Полусинтетический способ получения пенициллинов
В настоящее время большое значение имеет так называемый полусинтетический (биологический + химический) способ получения аналогов природного пенициллина, обладающих рядом ценных свойств. Исходным продуктомполучения аналогов природного пенициллина в синтезе служит 6-аминопенициллановая кислота
Кислоту получают в результате биосинтеза, при развитии штаммаплесени Penicillium chrysogenum, в специфических условиях его культивирования (при отсутствии предшественников в среде) или чаще путемферментативного дезацилирования бензилпенициллина с участием пенициллинацилазы. При этом образуется 6-АПК и фенилуксусная кислота.
Ацилированием аминогруппы 6-АПК получен ряд новых полусинтетических антибиотиков, которые кислотоустойчивы в желудке, неподвергаются деструкции в организме пенициллиназой, обладают болеешироким спектром действия:
Химический синтез природного бензилпенициллина был проведенв 1957 г. Дж. Шееном с сотрудниками, однако он был многостадиен, давал низкий выход бензилпенициллина и поэтому не нашел практического применения.
Таблица 1. Полусинтетические пенициллины
| Препараты | Медицинское название антибиотика |
| Пенициллиназоустойчивые препараты | Тропициллин Фенбициллин |
| Кислотоустойчивые препараты | Метициллин Оксациллин Ампициллин |
Получение цефалоспоринов
Цефалоспорины относятся к группе b-лактамных антибиотиков,близких по структуре к пенициллину. Основной продуцент этого антибиотика – гриб Cepholosporium acremonium.
|
|
|
Цефалоспорин подавляет развитие грамположительных и грамотрицательных бактерий, но антибиотическая активность гораздо ниже,чем у пенициллина. Структура b-лактамного кольца его также неустойчива, и гидролизуется ферментом цефалоспориназой.
Полусинтетические аналоги цефалоспорина
В последнее время методом смешанного (биологического и химического) синтеза получено большое число аналогов цефалоспорина.
Многие из этих соединений имеют важное практическое значение.
Основой полусинтеза цефалоспоринов служит 7-аминоцефалоспорановая кислота, которая получается в результате отщепления ацильного остатка от цефалоспорина С под действием ферментаацилазы. Модификация основного ядра цефалоспорина может происходить с двух сторон молекулы.
Химическим или биотехнологическим (ферментативным) путемможно отщепить правую ацетоксигруппу (–ОСОСН3) 7-аминоцефалоспорановой кислоты с образованием 7-аминодеацетоксицефалоспорановой кислоты и на ее основе синтезировать полусинтетические антибиотики, широко применяемые в медицинской практике.
В табл. 2 приведены некоторые медицинские препараты,полученные на основе полусинтетических цефалоспоринов.
|
|
|
Таблица 2. Полусинтетические цефалоспорины
| Медицинское название антибиотика | Цефалоридин, Цефокситин, Цефалексин Цефотаксим |
Получение стрептомицина
Ярко выраженной способностью вырабатывать антибиотическиевещества обладают, помимо плесеней и микробов, также и лучистыегрибки – актиномицеты, обычно обитающие в почве. Сравнительно быстрая гибель большинства патогенных микробов при попадании в почвутесно связана с явлением антагонизма актиномицетов и бактерий. Изучение этого явления привело к открытию в 1943 г. С. Ваксманом второго после пенициллина антибиотика – стрептомицина, устойчивого нетолько к грамположительным, но и к грамотрицательным, и кислотостойким бактериям.
В этом смысле он превосходит пенициллин, который почти не активен к последним двум группам возбудителей инфекции. Особенноважным свойством стрептомицина является его высокая активность квозбудителю туберкулеза.
В своей структуре стрептомицин содержит (а) N-метил-D-глюкозамин, (б) – стрептозу и (в) – стрептидин и является сильным органическим основанием. В практике применяют его соли с кислотами(соляной, серной и др.)
|
|
|
При культивировании стрептомицина в качестве источника энергии требуется быстро метаболизируемый сахар (например, глюкоза),который вводят в начале процесса. Однако скорость его ассимиляциидолжна быть строго ограничена количеством присутствующего азота ифосфата, что в противном случае приводит к чрезмерному росту мицелия и снижению выхода антибиотика. На практике азот вводится в видесложных соединений (фильтрат барды и остатки масличного семени),которые в течение длительного процесса ферментации медленно разлагаются, выделяя аммиачный азот, рН среды 7,0–8,0, температура ферментации ~28,5 оС. На стрептомицин не действует ни пенницилаза, нибольшинство микроорганизмов; если на более поздних стадиях процесса происходит инфицирование культуры, то образовавшийся стрептомицин не разрушается.
Типичные промышленные среды представляют смеси 2,5 %-й глюкозы, 4 %-й соевой муки с низким содержанием масла, 0,5 %-й барды и0,25 %-й поваренной соли; в некоторых случаях добавляют сухиедрожжи, мясные экстракты и кукурузный экстракт. В процессе ферментации могут использоваться масла и жирные кислоты (в качестве питательных компонентов либо в качестве пеногасителей). Процесс ферментации развивается так же, как и в случае производства пенициллина,причем образование стрептомицина в течение первых трех дней не происходит. За 6 дней концентрация стрептомицина достигает конечнойвеличины – 0,8 %.
|
|
|
Поскольку мицелий получается гораздо более мелкий, его нельзясобрать на волокнистом фильтре, поэтому для осветления субстрата используют кизельгур, в результате чего отфильтрованная масса делаетсяпригодной для скармливания скоту. Субстрат разделяют на ионообменной колонне.
Получение тетрациклинов
В 1948 г. из почвы был выделен новый вид актиномицета –Streptomyces aureofaciens, образующий антибиотики – хлортетрациклин, тетрациклин и другие вещества.
Как было найдено, эти антибиотики обладают широким антибиотическим действием в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, риккетсий, спирохет, хламидий и т. д. Их применяют всельском хозяйстве как стимуляторы роста животных и птиц.
Хлортетрациклинбыл первым из выделенных тетрациклинов. Взависимости от свойств штамма в качестве источника энергии могутбыть использованы различные углеводы, однако для промышленногопроизводства представляют интерес лишь сахароза, крахмал и глюкоза.
Максимальные выходы антибиотика достигаются в результате ограничения содержания неорганического азота в среде и заменой его сложными веществами биологического происхождения (мукой масличныхсемян, арахисом, копрой – ядром кокосового ореха). В среду во многихслучаях добавляют кровяную муку, рыбную муку и гидролизованныйказеин. В ограниченных концентрациях используют кукурузный экстракт и барду при определенном содержании фосфатов. Содержаниефосфатов является важным фактором, поскольку пока весь неорганический фосфат полностью не будет преобразован в нуклеиновые кислотыи другие продукты обмена, образование тетрациклина не происходит.
Также в среде необходимо присутствие катионов микроэлементов (Со,Сu, Zn, Mn, Fe). Примерный состав питательных сред: крахмал (зерно вперемолотом и набухшем состоянии) 2–5 %, сахароза (в виде сахара илисвекольной патоки) 1–3 %, мука из масличного семени (отходы с низким содержанием жиров, арахис или соя) 1–3 %, мясные отходы (кровяная или мясная мука) 0,2–0,5 %, кукурузный экстракт 0,2– 1,0 %, аммониевые соли 0,1–0,5 %, известь 0,5 %, поваренная соль 0,1–0,5 %, солимикроэлементов.
Для ферментации желательно применять ферментаторы, изготовленные из нержавеющей стали или другого стойкого материала. В течение четырех дней, пока длится процесс, среда должна аэрироваться.
Окончательное значение выхода продукта приближается к 1 %. Препарат может быть осажден добавлением извести до рН 8,8. Затем он отфильтровывается на фильтр-прессе, экстрагируется разбавленной кислотой и очищается посредством фракционного осаждения: после перекристаллизации можно получить продукт, достигающий 98 % чистоты.
Окситетрациклинбыл впервые изготовлен в 1950 г. при культивировании актиномицета Streptomyces rimosus. Среда и условия ферментации подобны используемым при производстве хлортетрациклина, за темисключением, что в качестве источника азота могут быть использованынитраты и кукурузный экстракт.
Окситетрациклин образует нерастворимый комплекс с солями четвертичного аммониевого основания, и этот комплекс может быть легкоотделен от субстрата, после чего его размягчают соляной кислотой и затем кристаллизуют в виде соли уксусной кислоты. Как и другие тетрациклины, этот препарат выпускается главным образом в виде таблетокили суспензии.
Тетрациклинбыл получен после хлортетрациклина и окситетрациклина, причем почти одновременно как путем направленной ферментации с помощью отобранных штаммов Streptomyces aureofaciens в условиях низкого содержания хлоридов в питательной среде, так и путемкаталитического восстановления хлортетрациклина.
В методе направленной ферментации используется ряд организмов,в том числе и Streptomyces vicidifaciens, при этом полученный штамм вадекватной среде может обеспечить большие выходы тетрациклина илиравные количества хлортетрациклина и тетрациклина пропорциональноколичеству присутствующих ионов хлора. В случаях, когда необходимоизбежать образования хлортетрациклина, содержание хлорида в средене должно превышать 17 ч./млн. Если необходимо использовать в качестве основных компонентов субстрата сложные биологические вещества, то в условиях промышленного производства для контроля уровняхлоридов имеются два способа:
1) удалять большую часть хлорида, пропуская компоненты, такие,как сахар-сырец и кукурузный экстракт через ионообменные смолы.Этот метод вполне эффективен, если применяется к разбавленным растворам;
2) вводить в среду вещества, замедляющие утилизацию хлорида,например, бромиды. Оказалось, что при концентрациях от 10 до 350ч./млн., ионы брома практически подавляют образование хлортетрациклина, даже в присутствии ионов хлора в концентрациях 1500 ч./млн. Напрактике применяют бромистый натрий (5 %).
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 856; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!