第16章 头孢菌素生产工艺

第16章头孢菌类抗生素生产工艺学习目标了解头泡菌素类抗生素的研发历史和发展趋势理解头泡菌素及其中间体的结构特点及合成工艺原理掌握其重要产品的工艺路线选择、工艺原理、过程控制与分析。抗生素是临床上广泛使用的一类抗菌药，半合成抗生素(Semisyntheticantibiotics)是在天然抗生素的基础上发展起来的，主要针对天然抗生素的低稳定性、毒副作用大、抗菌谱窄等问题，通过化学结构改造，提高稳定性、降低毒副作用、扩大抗菌谱、减少耐药性、改善生物利用度，从而提高药物治疗的效果。目前已有31个抗生素品种列入《国家基本药物目录(基层医疗卫生机构配备使用部分)》(2015版)中，头泡类产品最多，如头泡氨苄(cefalexin)、头泡他啶(ceftazidime)、头泡唑林(cefazolin)、头泡拉定(ceftadine)、头泡呋辛(cefUroxime)、头泡曲松(ceftriaxone)、头泡他啶(ceftazidime)、头泡噻肟(cefotaxime)。本章分析头泡菌素的半合成生产工艺原理、过程控制及三废处理方法。16.1概述头泡菌素(cephalosporin)是含有。-内酰胺环并氢化唾嗪环的抗生素，。-内酰胺环是头泡菌素发挥生物活性的必需基团，在和细菌作用时，。-内酰胺环与细菌发生酰化作用，抑制细菌的生长。由于3-内酰胺环的张力较大，使其化学性质不稳定易发生开环导致失活，由此开启了对头泡菌素的构效关系研究，以增强其稳定性和广谱抗菌活性。目前，头泡菌素类抗生素已从第一代发展到第五代。16.1.1头抱菌素研究(1)头抱菌素的构效关系头泡菌素是顶头泡菌发酵产物，含有P-内酰胺环并氢化唾嗪环的抗生素，其母核结构如图16-1所示。图16-1头抱菌素类的母核基本结构与青霉素相比，头泡菌素稳定性好，对人体的毒性低、抗菌活性强、构效关系明确、抗菌谱广、过敏反应发生率低，药物间彼此不引起交叉过敏反应。主要原因是。-内酰胺环开裂后不能形成稳定的头泡唾嗪环，而是生成以侧链(R)为主的各异的抗原簇；由于没有共同的抗原簇，各个头孢菌素之间，或头孢菌素与青霉素之间只要侧链(R)不同，就不能发生交叉过敏反应。由于0-内酰胺环的张力较大，使其化学性质不稳定易发生开环导致失活。为了提高头孢菌素的对稳定性和抗菌活性，药物化学家深入研究头孢菌素母环的构效关系，结果表明，有5个部位可供结构修饰或改造，即2位的羧基、3位侧链、5位硫原子、7位氢原子和7位酰胺基侧链。①对2位的羧基进行酯化等可改善口服吸收，提高药物的生物利用度；②3位引入不同的杂原子取代基，可增强抗菌活性，并改变药物在体内的吸收分布及细胞的渗透等药物代谢动力学性质；③5位硫原子可影响抗菌效力，被氧原子或亚甲基取代后，分别称为氧头孢烯和碳头孢烯，它们的稳定性均比头孢烯强，抗菌活性明显提高，但合成难度较大；④7位酰胺基部分是抗菌谱的决定性基团，对其进行结构修饰，可扩大抗菌谱并可提高抗菌活性，增加对0-内酰胺酶的稳定性；7位的a-氢原子被甲氧基取代后成为头孢霉素，由于甲氧基的空间位阻，影响了它与酶分子的接近，从而增加了对P-内酰胺酶的稳定性。由此看出，通过上述部位的结构修饰，可衍生一系列头孢菌素类抗生素。(2)发展历史1948年意大利人Broyzn首先发现了头孢菌素对革兰氏菌有抗性，1956年Abraham等人从头孢菌培养液中分离出头孢菌素C(cephalosporinC)和头孢菌素N，并于1961年运用核磁共振技术确定了头孢菌素。的结构。1962年美国礼来公司采用化学裂解头孢菌素C合成头孢菌素母核一7-氨基头孢烷酸(7-aminocephalosporanicacid，7-ACA)，由此开创了半合成头孢菌素的研究。1962年研制出第一个临床应用的头孢菌素一头孢噻吩(cephalothin)，其对革氏阳性(G+)菌有良好作用。1963年Morin等报道了青霉素向头孢菌素的转化反应，从而使得由廉价的青霉素制备头孢菌素成为可能。1967年美国化学家Woodward等完成了头孢菌素C的全合成，为头孢菌素更深入的化学修饰奠定了基础。1969年发明了第二代头孢菌素-头孢孟多(cefamandole)，抗革氏阳性(G+)菌的活性比第一代头孢菌素明显增强。1981年出现了第三代注射用头孢菌素一头孢噻肟，1987年出现了第三代口服用头孢菌素一头孢克肟(cefixime)；第三代头孢菌素抗菌谱更广，对0-内酰胺酶高度稳定，但抗革氏阳性(G+)菌活性不如第一、二代头孢菌素。1992年上市的第四代头孢菌素一头孢匹罗(cefpirome)，对G+菌、G-菌、厌氧菌显示广谱抗菌活性，具有第三代头孢菌素的特性，同时增强了对6+的活性，特别对链球菌、肺炎球菌等有很强活性，对3-内酰胺酶的亲和力降低，对细胞膜的穿透力更强。随着头孢菌素类抗生素的广泛应用，细菌耐药性问题越来越严重，其中耐甲氧西林的金葡萄球菌是临床常见的致病菌之一，耐药性强，大多数已上市的头孢菌素类抗生素对其无效。第五代广谱头孢菌素头孢洛啉(ceftaroline)(2010年上市)和头孢洛扎(ceftolozane)(2014年上市)，对耐甲氧西林的金葡萄球菌、革兰氏阴性菌、铜绿假单胞菌以及厌氧菌有较好的疗效。由于头孢菌素具有高效、广谱、低毒、耐酶等优点，其发展相当迅速，目前己上市了近60个品种，其品种数量居各类抗生素的首位。根据其抗菌作用特点及临床应用的不同其药理

学性质比较参见表16-1,部分结构见图16-2。表16-1头孢菌素药理学性质种类抗g+活性抗G-活性抗绿脓杆菌酶稳定性肾毒性举例第一代++++-差有头抱噻吩、头抱氨苄、头抱唑琳、头抱拉定、第二代++++-中小头抱羟氨苄、头抱硫眯*、头抱丙烯头抱吠辛、头抱克洛、头抱替安、头抱美唑第三代++++-/+++强无头抱噻肟、头抱他啶、头抱唑肟、头抱哌酮、第四代+++/++++/++++更强无头抱三嗪、头抱地嗪、头抱克肟、头抱地尼、头抱布烯、头抱帕肟酯、头抱他美酯、头抱托仑匹酯头抱匹罗、头抱吡肟、头抱唑兰、头抱瑟利第五代++++++++++++++++更强无头抱洛琳、头抱洛扎*头抱硫眯由我国（研发单位：上海医药工业研究院、广州白云山制药股份有限公司）自主研发的头抱菌素类药物。“+”表示抗菌活性的强弱。图16-2部分头抱菌素类抗生素结构16.1.2头抱菌素类生产工艺路线

半合成头孢菌素类的生产工艺路线主要有化学酰化法、微生物酰化法和青霉素扩环法。化学酰化法又有两种策略，可以先修饰7位，再改造3位；反之亦然。16.1.2.17位酰化的合成工艺路线以头孢母核7-ACA或7-氨基脱乙酰基头孢烷酸(7-Aminodesacetoxycephalosporanicacid，7-ADCA)及其衍生物为原料，先将羧酸活化后，再与7位氨基缩合制备相应的头孢类药物。由于头孢母核的稳定性较差，必须在低温下反应，导致7-位氨基的反应活性不太高，直接与羧酸反应收率偏低，且头孢母核价格昂贵。为了提高原子利用率，通常需要对羧酸中间体进行活化，主要的活化方式为酰氯法和活性酯法。在头孢哌酮的工业生产工艺中，将侧链酸D(-)-a-(4-乙基-2,3-双氧代哌嗪-1-甲酰胺基)对羟基苯乙酸(D(-)-a[[(4-Ethyl-2,3-dioxo-1-piperazinyl)carbonyl]amino]-2-(4-hydroxyphenyl)acrticacid，HO-EPCP)与POCl3反应，现场制得酰氯中间体，然后与母核中文名称7-氨基-3-([(1-甲基-1H-四氮唑-5-基)硫]甲基)-8-氧代-5-硫杂-1-氮杂二环[4.2.0]-辛-2-烯-2-羧酸，((6R,7R)-7-amino-3-(((1-methyl-1H-tetrazol-5-yl)thio)methyl)-8-oxo-5-thia-1-azabicyclo[4.2.0]oct-2-ene-2-carboxylicacid，7-TMCA)反应，制得头孢哌酮(图16-3)，收率在90%以上。图16-3图16-3头弛哌酮的合成工艺路线如果羧酸制备酰氯比较困难，可转化为活性酯进行酰化。在头孢唾肟的生产工艺中，在PPh3和Et3N存在下，氨唾肟酸与二(2-苯并唾唑)二硫醚反应制备AE活性酯，然后与母核7-ACA进行反应，制得头孢噻肟(图16-4)，收率在95%以上。AE活性酩图16-4头弛嚏脂的合成工艺路线AE活性酩也可将侧链转化为酸酎再进行酰化反应，在头孢丙烯的生产工艺中，以对羟基苯甘氨酸为原料，由于氨基活性太高，先在有机碱的促进下，与乙酰乙酸甲酯反应制得对羟基苯甘氨酸的邓氏钾盐，然后与特戊酰氯反应现场制备酸酎，最后与头孢丙烯母核反应，制得头孢丙烯（图16-5）。照氏册些l>Mc图16-5照氏册些l>Mc图16-5头弛丙烯的合成工艺路线16.1.2.23-位取代的合成工艺路线以含氮或硫的亲核试剂，如毗啶、毗咯、杂环硫醇等取代7-ACA上的乙酰氧基（OAc），制得的头孢菌素3-位取代衍生物。在头孢曲松的工业生产工艺中，以7-ACA为原料，乙腈为溶剂，BF3催化下与三嗪环（Thiotriazinone，TTA）发生亲核取代反应，制得中间体7-氨基头孢三嗪（7-amino-3-[（2,5-dihydro-hydroxy-2-methyl-5-oxo-1,2,4-triazin-3-yl）thiomethyl]-cephalosporanicacid.7-Aminoceftriaxonesodium，7-ACT）。然后在Et3N促进下，四氢呋喃（Tetrahydrofuran，THF）和水的混合溶剂中与AE活性酯反应，得到头孢曲松（图16-6），同时产生副产物2-巯基苯并噻唑。7-ACA7-ATC图16-6头弛曲松的合成工艺路线16.1.2.3酶法生产头抱菌素的工艺路线7-ACA7-ATC图16-6头弛曲松的合成工艺路线虽然化学酰化法制备头孢菌素的工艺路线比较成熟，但其最大的不足是原子经济性较差。用AE活性酯制备头孢菌素的工艺中，还产生了对人体和环境有危害的促进剂2-巯基苯并唾唑，这是美国FDA严格限制超标的杂质之一。近年来，酶法制备头孢菌素引起人们的广泛关注。头孢克洛的早期制备工艺是以头孢唾吩或7-ACA为原料，但均因工艺复杂且难度较大，338

原料成本居高不下。使用固定化青霉素酰化酶合成头孢克洛，具有立体选择性好，无需保护活性位点。原料7-氨基-3-氯-头孢烯酸(7-amino-3-chloro-3-cephem-4-carboxylicacid，7-ACCA)溶于适量水中，用稀氨水调节体系pH为8.0，使其完全溶解后投入酶反应器中，并加入一定量的固定化青霉素酰化酶(PenicillinGamidase，PGA)。将溶解侧链PGM-HCl缓慢滴加到酶反应体系中，对反应转化率进行过程监控，大约2h后，转化率可达97%(图16-7)。由此可见，酶法合成头孢菌素具有反应步骤少，操作简便、无毒害、低成本高收率等优点。图16-7头弛克洛的酶催化合成工艺路线16.1.2.4青霉素扩环法生产头抱菌素的工艺路线日本大壕制药公司首创了青霉素扩环法，制备头孢母核中间体一7-苯乙酰胺基-3-氯甲基头孢烷酸对甲氧苄酯(7-Phenglacetamido-3-chloromethyl-3-cephem-4-carboxylicacidp-methoxybenzylester,GCLE)。以青霉素G的钾盐为原料，经对甲氧基苄基氯酯化后，再用双氧水将其氧化成亚砜青霉素，然后用芳亚磺酸铵盐(ArSO2NH4)进行扩环。扩环后的中间体在饱和食盐水和硫酸的混合液中电解氯化，最后与氨水闭环，得到GCLE(图16-8)。图16-8GCLE的合成工艺路线以7-ACA为中间体制备的头孢菌素品种中，有60%以上的品种都可以用GCLE来生产。而且以GCLE为中间体生产头孢菌素时，产品收率更高、生产工艺更简单、生产条件更温和、产品成本更低，特别是在第三代头孢如头孢地尼，头孢克肟，头孢他定等的合成上比7-ACA有非常大的优势；此外GCLE还用于合成一些利用传统三大母核不能合成的新头孢类药物，如头孢丙烯等。16.27-氨基头抱烷酸生产工艺7-氨基头孢烷酸（7-ACA）是头孢菌素类最常用的母核之一，通过化学裂解法和生物酶法得到7-ACA。化学裂解法优点是合成工艺稳定和成熟，通过不断的改进，其收率已经达到85%以上。此法缺点是反应温度低（例如超低温），对设备要求高，操作费用大。使用大量的有毒有害的化学物品，给环境和人体健康带来很大的危害。酶法生产的7-ACA不含溶剂和重金属、质量高，生产占地面积小，环境污染小，成本也低。从2007年开始，国内企业逐步采用两步酶法替代化学裂解法进行7-ACA生产。本节从7-ACA的理化性质出发，分析化学裂解和生物酶催化的工业化生产路线、工艺控制及三废处理方法。16.2.17■氨基头抱烷酸理化性质7-氨基头孢烷酸（图16-9）的化学名称是（6R,7R）-7-氨基-3-[（乙酰氧）甲基]-8-酮-5-硫杂-1-氮杂二环[4,2,0]-2-烯-2-羧酸，英文化学名称是（6R,7R）-3-acetomethyl-7-amino-8-oxo-5-thia-1-azabicyclo[4.2.0]oct-2-ene-2-carboxylicacid。白色结晶性粉末，溶于酸性水溶液，不溶于有机溶剂。图16-97-氨基头弛烷酸的化学结构由于7-ACA分子内含有比较活泼的。-内酰胺环和游离的伯氨基，稳定性相对较差。在长途运输以及室温放置时间较长时，内酰胺环环张力较大可能发生开环，酰胺键断裂，并进一步形成高分子聚合物。进而可能在合成过程中引入终产物，影响产品质量。有研究显示，在同等工艺条件下，用保存时间较长7-ACA原料制备头孢唾肟钠，不符合中国药典标准。16.2.2化学裂解工艺16.2.2.1工艺路线与原理以头孢菌素C钠（头孢菌素C的发酵制备见第3章）为原料，制备7-ACA的化学反应及其条件如图16-10所示。

7=ACA—-105rtiiri图16-107-ACA的化学合成工艺路线H?，CHjOHPh7=ACA—-105rtiiri图16-107-ACA的化学合成工艺路线H?，CHjOHCL在CH2Cl2中，头孢菌素C钠盐(CPCNa)与三甲基氯硅烷发生硅脂化反应并脱掉一分子氯化氢制得酯化物。Et3N和二苯甲胺作为碱和缚酸剂，捕获氯化氢，有利于反应的进行。在二苯胺的作用下，酯化物与PC15发生氯化反应，将环外酰胺键转变为氯代亚胺，得到氯化物。直接在正丁醇溶液中，发生醚化反应，得到醚化物，最后在甲醇和水的混合液中水解得到7-ACAo16.2.2.2工艺过程与控制CL化学裂解法分为四个工段：酯化、氯化、醚化和水解工段。具体操作工艺为：①酯化：在釜内投入无水头孢菌素C钠和CH2C12,再加入Et3N及二甲苯胺，且搅拌均匀；其后开始滴加三甲基氯硅烷，控制温度在35口左右，投料比(1:10.52:0.5:2.32:2.9)，加完三甲基氯硅烷后，继续在25口〜30口搅拌1h〜1.5h，得酯化液。②氯化：把酯化液放入氯化釜，冷却至-40口，缓慢加入二甲苯胺、PC15(1:1.35:1.3)，控制温度不超过-25口，加完PC15后于30口反应1.5h左右，得到氯化液。③醚化：当氯化液及正丁醇温度均低于-55□时，开始滴加正丁醇，加毕，再将反应物冷却至30口，并在该温度下搅拌反应1.5h〜2h，然后将料液放到水解釜中；④水解：开启搅拌并加入甲醇和水，水解温度控制在-10口，时间为5~15min；水解结束后，用浓氨水调节pH值至3.5士0.1，搅拌30min，放置结晶1h，甩滤，用5%甲醇水溶液和2.5%柠檬酸水溶液及丙酮洗涤，真空干燥得到7-ACA，收率80%，纯度97%o16.2.2.3过程分析酯化反应需在无水条件下进行，使用无水CPCNa可以显著提高反应收率。氯化反应过程中慢慢滴加二苯甲胺和五氯化磷，控制温度不超过25r，可以减少杂质的产生。16.2.2.4生产工艺流程图以头孢菌素C盐为原料，经过酯化、氯化、醚化和水解四步反应制备7-ACA，工艺流程如图16-11所示网化反应回收戊二酸回收有机T硅化合物昆气吸收回收溶剂三甲基氯硅垸由**.，.氯化磷二甲苯胺头典素部网化反应回收戊二酸回收有机T硅化合物昆气吸收回收溶剂三甲基氯硅垸由**.，.氯化磷二甲苯胺头典素部盐.-呆股图16-117-ACA的化学合成工艺流程框图（1）三废分析：在化学裂解法合成7-ACA的过程中，主要副产物是有机硅化合物，D-a-氨基己二酸正丁酯，HCl气体，还有少量色素，以及过量的二氯甲烷、甲醇、丁醇、有机胺等。（2）三废处理：有机硅化合物主要含有六甲基二硅醚和三甲基硅醇，对其进行回收再利用，可以大大减少生产成本。有机硅化合物回收的一般步骤：废液经低温蒸馏回收二氯甲烷，再升高温度，回收六甲基二硅醚和三甲基硅醇，随后与HCl在ZnCl2催化下可再生成三甲基氯硅烷°D-a-氨基己二酸是一类非常有用的氨基酸，可作为合成头抱类等抗生素的原料，并广泛用于医药化工方面，可通过D-a-氨基己二酸正丁酯的水解得到，因此回收D-a-氨基己二酸非常不但可以减少污染，还可以带来经济效益。回收的一般步骤：废液在NaOH溶液中搅拌水解，然后用稀盐酸调节pH至D-a-氨基己二酸的等电点3.3,析出晶体，过滤，洗涤烘干得D-a-氨基己二酸。其它的废气、废水和废液按常规方法处理，达标排放。16.2.3—步酶催化合成工艺16.2.3.1工艺路线与原理头孢菌素C（cephalosporinC，CPC）在头孢菌素C酰化酶（cephalosporinCacylase，CPCA）催化下，选择性发生环外酰胺键的断裂，直接脱去7-位的D-a-氨基己二酰侧链，从而生成7-ACA，副产物D-a-氨基己二酸（图16-12）。虽然步骤简单，但目前此类酶的活性较低且种类较少，仍处于研发阶段，不具备工业化条件。基己：■.醴图16-127-ACA的一步酶催化合成工艺路线16.2.3.2工艺过程与控制（1）制备1.2L头孢菌素C缓冲液（浓度50~75mg/mL,pH=8.5），加到反应釜（含有8000u/LCPCA）中，控制温度25口以内。用0.05mol/LNaOH溶液将反应体系pH调至8.5,并控制搅拌转速1200rpm。取样HPLC分析，当溶液中CPC反应完全时，停止反应。静置5min，固定化酶沉降。（2）过滤反应液，加入活性炭脱色，冷却至5口，加入高分子聚合物的结晶助剂，慢搅拌下，用约60min，采用特殊设备从液面底部滴加15%盐酸，结晶，调整pH至3.8,搅拌养晶60min。（3）过滤收集结晶，45口下真空干燥，得白色7-ACA结晶产品，收率97%，纯度98%16.2.3.3过程分析（1）CPC裂解浓度、pH值、裂解温度等对酶活有很大影响，需要选择合适的裂解条件，提高7-ACA的收率。（2）二氯甲烷等烷烃溶剂在酶裂解液纯化过程中对去除大分子蛋白和氨基酸等杂质效果显著；结晶过程中加入结晶助剂和分散相大大提高结晶颗粒度和结晶产品质量，提高过滤速度和干燥效率。（3）7-ACA的收率可以达到97%，纯度达到98%，显著高于两步酶法7-ACA的收率90%。但由于CPCA的生产成本较高，此法尚处于实验室研发阶段。16.2.3.4生产工艺流程以头孢菌素C钠为原料，经过一步酶催化合成和过滤、结晶等单元操作，制备7-ACA的工艺流程如图16-13。头，曲忒■?性酰化酸稀盐酸TOC\o"1-5"\h\z水］I.__r~__—-———7M：A含成址|过洵调％】：一*-过探——A结晶——7I1回收固定化CPC酷化酶V回收;帝升—_滤液蒸憎己二液图16-137-ACA的一步酶催化工艺流程框图16.2.3.5三废处理（1）三废分析：在合成7-ACA的过程中，主要的副产物是D-a-氨基己二酸，溶剂回收时产生少量废气、废水等。（2）三废处理：D-a-氨基己二酸的回收：废液在NaOH溶液中搅拌水解，然后用稀盐酸调节pH至D-a-氨基己二酸的等电点3.3,析出晶体，过滤，洗涤烘干得D-a-氨基己二酸。其它的废气、废水和废液按常规方法处理，达标排放。16.2.47两步酶催化合成工艺头孢菌素C在D-氨基酸氧化酶（D-AminoAcidOxidase,DAAO）的催化作用下生成一个酮基中间体，并释放出h2o2以及nh3；酮基中间体十分不稳定，非常容易被上述反应中产生的H2O2氧化脱羧生成戊二酰基-7-氨基头孢烷酸（glutaryl-7-amidocephalos-poranicacid，GL-7-ACA。再在戊二酰基-7-氨基头孢烷酸酰化酶（glutaryl-7-amidocephalos-poranicacidacylase，GL-7-ACA酰化酶）催化下，将GL-7-ACA转化为7-ACA。对酶进行固定化具有稳定性高、可重复利用等优点。7-ACA催化所用的酶都是通过交联、吸附、包埋的方式对酶或细胞进行固定化的。将DAAO固定在有机载体上能显著延长使用时间，常用的固定化载体有：CNBr活化的agrose、SepharoseHB或DuoliteA365等；有一种新的固定化载体：聚甲基丙烯酸缩水甘油酯树脂，先利用酶蛋白变性的方法去除DAAO中的过氧化氢酶，再将DAAO经共价交联到该树脂上，酶对热、pH、O2的稳定性都大大提高，且在催化CPC的过程中，酮酸中间体随反应批次的增加而逐渐减少。此外，还可采用固定化三角酵母细胞的形式进行催化。GL-7-ACA酰化酶常用的共价固定化载体有：环氧乙烷基丙烯酸珠粒和可控制孔径的玻璃珠粒。此外，还可以先将酶吸附，再同戊二醛交联至阴离子交换树脂上，但此法固定的酶活低于共价固定的平均酶活。国产固定化GL-7-ACA酰化酶的表观米氏常数（Km）和最大反应速度（Vm）分别为8.69mmol-L-1和76pmol・g-i・min-i，均高于游离酶。由于GL-7-ACA酰化酶在重组大肠杆菌中有相当一部份可能位于细胞间质，因此也可以采取将重组大肠杆菌直接固定的方法。16.2.4.1GL-7-ACA合成工艺（1）工艺原理与过程控制D-氨基酸氧化酶（D-aminoacidoxidase，DAAO）催化头孢菌素C生成GL-7-ACA的反应如图16-14所示。图16-14GL-7-ACA的催化合成反应反应釜A保持反应温度20口，加入3〜4%头孢菌素C钠（CPCNa）盐水溶液，再加入1000u/L的，搅拌速度1200rpm，同时通入氧气。反应进行中，由于生成的CO2溶于水，pH下降。用浓度为3mol/L的氨水滴定，保持pH=7.5。pH波动变小时，取样作HPLC分析。当溶液中残留CPCNa的色谱含量小于1%时，停止搅拌和通氧，反应停止。静置5min，固定化酶沉降。将上层反应液经30gm筛网过滤转入反应釜B中。反应器中固定化DAAO可连续进行下一批反应。（2）过程分析原料纯度：原料CPCNa中的杂质色素会在反应过程中吸附在载体表面，遮盖了反应活性中心，造成酶活性损失，因此需要高纯度的CPC。H2O2浓度：DAAO转化CPC为GL-7-ACA反应过程中H2O2浓度过低，会造成a-酮己二酸单酰-7-ACA积累并分解;积累浓度过高则会氧化DAAO中半胱氨酸和丝氨酸等残基，从而造成酶的失活，同时也会氧化CPC和GL-7-ACA等成为亚砜类物质。这个问题可采用在反应过程中加入适量的双氧水的方法，使剩余的a-酮己二酸单酰-7-ACA转化为GL-7-ACA，从而提高裂解的收率，再加入适量的H2O2酶除掉多余的H2O2o搅拌速度：搅拌要均匀，否则过氧化氢局部积累浓度较高，造成底物氧化损失；局部强碱性可造成P-内酰胺环分裂。16.2.4.27-ACA的合成工艺（1）工艺原理与过程控制GL-7-ACA在GL-7-ACA酰化酶作用下发生环外酰胺键断裂，生成7-ACA，同时产生副产物戊二酸（图16-15）o53戊二酸图16-157-ACA的酶催化合成反应向反应釜B（含有GL-7-ACA）加入固相GL-7-ACA酰化酶（1000u/L），在室温下搅拌，用3M氨水调节pH为8。过滤反应液，冷却至5口，加入冷丙酮，搅拌，用10%盐酸缓慢调节到pH=4，出现白色结晶，继续搅拌。过滤收集结晶，用5口冷水洗涤粗产品，清除结晶中可溶性杂质。再用冷丙酮洗涤，45口下真空干燥，得白色7-ACA结晶产品。（2）过程分析GL-7-ACA酰化酶在碱性条件下表现出较高反应活性，但CPCNa在碱性条件下易分解。因此，要求严格控制反应终点的pH值，减少底物在碱性条件下的停留时间。已有报道固定化DAAO和GL-7-ACA酰化酶的半衰期分别为138和172批次，双酶法工艺的7-ACA综合收率可以达到90%，最后7-ACA结晶产品的纯度大于98%。16.2.4.3生产工艺流程固定1EGL-7-AC人褂堀固淀化GA防IU收戊二酸图16-16两步酶催化合成7-ACA的工艺流程框图16.2.4.4三废处理三废分析：两步酶法制备7-ACA的过程中，主要的副产物是戊二酸，氯化铵，溶剂回收时产生少量废气、废水。三废处理:一般来说每生产1t的7-ACA就会产生0.48t的戊二酸，因此，回收7-ACA中的戊二酸，不仅可以减轻它对环境造成的污染，而且可为企业创造可观的经济效益。戊二酸回收的一般步骤：将7-ACA废液用盐酸调pH至2.0〜2.5，再浓缩至7-ACA废液体积的20%〜40%，用活性炭脱色，然后再浓缩至7-ACA废液体积的12〜15%，降温结晶，过滤；滤液用无机酸调pH至1.0〜1.5,然后浓缩至7-ACA废液体积的8〜11%，降温至0〜10°C结晶，过滤；结晶用有机溶剂重结晶，可得到纯度为99%以上的白色戊二酸，同时回收了大量的氯化铵副产物。其它的废气、废水和废液按常规方法处理，达标排放。16.3头抱噻肟钠生产工艺头泡唾肟为第三代头泡菌素，对大肠埃希菌、奇异变形杆菌、克雷伯菌属和沙门菌属等肠杆菌科细菌等革兰阴性菌有强大活性。本节从头泡唾肟钠的物理化学性质出发，分析AE活性酯法制备头泡唾肟的生产工艺路线选择、工艺原理与过程分析及三废处理。16.3.1头孢噻肟钠的理化性质与临床应用头泡唾肟(图16-2)，又名氨唾月亏头泡菌素、头泡氨唾肟、头泡泰克松、西泡克拉瑞。头泡唾月亏钠(cefotaximesodium)是临床上广泛应用的第三代头泡类抗生素，其化学名称为(6R,7R)-3-[(乙酰氧基)甲基]-7-[(2-氨基-4-唾唑基)-(甲氧亚氨基)乙酰胺基]-8-氧代-5-硫杂-1-氮杂双环[4.2.0]辛-2-烯-2-甲酸钠盐；英文名称：sodium(6R,7R)-3-[(acetyloxy)methyl]-7-([(2Z)-2-(2-amino-1,3-thiazol-4-yl)-2-(methoxyimino)acetyl]amino}-8-oxo-5-thia-1-azabicyclo[4.2.0]oct-2-ene-2-carboxylate)。头泡唾月亏钠为白色、类白色或淡黄白色结晶，无臭或微有特殊臭。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于氯仿。比旋度为+56o+64o，熔点162-163°C。头泡唾肟钠由德国Hoechst和法国Roussel公司在1977年联合研制成功，于1980年上市，粉针剂的商品名为Claforan。临床应用于敏感微生物所致的呼吸道、泌尿生殖系统感染，

败血症，细菌性心内膜炎、脑膜炎，骨关节、皮肤及软组织感染，胃肠道感染，烧伤及其它创伤；对危及生命的感染患者可与氨基糖甙类抗生素联合使用。16.3.2头抱噻肟钠工艺路线的选择头泡唾肟是制备头泡唾肟钠的主要原料，目前头泡唾肟的合成主要采用活性酯法，如:含磷活性酯、三嗪酮活性酯、嗯二唑活性酯以及AE活性酯，另外也有酰氯法和V虫:^。：1。1'法的合成报道。16.3.2.1含磷活性酯法的工艺路线(1)工艺原理氨唾肟酸与二乙氧基硫代磷酰氯(ClP(S)(OEt)2)反应得到含磷活性酯一二乙氧基硫代磷酰基(Z)-(2-氨基唾唑-4-基)-2-(甲氧亚胺基)乙酸酯((Z)-2-(2-aminothiazol-4-yl)-2-(methoxyimino)acetic(O,O-diethylphosphorothioic)anhydride，DAMA)，再与7-ACA缩合制备头泡唾肟酸(图16-17)。图16-17含磷活性酯法合成头孢噻肟的工艺路线该工艺以二氯甲烷和异丙醇为反应溶剂，操作相对繁琐、收率偏低(86%)、且产生大量含硫和磷的废液，易污染环境。含磷活性酯(2)DAMA的合成工艺过程与控制在异丙醇(10.95Kg)中加入二乙氧基硫代磷酰氯(3.17Kg，16.8mol)和催化量的三乙烯二胺(1,4-diazabicyclooctane，DABCO，5mol%,80g)，控温25oC以内。滴加含有氨唾月亏酸2.82kg,14.0mol)和三丁胺(2.85kg,15.4mol)的异丙醇(10.95Kg)溶液，约需2^商加完毕。保温搅拌1h后，加入DAMA(0.1Kg)作为晶种，继续保温反应2h后，降温至0°C〜5°C。过滤，用冷的异丙醇(15.1Kg)洗涤，氮气保护下干燥，得DAMA(3.91Kg)，HPLC纯度99.4%。头泡唾肟酸的合成工艺过程与控制室温下，将DAMA(425g,1.2mol)、7-ACA(272g,1mol)混溶于二氯甲烷(1.0L)和异丙醇(0.2L)中，加入适量的亚硫酸溶液(52mL,5mol%)，搅拌10min。控温20oC以下，缓慢加入三乙胺(248g)，继续搅拌1.5h。用稀盐酸溶液(156g浓盐酸与1.15L异丙醇/水(10:1.5)混合而成)缓慢调节体系pH值至3.0〜3.5，同时加入头泡唾肟酸晶种(4.6g,1.0mol%)，析出大量晶体。过滤，滤饼用异丙醇(5L)洗涤两次，氮气保护下干燥，得到头泡唾肟酸(397g,86%)，HPLC纯度为99.4%。

16.3.2.2三嗪酮活性酯法的工艺路线在POCl3和DMF体系（现场制备Vilsmeier盐）中，氨噻肟酸与硫代三嗪酮于-20oC-45oC下反应得到三嗪酮活性酯，再与7-ACA缩合制备头孢唾肟酸（图16-18），同时产生副产物硫代三嗪酮。7-ACAE13N7-ACAE13N头抱喳脂图16-18三嗪酮活性酯法合成头弛嚏脂的工艺路线该工艺反应条件苛刻，所得三嗪酮活性酯的收率只有86%，且带来大量的含磷废水，后处理较麻烦。16.3.2.3嗯二唑活性酯法合成工艺路线在双（2-氧-唧坐琳）麟酰氯的促进下，0-5°C，氨噻肟酸与2-巯基-5-苯基-1,3,4飕二唑反应得到嗯二坐活性酯，收率85%。再在THF和DMA（N,N-二甲基乙酰胺）的混合溶剂中，三乙胺作碱，嗯二坐活性酯与7-ACA缩合制备头孢唾肟（图16-19），同时产生副产物2-巯基-5-苯基-1,3,4-嗯二坐。图1图16-19嗯二唑活性酯法合成头抱唾脂的工艺路线该工艺单元操作多，需萃取分层和活性炭脱色，后处理较麻烦，生产周期长。16.3.2.4酰氯法合成头抱唾脂的工艺路线以氨唾肟酸为原料，首先用醋酎进行氨基保护反应，然后在低温下与二氯亚砜反应现场制备酰氯，再在-50oC~-20oC下与7-ACA反应，最后经氨基去保护反应，得到头孢唾肟（图16-20）o工艺相对比较复杂，工业不用。图16-20酰氯法法合成头孢噻肟的工艺路线16.3.2.5Vilsmeier法合成头孢噻肟的工艺路线在-10oC〜0oC下，在二氯甲烷体系中，二氯亚砜和DMF现场生成Vilsmeier盐，随后与氨唾月亏酸反应，生成氨唾月亏酸的VR盐，该VR盐的酸性较强，必须在-50oC~-20oC下与7-ACA反应，才能高收率地制得头泡唾月亏。图16-20Vilsmeier法合成头抱噻肟的工艺路线Vilsmeier法需在较低温度下进行，工业生产中一般不采用。16.3.3AE活性酯法的工艺目前工业化生产工艺主要采用的AE活性酯（2-甲氧亚氨基-2-（2-氨基-4-唾唑基）-（Z）-硫代乙酸苯月并噻唑酯，2-（2-amino-4-thiazolyl）-2-methoxyiminoacetic,thiobenzothiazoleester,MEAM）法，一般以二氯甲烷、丙酮、四氢呋喃、甲醇、异丙醇等为反应溶剂，在碱催化下与7-ACA反应。16.3.3.1工艺原理在三苯基麟的促进下，氨唾肟酸与二（2-苯并唾唑）二硫醚反应得AE-活性酯，同时得到副产物2-巯基苯并唾唑和三苯基氧磷（Triphenylphosphineoxide,TPPO）。所得MEAM再与7-ACA缩合得到头泡唾肟（图16-21），再次得到一分子副产物2-巯基苯并唾唑。图16-21AE活性酯法合成头孢噻肟的工艺路线这是目前工业化生产头泡唾肟酸的方法，收率在95%以上。不少文献报道了AE活性酯法的进一步工艺优化，并用于其他头泡菌素类药物的制备中。16.3.3.2工艺过程与控制控温5-10°C，在反应釜中依次加入二氯甲烷（120.0Kg）、水（15.0Kg）、助溶剂甲醇（15.0Kg）混合均相；加入7-ACA（25.0Kg，92mol）、滴加三乙胺（12.25Kg，121mol），搅拌5min,加入AE活性酯(33.75Kg,96mol)。控温反应一段时间后，用6N盐酸调节反应体系pH值为2〜3。过滤，滤饼用丙酮洗涤，干燥，得白色粉末头孢唾脂(41.91Kg，95.3%),纯度98.5%(HPLC归一化法)，色级＜4#。滤液进行常压蒸馏回收二氯甲烷与水的共沸液，剩余液冷却至室温、调节pH析出固体，过滤、精制得副产物2-巯基苯并唾唑(M)(14.33Kg，93.1%)16.3.3.3过程分析投料比：7-ACA、AE-活性酯、有机碱三乙胺的物质的量比为1：1.05：1.3。如果三乙胺的投料量偏少，易导致反应不完全，反应时间较长，转化率偏低；三乙胺的投料量偏多，由于体系pH值偏高，反应速度偏快，易导致产物降解，从而使产品收率和质量均降低。反应介质：常用的反应介质有二氯甲烷、三氯甲烷和四氢呋喃，反应收率均较高，但三氯甲烷的毒性较大，在地下水中有蓄积作用，对皮肤和粘膜的刺激性较强，损害中枢神经和呼吸系统，对环境保护造成一定压力。四氢呋喃、丙酮等易与水混溶，难以回收套用，在一定程度上造成了资源的浪费，成本偏高。综合考虑，一般采用二氯甲烷作为工业化生产的溶剂。此外，一般还须添加辅助溶剂，可以选用水、乙醇、异丙醇等，从环境友好和生产成本的角度出发，采用二氯甲烷/水(体积比1:0.1-0.2)体系效果较好。反应温度：反应温度较低时，反应速度较慢，反应时间较长，但产物的色级较好。升高反应温度，将影响反应的色级，产品颜色将偏红色，一般控温在5-10oC。结晶pH值：反应结束后，头孢唾脂以盐的形式存在，通过加入酸调节体痴日值呈酸性，同时加入少量晶种，诱导其析晶。pH值过高或过低都是不好的，当pH在2.50〜3.00之间时产品收率和HPLC纯度都较高。这是由于该反应体系的pH为2.50左右时，最接近头孢唾脂的等电点，结晶效果好。16.3.3.4头抱噻脂合成工艺流程AE活性酯法合成头孢噻脂后，经过酸化、过滤、蒸馏等后处理单元操作，工艺流程见图16-22。图16-22AE活性酯法合成头抱唾脂工艺流程框图16.3.4头抱唾脂钠的合成

16.3.4.1工艺原理异辛酸割OAci-PrOHrH£Oi-PrOH以头孢唾肟酸为起始原料，异辛酸钠等为成钠剂，少量水作溶剂，生成溶于水的头孢唾肟钠（图16-异辛酸割OAci-PrOHrH£Oi-PrOH图16-23头弛噻肟钠的工艺原理16.3.4.2工艺过程与控制在500L搪玻璃反应釜中，加入7.5L亚硫酸和120L异丙醇，搅拌均匀。取19Kg异辛酸钠溶于45L水中，加入反应釜中°0oC下，加入50Kg头孢唾