呋布西林鈉合成工藝研究

郭劍虹，李祖文，周改平

（山西博康藥業(yè)有限公司，太原030021）

呋布西林鈉，又稱呋脲芐青霉素鈉，其化學(xué)名稱為：（2S，5R，6R）－3，3－二甲基－6－［D－α－（3－（2－呋喃甲酰）脲）苯乙酰氨基］7－氧代－4－硫雜－1－氮雜雙環(huán)［3．2．0］庚烷－2－甲酸鈉鹽。該藥于1969年由美國Brisol ＆Mayer公司首次研發(fā)成功，國內(nèi)上海醫(yī)藥工業(yè)研究院、上海第四制藥廠及太原制藥廠于1971年進(jìn)行本品的試制，1976年起國內(nèi)首先應(yīng)用于臨床［1］。本品是半合成廣譜抗生素，對(duì)多種革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌均有良好抗菌活性，尤其對(duì)綠膿桿菌的作用比羧芐西林強(qiáng)16倍，是最具有應(yīng)用價(jià)值的抗綠膿桿菌的酰脲類抗生素，臨床上主要用于創(chuàng)面感染、敗血癥、呼吸道、泌尿道感染等疾病，用途甚廣。

目前文獻(xiàn)報(bào)道的呋脲芐青霉素鈉的合成路線有3條。路線1是氨芐酸法，由α－呋喃甲酰異氰酸酯與無水氨芐西林三乙胺鹽在二氯甲烷中反應(yīng)，經(jīng)提取精制，得到呋脲芐青霉素酸固體，再與碳酸氫鈉于水溶液中成鹽，經(jīng)冷凍干燥制得呋脲芐青霉素鈉［2］。路線2是6－氨基青霉烷酸（6－APA）法，由α－呋喃酰脲基苯乙酸鈉（前體酸鈉）與氯甲酸乙酯在丙酮中反應(yīng)生成混合酸酐，再與6－APA鈉鹽溶液縮合得到呋脲芐青霉素鈉粗品溶液，經(jīng)提取精制后，經(jīng)過冷凍干燥得到呋脲芐青霉素鈉［3］。路線3是將α－呋喃甲酰異氰酸酯與無水氨芐西林在四氫呋喃中反應(yīng)，然后加入甲醇鈉－無水乙醇溶液，經(jīng)減壓脫溶劑制得呋脲芐青霉素鈉［4］。上述3條路線各有利弊。路線1的合成步驟復(fù)雜，過程中產(chǎn)生大量的廢水，而且α－呋喃甲酰異氰酸酯的穩(wěn)定性不強(qiáng)，特別容易吸濕水解，影響反應(yīng)的進(jìn)行與產(chǎn)品的純度。路線2中的縮合反應(yīng)后處理步驟復(fù)雜，需經(jīng)過堿化、酸化、再堿化的幾次提取，溶劑耗用量大，相轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生大量廢水，而且不能得到呋布西林酸的固體，液相中的呋布西林酸因含有部分有機(jī)溶劑，在凍干過程中易造成真空泵油的乳化而影響凍干效果。路線3采用溶媒結(jié)晶法，產(chǎn)物的純度略高于路線1，但通過樣品比對(duì)，溶媒結(jié)晶法的溶解度低于冷凍干燥法。據(jù)資料記載，由于呋布西林鈉溶解度小，尤其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．9%生理鹽水和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%葡萄糖溶液中較難溶解，給臨床用藥帶來很大的不便，延緩病人的給藥時(shí)間，并導(dǎo)致護(hù)士對(duì)使用該藥產(chǎn)生抵制情緒［5］。鑒于以上因素，我們綜合考慮收率、純度、溶解度等問題，對(duì)原有工藝路線進(jìn)行改進(jìn)，以前體酸鈉為起始原料，經(jīng)酸酐化、6－APA成胺鹽、縮合反應(yīng)制得呋布西林酸固體，然后用碳酸氫鈉水溶液成鹽，經(jīng)脫色、除菌過濾、真空冷凍干燥制得呋布西林鈉。

1 合成路線

呋布西林鈉的合成路線見圖1所示。

圖1 呋布西林鈉的合成路線

2 實(shí)驗(yàn)部分

2．1 原料與儀器

WZZ－2數(shù)字式自動(dòng)旋光儀（上海浦東物理光學(xué)儀器廠）；島津LC－10ATvp型液相色譜儀。6－氨基青霉烷酸（石藥集團(tuán)中諾醫(yī)藥有限公司）；α－呋喃甲酰脲基苯乙酸鈉（江蘇正泰醫(yī)藥化工有限公司）；氯甲酸乙酯（無錫貝諾精細(xì)化工有限公司）；呋布西林鈉對(duì)照品（蘇州二葉制藥有限公司）。鹽酸和碳酸氫鈉為試劑級(jí)，其他原料規(guī)格均為工業(yè)級(jí)。

2．2 實(shí)驗(yàn)步驟

1）在干燥的反應(yīng)瓶中加入180mL二氯甲烷和15．0g（0．069 4mol）6－APA，攪拌降溫至10～15℃時(shí)開始滴加34mL三乙胺（大約需要1．5h），直至反應(yīng)液澄清。控制pH值在7．5～8．0之間，得到6－APA胺鹽溶液，降溫至0℃以下備用。

2）在另一干燥的反應(yīng)瓶中加入230mL二氯甲烷，攪拌降溫至－5℃時(shí)加入α－呋喃酰脲基苯乙酸鈉（2）18．7g（0．060 3mol）。繼續(xù)降溫至－10℃，加入N－甲基嗎啡啉0．15mL。5min后加入7．10mL氯甲酸乙酯，于－15～－20℃保溫反應(yīng)1h，然后快速加入6－APA胺鹽溶液。期間溫度會(huì)回升，應(yīng)控制溫度不超過0℃，繼續(xù)降溫至－5℃保溫反應(yīng)30min。

3）將反應(yīng)液升至室溫，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的氫氧化鈉水溶液堿化至溶液pH值為5．8～6．5，靜置，溶液分相，回收有機(jī)相。水相中加入150mL醋酸丁酯，經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%的鹽酸酸化至pH＝2～3，靜置分層，棄去水層。有機(jī)相中細(xì)流加入90mL正己烷（約0．5h），攪拌2．5h．待結(jié)晶完全析出后，過濾，濾餅用純化水洗滌，于50～55℃干燥，得白色結(jié)晶物27．8g。測(cè)得產(chǎn)物收率82．4%，純度94．2%。

4）在反應(yīng)瓶中加入250mL注射用水和25g呋布西林酸，于10～15℃緩慢均勻滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%碳酸氫鈉水溶液，調(diào)節(jié)pH值在6．5～6．8之間。待溶液澄清后，測(cè)得pH值在上述范圍內(nèi)。加針劑炭2 g脫色，過濾，進(jìn)行冷凍干燥，得到呋布西林鈉（1）的白色晶體24．9g．測(cè)得二步總收率78．5%（以6－APA計(jì)），純度92．6%（經(jīng) HPLC法測(cè)定）。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3．1 溶劑的影響

文獻(xiàn)［3］中的縮合反應(yīng)在丙酮－水的混合體系中進(jìn)行，由于酸酐忌水，導(dǎo)致部分酸酐水解破壞，影響產(chǎn)物的收率和純度。在對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行提純處理的過程中，因體系中的丙酮與水互溶，需要用甲苯萃取丙酮以實(shí)現(xiàn)有機(jī)相與水相的分離。這造成回收溶劑困難，生產(chǎn)成本上升；而且，甲苯屬于毒性化合物，對(duì)皮膚、黏膜有刺激性，短時(shí)間內(nèi)吸入較高濃度可發(fā)生急性中毒導(dǎo)致抽搐或昏迷，長期接觸可發(fā)生神經(jīng)衰弱綜合征、肝腫大、女工月經(jīng)異常等慢性中毒癥狀。本工藝用單一的二氯甲烷做溶劑，使全部反應(yīng)在無水的情況下進(jìn)行，減小了酸酐水解對(duì)產(chǎn)物的影響。另外，二氯甲烷密度大，不溶于水，可以直接與水分相，這大大簡化了處理步驟，也避免了甲苯的毒性對(duì)身體及環(huán)境的傷害。

3．2 6－APA成鹽條件的影響

6－APA的主要結(jié)構(gòu)為β－內(nèi)酰胺環(huán)，在堿性條件下極易水解導(dǎo)致酰胺環(huán)的破裂，因此要嚴(yán)格控制體系的水分和pH值。以二氯甲烷取代丙酮－水混合溶劑有效地減小了體系的水分，同時(shí)選用有機(jī)堿三乙胺代替氫氧化鈉水溶液，使得反應(yīng)在無水且酸堿度較溫和的環(huán)境中進(jìn)行。另外溫度越高，β－內(nèi)酰胺環(huán)的穩(wěn)定性越差，為此反應(yīng)液澄清后需要降溫至0℃以下（以不結(jié)冰為宜）放置，且時(shí)間越短越好。

3．3 工藝路線的優(yōu)化

目前呋布西林鈉藥品執(zhí)行的是衛(wèi)生部藥品標(biāo)準(zhǔn)（WS1－C2－0021－89），含量測(cè)定方法為綜合容量法，此法無法分離檢出同分異構(gòu)體雜質(zhì)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)市售的呋布西林鈉樣品采用HPLC法測(cè)定含量，發(fā)現(xiàn)有些樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于80%，有的甚至只有約60%；其HPLC圖譜中含有一個(gè)較大的雜質(zhì)峰（峰面積約占1／3），通過結(jié)構(gòu)分析，推測(cè)樣品中的主要雜質(zhì)為呋布西林鈉的同分異構(gòu)體，異構(gòu)化位置在6－APA 的 C－6位［6，7］。經(jīng)分析認(rèn)為：一方面，因?yàn)榭s合反應(yīng)在6－APA的6－位氨基上進(jìn)行，若縮合反應(yīng)條件控制不佳，可能引起目標(biāo)產(chǎn)物的異構(gòu)化；另一方面，縮合反應(yīng)后的提純處理是實(shí)現(xiàn)同分異構(gòu)體分離的關(guān)鍵，而萃取結(jié)晶法是實(shí)現(xiàn)有機(jī)同分異構(gòu)體分離的有效方法。于是設(shè)計(jì)了在有機(jī)溶劑中加入萃取劑析出呋布西林酸結(jié)晶的路線。有機(jī)溶劑選用醋酸丁酯，因醋酸乙酯在水中的溶解度大于醋酸丁酯，酸化提取時(shí)分層不徹底，故選擇水中溶解度較小的醋酸丁酯作提取劑。為了選擇萃取劑，考察了石油醚、硅醚、正己烷和環(huán)己烷，結(jié)果萃取效果都不錯(cuò)。從溶劑回收套用的角度考慮，兩種溶劑的沸點(diǎn)相差越多，越易實(shí)現(xiàn)分離，故選擇沸點(diǎn)較低的正己烷做萃取劑。

3．4 正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

在合成過程中，影響收率的主要因素通常為物料配比、溫度、時(shí)間等。本文通過正交試驗(yàn)研究了前體酸鈉與6－APA摩爾比、縮合反應(yīng)溫度、縮合反應(yīng)時(shí)間和正己烷用量等四因素對(duì)呋布西林酸收率的影響。試驗(yàn)選用四因素三水平的L9（34）正交試驗(yàn)，各因素的三個(gè)水平如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2可看出，影響反應(yīng)收率的因素從主到次的順序?yàn)锳、B、D、C；實(shí)驗(yàn)最佳水平組合為A2B3C1D2，即，前體酸鈉與6－APA摩爾比為1∶1．15，反應(yīng)溫度－5℃，反應(yīng)時(shí)間0．5 h，正己烷用量90mL。在此條件下，呋布西林酸的收率達(dá)到82．4%．經(jīng)與碳酸氫鈉成鹽、真空冷凍干燥后，產(chǎn)物的總收率達(dá)到78．5%，純度為92．6%。

3．5 產(chǎn)品表征

用WZZ－2數(shù)字式自動(dòng)旋光儀測(cè)定樣品旋光度，［α］25D為＋188°，符合部頒標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)為［α］25D＝＋180°～＋200°）。用LC－10ATvp型液相色譜儀作定量分析，色譜條件：C18柱（4．6nm×250mm，5 μm），流動(dòng)相磷酸鹽緩沖液（pH3．5）與乙腈體積比2．5∶1，v＝1mL／min，λ＝254nm，進(jìn)樣量20μL。測(cè)試結(jié)果顯示，樣品溶液主峰的保留時(shí)間與對(duì)照品溶液主峰的保留時(shí)間一致，樣品純度大于92．6%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)樣品進(jìn)行溶解性測(cè)試。樣品于18℃時(shí)在注射用水和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%葡萄糖溶液中即溶，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．9%生理鹽水中3min內(nèi)溶解。

4 結(jié)論

1）本研究的合成使用單相溶劑，從酸酐的制備到與6－APA的縮合反應(yīng)全部為忌水反應(yīng)，有效地避免了中間體的水解，提高了產(chǎn)物的收率和純度。

2）以低毒溶劑替代高毒溶劑甲苯，最大限度地改善了工作環(huán)境，同時(shí)還縮短了工藝操作程序，節(jié)約了成本。

3）采用萃取結(jié)晶法提純呋布西林酸固體，很好地去除了雜質(zhì)，也減小了有機(jī)溶劑對(duì)凍干機(jī)的損害。

4）通過正交試驗(yàn)，確定了最佳反應(yīng)條件，由此獲得的目標(biāo)產(chǎn)物總收率≥78%，純度≥92%；而且溶解性明顯改善，尤其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．9%生理鹽水和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%葡萄糖溶液中3min內(nèi)溶解，方便了臨床使用。

可見，本工藝收率高、純度高、溶解性強(qiáng)、成本低，很適合工業(yè)化生產(chǎn)。

［1］ 張梅芳，顧亞明，張敬德，等．呋芐青霉素的實(shí)驗(yàn)研究［J］．抗生素，1985，10（2）：85－91．

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［7］ 容凱文，于沛，王定遠(yuǎn)．注射用呋芐西林鈉中主要雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)推測(cè)［J］．中國醫(yī)藥工業(yè)，2010，41（5）：373－374．