1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 培南关键中间体 F-9 的制备研究 所在学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 摘 要 培南是 碳青霉烯类抗生素药物，具有抗菌谱广，抗菌活性强等特点。 本文对培南中间体进行合成，设计出了一条可行 的合成路线，并按此路线成功合成目标产物。 本文用（ 3S,4S） -4-(1R)-1-羧乙基 -3-(1R)-1-(叔丁基二甲硅氧基 )乙基 杂氮环丁烷 -2-酮（ C）经缩合，脱保护，环合，烯醇化及酯化制得 (4R,5S,6S) -6-(1R)-1-羟基 -1-甲基 -2-苯基磷酰氧基碳青霉 -2-烯 -2-羧酸
2、对硝基苄酯（ G），各步收率依次为 80%， 77.2 %， 93.3%。 本论文合成的所有化合物均经谱学确证无误。 关键词 ：抗生素；培南中间体； 1-甲基碳青霉烯双环母核；合成 Adstract II The synthesis of penem intermediate F-9 Abstract Penem is carbapenem and applied widely due to their high activity against bacteria and broad antibacterial spectrum In this paper， a synthetic route
3、 of penem intermediate was designed according to the conventional analysis Eventually， it was synthesized successfully by via of the designed route The important intermediate of 1-Methylcarbapenems (4R,5S,6S)-3-(Diphenyl- oxy)phosphoryloxy-6-(1R)-1-hydroxyethyl-4-methyl-7-oxo-1-azabicyclo3,2,0hept-2
4、-ene-2-carboxylate（ G） , was synthesized from (3S,4S)-4-(R)-1-carboxy-ethyl -3-(R)-1-(t-butyldimethylsilyloxy)ethyl-2-azetidinone (C) by condensation, deprotection, cyclization, enolization and then esterification. Compund (3) was obtained from salicylamide and cycclohexanone by acylation, condensat
5、ion with (3S,4R)-4-Acetoxy-3-(R)-1-(tert-butyldimethylsilyloxy)ethylazetidin-2-one (A), the yield was 80%， 77.2 %， 93.3%, respectively. All the compounds were identified by NMR and other methods Key Words: bicyclic nucleus; penem intermediate; 1-Methylcarbapenems; synthesis 1 绪论 1 目 录 摘 要 . I Abstra
6、ct .II 目 录 . 1 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 碳青霉烯类抗生素 . 2 1.2.1 构效关系 . 2 1.2.2 药理作用 . 3 1.2.3 存在的问题 . 3 1.3 产品特点 . 3 1.4 市场现状 . 4 1.5 1-甲基碳青霉烯双环母核 . 7 1.5.1 分子内卡宾插入反应 . 7 1.5.2 分子内 Dieckmann 缩合反应 . 9 1.6 选题依据 . 10 2 实验部分 . 12 2.1 实验所用试剂 . 13 2.2 实验仪器 . 13 2.3 培南中间体的合成 . 13 2.3.1 4-BMA-3 的制备 . 13 2.3.2 4-BMA
7、 的制备 . 14 2.3.3 缩合物的制备 . 14 2.3.4 叠氮化物的制备 . 14 3 结果与讨论 . 15 3.1 3-(2R)-2-(3S， 4R)-1-叔丁基二甲基硅氧乙基 氮杂环丁 -2-酮 -4-基 丙酰 螺 2,3-二氢 -4H-1,3-苯并噁嗪 -2,1-环己酮 -4-酮 (B) 的表征 . 15 3.2 (4R,5S,6S) -6-(1R)-1-羟基 -1-甲基 -2-苯基磷酰氧基碳青霉 -2-烯 -2-羧酸对硝基苄酯（ G） 的表征 . 16 4 结论 . 18 参考文献 . 19 致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 1 绪论 1.1 引言 抗生素（ Ant
8、ibiotics)是生物在其生命过程中产生 (或并用化学、生物或生化方法所衍生的 )，在低浓度下能选择性的抑制或杀灭它种生物机能的化学物质。随着抗生素的广泛应用，细菌的耐药性问题日趋严重，尤其是院内感染菌中的多重耐药菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA)及耐多种抗生素肺炎球菌等的急速增多，给临床抗感染治疗带来新的挑战。 1928年， A.Remming(弗莱明， 1881-1955，英国 )在培养葡萄球菌时，发现从空气中落到培养基上的一种青霉菌能抑制其周围的葡萄球菌生长。他进一步研究发现青霉菌分泌一种抗菌物质，能抑制葡萄球菌生长，于是把它命名为青霉素 l. 碳青霉烯类抗生素 (Carbap
9、enems)2的开发应用，可望成为难治性重症感染的一线治疗药物。据统计，全球医院抗生素市场每年超过 80亿美元，其中碳青霉烯类抗生素的市场价值接近 10亿美元。由于市场对 安全、高效、广谱抗生素用于重症感染以及耐药菌感染的需求，碳青霉烯类抗生素越来越成为抗感染药物的开发热点。 碳青霉烯类抗生素的化学结构中均具有 -内酞胺环，但与青霉素类有两点不同：青霉素类噻唑环中 C-2和 C-3间单键变为不饱和键， 1位上硫原子被碳原子所取代（环的编号，青霉烷中硫原子为 1号，碳青霉烯中氮原子为 1号），得到碳青霉烯类。 该类药物抗菌谱广 (几乎包括了所有临床上常见的病原菌 )，抗菌作用强，对-内酞胺酶稳定
10、，特别适用于多种细菌，尤其是需氧菌和厌氧菌混合感染。借鉴碳青霉烯类抗生素的构效关系，用反式经 乙基取代原来的酞胺基，既保持了青霉1 绪论 2 烯 -内酞胺环的反应性，又改善了稳定性，从而确立了青霉烯类抗生素的基础。 1.2 碳青霉烯类抗生素 1.2.1 构效关系 a. 碳青霉烯母核是由 -内酰胺环和二氢吡咯环并合而成如图 1-1所示，环的张力比较大，因而大大提高了伊内酰胺环的反应活性，使其具有更强的抗菌活性和更广的抗菌性，但化学稳定性较差 3。 图 1-1 b. 可以单独给药的美罗培南、比阿培南和厄他培南等 C-1位都具有 -甲基，提高了对 DHP-I稳定性。而 C-l位无取代的亚胺培南和帕尼
11、培南则需要与 DHP-I抑制剂联合用药。此外， C-1位的 -甲基还可增强抗菌活性。 c. 碳青霉烯的 6位都有羟乙基取代。根据 5位和 6位的立体化学，分为顺反两类，根据 8位手性碳立体化学的不同，存在差向异构体。研究表明，反式取代、绝对构型为 (6S 8R)的异构体抗菌活性最强，并且对 -内酰胺酶的稳定性最高、抑制作用最强。 d. C-2位是碳青霉烯类抗生素最重要的化学结构改造部分。硫霉素在此位置的硫乙胺结构片段提高了对铜绿假单胞菌的活性，但是其碱性又直接影响了药物的稳定性；同时 C-2位的碱性基团与神经毒性和肾毒性也有关，碱性越弱，其 毒性越低。美罗培南之后的品种均含带有不同取代基的吡咯
12、烷基硫醚侧链，以期改良药效学和药动学性质。 e. 结构中碱性的氨基基团可形成阳离子中心，使化合物易于通过革兰氏阴性菌细胞膜，使其抑制革兰氏阴性菌的能力提高。另外，如果将 C-3位基做成酯型前药，则可以口服给药，如氢吡培南。而厄他培南的苯甲酸钠盐结构片断，则可以改善药物的药动学性质，延长半衰期，成为长效的碳青霉烯类抗生素。 1 绪论 3 1.2.2 药理作用 碳青霉烯类抗生素的抗菌谱极广。与其他抗生素相比，碳青霉烯类最突出的抗菌与药理特点在于耐酶，对包括超广谱 -内酞胺酶 在内的钝化酶极为稳定，对产酶菌、多药耐药菌，特别是对耐药革兰阴性需氧菌具独特的抗菌作用，其作用优于其他 -内酞胺类抗生素，故
13、其临床适应症主要针对产酶菌、多药耐药的革兰阴性菌引起的严重感染、院内感染、混合感染和免疫缺陷者感染，如下呼吸道感染、腹腔感染、盆腔感染和败血症等 4。 1.2.3 存在的问题 a. 被 DHP-I分解是某些品种的缺点，如亚胺培南和某些新品种要与 DHP-I抑制剂联合使用。 b. 某些品种有中枢神经毒性，是由于与尹氨基丁酸 (GABA)受体结合所至，如亚胺培南治疗幼儿脑膜炎发生的痉挛等。 c. 绝大多数的碳青霉烯可被嗜麦芽假单胞菌 (Xanthomonas maltophilia)产生的 II-型氧亚胺头孢菌素酶 (Oxyiminocephalosporinases type II)破坏：某些菌
14、产生的金属内酰胺酶可产生耐药性。 d. 某些品种半衰期短，排泄快，重症用药次数多，使用不便。 1.3 产品特点 碳青霉烯 (Carbapenem)和青霉烯 (Penem)类抗生素合称为培南类药物 5-6。目前已上市的品种除多尼培南和泰比培南酯外，其余 6个品种均在国内上市，截至2010 年 4月， Pharmaproject 数据库显示的全球上市的碳青霉烯类抗生素列于表1-17。 表 1-1 国外已上市的培南类抗生素 1 绪论 4 1.4 市场现状 近些年来，碳青霉烯类（培南类）药物市场高速增长， 2008 年 全球市场销售额已经达到 25 亿美元，国内市场也已接近 3 亿美元，可见该品类国内
15、外市场增长非常迅速，再加上培南类在技术工艺具有一定门槛和附加值高，所以不断吸引着国内外大量企业给予高度关注。特别是随着青霉素、头孢类等传统抗生素药物中很难再找到更有 “ 亮点 ” 的新品种，因此大家都把目光转向了培南类，甚至寄望其未来成长为头孢类那样的规模品种。 培南类是迄今为止抗菌谱最广、抗菌活性较强的抗生素，因此扮演着抗临床重症感染最后一道防线的重要角色。近几年，由于耐药菌问题的严峻，使得该类药物在全球及国内的使用量迅速增长，并在全球已上市了亚胺培南 -西司他丁、帕尼培南 -倍他米隆、美罗培南、比阿培南、厄他培南和多尼培南这 6 只品种，另有多只品种或化合物在研发中。然而，培南类在临床上是
16、作为二线用药，政府对抗生素合理应用的指导原则和昂贵的价格也极大地限制了培南类使用数量上的扩张，这些因素都决定了该类药在短期内仍然是一类高附加值、小规模的 “ 贵族 ” 品种。但目前还有另外几种 因素又会推动培南类市场的加速发展：第一，按照临床上新的治疗概念 “ 早期恰当强有力的抗生素治疗，降阶梯，短疗程 ” ，培南类将会更多地用于一线治疗；第二，企业积极的市场营销所带来的 “ 高级 ” 抗生素的过度使用；第三，细菌耐药性日趋严重。这些都使相关生产企业对该市场前景抱有 “ 无限的期待 ” 。根据健康网综合统计1 绪论 5 和推算， 2008 年 中国市场培南类终端销售规模为 18.9 亿元（折合
17、 2.78 亿美元），占全球该类药近 30 亿美元总销售额的 9%；销售数量达 1243 万支左右；消耗原料 5 6 吨 /年，其中国产原料为 1.9 吨（其中美罗培南为 1.8 吨 ，亚胺培南为0.14 吨），占 36%。在原料出口市场， 2008 年中国培南主要三大产品 美罗培南、亚胺培南和中间体 4-AA，其原料出口量分别为 6 吨、 1.3 吨、 40 吨，推算占全球通用名药物市场原料需求量的 60%以上。 2009 年以来，国际市场需求继续增长，我国培南类原料及中间体的技术成本逐渐具备优势，特别是美罗培南在国际市场占有了较大的份额，具备了一定的价格话语权。从健康网进出口统计来看， 4
18、-AA 和美罗培南预计 2009 全年出口量将分别达到 50 吨和 8 吨，增长率在30%左右。培南类将继续按照自己的 “ 节奏 ” 快速且平稳增 长。 根据业内人士对成本和价格的预测，目前中国的产品已经迅速在占领印度等非规范市场，产品要进一步走向高端市场，关键还是工艺方面在杂质问题与原研厂的差距 8。 总体上，碳青霉烯类药物作为一个合成步骤繁杂、附加值高的新兴类别，在工艺、成本、质量提高方面，还有很多的潜力；特别是缩小与原研厂家在质量上的差距方面，是未来打开国际高端市场的瓶颈问题。 培南类药物如此炙手可热，一方面是其应用时日尚短，能有效解决头孢类抗生素耐药性问题，并且适用于全身各处的感染，不
19、良反应较少；另一方面，培南类药物的研发、生产与其他抗生素类 相比，技术壁垒更高，市场竞争相对较小。这两方面因素促使培南类药物成为抗感染药物中非常重要的一支新生力量，具有很大的市场潜力。 2009 年 1-8 月，全球碳青霉烯类（培南类） 9药物行业市场规模达到了 24.8亿美元，同比增长了 14.9%，我国碳青霉烯类（培南类）药物行业市场规模达到了 16.1 亿元，同比增长了 17.1%。 2008 年全球碳青霉烯类（培南类）药物行业市场规模达到了 30.5 亿美元，同比增加了 10.9%。我国碳青霉烯类（培南类）药物行业市场规模达到了 18.9 亿元，同比增加了 11.8%。目前亚洲市场已形
20、成 以日本、中国、印度和韩国为主的四大培南类原料药生产基地，而美国则为世界最大的培南类原料药生产国和出口国，欧洲的培南类原料药生产规模相对偏小。日本是全球最大的出口国；韩国、印度是亚洲主要的进口国（我国在两年前也是亚洲1 绪论 6 主要的进口国）。目前亚洲市场已形成以日本、中国、印度和韩国为主的四大培南类原料药生产基地，而美国则为世界最大的培南类原料药生产国和出口国，欧洲的培南类原料药生产规模相对偏小。日本是全球最大的 4AA 出口国；韩国、印度是亚洲主要的 4-AA 进口国（我国在两年前也是亚洲主要的 4AA 进口国）。由此看来，如果 我国今后要出口 4-AA 产品，主要的目标市场应为韩国和
21、印度，但前提是：国产 4-AA 必须具备与日本产品竞争的价格和质量优势。最近据国内媒体报道，我国一些科研单位独立开发的 4-AA 新合成工艺，生产成本仅为进口（日本） 4-AA 的 1/3。果真如此，相信我国产 4-AA 正式进军国际市场的日子不远了。 2009 年 1-8 月，我国碳青霉烯类（培南类）药物行业工业总产值达到了17.77 亿元，同比增长了 17.0%。 2008 年我国碳青霉烯类（培南类）药物行业工业总产值达到了 20.12 亿元，同比增加了 15.5%。 尽管培南类药物原研厂家 均为国外企业，但我国企业强大的仿制药生产能力，以及优势明显的原料药生产相互配合，使培南类药物本土化
22、趋势正在不断加强，联合份额很快由 2004年的 9.98%跃升至 2008年的 33.60%，增幅达到了 237%。即使是一直稳坐培南类药物市场头把交椅的默沙东公司，也在深圳海滨制药、浙江海正药业股份有限公司等国内厂家的不断进攻下，市场份额连年缩水。 尽管国家对抗生素的使用实行严格管理，但是随着新医改的实施，全民医保的逐渐实现，培南类药物的用药规模仍将扩大；此外，随着研发环境的成熟和企业开发力度的加大，培南类药物将 迎来新一轮上市高潮。这一切都将进一步促进培南类药物的快速发展 10。 在 2005-2009年间，医院使用药品大类按金额排序，全身用抗感染药物一直领先， 2007年全身用抗感染药物购药金额同比增长 31.09%。培南类药物作为一类较具前途的产品，目前正处于快速上升阶段，从 2005-2009年培南类医院购入金额的增幅始终高于同期医院购入药物总金额的增幅， 2006年增幅高于同期医院增幅近 10个百分点，培南类药物的市场亦在不断扩张，医院购药金额连年攀高，在抗感染类药物中的地位逐渐抬升，培南类占抗感染药比例由 2005年 的 3.34上升至 2009年的 5.07%。 从品种上看， 2006年以前进入全国 22大城市医院用药统计的培南类只有亚胺培南 +西司他丁 (复方 )、美罗培南、帕尼培南 +倍他米隆 (复方 )3个品种，且均为注
