一种头孢类中间体7-氨基3-去乙酰氧基头孢烷酸及其制备方法

摘要

本发明提供了一种高纯度的7‑ADCA及其制备方法，本发明的7‑ADCA纯度达到99.5％以上，该产品的特征杂质D‑7‑ACA、DAOC的纯度均小于0.1％，可作为中间体进一步合成制备头孢类抗生素。它是以DAOC发酵液为原料，经过发酵液过滤、纯化、裂解、结晶等步骤制得，本发明方法简单易行，容易实现工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于医药生物技术领域，涉及一种头孢类中间体7-氨基3-去乙酰氧基头孢烷酸(简称7-ADCA)及其制备方法。

背景技术

头孢是头孢菌素类的总称，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。头孢菌素类其抗菌谱广，抗菌活性强、不良反应和毒副作用低，目前成为抗生素类抗感染药物市场销售量最大的一类药品。在头孢类产品中，7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸(简称7-ADCA)是较为重要的原料药，是一种重要的头孢类抗生素半合成的中间体。主要用于头孢氨苄、头孢拉定和头孢羟氨苄等市场用量较大的药物的合成中。

目前研究人员对7-ADCA的制备方法已有诸多探索：

申请号为CN98101886.6的专利提供了一种化学法制备7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸的方法，该方法如下：将青霉素钾盐经氧化、硅酯化、环列、分子重排、环合、水解、再裂解等途径制备7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸。

申请号为201410318997.5的专利提供了一种化学法制备7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸的方法，该方法如下：以青霉素G钾为原料，以双氧水为氧化剂，以液体BSU为保护剂，以吡啶氢溴酸和草酸的组合为扩环催化剂，经氧化、扩环、裂解等步骤得到7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸。

上述专利提供的方法属于化学合成法，反应步骤较多，反应过程需要用到较多的化学试剂，对环境和人身安全有一定的影响，另外，最终产物中其它杂质也较多，产品纯度只能达到95％。因此，随着分离技术和提取技术的发展，化学法制备7-ADCA的方法逐步退出生产工作中。

申请号为201810630779.3的专利提供了一种7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸的制备方法，该方法如下：将7-苯乙酰氨基头孢烷酸加酰化酶裂解得到7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸裂解液，该裂解液使用二氯甲烷萃取去除裂解液中的苯乙酸，得到的水相经过活性炭脱色、结晶等途径得到7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸成品。

申请号为200610038095.1的专利提供了一种7-ADCA的纯化方法，该方法如下：青霉素通过发酵得到的扩环物经三氯甲烷萃取，得到的有机相在进行反萃，水相经过脱色、裂解、结晶的方式得到产品7-ADCA。

上述方法中，申请号为201810630779.3的专利使用二氯甲烷萃取的方式去除裂解副产物，二氯甲烷为有毒有害物，大量使用会对环境和人体健康有害处。申请号为200610038095.1的专利提供的方法中，作为主要工序萃取用的三氯甲烷是有毒试剂，大量使用会对人和环境造成一定的损伤。另外，该发明用青霉素再次进行发酵，也就是二次发酵，发酵液中存在还未扩环的青霉素以及6-APA等杂质的可能性。

因此，开发一种过程简单、对环境友好、安全可靠的制备7-ADCA的工艺显得尤为重要。

研究发现，顶头孢霉菌发酵可以得到3-去乙酰氧基头孢菌素C(DAOC)的发酵液，DAOC可以通过酶解、结晶的方式制备7-ADCA，然而，发酵液中除了DAOC外，还含有其它物质如3-去乙酰基头孢菌素C(DCPC)，一般的萃取技术很难去除其中的DCPC，因而无法提纯DAOC，难以制得符合行业标准的7-ADCA。

如何有效处理提纯DAOC，并且通过合理条件裂解、结晶处理制得高纯度的7-ADCA，仍然是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种7-氨基3-去乙酰氧基头孢烷酸的制备方法。

本发明提供了一种7-氨基3-去乙酰氧基头孢烷酸，它的纯度不低于99.0％，特征杂质D-7ACA的含量不高于0.20％，特征杂质DAOC的含量不高于0.20％，优选地，它的纯度不低于99.0％，特征杂质D-7ACA的含量不高于0.10％，特征杂质DAOC的含量不高于0.10％。

本发明提供了上述7-氨基3-去乙酰氧基头孢烷酸的制备方法，包括如下步骤：

(1)发酵液过滤：取DAOC发酵液，加酸酸化，进行微滤或者板框过滤，将得到的滤液以超滤-纳滤的顺序或纳滤-超滤的顺序进行过滤，浓缩得到浓缩液；

(2)纯化：将步骤(1)所得的滤液先经过预处理树脂，再经过吸附树脂吸附、水洗、解吸得到DAOC解吸液，将DAOC解吸液经过脱色树脂进行脱色得脱色液，脱色液浓缩得到DAOC浓缩液；

(3)裂解：将酰化酶放入酶反应器内，加入DAOC浓缩液，开始裂解，裂解结束时抽滤，收集裂解液；

(4)结晶：将步骤(3)所得的裂解液经过活性炭脱色得到碳脱液，碳脱液经超滤膜超滤，得到超滤液后，超滤液中加酸结晶、抽滤、干燥得到7-ADCA。

进一步地，上述步骤(1)所述发酵液过滤过程的温度低于30℃；和/或所述过滤的顺序为超滤-纳滤的顺序。

进一步地，上述步骤(1)所述酸化使用的酸为盐酸或硫酸，优选硫酸；所述硫酸浓度为10％～30％，优选15～20％；和/或所述浓缩液效价为6000～18000mg/L,优选为8000～15000mg/L。，

进一步地，上述步骤(2)所述吸附树脂为中等极性或非极性大孔吸附树脂，优选为非极性大孔吸附树脂；和/或所述预处理树脂为离子交换树脂；和/或所述预处理树脂和吸附树脂串联进行吸附。

进一步地，上述步骤(2)所述滤液在吸附树脂上的吸附量为吸附树脂饱和吸附量的15％～90％，优选为30％～70％。

进一步地，上述步骤(2)所述水洗为：在5～10℃下，使用纯化水流过树脂得到水洗液，所述水洗液中含有DAOC和DCPC，DAOC效价高于4000mg/L，DCPC效价低于100mg/L且纯度低于0.5％。

进一步地，上述步骤(2)所述解吸为：在5～15℃下，加入解吸剂；所述解吸剂为浓度为0.1～1.5％的弱碱性物质的水溶液，所述弱碱性物质为碳酸纳、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、醋酸钠、醋酸铵中的至少一种；和/或所述解吸剂的加入量为1.0～8.0BV，优选为2.0～6.0BV。

进一步地，上述步骤(2)所述脱色树脂为阴离子交换树脂，脱色树脂用量为DAOC解吸液体积的0.1％～1％；和/或所述脱色温度为5～10℃，DAOC解析液流速为5～30BV/h，脱色液透光率＞92％；和/或所述浓缩温度低于15℃，DAOC浓缩液效价为10000～50000mg/L，优选为15000～40000mg/L。

进一步地，上述步骤(3)所述裂解过程温度5～35℃，裂解过程加碱调节pH为7.5～9.6，优选为7.8～8.8；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾或氨水中的至少一种，优选为氨水；所述氨水浓度为5～25％，优选为浓度为7～20％。

进一步地，上述步骤(3)中所述酰化酶的加入量为：每升DAOC浓缩液加入8000～15000U酰化酶；和/或所述裂解结束时的DAOC效价为400mg/L以下，纯度为和1.5％以下。

进一步地，上述步骤(4)所述活性炭用量为裂解液体积的1～10‰，优选为2～4‰。

进一步地，上述步骤(4)中，所述超滤液效价为10000～25000mg/L，优选为12000～18000mg/L。

进一步地，上述步骤(4)中，所述酸为无机酸和/或有机酸的混合液，优选为硫酸、盐酸、醋酸中的至少一种的混合液，更优选为盐酸和硫酸的混合液。

更进一步地，上述混合液浓度为3～30％，优选为5～15％。

进一步地，上述步骤(4)中的结晶条件为：结晶初始温度为0～25℃，优选为5～20℃、结晶终点pH为4.0～6.5，优选为4.5～5.6、结晶后完成时的温度为0～8℃，优选为3～6℃。

本发明DAOC发酵液是指顶头孢霉菌发酵得到的含有去乙酰氧基头孢菌素C(DAOC)的发酵液。

本发明提供了一种纯度高的7-ADCA，能够作为进一步合成头孢类原料药的中间体；发明人根据DAOC发酵液中所包含的各种物料，如，菌丝、蛋白质、多肽、多糖、色素以及各类无机物的性质以及含量，再根据膜分离技术对多肽、多糖、色素等的截留功能和大孔吸附树脂对DAOC的纯化功能，结合膜技术和树脂纯化技术，开发处理一种低成本，高质量并简单的获得高纯度DAOC浓缩液的纯化方法。再结合酶技术和结晶技术，以DAOC提取液作为原料，开发了本发明7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸的制备工艺。本发明方法简单易行，可容易实现工业化生产。通过该方法，前期得到DAOC的提取液中DAOC的纯度可以达到98.5％以上，而且DCPC含量可以控制在0.5％以下，最终产物7-ADCA的纯度达到99.5％以上、该产品的特征杂质D-7-ACA、DAOC的含量均小于0.1％。

显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

图1 7-ADCA的IR光谱谱图。

图2 7-ADCA的H-NMR谱图。

图3 7-ADCA的C-NMR谱图。

图4 7-ADCA的gCOSY谱图。

图5 7-ADCA的gHSQC谱图。

图6 7-ADCA的gHMBC谱图。

图7 7-ADCA的质谱图。

具体实施方式

以下通过实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

除特别说明外，本发明所用原料与设备均为已知产品，通过购买市售产品所得。本发明中使用的DAOC发酵液可以是本申请人申请的发明专利(专利号:ZL202011566383.0,专利名称：一种头孢菌素类化合物生产菌株及其应用)提供的方法生产的发酵液，由顶头孢霉菌培养13天而得，发酵液中DAOC含量为80～95％，DCPC含量为4～12％，菌丝体含量为30～60％。发酵液的发酵方法可包括如下步骤：

(1)取顶头孢霉菌，制备一级种子、二级种子、三级种子；(2)取步骤(1)制备的三级种子，接种至顶头孢霉菌发酵培养基中发酵，得到发酵液，所述发酵培养基包括如下成分：玉米浆39-76重量份、花生粉9-21重量份、葡萄糖4-13重量份、水解淀粉19-31重量份、甲硫氨酸2-9重量份、植物油49-71体积份、消沫剂1.4-4体积份、硫酸镁1-6重量份，硫酸铵7-16重量份、硫酸铁0.04-0.2重量份、硫酸锰0.01-0.05重量份、硫酸锌0.01-0.05重量份、硫酸铜0.01-0.05重量份、碳酸钙4-11重量份；(3)将步骤(2)所的发酵液过滤。

实施例1、本发明7-ADCA的制备

1、取DAOC发酵液30L置于50L塑料桶中，在搅拌条件下，加入20％硫酸溶液至发酵液pH＝2.85，继续搅拌30min，后进行微滤(操作条件：T＜15℃、压力小于0.4Mpa)，根据通量下降情况及时补水，补水量为发酵液的3.9倍，得到透析液125L。将透析液进行超滤膜过滤(操作条件：T＜15℃、压力小于0.6Mpa)，当通量减少至起始通量的1/3时开始补水，补水量40，得到超滤滤液155L，最后将超滤滤液进行纳滤浓缩(操作条件：T＜15℃、压力小于0.6Mpa)，得到纳滤浓缩液，浓缩液体积、效价、纯度分别为55.6L、11071mg/L、98.49％。

2、将上述得到的纳滤浓缩液经过已串联的预处理树脂(LX-1180,西安蓝晓科技新材料股份有限公司)-吸附树脂(DM-700,艾美科健(中国)生物医药有限公司)上以0.5BV/h的流速进行吸附，预处理树脂用量为2.5L，吸附树脂用量为15L。待吸附结束后用纯化水以0.5BV/h的流速进行水洗，水洗量为6BV，水洗结束时瞬时样中杂质DCPC效价和纯度分别为32mg/L和0.084％。后用4BV 0.4％碳酸氢钠溶液以0.5BV/h的流速进行解吸，收集高单位解吸液，解吸液体积、效价、纯度分别为32.9L、13140.89mg/L、98.67％。

将上述得到的解吸液以20BV/h的流速流过脱色树脂进行脱色，得到的脱色液体积和透光率分别为33L和95.8。脱色液再次进行纳滤浓缩，得到DAOC浓缩液,体积、效价、纯度分别为15.07L、27598mg/L、98.38％。

3、裂解：取酰化酶100g放入裂解反应器内，使用纯化水洗涤三次，后加入步骤2得到的DAOC浓缩液1.5L，效价为27g/L，在搅拌、温度在15～18℃条件下，开始滴加10％氨水，开始裂解，裂解过程pH控制范围为8.2～8.4，反应进行80分钟后停止反应，抽滤，裂解液，将裂解液降温至8～12℃，pH调节至7.21。

4、炭脱：将上一步得到的裂解液中加入3g活性炭，进行脱色30min，后用中性滤纸抽滤，滤液再次经过0.2um的有机膜过滤，收集滤液。

结晶：将脱色后的滤液转入烧杯内，搅拌降温，待温度到8℃时开始滴加10％盐酸，溶液出现微浑浊时，停止加酸进行养晶40分钟。然后继续缓慢流加盐酸至pH为5.35，然后搅拌下缓慢降温至3～6℃停止搅拌养晶3小时，抽滤，滤饼水洗2次，后丙酮洗涤2次，50℃干燥2h，得到7-ADCA成品。7-ADCA纯度达为99.59％，特征杂质D-7-ACA、DAOC的分别为0.091％、0.083％

实施例2、本发明7-ADCA的制备

步骤1参照实施例1。

2、将上述得到的纳滤浓缩液经过已串联的预处理树脂(LX-1180,西安蓝晓科技新材料股份有限公司)-吸附树脂(LX-18,西安蓝晓科技新材料股份有限公司)上以0.5BV/h的流速进行吸附，预处理树脂用量为2.5L，吸附树脂用量为15L。待吸附结束后用纯化水以0.5BV/h的流速进行水洗，水洗量为6BV，水洗结束时瞬时样中杂质DCPC效价和纯度分别为32mg/L和0.084％。后用4BV 0.4％碳酸氢钠溶液以0.5BV/h的流速进行解吸，收集高单位解吸液，解吸液体积、效价、纯度分别为32.4L、13310.23mg/L、98.69％。

将上述得到的解吸液以20BV/h的流速流过脱色树脂进行脱色，得到的脱色液体积和透光率分别为32.8L和95.6。脱色液再次进行纳滤浓缩，得到DAOC浓缩液,体积、效价、纯度分别为14.98L、27683mg/L、98.42％。

3、裂解：取酰化酶100g放入裂解反应器内，使用纯化水洗涤三次，后加入步骤2得到的DAOC浓缩液1.5L，效价为28g/L，在搅拌、温度在15～18℃条件下，开始滴加10％氨水，开始裂解，裂解过程pH控制范围为8.2～8.4，反应进行80分钟后停止反应，抽滤，裂解液，将裂解液降温至8～12℃，pH调节至7.21。

4、炭脱：将上一步得到的裂解液中加入3.5g活性炭，进行脱色30min，后用中性滤纸抽滤，滤液再次经过0.2um的有机膜过滤，收集滤液。

结晶：将脱色后的滤液转入烧杯内，搅拌降温，待温度到8℃时开始滴加10％盐酸，溶液出现微浑浊时，停止加酸进行养晶40分钟。然后继续缓慢流加盐酸至pH为5.32，然后搅拌下缓慢降温至3～6℃停止搅拌养晶3小时，抽滤，滤饼水洗2次，后丙酮洗涤2次，50℃干燥2h，得到7-ADCA成品。7-ADCA纯度达为99.61％，特征杂质D-7-ACA、DAOC的分别为0.085％、0.079％。

实施例3、本发明7-ADCA的制备

步骤1、2参照实施例1。

3、裂解：取酰化酶110g放入裂解反应器内，使用纯化水洗涤三次，后加入实施例1得到的DAOC浓缩液1.5L，效价为30g/L，在搅拌、温度在15～18℃条件下，开始滴加10％氨水，开始裂解，裂解过程pH控制范围为8.2～8.4，反应进行90分钟后停止反应，抽滤，裂解液，将裂解液降温至8～12℃，pH调节至7.25。

4、炭脱：将上一步得到的裂解液中加入4g活性炭，进行脱色30min，后用中性滤纸抽滤，滤液再次经过0.45um的有机膜过滤，收集滤液。

结晶：将脱色后的滤液转入烧杯内，搅拌降温，待温度到8℃时开始滴加滴加10％盐酸，溶液出现微浑浊时，停止加酸进行养晶40分钟。然后继续缓慢流加盐酸至pH为5.30，然后搅拌下缓慢降温至3～6℃停止搅拌养晶5小时，抽滤，滤饼水洗2次，后丙酮洗涤2次，55℃干燥2h，得到7-ADCA成品。7-ADCA纯度达为99.61％，特征杂质D-7-ACA、DAOC的分别为0.088％、0.093％。

上述实施例仅为本发明方案的部分代表性实施例，在发明过程中，发明人对制备方法参数进行了筛选，发现：

1、浓缩后的DAOC溶液效价为6000～18000mg/L内时，才可以做到较好的纯化效果，否则，效价低时会导致吸附量不够，吸附时间过长而导致有效成分降解，最终导致产品纯度降低现象。效价过高时，会出现树脂未能吸附完全DAOC，而DAOC会流出液一起溢出的现象，最终导致纯化阶段收率降低的现象。其中，尤其是当浓缩后效价在8000～15000mg/L范围内时，纯化过程效果达到最佳状态，有效的提高吸附树脂对DAOC的纯化作用，同时保证较好的收率；

2、脱色树脂用量为DAOC解吸液体积的0.1％～1％时，脱色树脂对DAOC浓缩液的脱色效果达到最佳效果，脱色树脂用量低于0.1％时，会发生因脱色树脂用量少，脱色时间过长而导致DAOC降解的现象，直接引起脱色阶段以及后续阶段甚至最终产品的纯度低和收率低的后果，脱色树脂用量高于1％时，虽然能达到较好的脱色效果，但是因树脂本身对DAOC有吸附作用而导致部分DAOC被脱色树脂吸附，影响脱色收率。

3、结晶的时候，超滤液的效价在10000～25000mg/L时,可以达到最佳的结晶效果，尤其是在12000～18000mg/L范围内时，结晶效果很明显，能达到高质量高纯的产品。效价低于12000mg/L或高于18000mg/L时，结晶后的母液效价基本上一样的。因此，效价低时，导致结晶收率低的结果，效价高时发生爆发结晶现象引起的杂质跟有效成分一起析晶的情况，从而导致产品质量降低的结果。

4、滤液在吸附树脂上的吸附量为树脂饱和吸附量的15％～90％。低于该范围时，导致解吸液浓度过低，需要进行浓缩后才能进行酶解、结晶，导致产品纯成本高、树脂利用率降低等后果。高于该范围时，导致降低树脂的纯化作用和加大解吸剂的使用量，最终影响产品纯度降低的后果。

5、步骤(1)的过滤温度低于30℃。高于该温度会导致DAOC的降解，直接影响产品的纯度和收率。

6、解吸剂的浓度0.1～1.5％。低于该范围时，导致解吸收率降低，高于该范围时，因解吸剂碱性物料过多，碱性偏高而导致DAOC的降低，影响产品的纯度和收率。

7、解吸剂加入量1.0～8.0BV。低于该范围时，未能解吸完全吸附在树脂上的DAOC，影响收率。高于该范围时，导致解吸液中DAOC浓度过低，需要对它进行浓缩后再进行后续工序。因此降低收率和质量以及增加成本。

实验例1、7-ADCA分子结构的确认

通过IR、13C-NMR、1H-NMR、COSY、HSQC、HMBC、MS对实施例2得到的产品7-ADCA进行了确证化学结构的研究，表1、2、3、4为各类光谱的归属。附图1-7为各类光谱谱图。7-ADCA结构式为：

表1 7-ADCA的H-NMR、C-NMR、COSY、HSQC谱数据和解析列表

备注：本品共有10个氢，但核磁共振谱中只给出了7个氢的峰，这是因为7-ADCA的溶解性不好，所以氨基氮上(2个)以及羧酸上的氢(1个)的信号没有好，因此，该图谱只给出了7个氢。

表2 7-ADCA核磁共振碳谱数据和解析列表

表3 7-ADCA的IR光谱测定数据

表4 7-ADCA的质谱谱图数据

备注：测定模式为正离子模式

尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，本领域技术人员将会理解。根据已经公开的所有教导，可以对那些细节进行各种修改和替换，这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

综上所述，本发明提供了一种高纯度的7-ADCA，7-ADCA的纯度达到99.5％以上、该产品的特征杂质D-7-ACA、DAOC的含量均小于0.1％。同时提供了上述高纯度7-ADCA的制备方法，通过该方法，前期得到DAOC的提取液中DAOC的纯度可以达到98.5％以上，而且DCPC含量可以控制在0.5％以下，从而进一步制得了本发明纯度高的7-ADCA产物。本方法简单有效，环境友好且安全可靠，具有优异的工业应用价值。