一种头孢丙烯的制备方法

摘要

本发明涉及一种头孢丙烯的制备方法，该合成方法包括如下步骤：以7‑ACA为起始原料，经硅烷化保护后，发生碘代等一系列反应生成化合物2；该化合物2在合成用固定化青霉素酰化酶催化下与左旋对羟基苯甘氨酸甲酯反应生成化合物1，即得目标产品头孢丙烯。本发明反应条件温和，对环境友好，转化率高，工艺简单，顺式异构体含量高。

权利要求

1.一种头孢丙烯的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

1)将7-ACA、六甲基二硅氮烷、吡啶溶于苯中反应，降温至0℃，分别加入三甲基碘硅烷、磷酸酯，保温反应，加入六甲基二硅胺钠、15-冠-5，加热回流后加入乙醛，于室温反应，得化合物2；所述的7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.0～1.4:1～1.2:0.8～1.1:0.8～1.0:1.0～2.0；所述的7-ACA、乙醛的物质的量比为1:0.8～1.0；7-ACA与吡啶的摩尔比为1:0.0125；所述的磷酸酯为三氟乙氧基磷酸酯；

2)将上述化合物2、表面活性剂、合成用固定化青霉素酰化酶溶于缓冲溶液中，加入溶解左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的有机溶剂反应，即得头孢丙烯；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯；所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液、KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液、KH2PO4-NaOH缓冲溶液或PBS缓冲溶液；所述的有机溶剂为

1,4-二氧六环；缓冲溶液与有机溶剂的体积比为2:3；反应温度为30～35℃；化合物2与合成用固定化青霉素酰化酶的质量比为1:0.1～0.4；化合物2与左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的物质的量比为1:1～1.5；表面活性剂与化合物2的物质的量比为0.05:1；

2.根据权利要求1所述的一种头孢丙烯的制备方法，其特征在于，步骤1)中，7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.2:

1.1:0.95:0.9:1.5；7-ACA、乙醛的物质的量比为1:0.9。

3.根据权利要求1所述的一种头孢丙烯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠；所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液。

4.根据权利要求1所述的一种头孢丙烯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，化合物2与合成用固定化青霉素酰化酶的质量比为1:0.25；化合物2与左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的物质的量比为1:1.3。

说明书

一种头孢丙烯的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及药物技术领域，具体涉及一种头孢丙烯的制备方法。

背景技术

[0002] 头孢丙烯(Cefprozil)，化学名：(6R，7R)-7-[(2R)-氨基(4-羟苯基)乙酰胺基]-8-氧代-3-(1-丙烯基)-5-硫代-1-氮杂二环[4.2.0]辛-2-烯-2-羧酸，为第二代头孢菌素类抗生素，是美国百时美施贵宝公司研制的头孢菌素类光谱抗菌药，对G+、G-菌和厌氧菌的抗菌活性均很强，对G+菌活性尤为突出，临床用于敏感菌所致的轻、中度感染，包括上下呼吸道感染，以及皮肤和皮肤软组织感染。其结构式如下式Ⅰ：

[0003]

[0004] 目前，国内外生产头孢丙烯的工艺路线有化学法和酶法，国内主要采用化学法合成头孢丙烯，按起始原料分，主要有GCLE和7-ACA两条路线，如美国专利US4694079、中国专利CN200810056349.1、头孢丙烯的合成(中国医药工业杂志，2004,35(7)：388等。以GCLE为起始原料合成头孢丙烯存在GCLE国内货源紧缺，原料价格较高，合成步骤长，操作复杂及需要使用对环境危害大的苯酚、三氟乙酸、五氯化磷等，腐蚀性强，且反应条件苛刻、收率低、纯度不高等问题；以7-ACA为起始原料的合成路线，工艺路线较GCLE路线相对简单，但同样需要使用大量的有机溶剂，同时该方法Wittig反应收率不高，反应慢并且选择性较差，Z型产物中混杂着较多的E型异构体副产物，反式异构体含量过高，影响药物药效和安全性。

[0005] 酶法以7-APRA和左旋对羟基苯甘氨酸甲酯(或其他衍生物)为底物利用青霉素酰化酶酶促合成头孢丙烯。孙百虎(天津大学硕士论文，2012)、CN104928340、CN 105368910 A等报道了一种酶法合成头孢丙烯的方法，采用水作为反应介质，产物容易积聚在酶周围，影响酶催化合成的能力，并且青霉素酰化酶在水相介质中存在较明显的水解作用，会导致生成的头孢丙烯以及采用酯或酰胺活化的侧链不可避免的会分解成β-内酰胺母核和相应的侧链酸，产生的杂质较多，产品纯度不高，且该反应周期长，如果缩短反应周期，转化率会大幅降低，不能达到工业化生产的要求。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，提供一种工艺简单，转化率高，顺式异构体含量高，并适合于大规模工业化生产的新合成工艺，应用于头孢丙烯或其他化合物的合成。本发明的技术方案如下：

[0007] 一种头孢丙烯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

[0008] 1)将7-ACA、六甲基二硅氮烷、吡啶溶于苯中反应，降温至0℃，分别加入三甲基碘硅烷、磷酸酯，保温反应，加入六甲基二硅胺钠、15-冠-5，加热回流后加入乙醛，于室温反应，得化合物2；

[0009] 2)将上述化合物2、表面活性剂、合成用固定化青霉素酰化酶溶于缓冲溶液中，加入溶解左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的有机溶剂反应，即得头孢丙烯；

[0010]

[0011] 步骤1)中，7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.0～1.4:1～1.2:0.8～1.1:0.8～1.0:1.0～2.0；7-ACA、乙醛的物质的量比为1:0.8～1.0；7-ACA与吡啶的摩尔比为1:0.0125，所述的磷酸酯为三氟乙氧基磷酸酯(TFP)。作为优选，7-ACA、六甲基二硅氮烷、三甲基碘硅烷、磷酸酯、六甲基二硅胺钠、15-冠-5的物质的量比为1:1.2:1.1:0.95:0.9:1.5；7-ACA、乙醛的物质的量比为1:0.9。

[0012] 步骤2)中，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯；所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液、KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液、KH2PO4-NaOH缓冲溶液或PBS缓冲溶液；有机溶剂为1,4-二氧六环；缓冲溶液与有机溶剂的体积比为2:3；化合物2与合成用固定化青霉素酰化酶的质量比为1:0.1～0.4；化合物2与左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的物质的量比为1:1～1.5；表面活性剂与化合物2的物质的量比为0.05:1；反应温度为30～35℃。作为优选，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠；所述的缓冲溶液为HEPES缓冲溶液；化合物2与合成用固定化青霉素酰化酶的质量比为1:0.25；化合物2与左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的物质的量比为1:1.3。

[0013] 本发明中的合成用固定化青霉素酰化酶购自湖南福来格生物技术有限公司，其他原料均可市购获得。

[0014] 相比于现有技术，本发明所涉及的头孢丙烯的制备方法，该方法具有反应条件温和，对环境友好，产品纯度高、顺式异构体含量高，工艺稳定，易于放大等特点，其核心优势是以7-ACA为起始原料，经硅烷化保护后，发生一系列反应，采用三氟乙氧基磷酸酯替代三苯基膦，并加入六甲基二硅胺钠及15-冠-5，避免生成过量的头孢丙烯E异构体，影响药物药效；同时采用合成用固定化青霉素酰化酶(型号为SIPA)作为催化剂，反应活性高，条件温和，适合工业化生产，该酶具有极高的转化率，且具有环保、反应条件温和、后处理简单等优点。

[0015] 说明书和权利要求书中所使用的缩写含义如下：

[0016] 7-ACA 3-乙酰氧甲基-5-硫-7-氨基-8-氧-1-氮杂二环辛-2-烯-2羧酸HMDS 六甲基二硅氮烷TFP 三(氟乙氧基)磷酸酯
TMSI 三甲基碘硅烷
NaN(SiMe3)2/NaHMDS 六甲基二硅胺钠
15-crown-5 15-冠醚-5
APRA 7-苯乙酰氨基-3-(Z-丙-1-烯基)-4-头孢烷酸

具体实施方式

[0017] 以下结合数个较佳实施例对本发明技术方案作进一步非限制性的说明。其中，三(氟乙氧基)磷酸酯的制备方法如下：氮气保护下，将0.5mol三氟乙醇缓慢滴加到装有0.1mol三氯氧磷与0.01mol氯化锂混合物的三口瓶中，搅拌，直到氯化锂完全溶解，将三口瓶中的混合料开始加热，当反应液达到60℃时，再滴加0.1mol的三氟乙醇，滴加完毕后，于
85～90℃进行回流反应，待到再无气泡冒出后，终止反应，得到粗品，过滤，去除其中大量已析出的催化剂固体，留取滤液。将滤液水洗至中性，干燥，在真空度为0.099MPa，温度为115～120℃条件下进行减压蒸馏，得三(氟乙氧基)磷酸酯，纯度为99.99％。

[0018] 实施例1：化合物2的合成

[0019] 氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、48mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)44mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯38mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠36mmol，60mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入乙醛36mmol，于室温反应6h。反应完毕，向反应液中加入50mL水，搅拌，收集有机相，用3mol/L盐酸25mL分3次萃取，合并水层，50mL二氯甲烷洗涤，分离有机层，所得水溶液用20％氢氧化钠溶液调pH到2.5，析出固体，过滤，分别用水和丙酮洗涤，减压干燥，得7.30g化合物2，收率84.24％，纯度为
99.86％，顺反比为97.4:2.5。

[0020] 实施例2：化合物2的合成

[0021] 氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、40mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)40mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯32mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠32mmol，40mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入乙醛32mmol，于室温反应6h。反应完毕，向反应液中加入50mL水，搅拌，收集有机相，用3mol/L盐酸25mL分3次萃取，合并水层，50mL二氯甲烷洗涤，分离有机层，所得水溶液用20％氢氧化钠溶液调pH到2.5，析出固体，过滤，分别用水和丙酮洗涤，减压干燥，得到6.27g化合物2，收率81.17％，纯度为
99.53％，顺反比为94.6:5.4。

[0022] 实施例3：化合物2的合成

[0023] 氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、56mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)48mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯44mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠40mmol，80mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入乙醛40mmol，于室温反应6h。反应完毕，向反应液中加入50mL水，搅拌，收集有机相，用3mol/L盐酸25mL分3次萃取，合并水层，50mL二氯甲烷洗涤，分离有机层，所得水溶液用20％氢氧化钠溶液调pH到2.5，析出固体，过滤，分别用水和丙酮洗涤，减压干燥，得到7.92g化合物2，收率82.06％，纯度为
99.61％，顺反比为95.6:4.4。

[0024] 实施例4：头孢丙烯的合成

[0025] 将1.2g的合成用固定化青霉素酰化酶溶解在30mL HEPES缓冲液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至30mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(4.80g)的化合物2，10mLHEPES缓冲液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后加入溶解26mmol(4.71g)左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的1,4-二氧六环60mL、1mmol十二烷基硫酸钠，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到合成用固定化青霉素酰化酶和头孢丙烯反应液，将反应液加入3mol/L盐酸调节pH至2.0～2.5，二氯甲烷萃取，取水相，加入3mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.0～5.5，养晶30min，抽滤，洗涤，干燥得头孢丙烯纯品7.62g，收率为97.74％，纯度为99.95％。

[0026] 实施例5：头孢丙烯的合成

[0027] 将0.48g的合成用固定化青霉素酰化酶溶解在30mL PBS缓冲液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至30mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(4.80g)的化合物2，10mL PBS缓冲液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后加入溶解20mmol(3.62g)左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的1,4-二氧六环60mL、1mmol十二烷基苯磺酸钠，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到合成用固定化青霉素酰化酶和头孢丙烯反应液，将反应液加入3mol/L盐酸调节pH至2.0～2.5，二氯甲烷萃取，取水相，加入3mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.0～5.5，养晶30min，抽滤，洗涤，干燥得头孢丙烯纯品7.39g，收率为94.61％，纯度为99.76％。

[0028] 实施例6：头孢丙烯的合成

[0029] 将1.92g的合成用固定化青霉素酰化酶溶解在30mL KH2PO4-NaOH缓冲溶液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至30mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(4.80g)的化合物2，
10mL KH2PO4-NaOH缓冲溶液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后加入溶解30mmol(5.43g)左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的1,4-二氧六环60mL、
1mmol聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到合成用固定化青霉素酰化酶和头孢丙烯反应液，将反应液加入3mol/L盐酸调节pH至2.0～2.5，二氯甲烷萃取，取水相，加入3mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.0～
5.5，养晶30min，抽滤，洗涤，干燥得头孢丙烯纯品7.43g，收率为95.24％，纯度为99.78％。

[0030] 实施例7：头孢丙烯的合成

[0031] 将1.92g的合成用固定化青霉素酰化酶溶解在30mL KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至30mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(4.80g)的化合物2，
10mL KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后加入溶解30mmol(5.43g)左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的1,4-二氧六环
60mL、1mmol十二烷基硫酸钠，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到合成用固定化青霉素酰化酶和头孢丙烯反应液，将反应液加入3mol/L盐酸调节pH至2.0～2.5，二氯甲烷萃取，取水相，加入3mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.0～5.5，养晶
30min，抽滤，洗涤，干燥得头孢丙烯纯品7.28g，收率为93.17％，纯度为99.64％。

[0032] 对比例1：化合物2的制备

[0033] 氮气保护下，在反应瓶中依次加入苯100mL、7-ACA 40mmol、48mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)44mmol，保温反应1h，加入三甲氧基磷酸酯38mmol，继续反应1h，加入六甲基二硅胺钠36mmol，加热回流30min，冷却至室温，加入乙醛36mmol，于室温反应6h。反应完毕，向反应液中加入50mL水，搅拌，收集有机相，用3mol/L盐酸25mL分3次萃取，合并水层，50mL二氯甲烷洗涤，分离有机层，所得水溶液用20％氢氧化钠溶液调pH到2.5，析出固体，过滤，分别用水和丙酮洗涤，减压干燥，得到6.38g化合物2，收率6.41g化合物2，收率72.82％，纯度为98.2％，顺反比为82.8:17.2。

[0034] 对比例2：化合物2的合成

[0035] 氮气保护下，在反应瓶中依次加入二氯甲烷100mL、7-ACA 40mmol、48mmol六甲基二硅氮烷、吡啶0.5mmol，搅拌升温至回流反应2h，将反应液冷却降温至0℃，滴加三甲基碘硅烷(TMSI)44mmol，保温反应1h，加入三氟乙氧基磷酸酯38mmol，继续反应1h，加入LDA(二异丙基氨基锂)36mmol，60mmol 15-冠-5，加热回流30min，冷却至室温，加入乙醛36mmol，于室温反应6h。反应完毕，向反应液中加入50mL水，搅拌，收集有机相，用3mol/L盐酸25mL分3次萃取，合并水层，50mL二氯甲烷洗涤，分离有机层，所得水溶液用20％氢氧化钠溶液调pH到2.5，析出固体，过滤，分别用水和丙酮洗涤，减压干燥，得到6.38g化合物2，收率71.8％，纯度为97.4％，顺反比为90.5:9.5。

[0036] 对比例3：头孢丙烯的合成

[0037] 将1.2g的合成用固定化青霉素酰化酶溶解在30mL HEPES缓冲液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至30mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(4.80g)的化合物2，10mL HEPES缓冲液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后加入溶解26mmol(4.71g)左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的1,4-二氧六环40mL、1mmol十二烷基硫酸钠，置于20～25℃的振荡箱中反应2h，转速为100rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到合成用固定化青霉素酰化酶和头孢丙烯反应液，将反应液加入3mol/L盐酸调节pH至2.0～2.5，二氯甲烷萃取，取水相，加入3mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.0～5.5，养晶30min，抽滤，洗涤，干燥得头孢丙烯纯品6.56g，收率为83.25％，纯度为98.83％。

[0038] 对比例4：头孢丙烯的合成

[0039] 将1.2g的合成用固定化青霉素酰化酶溶解在30mL Tris-HCl缓冲溶液(pH＝7.0)中，溶解后过滤加缓冲液至30mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(4.80g)的化合物2，10mL Tris-HCl缓冲溶液(pH＝7.0)，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后加入溶解26mmol(4.71g)左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的甲醇60mL、1mmol十二烷基硫酸钠，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到合成用固定化青霉素酰化酶和头孢丙烯反应液，将反应液加入3mol/L盐酸调节pH至2.0～2.5，二氯甲烷萃取，取水相，加入3mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.0～5.5，养晶30min，抽滤，洗涤，干燥得头孢丙烯纯品6.63g，收率为84.17％，纯度为98.94％。

[0040] 对比例5：头孢丙烯的合成

[0041] 将1.2g的合成用固定化青霉素酰化酶溶解在30mL水中，溶解后过滤加水至30mL。在250mL的锥形瓶中加入20mmol(4.71g)的化合物2，10mL水，预热至30～35℃后，与酶滤液混合，再于30～35℃下振荡30min，然后加入溶解26mmol(5.44g)左旋对羟基苯甘氨酸甲酯的四氢呋喃60mL、1mmol十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，置于30～35℃的振荡箱中反应2h，转速为200rpm，并用3mol/L的盐酸溶液和3mol/L的氢氧化钠溶液维持反应pH至6.5～7.5，反应完毕，用100目筛网进行分离得到合成用固定化青霉素酰化酶和头孢丙烯反应液，将反应液加入3mol/L盐酸调节pH至2.0～2.5，二氯甲烷萃取，取水相，加入3mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.0～5.5，养晶30min，抽滤，洗涤，干燥得头孢丙烯纯品6.51g，收率为82.21％，纯度为98.42％。

[0042] 需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。