酶法合成7-ACA及头孢菌素类抗生素的研究进展
酶法合成7—ACA及头孢菌素类抗生素的研究进展
酶法合成7—ACA及头孢菌素类抗生素的研究进展作者：王俏来源：《中国科技博览》2015年第04期[摘要]在当前的抗生素药物市场中，头孢是一类较为常见的药物，应用范围也十分广泛。
为了能够提高头孢菌素类抗生素生产效益，人们也在不断的研发新的生产工艺。
最初的头孢类抗生素制备工艺主要是化学合成法，近些年，酶法合成工艺的应用也越来越广泛，已经逐渐成为主流的制备工艺。
现本文通过详细分析酶法合成7-ACA的工艺方法，来探究酶法合成工艺在不同头孢菌素类抗生素制备中的应用。
[关键词]酶法；7-ACA；头孢菌素类；抗生素；制备工艺中图分类号：P314 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0348-01与传统的化学合成方法相比，采用酶法合成头孢类抗生素药物更为高效环保。
这是因为在酶法制备的过程中，无需使用有毒试剂，也减少了各种有毒废液的排放，并且其工艺操作更加简单，能够极大的提高生产效率。
事实上，酶法自从上世纪70年代起就已经开始被应用在抗生素药物制备中，但最初并未得到大规模的推广应用。
近些年，酶法合成工艺逐渐备受人们的重视，并逐渐开始进行大规模工业生产，成为未来头孢类抗生素工业生产的主要工艺方法。
而7-ACA作为头孢类抗生素的母核，在其生产合成过程中发挥了非常重要的作用，具有典型的代表意义，因此本文决定通过探析酶法合成7-ACA的工艺，来探讨其在头孢类抗生素生产中的研究进展。
1、酶法合成7-ACA的工艺分析7-ACA，即7-氨基头孢烷酸，是头孢菌素类抗生素的关键中间体，在其合成工艺中占有关键地位。
其合成工艺主要有化学合成法与酶法合成法两种。
其中前者的工业应用较为成熟，但是其合成的周期过长，反应步骤较多，且会产生污染环境的三废，而后者则不会出现这些问题，酶法合成不但周期短，反应温和，更重要是其不会产生污染物，在当前各行业都在提倡环保节能的社会发展形势下，酶法合成无疑更符合持续发展的要求。
目前酶法合成头孢菌素类抗生素可以采用两步酶法制备工艺，也可以采用一步酶法制备工艺。
近10年头孢类抗生素研究进展
近10年头孢类抗生素研究进展摘要：头孢菌素类抗生素为在临床上使用的一类十分重要的抗菌药，目前对其研究仍然是抗生素药物研发的热点。
本文简单介绍了头孢菌素药物的研究进展。
通过检索和收集有关头孢类抗生素方面的文献，简述了其发展历程，归纳出近年来国内外头孢类抗生素的市场前景及发展趋势并对该类药物近年来的研究热点及应用进行了探讨。
头孢类抗生素在整个抗生素医药上仍将具有广阔的应用。
关键词：头孢菌素药物研究进展一、头孢的发展基本情况头孢是头孢类抗菌药的总称。
头孢菌素类〔Cephalosporins〕是以冠头孢菌培养得到的天然头孢菌素C作为原料，经半合成改造其侧链而得到的一类抗生素。
美国礼来公司于1962年成功地采用化学裂解头孢菌素C制造出头孢菌素母核7-ACA后，其发展相当迅速，到目前为止已开发了50多个品种，常用的约30种。
头孢菌素类抗生素具有抗菌谱广、抗菌活性强、疗效高、耐酸、耐碱、低致敏、耐β-内酰胺酶、副作用小等特点，品种数量居各类抗生素首位[1]。
1948 年，意大利的Bronyzn发现头孢菌素；1956年，Abra-ham 等从头孢菌素的培养液中别离出头孢菌素 C 和头孢菌素N，并于 1961 年确定了头孢菌素 C 的结构。
头孢菌素类抗生素属于β－内酰胺类抗生素，是β-内酰胺类抗生素中的7-氨基头孢烷酸(7-ACA)的衍生物，它们具有相似的杀菌机制。
可破坏细菌的细胞壁，并在繁殖期杀菌。
对细菌的选择作用强，而对人几乎没有毒性，具有抗菌谱广、抗菌作用强、耐青霉素酶、过敏反应较青霉素类少见等优点，是一类高效、低毒、临床广泛应用的重要抗生素。
头孢菌素类抗生素是临床常用的一类十分重要的抗菌药，主要用于耐药金葡菌及一些革兰氏阴性杆菌引起的严重感染，如肺部感染、尿路感染、败血症、脑膜炎及心内膜炎等。
目前其相关研究仍是抗生素药物研发的热点内容。
自头孢菌素首次被发现到现在，头孢菌素类抗生素历经了五代发展，产品不断推陈出新。
7-AVCA与7-ACCA的合成工艺研究的开题报告
7-AVCA与7-ACCA的合成工艺研究的开题报告题目：7-AVCA与7-ACCA的合成工艺研究一、研究背景和意义7-AVCA (7-aminocephalosporanic acid) 和7-ACCA (7-amino-3-chlorocephalosporanic acid) 是用于制备第三代头孢菌素的重要原料。
目前在工业上生产这两种化合物的方法主要是通过氨解头孢菌素产生7-ACA (7-aminocephalosporanic acid)，然后经过氯化反应，再经过纯化、干燥等步骤，最终得到7-AVCA 和7-ACCA。
但是这种方法存在反应反应物的纯度不高、产率不高等问题，对于工业生产成本和环境影响均产生负面影响。
因此，研究7-AVCA 和7-ACCA 的合成工艺，探索更加高效、环保的生产方法，对于提高头孢菌素原料的生产水平和降低成本，具有重要的实际意义。
二、研究内容和方法研究将围绕7-AVCA和7-ACCA的合成工艺展开，研究内容包括以下方面：1. 7-AVCA 和7-ACCA 的纯化方法研究，在不同温度、不同压力和不同溶剂条件下进行纯化试验，获得最佳的纯化工艺条件。
2. 研究探索替代氨解头孢菌素的反应物，采用新的合成路线，提高制备7-AVCA 和7-ACCA 的产率和纯度；3. 探究不同催化剂对于7-AVCA 和7-ACCA 合成反应的影响，筛选出最适合的催化剂；4. 对合成工艺进行优化，包括反应物的比例、反应时间、反应条件等参数的调控，最终实现高效、环保的7-AVCA 和7-ACCA 合成工艺。
研究方法主要包括文献调研、实验室小试和中试试验等步骤。
通过不断地研究和试验，找到最佳的7-AVCA 和7-ACCA 合成工艺，并进行实验验证，以验证其可行性。
同时，制备7-AVCA和7-ACCA的工艺涉及较多的化学反应和操作，对操作人员的安全要求较高。
本研究将严格按照国家相关规定进行实验，确保操作的安全性和可靠性。
酶法合成7—ACA及头孢菌素类抗生素的研究进展
酶法合成7—ACA及头孢菌素类抗生素的研究进展作者：李秀娟申雪皎来源：《科学与财富》2016年第11期摘要：酶法合成7-ACA近年来不断的完善，合成的效率大大提高了，而且废气、废物以及废水的排放有效的减少了。
头孢菌素类抗生素在医药行业比较常见，这是一种常用的抗生素，在合成制备的过程中，需要保证安全性以及药效。
本文对酶法合成7-ACA及头孢菌素类抗生素的研究进展进行了分析与介绍，还介绍了几种常见的合成方法，希望对相关工作人员提供一定参考与帮助，从而促进我国医药行业更快的发展。
关键词：酶法合成；7-ACA；头孢菌素；抗生素；研究酶法合成是医药行业传统的合成方法，其最早出现在20世纪60年代末，迄今已发展了50余年，在20世纪90年代，研究出了酶缩合反应技术以及固定化酶技术，相关技术人员对配套技术也进行了完善，这位大规模药物工业生产创造了良好的条件，使得酶法合成头孢氨苄、阿莫西林有了突破性进展。
我国在酶法合成的研究上也取得了一定成绩，虽然与国外先进单位有着一定差距，但是也研究出了很多有效的大规模工业生产技术，促进了我国医药事业的发展，下面笔者对酶法合成7-ACA以及头孢菌素类抗生素进行简单介绍。
1 酶法合成7-ACA的酶法合成7-ACA是头孢菌素类抗生素生产过程中重要的母核，头孢菌素的结构如图1所示，其可以抑制肽转肽酶催化产生的转肽反应，从而保证线性高聚物无法交联形成网状结构，阻止了细胞壁的合成，会导致大量的细胞死亡。
7-ACA即7-氨基头孢烷酸，采用化学法进行工业生产时，多采用的是头孢菌素C钠盐进行生产，由于这种方法的工艺比较复杂，而且生产的成本也比较高，还会对周围环境造成污染，所以，相关工作人员会选用酶法裂解简化生产过程，在优化的过程中，有效提高了回收率，还提高了产品的质量，减少了成本以及对周围环境的影响。
1.1 酶法合成7-ACA在工业生产中，7-ACA多采用的是两步酶法制备法，头孢菌素C会在通氧的环境下与D-氨基酸氧化酶反应，发生催化反应，生成了一种具有酮基的中间体以及H2O2，由于中间体并不稳定，容易发生化学氧化从而出现脱羧，生成戊二酰基-7-氨基头孢烷酸，在酰化酶的作用下，还会脱去侧链，最终生成7-ACA。
针对头孢西丁合成的研究
针对头孢西丁合成的研究头孢西丁是临床医疗中一种重要的半合成抗生素，其属于第二代抗生素类型。
这种药物的稳定性比较高，所以在临床中有着广泛的应用，而且有着较大的市场潜力。
本文对头孢西丁的合成方法进行了研究，在药物生产的过程中，主要有三种合成方式，一种是以7-ACA为原料，一种是以7-MAC为原料，还有一种是以去乙酰7-ACA为原料对头孢西丁進行合成。
笔者对这三种合成方法的优缺点进行了介绍，还对这三种合成方法进行了评价，通过比较发现，采用7-ACA 为原料制成的头孢西丁，具有较多的优势，其不断合成工艺简单，而且成本较低，原料易取得，而且生产的效率也比较高，适合大量生产。
标签：头孢西丁合成研究7-ACA一前言头孢西丁是一种头霉类半合成抗生素，其化学结构与头孢霉素有着较大的相似性，而抗菌活性与第二代头孢菌素一致，头孢西丁属于第二代抗生素。
其化学结构可以降低水解破坏力，而且可以降低细菌的耐药性。
头孢西丁药效的发挥主要是靠抑制细菌细胞壁合成达到的，可以杀死β细菌，在药效发挥的过程中，还可以产生β-内酰胺酶，其具有较高的抵抗性，对厌氧菌有着极强的杀灭的作用，可以达到抗菌谱均衡的效果。
通过研究发现，头孢菌素的细菌耐药性在不断上升，为了解决这一问题，必须对头孢西丁的合成进行研究，挖掘其市场潜力，使研究成果发挥最大的效用价值。
本文对头孢西丁的合成进行了研究，以供参考。
二合成方法头孢西丁有着多种不同的合成方法，本文对这些合成的方法进行了研究，通过对比的方式，可以选择出最佳的合成方式，在对比的过程中，需要考虑合成工艺路线操作的简便性、经济性以及收率、产率等因素。
头孢西丁的合成方法主要有3种，分别是7-ACA原料、7-MAC原料以及去乙酰7-ACA原料的合成方法。
下面笔者对这三种合成方法各自的优缺点进行简单的介绍，以供参考。
1、7-ACA为原料的合成方法7-ACA是7-氨基头孢烷酸的缩写，这种合成方法主要采用了羟基保护的原理，将氨基以特殊的方式进行保护，然后在将该原料与CH3SCL反应，在反应需要在强碱的条件下进行，在C7位引入CH3S，经过希夫碱水解后，在与酰氯进行反应，并引入噻吩去乙酰基，CH3S基与甲醇反应后，会转化为CH3O基。
酶法制备头孢克洛的工艺优化
度、反应pH的调整和优化，提供了较好的工艺线 路，提高了反应的转化率并且确保了酶的反应批次
及收率，也促进了酶法制备头孢克洛的产业化。
1 材料与方法 1.1 材料
合成用固定化青霉素酰化酶(湖南南北旺生物技 术有限公司)；头孢克洛标准品(江苏苏州中联化学制 药有限公司)；7-ACCA、D-苯甘氨酸甲酯盐酸盐(浙 江普洛制药有限公司)；其它试剂(市售分析纯)。 1.2 方法 1.2.1 7-ACCA含量测定及转化率、收率计算
收稿日期：2019-06-05 作者简介：莫俊恺，男，生于1994年，硕士，E-mail: 596354407@ *通讯作者，E-mail: lijilie12@
酶法制备头孢克洛的工艺优化2
图1 合成用固定化青霉素酰化酶产头孢克洛 Fig. 1 Production of cefaclor by synthetic immobilized penicillin acylase
Abstract The experiment research about using synthetic immobilized penicillin acylase for cefaclor from 7-ACCA was performed. After optimizing the key parameters of the enzymatic reaction including mass concentration of substrate, reaction temperature, and reaction pH, we drew a conclusion that under the condition of mass concentration of substrate of 175.81g/L, reaction temperature of 13.9℃, and reaction pH of 6.43, the effect of synthetic immobilized penicillin acylase for cefaclor from 7-ACCA was the best, the conversion rate reached about 98 percent, the yield was guaranteed more than 95 percent. The data of cefaclor boutiques and cefaclor standards were compared by HPLC chromatogram. At the same time, the stability of the immobilized enzyme was also tested.
青霉素扩环半合成头孢菌素研究进展4(1)
青霉素扩环半合成头孢菌素研究进展摘要: 以青霉素为原料经过化学方法扩环半合成头孢菌素中间体包括7–ADCA 、GCLE( GCLH) 、3–羟基头孢烯、3–环外亚甲基头孢烷酸和丙二烯羧酸酯类氮杂环丁酮. 在此基础上综述了各中间体合成相关头孢菌素品种, 以及由青霉素扩环制备头霉素和1–氧头孢菌素的研究进展. 同时, 针对目前该领域的发展状况提出了适合国情的由青霉素半合成头孢菌素一些思路和建议.关键词: 青霉素G; 头孢菌素; 半合成; 扩环引言自1929 年, Fleming 偶然发现青霉素以来, 科学家们为了克服青霉素抗菌谱较窄、易引起过敏性休克和性质不稳定等缺点, 在继续对青霉素进行研究的同时不断努力寻找更好的抗生素. 1945 年, Brotzn在对意大利的Sardinia 近海污水进行药物研究时发现了一种对革兰氏阳性细菌() 和革兰氏阴性细菌() 有强抑制的头孢菌素( Cephalosporin) . 头孢菌素的发现和使用对人类抗感染治疗具有重要意义. 但尽管人们经过大量的努力, 头孢菌素仍然难以达到青霉素的发酵水平, 且面临头孢菌素发酵产物混合物分离和纯化难度大等诸多问题. 1963 年, Morin 等首先将青霉素G 或青霉素V 氧化, 扩环为3－去乙酰氧基头孢菌素, 再以五氧化二磷去侧链, 转化为7－氨基脱乙酰氧基头孢烷酸( 7－ADCA) , 从而证明由青霉素母核扩环制备头孢母核的可行性, 此方法为廉价的青霉素转化为较高附加值的头孢菌素提供了可能. 从此, 半合成头孢菌素产量以及品种不断增加, 目前已发展到第四代头孢菌素共计50 余种,其品种数量居各类抗生素首位.1头孢菌素主要合成方法1. 1 头孢菌素的全合成1966 年, Woodward 首次在实验室全合成了头孢菌素C 和先锋霉素I 号，而目前能用全合成方法工业化生产的仅限于1－碳头孢菌素( 1－carbacephalos－porin) 类的氯碳头孢菌素等少数几个品种,但因其产量较低而不适合于大规模生产.1. 2 头孢菌素半合成1. 2. 1 以7－ACA 为母核半合成头孢菌素.7－ACA 主要是由头孢菌素C( CPC) 经化学法或酶法裂解得到, 可对其进行相关结构改造制备各类头孢菌素. 同时, 由于其市场价格相对便宜等原因,7－ACA 仍然是半合成头孢菌素的主要中间体.1. 2. 2青霉素扩环半合成头孢菌素.20 世纪70 年代, 随着内酰胺抗生素作用机理和构效关系研究的显著进步, 研究人员开始探索内酰胺母核修饰的可能性, 并开始研究利用经济的青霉素G 为原料经扩环制备而得头孢菌素中间体, 如, 7－ADCA、GCLE( GCLH) 、3－羟基头孢烯、3－环外亚甲基头孢烷酸和丙二烯羧酸酯类氮杂环丁酮等,并以此来半合成头孢菌素类、1－氧头孢菌素类和头霉素类等新型抗生素.2 青霉素扩环制备C3－位功能化头孢菌素中间体合成及应用在对头孢菌素半合成过程中除了C7－位的修饰以外, C3－位取代基改变及功能化将影响药物动力学性质、药物溶解性和生物活性等, 因此对C3－位改造成为头孢菌素半合成的重要途径.2. 1 7－ADCA 的合成及应用目前, 采用青霉素工业盐扩环转化成7－苯乙酰胺基去乙酰氧基头孢烷酸( 7－ADCA)的工艺已经很成熟, 大部分的医药企业都采用此路线合成7－ADCA, 该合成的关键点是酶法裂解侧链. 通过7－ADCA 可以合成当前全球半合成抗生素销售前列的头孢氨( cefalexin) 、头孢拉定( cefradine) 、头孢羟氨苄( cefadroxil) 等产品( 见图1) .图1以7－ADCA 为原料半合成的主要品种2. 2 GCLE 和GCLH 的合成及应用7－苯乙酰胺－3－氯甲基头孢烷烯酸对甲氧基苄酯( p－methoxybenzyl－7－Phenyl－acetamido－3－chloromethyl－3－cephem－4－carboxylate, GCLE) 和7－苯乙酰胺－3－氯甲基头孢烷烯酸二苯甲酯( diphenylmethyl－7－phenylacetami－do－3－chloromethyl－3－cephem－4－carboxylate, GCLH) , 是从青霉素通过化学转化合成3′–取代的头孢菌素类抗生素的关键中间体, 其合成路线如图2 所示.图2 GCLE、GCLH 的合成路线由于GCLE 和GCLH 分子中C3－位氯甲基的高活性为合成C3－位含有不同基团取代的头孢菌素类抗生素提供了简捷高效的合成方法. 根据药物设计基本原理, GCLE(GCLH) 可合成得到: ①C3－位含双键的头孢菌素类抗生素, 如头孢克肟( cefixime) 、头孢( cefditoren) 等; ②C3–位含硫甲基的头孢菌素类抗生素, 如头孢唑啉( cefazoline) 、头孢曲( cefatrizine) 等; ③C3–位含氮甲基的头孢菌素类抗生素, 如头孢他( ceftazidime) 、头孢匹罗( cefpirome) 等. 其合成产品包括了大多数第一代头孢菌素类抗生素到第四代头孢菌素类抗生素. 图3 显示了以GCLE 和GCLH为母核半合成的主要品种.2. 3 3–羟基头孢烯和3–环外亚甲基头孢烷酸的合成及应用3–羟基头孢烯是制备一系列在头孢烯骨架C3–位直接相连氢或杂原子如氯、甲氧基的口服头孢菌素抗生素的通用中间体. 其合成可以通过对头孢菌素衍生物C3–位的乙酰氧基进行修饰制得.从经济角度考虑, 由廉价的青霉素G 出发, 扩环转化为3–羟基头孢烯是一条更适合工业化的合成路线( 见图4) .早期, 研究人员通过氧化环外双键而得到3–羟基头孢烯.而Hamashima 等采用先氧化后环合的合成策略, 并且使用“一锅烩”的工艺, 制备的烯醇收率达到70% . 由于该工艺使用臭氧氧化, 在生产过程中存在一定的危险性, 后来新的氧化试剂RuCl3/HIO4/CuSO4 已经代替臭氧用于氧化双键，从而使烯醇的收率提高到80%. 此外, 使用BiCl3/Sn 或TiCl4/Sn 做还原性环合反应得到目标产物, 烯醇收率可达85% . 目前上市的产品有头( ceftizoxime) 、头孢布坦( ceftibuten) 、头孢沙定( cefroxadine) 、头孢克罗( cefaclor) 等. 图5 显示了以3–羟基头孢烯和3–环外亚甲基头孢烷酸为母核半合成的主要品种.图3 以GCLE 和GCLH 为母核半合成的主要品种图4 3–羟基头孢烯和3–环外亚甲基头孢烷酸合成路线图5以3–羟基头孢烯和3–环外亚甲基头孢烷酸为母核半合成的主要品种2. 4 丙二烯羧酸酯类氮杂环丁酮的合成及应用丙二烯羧酸酯类氮杂环丁酮中间体是合成3–位直接与氮、硫、氧、氯等杂原子相连的头孢菌素中间体, 同时其也是合成3–羟基头孢烯和3–环外亚甲基头孢烷酸两种化合物的重要原料.Tanaka 等开展了大量的以丙二烯羧酸酯类氮杂环丁酮为中间体的头孢菌素半合成工作, 特别是合成3–正头孢菌素化合物. 图6 为丙二烯羧酸酯类氮杂环丁酮的合成路线.图6丙二烯羧酸酯类氮杂环丁酮的合成路线3 青霉素扩环合成头霉素1971 年, 研究人员首先从某些链霉菌中发现头霉素( Cephamycins) 类抗生素, 其特征是在头孢菌素的C7–位上具有甲氧基, 增强了抗革兰阴性菌的作用, 并且对内酰胺酶的稳定性优于多数头孢菌素.这些物质的发现开创了对新型化合物7甲氧基头孢菌素的合成研究工作: 氧化侧链酰胺的氮, 随后经消除反应形成亚胺而把氧化点转移到7–位碳原子上, 其后立体选择性地在C7–位引入甲氧基.图7 为青霉素扩环合成头霉素工艺路线及品种.图7青霉素扩环合成头霉素工艺路线及品种4青霉素扩环合成1–氧头孢菌素1978 年, Suarato 等从青霉素亚砜酯出发, 经一个新颖的开环方法制得光学活性的4–酰氧基氮杂环丁烷酮, 从而启发人们以6–差向青霉素为起始物合成7–差向–1–氧头孢菌素. Shionogi 公司的科研人员在氧头孢菌素的合成研究方面做出了重要贡献,他们提出了许多有用的合成策略. 目前, 已经有氟氧头孢菌素( flomoxef) 和拉氧头孢菌素( latamoxef)两个产品上市. 图8 为青霉素扩环合成1–氧头孢菌素( 1–Oxacephems) 工艺路线及品种.图8以青霉素扩环合成1–氧头孢菌素的工艺路线与品种5 结语由于现代发酵技术降低了青霉素的生产成本,通过将廉价的青霉素G 经扩环制备而得各种头孢菌素中间体及其产品符合我国国情. 同时, 通过青霉素转化为头孢菌素的合成路线对消化我国过剩的青霉素产品和提高相关产品附加值将起到积极的促进作用. 但由于我国相关医药企业缺乏技术创新意识,只停留在上游产品的低水平重复建设上, 技术含量低、附加值低的产品过剩, 而技术含量高、附加值高的品种不足, 真正意义上的新化学药物研制和开发尚末形成气候. 基于此, 本文认为在采用青霉素扩环半合成头孢菌素工艺路线时应注意以下两点:( 1) 突破青霉素G 转化的合成工艺技术难点,运用新理论、新技术研究和改进工艺, 提高工艺过程的技术创新性, 从而增加产品的附加值. 同时, 关注发达国家即将失去专利保护的优秀药物品种, 以此来开发出一系列我国需求量大的品种.( 2) 紧跟国外新品种的开发动向, 进行新衍生物的开发, 并积极从文献上寻找已报道的优秀的内酰胺类抗生素的侧链, 将此侧链引入新化合物中, 走高起点、快发展的道路.参考文献:[ 1] Morin R B, Jackson B G, Mueller R A, et al. Chemistry of Cephalosp orin Antibiotics . III . Chemical Correlation of Penicillin and Cephalosporin Antibiotics [ J] . J Am Chem Soc, 1963, 85( 12) : 1896- 1897. [ 2] Chauvette R R, Pennington P A, Ryan C W, et al. Chemistry of Cephalosporin Antibiotics . XXI . Conversion of Penicillins to Cephalexin[ J] . 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生物酶法制备头孢拉定的工艺研究
生物酶法制备头孢拉定的工艺研究摘要：头孢拉定作为基础用药，市场需求巨大，针对化学合成的各种弊端，采用生物酶催化法制备头孢拉定。
通过通过单因素实验，系统考察各因素对合成反应的反应时间、收率和产品纯度的影响。
最终确定合成反应母核侧链投料比为1:1.3，母核与酶投料比为1:4，反应温度为20~25℃，最终合成反应收率达到135%，产品纯度为98%以上。
本研究为固定化酶反应的工业化生产提供了实验依据，为企业进一步降低成本、提高效益提供了参考与借鉴，具有实际应用价值。
关键词：酶法；制备；头孢拉定；青霉素酰化酶中图分类号：Q814文献标志码：A第一作者：孙晴(1983年—)，女，本科，工程师。
研究方向：工业废水处理技术。
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[基金项目]河北省创新能力提升计划项目（NO.22567671H）中图分类号Q814文献标识码A头孢拉定属于第一代半合成头孢菌素，对耐药性金葡菌及其它多种对广谱抗生素耐药的杆菌有迅速而可靠的杀菌作用，在临床上具有广泛的应用价值，是国民需求量较大的基础用药[1-2]。
生产头孢拉定的方法主要有化学法和生物酶法。
目前广泛应用的化学法是将母核7-ADCA和侧链双氢苯甘氨酸甲酯盐酸盐预保护后进行缩合反应，再经过水解、结晶，得到头孢拉定产品。
合成反应需要处于无水和低温的环境中，设备条件要求严苛，反应周期长[3]。
生产过程中需要使用大量有机溶剂和试剂，一方面会造成溶剂残留影响产品质量，另一方面生产废水较多，后期处理难度大，费用高。
由于化学法的诸多缺点，近年来诸多企业开始利用生物酶法合成头孢拉定。
此法是利用固定化的青霉素酰化酶将母核7-ADCA和侧链双氢苯甘氨酸甲酯盐酸盐在常温下进行缩合反应，一步催化即可得到目标产物[4]。
作为催化剂的固定化酶可以回收利用进而节约成本[5]。
该工艺条件温和，反应转化率高，副产物少，而且不使用有机溶剂，对环境友好，与化学法相比酶法更加有利于工业化生产[6]。
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史上最快最全的网络文档批量下载批量上传，尽在：/item.htm?id=9176907081 酶法合成7-ACA及头孢菌素类抗生素的研究进展芮菊1张体磊2山东鲁抗医药股份有限公司，山东济宁272100摘要头孢菌素类抗生素在制药工业中占据重要的地位，相关产品的酶法合成备受关注；酶法合成β-内酰胺类抗生素显著提高了合成效率，减少了三废排放。
综述了近年来酶法合成7-氨基头孢烷酸（7-ACA）、头孢唑林、头孢氨苄、头孢拉定的合成方法。
关键词头孢菌素；酶法合成；7-ACAProgress in enzymatic synthesis of 7-ACA and cephalosporinsRui Ju1Zhang Ti-Lei 2Abstract Cephalosporins antibiotics played an important role in pharmaceutical industry. Enzymaticsynthesis β-lactam antibiotics could decline the generation of waste and the cost of production remarkably. This review focuses on the recent progresses of enzymatic semi-synthesis of 7-ACA、c efazolin、cefalexin and cefradine. Keywords cephalosporin; enzymatic synthesis; 7-ACA酶法合成技术始于20 世纪60 年代末70 年代初, 经过30 多年的发展,目前酶缩合反应技术、产品分离以及固定化酶技术等方面取得很大的发展, 配套技术日益完善, 具备了大规模工业化生产的条件, 全球著名的ß-内酰胺抗生素生产厂家如荷兰DSM 公司已有酶法合成的商品头孢氨苄、阿莫西林等产品面世。
我国酶法合成研究起步并不晚, 目前已有大规模工业化生产, 与国外先进厂家差距较大。
随着我国经济快速发展, 人们对自身居住环境的要求, 政府对环保的重视, 酶法合成将是发展的必然趋势。
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(图1)。
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。
N S O RCONHRCOOH CH 2X 21345687图1头孢茵素的结构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[1]，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。
本文就近年来7-ACA 两步酶法、一步酶法及头孢菌素抗生素酶法合成的进展进行了综述1 7-氨基头孢烷酸(7-ACA)的酶法合成7-氨基头孢烷酸是医药工业生产半合成头孢菌素的重要中间体,国内外在工业上多采用化学法由头孢菌素C 钠（锌）盐脱去其侧链来生产 。
但化学法存在工艺复杂、成本高等问题,而且还会严重污染环境。
与化学法相比,酶法裂解可以使生产过程大大简化(例如:发酵得到的头孢菌素C 不需结晶就可用于酶解;生产过程中没有用到有毒溶剂;可省掉加保护剂和去保护剂等步骤) ,产品能够达到高收率、高质量,同时降低成本和减少污染。
因此近年来人们着力进行酶法生产7-ACA 的研究。
1.1 两步酶法制备7-ACA目前人们研究较多的是两步酶法制备7-ACA 。
首先,头孢菌素C 在通氧气情况下被D -氨基酸氧化酶( D-amino acid oxidase ,DAAO) [2] 催化,产生具有酮基的中间体(ketoadipyl 7-aminocephalosporanic acid ,keto-7-ACA) [4] 和H 2O 2 。
这个中间体较不稳定,很容易被同时产生的H 2O 2 化学氧化脱羧,转变成戊二酰基-7-氨基头孢烷酸(glutaryl 7-aminocephalosporanic acid ,GL-7-ACA) ,然后GL-7-ACA 在GL-7-ACA 酰化酶(GL-7-ACA acylase) 的作用下脱去其侧链,生成7-ACA （见图2）。
目前国内7-ACA 大部分的生产厂家，如：山东鲁抗、河北石药、山西威齐达等已将7-ACA 的生产线，由化学法转换为酶法，7-ACA D -氨基酸氧化酶和GL-7-ACA 酰化酶国内也有厂家大批量生产。
图2、头孢菌素C经两步酶法转化为7-ACA1.2 一步酶法制备7-ACA虽然两步酶法制备7-ACA在生产成本和环境保护方面有优势，但是从头孢菌素C到7-ACA的转化率与化学法相比要低，而且DAAO催化反应难以控制。
头孢菌素C酰基转移酶（CPC acylase）可以直接把头孢菌素C转变到7-ACA（不经过GL-7-ACA等中间产物），因此其转化率与化学法相当，而且能得到较高质量的7-ACA。
利用CPC acylase生产7-ACA的一步酶法（One-step enzymatic process）是非常新的7-ACA酶法工程，既具有化学法的优势（高转化率和纯度）也具有两步酶法的优势（高经济性和环境保护），目前韩国已成功开发出高质量的CPC acylase。
CPC acylase2 酶法合成头孢菌素类抗生素头孢菌素类药物是采用7-氨基头孢烷酸 (7-ACA)或7-氨基脱乙酰氧头孢烷酸(7-ADCA)为原料制备得到。
其母核上有两个侧链(图1)：C7位置上的酰胺键和C3位置上的乙酰氧甲基侧链，都可供化学改造之用。
其与适当的酰基侧链连接，便可得到相应的半合成头孢菌素。
现采用化学法生产的头孢菌素，大部分都可用酶法合成得到，展示了酶法台成头孢菌素类抗生素的广阔前景[3]。
头孢噻吩、头孢氨苄、头孢唑啉、头孢拉定、头孢羟氨苄、头孢克洛、羟氨唑头孢菌素、头孢乙氰、头孢孟多、头孢吡硫等均有采用酶法合成的报道。
用于合成头孢菌素类抗生素的酶主要为青霉素酰化酶，其产生菌主要有杆菌及单孢菌，如：巨大芽孢杆菌、无色杆菌、醋酸杆菌、大肠杆菌、粘性节杆菌、巴氏醋酸杆菌、混浊醋杆菌、假单孢菌、产黑假单孢菌、坏死单孢菌等。
a-氨基酸酯水解酶也可用于头孢菌素的合成，其产生菌主要为单孢菌，如：铜绿假单孢菌、柑桔溃疡单孢菌。
尽管这些产生菌所产生的酶均能催化相同的反应，但不同来源的酶，其底物专一性明显不同，活性中心也不同。
下面将介绍一些头孢菌素抗生素的酶法合成。
2.1 “一锅法”酶法制备头孢唑林酶法合成β－内酰胺抗生素, 一般一步反应在一个反应器中进行, 近年来, 有人将几步酶法反应(例水解缩合或缩合缩合等) 在一个反应器中进行, 这样不需分离中间体, 简化了过程, 有利于工业化生产, 这将是酶法合成的趋势之一。
新型化学酶法合成头孢唑林, 通过D－氨基酸氧化酶、戊二酰化酶和青霉素G 酰化酶催化作用, 生物转化头孢唑林。
以头孢菌素C 为起始原料, 在水溶性中, 经三步酶法和一步化学法合成头孢唑林, 不分离纯化中间体, 每步酶法收率接近100%。
先将头孢菌素C 酶法脱乙酰基, 然后由DAAO 和GA 催化, 再由PGA 固定化酶进一步催化酰化7－ACA , 得到7－[ (1H－四氮唑) －乙酰氨基]－3－乙酰氧甲基――3－头孢烷酸, 最后与MMTD 侧链化学法缩合得到头孢唑林。
(图3)N NN OOMe+NSO OAcNH2COOHTMG7-ACAPGANN ONSO OAcHNCOOHCefazolin2.2 酶法制备头孢氨苄在头孢氯苄酶法缩合反应中，所使用的酶基本上是采用固定化技术处理得到的固定化青霉素酰化酶，而早期使用的固定化细胞(细菌)等形态的酶，因其形态结构和性能方面的缺陷，已逐步被淘汰。
目前所使用的图3酶法制备头孢唑林固定化酶，在生物工程菌的选育发酵、酶的提取、固定化载件的选择和固定化技术等方面都有了长足的进步．已经较好地解决了早期固定化酶在形态结构和性能方面的缺陷；同时由于对固定化酶催化反应机制和反应动力学方面的深入研究，因此，在头孢氨苄酶法合成中，固定化酶的使用寿命已经大大延长。
头孢氨苄的酶催化缩合技术近年来的发展水平已相当令人满意。
其中侧链与母核7 ADCA 的投料比例已经降低到1：1～2：1(分子比)之间；反应底物的浓度可以达到300～600mmo ·L-1[4] ；反应温度控制在5～35℃，7-ADCA 的转化率可以达到93％以上。
在酶法制备头孢氨苄技术中，产品分离与纯化的方法是一项关键性技术，由于所用的原料(苯甘氨酸衍生物、7 ADCA)和产物头孢氨苄的理化性质相近，采用普通的方法难以达到分离提纯的目的，头孢氨苄与萘酚形成复合物的方法是一个比较简单可行的分离方法，反应体系中的头孢氨苄可以定量地与萘酚形成复合物而得到完全分离。
采用β一萘酚作为复合剂，其非常适合有酶存在的反应体系，几乎是定量地产生头孢氨苄β一萘酚复合物。
酶法合成头孢氨苄路线见图4C H NH 2COR+N H 2O S N CH 3COOH C H NH 2CONH O S N CH 3COOH 固 定 化酶C 2CONHOS N CH 3COOH n OH 酸/碱C H NH 2CONHO S N CH 3COOH 苯甘氨酸衍生物7-ADCA头 孢氨 苄头 孢 氨 苄β萘酚复 合 物头 孢氨 苄R=NH 2OCH 2OC 2H 32.3 酶法制备头孢拉定头孢拉定(cephadine)，化学名为(6R ,7R )-7-[(2R )-氨基-2-(1,4-环己二烯-1-基)乙酰胺基]-3-甲基-8-氧代-5-硫杂-1-氮杂二环[4.2.0]辛-2-烯-2-羧酸，是美国Squibb 公司开发的头孢菌素类抗生素，1977年首次在日本上市，临床用于治疗敏感菌引起的支气管炎、支气管扩张感染、肺炎、肾盂肾炎、膀胱炎和尿道炎等。
目前可用7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢霉烷酸(7-ADCA)和2,5-二氢苯甘氨酸甲酯盐酸盐(DHME)为原料，在磷酸盐缓冲液中，经固定化青霉素酰化酶(PGA)催化合成头孢拉定[5]。
见图5图4 D-苯甘氨酸衍生物和7-ADCA 酶法制备头孢氨苄图5 头孢拉定的酶法合成3、展望尽管酶促合成头孢菌素类抗生素已取得了很大的进展，并且在某些产品的合成中已取得工业化应用，但仍然存在合成产率有待进一步提高等问题。