阿莫西林的合成方法綜述

虞正燁，高 揚

(浙江東邦藥業有限公司，浙江 臺州 317016)

阿莫西林(Amoxicillin)稱羥氨芐青霉素，由英國比徹姆(Beecham)公司于1968年開發研制的青霉素系列抗生索，其為白色或類白色的結晶型粉末，稍有特異的氣味和苦味，是第二代青霉素的主要品種，系廣譜半合成抗生索，能抑制細菌細胞壁的合成，具有高效的廣譜抗菌作用而且毒副作用很小，世界衛生組織 (WHO)推薦本品作為首選的 β-內酰胺類口服抗生素，在口服抗生素中占有重要的位置[1]。阿莫西林的合成方法主要有化學合成法和酶法合成法，本文將對上述兩種研究路線的近期研究進行綜述，為尋求更加經濟性的合成路線提供參考。

1 化學合成法

通用的化學合成法是在6-APA的6-位上引入側鏈。如圖1所示。

圖1 阿莫西林化學合成方法

由于側鏈供體對羥基苯甘氨酸無法得到穩定存在的酰氯[2]，所以，目前主要采用丹麥酸酐法，也是目前阿莫西林側鏈的主要生產方法，將對羥基苯甘氨酸與乙酰乙酸甲酯制備成對羥基苯甘氨酸鄧鉀鹽，再與特戊酰氯或氯甲酸甲酯混合制備成混酐。混酸酐與6-APA再經過縮合、水解、結晶等工序得到阿莫西林。

化學合成法合成阿莫西林的研究中，鄭玉林[3]等人對阿莫西林的合成工藝進行改進，優化反應條件，總收率達到91.49%(摩爾收率)；趙玉新研究組[4]，在中國專利中提出，通過兩步法加入特戊酸溶解酸酐、兩步法加入三乙胺溶解6-APA、改變結晶溫度和溶媒的類型等探索直接得到純度高、質量好的阿莫西林鈉固體。

高亮等[5]以改變對羥基苯甘氨酸氨基側鏈的芐氧甲酰氨基-對羥基苯乙酸為原料，與氯甲酸乙酯制備成混酐，再與6-APA在2，6-二甲基吡啶為溶劑下酰化，再經過鈀觸媒的CaCO3催化下加氫還原得到晶型好、質量優的阿莫西林。改變對羥基苯甘氨酸氨基側鏈的研究還有高悅譯研究組[6]，將對羥基苯甘氨酸在有機溶劑處在下，與對應的酰氯反應，得到不同的對羥基苯甘氨酸側鏈氨基的保護產物，與氯甲酸乙酯反應成混酐，與6-APA酰化，還原得到目標產物。文中提到的保護基團除了芐氧基羰基(Cb2)外，還有叔丁氧羰基(Boc)和芴甲氧羰基(Fmoc)，路線較短，產品純度高，操作簡單，具有廣泛的工業化應用前景。

化學法工藝比較成熟，存在比較明顯的缺點，首先整個工藝線路很長，需要花費很長的時間才生產完成，導致整體效率很低；其次是在生產過程中，使用大量的有機溶媒，會產生較多的有毒有害廢物，對環境造成較大污染；反應在低溫下運行，使用制冷劑，操作環境不友好的同時，需要大量的能量來維持，增加能源消耗，增加成本。

2 酶法合成法

相對于化學合成而言，在酶法制備時，由于工藝條件溫和，綠色環保，制備的阿莫西林質量優于化學合成法，故酶法合成阿莫西林得到越來越多的研究與應用，其合成過程如圖2，對羥基苯甘氨酸與6-APA在酶的催化下直接合成阿莫西林。

圖2 阿莫西林酶法合成

2.1 酶的篩選和固定化研究

2.1.1 酶的篩選

篩選合適的酶，改善酶的活性和穩定性，對實現清潔反應和提高反應效果至關重要。有相當多的氨基酸酯水解酶和青霉素酰化酶都可以催化6-APA。E．coli菌屬的青霉素G酰化酶由于其優良的酰基轉移特性，應用較為廣泛[7]，青霉素酰化酶(Penicillin G acylase，EC 3.5.1.11，簡稱PGA)是一種酰胺鍵水解酶，其系統名是青霉素氨基水解酶(E.C.3.5.1.U)，但習慣名如青霉素酰化酶、青霉素氨基/酰基轉移酶繼續被沿用。最早從PenicillinchrysogenumQ176分離得到。現己在多種微生物體內發現有該酶存在，如各種細菌、放線菌、真菌、酵母等。用PGA催化合成阿莫西林[8]工藝流程簡單，方法綠色環保，雜質少，產品穩定性優于化學法。何冰芳課題組在最新的研究中發現，從木糖氧化無色桿菌(AchromobacterxylosoxidansPX02)的青霉素酰化酶(PGA PX02)催化合成阿莫西林，阿莫西林的轉化率可達98.7%[9]，合成率在65%～70%[10]。

2.1.2 酶的固定化研究

將游離的青霉素酰化酶直接用于催化過程存在許多不足，如容易喪失催化活性，游離酶回收困難．造成產物難以分離提純，生產過程難以實現連續操作。固定化青霉素酰化酶克服了游離酶的上述不足，不僅保持了游離酶的催化特性，還提高了操作穩定性，生產過程易于實現連續操作，易與產物分離且可重復使用[11]。用固定化青霉素酰化酶工藝生產阿莫西林[12]是一條低成本的綠色化生產工藝。何冰芳課題組[13]研究了聚賴氨酸支持的交聯酶聚集物(PL-CLEAs)在合成阿莫西林中的應用，研究發現，聚賴氨酸的加入顯著提高了酶的交聯效率PL-CLEAs催化反應的合成水解比(S/H)在加入酰基供體后由2.71提高到4.67，阿莫西林的轉化率可達94%。蘇暐光課題組[14]以 Fe3O4-GMH 順磁性親水性多孔微球為載體固定化青霉素G酰化酶合成阿莫西林，發現在相同的反應條件下，以乙二醇為溶劑，PGA/Fe3O4-GMH為催化劑，阿莫西林收率為90.1%，合成水解比(S/H)比為1.18，相比之下，游離PGA為催化劑阿莫西林的收率為62.6% ，S/H比為0.37。

2.2 反應介質

酶法合成阿莫西林，反應介質大多數采用具有一定pH值的水溶液，也有添加少量有機溶劑的水相體系[15-20]。青霉素G酰化酶、生成的阿莫西林和側鏈在水相中會發生一定程度的水解，所以，酶法合成阿莫西林的反應介質的選擇是研究的一個方向，非水相酶催化方法是近年來研究的熱點，將非水相介質引入到酶催化合成中，增加底物的溶解性，降低反應介質中水的活性，有效抑制酰基供體側鏈和產物的水解，提高合成的產率。吳起研究團隊[21-22]用水/有機或緩沖溶液/有機質混合體系對反應介質進行了改進，其中有機質體系中的有機可以為乙二醇、丙三醇、異丙醇、叔丁醇、叔戊醇、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、正己烷等，抑制水解等副反應，使得副產物減少，產率得以提高，分離過程也得到了簡化。該團隊在有pH值6.0的磷酸二氫鈉緩沖液與乙二醇40%：60%(v/v)做反應介質，產率為55.2%[23]。

降低水解的另一個研究熱點是有機介質中的酶催化合成。酶在極性適當的有機溶劑中，不但保持活性，而且可以表現出優良的催化性能。異辛醇作為阿莫西林酶促反應的介質，阿莫西林的產率可以達到94.5%[1]，環己醇介質中酶促合成阿莫西林的效果最好，產率為48%[7]；林賢福[24]等人研究表明無水叔戊醇酶促6-APA的轉化率達到86%，用異戊醇-正辛烷(50/50)做混合溶劑時，母核的轉化率達到94%，阿莫西林的產率高達92%。

離子液體作為一種新型的極性溶劑，幾乎沒有蒸汽壓、不可燃性、非揮發性、良好的化學穩定性和熱穩定性、可循環利用及對環境友好，故稱之為“綠色”化學溶劑，可以用來代替傳統的易揮發有毒溶劑。Sandra Cerqueira Pereira課題組[25]，將1-丁基-3-甲基咪唑陽離子(BMI)與雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺(NTf2)、四氟硼酸鹽(BF4)和六氟磷酸鹽(PF6)形成的離子液體(分別為)替代有機溶劑，取得了良好的效果，研究表明，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體(BMI·PF6)與水的比例為75%，合成水解比(S/H)比單獨使用磷酸緩沖溶液提高了400%，BMI·NTf2為350%，BMI·BF4只是小幅度的提升。BMI·NTf2為助溶劑時，與水的比例為71%(v/v)，6-APA的轉化率最高，比單獨用水溶液高出36%以上。

2.3 原位分離合成法

原位產物法(In situ product removal，ISPR)是一種將產物從反應混合體系中即時分離以減小動力學控制中產物水解的方法。原位分離可通過吸附、親和力、蒸發、全蒸發、絡合等途徑來實現。張業旺[26]研究團隊鋅絡合一鍋兩步酶法合成阿莫西林的研究，第一步用酶水解青霉素G得到6-APA，然后再與側鏈進行酰化反應時加入鋅離子，使其與阿莫西林形成沉淀，而達到分離的目的，總收率可以達到71.5%。反應的pH值根據不同的步驟可以進行相應的調節，合成水解比(S/H)也可以根據水解、合成的需求進行了調節。

3 小結

比較酶法、化學法阿莫西林可以看到，酶法制備阿莫西林具有一定的優勢，如減少反應步驟，縮短合成反應的時間，減少廢棄物的產生，有利于保護環境，降低生產成本，產品質量優異等優點，具有很好的經濟效益和社會效益。隨著酶促反應研究的日趨完善，酶法工藝實現了綠色環保、清潔生產，有利于保護環境，在日益重視生態環境的今天，酶促合成必將是未來產業的發展趨勢。