PENICILINE DE SEMISINTEZA

Deoarece majoritatea penicilinelor de biosinteza sunt inactivate usor de penicilinaza, au

labilitate termica mare si nu actioneaza asupra microorganismelor gram-negative, s-a pus

problema obtinerii unor produse ce nu prezinta aceste dezavantaje. Penicilinele ideale ar trebui sa

prezinte:

– spectru antibacterian larg

– stabilitate in mediu acid

– stabilitate la penicilinaza.

Produse ideale nu s-au obtinut, dar dupa obtinerea ac. 6–aminopenicilanic (6 AP) au fost

obtinute peniciline de semisinteza, care satisfac doua din conditiile impuse. Numarul mare de

Peniciline de seminteza, cunoscute pana in prezent, a impus clasificarea lor care se poate face:

a) dupa structura chimica

– metil monosubstituite

– metil disubstituite

– metil trisubstituite

– α, β - nesaturate

– aril, – heterociclic –, cicloalchilpeniciline

b) dupa rezistenta in mediu acid si la penicilinaza penicilinele de semisinteza se clasifica

in patru grupe:

– rezistente la acizi

– rezistente la penicilinaza

– rezistente la ac. si penicilinaza

– cu spectru larg

Caracteristicile principalelor peniciline de semisinteza

1

Denumire Structura radicalului R Stabilitate

la

pH

Rezistente la

penicilinaza

Activ. asupra germ.

gram negativi

Propicilinia

(Brocilin)

+ + -

Ampicilina + - +

Amoxicilina

(Amoxil)

+ - +

Oxacilina + + -

Sulfocilin - + +

Fenxacilina

(Fenxapen)

+ + -

Meticilina - + -

Metode de obtinere a penicilinelor de semisinteza

Metodologia genarala se bazeaza pe acilarea acidului 6–aminopenicilianic (ac–6–AP) cu

a) cloruri acide – metoda cea mai simpla; se realizeaza in prezenta de NaHCO3 si a

trietilaminei, in solv. org,. mediu apos sau amestec apa–acetona.

2

PNH2+ClCOR P-NHCOR+NaCl+H2O+CO2

In locul clorurii acide se pot utiliza bromuri acide, anhidride ciclice sau aromatice.

b) arihidride mixte – se foloseste in cazul in care clorura acida se obtine greu sau nu se

poate obtine. Anh. mixte se obtin din acizi carboxilici tratati cu clorocarbonat de Et sau i–Bu, in

prezenta aminelor tertiare:

RCOOH + ClCO-O-C2H5 R-COO-CO- C2H5

P-NH-CO-R

c) acizi carboxilici – in prezenta N, N’ – diciclohexilcarbodiimidei

in doua trepte:

Costul si puritatea penicilinelor de semisinteza sunt determinate in mare parte de calitatea

acidului 6–aminopenicilanic.

Pentru obtinerea A–6–AP se cunosc doua procedee:

1. hidroliza enzimatica a benzilpenicilinei si

2. hidroliza chimica a benzilpenicilinei.

Hidroliza cu enzime imobilizate pare a fi cel mai avantajos procedeu – aplicarea practica

este conditionata de costul enzimei, de cheltuielile tehnologiei de imobilizare, de timpul de

injumatatire a activitatii enzimei, de randamentul, si calitatea acidului 6–AP obtinut.

Hidroliza enzimatica se realizeaza fie cu masa microbiana obtinuta de la culturile de

Escheridria coli sau Nocardia, fie cu enzima de penicilnamidaza imobilizata pe diferite suporturi.

Hidroliza cu Escherichia coli se realizeaza in etape:

I. obtinerea masei microbiene de E. coli prin fermentatii biochimice si separarea de

lichidul de cultura.

II. scindarea enzimatica a penicilinei cu E. coli si separarea solutiei apoase de A–6–AP.

3

N(C2H5)2

NaHCO3

+P-NH2

-C2H5-OH-CO2

III. conc. sol. apoase, cristalizare si purificare.

1. Et. de biosinteza a masei microbiene se realizeaza prin fermentatie in trei etape (inoculator, intermediar,

regim).

Faza Temp. 0C

pH Presiune,

ata

Aeratie,

l aer/l med,min

Agitare,

rot/min

Conc.

masei,

mg/l

Timp, h

inoculator 30±1 8 1,8 1 210 3,05 18-20

intermediar 30±1 8 1,5 1 140 3,1 18-20

regim 30±1 8 1,5 1-1,2 110 4,1 20

Masa microbiana separata prin centrifugare, sub forma de crema este suspendata in sol.

apoasa de penicilina. Scindarea penicilinei are loc la 30–35°C timp de 4 h, dupa care masa

microbiana se separa prin centrifugare si se recircula. Din solutia apoasa se extrage in AcBu la

pH 2–2,5 penicilina nereactionata, iar dupa conc. stratului apos cristalizeaza ac. 6–AP.

Procedeele mai noi utilizeaza enzima penicilininamidaza imobilizata prin legaturi

covalente pe: dextran, polimetacrilat, triacetat de celuloza, prin includere in gel de poliacrilamide,

absorbtie pe bentonite

Tehnologia penicilinelor de semisinteza

Marea majoritate a penicilinelor de semisinteza se obtin printr-o tehnologie comuna,

diferentele care apar se refera la componenta de acilare si solventul utilizat in faza de obtinere a

ac. 6–AP.

Tehnologia cuprinde trei etape:

– obtinerea clorurilor acide

– condensare cu ac. 6–AP

– separarea, cristalizarea si purificarea penicilinei de semisinteza.

Clorurarea ac. org. se realizeaza fie in solv. (C6H6, C2H4Cl.2 (C2H5)O2 CHCl.3) fie in

absenta lor, folosind drept agent de clorurare SOCl2, POCl3 sau PCl5. Se prefera clorura de tionil

(SOCl.2) deoarece produsii secundari, SO2 si HCl, fiind gaze se elimina usor.

Reactia cu SOCl2 se realizeaza fie in prezenta acceptorilor de HCl fie in absenta lor.

In prezenta acceptorilor de HCl, reactia are un mecanism SN2

4

RCOOH+SOCl2 +Py R-COOSOCl+[PyH+]Cl-

iar in absenta bazei reactia decurge dupa un mecanism SN1:

Indiferent de procedeul de clorurare adoptat, procesele se realizeaza in instalatii standard,

in care se obtin toate penicilinele si cefalosporinele de semisinteza.

5

1. reactor clorurare 7. reactor condensare 12. decantor2. vas masurare SOCl2 8. vas masurare RCOCl 13. turn uscare3. vas masurare solv. 9. vas masurare (C2H5)3N 14. vas pp4. condensator 10.vas masurare apa 15. filtru nuce5. rezervor SOCl2 11. vas masurare AcBu 16. uscator6. rezervor clorura acida

6

RCOOH

APA CH3COOK

Ac 6AP

NaHCO3

APA TOLUENN(C2H5)3ACETONA/CH2Cl2SOLVENTSOCl2

16

4

1

92 3

5

6

8 10 11

7

1214

15

13

Pentru obtinerea clorurii acide se incarca in reactor acidul organic apoi se dozeaza SOCl2

si solventul, dupa care amestecul se incalzeste la temperatura de reflux a solv. sau a SOCl 2.

Durata etapei de clorurare depinde de modul de realizare: in solv. org. 2,5–3 ore – in exces de

SOCl2: 1,2–1,5 ore. Dupa terminarea reactiei se distila solventul si SOCl2, la presiune normala,

apoi sub vid se distila clorura acida. Daca se urmareste obtinerea clorurii unui aminoacid, atunci

are loc intai o clorhidratare a gr. NH2, dupa care se realizeaza clorurarea in solvent in sistemul

eterogen L–S, iar clorura acida se separa prin filtrare. In toate cazurile clorura acida se dizolva in

acetona sau diclormetan si trece la condensare cu ac. 6AP. Condensarea are loc in reactor in care

se introduce solvent adecvat si ac. 6AP, se agita pana la omogenizare apoi se adauga N(C2H5)3

pentru protejarea gr. COOH din ac. 6–AP si NaHCO3 pentru legarea HCl degajat din reactie.

Materia obtinuta se raceste la –15°C, dupa care se adauga in portiuni solide de clorura acida

dizolvata in acetona.

Condensarea are loc la t=–15°C timp de 1, 5 ore, iar perfectarea reactiei la 0–20°C timp

de 0,5–0,6 ore (30–35’). Dupa terminarea reactiei, masa obtinuta se raceste si se aciduleaza la pH

= 2–2,5 pentru eliberarea penicilinei acid care se extrage cu AcBu. Stratul asig. ce contine

Penicilina, se readuce in reactorul de condensare, se spala cu apa si se supune din nou sep.

fazelor.

Faza organica se usuca pe Na2SO4 anh., dupa care se trateaza cu CH3COONa sau K pentru

separare Penicilinei , care se filtreaza, se usuca cu aer cald, la 50–60°C.

7

CEFALOSPORINE

Cefalosporina este un antibiotic produs de Cephalosporus acremonium, inrudit

structural cu penicilina, rezistenta in mediu acid, activ asupra gerrmenilor gram-pozitivi si

gram-negativi. Analogia structurala dintre penicilina si cefalosporina C a sugerat ideea

obtinerii de cefalosporine de semisinteza.

ciclu tiazolidinic ciclu dihidrotiazinic

Cefalosporinele sunt antibiotice β–lactamice, ce contin in structura lor un ciclu lactamic,

destul de labil la atac nucleofil sau electrofil, precum si un ciclu dihidrotiazinic substituit. In

functie de natura substituentilor din catena laterala si ciclul dihidrotiazinic, variaza si

spectrul antibacterian. Dintre cefalosporinele cunoscute, act. biologica de seama au numai

derivatii de semisinteza si sinteza.

Cefalosporinele de semisinteza sunt substante albe, cu absorbtie cracteristica. in UV la

260 nm, sensibili la atac nucleofil cu desfacerea ciclului -lactamic si apoi degradari succesive in

pozitiile 3,4 si 7. Sunt relativ stabili in mediu acid, cand este afectat numai substituentul. din

pozitia 3.

Structura generala:

8

Exemple: R1 R2

Cefalexin

Cefapirin

Ceparin

Cefazolin

Cefacetil

Cefaloglicina

Tehnologia obtinerii cefalosporinelor

S-au studiat urmatoarele procedee:

a) procedeul de biosinteza se foloseste. numai pentru obtinerea Cefalosporiniei C prin

cultivarea pe un mediu adecvat a unui mutant de Cephalosporum acremonium. Tehnologia este

similara penicilinei. Procedeul prezinta importanta deoarece ofera sursa de Cefalosporina C, din

9

care prin hidroliza se obtine ac. 7 aminocefalosporanic (ac. 7 ACA) care prin acilare conduce la

cefalosporine de semisinteza.

b) procedeul de transformare a penicilinelor in cefalosporine este putin industrializata

deocamdata datorita randamentelor scazute, costul proc.esului fiind ridicat.

c) procedee de sinteza ch. – sinteza pleaca de la tiazolidina substituita, care sufera o serie

de transformari (condensare, oxidare, deshidratare, reducere, aductare, acilare, reducere,

hidroliza). Sinteza chimica confirma structura determinata prin degradari. Prin sinteza chimica a

fost posibila obtinerea unor structuri neaccesibile prin alte metode.

d) procedeul de semisinteza – constand din acilarea acidului 7 aminocefalosporanic (7–

ACA) – constituie metoda cea mai accesibila. Tehnologia este similara obtinerii penicilinelor de

semisinteza.

Acidul 7–ACA se obtine prin scinderea cefalosporinei C cu ac. acetic anhidru, cu ac.

azotos in mediu de acid acetic – apa si prin intermediul iminoesterilor. Ultimul procedeu este

aplicat industrial. Scindarea enzimatica a cefalosporinei nu ofera deocamdata posibilitatea

industrializarii datorita randamentelor foarte mici si a tehnnologiei foarte scumpe.

10

11