓盐酸20ml，30min加完，调温至25～30℃反应2小时；反应完毕缓慢降温到10℃以下析晶2小时，过滤，滤饼用70ml丙酮均分2次打浆洗涤，30～35℃真空干燥3～4h，得TDA盐酸化物37.4g(TDA·HCl，0.097mol，)，含量为99.8％，摩尔收率为98％。

(2)TDA钠盐(TDA-Na)的制备：

将步骤(1)所得的TDA盐酸化物37.4g(TDA·HCl，0.097mol)置于反应瓶中，加水160ml，室温搅拌下分批加入17.0g碳酸氢钠使固体溶解，反应液过滤，滤液加丙酮300ml至混浊，搅拌2小时，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃析出结晶，过滤，40℃以下真空干燥，即得TDA钠盐34.4g(0.094mol)，摩尔收率为97％，HPLC纯度为99.8％。

(3)头孢西酮钠的制备：

在带搅拌的烧瓶中投入33.0gTDA钠盐(0.09mol)，加入去离子水300毫升，开启搅拌并用8％的氨水调节pH至TDA钠盐溶清，控制温度30℃，投入12g固定化青霉素酰化酶，然后滴加24g 3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸(0.108mol)，同时用8％氨水控制pH7.0～7.5至pH不再变化，液相色谱检测TDA钠盐残留小于1.0％反应结束，过滤收集滤液，少量去离子水洗固定化酶；滤液加1.5g活性炭搅拌脱色，30分钟后过滤，滤液经反渗透膜浓缩至100ml后加50ml乙酸乙酯萃取二次，然后控制温度为10-20℃加入200ml的丙酮至混浊，搅拌2小时，析出结晶，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃，然后保持搅拌速度80-120转/分钟搅拌析晶、养晶1-3小时；过滤，用少量乙酸乙酯洗涤滤饼，40℃以下真空干燥，得产品头孢西酮钠49.0g(0.086mol)，收率为95.5％，HPLC纯度为99.99％，色级低于黄色1号，高聚物0.015％，总杂0.08％，最大单杂0.03％。

实施例2：

(1)TDA盐酸化物(TDA·HCl)的制备：

于200ml异丙醇中加入38g TDA(上海一飞生物科技有限公司，含量为90.3％，0.1mol)，搅拌10min，慢慢滴加入浓盐酸38ml，30min加完，调温至25～30℃反应2小时；反应完毕缓慢降温到10℃以下析晶1小时，过滤，滤饼用70ml丙酮均分2次打浆洗涤，30～35℃真空干燥3～4h，得TDA盐酸化物36.9g(TDA·HCl，0.0965mol，)，含量为99.6％，摩尔收率为96.5％。

(2)TDA钠盐(TDA-Na)的制备：

将步骤(1)所得的TDA盐酸化物36.9g(TDA·HCl，0.0965mol，)置于反应瓶中，加水200ml，室温搅拌下分批加入17g碳酸氢钠使固体溶解，反应液过滤，滤液加丙酮350ml至混浊，搅拌2小时，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃析出结晶，过滤，40℃以下真空干燥，即得TDA钠盐34g(0.0924mol)，摩尔收率为95.8％，HPLC纯度为99.6％。

(3)头孢西酮钠的制备：

在带搅拌的烧瓶中投入34g TDA钠盐(0.0924mol)，加入去离子水170毫升，开启搅拌并用8％的氨水调节pH至TDA钠盐溶清，控制温度20-40℃，投入12g固定化青霉素酰化酶，然后滴加26.7g 3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸(0.108mol)，同时用8％氨水控制pH6.5～7.0至pH不再变化，液相色谱检测TDA钠盐残留小于1.0％反应结束，过滤收集滤液，少量去离子水洗固定化酶；滤液加1.0g活性炭搅拌脱色，30分钟后过滤，滤液经反渗透膜浓缩至100ml后加50ml乙酸乙酯萃取二次，然后控制温度为10-20℃加入200ml的丙酮至混浊，搅拌2小时，析出结晶，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃，然后保持搅拌速度80-120转/分钟搅拌析晶、养晶3小时；过滤，用少量乙酸乙酯洗涤滤饼，40℃以下真空干燥，得产品头孢西酮钠50g(0.0878mol)，收率为95％，HPLC纯度为99.98％，色级低于黄色2号，高聚物0.018％，总杂0.09％，最大单杂0.035％。

实施例3：

(1)TDA盐酸化物(TDA·HCl)的制备：

于200ml甲醇中加入35g TDA(苏州维他化工有限公司，含量为98.4％，0.1mol)，搅拌10min，慢慢滴加入浓盐酸18ml，30min加完，调温至30～35℃反应1.5小时；反应完毕缓慢降温到10℃以下析晶2小时，过滤，滤饼用70ml丙酮均分2次打浆洗涤，30～35℃真空干燥3～4h，得TDA盐酸化物(TDA·HCl，0.0965mol，)37g，含量为99.8％，摩尔收率为97％。

(2)TDA钠盐(TDA-Na)的制备：

将步骤(1)所得的TDA盐酸化物37g(TDA·HCl，0.0965mol，)置于反应瓶中，加水200ml，室温搅拌下分批加入17g碳酸氢钠使固体溶解，反应液过滤，滤液加丙酮350ml至混浊，搅拌2小时，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃析出结晶，过滤，40℃以下真空干燥，即得TDA钠盐34.3g(0.0936mol)，摩尔收率为96.5％，HPLC纯度为99.8％。

(3)头孢西酮钠的制备：

在带搅拌的烧瓶中投入34.3g TDA钠盐(0.0936mol)，加入去离子水570毫升，开启搅拌并用8％的氨水调节pH至TDA钠盐溶清，控制温度40℃，投入12g固定化青霉素酰化酶，然后滴加29g 3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸(0.131mol)，同时用8％氨水控制pH7.0～7.5至pH不再变化，液相色谱检测TDA钠盐残留小于1.0％反应结束，过滤收集滤液，少量去离子水洗固定化酶；滤液加3g活性炭搅拌脱色，30分钟后过滤，滤液经反渗透膜浓缩至100ml后加50ml乙酸乙酯萃取二次，然后控制温度为10-20℃加入200ml的丙酮至混浊，搅拌2小时，析出结晶，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃，然后保持搅拌速度80-120转/分钟搅拌析晶、养晶3小时；过滤，用少量乙酸乙酯洗涤滤饼，40℃以下真空干燥，得产品头孢西酮钠51.4g(0.09mol)，收率为96.2％，HPLC纯度为99.99％，色级低于黄色1号，高聚物0.013％，总杂0.073％，最大单杂0.025％。

实施例4：

(1)TDA盐酸化物(TDA·HCl)的制备：

于250ml二甲基甲酰胺中加入55.8g TDA(浙江东盈药业有限公司，含量为92.6％，0.15mol)，搅拌10min，慢慢滴加入6M盐酸60ml，30min加完，调温至25～30℃反应1小时；过滤，滤饼用100ml丙酮均分2次打浆洗涤，30～35℃真空干燥3～4h，得TDA盐酸化物(TDA·HCl，0.146mol，)56.2g，含量为99.8％，摩尔收率为97.5％。

(2)TDA钠盐(TDA-Na)的制备：

将步骤(1)所得的TDA盐酸化物55.2g(TDA·HCl，0.145mol，)置于反应瓶中，加水250ml中，室温搅拌下分批加入26g碳酸氢钠使固体溶解，反应液过滤，滤液加丙酮400ml至混浊，搅拌2小时，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃析出结晶，过滤，40℃以下真空干燥，即得TDA钠盐51.3g(0.14mol)，摩尔收率为97％，HPLC纯度为99.96％。

(3)头孢西酮钠的制备：

在带搅拌的烧瓶中投入TDA钠盐51.3g(0.14mol)，加入去离子水800毫升，开启搅拌并用8％的氨水调节pH至TDA钠盐溶清，控制温度30℃，投入10.2g固定化青霉素酰化酶，然后滴加37.3g 3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸(0.168mol)，同时用8％氨水控制pH6.5～7.0至pH不再变化，液相色谱检测TDA钠盐残留小于1.0％反应结束，过滤收集滤液，少量去离子水洗固定化酶；滤液加4g活性炭搅拌脱色，30分钟后过滤，滤液经反渗透膜浓缩至100ml后加50ml乙酸乙酯萃取二次，然后控制温度为10-20℃加入200ml的丙酮至混浊，搅拌2小时，析出结晶，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃，然后保持搅拌速度80-120转/分钟搅拌析晶、养晶1-3小时；过滤，用少量乙酸乙酯洗涤滤饼，40℃以下真空干燥，得产品头孢西酮钠76.7g(0.1344mol)，摩尔收率为96％，HPLC纯度为99.98％，色级低于黄色2号，高聚物0.018％，总杂0.090％，最大单杂0.038％。

对照实施例1：

在带搅拌的烧瓶中投入将52g TDA(浙江东盈药业有限公司，含量为92.6％，0.14mol)，加入去离子水800毫升，开启搅拌并用8％的氨水调节pH至TDA溶清，控制温度30℃，投入10.2g固定化青霉素酰化酶，然后滴加37.3g 3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸(0.168mol)，同时用8％氨水控制pH6.5～7.0至pH不再变化，液相色谱检测TDA钠盐残留小于1.0％反应结束，过滤收集滤液，少量去离子水洗固定化酶；滤液加4克活性炭搅拌脱色，30分钟后过滤，滤液经反渗透膜浓缩至100ml后加50ml乙酸乙酯萃取二次，然后控制温度为10-20℃加入200ml的丙酮至混浊，搅拌2小时，析出结晶，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃，然后保持搅拌速度80-120转/分钟搅拌析晶、养晶1-3小时；过滤，用少量乙酸乙酯洗涤滤饼，40℃以下真空干燥，得产品头孢西酮钠53.7g(0.091mol)，摩尔收率为65％，HPLC纯度为96.7％。

对照实施例2：

(1)TDA钠盐(TDA-Na)的制备：

将55.8g TDA(浙江东盈药业有限公司，含量为92.6％，0.15mol)置于反应瓶中，加水250ml中，室温搅拌下分批加入26g碳酸氢钠使固体溶解，反应液过滤，滤液加丙酮400ml至混浊，搅拌2小时，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃析出结晶，过滤，40℃以下真空干燥，即得TDA钠盐53.7g(0.14mol)，摩尔收率为93.3％，HPLC纯度为95.6％。

(2)头孢西酮钠的制备：

在带搅拌的烧瓶中投入53.7g TDA钠盐(0.14mol)，加入去离子水800毫升，开启搅拌并用8％的氨水调节pH至TDA钠盐溶清，控制温度30℃，投入10.2g固定化青霉素酰化酶，然后滴加37.3g 3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸(0.168mol)，同时用8％氨水控制pH6.5～7.0至pH不再变化，液相色谱检测TDA钠盐残留小于1.0％反应结束，过滤收集滤液，少量去离子水洗固定化酶；滤液加4g活性炭搅拌脱色，30分钟后过滤，滤液经反渗透膜浓缩至100ml后加50ml乙酸乙酯萃取二次，然后控制温度为10-20℃加入200ml的丙酮至混浊，搅拌2小时，析出结晶，以5-10℃/小时的降温速率降温至0-5℃，然后保持搅拌速度80-120转/分钟搅拌析晶、养晶1-3小时；过滤，用少量乙酸乙酯洗涤滤饼，40℃以下真空干燥，得产品头孢西酮钠70.8g(0.1232mol)，摩尔收率为88％，HPLC纯度为99.3％。

Claims (3)

1.一种头孢类抗感染药物的酶促合成工艺，其特征在于包括以下步骤：

（1）以7-氨基-3-（2-甲基-1,3,4-噻二唑-5-基）硫甲基-3-头孢烯-4-羧酸（TDA）为原料，在有机溶剂中，控温搅拌下滴加一定量的盐酸，过滤，洗涤，干燥，制得TDA盐酸化物（TDA·HCl），所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、异丙醇、甲醇、乙醇的一种或几种混合溶剂；所述盐酸与TDA的体积/质量比为1：1～2(ml/g)；将TDA盐酸化物和碳酸氢钠置于水中进行成盐反应，反应液加丙酮析晶，过滤，干燥，即得TDA钠盐（TDA-Na）；

（2）在水相中，在固定化青霉素酰化酶IPA-750的作用下，控制pH值，TDA钠盐（TDA-Na）与3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸反应，过滤，滤液加活性炭脱色后过滤，滤液经反渗透膜浓缩后加乙酸乙酯萃取，水层加入丙酮析晶，过滤，洗涤，干燥，即得头孢西酮钠，其中，所述TDA钠盐的浓度为6-20%，TDA钠盐和3,5-二氯-4-吡啶酮-1-乙酸的摩尔比为1.1～1.6：1，所述固定化青霉素酰化酶与TDA钠盐的质量比为 0.15～0.4：1，反应温度范围20～40℃，控制pH范围为6.0～8.0；其合成路线如下所示：

。

2.根据权利要求1所述的酶促合成工艺，其特征在于：步骤（1）中，慢慢滴加盐酸反应，30～60min加完，调温至25～35℃反应0.5～2小时；反应完毕缓慢降温到10℃以下析晶1～3小时，过滤，滤饼丙酮洗涤，30～35℃真空干燥，得TDA盐酸化物。

3.根据权利要求1所述的酶促合成工艺，其特征在于：步骤（2）中，所述固定化青霉素酰化酶与TDA钠盐的质量比为 0.2～0.3：1.0，反应pH范围为6.5～7.5。