头孢噻肟活性脂合成头孢噻肟酸的工艺优化

张凤荣，武利顺，韩丹丹，汪 涛，华 倩

(菏泽学院 化学化工学院，山东 菏泽 274015)

头孢噻肟酸[1-6]，其化学名称为3-乙酰氧基甲基-7-[2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧亚胺基]-乙酰胺基-3-头孢-4-羧酸，是一种头孢菌类抗生素，对革兰氏阴性菌和阳性菌及某些厌氧菌均有很强的抗菌活性，具有高效、低毒和耐酶等特点。头孢噻肟酸是一种临床广泛应用的头孢噻肟钠的主要原料，目前只有少数制药厂生产。面对市场需求量的日益增大，生产高质量的头孢噻肟酸成为越来越多制药厂家的目标。

头孢噻肟酸的合成方法有活性脂法、酸酐法、酰氯法，工业化生产主要采用的方法是活性脂法。常用的活性脂有AE-活性脂[7]、含磷活性脂[8]、噻二唑活性脂[9]、三嗪酮活性脂[10]和苯并三氮唑活性脂[11]，而由头孢噻肟活性脂合成头孢噻肟酸的研究还鲜有报道。本文在AE-活性脂法的基础上，在未用萃取工艺的前提下，以二氯甲烷为溶媒，以7-氨基头孢烷酸(7-ACA)和头孢噻肟活性脂为原料，三乙胺为催化剂，亚硫酸氢钠为抗氧化剂，成功合成了头孢噻肟酸，其合成路线如图1所示。

图1 头孢噻肟酸合成路线图

1 实 验

1.1 材料与试剂

头孢噻肟活性脂(实验室合成)； AE-活性脂，威尔曼医药集团有限公司；7-ACA,三乙胺，乙醇，二氯甲烷，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，亚硫酸氢钠和柠檬酸均购自国药集团化学试剂有限公司。各试剂均为分析纯，未纯化。实验用水为Hitech-Kflow水纯化系统(上海和泰仪器有限公司)制备的纯化水。

1.2 实验设备与分析仪器

KHJ-1电动搅拌器(常州是凯航仪器有限公司)；DZF真空干燥箱(巩义市宏华仪器设备工贸有限公司)；RADWAG电子分析天平(深圳市怡华新电子有限公司)；恒温水浴锅(上海一科仪器有限公司)；真空泵(郑州紫拓仪器设备有限公司)；PHS-3C精密酸度 PH计(上海佑科仪器仪表有限公司)；L-2000 高效液相色谱仪(日本日立公司)。

1.3 实验过程

称取0.075 g乙二胺四乙酸二钠盐和0.15 g亚硫酸氢钠分别溶解于50 mL三次水中，然后移入至250 mL四口烧瓶中，再加入98%乙醇10 mL和二氯甲烷7.5 mL，混匀后，加入3.0 g 7-ACA，把溶液温度降至-7℃时加入头孢噻肟活性脂4.6 g，机械搅拌均匀后，控制反应温度9-12℃滴加三乙胺2.4 g，控制溶液pH值=7(0.2)，溶液溶清后2 h，取反应液检测。(通常，检测反应液7-ACA残留≤1.2%，氨噻肟酸、氨噻肟酸酯和7-ACA主峰前杂质均小于1.4%，反应完成。)

反应完全后，将反应液温度降温至5℃，然后加入15 mL冰水，于10～15℃进行萃取，搅拌20 min后静止分层，分层出的二氯甲烷用30 mL三次水反萃取1次，水相合并后用30 mL二氯甲烷再萃取一次。控制水相温度于10℃，加入1.5 g活性炭搅拌30 min，之后过滤，洗涤。然后收集过滤液，把温度升至20 ℃滴加质量分数为60%柠檬酸溶液，加至pH值=4.5时停至加滴，搅拌直至结晶。结晶30 min后停止搅拌，继续滴加60%柠檬酸溶液至溶液pH值=3.0，然后降温至10℃，搅拌40 min。

将结晶好的溶液过滤，控制温度于10℃，用pH值=3.0柠檬酸水洗涤2次，然后再用98%乙醇洗涤1次。最后真空干燥，所得头孢噻肟酸样品量为4.3 g。

为了进一步优化工艺，笔者将工艺中的两步萃取及一步反萃取忽略，通过调节二氯甲烷用量，调整过滤、洗涤温度，对实验工艺做了改进。具体实验步骤如下：

称取0.075 g乙二胺四乙酸二钠盐和0.15 g亚硫酸氢钠分别溶解于50 mL三次水中，然后移入至250 mL四口烧瓶中，再加入98%乙醇10 mL和二氯甲烷7.6 mL，混匀后，加入3.0 g 7-ACA，把溶液温度降至-7℃时加入头孢噻肟活性脂4.6 g，搅拌均匀后，控制反应温度9-12℃滴加三乙胺2.4 g，控制溶液pH值=7(0.2)，溶液溶清后稳定2 h，取反应液检测。

反应完全后，向反应液中加入50 mL水，进行抽滤，再用40 mL水和10 mL乙醇洗涤过滤器，并将洗液与滤液混合，升温至28-30℃，进行酸化处理。向滤液中加入2 mL二氯甲烷，用1∶1的柠檬酸水溶液进行酸化至pH值=4.5，晶体析出后，搅拌10 min，再加入2 mL二氯甲烷，继续酸化至pH值=3.0，然后降温至-2 ℃，维持溶液pH值=3.0养晶30 min。

0.1 MPa下继续抽滤，用水和乙醇(比例为2:1)混合液100 mL洗涤滤饼三次，再用60 mL乙醇洗涤一次，真空干燥，所得头孢噻肟酸样品量为4.8 g。

2 结果与讨论

经检测由头孢噻肟活性脂合成的头孢噻肟酸样品，头孢噻肟酸含量(HPLC)为94%；纯度为98.1%；旋光度是60°；色度为2；水分是1.5%；浊度小于1。符合2015版药典质量标准。而在其他条件相同的情况下，用AE-活性脂合成的头孢噻肟酸样品，经检测，头孢噻肟酸含量为89%；纯度为97.1%；旋光度是59°；色度为3；水分是1.8%；浊度为2。可以看出，由头孢噻肟活性脂合成的头孢噻肟酸具有一定的优势。

为了提高收率，对实验工艺进行改进后发现，将工艺中的两步萃取及一步反萃取忽略，通过调节二氯甲烷用量，调整过滤、洗涤温度，在其它操作不变的情况下，经检测头孢噻肟酸含量为94.2%；纯度为97.9%；旋光度是61°；色度为2；水分是1.2%；浊度为小于1。7-ACA到头孢噻肟酸质量转化率1∶1.67，摩尔转化率1：0.96，收率较工艺改进前提高11.6%。实验还发现，二氯甲烷用量对反应速度、产品晶型及产品收率起着非常重要的作用，尤其是产品收率主要由二氯甲烷用量决定。

反应机理推测如下[12]：在强碱性催化剂三乙胺的作用下，7-ACA中的活性氨基首先形成伯胺负离子，然后与头孢噻肟活性脂中的酰基碳发生亲核加成反应，使得其中心碳原子由sp2杂化的三角形结构变为sp3杂化的四面体结构；第二步得到的中间体消除一分子含磷化合物负离子后形成头孢噻肟酸分子。

3 结论

笔者结合自身实践工作经验，经多次试验探索，优化了头孢噻肟酸合成工艺。实验结果表明，在未用萃取工艺的前提下，通过调节二氯甲烷用量，调整过滤、洗涤温度，在其它操作不变的情况下，7-ACA到头孢噻肟酸质量转化率1∶1.67，摩尔转化率1∶0.96，收率提高11.6%。并且二氯甲烷的用量对反应速度、产品晶型及产品收率起着非常重要的作用，尤其是产品收率主要由二氯甲烷用量决定。优化的头孢噻肟酸的合成工艺有望应用于工业化大生产。