2020-04-12
2138
Фармацевтический анализ группы пенициллинов
Структурной основой лекарственных веществ природных и полусинтетических пенициллинов является 6-аминопенициллановая кислота, которая включает конденсированные тиазолидиновый (A) и лактамный (B) циклы:
Лактамный цикл впервые обнаружен в природных пенициллинах и отличается большой лабильностью к воздействию различных факторов.
Специфичность биологической активности пенициллинов прежде всего обусловлена наличием в молекуле тиазолидинового и b-лактамного циклов. Расщепление одного из них приводит к полной потере активности. Важная роль в сохранении антибактериальной активности принадлежит также пространственной конфигурации молекул пенициллинов. Характер группировок, присоединенных к гетероциклической системе в положениях 2 и 3, не оказывает заметного влияния на биологическую активность. Различную химическую структуру может иметь радикал, замещающий атом водорода в аминогруппе, которая присоединена к лактамному циклу в положении 6. Это позволило получить ряд высокоактивных полусинтетических аналогов более устойчивых, чем природный пенициллин.
Пенициллин получают путем микробиологического синтеза. Отобранные для этой цели в результате селекции промышленные штаммы плесени выделяют более 3 мг/мл бензилпенициллина за 90–120 ч ферментации, что в сотни раз больше, чем удавалось получать пенициллина из природных штаммов. В состав питательной среды обычно входит 1–4% кукурузного экстракта, 3–5% лактозы, 1–2% глюкозы, 0,2–0,5% животного или растительного жира, небольшие количества минеральных солей. Обязательным компонентом является предшественник, химическая структура которого сходна с соответствующим данному антибиотику радикалу в положении 6. В частности, при производстве бензилпенициллина предшественником служит фенилуксусная кислота или ее производные; для биосинтеза феноксиметилпенициллина — феноксиуксусная кислота и т.д.
Исследование биосинтеза пенициллина с помощью меченых соединений позволило установить, что формирование молекулы осуществляется за счет содержащихся в питательной среде аминокислот (цистеина, валина) и соответствующих предшественников. Схема биосинтеза молекулы бензилпенициллина заключается в следующем:
Процесс биосинтеза пенициллинов происходит в асептических условиях при непрерывной аэрации воздухом, температуре около 24°C, рH 6,0–6,5 и должен сопровождаться постоянным перемешиванием. Наличие жира в питательной среде оказывает пеногасящее действие и одновременно стимулирует процесс биосинтеза пенициллинов.
Выделение пенициллина из культуральной жидкости осуществляют фильтрованием или центрифугированием. Вначале мицелий и нерастворимые минеральные соли отделяют от культуральной жидкости. Очистку культуральной жидкости и выделение из нее пенициллина последовательно проводят способом замены растворителя (табл. 72.1).
72.1. Схема очистки способом замены растворителя
| Растворитель | рH | Форма пенициллина |
| Культуральная жидкость (растворитель — вода) | 6,0–6,5 | Пенициллин-кислота и балластные вещества |
| Амилацетат или бутилацетат | 6,0–6,5 | Экстракт пенициллина-кислоты и балластные вещества |
| Буферный раствор (гидрокарбоната натрия) | 7,0 | Водный раствор натриевой соли пенициллина с примесью балластных веществ |
| Хлороформ и раствор хлороводородной кислоты | 2,0 | Экстракт пенициллина-кислоты |
| Буферный раствор (гидрокарбоната натрия) | 7,0 | Водный раствор натриевой соли пенициллина, свободный от балластных веществ |
Отделяют пенициллины друг от друга различными способами: адсорбционной хроматографией (на активированном угле или оксиде алюминия); распределительной хроматографией (на силикагеле) или противоточным распределением. Воду из растворов удаляют при температуре от –20 до –30°C и глубоком вакууме (лиофильная сушка) или пользуясь распылительной сушилкой, что позволяет предотвратить разложение. Кристаллические соли высокой степени чистоты получают перекристаллизацией из органических растворителей.
Особенно широко для очистки пенициллинов применяют ионообменную сорбцию. Суть метода состоит в том, что водные растворы антибиотиков пропускают через колонки с ионообменными смолами (катионитами или анионитами). В зависимости от химических свойств антибиотика и вида ионита на нем будут сорбироваться либо антибиотик, либо содержащиеся в растворе примеси. Подбирая соответствующие условия сорбции, достигают высокой степени очистки.
Применяемые в настоящее время природные пенициллины продуцируют P enicillium chrysogenum, P. notatum или родственные микроорганизмы. Этими же микроорганизмами продуцируется феноксиметилпенициллин, представляющий собой (6 R)-6(2-феноксиацетамидо)-пенициллановую кислоту.
Пенициллины за счет наличия в молекуле карбоксильной группы являются кислотами, представляющими собой кристаллические вещества, очень гигроскопичные и легко инактивирующиеся. Инактивация происходит под действием кислот, щелочей и других факторов вследствие гидролиза очень лабильного b-лактамного цикла с потерей биологической активности в результате образования неактивной пенициллоиновой кислоты:
Природный бензилпенициллин применяют в виде натриевой, калиевой и других солей. Созданные на его основе многочисленные лекарственные формы отличаются наиболее высокой химиотерапевтической эффективностью и наименьшей токсичностью. Однако b-лактамный цикл бензилпенициллина легко разрушается под действием фермента пенициллиназы (b-лактамазы), продуцируемой многими микроорганизмами. Кроме того, многолетнее его применение привело к широкому распространению резистентных микробов. Эти обстоятельства послужили предпосылкой создания полусинтетических пенициллинов.
Решение такой сложной проблемы стало возможным после выделения в 1957 г. 6- аминопенициллановой кислоты (6-АПК), являющейся «ядром» пенициллина. Получают 6-АПК из бензилпенициллина (или других пенициллинов), воздействуя ферментом пенициллинацилазой, продуцируемым бактериями. Реже используют химические методы расщепления пенициллинов до 6-АПК. Процесс происходит по схеме:
Извлекают 6-АПК из водного гидролизата экстракцией или с помощью ионообменной хроматографии.
Таким образом, первая стадия производства полусинтетических пенициллинов состоит из биосинтеза 6-АПК. На второй стадии осуществляется ацилирование амина в молекуле 6-АПК соответствующей кислотой или ее хлорангидридом.
На основе 6-АПК синтезировано большое количество (более 20 тысяч) полусинтетических пенициллинов, представляющих собой ацильные производные. В качестве ацилирующих агентов используют хлорангидриды карбоновых кислот:
Биологические свойства полусинтетических пенициллинов зависят от характера заместителя в положении 6. Некоторые из синтезированных полусинтетических пенициллинов, сохраняя высокую эффективность и низкую токсичность бензилпенициллина, приобрели новые качества, например, повышение устойчивости и расширение спектра действия. Устойчивость к b-лактамазам обеспечивают заместители, создающие стерические препятствия разрыву b-лактамного цикла. Поэтому синтетические пенициллины с аминогруппой и карбоксилом в боковой цепи (в положении 6), как правило, обладают более широким спектром антибактериального действия, чем природные пенициллины. В результате разработаны и внедрены в производство такие полусинтетические пенициллины, как оксациллин, ампициллин, карбенициллин, амоксициллин, диклоксациллин, карфециллин и др.
Общая формула природных и полусинтетических пенициллинов:
В настоящее время из многочисленных известных природных пенициллинов медицинское применение имеет натриевая, калиевая, новокаиновая соли бензилпенициллина, бензатинбензилпенициллин (N, N ’-дибензилэтилендиаминовая соль бензилпенициллина) и феноксиметилпенициллин. Полусинтетические пенициллины характеризуются наличием в молекуле ароматического или гетероциклического радикала. Из них наиболее широко применяют ампициллин, оксациллин, карбенициллина динатриевую соль, амоксициллин (табл. 72.2).
