伊維菌素制備工藝研究

馬志珺，胡曉敏，李曉露，高月麒， 任風(fēng)芝*，張雪霞*

(1.華北制藥集團(tuán)新藥研究開發(fā)有限責(zé)任公司 微生物藥物國家工程研究中心 河北省工業(yè)微生物代謝 工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050015；2.華北制藥集團(tuán)愛諾有限公司，河北 石家莊 052165)

伊維菌素為阿維菌素的衍生物，屬半合成的廣譜抗寄生蟲藥，對體內(nèi)外寄生蟲特別是線蟲和節(jié)肢動(dòng)物均有良好驅(qū)殺作用。伊維菌素因其高效、用量少、副作用小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于牛、羊、馬、豬的胃腸道線蟲、肺線蟲和寄生節(jié)肢動(dòng)物，犬的腸道線蟲、耳螨、疥螨、心絲 蟲和微絲蚴，家禽胃腸線蟲和體外寄生蟲等的防治[1-4]。伊維菌素現(xiàn)被視為非常重要的動(dòng)物健康藥，在國內(nèi)外市場上具有很強(qiáng)的競爭力。

目前，制藥行業(yè)主要采用阿維菌素在威爾森催化劑作用下加氫的工藝制備伊維菌素，存在副產(chǎn)物雙氫阿維菌素和少量四氫阿維菌素。伊維菌素提純的主要目的是去除催化加氫的副產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)與主產(chǎn)物H2B1a結(jié)構(gòu)極其相近(圖 1)。

圖1 伊維菌素主產(chǎn)物與副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formulas of main product and by-product of Ivermectin

伊維菌素的純化技術(shù)主要是采用冷卻降溫結(jié)晶的方法，降溫過程采用人工控制冷卻水的方式，該方法結(jié)晶次數(shù)多、產(chǎn)品純度低。作者以阿維菌素為原料、甲苯為溶劑，通過催化加氫反應(yīng)得到伊維菌素粗粉，再通過重結(jié)晶純化得到伊維菌素精粉，并優(yōu)化阿維菌素加氫反應(yīng)條件及伊維菌素粗粉純化工藝，擬開發(fā)一種簡潔高效、質(zhì)量穩(wěn)定的伊維菌素制備工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

阿維菌素原粉(純度≥98.5%)，華北制藥集團(tuán)愛諾有限公司；乙腈、甲醇，色譜純，Merck公司；其它試劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為純化水，自制。

高效液相色譜儀(SPD-M20A型紫外檢測器，LC-20AT泵，SIL-20A型自動(dòng)進(jìn)樣器，CTO-10AS型柱溫箱)，日本Shimadzu公司；Optimax 1001型反應(yīng)釜，梅特勒-托利多公司；DSB-10/20型低溫冷卻液循環(huán)泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；Loborata 4000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，Heidolph公司；T-1000型電子天平，常熟雙杰測試儀器廠；DZF-6050型真空干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；Mastersizer 2000型粒度分析儀，Malvern公司。

1.2 伊維菌素粗粉的制備

稱取阿維菌素原粉150 g加入到反應(yīng)釜中，再加入500 mL甲苯，在氮?dú)鈹嚢柘录尤?.5 g催化劑三苯基膦氯化銠[RhCl(Ph3P)3]，加熱升溫至70 ℃，打開氫氣閥至反應(yīng)釜壓升至 0.5 MPa 進(jìn)行加氫反應(yīng)，每隔1 h取樣，檢測至反應(yīng)終點(diǎn)后，停止反應(yīng)；將反應(yīng)液脫除催化劑后，降溫至30 ℃過濾、干燥，即得伊維菌素粗粉。

1.3 伊維菌素粗粉的純化

晶種制備[5-6]：稱取伊維菌素精粉10 g，加入50 mL乙醇溶解，加熱至65 ℃，再流加到超聲波作用下的純化水中，保持超聲狀態(tài)，使其爆發(fā)成核，形成晶體。結(jié)晶完畢，將結(jié)晶液過濾、干燥，得到伊維菌素結(jié)晶粉即晶種9.2 g。

粗粉重結(jié)晶：稱取伊維菌素粗粉100 g，用450 mL乙醇在75 ℃下加熱溶解并保溫，向溶液中加入晶種2 g，養(yǎng)晶1 h，再緩慢降溫至15 ℃，使結(jié)晶完全。結(jié)晶液過濾、洗滌、干燥，得到伊維菌素精粉90 g。

1.4 色譜條件

Unitary C18 色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)，流動(dòng)相為乙腈-甲醇-水(60∶23∶17，體積比)，檢測波長245 nm，流速1.5 mL·min-1，進(jìn)樣量10 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 阿維菌素加氫反應(yīng)條件優(yōu)化

2.1.1 料液比的選擇

稱取阿維菌素原粉4份各100 g，分別加入反應(yīng)釜中，再分別加入300 mL、400 mL、500 mL和600 mL甲苯，進(jìn)行催化加氫反應(yīng)，考察料液比(1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，g∶mL，下同)對伊維菌素收率和質(zhì)量的影響，結(jié)果見表1。

由表1可知，在催化劑用量一定的條件下，隨著料液比的增大，即溶劑甲苯用量的減少，加氫反應(yīng)速率加快，但四氫阿維菌素含量也逐漸增加。綜合考慮成本與生產(chǎn)周期，加氫反應(yīng)中料液比選擇1∶(3～5)為宜。

表1 料液比的選擇

2.1.2 催化劑用量的選擇

稱取阿維菌素原粉5份各100 g，分別加入反應(yīng)釜中，再加入300 mL甲苯，在氮?dú)鈹嚢柘录尤氩煌?0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g)的催化劑RhCl(Ph3P)3進(jìn)行催化加氫反應(yīng)，考察催化劑用量對伊維菌素收率和質(zhì)量的影響，結(jié)果見表2。

表2 催化劑用量的選擇

由表2可知，在一定時(shí)間內(nèi)，隨著催化劑用量的增加，阿維菌素轉(zhuǎn)化率逐漸升高，但副產(chǎn)物四氫阿維菌素含量也逐漸增加，選擇性降低。綜合考慮阿維菌素轉(zhuǎn)化率、選擇性、產(chǎn)品質(zhì)量和成本，加氫反應(yīng)中催化劑用量選擇1.0～1.5 g即1.0%～1.5%為宜。

2.2 伊維菌素粗粉純化工藝優(yōu)化

2.2.1 晶種粒度的選擇

稱取伊維菌素粗粉4份各50 g，分別使用不同平均粒度D[4，3]的晶種進(jìn)行伊維菌素粗品重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 晶種粒度的選擇

由表3可知，晶種平均粒度較小時(shí)，結(jié)晶速度快，雜質(zhì)去除效果差。綜合考慮結(jié)晶收率和產(chǎn)品質(zhì)量，選擇晶種的平均粒度D[4,3]為40～60 μm。

2.2.2 結(jié)晶降溫控制的優(yōu)化

過飽和度是物質(zhì)結(jié)晶的動(dòng)力，過飽和度越大，生長速率越快，結(jié)晶選擇性越低。在控溫結(jié)晶過程中，要兼顧晶體成長速率，如果降溫速度過快，晶體成長不能及時(shí)消耗其過飽和度，就會(huì)自發(fā)生成晶核，從而使控溫結(jié)晶失敗。采用自動(dòng)降溫控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了伊維菌素結(jié)晶過程的梯度降溫控制(圖2)，伊維菌素的晶體形態(tài)見圖3。

由圖3可知，通過梯度降溫控制獲得了晶型均一、穩(wěn)定的晶體，有效改善了晶體外觀和產(chǎn)品質(zhì)量，利于包裝和貯存。

2.3 工藝驗(yàn)證

在最優(yōu)制備工藝條件下進(jìn)行3批次伊維菌素驗(yàn)證生產(chǎn)，結(jié)果見表 4、表5。

圖2 伊維菌素梯度降溫控制曲線Fig.2 Gradient cooling control curve of Ivermectin

由表4可知，3批次伊維菌素驗(yàn)證生產(chǎn)所得伊維菌素精粉純度均大于99%，收率均達(dá)到90%以上。

由表5可知，通過工藝條件優(yōu)化，伊維菌素精粉質(zhì)量符合USP標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了伊維菌素的市場競爭力。

圖3 伊維菌素的晶體形態(tài)(×400)Fig.3 Crystal morphology of Ivermectin(×400)

表4 伊維菌素精粉純度及收率

表5 伊維菌素精粉質(zhì)量/%

3 結(jié)論

以阿維菌素為原料、甲苯為溶劑，通過催化加氫反應(yīng)得到伊維菌素粗粉，再通過重結(jié)晶純化得到伊維菌素精粉，并優(yōu)化了阿維菌素加氫反應(yīng)條件及伊維菌素粗粉純化工藝。確定阿維菌素加氫反應(yīng)條件為：料液比1∶(3～5) (g∶mL)、催化劑用量1.0%～1.5%；再通過控制晶種粒度和梯度降溫過程，有效改善了晶體外觀和產(chǎn)品質(zhì)量，所得伊維菌素精粉純度大于99%，質(zhì)量符合USP標(biāo)準(zhǔn)。該工藝簡潔高效、質(zhì)量可控，適用于伊維菌素的工業(yè)化生產(chǎn)。