Разработка биокаталитической технологии производства 7-аминоцефалоспорановой кислоты

• Автор: Яхкинд, Михаил Ильич
• Шифр специальности: 03.01.06, 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 210 с. : ил.

Введение

Глава 1. Анализ существующих технологий получения 7АЦК

1.1. Химические способы получения 7АЦК

1.1.1. Гидролиз и подобные процессы

1.1.2. Реакция с нитрозилхлоридом

1.1.3. Реакция с тетрафторборатом трютилоксония

1.1.4. Реакция с пятихлористым фосфором

1.1.4.1. При защищенной боковой аминогруппе и обеих карбоксигруп пах

1.1.4.2. При силильиой защи те реакционноспособных групп

1.1.4.3. При защите карбоксигрупп смешанными ангидридами

1.1.5. Через 7тиоацилпроизиодные цефалоспорина С

1.1.6. Сопоставление химических способов получения 7АЦК
1.2. Энзиматические способы получения 7АЦК
1.2.1. Одностадийное энзиматическое дезацилирование цефалоспорина С
1.2.1.1. Поиск ферментов, способных дезацил ировать цсфалоспорин С
1.2.1.2. Цсфалоспорин Сацилаза . и се мутанты
1.2.1.3. Цсфалоспорин Сацилаза . 6 и се мутанты
1.2.1.4. Природные цефалоспорип Сацилазы других микроорганизмов
1.2.1.5. Условия проведения одностадийного энзиматического дезаци лирования цефалоспорина С и общая оценка цефалоспорин Сацилаз
1.2.1.6. Лучшие мутантные цефалоспорин Сацилазы
1.2.2. Окислительное дезаминирование цефалоспорина С первая ста
дия двухстадийного энзиматического дезацилирования
1.2.2.1. Действие оксидаз аминокислот на цефалоспорин С
1.2.2.2. Оксидаза аминокислот ii viii
1.2.2.3. Получение оксидазы аминокислот Т. viii при помощи рекомбинантных микроорганизмов
1.2.2.4. Оксидаза аминокислот iii
1.2.2.5. Необычные гибридные оксидазы амииокислот
1.2.2.6. Оксидазы аминокислот из других источников
1.2.2.7. Химический способ дезаминирования цефалоспорина С
1.2.2.8. Определение активности оксидаз аминокислот
1.2.2.9. Условия проведения окислительного дезаминирования цефа лоспорина С
1.2.3. Энзиматическое дезацилирование глутарил7АЦК вторая ста
дия двухстадийиого энзиматического дезацил и рования
1.2.3.1. Назначение глутарилацилаз
1.2.3.2. Глутарилацилазы . 1 и
1.2.3.3. Глутарилацилаза . 0
1.2.3.4. Глутарилацилаза ii 1
1.2.3.5. Глутарилацилазы других псевдомонад
1.2.3.6. Глутарилацилазы других микроорганизмов
1.2.3.7. Классификация цефалоспоринацилаз
1.2.3.8. Определение активности цефалоспоринацилаз
1.2.3.9. Условия проведения энзиматического дезацилирования глута рил7АЦК
1.2.4. Проведение обеих стадий трансформации цефалоспорина С в 7АЦК
1.2.4.1. Проведение окислительного дезаминирования цефалоспорина С и дезацилирования глутарил7АЦК в двух аппаратах
1.2.4.2. Проведение окислительного дезаминирования цефалоспорина С и дезацилирования глутарил7АЦК в одном аппарате
1.2.5. Сопоставление энзиматических способов получения 7АЦК
1.3. Сопоставление химического и энзиматического способов получе ния 7АЦК
1.4. Выводы по главе 1
1.5. Постановка задач исследования
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1. Исследуемые материалы
2.2. Контрольноаналитические методы
2.3 Химическая схема процесса
2.4. Условия проведения экспериментов
2.4.1. Методика лабораторного эксперимента
2.4.2. Методика опытнопромышленного эксперимента
2.4.3. Методика испытаний на пилотной установке
2.5. Кинетические расчеты
2.6. Выводы по главе 2
Глава 3. Результаты экспериментов и их обсуждение
3.1 Результаты экспериментов
3.1.1. Результаты лабораторных экспериментов
3.1.2. Результаты опытнопромышленных экспериментов
3.1.3. Результаты экспериментов на пилотной установке
3.2. Обсуждение результатов
3.2.1. Влияние начальной концентрации цсфалоспорина С на протека 0 ние процессов
3.2.2. Влияние на протекание процессов
3.2.3. Влияние температуры на протекание процессов
3.2.4. Влияние абсолютного давления кислорода на стадии окисления
на протекание процессов
3.3. Изучение кинетики энзиматических процессов
3.3.1. Кинетика процесса окисления
3.3.2. Кинетика процесса дезацилирования
3.4. Выбор условий осаждения 7Л ЦК
3.5. Выводы по главе 3
Глава 4. Сравнительный анализ химической и энзиматической техноло
гий получения 7АЦК, в том числе по воздействию на окружающую среду
4.1. Сравнительный анализ химической и энзиматической технологий 3 получения 7АЦК
4.2. Сопоставление техногенной нагрузки на атмосферу, гидросферу и 5 литосферу
4.3. Выводы по главе 4
Основные результаты и выводы
Литера тура .
Приложение. Акт апробации технологии
Введение
Актуальность


Уже в этих, самых первых работах отмечено, что 7АЦК может быть полупродуктом для получения полусинтетических цефалоспоринов. И хотя данный метод получения 7АЦК, несомненно, можно было использовать только в лабораторных целях, тем не менее, он включен в ранние патенты ,, посвященные синтезу этих соединений. Кислотный гидролиз также возможен и для сложных эфиров Ызамещенных производных цефалоспорина С XVI , . X шренбутоксикарбонил, фенилацетил и др. XIII
лучают обычными способами. И С. К алкил, аллил, фенил и некоторые другие, X 0 или 8. Эти соединения получаю взаимодействием цефалоспорина С с соответствующими изоцианатами ЫО0 или изотиоцианатами КМС8. При гидролизе сложных эфиров XVI происходит как дезацилирование, так и отщепление сложноэфирной защиты. Процесс проводили в присутствии хлористоводородной кислоты в метаноле и других низших спиртах. Получали 7АЦК также с очень низким выходом, поскольку в значительном количестве образуются побочные продукты сложные эфиры 7АЦК XVII, лактоны XIII и XIV. Позже был предложен способ получения 7АЦК внутримолекулярным аминолизом сложных эфиров цефалоспорина С без защиты боковой аминогруппы XVI, Ъ Н в хлористом метилене в безводных или почти безводных условиях, в качестве катализаторов использовали бензойную, уксусную кислоты, ацетат пиридиния. Концентрация исходного продукта составляла не более 1 , процесс длился несколько дней. По его окончании сложноэфирную защиту снимали подходящим способом в зависимости от защитной группы. Этот процесс давал 7АЦК с выходом около . Из этого следует вывод, что невозможно получить 7АЦК из цефалоспорина С или его производных с приемлемым выходом при помощи гидролиза или подобных простых процессов вне зависимости от защиты реакционноспособных групп. В последующем был разработан ряд методов получения 7АЦК с использованием различных активных химических агентов. Первый такой метод, предложенный в г. США , , , включает реакцию цефалоспорина С И с нитрозилхлоридом 1 в полярных орган ических растворителях. При этом нтрозилхлорид взаимодействует с боковой амиио1руппой, образуя промежуточное соединение XVIII, которое самопроизвольно трансформируется в циклическое соединение иминолактон XIX с выделением азота рис. Процесс протекает при температуре около С в течение 5 минут. С, естественно, в данную реакцию не вступают. После отгонки растворителя при добавлении воды иминолактон разлагается с образованием 7АЦК XII. При использовании в качестве растворителя муравьиной кислоты выход составляет , при использовании уксусной около 7 , для других растворителей выход еще ниже. Вместо нитрозилхлорида можно использовать другие нитрозирующие вещества, а также бромсукцинимид, бензолдиазоиий хлорид и некоторые другие соединения , однако нитрозил хлорид является наиболее предпочтительным реагентом. Его также получают i i из алкилнитрита и хлористого водорода . Вместо муравьиной кислоты можно использовать ее смесь с нитрометаном, ацетонитрилом, хлористым метиленом и некоторыми другими органическими растворителями . Для разложения иминолактопа, кроме воды, применяют метанол и другие низшие спирты , при этом процесс можно проводить без отгонки растворителя. Использование таких условий проведения реакции позволяет увеличить выход до . XVIII
Рис. Выход также увеличивает добавление, после окончания реакции, веществ, разлагающих избыток нитрозилхлорида сульфамата аммония тиомочевины, гидразина и некоторых других соединений с 2и ЫНКНггруппами , а также 2,2диметоксипропана или метилформиата . Осаждение 7АЦК из водного или спиртового раствора можно осуществлять не водными растворами щелочей, а этилеиоксидом или 1,2пропиленоксидом . Метод дезацилирования с использованием нитрозилхлорида не требует защиты реакционноспособных групп, процесс можно проводить без выделения промежуточных продуктов, при этом получают целевой продукт с приемлемым выходом. Этот метод был первым, примененным в промышленности . Его основным недостатком, повидимому, является использование нитрозилхлорида, весьма рсакционноспособного и токсичного газа. Позже этот метод был вы теснен другими химическими методами, описанными ниже.