7-氨基头孢烷酸生产工艺
7-氨基头孢烷酸酶法生产的研究
7-氨基头孢烷酸酶法生产的研究引言：7-氨基头孢烷酸酶（7-ACA酶）是一种重要的生物催化剂，广泛应用于头孢菌素类抗生素的生产中。
7-ACA酶法生产头孢菌素类抗生素具有高效、环保、经济等优势，因此受到了广泛关注。
本文旨在综述7-氨基头孢烷酸酶法生产头孢菌素类抗生素的研究进展，并对其未来发展方向进行展望。
一、7-氨基头孢烷酸酶法的原理7-氨基头孢烷酸酶是头孢菌素类抗生素生物合成途径中的关键酶，其催化头孢菌素C（7-ACC）转化为7-氨基头孢烷酸（7-ACA）。
7-ACA是头孢菌素类抗生素的重要前体，可以通过进一步化学合成制备多种头孢菌素类抗生素。
7-氨基头孢烷酸酶法生产头孢菌素类抗生素相对于传统的化学合成方法，具有原料来源广泛、环境友好、产率高等优势。
二、7-氨基头孢烷酸酶的筛选与改造7-氨基头孢烷酸酶的筛选与改造是7-ACA酶法生产头孢菌素类抗生素的关键环节。
通过从天然产生7-ACA酶的微生物中筛选，或通过基因工程方法改造已知的7-ACA酶，可以得到具有高催化活性和稳定性的7-氨基头孢烷酸酶。
酶的筛选与改造需要考虑底物适应性、产率和耐受性等因素，以满足工业化生产的需求。
三、底物代谢途径的优化底物代谢途径的优化对于提高头孢菌素类抗生素的产率至关重要。
通过代谢工程手段，调控微生物的代谢途径，可以提高底物的利用效率，增加7-ACA的合成量。
此外，还可以通过优化培养条件、添加辅助物质等方式，进一步提高头孢菌素类抗生素的产量。
四、酶的固定化技术酶的固定化技术是7-ACA酶法生产头孢菌素类抗生素的一种重要手段。
通过将7-氨基头孢烷酸酶固定在载体上，可以提高酶的稳定性和重复使用性，降低生产成本。
常用的固定化方法包括包埋法、交联法和吸附法等。
五、7-ACA酶法的产业化应用7-氨基头孢烷酸酶法生产头孢菌素类抗生素已经在工业上得到广泛应用。
目前，国内外许多制药企业已经建立了7-ACA酶法生产头孢菌素类抗生素的生产线，并取得了良好的经济效益。
一步酶法制备药物中间体7-氨基头孢烷酸的研究分析
151BIOTECHWORLD 生物技术世界7-氨基头孢烷酸的英文全称是7-aminocepha-losporanic acid,因此其也被简称为7-ACA。
7-氨基头孢烷酸是头孢菌素类抗生素制备过程中的重要中间体,而头孢菌素类抗生素则是当前国内外医学临床实验表现中抗性最好的一类抗生素类型,其能够有效的增强人体免疫力,提高人体的免疫安全性和杀菌力度。
而随着头孢菌素类抗生素在国内外医学领域的应用逐渐火爆,7-氨基头孢烷酸作为头孢菌素类抗生素制备过程中不可或缺的重要中间体,关于7-氨基头孢烷酸的制备工艺也得到了相关研究人员的注意。
1 7-氨基头孢烷酸的主要制备工艺综合来讲,7-氨基头孢烷酸的主要制备工艺可以分为化学法以及生物酶法两种类型,其中化学法主要是利用相关元素的化学反应来完成对7-氨基头孢烷酸的制备过程,具有工艺复杂、能源消耗量较大以及对周围环境污染较大和制备过程中控制精度要求较高等等特点,这种特性决定了其不适宜用在7-氨基头孢烷酸的工业生产条件中,因此相比之下工作操作更为简单、能源消耗有效减少以及对周围环境影响更为环保的生物酶法制备工艺开始成为7-氨基头孢烷酸在工业生产过程中的常用工艺类型。
同时7-氨基头孢烷酸的生物酶法制备工艺又可以分为两步酶法制备工艺以及一步酶法制备工艺两种,当前在工业生产过程中常用的生物酶法属于两步酶法的类型,而一步酶法制备工艺虽然已经完成了相关实验室开发过程,但仍然没有大规模的应用在工业生产过程中。
2 7-氨基头孢烷酸的一步酶法制备工艺2.1 一步酶法制备工艺的准备工作7-氨基头孢烷酸的一步酶法制备工艺准备工作主要是做好相关仪器以及试药的准备工作,其中本次实验中仪器设备包括生物酶反应器、循环水式多用真空泵等,而试药则包括工业级氨水、EDTA-2Na(试剂)、结晶助剂等。
2.2 活力测定以及一步裂解本次试验中选择头孢菌素C酰基转移酶(NRB-103)作为7-氨基头孢烷酸主要制定酶,相比其他类型的酶具备纯度高、经济性好以及对周围环境影响少的优点。
第十二章-头孢菌素类抗生素生产工艺 第二节 头孢菌素类药物及7-氨基头孢烷酸的生产工艺
4）“三废”处理
该工艺主要副产物是有机硅化合物、D-α-氨基己二酸
正丁酯、HCl气体以及过量的二氯甲烷、甲醇、正丁醇 和有机胺等。
对于有机硅化合物，其主要包含六甲基二硅醚和三甲 基硅醇，可进行回收再利用。
D-α-氨基己二酸是一类非常有用的氨基酸，可作为合
成头孢类抗生素的原料，并广泛应用于医药化工等行业。
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二、7-氨基头孢烷酸的生产工艺 2. 化学裂解工艺 3）工艺条件及影响因素
由于三甲基硅基易水解，故酯化反应应在无水的条件 下进行，使用无水头孢菌素C钠盐可显著提高反应收率。 氯化反应放热剧烈，故二苯甲胺和五氯化磷需缓慢加 入，并控制温度不超过-25 ℃，可以减少杂质的产生。
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二、7-氨基头孢烷酸的生产工艺
7-ACA中含有不稳定的β-内酰胺结构和活性伯氨基，
稳定性较差，不宜长期保存。此外，由于β-内酰胺
环张力较大，反应中易发生酰胺键断裂而开环，并 进一步形成高分子聚合物，故在以其为原料制备头 孢菌素类药物时，应注意随时监控产物品质，防止 裂解杂质混入。
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二、7-氨基头孢烷酸的生产工艺
2. 化学裂解工艺
活性低
4
★ 头孢噻肟（Cefotaxime）的生产工艺
AE活性 酯
5
★ 头孢丙烯（Cefprozil）的生产工艺
邓氏钾 盐
6
1. 化学酰化法 2）3-位取代的合成工艺路线
对于3-位取代的头孢菌素类药物，通常是以含 氮或硫的亲核试剂，如吡啶、吡咯、杂环硫醇等取 代7-ACA3-位的乙酰氧基。
7
★ 头孢曲松（Ceftriaxone）的生产工艺
第十二章 头孢菌素类抗生素生产工艺
第一节 概述
药物中间体7氨基头孢烷酸的制备
实验研究
药物中间体 ７一 氨基头抱烷酸的制备’
杨利敏， 王亚明， 松， 莉， 张 钟 邹文杰
（ 昆明理工大学生物与化学工程学院， 昆明 ６０２ ５２４
摘 要 药物中间体 ７ 氨基头抱烷酸（ － 以 ） － ７ Ａ 的工业化生产国内多局限于化学裂解法， 由于该法有某些缺点， 因 此， 本文介绍了环保型的酶法催化生产 ７ Ａ Ａ的制备方法。该制备方法以头抱菌素 Ｃ 一Ｃ 为起始原料， 经固定化 Ｄ一 Ｏ Ａ Ｄ氧
１ 产品技术指标 ． ３ 外观
含量
含水量 头Ｃ 酸含量 色级
白 色或类白色晶粉末 ＞８ ９％ ＜． １ ０ ＜． １ ０ ＿ ， ＃ ４
３ ｉ ｅ ，ｓｉ Ｕ Ｐ ３０ ６８ １７ ，９５ Ｇｌ ｒＤ Ａ Ｔ ａ Ｈ． Ｓ ：９ ０３ ｂｔ
６５ ８５ ．一 ．之间， 可以协调酶活性和反应时间的关系， 一 般在这个范围内， 能保证在酶的催化下， 反应能温和的
进行， 而且能保证工业生产中对反应时间的要求。 ２４ 反应时间 开始酶活性大的时候， ． 可以反应时间 控制短一些， 因为反应时间太长会浪费酶的活性 ， 应该
Ｈ Ｏ Ｃ （场） Ｏ 材 Ｏ Ｃ ＨＣ ） 妞ａ Ｃ
Ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ 由ｅ ｄｃ ｅ ｅ ｗｌ ｏ ７一 Ａ ｒｄ ｃ ｏ ｏ ｉ ｆ ｍｅｉ ｎ ｎ ｉ ｉｔ－ ｉ ｆ ＡＣ ｐ
Ｙｎ Ｌ ｉ Ｗ ｎ Ｙｍｎ，ｈ ｇ ｇ ｈｎ Ｕ，ｏ Ｗ ｎｅ ａ ｉ ｎ ａ ａ ｉ Ｚａ Ｓ ， ｇ Ｚｕ ｊ ｇ ， ｇ ｇ ｎ ｏ Ｚｏ ｍ ｎ ｅｉ
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一步酶法(CPCA)制备7-ACA技术
一步酶法（CPCA）制备7-ACA技术
7-氨基头孢烷酸（7-ACA）是生产头孢菌素类抗生素的重要母核，头孢菌素分子中由于都含有ß-内酰胺结构。
它能抑制肽转肽酶所催化的转肽反应，使线性高聚物不能交联成网状结构，抑制粘肽的台成，从而阻止细胞壁的形成，导致细胞的死亡。
7-ACA和头孢菌素的合成工艺主要有化学法和酶法两种。
化学半合成技术是目前通用的工艺，主要包括酰氯法和混酐法，化学法合成存在着活化、缩合、保护和去保护的过程；合成过程长、步骤多反应条件苛刻产生大量的三废等弊端，而酶法合成工艺与化学法相比，由于具有许多优点，如：生产工艺简单，周期短；反应条件温和，pH接近中性；高度的区域和立体选择性以及无需保护和去保护过程，割除了化学合成中所需的毒害物质；劳动环境得到改善，减少了三废的排放。
因此，用酶法实现7-ACA及头孢菌素的半合成体现了绿色环保工艺的各种优势。
两步酶法（DAO与GAC的优缺点:
优点: 生产成本低, 环境友好
缺点: 转化率低,酶解路线长、氧化条件控制难度大、设备条件高
一步酶法（CPCA）的优点:
高转化率,高纯度,高经济性,环境保护
一步酶法工艺技术指标:
底物浓度:2.0-3.0%
转化率:不低于98%
得率:不低于95%
反应时间: 60分钟
固定化头孢菌素酰化酶( immoblized CPC acylase)酶活:80-100U/g
使用寿命:100次。
药品生产技术《7-ACA小试合成方案》
7-ACA 小试合成方案7-ACA 全称为7-氨基头孢烷酸7-aminoceH 2OCH 3OOO HONH 2NSOHNCH 2OCOCH 3COOSi(CH 3)3OO (CH 3)3SiONH 253O(CH 3)3SiO NH 2Cl NSONCH 2OCOCH 3COOSi(CH 3)3O(CH 3)3SiONH 2OC 4H 9-n 2NSO H 2N CH 2OCOCH 3COOH OOHONH 2OC 4H 9-n+D （—）-α-氨基己二酸丁酯7-ACA21.1g221.6g10.6g48.5g61.2gl 四颈瓶中，投入头孢菌素C 钠、二氯甲烷、三乙胺、N, N-二甲苯胺，然后缓缓参加三甲基氯硅烷；在25~30℃反响1h ，得酯化液。
第二步：氯代亚胺衍生物的合成〔氯化〕原料、试剂：上步酯化液、二甲苯胺28.5g 、五氯化磷投料比：上步酯化液〔以孢菌素C 钠计〕：二甲苯胺：五氯化磷=：：〔质量比〕操作：将上步酯化液用上下温油浴锅降温到-35℃，缓缓参加二甲苯胺、五氯化磷，控制加料温度不超过-25℃，再在-30℃反响75min ，得氯化液，继续降温到-55℃，备用。
第三步：亚胺醚衍生物的合成〔醚化〕原料、试剂：上步氯化液、正丁醇、二甲苯胺投料比：上步氯化液〔以孢菌素C钠计〕：正丁醇=1：8：〔质量比〕操作：将正丁醇和二甲苯胺加到250ml圆底烧瓶中，降温至-55℃，缓缓加至降温到-55℃的氯化液中，控制加料温度在-25~-2021再在-30℃反响75min，得醚化液。
第四步：7-ACA的合成〔水解〕原料、试剂：上步醚化液、甲醇、水、浓氨水适量投料比：上步醚化液〔以孢菌素C钠计〕：甲醇：水：氨水=1：4：5：适量〔质量比〕操作：向醚化液中参加甲醇和水，于-10℃水解5min，加浓氨水调节in，放置结晶1h，抽滤，晶体分别用5%的甲醇水溶液、%的柠檬酸水溶液和丙酮洗涤，抽干，结晶转入培养皿，置真空枯燥器中，50℃枯燥8h，得7-ACA白色结晶。
7-氨基头孢烷酸生产工艺
2.发酵法
• 发酵法目前工业化水平不高，但N-乙 酰头孢菌素C可以成功的用酶法制备7ACA。 • 该法用的酶有变形三角菌、胶霉、焦 曲霉、链霉等。
3.酶法
• 一步酶法 • 两步酶法
3.1一步酶法
• 直接作用于CPC的侧链生成7-ACA， 该法的工艺简单、成本低，但目前此 类酶活性较低且种类较少，不适宜工 业化生产。
三，7-氨基头孢烷酸的废水处理 废水处理流程图
• 7-氨基头孢废水→锌离子回收→化 学处理→离子交换→混凝沉淀→粉 煤灰吸附→生产用水
四.总结及展望
头孢菌素C酶法生产7-ACA有化学法生产不可 比拟的优点，也已部分实现了工业化，石药集团 等大型制药公司已部分采用了酶法生产7-ACA， 但由于酶法生产目前仍存在较难克服的问题，因 此尚未完全取代化学法，仍需深入研究。 • DAAO和GL-7-ACA酰化酶是酶法生产7-ACA 过程中两个重要的酶，提高这两种酶的酶活性和 稳定性等对酶法生产7-ACA具有重大意义，也是 研究重点。
化学制药工艺实例
7-氨基头孢烷酸
7-氨基头孢烷酸
• • • • 一. 7-氨基头孢烷酸基本性质 二. 合成路线 三. 7-氨基头孢烷酸的废水处理 四. 总结及展望
一，7-氨基头孢烷酸基本性质
• • • • 英文名：7-Aminocephalosporanic acid 简 称：7-ACA 性 质：白色结晶性粉末，不溶于水及一般有机溶媒 用 途：医药中间体。是许多半合成头孢菌素的起始原料。
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3.2两步酶法
• 两步酶法即利用头孢C氨基酰化酶(GL7-ACA酰化酶)和D-氨基酸氧化酶 (DAAO)两步酶酶促反应将CPC转化为 7-ACA。
优点在于成本低、工艺简化，是目前最有希 望的方法、也是最有价值发展方向
一步酶法制备药物中间体7-氨基头孢烷酸
摘 要 ： 目的 结 晶 工 艺 。 方 法
主 要 介 绍 一 步 酶法 制 备７ＡＣ 一 一 Ａ较 两 步 酶 法 的优 势 ， 重 点 探 讨 一 步 酶法 制 备 ７Ａ Ａ的 酶解 条 件 、纯 化 技 术 、 一Ｃ ７ＡＣ － Ａ一 步 酶 法 和 两 步 酶 法 的优 势 对 比 分 析 ，酶 的 选 择 、 一 步 酶 法 酶 解 反 应 条 件 、裂 解 液 纯 化 技 术 、裂 解
ａ ｄｃ ｓ ｌｚ ｔ ｎｐｏ ｅｓ Ｒｅｕｔ Ｔ ｅｏ ｔ ｓｉ ｃ ｎ ｉｏ ｓｏ ｚ ｍａｉ ｒａ ｔ ｎ２ －５ Ｐ ．， ０ ｎ， ｎ ｒ ｔ ｌ ａｉ ｒ ｃｓ． ｓ ｌ ｈ ｐｉ ｔ ｏ ｄｔ ｎ ｆｅ ｙ ｔ ｅ ｃｉ （０２ ℃， Ｈ８５ ６ ｍｉ） ｙ ａｉ ｏ ｓ ｍｉ ｃ ｉ ｎ ｃ ｏ
ｐ ｏ ｅ ｓＯｆ７ ＡＣＡ ｓ ｉ ｒ ｕ ｅ ．ｆ ｃ ｓｎｇ ｏ ｈｅ ｃ ｎｄ ｔｏ ｎ ｙ ａｉ ｅ ｃｉ ｎ，ｐ ｒｆｃ ｔｏｎ ｔ ｃ ｏｌ ｇ ｅ ｎ ｒ ｃ ｓ ． ｗａ ｎｔｏｄ ｃ ｄ ｏ ｕ ｉ ｎ ｔ ｏ ｉｉ ｎｓｏｆｅ ｚ ｍ ｔｃ ｒ ａ ｔｏ ｕ ｉ ａｉ ｅ ｈｎ ｏ ｉ ｓ ａ ｄ ｉ ｃ ｙｓａ ｌｚ ｔｏｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｔ ｌｉ ａ ｉ ｒ ｃ ｓ ．Ｍ ｅ ｈｏｄｓ ｔ Ｃｏｍｐａ ｅ ａ ｎａ ｙ ｅ ｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｏ ｅ ｓｅ ｎｄ ｔ ｒ ｎｄ ａ ｌ ｚ ｈｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ｏ ｎ ． ｔ ｐ ａ ｗｏ— ｔｐ ｅ ｙｍａ ｉ ｓｅ ｎｚ ｔｃ
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2.发酵法
• 发酵法目前工业化水平不高，但N-乙 酰头孢菌素C可以成功的用酶法制备7ACA。 • 该法用的酶有变形三角菌、胶霉、焦 曲霉、链霉等。
3.酶法
• 一步酶法 • 两步酶法
3.1一步酶法
• 直接作用于CPC的侧链生成7-ACA， 该法的工艺简单、成本低，但目前此 类酶活性较低且种类较少，不适宜工 业化生产。
• 例如：
二，合成路线
直接裂解法
化学裂解法
间接裂解法
TM
发酵法
一步ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ法
酶法
两步酶法
1.化学裂解法（化学合成）
• （1）直接裂解法 • （2）间接裂解法
1.1直接裂解法
• 通过头孢菌素C分子内环化使成易水解 的亚胺内酯。直接裂解法收率不稳定、 一般波动在20%-50%之间，所以此法 近年来国外逐渐被淘汰了。
三，7-氨基头孢烷酸的废水处理 废水处理流程图
• 7-氨基头孢废水→锌离子回收→化 学处理→离子交换→混凝沉淀→粉 煤灰吸附→生产用水
四.总结及展望
头孢菌素C酶法生产7-ACA有化学法生产不可 比拟的优点，也已部分实现了工业化，石药集团 等大型制药公司已部分采用了酶法生产7-ACA， 但由于酶法生产目前仍存在较难克服的问题，因 此尚未完全取代化学法，仍需深入研究。 • DAAO和GL-7-ACA酰化酶是酶法生产7-ACA 过程中两个重要的酶，提高这两种酶的酶活性和 稳定性等对酶法生产7-ACA具有重大意义，也是 研究重点。
1.2间接裂解法
• 以头C的游离酸或碱金属盐为原料 酯化 保护羧基
氯化 水解
醚化 降解为7-ACA
间接裂解法
• 收率在60%-70%之间，如用无水头C收率 可达到90%以上。 • 间接裂解法关键是保护羧基方法 • （1）用三甲基氯代硅烷是保护羧基的硅脂 法。 • （2）用酸酐与头C反应产生混合酸酐的乙 酰混合酸酐法。
化学制药工艺实例
7-氨基头孢烷酸
7-氨基头孢烷酸
• • • • 一. 7-氨基头孢烷酸基本性质 二. 合成路线 三. 7-氨基头孢烷酸的废水处理 四. 总结及展望
一，7-氨基头孢烷酸基本性质
• • • • 英文名：7-Aminocephalosporanic acid 简 称：7-ACA 性 质：白色结晶性粉末，不溶于水及一般有机溶媒 用 途：医药中间体。是许多半合成头孢菌素的起始原料。
3.2两步酶法
• 两步酶法即利用头孢C氨基酰化酶(GL7-ACA酰化酶)和D-氨基酸氧化酶 (DAAO)两步酶酶促反应将CPC转化为 7-ACA。
优点在于成本低、工艺简化，是目前最有希 望的方法、也是最有价值发展方向
头孢菌素C ↓D-氨基酸氧化酶 戊二酰基-7-氨基头孢烷酸 （GL-7-ACA） ↓头孢C氨基酰化酶 7-ACA
•
参考资料
• 1.任克勤 《微生物学报》，26（3），1986 • 2.姜先容，杨杰，任克勤。用固定化大肠埃希氏基因工程 菌株转化戊二酰基-7-氨基头孢烷酸为7-氨基头孢烷酸的研 究【J】.中国抗生素杂志，1999，24（4）：273~276. • 4.Li Y,Chen J F,Jiang W H,et al .In vivo posttranslational proccasing and subunit reconstitution of cephalosporin acylase from Pseudomonas sp. 130[J]. Eur biochem,1990,262(3):713~719. • 5.王大军，宋爽。工业废水专项污染物处理手册【M】,北 京;化学工业出版社，1999. • 6.张淑媛，李自法。含锌废水处理研究【J】。离子交换 与吸附，1994（6）.