β-类酰胺类抗生素

7-氨基头孢霉烷酸的制备

化学裂解法 化学-酶法 两步酶法
7-氨基-3-去乙酰氧头孢霉烷酸 的制备


用青霉素G或V经酯化、扩环重排，再经 酶裂解去侧链来制备。 也可由7-氨基头孢霉烷酸经氢化脱乙酰 氧基获得。
头孢噻吩的制备

7-氨基头孢霉烷酸在NaHCO3水溶液中和 α-噻吩乙酰氯缩合而成。将反应液酸化 后用乙酸丁酯萃取，然后在提取液中加 入乙酸钠的甲醇溶液转为头孢噻吩钠盐 析出。
头C发酵液
过滤
酸化 H2SO4
酸化发酵液 饱和树脂（Ⅰ） 饱和树脂（Ⅱ）
头C滤液
解吸 丙酮水溶液
大孔树脂吸附
一次头C解吸液 二次C解吸液
阴离子树脂吸附
解吸
NaOAc水溶液 过滤
Zn(OAc)2
沉淀结晶
头C锌盐结晶
头C锌盐湿品
气流干燥
头C锌盐成品
半合成头孢菌素
半合成头孢菌素结构改造部位 2 H 7 6 3 5
培养条件
1.
2.
3.
4.
温度：青霉菌最适生长温度30℃，分泌青 霉素最是温度20℃左右。生厂上采用变温 控制，前期25-26℃之间，后期23℃。 pH：一般认为青霉素发酵最适pH在 6.5~6.9，避免超过7.0 通气搅拌：亲霉素产生菌是好氧菌，必须 保持氧充足。氧低于30%饱和度时，产量 急剧下降；低于10%时则造成不可逆转的 损失。 泡沫与消泡：用天然油脂或消泡剂进行消 泡。发酵前期不宜使用消泡剂，影响呼吸 代谢
青霉素类抗生素
青霉菌
点青霉（Penicillium nototum）
产黄青霉菌（P. chrysogenum）
理化性质
呈白色或黄色无定型结晶 无明显熔点，温度升高，分子分解 3个手性碳，具有旋光性 羧基有很强的酸性 干燥纯净青霉素盐很稳定，水溶液不稳 定。β-内酰胺环不稳定 pH在6.0~6.5最稳定 青霉素不易溶于水，易溶于有机溶剂。 而其钠，钾盐易溶于水和甲醇
人体细胞没有细胞壁，不受β-内酰胺类抗菌药 的影响，故对人体几无毒性
β-内酰胺类抗生素的生物合成
L-ɑ-氨基己二酸 L-半胱氨酸
ACVS
三肽ACV
L-缬氨酸
IPNS
青霉素 异青霉素
头孢菌素
代谢调控


碳源分解代谢物的阻遏：速效利用的葡萄 糖有利于菌体生长，但抑制青霉素的合成， 所以缓效碳的利用是大量合成青霉素的关 键。 赖氨酸的反馈调节：赖氨酸反馈抑制赖氨 酸生物合成途径中的第一个酶——高柠檬 酸合成酶，导致ɑ-氨基己二酸合成受阻，青 霉素合成前体减少，所以产量减少。顶头 孢霉菌能合成大量ɑ-氨基己二酸，因此赖氨 酸不影响头孢菌素C的合成。



L-甲硫氨酸对头孢菌素C形成的促进作用： 促进作用不一定是作为硫源，也不是前体， 可能是一种调节物质。此外，它能诱导产 生菌的细胞壁和细胞膜的通透性发生变化。 在头孢菌素C的合成过程中，扩环和羟化是 其中的关键反应和限速阶段：扩环和羟基 + 化需要Fe² 、分子氧、α-酮戊二酸及还原剂 辅助因子。 缬氨酸是青霉素生物合成的前体物：过量 的缬氨酸会形成反馈抑制。
6-氨基青霉烷酸的制备
来自百度文库
微生物酶法
菌体分离 固定化制粒
微生物培养
6-氨基青霉烷酸结晶
青霉素裂解反应

化学裂解法
氨苄西林的半生物合成

化学合成侧链与保护基团结合 取代6-基氨青霉烷酸上的侧链 水解去除保护基团 结晶得D-α-氨基苄青霉素
头孢菌素类抗生素
20世纪50年代从头孢霉菌发酵液获得头孢菌 素C→加工改造得可用于临床的半合成品。 β 内酰胺环——抗菌原理同青霉素 目前已发展到第四代。
萃取、结晶
综合利用
菌丝体
青霉素
种子制备
1.
2.
生产孢子的制备：目的在于产生丰富的孢 子 生产孢子的种子制备：目的是繁殖大量健 壮的菌丝体。合格的种子应该菌丝稠密， 菌丝团少，菌丝粗壮，内有中小空胞。
培养基
1.
2.
3. 4.
碳源：青霉菌能利用多钟碳，乳糖用于发 酵最好，但价格高，不适合工业生产。目 前生产上常采用淀粉水解液为碳源。 氮源：玉米浆是最好的氮源，但不稳定。 生厂上常采用花生饼粉、黄豆饼粉、麸皮 及尿素做氮源。 前体：苯乙酸及其衍生物。 无机元素对青霉素发酵有很大影响。


为了减少过敏原，最好转化成青霉素普鲁卡因盐 或重结晶。
半合成青霉素

基本原理：工业生产的青霉素G或V，利 用不同微生物来源的酰基转移酶的不同 pH条件下催化青霉素的侧链酰基水解获 得母核6-酰基青霉烷酸；然后通过化学 合成的方法制备新的酰基侧链，在一定 条件下与6-酰基青霉烷酸进行酰化缩合 反应，形成具有各种不同药理活性的新 青霉素。(最有效的是C6上的侧链酰基和 C3上的羧基改造）
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β-内酰胺类抗生素
基本结构
β-内酰胺环
O amidase R C NH CH CH S CH3 C CH3
R1 O C NH O B A N COOR2 S
B
O C
A
N
CH COOH
penicillinase
青霉素类：6-氨基青霉烷酸
头孢类：7-氨基头孢烷酸
β-内酰胺环，为抗菌活性之关键。
抗菌作用机制
O R1 C NH O B A N COOR2 S
头孢类：7-氨基头孢烷酸
优点：

抗菌谱>青霉素 抗菌活性>青霉素 对-内酰胺酶的稳定性高 过敏反应<青霉素 较好药动学特点
头孢菌素C的生产工艺
产生菌


顶头孢菌及其后代：多次诱变产量提高 为以前的15倍，但该菌代谢产物中含有 大量的副产物青霉素N，造成提取和发酵 成本增加。 意大利学者选育的一株头孢菌素产量高 而青霉素N产量低的菌株。经过改造，并 以硫酸盐为硫源，头孢菌素的发酵水平 大大提高，目前已达40 000μg/ml以上。

分类


天然青霉素：从青霉菌的培养液中提取， 即生物合成，有F、G、K、X 及双氢F等成 分，其中以青霉素G 性质稳定，抗菌作用 强，产量高，用于临床； 半合成青霉素：用人工合成的不同基团取 代天然青霉素母核上的侧链而获得。
•
抗菌作用强
毒性低 价廉
优点： 青 霉 素 优 缺 点
• •
G
•
抗菌谱窄 不耐胃酸，口服无效 易受-内酰胺酶破坏
BA萃取液
反萃取
水萃取液
萃取
BA萃取液
脱色
脱色液
结晶
湿晶体
干燥
真空>0.095Pa，50℃下干燥
青霉素盐
控制要点
（1） 有机溶剂的选择
乙酸丁酯（BA）、戊酸丁酯
（2） pH值
青霉素在酸性条件下不稳定，越酸损失越大。 萃取：pH 1.8～2.2，青霉素在水中的溶解度较 小，反萃取液中色素最小； 反萃取：pH 6.8～7.4，青霉素在水中的溶解度 最大，色素较小。

抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成 → 杀菌 激活细菌自溶酶 → 细菌自溶
粘肽 (二糖十肽)
转肽酶
抑 制
粘肽交 叉联结
×
细胞壁
缺损
β-内酰胺环+ PBPS
菌体膨胀、变形 细菌裂解、死亡 水分内渗
自溶酶活化
抗菌特点：
1. 对 G＋作用强，对G－作用弱
2. 对繁殖期细菌作用强，对静止期细菌作用弱
3. 对人和哺乳动物细胞无影响
头孢菌素类作用比较表
代表性 药物 头孢唑啉 头孢呋辛 抗菌 活性 G+菌 G－菌
＋＋＋
分代
对β－内酰胺酶稳 定性 金葡菌 G－杆菌 ＋＋＋ ＋＋ ＋ ＋＋
第一代 第二代
＋ ＋＋
＋＋＋
＋＋＋
＋＋
第三代
第四代
头孢噻肟
头孢吡肟
＋
＋＋
＋
＋＋
＋＋＋
＋＋＋
基本结构
是一类广谱半合成抗生素，其母核为7-氨基头孢烷酸 （7-ACA），也有一个β-内酰胺环。
体积比和浓缩倍数

萃取：按1:（3.5～4）体积比加入乙 酸丁酯，浓缩倍数为1.5～2.5； 反萃取：按1:（4～5）体积比加入缓 冲液，浓缩倍数为3～5。
经二级逆流萃取后，浓缩倍数为10倍左 右。


结晶

二次萃取液青霉素纯度70%——→结晶98%以上 青霉素游离酸＋乙酸钠（钾）→青霉素钠（钾） ＋丁醇 （乙酸丁酯溶液）（丁醇溶液） 体） （晶
发酵工艺



培养液中须补给硫源。头孢菌素C的产量与 甲硫氨酸和硫酸盐的量成正比 顶孢头孢菌在深层培养条件下有4种细胞类 型：即菌丝型、萌芽型、节孢子型和分生孢 子型。头孢菌素C的大量产生时期与菌丝型 向节孢子型转化时期相一致。 加快搅拌的转速、提高发酵罐中溶解氧的传 递速度，增加头孢菌素C的产量
青霉素的提取工艺
发酵液过滤和预处理

过滤：一般用鼓式过滤或板框过滤 除蛋白：常用硫酸调pH为4.5~5.0，加入 0.07%絮凝剂PPB和0.07% 的硅藻土作 为助滤剂进行二次过滤。控制好pH值， 避免发酵液中的CaCO3部分溶解形成硫酸 钙沉淀。
流程
发酵滤液
萃取
15%硫酸调节pH2.0~2.2，加入 3.5~4倍体积乙酸丁酯（BA） ，5℃左右逆流萃取 加4~5倍体积的1.5%碳酸氢钠 ，调节pH6.8~7.2，5℃左右反 萃取 15%硫酸调节pH2.0~2.2，加入 3.5~4倍体积乙酸丁酯（BA） ，5℃左右逆流萃取 加入粉末活性炭，搅拌 15~20min，过滤 加入过量25%乙酸钾乙醇溶液 ，真空>0.095Pa，45~48 ℃共 沸结晶
S
1
RC HCO NH
4
4
CH2O CO CH3
O
8
1
N
2
3
COOH
1、影响抗菌谱；2、影响对酶的稳定性（OCH3, 头霉素类）；3、影响抗菌效力（S用O替换成 拉氧头孢）；4、影响药动学及药效学

改变头孢菌素C化学结构中的7位酰基侧 链，主要影响其抗菌谱与抗菌活性；改 变3位取代基，不仅可以提高其药理代谢 的稳定性，并可提高其抗菌活性及扩大 抗菌谱。
缺点：
• •
半合成青霉素
耐酸类：青霉素V 耐酶类：苯唑西林、氯唑西林等 广谱类：氨苄西林、阿莫西林等 抗铜绿假单胞菌类：羧苄西林等 抗G-杆菌类：美西林等
青霉素的发酵工艺
发酵工艺流程图
冷冻干燥孢子 琼脂斜面 米孢子 菌种： 产黄青霉
消泡剂 补料（碳源、 氮源、前体）
种子培养
发酵培养 过滤
无菌空气