RU2210596C2 - Method of synthesis of cefazolin - Google Patents

Method of synthesis of cefazolin Download PDF

Info

Publication number
RU2210596C2
RU2210596C2 RU2000101428A RU2000101428A RU2210596C2 RU 2210596 C2 RU2210596 C2 RU 2210596C2 RU 2000101428 A RU2000101428 A RU 2000101428A RU 2000101428 A RU2000101428 A RU 2000101428A RU 2210596 C2 RU2210596 C2 RU 2210596C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cefazolin
mmtd
synthesis
acc
methyl
Prior art date
Application number
RU2000101428A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000101428A (en
Inventor
П.С. Ныс
В.Б. Курочкина
Д.Э. Сатарова
А.М. Егоров
А.В. Скляренко
Original Assignee
Государственный научный центр антибиотиков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научный центр антибиотиков filed Critical Государственный научный центр антибиотиков
Priority to RU2000101428A priority Critical patent/RU2210596C2/en
Publication of RU2000101428A publication Critical patent/RU2000101428A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2210596C2 publication Critical patent/RU2210596C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: antibiotics, microbiology. SUBSTANCE: invention relates to production of cefazolin relating to semisynthetic antibiotic of cephalosporin order. Method involves acylation of 3-mehylmercapto-(5-methyl-1,3,4-thiadiazolyl-2-yl)-7- aminocephalosporanic acid with tetrazole-1-acetic acid esters in an aqueous medium in the presence of immobilized enzyme from E. coli followed by fractional precipitation of 3-methylmercapto-(5-methyl-1,3,4-thiadiazolyl-2-yl)-7-aminocephalosporanic acid and cefazolin and by recycling of 3-methylmarcapto-(5-methyl-1,3,4-thiadiazolyl-2-yl)-7-aminocephalosporanic acid. Acylation is carried out at temperature 10-30 C and pH gradient 7.8-6.2 using 3-methylmercapto-(5-methyl-1,3,4-thiadiazolyl-2-yl)-7- aminocephalosporanic acid in the initial concentration 20-40 g/l and the excess of tetrazole-1-acetic acid = (1.5-4) : 1. Polyenzyme complex of peptide hydrolases from the E. coli strain FU-99-S with predominant content of cefazolin synthetase with activity ≥ 300 mcmole/g x min by cefazolin synthesis and ratio above 8:1 by synthesis and hydrolysis of cefazolin is used as a biocatalyst immobilized in polyacrylamide gel as biomass cells of producer of cefazolin synthetase or enzyme isolated from biomass cells. Method provides the enhancement of output, effectiveness and quality of the end product. EFFECT: improved method of synthesis. 5 cl, 3 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к области производства лекарственных препаратов, а именно к производству цефазолина - представителя группы эффективных полусинтетических цефалоспориновых антибиотиков. The invention relates to the field of production of drugs, namely the production of cefazolin, a representative of the group of effective semi-synthetic cephalosporin antibiotics.

Известны способы получения цефазолина анилированием 3-метилмеркапто-(5-метил-1,3,4-тиадиазолил-2-ил)-7-аминоцефалоспорановой кислоты (ММТД-7-АЦК) эфирами тетразол-1-уксусной кислоты (ЭТЗУК) с использованием в качестве биокатализаторов (БК) (ферментов из E.coli (см. авторское свидетельство СССР 1835827, 1990 [1] и авторское свидетельство СССР 1817473, 1990 [2]) и грибной культуры Arthrobacter viscosous sp. nov. (см. патент Японии 54-59397, 1979) [3]. Known methods for producing cefazolin by anylation of 3-methylmercapto- (5-methyl-1,3,4-thiadiazolyl-2-yl) -7-aminocephalosporanic acid (MMTD-7-ACA) with tetrazole-1-acetic acid esters (ETZUK) using as biocatalysts (BC) (enzymes from E. coli (see USSR author's certificate 1835827, 1990 [1] and USSR author's certificate 1817473, 1990 [2]) and fungus culture Arthrobacter viscosous sp. nov. (see Japan patent 54 -59397, 1979) [3].

Анализ известного способа [3] свидетельствует о том, что используемый в этом способе фермент не связан ковалентной связью с носителем, что приводит к вымыванию фермента в реакционную массу, а, следовательно, к потерям активности БК и загрязнению конечного продукта примесями белковой природы. Действительно, способ [3] предусматривает достаточно сложную схему очистки цефазолина: фильтрат после отделения БК пропускают через колонку с неионогенным сорбентом, затем элюат подвергают пленочной хроматографии на силикагеле, обрабатывают активированным углем и очищенный таким образом раствор упаривают для осаждения цефазолина. Недостатком этого способа является также проведение процесса при неоптимальных для синтеза цефазолина значениях pH 7,3-7,8. The analysis of the known method [3] indicates that the enzyme used in this method is not covalently bound to the carrier, which leads to leaching of the enzyme into the reaction mass, and, consequently, to loss of BK activity and contamination of the final product with protein impurities. Indeed, the method [3] provides a rather complicated scheme for the purification of cefazolin: after separation of the BA, the filtrate is passed through a column with a nonionic sorbent, then the eluate is subjected to film chromatography on silica gel, treated with activated carbon, and the solution thus purified is evaporated to precipitate cefazolin. The disadvantage of this method is the process at non-optimal for the synthesis of cefazolin pH values of 7.3-7.8.

Согласно способу [2] для извлечения цефазолина из реакционной массы также используют неионогенный сорбент в сочетании с анионитом. Реакцию синтеза цефазолина осуществляют в непрерывном режиме с отводом раствора из биореактора и рециркулированием его через систему последовательно соединенных колонок, заполненных сорбентами, насыщенными исходной ключевой аминокислотой (КА). Недостатком этого способа, помимо сложной схемы проведения процесса, является низкая производительность процесса, обусловленная нерациональным выбором исходных концентраций реагентов. According to the method [2], a nonionic sorbent in combination with anion exchange resin is also used to extract cefazolin from the reaction mass. The synthesis of cefazolin is carried out in a continuous mode with the withdrawal of the solution from the bioreactor and its recycling through a system of series-connected columns filled with sorbents saturated with the original key amino acid (CA). The disadvantage of this method, in addition to the complex scheme of the process, is the low productivity of the process, due to the irrational choice of the initial concentrations of the reagents.

В качестве прототипа выбран способ [1], как наиболее технологичный и превышающий по эффективности другие известные способы. Учитывался также тот факт, что в нем используется фермент из того же семейства микроорганизмов, что и в заявляемом изобретении. Согласно способу-прототипу для ацилирования используют иммобилизованную пенициллинамидазу из E.coli (К.Ф.3.5.1.11) с соотношением активности по синтезу и гидролизу цефазолина 8:1. Степень биотрансформации ММТД-7-АЦК в цефазолин составляет 80-82%. После синтеза компоненты реакционной смеси разделяют фракционным осаждением, и ММТД-7-АЦК используют для повторного ацилирования. Степень использования КА 88%, что соответствует расходному коэффициенту 0,86 кг/кг цефазолина. Содержание основного вещества в продукте не менее 95%. As a prototype of the selected method [1], as the most technologically advanced and superior in efficiency to other known methods. It was also taken into account the fact that it uses an enzyme from the same family of microorganisms as in the claimed invention. According to the prototype method, immobilized penicillin amidase from E. coli (K.F.3.5.1.11) with a ratio of the activity of the synthesis and hydrolysis of cefazolin of 8: 1 is used for acylation. The degree of biotransformation of MMTD-7-ACC to cefazolin is 80-82%. After synthesis, the components of the reaction mixture are separated by fractional precipitation, and MMTD-7-ACC is used for repeated acylation. The degree of spacecraft utilization is 88%, which corresponds to a consumption coefficient of 0.86 kg / kg cefazolin. The content of the main substance in the product is not less than 95%.

Этому способу присущи следующие недостатки:
- Низкая производительность процесса, обусловленная низкой исходной концентрацией ММТД-7-АЦК (6 г/л согласно примерам). Синтез начинают вести при неполном растворении КА при значении pH 6,2.
This method has the following disadvantages:
- Low productivity of the process due to the low initial concentration of MMTD-7-ACC (6 g / l according to the examples). The synthesis begins with incomplete dissolution of the CA at a pH of 6.2.

- Использование БК с активностью по синтезу цефазолина 200±50 мкмоль/г•мин приводит к необходимости проведения реакции при температуре 40oС, что ведет к ухудшению качества продукта за счет гидролиза ММТД-7-АЦК и цефазолина по С3 связи.- The use of BC with activity on the synthesis of cefazolin 200 ± 50 μmol / g • min leads to the need for a reaction at a temperature of 40 o C, which leads to a deterioration in the quality of the product due to the hydrolysis of MMTD-7-ACC and cefazolin C3 connection.

Технической задачей, которую решает заявляемое изобретение, является увеличение производительности и общей эффективности процесса получения цефазолина, а также повышение качества конечного продукта. The technical problem that the claimed invention solves is to increase the productivity and overall efficiency of the cefazolin production process, as well as to improve the quality of the final product.

Эта задача решается следующим образом. Ацилирование ММТД-7-АЦК осуществляют ЭТЗУК в водной среде в присутствии БК на основе либо иммобилизованных в полиакриламидный гель (ПААГ) клеток E.coli, штамм FU-99-S, либо полиферментного комплекса пептидогидролаз с преобладающим содержанием цефазолинсинтетазы, выделенного из этих клеток, модифицированного бифункциональным реагентом - глутаровым альдегидом, и иммобилизованного в ПААГ. Получают биокатализатор с активностью по синтезу цефазолина 360±60 мкмоль/г•мин (условия определения: 30oС, pH 7,5, [ММТД-7-АЦК]=0,075 М, [МЭТЗУК]=0,145 М). Густота суспензии БК в реакторе варьируется от 1 до 3,5% в зависимости от активности БК и температуры реакционной массы во время синтеза, выбираемой в диапазоне от 10 до 30oС. Начальная концентрация ММТД-7-АЦК 20-40 г/л, молярное соотношение ЭТЗУК и ММТД-7-АЦК (X) - (1,5÷4):1. Синтез цефазолина ведут в градиенте pH значений, начиная с pH, при котором обеспечивается растворение ММТД-7-АЦК (7,3-7,8 в зависимости от исходной концентрации КА и температуры процесса), и заканчивая при pH 6,0-6,3 (оптимальном для синтеза цефазолину). Уменьшение значения pH во время синтеза происходит благодаря выделению свободной кислоты - ТЗУК, образующейся при гидролизе ЭТЗУК. Однако при чрезмерном снижении pH реакционной массы возможно выпадение осадка ММТД-7-АЦК в процессе синтеза, что нежелательно. Следовательно, pH реакционной массы необходимо поддерживать на таком уровне, чтобы текущая концентрация ММТД-7-АЦК (Nτ) не превышала ее растворимости (s), то есть, чтобы соблюдалось соотношение Nτ/s≤1:

Figure 00000001

где К2 константа ионизации аминогруппы ММТД-7-АЦК; s± - растворимость ее цвиттерионной формы.This problem is solved as follows. MMTD-7-ACC is acylated by ETZUK in an aqueous medium in the presence of CD based on either E. coli cells immobilized in polyacrylamide gel (PAAG), strain FU-99-S, or a peptide-hydrolase polyenzyme complex with a predominant content of cefazolin synthetase isolated from these cells modified with a bifunctional reagent - glutaraldehyde, and immobilized in SDS page. A biocatalyst is obtained with cefazolin synthesis activity of 360 ± 60 μmol / g • min (determination conditions: 30 ° C, pH 7.5, [MMTD-7-ACC] = 0.075 M, [METZUK] = 0.145 M). The density of the suspension of BC in the reactor varies from 1 to 3.5% depending on the activity of the BC and the temperature of the reaction mass during synthesis, selected in the range from 10 to 30 o C. The initial concentration of MMTD-7-ACC 20-40 g / l, the molar ratio of ETZUK and MMTD-7-ATsK (X) - (1,5 ÷ 4): 1. The synthesis of cefazolin is carried out in a pH gradient of values, starting with pH, at which the dissolution of MMTD-7-ACA is ensured (7.3-7.8 depending on the initial concentration of spacecraft and the process temperature), and ending at pH 6.0-6, 3 (optimal for the synthesis of cefazolin). The decrease in pH during synthesis occurs due to the release of free acid - TZUK formed during the hydrolysis of ETZUK. However, with an excessive decrease in the pH of the reaction mixture, precipitation of MMTD-7-ACA may occur during the synthesis, which is undesirable. Therefore, the pH of the reaction mass must be maintained at such a level that the current concentration of MMTD-7-ACA (N τ ) does not exceed its solubility (s), that is, that the ratio N τ / s≤1 is observed:
Figure 00000001

where K 2 is the ionization constant of the amino group MMTD-7-ACC; s ± is the solubility of its zwitterionic form.

Расчет текущей концентрации ММТД-7-АЦК в каждый момент времени (τ) проводят с использованием уравнений (2-7) математической модели, разработанной на основе кинетической схемы синтеза цефазолина продукта (Р), согласно которой ЭТЗУК является субстратом (S), ацилирующим фермент, а ММТД-7-АЦК нуклеофилом (N), конкурирующим с водой на стадии деацилирования анцилфермента. The calculation of the current concentration of MMTD-7-ACC at each time point (τ) is carried out using equations (2-7) of a mathematical model developed on the basis of the kinetic scheme for the synthesis of cefazolin product (P), according to which ETZUK is a substrate (S) acylating enzyme and MMTD-7-ACC by a nucleophile (N) competing with water at the stage of deacylation of ancyl enzyme.

Figure 00000002

где V2 и V3 скорость ферментативного гидролиза и ферментативного синтеза цефазолина, соответственно.
Figure 00000002

where V 2 and V 3 are the rates of enzymatic hydrolysis and enzymatic synthesis of cefazolin, respectively.

Figure 00000003

Figure 00000004

a1=1+N/k12+P2/k11 (5)
a2=1+N/k12 (6)
a3=N/KN (7)
Здесь P2 - побочный продукт процесса, ТЗУК.
Figure 00000003

Figure 00000004

a 1 = 1 + N / k 12 + P 2 / k 11 (5)
a 2 = 1 + N / k 12 (6)
a 3 = N / K N (7)
Here, P 2 is a by-product of the process, PLC.

Значения констант, входящих в уравнения (2-7) и используемых для расчета зависимости pH время, приведены в таблице 1. Эти значения были определены итерационным методом при сравнении экспериментальных кривых синтеза цефазолина с расчетными кривыми, полученными с использованием уравнений математической модели и кинетических и равновесных констант, найденных в модельных экспериментах. На рисунках 1-3 представлены для примера результаты расчета градиента рН, степени превращения ММТД-7-АЦК и параметра Nτ/s для нескольких вариантов начальных концентраций реагентов при синтезе цефазолина. Как видно из рисунков 2 и 3, при использовании высокого избытка ацилирующего агента степень превращения ММТД-7-АЦК достигает 95-97%. Расходные коэффициенты сырья в кг на кг цефазолина составляют в этом случае 0,90-0,95 для ММТД-7-АЦК и 1,3-1,5 для ЭТЗУК (в расчете на ТЗУК). Регенерация ТЗУК, заключающаяся в переводе соли ТЗУК в органический растворитель - бутанол - путем азеотропной отгонки воды после удаления неорганических солей и частичного упаривания водного раствора, позволяет снизить расходный коэффициент ЭТЗУК до 0,50-0,55 кг/кг, однако процесс регенерации является достаточно трудоемким. Между тем, при использовании примерно 2-кратного избытка ацилирующего агента, регенерация ТЗУК не требуется: расходный коэффициент ЭТЗУК составляет около 0,9-1,0 кг ТЗУК на кг цефазолина. Что касается ММТД-7-АЦК, то, поскольку степень превращения ее в цефазолин при 2-кратном избытке ацилирующего агента составляет лишь 70-75%, для создания эффективной технологии необходима регенерация непрореагировавшей ММТД-7-АЦК, которую осуществляют простым осаждением ее в изоэлектрической точке. Расходный коэффициент ММТД-7-АЦК составляет при этом около 0,8. Проведенные расчеты показывают, что вариант процесса с 2-кратным избытком ацилирующего агента является наиболее предпочтительным.The values of the constants included in equations (2-7) and used to calculate the pH time dependence are shown in Table 1. These values were determined by the iterative method when comparing the experimental curves of cefazolin synthesis with the calculated curves obtained using equations of the mathematical model and kinetic and equilibrium constants found in model experiments. Figures 1-3 show, for example, the results of calculating the pH gradient, the degree of conversion of MMTD-7-ACC, and the parameter N τ / s for several variants of the initial concentrations of reagents in the synthesis of cefazolin. As can be seen from Figures 2 and 3, when using a high excess of acylating agent, the degree of conversion of MMTD-7-ACC reaches 95-97%. The expenditure ratios of raw materials in kg per kg of cefazolin in this case are 0.90-0.95 for MMTD-7-ATsK and 1.3-1.5 for ETZUK (based on TZUK). The regeneration of TZUK, consisting in the conversion of the TZUK salt to an organic solvent - butanol - by azeotropic distillation of water after removal of inorganic salts and partial evaporation of the aqueous solution, allows to reduce the ETZUK expenditure coefficient to 0.50-0.55 kg / kg, however, the regeneration process is sufficient laborious. Meanwhile, when using a approximately 2-fold excess of the acylating agent, regeneration of TZUK is not required: the expenditure coefficient of ETZUK is about 0.9-1.0 kg TZUK per kg of cefazolin. As for MMTD-7-ACC, since its conversion to cefazolin with a 2-fold excess of the acylating agent is only 70-75%, to create an effective technology, the unreacted MMTD-7-ACC needs to be regenerated, which is carried out by simple deposition of it in isoelectric point. The expenditure coefficient of MMTD-7-ACC is about 0.8. The calculations show that a process variant with a 2-fold excess of the acylating agent is most preferred.

Помимо этого, для выбранного избытка ЭТЗУК существует также предпочтительный интервал концентраций ММТД-7-АЦК (25-30 г/л), при котором расчетный градиент pH от 7,3 до 6,2 достигается самопроизвольно. В других случаях рН реакционной массы поддерживают путем добавления раствора аммиака в автоматическом режиме с использованием компьютерного контроля. Управляющим параметром при этом является pH реакционной смеси, расчет которого проводят по уравнению 1. По окончании биотрансформации БК отделяют фильтрованием и используют повторно и следующем цикле синтеза цефазолина. Реакционную смесь подкисляют до рН 4,2-4,3, отделяют ММТД-7-АЦК фильтрацией, пасту промывают и используют для повторного ацилирования. In addition, for the selected ETZUK excess, there is also the preferred concentration range of MMTD-7-ACC (25-30 g / l), at which the calculated pH gradient from 7.3 to 6.2 is reached spontaneously. In other cases, the pH of the reaction mass is maintained by adding an ammonia solution in an automatic mode using computer control. The controlling parameter in this case is the pH of the reaction mixture, the calculation of which is carried out according to equation 1. At the end of the biotransformation, the BA is separated by filtration and used repeatedly and in the next cycle of cefazolin synthesis. The reaction mixture was acidified to pH 4.2-4.3, MMTD-7-ACA was separated by filtration, the paste was washed and used for repeated acylation.

Фильтрат после отделения ММТД-7-АЦК или сразу после отделения БК (при варианте технологии с большим избытком ЭТЗУК без регенерации КА) обрабатывают окисью алюминия для удаления окрашенных примесей и осаждают цефазолин подкислением раствора до pH 1,4-1,5. При необходимости из маточного раствора после отделения цефазолина регенерируют ТЗУК, как описано ниже. The filtrate after separation of MMTD-7-ACC or immediately after separation of BC (with a technology variant with a large excess of ETZUK without SC regeneration) is treated with aluminum oxide to remove colored impurities and cefazolin is precipitated by acidification of the solution to a pH of 1.4-1.5. If necessary, TZUKs are regenerated from the mother liquor after separation of cefazolin, as described below.

Общая степень утилизации ММТД-7-АЦК составляет 90-95%, что соответствует расходному коэффициенту 0,85-0,80 кг/кг цефазолина. Расходный коэффициент ЭТЗУК варьирует от 0,5 до 1,4. Содержание основного вещества в целевом продукте более 97%. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Готовят раствор ММТД-7-АЦК с концентрацией 20-40 г/л в 0,3 М фосфатно-аммиачном буфере (ФАБ), рН 7,5-8,0, при температуре 10-30oС. После этого к раствору ММТД-7-АЦК добавляют навеску ЭТЗУК из расчета молярного соотношения субстрата и КА (1,5÷4):1. Объем раствора доводят до расчетного добавлением 0,3 М фосфатно-аммиачного буфера, рН 7,5-8,0 и устанавливают начальное значение рН раствора в диапазоне 7,3-7,8.The total degree of utilization of MMTD-7-ACC is 90-95%, which corresponds to a consumption coefficient of 0.85-0.80 kg / kg of cefazolin. The expense coefficient ETZUK varies from 0.5 to 1.4. The content of the main substance in the target product is more than 97%. The proposed method is as follows. Prepare a solution of MMTD-7-ACC with a concentration of 20-40 g / l in 0.3 M phosphate-ammonia buffer (FAB), pH 7.5-8.0, at a temperature of 10-30 o C. After that, the solution MMTD -7-ATsK add a sample of ETZUK from the calculation of the molar ratio of substrate and spacecraft (1.5 ÷ 4): 1. The volume of the solution is adjusted to the calculated value by adding 0.3 M phosphate-ammonia buffer, pH 7.5-8.0, and the initial pH of the solution is set in the range 7.3-7.8.

Синтез цефазолина проводят в термостатируемом реакторе с фильтрующим днищем, снабженным лопастной мешалкой с переменной частотой вращения и системой автоматического поддержания градиента рН значений по заданной программе. В реактор загружают навеску влажного БК с активностью по синтезу цефазолина ≥ 300 мкмоль/г•мин из расчета от 10 до 35 г/л (в зависимости от выбранной температуры процесса) и раствор исходных реагентов. Реакционную массу инкубируют при перемешивании и автоматическом поддержании градиента рН в интервале (7,3-7,8)-(6,2-6,4) с помощью 2М раствора аммиака в течение 45-60 мин. Реакционную массу отделяют от БК фильтрованием, охлаждают до 5oС, подкисляют серной кислотой до pH 4,2 и осаждают непрореагировавшую ММТД-7-АЦК в течение часа. Осадок отделяют фильтрованием, промывают небольшим объемом воды, тщательно отжимают и используют в следующем цикле синтеза цефазолина. При варианте с регенерацией ТЗУК стадию регенерации КА опускают. В маточный раствор после отделения ММТД-7-АЦК (или сразу после отделения БК) добавляют 1-2% в/о окиси алюминия, суспензию перемешивают в течение 30-40 минут и отработанный сорбент отделяют фильтрованием. Фильтрат подкисляют до рН 1,4-1,5 и осаждают цефазолин. После часовой выдержки суспензии при перемешивании и охлаждении кристаллический осадок цефазолина отделяют фильтрованием, промывают холодной водой и сушат в вакууме при 30oС в течение 12 часов. Содержание основного вещества в целевом продукте более 97%. Для регенерации ТЗУК маточный раствор после отделения цефазолина нейтрализуют путем добавления порошка CaO или Ca(ОН)2 и образовавшийся осадок сульфатов кальция удаляют фильтрованием. Далее раствор концентрируют в 5-7 раз упариванием в вакууме, концентрат обрабатывают активированным углем (2% в/о) для осветления, добавляют к нему бутанол из расчета 4 объема на 1 объем водного концентрата и отгоняют азеотропную смесь на роторном испарителе при остаточном давлении не менее 10 мм рт.ст. и температуре бани 40-45oС. Упарку ведут до полной отгонки воды: для этого необходимо отогнать не менее 4/5 объема водно-бутанольной смеси. По окончании отгонки суспензию солей ТЗУК в бутаноле охлаждают до 5oС и фильтруют под вакуумом. Пасту промывают, сушат и полученный после этерификации ЭТЗУК используют вновь для синтеза цефазолина. Расходный коэффициент ТЗУК с учетом регенерации составляет 0,5-0,55 кг/кг цефазолина.The synthesis of cefazolin is carried out in a thermostatic reactor with a filter bottom equipped with a paddle mixer with a variable speed and a system for automatically maintaining the pH gradient according to a given program. A weighed sample of wet BC with cefazolin synthesis activity ≥ 300 μmol / g • min is loaded into the reactor from 10 to 35 g / l (depending on the selected process temperature) and a solution of the starting reagents. The reaction mass is incubated with stirring and automatically maintaining the pH gradient in the range (7.3-7.8) - (6.2-6.4) with a 2M ammonia solution for 45-60 minutes. The reaction mass is separated from the BC by filtration, cooled to 5 ° C. , acidified with sulfuric acid to pH 4.2, and unreacted MMTD-7-ACA is precipitated for one hour. The precipitate was separated by filtration, washed with a small volume of water, squeezed thoroughly and used in the next cycle of cefazolin synthesis. In the case of regeneration of TZUK, the spacecraft regeneration stage is omitted. After separation of MMTD-7-ACA (or immediately after separation of BC), 1-2% w / v alumina is added to the mother liquor, the suspension is stirred for 30-40 minutes, and the spent sorbent is separated by filtration. The filtrate is acidified to pH 1.4-1.5 and cefazolin precipitated. After holding the suspension for an hour with stirring and cooling, the crystalline precipitate of cefazolin was separated by filtration, washed with cold water and dried in vacuum at 30 ° C for 12 hours. The content of the main substance in the target product is more than 97%. To regenerate TZUK, the mother liquor after separation of cefazolin is neutralized by adding a powder of CaO or Ca (OH) 2 and the precipitate of calcium sulfates formed is removed by filtration. Next, the solution was concentrated 5-7 times by evaporation in vacuo, the concentrate was treated with activated carbon (2% w / v) to clarify, butanol was added to it at a rate of 4 volumes per 1 volume of aqueous concentrate, and the azeotropic mixture was distilled off on a rotary evaporator at a residual pressure not less than 10 mmHg and a bath temperature of 40-45 o C. The evaporation is carried out until the water is completely distilled off: for this it is necessary to drive off at least 4/5 of the volume of the water-butanol mixture. At the end of the distillation, a suspension of the salts of TZUK in butanol is cooled to 5 ° C. and filtered under vacuum. The paste is washed, dried and ETZUK obtained after esterification is used again for the synthesis of cefazolin. The expenditure coefficient TZUK taking into account the regeneration is 0.5-0.55 kg / kg cefazolin.

Преимущества (отличительные признаки) предлагаемого способа:
1. Значительно повышенная по сравнению с известными способами [1], [2], [3] производительность и общая эффективность процесса получения цефазолина, достигаемая за счет высокой исходной концентрации ММТД-7-АЦК, что стало возможным благодаря организации процесса синтеза с градиентом pH значений.
The advantages (distinguishing features) of the proposed method:
1. Significantly increased in comparison with the known methods [1], [2], [3] productivity and overall efficiency of the cefazolin production process, achieved due to the high initial concentration of MMTD-7-ACC, which became possible due to the organization of the synthesis process with a pH gradient values.

2. Возможность создания высоко эффективных БК не только на основе фермента, но и на основе клеток за счет использования высокоактивного штамма - продуцента специфичного фермента. В свою очередь это позволяет снизить температуру процесса вплоть до 10oС, не увеличивая время реакции и густоту суспензии БК. Проведение процесса в более мягких условиях приводит к улучшению качества продукта.2. The ability to create highly effective CDs not only on the basis of an enzyme, but also on the basis of cells through the use of a highly active strain producing a specific enzyme. In turn, this allows to reduce the process temperature up to 10 o C, without increasing the reaction time and the density of the suspension of BK. Carrying out the process under milder conditions improves the quality of the product.

3. Возможность удаления окрашенных примесей за счет введения дополнительной стадии очистки раствора цефазолина окисью алюминия приводит к улучшению качества продукта. 3. The ability to remove colored impurities due to the introduction of an additional stage of purification of the cefazolin solution with aluminum oxide leads to an improvement in the quality of the product.

Способ иллюстрируется следующими практическими примерами. The method is illustrated by the following practical examples.

Пример 1. (25 г/л КА, Х=2)
Готовят раствор субстратов. 10,29 г (29,90 ммоля) ММТД-7-АЦК растворяют в 350 мл 0,3М ФАБ, рН 7,5 при температуре 30oС, поддерживая рН раствора на уровне не менее 7,3 путем добавления 2 М раствора аммиака. После этого к раствору ММТД-7-АЦК добавляют 8,70 г (61,26 ммоля) метилового ЭТЗУК (МЭТЗУК) и объем раствора доводят 0,3 М ФАБ, рН 7,5 до 400 мл.
Example 1. (25 g / l KA, X = 2)
Prepare a solution of substrates. 10.29 g (29.90 mmol) of MMTD-7-ACC is dissolved in 350 ml of 0.3 M FAB, pH 7.5 at a temperature of 30 o C, maintaining the pH of the solution at least 7.3 by adding 2 M ammonia solution . After that, 8.70 g (61.26 mmol) of methyl ETZUK (METZUK) was added to the MMTD-7-ACA solution and the volume of the solution was adjusted with 0.3 M FAB, pH 7.5 to 400 ml.

В реактор загружают 4,0 г влажного БК с активностью по синтезу цефазолина 360 мкмоль/г•мин и раствор исходных реагентов. Реакционную массу инкубируют при температуре 30oС при перемешивании в течение 50 мин. pH реакционной массы самопроизвольно снижается и достигает в конце процесса значения 6,3. Реакционную массу отделяют от БК фильтрованием, охлаждают до 5oС, подкисляют соляной кислотой до рН 4,2 и осаждают непрореагировавшую ММТД-7-АЦК в течение часа. Осадок отделяют фильтрованием, промывают 20 мл воды, тщательно отжимают и используют в следующем цикле синтеза цефазолина. Получают 13,50 г влажной пасты с содержанием ММТД-7-АЦК 21,3% и цефазолина 1,2%. В маточный раствор после отделения ММТД-7-АЦК добавляют 8 г (2% в/о) окиси алюминия, суспензию перемешивают в течение 30-40 минут и отработанный сорбент отделяют фильтрованием. Фильтрат подкисляют до рН 1,4-1,5 раствором серной кислоты (1: 1) и осаждают цефазолин. После часовой выдержки суспензии при перемешивании и охлаждении кристаллический осадок цефазолина отделяют фильтрованием, промывают 30 мл холодной водой и сушат в вакууме при 30oС в течение 12 часов. Получают 8,98 г (19,78 ммолей) цефазолина. Содержание основного вещества в целевом продукте 98,1%. Расходные коэффициенты ММТД-7-АЦК и ТЗУК составляют соответственно 0,828 и 0,874 кг/кг цефазолина.4.0 g of wet BK with a cefazolin synthesis activity of 360 μmol / g • min and a solution of the starting reagents are loaded into the reactor. The reaction mass is incubated at a temperature of 30 o With stirring for 50 minutes The pH of the reaction mass spontaneously decreases and reaches a value of 6.3 at the end of the process. The reaction mass is separated from the BC by filtration, cooled to 5 ° C. , acidified with hydrochloric acid to pH 4.2, and unreacted MMTD-7-ACA is precipitated for one hour. The precipitate was separated by filtration, washed with 20 ml of water, squeezed thoroughly and used in the next cycle of cefazolin synthesis. 13.50 g of wet paste are obtained with a content of MMTD-7-ACC 21.3% and cefazolin 1.2%. After separation of MMTD-7-ACA, 8 g (2% w / v) of aluminum oxide are added to the mother liquor, the suspension is stirred for 30-40 minutes, and the spent sorbent is separated by filtration. The filtrate is acidified to pH 1.4-1.5 with a solution of sulfuric acid (1: 1) and cefazolin is precipitated. After holding the suspension for one hour under stirring and cooling, the cefazolin crystalline precipitate was separated by filtration, washed with 30 ml of cold water and dried in vacuum at 30 ° C for 12 hours. 8.98 g (19.78 mmol) of cefazolin are obtained. The content of the main substance in the target product is 98.1%. The expenditure ratios of MMTD-7-ACC and TZUK are 0.828 and 0.874 kg / kg cefazolin, respectively.

Примеры 2 и 3. Examples 2 and 3.

Получение цефазолина осуществляют аналогично примеру 1, за исключением того, что используют этиловый и пропиловый эфиры ТЗУК (ЭЭТЗУК и ПЭТЗУК, соответственно). Температура 30oС, навеска БК - 4,0 г. Результаты представлены в таблице 2.The preparation of cefazolin is carried out analogously to example 1, except that ethyl and propyl esters of TZUK (EETZUK and PETZUK, respectively) are used. The temperature is 30 o C, the weight of the BC is 4.0 g. The results are presented in table 2.

Примеры 4-7. Examples 4-7.

Растворы субстратов объемом 400 мл готовят аналогично описанию в примере 1, за исключением того, что используют 0,3 М ФАБ, pH 7,5-8,0 и pH исходного раствора устанавливают в диапазоне от 7,3 до 7,8. Solutions of substrates with a volume of 400 ml are prepared as described in Example 1, except that 0.3 M FAB is used, the pH is 7.5-8.0, and the pH of the stock solution is set in the range of 7.3 to 7.8.

В реактор загружают соответствующую навеску влажного БК и раствор исходных реагентов. Реакционную массу инкубируют при заданной температуре и перемешивании в течение 50-60 мин, поддерживая значение рН реакционной массы в соответствии с рассчитанным градиентом путем добавления раствора аммиака в автоматическом режиме. По окончании синтеза проводят фракционное осаждение компонентов, как это описано в примере 1. В примере 6 стадию осаждения ММТД-7-АЦК опускают. В примерах 5-7 проводят регенерацию ТЗУК из маточного раствора после отделения кристаллического осадка цефазолина. К маточному раствору объемом 420 мл добавляют при перемешивании 13,9 г CaO (содержание основного вещества 94%) до достижения pH суспензии около 7,5. Образовавшийся осадок CaSO4 отделяют фильтрованием в вакууме и тщательно промывают, суспендируя его в 50 мл воды. Промывку присоединяет к фильтрату. Объединенный фильтрат объемом 430 мл упаривают на роторном испарителе при остаточном давлении 10 мм рт.ст. и температуре бани 45oС до 70 мл. Водную суспензию неорганических солей отфильтровывают, промывают водой, 3 раза по 5 мл, промывку присоединяют к концентрату ТЗУК. К объединенному концентрату объемом 80 мл добавляют 1,6 г активированного угля и суспензию перемешивают в течение 20 минут. Уголь отфильтровывают, промывают 10 мл воды, тщательно отжимают. К осветленному водному концентрату ТЗУК объемом 85 мл добавляют 340 мл бутанола и азеотропную смесь отгоняют на роторном испарителе при остаточном давлении 10 мм рт.ст. и температуре бани 45oС. Упарку ведут до полной отгонки воды. Отгон водно-бутанольной смеси объемом 350 мл делят в делительной воронке: воду выбрасывают, а бутанол-отгон используют повторно. Кубовый остаток бутанольную суспензию солей ТЗУК объемом 70 мл охлаждают до 5oС и фильтруют под вакуумом. Осадок солей промывают свежим бутанолом, 2 раза по 5 мл, отжимают и сушат в вакуум-сушильном шкафу. Получают порошок, содержащий около 60% ТЗУК и 40% неорганических солей. Выход ТЗУК при регенерации около 95% от содержания ее в маточном растворе после отделения цефазолина. Продукт используют для синтеза МЭТЗУК с выходом 88-90%. Результаты экспериментов представлены в таблице 3.The corresponding sample of wet BC and a solution of the starting reagents are loaded into the reactor. The reaction mass is incubated at a given temperature and stirring for 50-60 minutes, maintaining the pH of the reaction mass in accordance with the calculated gradient by adding an ammonia solution in automatic mode. At the end of the synthesis, fractional precipitation of the components is carried out as described in example 1. In example 6, the deposition step of MMTD-7-ACC is omitted. In examples 5-7, TZUK is regenerated from the mother liquor after separation of the cefazolin crystalline precipitate. To the stock solution of 420 ml, 13.9 g of CaO (94% basic substance content) are added with stirring until the pH of the suspension is about 7.5. The resulting precipitate of CaSO 4 was separated by filtration in vacuo and washed thoroughly, suspending it in 50 ml of water. Flushing attaches to the filtrate. The combined filtrate with a volume of 430 ml was evaporated on a rotary evaporator at a residual pressure of 10 mm Hg. and a bath temperature of 45 o C to 70 ml. The aqueous suspension of inorganic salts is filtered off, washed with water, 3 times 5 ml each, washing is added to the concentrate of TZUK. 1.6 g of activated carbon was added to a combined 80 ml concentrate, and the suspension was stirred for 20 minutes. The coal is filtered off, washed with 10 ml of water, squeezed thoroughly. 340 ml of butanol are added to a clarified aqueous concentrate of TZUK with a volume of 85 ml and the azeotropic mixture is distilled off on a rotary evaporator at a residual pressure of 10 mm Hg. and a bath temperature of 45 ° C. The evaporation is carried out until the water is completely distilled off. The distillation of a 350 ml water-butanol mixture is divided in a separatory funnel: water is discarded, butanol-distillation is reused. VAT residue butanol suspension of salts TRZU with a volume of 70 ml is cooled to 5 o C and filtered under vacuum. The salt precipitate is washed with fresh butanol, 2 times 5 ml each, squeezed out and dried in a vacuum oven. A powder is obtained containing about 60% TZUK and 40% inorganic salts. The yield of TZUK during regeneration is about 95% of its content in the mother liquor after separation of cefazolin. The product is used for the synthesis of METZUK with a yield of 88-90%. The experimental results are presented in table 3.

Claims (5)

1. Способ получения цефазолина ацилированием 3-метилмеркапто-(5-метил-1,3,4-тиадиазолил-2-ил)-7-аминоцефалоспорановой кислоты (ММТД-7-АЦК) эфирами тетразол-1-уксусной кислоты (ЭТЗУК) в водной среде в присутствии иммобилизованного фермента из E. coli с последующим фракционным осаждением ММТД-7-АЦК и цефазолина и рециклированием ММТД-7-АЦК, отличающийся тем, что ацилирование проводят при температуре 10-30oС в градиенте рН 7,8-6,2, с использованием исходной концентрации ММТД-7-АЦК 20-40 г/л, молярного избытка ЭТЗУК (1,5-4): 1 и иммобилизованного в полиакриламидный гель (ПААГ) полиферментного комплекса пептидогидролаз E. coli штамма FU-99-S с преобладающим содержанием цефазолинсинтетазы, с активностью по синтезу цефазолина ≥ 300 мкмоль/г•мин и соотношением активности по синтезу и гидролизу цефазолина более 8: 1.1. The method of producing cefazolin by acylation of 3-methylmercapto- (5-methyl-1,3,4-thiadiazolyl-2-yl) -7-aminocephalosporanic acid (MMTD-7-ACA) with tetrazole-1-acetic acid esters (ETZUK) in aqueous medium in the presence of an immobilized enzyme from E. coli, followed by fractional precipitation of MMTD-7-ACC and cefazolin and recycling of MMTD-7-ACC, characterized in that the acylation is carried out at a temperature of 10-30 o C in a pH gradient of 7.8-6 , 2, using an initial concentration of MMTD-7-ACC of 20-40 g / l, a molar excess of ETZUK (1.5-4): 1 and immobilized into polyacrylamide spruce (PAGE) multienzyme complex peptidogidrolaz E. coli strain FU-99-S with a predominant content tsefazolinsintetazy with activity on the synthesis of cefazolin ≥ 300 .mu.mol / g • min and the ratio of activity on the synthesis and hydrolysis of cefazolin than 8: 1. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ацилирование проводят предпочтительно в градиенте рН 7,3-6,2, устанавливающемся самопроизвольно, с использованием исходной концентрации ММТД-7-АЦК 25-30 г/л и избытка ЭТЗУК (1,9-2,4): 1. 2. The method according to p. 1, characterized in that the acylation is carried out preferably in a pH gradient of 7.3-6.2, established spontaneously, using the initial concentration of MMTD-7-ACC 25-30 g / l and an excess of ETZUK (1, 9-2.4): 1. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве ацилирующего агента предпочтительно используют метиловый ЭТЗУК. 3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that as the acylating agent is preferably used methyl ETZUK. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве биокатализатора используют иммобилизованную в ПААГ биомассу клеток продуцента цефазолинсинтетазы. 4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that as the biocatalyst using biomass immobilized in the SDS page biomass of cells of the producer of cefazolin synthetase. 5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве биокатализатора используют иммобилизованную в ПААГ цефазолинсинтегазу, выделенную из биомассы клеток. 5. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that as the biocatalyst use immobilized in the SDS page cefazolinsyntas, isolated from the biomass of cells.
RU2000101428A 2000-01-21 2000-01-21 Method of synthesis of cefazolin RU2210596C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000101428A RU2210596C2 (en) 2000-01-21 2000-01-21 Method of synthesis of cefazolin

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000101428A RU2210596C2 (en) 2000-01-21 2000-01-21 Method of synthesis of cefazolin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000101428A RU2000101428A (en) 2002-08-27
RU2210596C2 true RU2210596C2 (en) 2003-08-20

Family

ID=29245152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000101428A RU2210596C2 (en) 2000-01-21 2000-01-21 Method of synthesis of cefazolin

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2210596C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2664648B2 (en) Method for producing L-aspartic acid
CA2672714A1 (en) Method for obtaining crystals of a basic amino acid hydrochloride
US5532148A (en) Process for producing of citric acid and monovalent citrate salts
CN111549015A (en) Process for separating and removing citrinin in nuclease liquid by utilizing chromatographic technique
US4649111A (en) Process for the preparation of 5'-ribonucleotides
RU2210596C2 (en) Method of synthesis of cefazolin
CA1215069A (en) Method of isolating l-trytophan
CN109232610B (en) Refining method of cefonicid dibenzylethylenediamine salt
SU469266A3 (en) The method of obtaining 7-amino-deacetoxycephalosporanic acid
US5177005A (en) Method for maintaining immobilized glucose isomerase activity during continuous isomerization of glucose to fructose
CN112301067B (en) Environment-friendly process for preparing 2-amino-3-substituted phenyl-3-hydroxypropionic acid
JPS6066981A (en) Insoluble penicillin amydase and its production
CN1272445C (en) Method for purifying cephalosporin C broth using adsorbent
JPS60145095A (en) Preparation of xylitol by immobilized microorganism
JPH0833493A (en) Production of l-aspartic acid
KR960006578B1 (en) Separating method microorganisms from amino acid and nucleotide fermenting liquid
CN117384222A (en) Method for separating and purifying nucleotide from fermentation liquor
CN100334221C (en) Process for preparing acrylamide aqueous solution through direct method cell enzyme reaction
JPH06296499A (en) Production of optically active indoline-2-carboxylic acid by means of immobilized enzyme or microorganism
JPH0733358B2 (en) Method for producing amide crystals using immobilized biocatalyst
JP2872178B2 (en) Method for producing L-aspartic acid
JPS6214788A (en) Production of methacrylic acid
JP2716525B2 (en) Method for separating L-serine
CN117384874A (en) Method for efficiently preparing alpha-ketoisocaproic acid by utilizing microorganisms
JPH0370478B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100122