头孢西酮中间体的合成研究

头孢西酮中间体的合成研究

马春月

哈药集团制药总厂 黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：TDA 是合成一代头孢菌素头孢唑啉钠及头孢西酮钠的中间体，本文采用紫外吸收光谱（UV）、红外吸收光谱（IR）、核磁共振谱（NMR）以及质谱（MS）等波谱分析方法对待测样品进行化学结构确证，通过实验数据和图谱解析证实样品结构与 TDA 结构一致。

关键词：头孢；中间体；合成

TDA 的化学名称为 7-氨基 - 3- [[（5- 甲基 - 1,3,4- 噻二唑 - 2- 基）硫]甲基]头孢霉素烷酸，TDA 是合成一代头孢菌素头孢唑林钠及头孢西酮钠的重要中间体。头孢唑啉钠对革兰阳性菌及革兰阴性菌作用较强，其特点是耐酶、高效、低毒，对敏感菌所致的呼吸道感染、泌尿生殖系统、胆囊炎、肝脓肿、心内膜炎、败血症及软组织及耳部感染等有显著疗效。对 TDA 进行了比较全面的波谱表征，测定了TDA 的紫外（UV）、红外（IR）、质谱（MS）、1H- NMR、 氢 - 氢相关谱、13C- NMR，分析了各个波谱的特征，并对所有谱峰进行了准确的归属，对头孢唑啉产品的研究具有一定指导意义。

一、慨述

1、抗生素。抗生素是各种微生物(细菌、真菌等)产生的代谢产物或者人工合成的类似物，在低浓度时可以抑制或者杀死其他微生物，而不会对宿主产生严重的作用。其主要来源为细菌的发酵，现在大多数抗生素可以通过合成或半合成得到，主要用于各种致病微生物引起的感染，某些抗生素还用于肿瘤的化疗。现已有几千种抗生素，根据化学结构、作用机制的不同可分为以下类型：氨基糖苷类、安沙霉素类、碳头孢烯类、碳青霉烯类、头孢菌素类、糖苷类、大环内酯类、单内酰胺环、青霉素类、多肽类、四环素类、喹诺酮类、磺胺类和其他类。作用机制有以下：1)干扰细胞壁合成，如青霉素及头孢菌素类等 2)干扰蛋白质的合成，如氨基糖苷类、四环素类、大环内酯类等 3)干扰核酸合成，如丝裂霉素 C、博来霉素等 4)干扰细胞膜功能，如多烯霉素等。

2、β-内酰胺类抗生素

发展历程。β-内酰胺类抗生素因结构内含有 β-内酰胺环而得名，其抗菌谱广、毒性低、从而得到广泛的使用。英国从发酵液内分离出青霉素母核 6-氨基青霉烷酸，各种半合成青霉素开始迅猛发展；自二十世纪七十年代起，发现了第一代头孢菌素类药物，目前已经发展至第四代，其优良的抗菌活性和较低的副作用奠定了此类药物作为第一大抗感染药物的基础；碳青霉烯类药物抗菌活性强、抗菌谱广、结构独特备受瞩目，是治疗严重感染的药物，代表药美罗培南、亚胺培南等；以舒巴坦钠、三唑巴坦钠为代表青霉烷类和以氨曲南为代表的单环类活性比较低，需结构改造以获得较强活性[1]。按照结构不同可分为青霉素类、头孢菌素类、单酰胺环类、碳青霉烯类、青霉烯类、酶抑制剂等。

作用机制。β-内酰胺类药物的作用机制主要是干扰细菌细胞壁粘肽合成酶的合成，使细菌细胞壁合成受阻，细胞液涌入内部，造成细菌破裂死亡，而人类细胞由于没有细胞壁，不会被影响，因此此类具有选择性作用；另外一个机制是细菌自溶酶被激活，导致细菌溶解死亡。

耐药机制。细菌耐药性，是抗生素滥用所导致的结果，现已成为亟需解决的世界性难题，耐药机制大致分为：1)细菌产生 β-内酰胺酶水解药物不稳定的 β-内酰胺母核，使其失效，由于控制酶的基因可以通过质粒交换而广 泛传播，因此细菌耐药性越来越广；2)“牵制”机制，β-内酰胺酶不能水解一些广谱青霉素和头孢菌素，但可以在药物进入靶点(PBPs)之前与之紧密结合，使其停留在细胞外，难以发挥药效；3)细胞外膜的通透性下降，可以对大分子药物形成有效的屏障，常见于革兰氏阴性菌，革兰氏阳性菌没有外膜，不存在此类耐药机制；4)主动泵出机制，一些细菌依靠转运系统可将进入菌体内部的药物泵出；5)抗生素作用靶点改变，抗生素难以和细菌基因突变产生的新靶点结合而不能发挥作用，如耐甲氧西林的金葡菌产生的新的青霉素结合蛋白。

二、仪器与材料

Thermo Scientific NICOLET iS10 型红外光谱仪，UV- 2450 紫外可见分光光度计；Bruker 400MHz 脉冲傅里叶核磁共振谱仪，AgilentG6520A 单级四级杆 -飞行时间质谱仪。TDA（哈药集团制药总厂）；乙腈（色谱纯，TEDIA），甲醇（色谱纯，TEDIA），超纯水（色谱纯，TEDIA），氘代三氟乙酸（TFA），氘代二甲基亚砜（DMSO，纯度质量分数＞99.9%）。紫外吸收光谱，红外吸收光谱，质谱测试均由哈药集团制药总厂科研开发中心测试；核磁共振谱由工业大学生命科学与技术学院公共仪器设备管理中心测试。

三、方法与结果

1、紫外吸收光谱（UV）。样品在中性条件下溶解性极差，无法测定中性条件下的紫外光谱，样品在酸性条件下，出现两处主要吸收峰，λ265.0nm （ε＞104） 和 λ199.0nm（ε＞104）分别归属于 K 带吸收和 E 带吸收；样品碱性溶液中，K 带、E 带吸收有明显长移，说明在强碱性条件下，样品的结构发生了变化。以上紫外光谱性质符合 TDA 化学结构，数据结果见表。

2、红外吸收光谱（IR）。采用溴化钾压片法制备 TDA 样片，进行 IR 扫描，数据结果见表。

可知，1804.89cm- 1是β- 内酰胺环（β-lactam）的羰基伸缩振动峰，因受四元环张力及比邻的六元杂环影响，故羰基峰左移；1078.44、1056.26cm- 1 是 β- 内酰胺环 C- N 伸缩振动峰。1618.38cm- 1是羧酸基团的羰基伸缩振动峰。1541.17-1412.64cm- 1是 C=C，C=N 键的伸缩振动峰。TDA 的化学结构存在 β- 内酰胺环、羧基、碳碳双键、碳氮双键等特征吸收。

3、 NMR 结构解析及信号归属。使用氘代三氟乙酸 （TFA） 和氘代二甲基亚砜（DMSO）混合溶解试样，四甲基硅烷（TMS）作内标，测 定 TDA 的 1H- NMR 和 13C- NMR 图 谱 及 1H- 1HCOSY 谱。从样品 1H- NMR 谱的信息中可以看出，δ3.601-3.645，δ3.664-3.708ppm 二重峰，积分均为 1，偶合常数相同，均为 18.0Hz，偶合常数及裂分方式证明这两组氢为亚甲基同碳氢，从 1H- 1H COSY 谱可以看出，两组氢质子彼此相关，结合 1H- NMR 谱规律将这两组氢归属为 1 位亚甲基质子，同理，δ4.160-4.194，δ4.406-4.439ppm 结合 1H- NMR 谱规律将这两组氢归属为 7 位亚甲基质子。δ4.869-4.881ppm为一组二重峰，积分为 1，J=4.8Hz，从 1H- 1H COSY谱的相关信息可以看出，该峰与 δ5.026-5.039ppm处的质子相关，归属为结构中 5 位次甲基上的饱和叔碳氢，它受到邻位叔碳氢的影响，故呈双重裂分。同理，δ5.026-5.039ppm 归属为结构中 6 位次甲基上的饱和叔碳氢[1]。一维13C- NMR 谱中除溶剂峰以外共观察到 11条谱线，高场的 5 条谱线对应 1 个甲基碳，2 个亚甲基碳，2 个饱和叔碳；低场区有 6 条谱线，对应 6 组不饱和季碳，包括 2 个烯碳、2 个芳香季碳、1 个酰胺羰基碳和 1 个羧酸羰基碳。以上核磁共振谱图信息符合 TDA 的结构特征。

4、质谱（MS）。取待测样品，加流动相溶解。在正电离模式下，进行全扫描质谱分析。测试条件：电喷雾质谱，毛细管电压 4.00kV，毛细管出口电压 135V，喷雾气及干燥气均为 N2，干气温度 350℃，雾化器 45psi。可见，结构中含有一组甲基氢、二组饱和亚甲基氢、二组饱和叔碳氢，氨基的 2 个活泼氢质子在谱图中没有出现，样品 1H- NMR 谱给出 7 种质子峰，对应于 9 个质子，这与 TDA 的质子的个数相符。在样品的正离子扫描一级质谱中，准分子离子峰的质荷比为 345.0152，是一个 TDA 分子加合一个质子的离子峰，质荷比为 366.9974 的离子为一个TDA 分子加合一个钠离子的离子峰；故所得样品质谱数据与 TDA 分子结构相符。

结论

红外光谱和核磁共振光谱证实了结构中存在甲基，羰基，羧基等官能团。综上所述，本工作运用UV，IR，NMR，MS 技术对头孢唑啉中间体 TDA 的结构进行了详细的解析，可以准确鉴定目标化合物的结构为 TDA，并对样品的 1H- NMR 和 13C- NMR 谱进行了归属，该方法为此类化合物的结构解析提供了客观依据和理论分析方法，为该类化合物的定性分析提供了科学依据[2]。

参考文献：

［1］吴国生，陈历胜.依巴斯汀波谱学数据与结构确证［J］.中国药师，2018，11（3）：25.

［2］梁淑东，黄科林，何庆琳．低碳脂肪胺生产工艺及其应用［J］．精细与专用化学品，2019，19(2)：9．12．

［3］刘志勤，王亚光．高级脂肪胺及其衍生物的应用前景［J］．精细与专用化学品，2018，15(22)：4．7.

［4］白国义，陈华，陈立功，李阳，闫喜龙．分子间醇的催化胺化反应的铜基催化剂的筛选与表征［J］．现代化工，2017(3)：33．37．