Фармацевтическая химия - Кульбах В.О.
Скачать (прямая ссылка):
Сложный процесс получения пенициллина состоит из двух основных этапов (см. схему): а) процесс ферментации и б) выделение пенициллина из
729
культуральной жидкости и его очистка. Важное значение имеет также селекционный подбор высокопроизводительных штаммов плесени, подготовка питательной среды и различных вспомогательных материалов, а также упаковка и хранение препарата.
Процесс ферментации осуществляют глубинным способом в ферментаторах емкостью до 50 м3 при интенсивном перемешивании и аэрации (в стерильных условиях). Культуру высевают в питательную среду в виде специально подготовленной суспензии предварительно пророщенных спор. Оптимальными условиями процесса ферментации являются: температура 23—24°, pH среды 6—6,5, степень аэрации — 1 л воздуха на 1 л среды в 1 мин и продолжительность около 70 ч.
Схема получения пенициллина
Подготовка проращенных спор Penicillium chrysogenum Подготовка питательной среды и ее стерилизация Подготовка стерильного воздуха для аэрации
I
Процесс выращивания инокулюма
Процесс выращивания посевного материала 1
Процесс ферментации
Фильтрование
1
Мицелий
I
Нативный раствор
1
Подкисление (Пенициллин в виде кислоты, pH 6—6,5)
i
Двухступенчатая экстракция бутилацетатом при pH 2,0 Бутил ацетатный экстракт
Очистка методом адсорбции
I
Двухступенчатая экстракция водным буферным раствором при pH 7,0
Водный раствор Na — соли пенициллина Добавление н-бутанола
1
Раствор Na — соли пенициллина в водном бутаиоле
1
Отгонка азеотропной смеси в вакууме при 40°.
Взвесь Na — соли пенициллина 1
Кристаллизация при охлаждении Na — соли пенициллина
I
Фильтрация
I
Na — соль пенициллина
В качестве питательной среды применяют различные источники азота: нитрат натрия — 0,6%, кукурузный экстракт — 4%; источники углерода: лактозу 3—5%, глюкозу 1—2%, и минеральные соли: кислый фосфат калия (КН2Р04) —0,15 %, сульфат или лучше тиосульфат натрия 0,2—0,3°о, сульфат магния — 0,05%, мел — 0,5—0,8%, сульфат цинка — следы. Вместо кукурузного экстракта также применяют муку из хлопковых семян,
730
арахиса или мясные гидролизаты. Выход пенициллина значительно повышается при добавлении к питательной среде 0,2—0,3% фенилуксусной кислоты или фенилацетамида.
В связи с тем, что ферментационная среда при аэрации сильно вспенивается, применяют пеногасители — кашалотовый жир, кукурузное или оливковое масла — 0,2—0,5%, ненасыщенные жирные кислоты (олеиновую, линолевую, линоленовую и др.). их сложные эфиры, а также различные поверхностно-активные вещества.
Предложен также непрерывный метод ферментации, при котором культуральную жидкость непрерывно удаляют из первого ферментатора и ферментацию медленно завершают во втором при пониженной аэрации; метод приводит к пенициллину высокого качества.
По окончании процесса ферментации от культуральной жидкости отделяют мицелий и охлажденный до 0—5 нативный раствор после подкисле-ния разбавленной соляной (или иной) кислотой до рН2 экстрагируют бутила-цетатом в двухступенчатой установке с рециркуляцией извлекателя; при этом пенициллин переходит из водного раствора в органический растворитель.
Из бутил ацетатного экстракта пенициллина последний извлекают в двухступенчатой установке с рециркуляцией водным раствором гидрокарбоната натрия в виде соли.
Удобным приемом очистки натриевой соли пенициллина является растворение ее в водонасыщенном н. бутаноле с последующим удалением воды в виде азеотропной смеси в вакууме при температуре не выше 40°. При охлаждении из раствора выпадает соль пенициллина. Для получения высушенной соли пенициллина раствор предварительно фильтруют через асбестовые фильтры, обрабатывают активированным углем или диатомитом для освобождения от пирогенных веществ и пропускают через бактериальные фильтры. Удаление воды из раствора пенициллина осуществляют при — —20, —30° и остаточном давлении 0,1—0,2 мм\ при этом происходит сублимация льда (лиофильная сушка) и получается препарат с влажностью, не превышающей 5%.
СТРОЕНИЕ ПЕНИЦИЛЛИНА
Для изучения строения пенициллина использованы различные методы. Наиболее важным для установления строения бензилпенициллина (I) служил гидролиз кислотами и щелочами. При кислотном гидролизе были выделены пеницилламин (II) и пениллоальдегид (III), образующийся в результате декарбоксилирования пенальдиновой кислоты (IV);
S Кислотный снзч CeH5CH2CONH-j Х(СН3)2 гидролиз t /С—снсоон
°=-N-соон сн* NHi
1 II
/О
НС<С<Н | xCOOH; R=CeH5CH2-~
NHCOR
IV
или иной радикал, который у различных пенициллинов различен. Пеницилламин образуется независимо от типа исходного пенициллина. При вза-
/°
С\
I ХН
CH2NHCOR
III
имодействии его с фенилизоцианатом (V) образуется VI, который при каталитическом восстановлении водородом превращается в фенилуреид d-валина (VII), что позволило приписать пеницилламину строение типа d-валина (VIII) или р, Р-диметил-й-цистеина:
СН СН3
II + СиН5КСО -? Х;С-—СНСООН JH_L >СНСНСООН
СН/ I I Ni-Al СН3Х I
SH NHCONHCeHs NHCONHC6H5
V VI VII
СНЗЧ
>снснсоон сн/
nh2
VIII
Кроме того, строение пеницилламина (II) подтверждено различными синтезами. Например, при конденсации этилового эфира а-нитро- Р,Р-ди-метилакриловой кислоты (IX) с тиоуксусной кислотой образуется этиловый эфир а-нитро-p, р-диметил- p-ацетилмеркаптопропионовой кислоты (X), который при восстановлении превращают одновременно в N-ацетилпени-цилламин (XI) и в этиловый эфир 2,5,5-триметил-2-тиазолин-4-карбоновой кислоты (XII); из последнего при действии бромистоводородной кислоты в присутствии пиридина образуется пеницилламин (II):
