吉他霉素的衍生化半合成 毕业论文.docx

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1、摘 要吉他霉素属于十六元大环内酯类抗生素之一,其抗菌谱类似于红霉素,它对动物无肝脏毒性,其毒副反应极其轻微, 在临床上倍受重视, 是一种低毒有效的抗感染药物。虽然吉他霉素具有较强的抗菌功能,但是吉他霉素强烈的苦涩味道影响混合饲料的口感,使得难于入口,牲畜拒绝食用,而且,容易受胃酸的酸性环境的影响,引起反胃及呕吐,减少禽畜的采食量,降低生物利用率。此外碱性吉他霉素可以与胃液中的盐酸产生反应,不能全部到达肠道,导致吉他霉素的药效和纯生物利用度下降。为了克服上述缺点,对吉他霉素进行结构上的修饰,改变其口感和稳定性。用羧甲基纤维素作为载体,在DCC作为催化剂的条件把吉他霉素固载在羧甲基纤维素上,成功的

2、获得吉他霉素与羧甲基纤维素的复合物。试验结果表明:吉他霉素结构固载后,其抗菌功能仍然保留,而且克服了吉他霉素强烈苦味和强烈刺激性等严重影响食欲的缺点,并且在胃液中的稳定性相对提高,所有药品可以顺利达到肠道,发挥抗菌作用。修饰后的吉他霉素,在内部吸收代谢方面也有较大的变化(例如,延长药物作用时间,药物作用加强的具体位置,改善代谢吸收,等等)。这项实验的数据提为今后的生产和研究供了一些参考的东西,具有一定的理论价值。 关键词:吉他霉素 羧甲基纤维素 酯化 复合物目 录1 前 言11.1 抗生素11.1.1 抗生素的定义11.1.2 抗生素的发展史11.1.3 抗生素的使用现状21.1.4抗生素的分

3、类31.1.5抗生素的作用机制31.1.6大环内酯类抗生素41.2 吉他霉素的简介41.2.1 物理性质51.2.2 药理作用51.3 吉他霉素的衍生化半合成61.3.1 吉他霉素的酯化61.3.1.1 酰胺化的作用61.3.1.2 反应原理71.4 吉他霉素的酯化的研究前景及本文的研究意义。72 实验部分72.1 实验仪器与试剂72.1.1 实验仪器72.1.2 实验试剂82.2合成路线82.3 合成装置图82.4 吉他霉素的固载化83. 结果与分析93.1 吉他霉素的液质联用谱图93.2 吉他霉素各主要成分的分子量103.3 吉他霉素固载复合物的红外光谱图114. 结果讨论114.1 固载

4、稳定性分析114.2 味觉测试114.4 生物活性114.5 生物效价125 结论12致 谢13参 考 文 献14英文摘要16III1 前 言1.1 抗生素1.1.1 抗生素的定义抗生素是指青霉素,链霉素等一类化学物质的总称,是人类控制,治疗感染性疾病的,保障身体健康及用来防治动植物病害的重要化学药物。抗生素是生物(包括微生物,植物和动物)在其生命活动过程中所产生的(或由其他方法获得的),能在低微浓度下有选择性的抑制或英雄他种生物机能的有机物质。习惯上将那些由微生物产生的,极微量的即具有选择性地抑制其他微生物或肿瘤细胞增殖的天然有机化合物称为抗生素。1.1.2 抗生素的发展史1929年,弗莱明

5、(A.Flem-ing)在英国圣玛利医学院细菌学实验室工作。在查看因放暑假而放置一旁的培养皿时,他发现被霉菌污染的葡萄球菌菌落受到拮抗和溶解,这一偶然现象引起他的注意。后来,弗莱明对此进行了深入的研究。最终,他从霉菌的培养液中获得了一种活性物质,因这种霉菌是青霉属的一种,所以他就将其命名为“青霉素(盘尼西林)”。弗莱明将他的实验结果写成论文寄给英国实验医学杂志,但当时并没有引起科学家们的兴趣。第二次世界大战的爆发,客观上为感染性疾病的防治提出了急迫的需求。在弗莱明发现青霉素10年以后的1940年,弗洛利(Florey)和钱恩(Chain)在弗莱明发现的基础上,发明了可供人体注射用的青霉素。他们

6、的研究计划受到美国洛克菲勒基金会的支持。第一个青霉素的试用者是一位警员,他在刮脸时刮破了嘴角而发生感染,伤口越来越大,以至于满脸肿胀,发热,血液中毒,医生已经不指望他能再活下去,只好用新发现的青霉素试一试。结果在用药后病情突然好转,体温降到正常。连续用药两天后,剩下的青霉素已经不多,他们就从病人的尿液中回收少量的青霉素,这样一直坚持到第五天只好停止注射,结果这个警员因病情复发而死亡。青霉素的研究工作结果发表在1940和1941年的柳叶刀杂志上。1943年12月,美国外科开始用青霉素治疗战争中的创伤。1944年,在诺曼底入侵时期,青霉素大量地被英美军队用于治疗战役中的伤病员。1945年,弗莱明、

7、弗洛利和钱恩分享了诺贝尔医学与生理学奖。1944年,Waksman分离出链霉素,令人们兴奋的是这种抗生素对结核杆菌有很强的抵抗作用,而结核病当时被认为是绝症。此后,氯霉素(1947年)、新霉素(1949年)、土霉素(1950年)、红霉素(1952年)、四环素(1953年)相继被发现。国产青霉素于1953年在上海试制成功。1959年-1961年以后,出现了大量的半合成头孢菌素(先锋霉素),其新品种不断出现,临床疗效也最为突出。80年代后期,人工合成的喹诺酮类抗菌药物(如吡哌酸、氟哌酸、氧氟沙星、环丙沙星等)迅速发展并广泛用于临床各种感染。随着新型抗生素的不断出现,细菌对抗生素的耐药性也不断升级,

8、日益成为临床治疗中的难题。1.1.3 抗生素的使用现状 临床上基本每一个科室,每一个专业的医生都在使用抗生素。我们平常的很多疾病也确实属于感染性疾病,如普通的感冒,上呼吸道的感染,泌尿道的感染,皮肤的感染,但他们引起的感染原是不同的,上呼吸道80-90是病毒感染,而泌尿道的是细菌感染。如果是病毒感染我们要用抗病毒的抗生素,如果是细菌感染就要用抗细菌的抗生素。在医院里抗生素的使用占总量的30-50。其中一部分是需要使用的,另外一部分属于不合理使用。除了医院,老百姓的家里都会有抗生素存在,药店里的很大一部分也是抗生素。在我国抗生素的使用是非常广泛的,其中肯定有很多不合理之处,这就需要进行严格的、科

9、学的指导管理。欧美发达国家抗生素的使用量大致占到所有药品的10左右。而我国最低的医院是占到30,基层医院可能高达50。究其原因有以下几方面:第一,由于处于社会初步发展阶段,国家的研究能力、原创能力不强,药品以仿制为主,众多的药厂都在生产抗生素。第二,同一种抗生素有上百家的药厂家生产,这样市场销售就可能存在恶性竞争,这种竞争会导致抗生素不合理使用的情况出现。第三,医学发展专业分工越来越细,每个医生都有自己专业方面的问题,抗生素是常用药专业性不如本专业那么强,这样就会存在误用或者滥用的情况。第四,患者和患者家属习惯性服用抗生素治病。比如感冒,大家可能习惯性在药店买一些感冒药,同时加一点抗生素来使用

10、。实际上抗生素在这个时候是没有用处的,是浪费也是滥用。第五,我们国家药品规定方面的问题,很早以前就分了处方药和非处方药,抗生素应该属于处方药,但在药品销售过程中并非如此。第六,抗生素在畜牧业的大量使用。我们经常会听到我国出口的食物被检测出一些抗生素的残留而拒绝在海关之外的报道。环境中的细菌早已接受过抗生素,产生耐药性了,人体如果再获得耐药菌的感染治疗就比较困难。这不光是我们国家的问题,也是个全球性的问题。抗生素的不规范使用,一个方面是引起细菌耐药,增加治疗成本。第二个方面,抗生素也是药物,会引起很多的不良反应。我国药物不良反应监测中心的记录显示,我们国家的药物不良反应三分之一是由抗生素引起的,

11、所以抗生素的合理使用是迫在眉睫需要解决的问题。国家食品药品监督管理局已下发了关于开展抗菌药物合理使用的宣传活动的通知,号召民众不要自买抗菌药,在医生的指导下合理使用抗菌药。不要盲目地自己购买抗生素使用。这样才能促进我们国家抗生素的合理使用,避免药物的不良反应,细菌耐药的不断加剧。1.1.4抗生素的分类(1)、-内酰胺类青霉素类和头孢菌素类,其分子结构中含有-内酰胺环。(2)、基糖甙类:包括链霉素、庆大霉素、卡那霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素、新霉素、核糖霉素、小诺霉素、阿斯霉素等。(3)、四环素类:包括四环素、土霉素、金霉素及强力霉素等。 (4)、氯霉素类:包括氯霉素、甲砜霉素等。 (5)、大环

12、内脂类:临床常用的有红霉素、白霉素、无味红霉素、乙酰螺旋霉素、麦迪霉素、交沙霉素等。 (6)、作用于G+细菌的其它抗生素,如林可霉素、氯林可霉素、万古霉素、杆菌肽等。 (7)、作用于G菌的其它抗生素,如多粘菌素、磷霉素、卷霉素、环丝氨酸、利福平等。 (8)、抗真菌抗生素:如灰黄霉素。 (9)、抗肿瘤抗生素:如丝裂霉素、放线菌素D、博莱霉素、阿霉素等。(10)、具有免疫抑制作用的抗生素如环孢霉素。1.1.5抗生素的作用机制已知抗生素的作用主要有4种机制:(1)、抑制细胞壁的形成,导致细菌细胞破裂死亡,如青霉素类和头孢菌素类,哺乳动物的细胞没有细胞壁,不受这些药物的影响。 (2)、影响细胞膜的功能

13、,如制霉菌素与真菌细胞膜中的类固醇结合,破坏细胞膜的结构。(3)、干扰蛋白质的合成,通过抑制生物蛋白酶的合成来抑制微生物生长的抗生素较多,如四环素类和氯霉素、链霉素等。(4)、阻碍核酸的合成,主要通过抑制DNA或RNA的合成,抑制微生物的生长,例如利福霉素、博莱霉素等。1.1.6大环内酯类抗生素近年来开发的新品种有罗红霉素、克拉霉素、阿奇霉素、乙酰麦迪霉素、罗他霉素等,在药效学、药动学特性以及不良反应等方面较沿用品种均有所改进。新品种特点是对胃酸的稳定性增加,生物利用度高,血药浓度和组织浓度增高,半衰期延长,每日的给药剂量及给药次数减少,胃肠道等不良反应也明显减轻,临床适应证有所扩大。当前研究

14、主要动向是继续利用化学与生物学等方法修饰结构,以期改善耐药性并研究开发抗菌以外的应用。(1)泰利霉素:为第一个临床应用的酮内酯,与核糖体有两个以上结合点,对耐药革兰阳性球菌作用显著增加,对大环内酯耐药菌尤其肺炎链球菌有很强作用,对酸稳定,在上下呼吸道组织内有较高的药物浓度,T1/21014h,血清蛋白结合率70%,大部分经肝脏代谢,尿中排除率约15%,口服生物利用度57%,适用于社区呼吸道感染(800mg/d)。(2)赛霉素:性能与泰利霉素相似,对大环内酯敏感与耐药的肺炎链球菌、化脓性链球菌有良好作用,对流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、奈瑟菌属、李斯特菌、葡萄球菌、肺炎支原体、衣原体、军团菌、幽门螺

15、杆菌与革兰阳性厌氧菌亦有较好作用,对鸟分枝杆菌有中度作用,对MRS、耐万古霉素与红霉素的肠球菌作用较差。T1/23.66.7h,血清蛋白结合率90%,预期疗效与泰利霉素相似。1.2 吉他霉素的简介吉他霉素,英文名:Kitasamycin,别名有柱晶白霉素、白霉素、北里霉素。吉他霉素属大环内酯类抗生素之一,是由北里链霉素菌产生的多组分的十六元大环内酯类抗生素,它由内酯环、碳霉氨基糖和碳霉糖等三部分组成。随着不同菌种和生化条件的改变而得到不同的衍生物,主要由 A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7 等组成,其中A1 和A5的抗菌活性最强1。吉他霉素的抗菌谱与红霉素相似, 对人体无肝脏毒性,其毒副

16、反应轻微, 在临床上倍受重视, 是一种低毒有效的抗感染药物。分子式:C3742H6169NO1415 ,它们的结构(如图1所示)非常相似,主要区别在R1和R2。 图 1吉他霉素A1: R1=H R2=COCH2CH(CH3) 2吉他霉素A2: R1= COCH3 R2=COCH2CH(CH3) 2吉他霉素A3: R1= COCH3 R2=COCH2CH2 CH3吉他霉素A4: R1=H R2=COCH2CH 2 CH3吉他霉素A5: R1= COCH3 R2=COCH2CH3吉他霉素A6: R1=H R2=COCH2CH3吉他霉素A7: R1=COCH3 R2=COCH3吉他霉素A8: R1=

17、H R2=COCH3吉他霉素A9: R1=COCH3 R2=H吉他霉素A10: R1=H R2=H1.2.1 物理性质吉他霉素的盐为白色或淡黄色结晶性粉末,无臭,味苦,微有引温性。易溶于水,甲醇可乙醇,几乎不溶于乙醚, 氯仿。最大紫外吸收光值在229nm和231nm上。1.2.2 药理作用吉他霉素属16元大环内酯类抗生素,具有吸收快、血药浓度高、1/2长、组织分布广等优点。国外已广泛应用于治疗敏感病原体所致的各种轻、中型细菌感染性疾病。吉他霉素主要用于革兰氏阳性菌引起的感染性疾病,尤其适用于耐青霉素致病菌的感染和对青霉素过敏的患者3。口服对呼吸道感染,局部感染有较好的疗效。抗菌性能与红霉素近似

18、,对革兰阳性菌,如葡萄球菌、化脓性链球菌、绿色链球菌、肺炎链球菌、破伤风杆菌、白喉杆菌等有较强的抑制作用。对革兰阴性菌,如淋球菌、百日咳杆菌等革兰阴性菌也有相当的抑制作用。此外,对支原体、钩端螺旋体、立克次体有抑制作用。作为农业部允许在饲料中长期添加的唯一大环内酯类抗生素,吉他霉素近来在养殖业中的应用变得广泛起来。它具有较广的抗菌谱,对大多数革兰阳性菌, 如链球菌、肺炎球菌、耐药葡萄球菌、李斯特氏菌有较强抗菌作用, 对一些革兰阴性菌, 如嗜血杆菌、布鲁氏菌、巴氏杆菌及支原体、立克次氏体和螺旋体也有效。吉他霉素内服吸收良好,2内即达血药峰浓度, 广泛分布于主要脏器, 在肝、肺、肾和肌肉中浓度较高

19、。小剂量添加使用时有较明显的促生长作用。吉他霉素主要作用于细菌细胞核糖蛋白体50s亚单位,阻碍细菌蛋白质合成,属于生长期抑制剂。吉他霉素在肠道吸收快,其排出速度也较快,且残留量很低,因而在欧美和日本等国常作为饲料添加剂使用,具有促进动物生长,提高饲料转化效率,防治呼吸道疾病和肠道疾病的功效,是我国农业部饲料药物添加剂使用规范类药物中允许使用的大环内酯类抗生素。1.3 吉他霉素的衍生化半合成1.3.1 吉他霉素的酯化1.3.1.1 酰胺化的作用通过酯化反应修饰,不仅可以影响药物的理化性质(如克服刺激性、苦味、异味、增强水溶性、增大稳定性等), 而且对药物在体内的吸收代谢等也有影响(如延长作用时间

20、、增强特定部位的药效、改善吸收代谢等)。因此,酰胺化反应是寻找新药和改造现有药的重要途径之一。1.3.1.2 反应原理吉他霉素含有多个羟基,是造成其苦味的主要原因,因此利用酯化反应的机理,参照由水杨酸合成阿斯匹林的方法,在一定的条件下吉他霉素与羧甲基纤维素反应生成酯类复合物。反应式如下:1.4 吉他霉素的酯化的研究前景及本文的研究意义。因为吉他霉素存在三大缺点:一是味苦,对胃部有刺激,直接影响到动物采食,添加过量会引起动物不良反应,如反胃、呕吐和拒食。二是呈碱性,在PH小于5.5 时活性会明显下降,因此在通过动物胃部酸性环境时,必然会大量降解而失活。为了避免吉他霉素的强苦味以及对胃的刺激,同时

21、避免其在胃部酸性环境中降解,提高生物利用度,我们可以对其进行结构改造,如乙酰化1 。三是药物浓度较大是对胃刺激性大,会是动物出现拉肚子情况,因此该药物通常不适应于乳猪使用。但通过固载化,可是药物按一定浓度缓慢释放,而达到降低胃刺激性的目的。2 实验部分2.1 实验仪器与试剂2.1.1 实验仪器常用仪器:磁力搅拌器、旋转蒸发仪,圆底烧瓶、分液漏斗、电子天平、温度计、磨口三颈烧瓶(250ml)等。分析仪器:LCQdeca液质连用仪 美国Finnigan 公司2.1.2 实验试剂吉他霉素 吉他霉素原粉的生物效价为1500UI/mg羧甲基纤维素 分析纯 天津市大茂化学试剂厂DCC 分析纯 天津市大茂化

22、学试剂厂乙酸乙酯 分析纯 天津市大茂化学试剂厂无水硫酸钠 分析纯 天津市大茂化学试剂厂DCC2.2 合成路线 吉他霉素 + 羧甲基纤维素 酯化复合物2.3 合成装置图图2 反应装置图2.4 吉他霉素的固载化将10克羧甲基纤维素和1克吉他霉素溶解于50ml乙酸乙酯中,并加入250毫升的圆底烧瓶中,然后将1克DCC溶解于适量乙酸乙酯后,缓慢滴入反应物内,常温下搅拌反应4h。放置过夜之后,减压抽虑,固体有分别用10mL乙酸乙酯、10mL乙醇、10mL蒸馏水洗涤。固体产物真空干燥,得到浅黄色固体复合物10.7克。3. 结果与分析3.1 吉他霉素的液质联用谱图图3 吉他霉素HPLC-APCI-MS 图4

23、 吉他霉素HPLC-ESI-MS 3.2吉他霉素各主要成分的分子量(如表1)表1 吉他霉素各主要成分的分子量 化合物R1R2 分子量 C35H57NO13R1R2R+db A1H COCH2CH(CH3)2785C40H67NO14 8 A2 COCH3COCH2CH(CH3)2827C42H69NO159 A3COCH3COCH2CH2CH3813C41H67NO159 A4HCOCH2CH2CH3771C39H65NO148 A5COCH3COCH2CH3799C40H65NO159 A6HCOCH2CH3757C38H63NO148 A7COCH3COCH3785C39H63NO159

24、A8HCOCH3743C37H61NO148A9COCH3H743C37H61NO148A10H H701C35H59NO1373.3 吉他霉素固载复合物的红外光谱图在红外光谱图中可以看到复合物中存在羟基的吸收,在1673cm-1附件存在了羰基的吸收。图5吉他霉素的红外光谱图4. 结果讨论4.1 固载稳定性分析 对固载的后的复合物用乙酸乙酯浸泡30分钟后,抽虑,滤液旋转蒸发后未能得到吉他霉素,说明吉他霉素均以通过酯化形式固载到羧甲基纤维素固体上。4.2 味觉测试吉他霉素由于原来带有较多的羟基,造成其带有苦味及刺激性,使得难于入口,而且,容易受胃酸的酸性环境的影响,引起反胃及呕吐,减少禽畜的采食

25、量,降低生物利用率。从而,不能大量应用于预防和治疗禽畜由于革兰氏阳性菌引起的感染性疾病。但是酯化反应后的吉他霉素由于羟基的酯化,从而使得吉他霉素的苦味明显消失。改善了口感,方便了禽畜的食用。4.4 生物活性固载后的吉他霉素,不受胃酸的酸性环境的破坏,有效成分可以全部准确到达肠道发挥作用,从而保持原吉他霉素的生物活性。并且,吉他霉素固载后,药物在体内的吸收代谢等也有改变(如延长药物作用时间、增强特定部位的药效、改善吸收代谢等)。具体的临床药理效用还待进一步测试。4.5 生物效价吉他霉素的生物效价是1500,而且,乙酰吉他霉素的生物效价为130。固载化后吉他霉素的含量约是10,通过计算,吉他霉素大

26、概可以产生1300效价。因此,固载化后的吉他霉素仍保持其原先的抗菌活性。5 结论由吉他霉素在羧甲基纤维素为酯化试剂、DCC为催化剂条件下,可顺利得到目标产物羧甲基纤维素与吉他霉素的复合物。实验结果测定表明:酯化后的吉他霉素基本保持原吉他霉素的抗菌活性,同时消除了原吉他霉素的苦涩口感以及强烈的刺激性,减少了吉他霉素在胃部与酸的中和,增加了到达肠道抗菌的药量,提高了生物利用度。本实验的完成,为以后的学习研究提供了一些参考数据,有一定的理论和实际价值。致 谢本实验是在张耀谋副教授的悉心指导和帮助下完成的,从选题,资料的收集,到具体的实验方法的细节、实验过程中问题的解决和论文的撰写和修改,都渗透着张老

27、师的心血。张老师都给予了我很大的帮助,我从中也学到了许多治学的道理与科研的方法。在此,我向张耀谋老师表示衷心的感谢。还有范惠萍在实验中也给予了我无私的帮助,谨此感谢。参 考 文 献1 李梦云, 陈代文, 李梅等. 不同加工工艺吉他霉素制剂对仔猪促生的研究 .饲料工业. 2004,25(10):40422 倪孟祥, 顾觉奋, 吴梧桐等. 柱晶白霉素发酵工艺的代谢调控研究. 中国药科大学学报. 2000, 31(6):4664693 郭福有 马 杰 . 饲用抗生素的研究与应用进展. 饲料工业. 2007,28(10):154 湛取鼎,王其南,余登高等. 抗生素. 1987,(12):3563595

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32、n belongs to the macrolide antibiotics in the Large Loop of 16 yuan mouldly , its antibiotic spectrum is similar to erythromycin. It does not have toxicity to human liver, And its poisonous side reaction is slight, Much importance in clinical practice.So it is a kind of low toxicity effective resist

33、ing and infecting medicines. Though the Kitasamycin usually has stronger antibiotic function, but the strong bitter flavor of Kitasamycin can influence the mouthfeel of the mixed feed,Makes difficult the entrance, livestock refuse to eat. Moreover,susceptible to the acidic gastric environment, the i

34、mpact of causing nausea and vomiting, reduced feed intake of livestock to reduce the bioavailability. In addition alkaline kitasamycin with hydrochloric acid in gastric juice have a reaction, not all reach the intestinal tract, resulting in kitasamycin pure efficacy and decreased bioavailability. In

35、 order to overcome the above shortcoming, Kitasamycin carried out on the modified structure, To change its taste and stability. Kitasamycin with carboxymethyl cellulose with DCC as a catalyst in the esterification reaction conditions,can successfully access kitasamycin carboxymethyl cellulose and th

36、e complex. Acetyl modify Kitasamycin after structure, antibiotic function its keep still,Kitasamycin and overcome a strong irritant, such as bitter taste and a strong appetite shortcomings seriously affected,Test results show that: Kitasamycin structure after immobilization ,still retains its antimi

37、crobial function, but also overcome the strong kitasamycin strong irritant, such as bitter and serious impact on the shortcomings of appetite, and the relative stability in gastric juice increased, all drugs can be successfully achieved the gut play a role in anti-bacterial,After the mould plain ace

38、tyl of Kitasamycin, change too in such aspects as internal absorption supersession (for instance, lengthen medicine function time , drug effect strengthening the specific position , improving the supersession of absorbing ,etc.). This experiment has offered the data of some reference for the thing that the production for the future is studied, have certain theory value.Key words:Kitasamycin Carboxymethyl cellulose Esterification Complex16

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