阿莫西林預(yù)習(xí)報(bào)告

手性藥物阿莫西林的制備及表征實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解廣譜抗生素阿莫西林的用途；2、 能對阿莫西林逆向合成進(jìn)行推理，熟練查閱文獻(xiàn)，并選擇合適的工藝和拆分方法;3、 熟悉常用化學(xué)合成方法和實(shí)驗(yàn)操作技巧，合成中間體和產(chǎn)物；4、 初步掌握手性化合物的表征方法和儀器操作；5、 初步學(xué)會對復(fù)雜工程問題的認(rèn)識、分析和解決。二、 文獻(xiàn)查閱（一）合成方法1.1Strecker氨基酸合成法該法是最早用于合成D，L-HPG的方法，如式所示。該方法路線冗長，收率很低。而且要使用毒性極大的氰化鈉，所以該方法已基本被淘汰。CHQEtOHh2o由HO-CH-COOHNaCN/NH4CHQEtOHh2o由HO-CH-COOHNaCN/NH4HCO5-CHO CH3O臥 一COOHnh2NH21.2苯甲醛法苯甲醛法用對羥基苯甲醛，碳酸氫銨與氰化鈉環(huán)合成對羥基苯海因，再經(jīng)堿性水解，開環(huán)制備DL-對羥基苯甘氨酸.這種合成路線利用最早，也比較成熟，但是該路線收率不高，且需要使用劇毒品氰化鈉，現(xiàn)已很少使用.1.3用乙醛酸與苯酚作用，制得羥基扁桃酸后氨解該方法以乙醛酸計(jì)，收率為55%。反應(yīng)如下式所示。該方法與下述1.4、1.5項(xiàng)的方法比較，仍然步驟較多，涉及多次的萃取、過濾等分離過程，目前已很少采用。PhOH-HOOCCHOK°H/H￡1H。彳-COOH皿'％9D,L—HPG65% OH1.4先制得對羥基苯海因，再水解該方法有多種形式。其中一種如下式所示，以茴香醛為原料，經(jīng)環(huán)合，堿水解和脫甲基而制得。收率以茴香醛計(jì)可達(dá)80%。該方法所用的茴香醛價(jià)格昂貴，而且也要使用劇毒的氰化鈉，所以現(xiàn)在也已基本被淘汰。ch3oNaCN/NH4HCO3CHO :EtOH*ch3oNaOHch3oNaCN/NH4HCO3CHO :EtOH*ch3oNaOHH2OACH3O-^^—CH—COOHNH2h2o"HBrCH-COOHNH2另外，以海因?yàn)樵?，?jīng)過漠化，與苯酚縮合，水解也可獲得D,L-HPG。收率50%左右。該方法只處于研究的水平。由于漠化物價(jià)格高昂，該法難以有工業(yè)應(yīng)用前景。NaOH回流?D,LHPG苯酚，尿素，乙醛酸作用形成對羥基苯海因再進(jìn)行水解，也可制得D,L-HPGNaOH回流?D,LHPG苯酚，尿素，乙醛酸作用形成對羥基苯海因再進(jìn)行水解，也可制得D,L-HPG1.5乙醛酸，苯酚與銨鹽直接反應(yīng)制得如下式所示，該方法可以選擇多種銨鹽、醋酸銨、氯化銨、碳酸氫銨等使用。其中用醋酸銨的研究較多［8~10］，收率可達(dá)50%。早期曾有人使用氨水進(jìn)行氨解，但因副反應(yīng)太多，收率較低而沒有成功。我們嘗試了使用醋酸銨的合成方法，收率僅為35%左右。用乙醛酸鈉代替乙醛酸，收率提高到45%左右。該方法的收率還是有待提高。另外使用大量過量的醋酸銨也給分離提純帶來了困難。+HOOCCHONHQA、

+HOOCCHONHQA、

pH=6-6.5DLHPG1.6乙醛酸，苯酚與活潑酰胺基化合物反應(yīng)制得H0如下式所示，該方法使用的活潑酰胺基化合物為氨磺酸、尿素、氨基甲酸酯等，直接合成D,L-HPG。該方法的收率可以達(dá)到60%以上［11］。本課題組嘗試了使用氨磺酸制D,L-HPG，經(jīng)過改進(jìn)，收率達(dá)70%以上。該方法收率高、成本低、原料易得、步驟少，是目前較好的方法。H0H2SO4+HOOCCHO+NH2SO3H ?DLHPG1.7生物催化合成法與化學(xué)合成方法相比,生物催化法具有環(huán)境污染小、反應(yīng)條件溫和、選擇性和轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，但生物菌種的篩選較為困難,投資大，生物酶容易失活，無法大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)。因此生物催化合成法仍以實(shí)驗(yàn)室研究較多。對于生物催化合成法的研究主要集中在利用D,L-A對羥基苯海因(D,L-AHPH)為原料經(jīng)酶催化合成d-Ahpg上。

隨著D-A氨基甲酰水解酶(EC3.5.1)的發(fā)現(xiàn)，使由D-LAHPH合成D-AHPG的兩菌兩酶法得以實(shí)現(xiàn)。培養(yǎng)用來提取D-A海因酶和D-A氨基甲酰水解酶適合的菌種是該法的關(guān)鍵(見下式)。()NHCONH?I)氨甲酰水解拘COCH()NHCONH?I)氨甲酰水解拘COCH2.D,L-HPG的拆分D,L-HPG的拆分是目前研究的熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)。D,L-HPG國內(nèi)售價(jià)48000元/噸，而拆分后的D-HPG售價(jià)高達(dá)175000元/噸。所以，拆分是整個(gè)合成的關(guān)鍵。如何高收率、高純度地獲得D-HPG是一個(gè)急待解決的問題。在眾多的拆分方法中，除了個(gè)別酶法破壞不需要的L-PHG，總收率低于50%外，其它方法都可以將拆分后剩余的母液進(jìn)行消旋化，再進(jìn)行下一次拆分，所以總收率都接近100%。拆分水平主要表現(xiàn)在單程收率上。單程收率低的方法必然帶來生產(chǎn)能力低下、成本太高的問題。另外，產(chǎn)品純度的要求很高，可以說純度重于收率。現(xiàn)階段主要有以下幾個(gè)拆分方法。2.A1化學(xué)拆分法該法是對映體拆分中常用的方法，即用一種光學(xué)活性試劑(拆分劑)與一組對映體反應(yīng)生成兩個(gè)非對映體，然后利用非對映體物理性質(zhì)(如溶解度)不同進(jìn)行分離的方法。NH?—COOH(D.L-HPG)對于D,L-HPG的拆分，所用的手性拆分劑有L-(+)-酒石酸、漠化樟腦磺酸等。以弱酸性的L-(+)-酒石酸為拆分劑,D,L-HPG先轉(zhuǎn)化為酯，然后使氨基與L-(+)-酒石酸的羧基成鹽，生成非對映體，將非對映體分離,NH?—COOH(D.L-HPG)/ [ *酒石酸『船。4 二4 C(K)CH3(D,L-對羥基苯甘氨酸甲酯)

不溶于甲醇俺T>HPG不溶于甲醇俺T>HPG溶于甲醇h（COOCHj（!＞對羥基苯甘氨酸甲酯酒石酸彘）溶于甲醇h（COOCHjnh3?酒石酸（L-對羥基苯甘氨酸甲醋酒石酸鹽）該法的關(guān)鍵是拆分劑的選擇，常用的拆分劑有:手性酒石酸,樟腦磺酸類等。以酒石酸為拆分劑,原料易得,成本低，但反應(yīng)步驟長,單程轉(zhuǎn)化率低（僅為50%）;漠化樟腦磺酸的拆分效果好，轉(zhuǎn)化率也較高，單程轉(zhuǎn)化率超過60%。2.2酶法拆分采用酶法對D,L-HPG或其衍生物進(jìn)行拆分的研究不少［12］，但能用于工業(yè)生產(chǎn)的極少。主要方法是先將D,L-HPG乙酰化，然后采用?；高M(jìn)行選擇性水解。主要問題不外乎酶的價(jià)格昂貴、溶液太稀、分離困難，而且收率也不高。2.3晶種法誘導(dǎo)拆分晶種法是一種成本低廉的拆分手性化合物的方法。HLG具有規(guī)則的晶型，適合用該法。但是HLG在水、乙醇等溶劑中的溶解度不大，所以一般選擇HPG的鹽或衍生物進(jìn)行晶種法拆分。采用向過飽和的外消旋溶液中加入手性晶體的方法，難免會出現(xiàn)單程收率低、產(chǎn)品中混雜對映體的現(xiàn)象，所以該法產(chǎn)品純度不高。另外，鹽與游離HPG的相互轉(zhuǎn)化也相當(dāng)煩瑣。2.2.1用HPG的銨鹽進(jìn)行拆分將D,L-HPG制成銨鹽，然后加入完美的D-HPG銨鹽晶種的方法進(jìn)行誘導(dǎo)結(jié)晶。該方的單程收率為10%左右，產(chǎn)品旋光純度94.6%。該法需要進(jìn)行反復(fù)的消旋化、拆分操作才能得到滿意的收率，得到的銨鹽經(jīng)過NaOH處理后可得到游離的D-HPG。2.2.2芳香族磺酸與HPG成鹽拆分采用芳香族磺酸與D,L-HPG成鹽，然后用晶種法進(jìn)行誘導(dǎo)結(jié)晶，該法的單程收率可達(dá)22%?28%，旋光純度可達(dá)96.2%?98%。用強(qiáng)酸處理可得到游離的D-HPG。利用在水或含水溶劑中HPG的硫酸鹽與硫酸氫鹽溶解度的差異進(jìn)行拆分。具體的做法是向未飽和的HPG硫酸氫鹽溶液中投入D-HPG的硫酸鹽晶體。由于D-HPG的硫酸鹽的溶解度較小，在晶種的誘導(dǎo)下D-HPG將結(jié)晶析出。此時(shí)HPG硫酸氫鹽還未飽和，避免了其它晶種法中過飽和的L-HPG結(jié)晶的危險(xiǎn)。經(jīng)過反復(fù)結(jié)晶，可以分別獲得D-HPG和L-HPG。該方法據(jù)稱獲得的D-HPG純度高達(dá)98%，單程收率25%左右。但由溶解理論我們知道，該溶液是D-HPG硫酸鹽的飽和溶液的同時(shí)也是L-HPG硫酸鹽的飽和溶液，所以仍然有可能發(fā)生L-HPG硫酸鹽的結(jié)晶析出。2.4手性拆分劑拆分使用手性拆分劑是經(jīng)典的拆分方法，但手性拆分劑的價(jià)格高昂°HPG本身顯兩性，能跟手性酸生成鹽，所以一般拆分劑都選擇手性強(qiáng)酸。這種方法的單程收率可達(dá)40%以上，產(chǎn)品純度也比晶種法好。但該法的理論最高單程收率僅為50%。手性拆分劑要回收套用。2.3.1D-3-漠樟腦磺酸為拆分劑將D-3-漠樟腦磺酸用于拆分D,L-HPG。利用兩種HPG與D-3-漠樟腦磺酸所成的鹽在溶劑中的溶解度不同進(jìn)行拆分。單程收率為41%，旋光純度為99.99%。在丁酸介質(zhì)中采用(S)-樟腦-10-磺酸對N-甲基-D,L-HPG進(jìn)行拆分。使用三乙胺將鹽轉(zhuǎn)化為游離酸，總收率為71%?77%，純度為98.4%?99%。由于D-3-漠樟腦磺酸價(jià)格昂貴、難以獲得，有人開發(fā)了以下使用其他拆分劑的方法。2.3.2以(+)-乙基苯-a-磺酸為拆分劑利用與2.3.1項(xiàng)相同的拆分機(jī)理，兩種對映異構(gòu)體與(+)-乙基苯-a-磺酸所成的鹽在溶劑中溶解度相差極大，所以該方法可以獲得旋光純度99.8%的D-HPG。但由于步驟較多，總收率僅為57%?80%。另外，在早期有人曾使用酒石酸對D,L-HPG的衍生物進(jìn)行拆分。還有人用使用手性的2-氨基-1-丁醇與氯苯所成的醚來拆分D-HPGo2.5不對稱轉(zhuǎn)換在氨基酸拆分中的應(yīng)用1983年，Yamada等首先提出不對稱轉(zhuǎn)換技術(shù)。利用醛類化合物在乙酸介質(zhì)中與氨基酸形成希夫堿后進(jìn)行互變異構(gòu)，喪失手性，從而實(shí)現(xiàn)消旋化。最常用的醛是水楊醛。如下式所示，該方法只需要催化量的醛，條件比原來在濃酸、濃堿中長時(shí)間加熱的方法溫和，所以很快就應(yīng)用到氨基酸拆分領(lǐng)域。原有拆分技術(shù)與不對稱轉(zhuǎn)換技術(shù)的結(jié)合，大大簡化了操作步驟，提高了產(chǎn)品純度，使D,L-HPG的拆分技術(shù)有了突破性的進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)證明，在95%醋酸介質(zhì)中，用水楊醛催化，只需在100°C下加熱2h，就可基本實(shí)現(xiàn)100%消旋化。2.6不對稱轉(zhuǎn)換與晶種法結(jié)合拆分使用低級脂肪酸與D,L-HPG成鹽，在水楊醛的催化下，采用晶種法誘導(dǎo)結(jié)晶，收率為8%?46%，純度為96.2%?98%。采用鄰甲苯磺酸與D,L-HPG成鹽，在水楊醛的催化下，采用晶種法誘導(dǎo)結(jié)晶，收率為77%，純度為98%o2.7不對稱轉(zhuǎn)換與手性拆分劑結(jié)合拆分雖然不對稱轉(zhuǎn)換可以不斷地將溶液中的L-HPG轉(zhuǎn)化為D-HPG，減少晶種法過程中L-HPG結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)，但在結(jié)晶過程中L-HPG仍然是飽和或過飽和溶液，所以產(chǎn)品純度仍然不高。而使用手性拆分劑可以避免飽和的L-HPG溶液，從而可以制得更純的D-HPGo使用樟腦磺酸為拆分劑，水楊酸為不對稱轉(zhuǎn)換催化劑。拆分與不對稱轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行，單程收率可達(dá)88.1%，產(chǎn)品純度為95.1%oD-3-漠樟腦磺酸作為D-HPG優(yōu)良的拆分劑，也利用不對稱轉(zhuǎn)化技術(shù)獲得了更大的成功。加入水楊醛為不對稱轉(zhuǎn)換催化劑，單程收率達(dá)到94%，產(chǎn)品純度99.99%。該方法收率高，產(chǎn)品純度高，近乎完美。但所用的拆分劑D-3-漠樟腦磺酸價(jià)格昂貴，限制了該方法的使用。綜上所述：在D-HPG合成方法中，選擇1.6乙醛酸，苯酚與活潑酰胺基化合物反應(yīng)制得D,L-HPG的路線具有步驟少、成本低、收率高的優(yōu)點(diǎn)。在D-HPG拆分方法中，選擇2.5氨基酸的不對稱拆分方法具有反應(yīng)條件溫和，操作步驟簡單，所需時(shí)間短，產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)。阿莫西林的制備1.混合酸酐(4)的制備加CH2Cl21000mL，快速攪拌下加入羥鄧鹽3(300g，O.989mo1)，同時(shí)加入150mLDMA，保持溫度38-42^，降溫，當(dāng)溫度降到O°C時(shí)，加入2,6-二甲基毗啶(8.2g，0.076mo1)，繼續(xù)降溫至-37C，10min勻速加入(125g，1.04mo1)特戊酰氯，溫度控制在-15C至-20C，保溫反應(yīng)60min。降溫至-50C時(shí)加入異辛酸(7.7g，0.053mo1)，繼續(xù)降溫至-50C備用。2.6-APA鹽液(2)的制備CH2Cl2250mL，加入35mLDew和200mL異丙醇，攪拌，降溫至0-6C時(shí)加入6-APA(200g，0.925mo1)，20min均速加入TEA(104g，1.03mo1)，溫度控制在0-3C，反應(yīng)30min，取樣觀察6-APA溶解情況，測pH值，6-APA溶解完全后，降溫至-15C備用。縮合反應(yīng)將成鹽液轉(zhuǎn)至混合酸酐中?？刂平恿蠒r(shí)間為30-35min，轉(zhuǎn)完成鹽液，保持溫度不超過-35C，在-30C至-38C保溫反應(yīng)120min，當(dāng)6-APA的殘留量W0.5%時(shí)，反應(yīng)結(jié)束。水解反應(yīng)2400mLDew預(yù)冷至15C，10min勻速加入218mLHCl，并保持溫度控在5—10C，攪拌10min后，取樣觀察，測水相pH值為1.0—1.2，停止攪拌，靜置10min，取水相。結(jié)晶反應(yīng)緩慢攪拌下加入30%液堿，當(dāng)物料變粘稠時(shí)加快攪拌，同時(shí)取樣測pH值，終點(diǎn)pH值為5.0—5.5。耗堿大約為116L。加堿期間溫度控制在0-10C，整個(gè)加堿時(shí)間約為120min。加完堿后降溫至0-5C，攪拌1h，靜置lh，抽濾，水洗，在45C下真空干燥3h后出