Книги, научные публикации
Pages: | 1 | 2 | -- [ Страница 1 ] --
Общая характеристика антибиотиков Лекция 1. Антибиотики как лекарственные средства Антибиотики как лекарственные средства являются одними из представителей химиотерапевтических лекарственных средств.
Химиотерапия - лечение инфекционных заболеваний и злокаче ственных новообразований с помощью лекарственных средств, обла дающих специфическим этиотропным действием.
Химиотерапевтические средства действуют не на макроорганизм, а на микроорганизм - возбудитель соответствующего заболевания (либо на клетки злокачественных опухолей).
В зависимости от источника и способа получения химиотерапев тические лекарственные средства можно разделить на 2 группы:
антибиотики - вещества природного происхождения либо ве щества полученные путём модификации природных вещества;
синтетические химиотерапевтические средства (сульфанила миды, нитрофураны, хинолоны, нитроимидазолы и т.д.) Антибиотики - вещества, синтезируемые микроорганизмами и продукты модификации этих веществ, избирательно подавляющие рост патогенных микроорганизмов, низших грибов, а также некоторых виру сов и клеток злокачественных новообразований.
В широком смысле слова антибиотиками называют низкомолеку лярные эффекторы изначально природного происхождения (синтези руемые не только микроорганизмами, но и растениями, животными), способные подавлять рост живых клеток. Антибиотики растительного происхождения называют фитонцидами.
Существуют различные гипотезы о физиологических функциях антибиоти ков, их месте в процессе метаболизма и эволюции. Некоторые исследователи счи тают антибиотики случайно возникшими соединениями, другие рассматривают их как эффекторы дорибосомных систем матричного синтеза. В процессе эволюции ан тибиотики, по мнению данных исследователей, были вытеснены продуктами рибо сомального синтеза, но способность вмешиваться в биохимические процессы у них сохранилась. Имеются сведения о присутствии фрагментов антибиотических моле кул в метеоритах.
Антибиотики являются одними из представителей вторичных ме таболитов живых клеток. Первичными метаболитами называются ве щества, необходимые для роста клетки (аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, витамины и т.д.). Вторичные метаболиты представляют Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии собой низкомолекулярные соединения (антибиотики, алкалоиды, пиг менты и т.д.), образующиеся в клетках по завершении фазы роста. Ан тибиотики могут выполнять в продуцирующих их живых клетках сле дующие функции:
средства нападения и защиты (лхимическое оружие клетки);
детоксикация вредных метаболитов;
контроль некоторых реакций при обмене веществ;
участие в процессе дифференцировки клеток;
запасные питательные вещества.
Открытие антибиотиков является одним из важнейших достиже ний науки XX века. Антибиотики были одним из основных факторов, приведших к демографическому взрыву на планете во второй половине XX века.
Термин антибиоз ("анти" - против, "биос" - жизнь), как форма сосуществова ния микроорганизмов в природе, когда один организм убивает или подавляет разви тие "противника" был придуман ещё Л. Пастером. Термин лантибиотик был пред ложен З.Ваксманом в 1942 году. Первый антибиотик - пенициллин - был открыт английским учёным А. Флемингом. Процесс открытия новых антибиотических структур продолжается и в настоящее время. Так, например, за 1946 - 1950 г.г. было открыто около 200 антибиотиков, 1965 - 1970 г.г. - 1000, 1980 - 1985 г.г. - 2000, 1995 - 2000 г.г. - 3000. Однако внедрение антибиотиков в практику падает. Если за 1945 - 1975 г.г. практическое значение получили 1,6% обнаруженных антибиоти ков, то в 1975 - 2000 - только 0,11%. В настоящее время известно около 12000 раз личных антибиотиков. Около 97% всех известных антибиотиков токсичны, в клини ке применяется лишь около 200 соединений.
% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Рис. 1. Доли различных групп антимикробных химиотерапевтических средств в ГФ X (незакраш) и BP 2001 (закраш) 1) пенициллины;
2) цефалоспорины;
3) другие беталактамиды;
4) аминоциклитолы;
5) макролиды;
6) тетрациклины;
7) амфениколы;
8) другие антибиотики;
9) хинолоны и фторхинолоны;
10) сульфаниламиды;
11) нитрофураны;
12) другие синтетические АХТС Общая характеристика антибиотиков 2. Классификация антибиотиков по химическому строению, механизму и направленности действия В зависимости от химического строения различают следующие группы антибиотиков (табл. 1) Таблица Классификация антибиотиков по химической структуре Группа Описание химической структуры и представители антибиотиков 1 Беталактамиды Антибиотики, в молекуле которых присутствует лактамный цикл.
X Y N O Z бициклические: производные 6-аминопеницил лановой кислоты (пенициллины);
производные 7 аминоцефалоспорановой кислоты (цефалоспорины) и др.;
моноциклические: монобактамы и др.;
Макролиды и Антибиотики, содержащие в молекуле лактонное кольцо, азалиды в состав которого входят 14 - 16 атомов. У азалидов (азитромицин) в цикле присутствует атом азота.
O O 14-членные макролиды (эритромицин, олеандоми цин, кларитромицин, рокситромицин и др.) 15-членные азалиды (азитромицин);
16-членные макролиды (спирамицин и др.) Аминогликозиды Антибиотики, в молекулах которых присутствует струк (аминоциклитолы) тура циклогексана с OH- и NH2- или гуанидино заместителями с гликозидными заместителями по одной или нескольким OH-группам NH NH OH OH OH OH производные D-стрептидина (стрептомицин);
производные 2-дезокси-D-стрептамина (канами цин, гентамицин, амикацин т.д.) Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Окончание табл. 1 Тетрациклины Антибиотики, в молекулах которых присутствует час тично гидрированное ядро тетрацена тетрациклин, окситетрациклин, доксициклин и т.д.
Амфениколы Практическое значение имеет хлорамфеникол (левоми цетин), который по химической структуре относится к нитрофенилалкиламинам H OH OH H NHCOCHCl O2N Антибиотики другой линкозамиды (линкомицин, клиндамицин);
структуры анзамицины (рифампицин) - антибиотики, содер жащие в молекулах ароматическое ядро (как правило, нафталиновое), к которому в двух положениях присое динена алифатическая цепь, состоящая из 15 - 20 ато мов углерода антрациклины (рубомицин, доксорубицин, карми номицин) - гликозиды, в которых агликоном является замещённый тетрагидронафтаценхинон;
полиеновые антибиотики (нистатин, леворин) - макролиды, молекулы которых содержат систему со пряжённых двойных связей;
гликопептиды (ванкомицин) и др.
В зависимости от типа действия различают следующие группы антибиотиков:
бактерицидные - вызывающие гибель микроорганизмов ( лактамные антибиотики, аминогликозиды);
бактериостатические - нарушающие способность микроорга низмов к делению (макролиды, аминогликозиды, тетрациклины) У некоторых антибиотиков тип действия зависит от концентра ции. Так, аминогликозиды и левомицетин в малых дозах обладают бак териостатическим действием, в больших - бактерицидным.
Спектром действия антибиотика называют набор микроорганиз мов, на которые антибиотик способен оказывать влияние. В зависимо сти от спектра действия антибиотики могут быть:
влияющие преимущественно на грамположительные микроор ганизмы (бензилпенициллин, эритромицин);
Общая характеристика антибиотиков влияющие преимущественно на грамотрицательные микроор ганизмы (уреидопенициллины, монобактамы);
широкого спектра действия (тетрациклины, аминогликозиды) противотуберкулёзные антибиотики (стрептомицин, рифампи цин);
противогрибковые антибиотики (нистатин, грамицидин);
антибиотики, влияющие на простейших (трихомицин);
противоопухолевые антибиотики (адриамицин, оливомицин) В зависимости от механизма действия выделяют группы анти биотиков, вызывающие:
нарушение биосинтеза пептидогликанов клеточной стенки бак терий (-лактамные антибиотики, ванкомицин);
повреждение клеточной мембраны (грамицидин);
нарушение биосинтеза нуклеиновых кислот (противоопухоле вые антибиотики);
нарушение отдельных процессов трансляции (аминогликозиды, тетрациклины, макролиды, хлорамфеникол);
нарушение энергетического обмена (олигомицин).
3. Способы получения антибиотиков Различают три возможных способа получения антибиотиков: био синтез;
химическая или биотехнологическая модификация природных антибиотиков и химический синтез.
Большинство антибиотиков обладает сложной химической струк турой, поэтому их полный химический синтез очень трудоёмок и эко номически невыгоден. Исключение составляют хлорамфеникол и неко торые другие вещества, имеющие относительно простое химическое строение.
Основным путём получения большинства антибиотиков является биотехнологический способ. Антибиотики продуцируются плесневыми грибами, актиномицетами, эубактериями и другими микроорганизмами (табл. 2).
Таблица Продуценты некоторых антибиотиков Антибиотик Продуцент Пенициллин Penicillium chrysogenum, P. notatum Цефалоспорин Cephalosporum acremonium Стрептомицин Streptomyces globisporus streptomycini Эритромицин S. erythreus Тетрациклин S. aureofaciens, S. rimosus Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Один и тот же вид микроорганизмов может синтезировать не сколько антибиотиков. Например, Streptomyces griseus синтезирует бо лее 50 антибиотиков.
Существует несколько вариантов биотехнологического получения природных и полусинтетических антибиотиков.
1. Прямая ферментация микроорганизма-продуцента с веще ством, являющимся метаболическим предшественником получае мого антибиотика и стимулирующим процесс его биосинтеза. На пример, биосинтез бензилпенициллина ведут в присутствии фенилук сусной кислоты, макролидов - в присутствии пропионовой кислоты и пропилового спирта.
2. Использование для биосинтеза антибиотиков микроорга низмов-мутантов, у которых блокированы определённые фермен ты, участвующие в синтезе антибиотика. Если в среду, содержащую такой микроорганизм ввести аналог предшественника антибиотика, то при этом можно получить модифицированный антибиотик. Мутацион ный биосинтез используется, например, для получения полусинтетиче ских пенициллинов и цефалоспоринов.
Большинство антибиотиков получают при глубинной аэробной ферментации периодического действия в асептических условиях.
Процесс биосинтеза антибиотиков состоит из двух этапов (рис.
2) 1. Накопление достаточного количества биомассы, которая выращивается на среде для роста микроорганизмов. Данный этап должен протекать быстро, а питательная среда должна быть дешёвой.
2. Активный синтез антибиотика. На данном этапе фермента цию ведут на продуктивной среде. Так как антибиотики являются вторичными метаболитами, их биосинтез происходит не в фазе роста клетки, а в стационарной фазе (идиофазе). Любые механизмы, тормо зящие пролиферацию и активный рост, активируют процесс образования антибиотиков.
выделение и очистка накопление активный антибиотика биомассы биосинтез ферментер для биореактор роста культуры Рис. 2. Принципиальная схема биосинтеза антибиотиков Общая характеристика антибиотиков Завершающими этапами получения антибиотиков являются ста дии выделения и очистки. Данные процессы определяются природой антибиотика, характером производства и целями дальнейшего исполь зования антибиотиков. Для выделения и очистки антибиотиков приме няют следующие методы:
экстракция органическими растворителями;
сорбция;
осаждение и перекристаллизация из различных сред;
ионообменная хроматография и др.
Выделенные и очищенные антибиотики подвергают лиофильной и распылительной сушке.
4. Особенности стандартизации антибиотиков Для оценки качества антибиотиков применяют:
хроматографические методы (ВЭЖХ, ТСХ);
спектроскопические методы (ИК-спектроскопия, УФ спектроскопия);
биологические методы;
химические методы (идентификация с помощью химических реакций, количественное определение титриметрическими методами и т.д.).
Важнейшим методом анализа, который используется как для идентификации, так и контроля чистоты и количественного определе ния антибиотиков является ВЭЖХ. Обычно используется обращённо фазовый вариант ВЭЖХ со спектрофотометрическим детектированием.
Для идентификации антибиотиков также используется ТСХ и спектро скопические методы (ИК- и УФ-спектроскопия), а для количественного определения - УФ-спектроскопия.
Количественное определение некоторых антибиотиков, для кото рых ВЭЖХ-определение затруднено, проводят микробиологическим методом. Примером таких антибиотиков являются аминогликозиды (ка намицин, гентамицин и т.д.). Данные вещества не поглощают электромагнитное излучение ближнего УФ-диапазона и поэтому не могут быть непосредственно (т.е. без дополнительного превращения в другие соединения) определены методом ВЭЖХ со спектрофотометрическим детектированием.
Микробиологический метод количественного определения анти биотиков основан на способности антибиотиков угнетать рост микроор ганизмов. Активность исследуемого антибиотика оценивают путём сравнения угнетение роста чувствительных микроорганизмов, вызван Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии ного известными концентрациями исследуемого антибиотика и госу дарственного стандартного образца данного антибиотика.
Существует две разновидности микробиологического определения активности антибиотиков:
метод диффузии в агар;
турбидиметрический метод.
Метод диффузии проводят на твёрдых средах. Среды засевают определённым количеством указанных в НД тест-микроорганизмов. Да лее на поверхность среды наносится раствор исследуемого антибиотика и стандартного образца. После инкубирования в течение определённого времени измеряют диаметр зон угнетения роста тест-микроорганизмов, вызванного исследуемым антибиотиком и ГСО Определение активности антибиотиков турбидиметрическим ме тодом проводится аналогично, но в жидкой среде, находящейся в про бирке. О степени угнетении роста микроорганизма судят по величине мутности среды.
Многие антибиотики являются смесями веществ, поэтому для ха рактеристики количественного содержания действующего вещества в образце антибиотика, кроме обычных параметров (масса, массовая до ля) используют единицы действия (ЕД). Такой подход был особенно ак туален в период до начала широкого использования ВЭЖХ для количе ственного определения антибиотиков. Единицей действия называется минимальная масса антибиотика, которая подавляет развитие тест микроорганизма в определённом объёме питательной среды. Обычно ЕД соответствует 1 мкг чистого антибиотика (стрептомицин, тетрацик лин), хотя бывают и исключения, например, 1 ЕД натриевой соли бен зилпенициллина соответствует 0,5958 мкг данного вещества.
ЛИТЕРАТУРА 1. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. - М.: Высшая школа, 1986.
2. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии. - М.: Акаде мия, 2003.
3. Никитин А.В. Антибиотики и макроорганизм // Антибиотики и химиотерапия. - 1999. - Т. 44, № 12. - С. 31 - 36.
4. Ныс П.С., Бартошевич Ю.Э. Основы разработки биокаталитических процессов трансформации и синтеза беталактамных антибиотиков // Антибиотики и химиотерапия. - 1999. - Т. 44, № 12. - С. 19 - 36.
5. Сидоренко С.В. Происхождение, эволюция и клиническое значение антибиоти корезистентности // Антибиотики и химиотерапия. - 1999. - Т. 44, № 12. - С. 19 - 36.
6. Чарушин В.Н. Химия в борьбе с инфекционными заболеваниями // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - Т. 6, № 3. - С. 64 - 72.
7. Marzo A., Dal Bo L. Chromatography as an analyrical tool for selected antibiotic>
812. - P. 17 - 34.
Беталактамные антибиотики. Пенициллины Лекция 1. Общая характеристика и классификация Беталактамидами называют антибиотики, содержащие в молеку ле -лактамный цикл (остаток азетидин-2-она).
азетидин-2-он NH O Данный цикл определяет биологическую активность беталактам ных антибиотиков. Любые превращения, приводящие к расщеплению такого цикла, приводят к утрате антимикробной активности.
Все беталактамные антибиотики являются гидрофильными веще ствами. Они проникают в клетки бактерий через пориновые каналы внешней мембраны и связываются с пенициллинсвязывающими белка ми (ПСБ), расположенными на внутренней мемране бактериальной клетки (рис. 1). Эти белки являются ферментами транспептидазами, ко торые катализируют конечную стадию образования пептидогликана (образование поперечных сшивок между молекулами пептидогликана), входящего в состав клеточной стенки бактерий. Ингибирование данных ферментов приводит к нарушению образования клеточной стенки и раз рушению бактерий вследствие высокого осмотического давления внут ри бактериальной клетки (таким образом, беталактамные антибиотики обладают бактерицидным действием).
Связывание антибиотика с ПСБ происходит вследствие сродства беталактамной структуры к активному центру ПСБ. В процессе связы вания происходит раскрытие беталактамного кольца. Следовательно, для проявления антибактериальной активности в молекуле антибиотика должен присутствовать -лактамный цикл, который должен быть спо собен раскрываться в процессе связывания вещества с ПСБ.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии внутренняя внешняя мембрана мембрана клеточная стенка ПСБ -лактамный цитоплазма ПСБ антибиотик ПСБ периплазма Рис. 1. Взаимодействие -лактамного антибиотика и мишени (в клетках грамотрицательных бактерий) В зависимости от химического строения различают моноцикличе ские и бициклические беталактамиды. Моноциклические беталактами ды содержат в молекуле только один цикл. К таким антибиотикам отно сятся нокардицины и монобактамы (производные сульфаминовой ки слоты).
H H R R N OH N R O N N O O SO3H COOH монобактамы нокардицины У бициклических беталактамидов четырёхчленный лактамный цикл сконденсирован по атому азота и соседнему с ним атому углерода с пяти- или шестичленным циклом. В зависимости от химического строения второго цикла бициклические беталактамиды, содержащие пя тичленный цикл, разделяют на 3 группы содержащие тиазолидиновый цикл - производные 6 аминопенициллановой кислоты (пенамы, пенициллины) содержащие пирролидиновый цикл - производные оливановой кислоты (карбапенемы) содержащие оксазолидиновый цикл - оксапенамы (практиче ское значение имеет) клавулановая кислота Беталактамные антибиотики. Пенициллины H R R N S OH O CH R O N CH N N O O O COOH COOH COOH пенамы карбапенемы клавулановая кислота Среди бициклических беталактамидов, у которых лактонный цикл конденсирован с шестичленным гетероциклом, различают:
содержащие дигидротиазиновый цикл - производные 7 аминоцефалоспорановой кислоты (цефемы, цефалоспорины) содержащие дигидрооксазиновый цикл (оксацефемы) содержащие дигидропиридиновый цикл (карбацефемы) H H H OCH R1 N R1 N S R1 N O O N O N O N R R R O O O COOH COOH COOH карбацефемы цефемы оксацефемы 2. Пенициллины (пенамы) 2.1. Общая характеристика и классификация К пенициллинами называют -лактамные антибиотики, являю щиеся производными 6-аминопенициллановой кислоты (6-АПК). Фор мулу данного вещества изображают двояко. Нумерация может начи наться с атома серы или атома азота (последняя нумерация принята в Европейской фармакопее и большинстве других современных фармако пей).
H H H COOH H2N O S CH3 5 CH 2 N или N CH 7 H2N CH S O H COOH H H Химическое название 6-аминопенициллановой кислоты (для вто рого способа нумерации) (2S, 5R, 6R)-6-амино-3,3-диметил-7-оксо-4 тиа-1-азабицикло[3.2.0]гептан-2-карбоновая кислота.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии К имеющим практическое значение природным пенициллинам от носятся бензилпенициллин (пенициллин G) и феноксиметилпенициллин (пенициллин V) (табл. 1) H H N N S S CH CH O O N O N CH CH O O COOH COOH бензилпенициллин феноксиметилпенициллин Используемые в медицине полусинтетические пенициллины мож но разделить на следующие группы:
карбоксипенициллины H COOH N S CH N O CH O COOH карбенициллин изоксазолпенициллины O CH3 H N N S CH O N CH O COOH оксациллин аминопенициллины NH2 H N S CH ампициллин N O CH O COOH NH2 H N S CH амоксициллин N O CH HO O COOH уреидопенициллины Беталактамные антибиотики. Пенициллины O O O H N N NH H3C N S CH N O CH O COOH пиперациллин амидинопенициллины N S CH N N CH O COOH мециллинам Природные пенициллины иногда относят к пенициллинам первого поколения. Данные вещества действуют на грамположительные микро организмы. Полусинтетические пенициллины, влияющие на грамполо жительные микроорганизмы (оксациллин) являются пенициллинами второго поколения. Антибиотики, действующие как на грамположи тельные, так и грамотрицательные микроорганизмы (ампициллин, кар бенициллин) относятся к пенициллинам третьего поколения, а обла дающие высокой активностью в отношении синегнойной палочки (уреидопенициллины) - четвёртого поколения.
Таблица Природные и полусинтетические пенициллины МНН, структурная формула и Синонимы и химическое название формы выпуска 1 Бензилпенициллин Натриевая (калиевая) (Benzylpenicillin) соль Порошок для инъекций H во флаконах по 500000 и N S 1000000 ЕД CH Новокаиновая соль O N Порошок для инъекций CH O во флаконах по 300000, COOX 600000 и 1200000 ЕД (2S,5R,6R)-3,3-диметил-7-оксо-6-[(фенилацетил)амино] Бензатина бензилпени 4-тиа-1-азабицикло[3.2.0]гептан-2-карбоксилат циллин (Бициллин-1, Бензилпенициллина натриевая (калиевая) соль Экстенциллин, Ретар Benzylpenicillin Sodium (potassium) X = Na(K) пен) Порошок для инъ екций во флаконах по 600000 и 1200000 ЕД Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Продолжение табл. 1 Бензилпенициллина новокаиновая соль Benzylpenicillin Procaine H3C O N O X = CH H2N Бензатина бензилпенициллин Benzathine Benzylpenicillin H N S CH3 H N N H H H O N CH O COO соль бензилпенициллина с N,NТ-дифенил-1,2 этандиамином Феноксиметилпенициллин Таблетки по 0,1 и 0,25 г;
Phenoxymethylpenicillin драже по 0,1 г;
порошок для приготовления сус H пензии по 0,31, 0,62 и 1,24 г (вместе с напол N S CH O нителями, соответст венно 20, 40 и 80 г) во O N CH флаконах O COOH Оспен (бензатиновая (2S,5R,6R)-3,3-диметил-7-оксо-6-[(феноксиацетил)амино]- соль феноксиметилпе 4-тиа-1-азабицикло[3.2.0]гептан-2-карбоновая кислота нициллина) - талетки по 0,25;
0,5;
1 и 1,5 г;
капсулы по 0,25 и 0,5 г;
капли для приёма внутрь;
гранулы для приготовления суспен зии, сироп Беталактамные антибиотики. Пенициллины Продолжение табл. 1 Карбенициллина динатриевая соль Порошок для инъекций Carbenicillin Sodium во флаконах по 1 г COONa H N S CH N O CH O COONa динатрия (2S,5R,6R)-6-[[(RS)-2-карбоксилато-2 фенилацетил]амино]-3,3-диметил-7-оксо-4-тиа-1 азабицикло[3.2.0]гептан-2-карбоксилат Ампициллин Тригидрат Ampicillin Таблетки и капсулы по 0,25 г;
порошок для NH2 H приготовления суспен N S зий CH Натриевая соль N O Порошок для инъекций CH O во флаконах по 0,25 и COOX 0,5 г (2S,5R,6R)-6-[[(2R)-2-амино-2-фенилацетил]амино]-3,3 диметил-7-оксо-4-тиа-1-азабицикло[3.2.0]гептан-2 карбоновая кислота Ампицициллина тригидрат Ampicillin trihydrate X = H (3H2O) Ампициллина натриевая соль Ampicillin Sodium X = Na Амоксициллин Оспамокс Amoxicillin Флемоксин Хиконцил NH2 H Таблетки и капсулы по N S CH 0,25;
0,5 и 0,75 г;
кап сулы по 0,25 и 0,5 г;
по N O CH рошок и гранулы для HO O COOH приготовления суспен (2S,5R,6R)-6-[[(2R)-2-амино-2-(4 зий гидроксифенил)ацетилl]амино]-3,3-диметил-7-оксо-4-тиа 1-азабицикло[3.2.0]гептан-2-карбоновая кислота Амоксициллина тригидрат Amoxicillin trihydrate X = H (3H2O) Амоксициллина натриевая соль Amoxicillin Sodium X = Na Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Окончание табл. 1 Оксациллина натриевая соль Порошок для инъек Oxacillin Sodium ций во флаконах по 0,25 и 0,5 г активного O CH3 H N вещества (в пересчете на оксациллин) в ком N S CH плекте с растворите лем;
таблетки по 0,25 и O N CH 0,5 г;
капсулы по 0, O COONa г.
(2S,5R,6R)-3,3-диметил-7-оксо-6-[[(5-метил-3-фенил-4 изоксазолил)карбонил]амино]-4-тиа-1 азабицикло[3.2.0]гептан-2-карбоксилат натрия Пиперациллина натриевая соль Пициллин Piperacillin Sodium Пипрацил Натриевая соль O O O Порошок для инъек ций во флаконах по 1;
H N N NH 2;
3 и 4 г H3C N S CH3 H2O N O CH O COOH (2S,5R,6R)-6-[[(2R)-2-[[(4-этил-2,3-диоксо-1 пиперазинил)карбонил]амино]-2-фенилацетил]амино]-3,3 диметил-7-оксо-4-тиа-1-азабицикло[3.2.0]гептан-2 карбоновая кислота 2.2. Связь структуры и действия Пенициллины, как уже было отмечено выше, являются амидами 6 аминопенициллановой кислоты, которую можно формально рассматри вать как дипептид, образованный цистеином и серином или цистеином и валином. В молекуле 6-АПК присутствуют три центра хиральности.
Атом С(5) должен обязательно иметь R-конфигурацию. В табл. 2 пока зано влияние изменения структуры остатка 6-аминопенициллановой ки слоты на биологическую активность пенициллинов.
H H H R N S CH O N CH O H COOH Беталактамные антибиотики. Пенициллины Таблица Влияние изменения структуры остатка 6-аминопенициллановой кислоты на активность пенициллинов Положение Влияние на активность С(2) Удаление или модификация карбоксильной группы (получение амидов, нитрилов, изоцианатов, восстановление до альдегидной или спиртовой группы и т.п.) приводят к резкому снижению ан тибактериальной активности. Сложные эфиры пенициллинов могут быть использованы в качестве пролекарств. Они не об ладают фармакологической активностью, но хорошо всасывают ся в кровь из ЖКТ, где затем гидролизуются с образованием ак тивного антибиотика.
NH2 H N S CH CH N O CH3 O CH O O O O бакампициллин O С(3) Удаление метильных групп снижает активность в отношении грамположительных микроорганизмов и не влияет на активность в отношении грамотрицательных. Образование ацетоксиметиль ных производных значительно уменьшает антибактериальную активность.
S(4) Образование сульфоксидов уменьшает антибактериальную ак тивность. Диоксиды (например, сульбактам) являются необра тимыми ингибиторами -лактамаз С(5) Любые модификации данного положения приводят к полной утрате антибактериальной активности. Это связано с увели чением прочности амидной связи в -лактамном кольце и сте рическими препятствиями взаимодействию молекулы пеницил лина с ПСБ.
С(6) Модификация данного положения имеет наиболее важное зна чение, так как приводит к образованию полусинтетических пе нициллинов. Получено более 20 тысяч таких соединений, из ко торых около 40 используются в качестве лекарственных средств.
Полусинтетические пенициллины превосходят природные со единения по различным характеристикам:
карбоксипенициллины и изоксазолпенициллины более ус тойчивы к действию -лактамаз, так как являются конкурент ными ингибиторами данных ферментов;
аминопенициллины - обладают повышенной кислотоустой чивостью и могут применяться перорально;
уреидопенициллины - активны в отношении синегнойной палочки;
амидинопенициллины - действуют на грамотрицательные микроорганизмы кишечной группы.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии 2.3. Способы получения Природные пенициллины получают путём биосинтеза. Бльшая часть бензилпенициллина используется для получения полусинтетиче ских пенициллинов. При гидролизе бензилпенициллина под действием амидаз образуется 6-аминопенициллановая кислота, реагирующая затем с соответствующими кислотами с образованием полусинтетических ан тибиотиков.
H N S S CH3 амидаза E. coli H2N CH O N H5CH2COOH N CH3- C CH O O COOH COOH 6-АПК В промышленных масштабах гидролиз бензилпенициллина про водят с помощью иммобилизированных ферментов (бактериальные клетки E. coli, иммобилизированные в полиакриламидном геле).
Полусинтетические пенициллины получают взаимодействием 6 АПК и хлорангидридов соответствующих кислот.
H O H2N N R S S CH3 CH + R Cl + HCl N N O CH CH O O COOH COOH Некоторые полусинтетические пенициллины (например, ампицил лин, амоксициллин) получают биотехнологическим способом без выде ления 6-АПК из культуральной жидкости.
Так, при получении ампициллина бензилпенициллин гидролизуют ацилазой мутанта Kluyvera citrophila при рН 7,8 - 8,0 и температуре 40 - 50 С. Затем в фер ментер вносят мутант Pseudomonas melanogenum и фенилглицин и изменяют рН среды до 5,0 - 5,5. Фермент ацилаза второго мутантного организма катализирует процесс синтеза ампициллина.
2.4. Физико-химические и химико-аналитические свойства 2.4.1. Внешний вид и растворимость Пенициллины представляют собой твёрдые вещества белого цвета (табл. 3). Растворимость в воде и других растворителях зависит от того, в какой форме (кислотной или солевой) находится вещество и от приро ды катиона, входящего в состав солевой формы.
Беталактамные антибиотики. Пенициллины Таблица Физические свойства лекарственных веществ группы пенициллинов Растворимость Вещество Внешний вода этанол другие вид БП натрие- белый или очень растворим практически нерастворим в вая (калие- почти белый легко хлороформе, эфире, жирных вая) соль КП маслах и жидком парафине БП новокаи- белый КП 1:250 1:30 хлороформ 1: новая соль Бензатина белый поро- 1:5000 1:65 легко в формамиде и диме БП шок тилформамиде, практически нерастворим в хлороформе ФМП белый КП, 1:1700 1:7 растворим в хлороформе, слегка гиг- практически нерастворим в роскопичен эфире и бензоле КЦ динат- белый или 1:1,2 1:25 растворим в метаноле, риевая соль слегка жел- практически нерастворим в товатый по- эфире, хлороформе рошок, гиг роскопичен АМП белый КП 1:150 практиче- практически нерастворим в тригидрат ски нерас- хлороформе, эфире и жир творим ных маслах, растворим в растворах кислот и щелочей АМП Белый поро- 1:2 образует умеренно в ацетоне, мало в натриевая шок, гигро- гель хлороформе, практически соль скопичен нерастворим в эфире, жир ных маслах и жидком пара фине, АМО белый или 1:400 1:1000 в метаноле 1:200, практиче тригидрат почти белый ски нерастворим в хлоро КП форме и эфире, растворим в растворах кислот и щелочей АМО белый или > 1:1 умеренно очень мало в ацетоне натриевая почти белый соль порошок, очень гигро скопичен ОЦ белый КП легко умеренно мало в хлороформе, практи натриевая чески нерастворим в ацето соль не, бензоле и эфире ПЦ белый или легко легко в метаноле, практиче натриевая почти белый ски нерастворим в этилаце соль порошок, тате гигроскопи чен Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Кислотные формы пенициллинов незначительно растворимы в во де и применяются в виде таблеток или суспензий. Солевые формы (за исключением новокаиновой и бензатиновой солей пенициллина) легко или очень легко растворимы в воде и выпускаются в виде порошков для приготовления растворов для инъекций. Бензатиновая соль пеницилли на очень мало растворима в воде и вводится внутримышечно в виде суспензии. Она медленно всасывается из места введения, что обеспечи вает пролонгированное действие лекарственного вещества (вводится раз в неделю).
2.4.2. Спектральные свойства Поглощение УФ-излучения. Пенициллины поглощают, хотя и не слишком интенсивно электромагнитное излучение ближнего УФ диапазона. Спектры поглощения пенициллинов в УФ-области можно рассматривать как сумму спектров поглощения 6-АПК и ацильного ос татка. На рис. 2 показаны спектры поглощения натриевой соли бензил пенициллина, 6-АПК и фенилуксусной кислоты. 6-АПК не имеет мак симумов в рассматриваемом диапазоне длин волн, в то время как фени луксусная кислота имеют несколько максимумов, связанных с поглоще нием бензольного кольца.
245 255 265 275 285, нм Рис. 2. Спектры поглощения водных растворов натриевой соли БП (1), 6-АПК (2) и раствора фенилуксусной кислоты в 5% растворе NaHCO3 (3) Беталактамные антибиотики. Пенициллины В табл. 4 приведены значения макс поглощения различных пени циллинов. Спектры бензилпенициллина, карбенициллина и ампицилли на похожи друг на друга. Молярные коэффициенты поглощения данных веществ невелики (порядка 100 - 200). Феноксиметилпенициллин об ладает несколько более интенсивным поглощением (259 = 1,1103).
Спектр поглощения амоксициллина (рис. 3) отличается от спектров дру гих пенициллинов. Амоксипенициллин содержит в молекуле феноль ный гидроксил, поэтому его спектр поглощения зависит от рН. В ще лочной среде происходит батохромное смещение спектра, сопровож дающееся гиперхромным эффектом. Молярные коэффициенты погло щения амоксипенициллина при макс значительно больше, чем у других пенициллинов (например, в щелочной среде 247 = 1,2104;
291 = 2,6103) Таблица Поглощение пенициллинов в УФ-области Вещество Растворитель макс (нм), БП (натриевая и калиевая соль) вода 258, ФМП раствор NaHCO3 (5%) 269, КЦ (динатриевая соль) вода 258, АМП (тригидрат) вода 256, 261, АМП (натриевая соль) вода 257, АМО водный раствор кислоты 230, водный раствор щелочи 247, ОЦ натриевая соль вода нет максимумов A 1, 0, 0, 220 240 260 280, нм Рис. 3. Спектр поглощения амоксициллина тригидрата (50 мкг/мл;
pH 7,7) Поглощение ИК-излучения. Важнейшие полосы поглощения пе нициллинов в ИК области находятся в диапазоне 1800 - 1500 см-1, на Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии пример, интенсивная полоса при 1775 - 1755 см-1 соответствует погло щению -лактамного кольца;
1690 - 1645 см-1 - валентным колебаниям связи С=O в амидной группе;
1585 - 1550 см-1 - деформационным коле баниям связи N-H;
1615 - 1600 см-1 - колебания ионизированной кар боксильной группы (для солей пенициллинов).
Оптическая активность. Молекулы пенициллинов хиральны (в молекулах бензилпенициллина, феноксиметилпенициллина, оксацилли на содержатся 3 центра хиральности;
карбенициллина, ампициллина, амоксициллина, пиперациллина - 4), поэтому данные вещества облада ют оптической активностью. Все они являются правовращающими (табл. 5).
Таблица Удельное вращение пенициллинов (согласно Ph.Eur. 4) Вещество Растворитель, [] D концентрация (г/л) БП (натриевая соль) вода;
20,0 +285 - + БП (калиевая соль) те же +270 - + БП (новокаиновая соль) вода-ацетон (2:3);
10,0 +165 - + ФМП бутанол;
10,0 +186 - + КЦ (динатриевая соль) вода;
10,0 +182 - + АМП (тригидрат) вода;
2,50 +280 - + АМП (натриевая соль) водный раствор калия +258 - + гидрофталата (4 г/л);
2, АМО (тригидрат) вода;
2,00 +290 - + АМО (натриевая соль) водный раствор калия +240 - + гидрофталата (4 г/л);
2, ПЦ метанол;
10,0 г/л +165 - + ПЦ (натриевая соль) вода;
10,0 +175 - + ОЦ (натриевая соль)* вода;
10 не менее + * - согласно ГФ X 2.4.3. Химические свойства Для пенициллинов характерны кислотные свойства;
способность к реакциям SN;
восстановительные свойства, обусловленные атомом серы;
реакции в ацильном остатке Беталактамные антибиотики. Пенициллины SN H восстановительные свойства R N S CH O N реакции в CH O ацильном остатке COOH SN кислотные свойства Кислотные свойства пенициллинов обусловлены карбоксильной группой. Величина pKa данной группы приблизительно равна 2,5 (табл.
6). Аминопенициллины являются амфолитами.
Таблица Кислотно-основные свойства пенициллинов Вещество pKa (C2-COOH) Группы в ацильном остатке БП 2,8 ФМП 2,7 КЦ 2,6 pKa (-COOH) = 2, АМП 2,5 pKBH+ (-NH2) = 7, АМО 2,4 pKBH+ (-NH2) = 7,4;
pKa (-OH) = 9, Реакции SN. К имеющим практическое значение реакциям нук леофильного замещения с участием пенициллинов относятся гидролиз данных веществ и образование гидроксамовых кислот.
Гидролиз пенициллинов может происходить в присутствии фер ментов -лактамаз (разрушение -лактамного цикла) и амидаз (гидролиз амидной связи в 6-м положении), а также кислот и щелочей.
При действии -лактамаз микроорганизмов пенициллины превра щаются в неактивные пенициллоиновые кислоты. Гидролиз бензилпе нициллина под действием амидаз используется для получения полусин тетических пенициллинов.
В щелочной среде вначале происходит расщепление -лактамного цикла, а затем декарбоксилирование и расщепление тиазолидинового цикла. При этом образуются анионы пениллоиновых кислот, пенальди новых кислот, пеницилламина и др.
O H S HS R CH3 CH N O R N H N H2N CH CH H H O COOH COOH COOH пениллоиновые кислоты пенальдиновые кислоты пеницилламин В кислой среде пенициллоиновые кислоты изомеризуются с обра зованием пенилловых (при рН 2) и пенилленовых (при рН 5,0) кислот.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии HS CH HOOC CH S CH NH N N N COOH CH R O R COOH O пеницилленовые кислоты пенилловые кислоты Феноксиметилпенициллин и аминопенициллины (ампициллин, амоксициллин) устойчивы к действию кислот и, поэтому могут приме няться перорально. Бензилпенициллин, оксациллин, карбенициллин, пиперациллин используются только парентерально. Продукты разруше ния (пениллоиновая, пенилловая кислоты и т.д.) могут быть примесями в образцах различных пенициллинов.
Пенициллины вступают в реакцию с гидроксиламином. При этом раскрывается -лактамное кольцо и образуются гидроксамовые кисло ты. Соли данных кислот с катионами Fe3+ или Cu2+ окрашены, соответ ственно, в красный и зелёный цвета.
R H H N R N S S CH CH O NH2OH Cu2+ O H N O N CH CH N O OH COOH COOH H R H N S CH O O H N CH3 Cu N O COO H В ГФ X реакция образования гидроксаматов меди и железа ис пользовалась для идентификации пенициллинов. В современной НД данная реакция не применяется.
Восстановительные свойства. Пенициллины обладают восстано вительными свойствами и реагируют с аммиачным раствором оксида серебра, реактивами Фелинга, Несслера и т.д. При взаимодействии пе нициллинов с окислителями образуются сульфоксиды, сульфоны, кроме того, происходит расщепление тиазолидинового кольца (см. выше) и окисление продуктов, содержащих альдегидные и меркаптогруппы.
Реакции в ацильном остатке. Пенициллины вступают в реакции с реактивом Марки (раствор формальдегида в концентрированной сер ной кислоте) и хромотроповой кислотой в среде концентрированной Беталактамные антибиотики. Пенициллины серной кислоты. Аналитические эффекты данных реакций показаны в табл. 7.
Таблица Аналитические эффекты реакций пенициллинов с реактивом Марки и хромотроповой кислотой Окраска продуктов реакции Вещество реактив Марки хромотроповая кислота БП (все соли) красновато-коричневая жёлто-коричневая ФМП красная сине-фиолетовая КЦ желтовато-коричневая АМП тёмно-жёлтая фиолетовая АМО тёмно-жёлтая Наиболее контрастны данные реакции для феноксиметилпеницил лина. При гидролизе данного вещества образуется феноксиуксусная ки слота, которая в присутствии концентрированной серной кислоты рас щепляется до фенола и формальдегида. Данные вещества затем взаимо действуют, соответственно с формальдегидом и хромотроповой кисло той с образованием окрашенных продуктов.
O O OH O OH H2SO + HO OH O + CO2 + H2O H H 2.5. Фармакопейный анализ 2.5.1. Идентификация Идентификация пенициллинов в Ph.Eur. 4 и других современных фармакопеях проводится спектроскопическими, хроматографическими и химическими методами.
Из спектроскопических методов для идентификации пеницилли нов используется ИК-спектроскопия (реже УФ, например, для иденти фикации таблеток феноксиметилпенициллина согласно BP и IP), а из хроматографических - ТСХ. Пенициллины являются сильно полярными соединениями и способны взаимодействовать с силанольными группа ми, имеющимися на поверхности силикагеля, что приводит к размыва Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии нию пятен при разделении антибиотиков данной группы методом ТСХ.
Вследствие этого в качестве неподвижной фазы в ТСХ используется си ланизированный силикагель. Подвижной фазой являются смеси ацетона и водного раствора ацетата аммония, имеющего рН 5,0 или 7,0 (табл. 8).
Обнаружение пятен веществ на пластинках проводят с помощью паров иода.
Таблица Подвижные фазы, используемые для идентификации пенициллинов методом ТСХ (согласно Ph.Eur. 4) Вещества Подвижная фаза БП (натриевая соль, ка- смесь (30:70) ацетона и водного раствора аце лиевая соль), ФМП тата аммония (154 г/л), доведенного до рН 5, ледяной уксусной кислотой БП новокаиновая соль и смесь (30:70) ацетона и водного раствора аце бензатина БП тата аммония (154 г/л), доведенного до рН 7, аммиаком КЦ динатриевая соль, смесь (10:90) ацетона и водного раствора аце АМП (тригидрат и на- тата аммония (154 г/л), доведенного до рН 5, триевая соль), АМО ледяной уксусной кислотой (тригидрат и натриевая соль) Из химических реакций для идентификации пенициллинов обыч но используют реакцию с реактивом Марки и различные реакции на ка тион: окраска пламени (натриевые соли), реакция с винной кислотой (бензилпенициллина калиевая соль), реакция на первичные ароматиче ские амины (бензилпенициллина новокаиновая соль), реакция образова ния пикрата (бензатина бензилпенициллин).
2.5.2. Испытания на чистоту При испытаниях на чистоту субстанций пенициллинов определя ют такие показатели, как:
прозрачность и цветность, рН растворов, удельное вращение, родственные соединения вода или потеря в массе при высушивании, стерильность, бактериальные эндотоксины, органические растворители и летучие примеси, тяжёлые металлы, сульфатная зола.
Беталактамные антибиотики. Пенициллины Прозрачность и цветность. Данный показатель определяется для многих пенициллинов. Водные растворы растворимых солевых форм антибиотиков должны быть прозрачны (для малорастворимых кислот ных форм опалесценция сравнивается с эталоном). Для определения цветности у некоторых пенициллинов (натриевые соли ампициллина, амоксициллина, пиперациллина) измеряют оптическую плотность рас твора при 430 нм. Она не должна быть больше определённой величины.
рН Растворов. Устойчивость пенициллинов зависит от рН, по этому определение данного показателя является обязательным при кон троле качества субстанций пенициллинов (табл. 9). Водные растворы солей бензилпенициллина, карбенициллина, оксациллина и пиперацил лина имеют среду близкую к нейтральной, кислотных форм пеницилли нов (феноксиметилпенициллина и, в меньшей степени, ампициллина и амоксициллина) - кислую, а натриевых солей ампициллина и амокси циллина - щелочную.
Родственные соединения. В качестве родственных соединений в субстанциях пенициллинов могут содержаться:
другие пенициллины (например, бензилпенициллин в фенок симетилпенициллине, ампициллин в пиперациллине);
6-аминопенициллановая кислота;
кислота, ацильный остаток которой входит в состав молекулы пенициллина (например, фенилуксусная кислота для бензилпеницилли на, феноксиуксусная для феноксиметилпенициллина, фенилмалоновая для карбоксиметилпенициллина);
продукты разрушения пенициллинов - соответствующие пени циллоиновые, пениллоиновые и пенилловые кислоты;
другие вещества, специфические для определённого пеницил лина (например, 4-гидроксифеноксиметилпенициллин для феноксиме тилпенициллина, продукты взаимодействия ЦNH2 и ЦCOOH групп для ампициллина, амоксициллина и пиперациллина и т.д.).
Определение примесей родственных соединений проводится ме тодом ВЭЖХ (в таких же условиях, что и количественное определение).
Вода или потеря в массе при высушивании. Данный показатель определяют для всех пенициллинов. Наименьшее содержание воды ха рактерно для феноксиметилпенициллина, наибольшее - для ампицил лина тригидрата.
Стерильность, бактериальные эндотоксины. Данные показате ли определяют для пенициллинов, которые применяются парентерально (натриевые соли полусинтетических пенициллинов, все соли бензилпе нициллина). Исследуемые пенициллины должны соответствовать испы танию на стерильность, а содержание бактериальных эндотоксинов в них не должно превышать определённой величины.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Таблица Величины рН растворов, содержание воды и действующего вещества в субстанциях пенициллинов (согласно Ph.Eur. 4, оксациллин - USP 24) Характеристики Вещество рН (концен- H2O (%) основное вещество, % трация, г/л) БП 5,5 - 7,5 (100) 96,0 - 102, 1* (натриевая и калиевая соли) БП 5,0 - 7,5 (3,33) 2,8 - 4,2 96,0 - 102,0 (БП), (новокаиновая соль) 39,0 - 42,0 (новокаин) Бензатина БП -** 5,0 - 8,0 96,0 - 102,0 (БП), 24,0 - 27,0 (бензатин) ФМП 2,4 - 4,0 (5,0) 95,0 - 100,5 (сумма ФМП и 0,5* 4-гидроксиФМП) КЦ 5,5 - 7,5 (50) 89,0 - 101, 5, (динатриевая соль) АМП 3,5 - 5,5 (2,5) 12,0 - 15,0 96,0 - 100, (тригидрат) АМП 8,0 - 10,0 (100) 91,0 - 100, 2, (натриевая соль) АМО 3,5 - 5,5 (2,0) 11,5 - 14,5 95,0 - 100, (тригидрат) АМО 8,0 - 10,0 (100) 89,0 - 100, 3, (натриевая соль) ПЦ 5,0 - 7,0 (100) 95,0 - 101, 2, (натриевая соль) ОЦ 4,5 - 7,5 (30) 3,5 - 5,0 81,5 - 95,0 (оксациллин) (натриевая соль) Примечания:
1) Определение воды проводят методом К.Фишера 2) * - потеря в массе при высушивании 3)** - определяется кислотность или щёлочность Органические растворители, тяжёлые металлы, сульфатная зола. Данные показатели определяют для полусинтетических пеницил линов. Определение летучих органических растворителей (N,N диметиланилин, 2-этилгексановая кислота, метиленхлорид) проводится методом ГЖХ (табл. 10).
Беталактамные антибиотики. Пенициллины Таблица Условия определения летучих органических растворителей в субстанциях пенициллинов методом ГЖХ согласно Ph.Eur. 4) Условия определения Вещество колонка, неподвижная фа- под- дете внутренний за, температура колонки вижная ктор стандарт фаза N,N- гелий ДИП N,N капиллярная 25м0,32 мм;
диметиланилин 300 диэтиланилин полиметилфенилсилоксан;
температура от 150 до 220 С С (изотермический режим - линейный градиент - изо термический режим) насадочная;
2м2 мм;
по- азот ДИП нафталин лиметилфенилсилоксан С (3%);
120 С 2-этилгексано- капиллярная 10м0,53 мм;
гелий ДИП 3-циклогек вая кислота 300 силпропионовая макрогол 20000 2 кислота нитротерефталат;
темпера- С тура от 40 до 200 С (изо термический режим - ли нейный градиент - изотер мический режим) метиленхлорид азот ДИП этиленхлорид насадочная;
1,5м4 мм;
макрогол 1000 (10%);
60 С С 2.5.3. Количественное определение Основным методом количественного определения (Ph.Eur. 4, BP, USP) пенициллинов является ВЭЖХ. Разделение проводят на колонках с октадецилсиликагелем (в USP для оксациллина используется фенил силикагель). Подвижные фазы представляют собой смеси водных фос фатных буферных растворов и метанола или ацетонитрила (табл. 11).
Детекция - спектрофотометрическая.
Метод ВЭЖХ позволяет провести не только количественное опре деление основного вещества (допустимые содержания для различных пенициллинов показаны в табл. 9), но и родственных соединений, вы ступающих в роли примесей. До возникновения данного метода количе ственное определение пенициллинов проводилось, например, следую щим образом (согласно ГФ X) - методом иодометрического титрования определялась сумма пенициллинов, а затем другим методом (гравимет рия, УФ-спектрофотометрия) определялось содержание конкретного пенициллина.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Таблица Условия количественного определения пенициллинов методом ВЭЖХ согласно EP 2004 (оксациллин ЦUSP 24) Вещество Подвижная фаза, скорость Детекция, нм БП Смесь A и B в соотношении 70:30, где (А) - натриевая и смесь ФБР (KH2PO4 + H3PO4, pH 3,5), метано калиевая соли ла и воды (10:30:60);
(B) - cмесь ФБР (KH2PO + H3PO4, pH 3,5), метанола и воды (10:50:40) (1 мл/мин) БП смесь (250:250:500;
pH смеси 7,2) ацетонитри- та же новокаиновая соль ла, воды и водного раствора, содержащего г/л KH2PO4 и 6,5 г/л [(C4H9)4N], доведенного до рН 7,0 1 М раствором KOH (1,75 мл/мин) бензатина Смесь (10:35:55) ФБР (pH 3,5), метанола и во- БП ды;
40 С (1 мл/мин) ФМП Смесь A и B в соотношении 60:40, где (А) - смесь ФБР (pH 3,5), метанола и воды (10:30:60);
(B) - cмесь ФБР (pH 3,5), метанола и воды (10:35:45) (1 мл/мин) КЦ Смесь A и B в соотношении 85:15, где (А) - динатриевая соль смесь водного раствора NaH2PO4 (15,6 г/л;
pH 4,3) и ацетонитрила 980:20;
(B) - смесь водно го раствора NaH2PO4 (15,6 г/л;
pH 4,3) и аце тонитрила 600:400 (1 мл/мин) АМП Смесь A и B в соотношении 85:15, где (А) - тригидрат и смесь 0,5 мл разведенной уксусной кислоты, натриевая соль 50 мл 0,2 М KH2PO4 и 50 мл ацетонитрила, разбавленная до 1000 мл водой;
(B) - смесь 0,5 мл разведенной уксусной кислоты, 50 мл 0,2 М KH2PO4 и 400 мл ацетонитрила, разбав ленная до 1000 мл водой (1 мл/мин) АМО cмесь A и B в соотношении 92:8, где (А) - та же тригидрат и смесь (1:99) ацетонитрила и фосфатного бу натриевая соль ферного раствора (рН 5,0);
(B) - смесь (20:80) ацетонитрила и ФБР (рН 5,0) (1 мл/мин) ПЦ Смесь A и B в соотношении 88:12, где (А) - и его натриевая смесь 576 мл воды, 200 мл 31,2 г/л раствора соль NaH2PO4 и 24 мл 80 г/л раствора тетрабути ламмония гидроксида (pH 5,5) и 200 мл ацето нитрила;
(B) - смесь 126 мл воды, 200 мл 31, г/л раствора NaH2PO4 и 24 мл 80 г/л раствора тетрабутиламмония гидроксида (pH 5,5) и мл ацетонитрила (1 мл/мин) ОКС USP - Смесь 700 мл водного раствора натриевая соль KH2PO4 (1,9 г/700 мл), 300 мл ацетонитрила и 100 мл метанола Беталактамные антибиотики. Пенициллины Согласно IP III количественное определение пенициллинов прово дят спектрофотометрическим методом по реакции с имидазола ртути (II) хлоридом. Продуктом реакции является соль имидазола и ком плексного соединения ртути (II) с пеницилленовой кислотой:
Hg Cl S CH H CH3 N NH N N COO R O H O Максимум поглощения данного вещества находится при 325 нм.
В некоторой НД для количественного определения полусинтети ческих пенициллинов используется реакция образования медной соли пеницилленовой кислоты. Продукт реакции имеет максимум поглоще ния при 320 нм (в водно-спиртовом растворе - при 330 нм).
Литература 1. Арзамасцев А.П. Ультрафиолетовые и инфракрасные спектры лекарствен ных веществ. - М.: Медицина, 1981.
2. Беталактамные соединения. Взаимосвязь структуры и биологической ак тивности / П.С. Ныс, В.Б. Курочкина, А.В. Скляренко, Г.А. Вейнберг // Антибиотики и химиотерапия. - 2000. - Т. 45, № 11. - С. 36 - 42.
3. Иваницкая Л.П. Направленный поиск природных беталактамных антибио тиков // Антибиотики. - 1983. - Т. 28, № 2. - С. 37 - 56.
4. Курочкина В.Б., Ныс П.С. Новые беталактамные структуры. Проблемы конструирования // Антибиотики и химиотерапия. - 2002. - Т. 47, № 2. - С. 29 - 37.
5. Либинсон Г.С. Проблемы стандартизации антибиотиков. Устойчивость пенициллинов и цефалоспоринов в растворах // Антибиотики. - 1983. - Т. 28, № 2. - С. 56 - 75.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Как это выглядит Цефалоспорины Лекция 1. Общая характеристика и классификация Цефалоспоринами (цефемами) называют антибиотики, являю щиеся производными 7-аминоцефалоспорановой или 7-амино дезацетоксицефалоспорановой кислоты.
H2N S H2N S N O CH N CH O O COOH O COOH 7-АЦК 7-АДЦК Открытие антимикробного действия цефалоспоринов относится к 1945 году, когда итальянский учёный Джузеппе Бротзу (профессор университета Сардинии) выделил из пробы морской воды в Сардинии у места слива в море сточных вод гри бок Cephalosporium acremonium и установил, что продукты, выделяемые данных ор ганизмом, обладают антимикробной активностью. В 1953 году один из этих продук тов (цефалоспорин С) был идентифицирован. Содержание данного вещества в про дуктах жизнедеятельности грибка было невелико (по ходу исследования оно было названо микропримесью к микропримеси), оно не было пригодно для практиче ского применения, не было найдено фермента цефалоспориназы аналогичного пе нициллиназе, поэтому многие учёные (например, Э. Чейн) считали нецелесообраз ным получение полусинтетических цефалоспоринов на основе цефалоспорина С.
Заслуга в продвижении цефалоспоринов принадлежит английскому учёному Эд вардсу Абрахаму (Оксфорд). В 1962 году на рынок был выпущен цефалотин. Затем появились цефалоридин, цефалексин и т.д. Во второй половине 1970-х годов в каче стве лекарственных средств стали применяться цефалоспорины второго и третьего поколений: цефуроксим, цефотаксим, цефтриаксон и др. В настоящее время в кли нической практике применяют около 40 цефалоспоринов.
Кроме цефемов (листинных цефалоспоринов) к антибиотикам данной группы также цефамицины (7-метоксицефалоспорины), оксаце фемы и карбацефемы H H H OCH OCH R1 N R1 N S R1 N O O N O N O N R R R O O O COOH COOH COOH карбацефемы цефамицины оксацефемы Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Как и в случае 6-аминопенициллановой кислоты структуру ами ноцефалоспорановых кислот можно описывать двумя видами формул и для данного вещества, а также его производных, используются два спо соба нумерации.
COOH H H H2NS O 8 CH N 7 N H2N 8 CH S O H H COOH При использовании второго способа нумерации, принятого в Ев ропейской, Британской и многих других фармакопеях, 7-АЦДК имеет название (6R,7R)-7-амино-3-метил-8-оксо-5-тиа-1-азабицикло [4.2.0]окт 2-ен-2-карбоновая кислота. Цефалопорины отличаются друг от друга заместителями расположенными в 3-м и 7-м положениях цефемного яд ра.
В зависимости от химической структуры различают следующие группы цефалоспоринов (формулы веществ - см. табл. 2) цефалоспорины - кислоты (цефазолин, цефалотин) H R1 N S O N R O COOH аминоцефалоспорины (цефалексин) NH2 H N S R O N R O COOH N-замещённые аминоцефалоспорины (цефоперазон) R NH H N S R O N R O COOH иминоцефалоспорины (цефотаксим, цефуроксим, цефтриаксон, цефтазидим и др.) Цефалоспорины R N H N S R O N R O COOH Фармакологическая классификация. В зависимости от отноше ния к грамположительной и грамотрицательной микрофлоре, выделяют 4 поколения цефалоспоринов (табл.1).
Таблица Фармакологическая классификация цефалоспоринов Поколение Характеристика Лекарственные вещества парентеральные пероральные первое Активны в отношении грам- цефалотин цефалексин положительных кокков (кроме цефазолин энтерококков), в том числе и пенициллиназообразующих.
Разрушаются -лактамазами грамотрицательных бактерий второе Действуют не только на грам- цефуроксим, цефуроксим положительные кокки, но и аксетил некоторые грамотрицательные микроорганизмы третье Более активны, чем цефалос- цефотаксим, цефтибутен порины I и II поколений, в от- цефтазидим, цефиксим ношении грамотрицательной цефтриаксон, микрофлоры. Стафилококк и цефоперазон другие кокки к ним менее чув ствительны четвёртое Менее активны в отношении цефепим грамположительных микроор- цефпиром ганизмов, чем цефалоспорины I поколения, и не превышают по активности действие цефа лоспоринов III поколения на грамотрицательные микроор ганизмы, но более устойчивы к действию бета-лактамаз и высокоэффективны в отноше нии анаэробов Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Таблица Важнейшие представители цефалоспоринов МНН, структурная формула и Синонимы и химическое название формы выпуска 1 Цефазолина натриевая соль Кефзол (Cefazolin Sodium) Лизолин Оризолин H3C Цефамезин N H Цефезол S N N S Порошок для инъ N N екций во флаконах N O N S по 0,25;
0,5;
1 и 2 г N O COONa натрия (6R, 7R)-3-[[5-метил-1,3,4-тиадиазолил-2)-тио]метил] 8-оксо-7-[(1Н-тетразолил-1-ацетил)амино]-5-тиа-1 азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2-карбоксилат Цефалотина натриевая соль Кефлин (Cefalotin Sodium) Порошок для инъ екций во флаконах H по 0,5;
1 и 2 г N S S O N O CH O COONa O натрия (6R,7R)-3-[(ацетилокси)метилl]-8-оксо-7-[[2-(2 тиофенил)ацетил]амино]-5-тиа-1-азабицикло[4.2.0] окт-2-ен-2 карбоксилат Цефалексин Кефлекс (Cefalexin) Цепорекс Таблетки, покры тые оболочкой, и NH2 H капсулы по 0,25 г и N S 0,5 г;
порошок для H2O приготовления сус O N пензий по 2,5 г CH O COOH (6R,7R)-7-[(R)-2-амино-2- фенилацетамидо]-3-метил-8-оксо-5 тиа-1-азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2-карбоновая кислота (моногидрат) Цефалоспорины Продолжение табл. 1 Цефоперазона натриевая соль Цефобид (Cefoperazone Sodium) Цефоперабол Порошок для инъ O O O екций во флаконах по 0,5;
1 и 2 г N N N N NH H H3C N N N S CH O N S HO O COONa натрия (6R,7R)-7-[[(2R)-2-[[(4-этил-2,3-диоксо-1 пиперазинил)карбонил]амино]- 2-(4- гидроксифе нил)ацетил]амино]-3-[[(1-метил-1 H-5-тетразолил)тио]метил] 8-оксо-5-тиа-1-азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2-карбоксилат Цефотаксима натриевая соль Клафоран (Cefotaxime Sodium) Лифоран Тарцефоксим OCH Цефабол N H Порошок для инъ N S екций во флаконах S по 1 и 2 г N O N O CH O H2N COONa O натрия (6R,7R)-3-[(ацетилокси)метил]-7-[[(Z)-2-(2- амино-1,3-тиазолил-4)-2-(метиксиимино)ацетил]амино]-8 оксо-5-тиа-1-азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2-карбоксилат Цефуроксима натриевая соль Зинацеф (Cefuroxime Sodium) Кетоцеф Суперо OCH Цефурабол N H Порошок для инъ N S O екций во флаконах по 0,25;
0,75 и 1,5 г O N O NH O COONa O натрия (6R,7R)-3-[(карбамоилокси)метил]-7-[[(Z)- (2-фуранил)-2-(метоксиимино)ацетил]aамино]-8-оксо-5-тиа-1- азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2- карбоксилат Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Окончание табл. 1 Цефуроксим аксетил Зиннат (Cefuroxime Axetil) Таблетки по 0,25 и 0,5 г OCH Порошок для при N H готовления суспен N S O зии O N O NH O O O O O H3C O CH (1RS)-1-(ацетокси)этил (6R,7R)-3-[(карбамоилокси)метил]-7 [[(Z)-(2-фуранил)-2-(метоксиимино)ацетил]aамино]-8-оксо-5 тиа-1-азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2-карбоксилат Цефтриаксона натриевая соль Лендацин (Ceftriaxone Sodium) Лифаксон Лонгацеф OCH Офрамакс N H Роцефин N S Цефтриабол CH S Порошок для инъ N O N S N екций во флаконах N O 31/2 H2O H2N по 0,25;
0,5;
1 и 2 г COONa N ONa O натрия (Z)-(6R,7R)-7-[2-(2-амино-1,3-тиазолил-4)-2 (метоксиимино)ацетамидо]-8-оксо-3-[(2,5-дигидро-2-метил-6 оксидо-5-оксо-1,2,4-триазинил-3)тиометил]-5-тиа-1 азабицикло[4.2.0]окт-2-ен карбоксилат Цефтазидим Вицеф (Ceftazidime) Тазицеф Фортум H3C CH Цефтидин O COOH Порошок для инъ N H екций во флаконах N S по 1 г S 5H2O N O N N O H2N COO (6R,7R)-7-[[(Z)-2-(2-амино-1,3-тиазолил-4)-2- [(1-карбокси-1-метилэтокси)имино]ацетилl]амино]-8-оксо-3- [(1-пиридинио)метил]-5-тиа-1-азабицикло[4.2.0]окт-2-ен-2- карбоксилат пентагидрат Цефалоспорины 2. Связь структуры и действия В отличие от природных пенициллинов природный цефалоспорин обладает незначительной антибиотической активностью и не может быть использован в качестве лекарственного средства. В основе полу синтетических цефалоспоринов, как уже отмечалось выше, лежит структура 7-аминоцефалоспорановой или 7-аминодезацетоксицефало спорановой кислоты. Биологической активностью обладают соедине ния, у которых 6-й и 7-й атомы в остатке 7-АЦК (7-АДЦК) имеют R конфигурацию (антибиотики, у которых в 7-м положении содержится метоксигруппа, имеют S-конфигурацию данного атома) H H H R NS O N 8 R O COOH В табл. 3 показано влияние изменения структуры цефемного ядра на биологическую активность цефалоспоринов.
Таблица Влияние изменения структуры остатка 7-АЦК (7-АЦДК) кислоты на активность цефалоспоринов Положение Влияние на активность 1 С(2) При замещении карбоксильной группы в данном положении на сложноэфирную получают цефалоспорины-пролекарства (например, цефуроксим аксетил). Данные вещества применяют перорально.
Они хорошо всасываются в ЖКТ и затем в плазме гидролизуются неспецифическими эстеразами с образованием активного антибио тика С(3) Заместитель в данном положении оказывает существенное влия ние на фармакокинетические свойства цефалоспоринов. В качестве заместителей обычно используют различные азот и серусо держащие гетероциклические системы. Введение заместителей с четвертичным аммониевым азотом приводит к увеличению антибак териальной активности соединения (особенно в отношении грамот рицательных микроорганизмов) С(4) Введение в данное положение алкоксигрупп уменьшает антибакте риальную активность, причём тем сильнее, чем больше атомов угле рода содержится в алкоксильном остатке Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Окончание табл. 1 S(5) Образование сульфоксидов приводит к уменьшению биологической активности, замена серы на кислород или углерод повышает её COONa H N N OCH N O N N CH O N S HO O COONa моксалактама динатриевая соль NH2 H N O N Cl O COOH лоракарбеф C(6) Введение заместителей в данное положение приводит к полной по тере антибактериальных свойств цефалоспорина C(7) Модификация N-ацильного заместителя в 7-положении явля ется основным способом модификации фармакологических свойств антибиотика и используется для получения полусинтети ческих цефалоспоринов.
Введение метокси- (цефамицины) или N-формиламиногруппы в 7-е положение повышает устойчивость соединения в отношении лактамаз H OCH N S S O N O NH O COONa O цефокситина натриевая соль Важнейшими представителями цефалоспоринов являются имино цефалоспорины. Одним из факторов, влияющих на антибактериальную активность данных соединений, является конфигурация двойной связи C=N: Z-изомеры (син-изомеры) более активны, чем E-изомеры (анти изомеры). Например, в случае цефотаксима Цефалоспорины OCH H3CO N H N H N N R R S S N O N O H2N H2N Z-изомер E-изомер (старшие заместители расположены (старшие заместители расположены по одну сторону относительно по разные стороны относительно плоскости связи) плоскости связи) 3. Способы получения Цефалоспорины являются полусинтетическими антибиотиками.
Исходным веществом для их синтеза является 7-АЦК, которую в свою очередь, получают из цефалоспорина С, синтезируемого биотехнологи ческим способом. В отличие от 6-АПК 7-АЦК сложно получить фер ментативным гидролизом природного антибиотика, поэтому основным методом получения 7-АЦК является химическое дезацилирование це фалоспорина С. Вначале цефалоспорин С окисляют до иминолактона, который затем гидролизуют до 7-АЦК.
O H N S NaClO/HCOOH HO NH2 O N O CH O COOH O цефалоспорин С COOH O N S H2N S H2O N O CH N O CH O O O O COOH O COOH O HOOC иминолактон 7-АЦК В некоторых странах используется ферментативная биокаталити ческая технология получения 7-АЦК, состоящая из двух стадий. На первой стадии под действием оксидазы D-аминокислот микроорганизма Trigonopsis variabilis цефалоспорин С превращается в глутарил-7-АЦК, Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии который на второй стадии гидролизуется глутарилацилазой Pseudomo nas sp. до 7-АЦК.
При дальнейшем получении различных цефалоспоринов проводят ацилирование 7-АЦК по аминогруппе и модификацию ацетилоксиме тильной группы. Например, для получения цефазолина используют сле дующие реакции CH H2N S O CH N N O CH3 + N CH N O O O N COOH O ангидрид тетразолилуксусной и триметилуксусной кислот H3C 5-метил-1,3,4-тиадиазол- N H 2-меркаптан S N N S N SH N - (CH3)3COOH N O N O CH3 - CH3COOH N O COOH O H3C N H S N N S N N N O N S N O COOH Для некоторых цефалоспоринов разработана технология биоката литического ацилирования.
4. Физико-химические и химико-аналитические свойства 4.1. Внешний вид и растворимость Большинство цефалоспоринов представляют собой натриевые со ли соответствующих кислот. Данные вещества являются белыми или почти белыми порошками (некоторые могут быть желтоватыми), кото рые легко растворимы в воде (табл. 4). Некоторые цефалоспорины (осо бенно цефазолина натриевая соль) гигроскопичны. Цефалексин и на триевые соли цефтриаксона и цефтазидима являются кристаллогидра тами.
Цефалоспорины Таблица Физические свойства лекарственных веществ группы цефалоспоринов Растворимость Вещество Внешний вода этанол другие вид Цефазолина белый или почти легко очень натриевая белый порошок, мало соль (ЦЗ) очень гигроско пичен, обладает полиморфизмом Цефалотина белый или почти 1:3,5 1:700 практически нерастворим в натриевая белый порошок хлороформе и эфире соль (ЦТ) Цефалексин белый или почти 1:100 практи- 1:30 в 0,2% HCl, растворим (ЦЛ) белый кристал- чески в растворах щелочей, прак лический поро- нерас- тически нерастворим в шок творим хлороформе и эфире Цефоперазо- белый или слегка легко мало растворим в метаноле на натриевая желтоватый по соль (ЦП) рошок, гигро скопичен, обла дает полимор физмом Цефотаксима белый или слегка легко умеренно в метаноле, натриевая желтоватый по- практически нерастворим в соль (ЦТМ) рошок, гигро- эфире скопичен Цефурокси- белый или почти легко очень ма натриевая белый порошок, мало соль (ЦФМ) слегка гигро скопичен Цефуроксим белый или почти мало мало растворим в ацетоне, этил аксетил белый порошок ацетате и метаноле (ЦФМА) Цефтриаксо- почти белый или легко очень умеренно в метаноле на натриевая желтоватый по- мало соль (ЦТА) рошок, слегка гигроскопичен Цефтазидим белый или почти мало практи- мало в метаноле, практи (ЦТД) белый кристал- чески чески нерастворим в аце лический поро- нерас- тоне, растворяется в рас шок творим творах кислот и щелочей Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Кислотные формы цефалоспоринов (цефалексин, цефтазидим) и эфиры (цефуроксима аксетил) мало растворимы в воде. В этиловом спирте как солевые, так и кислотные формы антибиотиков данной груп пы растворяются хуже, чем в воде. Все формы цефалоспоринов практи чески нерастворимы в хлороформе и эфире.
4.2. Спектральные свойства Поглощение УФ-излучения. Цефалос H порины значительно лучше, чем пенициллины, R1 N S поглощают электромагнитное излучение O N ближнего УФ-диапазона, что обусловлено R O присутствием в молекулах данных веществ COOH хромофора, состоящего из двойной связи C=C, сопряжённой с амидной группой. Максимум поглощения такого хромо фора находится в диапазоне 260 - 270 нм (величина молярного коэффи циента поглощения достигает 10000) На рис. 1 показаны спектры поглощения цефазолина натриевой соли в кислой и щелочной среде, а в табл. 5 приведены значения макси мумов поглощения и удельных показателей поглощения при макс для некоторых цефалоспоринов.
*10- 230 250 270 290, нм Рис. 1. Спектры поглощения цефазолина натриевой соли в 0,1 М NaHCO3 (1) и 0,1 М HCl (2) Цефалоспорины Таблица Поглощение цефалоспоринов в УФ-области 1% Вещество Растворитель макс, нм ( A1см ) ЦЗ 0,1 М HCl 266 (214) 0,1 M NaHCO3 272 (260 - 300) ЦТ вода 237 (335), 265 (204) ЦЛ вода 262 (220 - 245) ЦТМ вода 235 (360 - 390) Поглощение ИК-излучения. Как и у пенициллинов важнейшие полосы поглощения цефалоспоринов в ИК-спектре находятся в диапа зоне 1800 - 1500 см-1. Например, в ИК-спектре цефалексина имеются полосы поглощения при 1730 см-1 (поглощение лактамного кольца), 1670 см-1 - колебания карбоксильной группу, 1550 см-1 - валентные ко лебания связи C=C.
Оптическая активность. В отличие от пенициллинов цефалоспо рины могут быть как правовращающими, так и левовращающими веще ствами (табл. 6). Так натриевые соли цефалотина, цефотаксима, цефу роксима, а также цефалексин вращают плоскость поляризации плоско поляризованного света вправо, в то время как натриевые соли цефазо лина и цефтриаксона - влево. Абсолютные величины удельного враще ния у цефалоспоринов меньше, чем у пенициллинов.
Таблица Удельное вращение цефалоспоринов (согласно PH.EUR 4) Вещество Растворитель [] D (концентрация, г/л) ЦЗ вода (50) от -15 до -24 ЦТА вода (10) от -155 до -170 ЦТ вода (50) от +124 до +134 ЦЛ фталатный БР рН 4,4 (5) от +149 до +158 ЦТМ вода (10) от +58 до +64 ЦФМ ацетатный БР рН 4,6 (20) от +59 до +66 4.3. Химические свойства Цефалоспорины проявляют примерно такие же химические свой ства, что и пенициллины. Они обладают кислотными свойствами за счёт карбоксильной группы, величина pKa которой находится в диапазоне - 3 (табл. 6). В кислотно-основные свойства некоторых цефалоспоринов вносят вклад радикалы, находящиеся в 3-м (R2) и 7-м (R1) положениях цефемного ядра. Например, в ацильном остатке R1 у цефалексина со Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии держится аминогруппа, поэтому в целом цефалексин является амофли том. У цефтазидима в ацильном остатке имеется карбоксильная группа - у данного цефалоспорина преобладают кислотные свойства (карбок сильная группа, связанная с цефемным ядром, образует внутреннюю соль с пиридиниевым ионом, находящимся в радикале R2). Цефтриаксон является динатриевой солью (кислотными свойствами обладает гетеро циклический остаток R2).
Таблица Кислотно-основные свойства пенициллинов Вещество pKa (COOH) Группы в ацильном остатке цефазолин 2,1 цефалотин 2,5 цефалексин 2,3 pKBH+ (-NH2) = 7, цефоперазон 2, цефотаксим 2, цефуроксим 2, цефтриаксон 3,2 pKa (-OH) = 3, цефтазидим 2,9 pKa (-COOH) = 3, Как и пенициллины цефалоспорины вступают в реакции SN - гид ролиз, образование гидроксамовых кислот и т.д. В кислой и щелочной средах продукты гидролиза цефалоспоринов (цефалоспороиновые ки слоты) подвергаются изомеризации, декарбоксилированию ти и другим превращениям.
За счёт дигидротиазинового фрагмента цефалоспорины проявляют восстановительные свойства. При окислении данных веществ образу ются окрашенные продукты, поэтому окислительно-восстановительные реакции могут быть использованы для идентификации цефалоспоринов.
Так, при действии 1% раствором азотной кислоты в 80%-ной серной ки слоте на цефалексин появляется жёлтое окрашивание, не цефалотина натриевую соль - оливково-зелёное, переходящее в красновато коричневое и т.д.
Как и пенициллины цефалопорины образуют окрашенные продук ты при взаимодействии с реактивом Марки. Реакцию цефалопоринов с данным реактивом проводят следующим образом. В пробирку длиной 150 мм и диаметром 15 мм помещают 2 мг исследуемого вещества, сма чивают 0,05 мл воды и затем добавляют 2 мл раствора формальдегида в концентрированной серной кислоте. Отмечают окраску сразу и после нагревания в течение 1 минуты на водяной бане (табл. 8).
Цефалоспорины Таблица Аналитические эффекты реакции цефалоспоринов с реактивом Марки Вещество Окраска продукта реакции без нагревания нагревание ЦЗ бледно-жёлтая жёлтая ЦЛ бледно-жёлтая тёмно-жёлтая ЦТМ ярко-жёлтая коричневая ЦФМ бледно-коричневая красновато-коричневая ЦТА зеленовато-жёлтая жёлтая 5. Фармакопейный контроль качества 5.1. Идентификация Основными методами идентификации цефалоспоринов, согласно Ph.Eur. 4, являются ИК-спектроскопия и, в случае натриевых солей, про ба на присутствие катиона натрия.
Идентификацию некоторых цефалоспоринов в Ph.Eur. 4 (и более широко в BP 2001) проводят методом ТСХ. В качестве неподвижной фазы используется силанизированный силикагель, содержащий флуо ресцентный индикатор. Подвижная фаза - смесь органического раство рителя (ацетонитрил, ацетон, тетрагидрофуран, метилацетат) и водного раствора ацетата аммония (150 г/л), доведенного до рН 6,2 с помощью М CH3COOH (табл. 9). Обнаружение пятен веществ проводят с помо щью УФ-лампы (254 нм).
Таблица Подвижные фазы, используемые для идентификации цефалоспоринов методом ТСХ Вещества Органический растворитель и его соотношение (по объёму) с раствором ацетата аммония ЦЗ ацетонитрил (15:85) ЦЛ, ЦТМ ацетон (15:85) ЦФМ тетрагидрофуран (10:90) ЦТА метилацетат (10:90) При идентификации некоторых цефалоспоринов используются также реакция с реактивом Марки (см. табл. 8) и индивидуальные реак ции, характерные для определённых цефалоспоринов (например, при действии на цефалексин сульфатом меди (II) в щелочной среде образу ется комплексное соединение оливково-зелёного цвета).
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии 5.2. Испытания на чистоту При испытаниях на чистоту у цефалоспоринов определяются та кие же показатели (и таким же образом), как и у пенициллинов: про зрачность и цветность, рН, удельное вращение, оптическая плотность, родственные соединения, содержание остаточных растворителей (N,N диметиланилин, 2-этилгексановая кислота), вода, стерильность, бакте риальные эндотоксины, сульфатная зола и тяжёлые металлы. В табл. показаны допустимые значения некоторых характеристик цефалоспо ринов. Так, растворы большинства цефалоспоринов имеют слабокислую или нейтральную среду (наименьшее допустимое значение рН у цефта зидима натриевой соли, в структуре которого имеется дополнительная карбоксильная группа;
наибольшее - у цефуроксима натриевой соли), содержание воды минимально у цефуроксима аксетила, максимально - цефтазидима натриевой соли.
Таблица Величины рН растворов, содержание воды и действующего вещества в субстанциях цефалоспоринов (согласно Ph.Eur. 4) Характеристики Вещество рН H2O (%) основное вещество**, (концентрация, г/л) % ЦЗ 4,0 - 6,0 (100) до 6,0 95,0 - 102, ЦТ 4,5 - 7,0 (100) 96,0 - 101, 1, ЦЛ 4,0 - 5,5 (5) 4,0 - 8,0 95,0 - 102, ЦП 4,5 - 6,5 (100) 96,0 - 102, 5, ЦТМ 4,5 - 6,5 (100) 96,0 - 101, 3,0* ЦФМ 5,5 - 8,5 (10) 96,0 - 102, 3, ЦФМА - 96,0 - 102, 1, ЦТА 6,0 - 8,0 (120) 8,0 - 11,0 96,0 - 102, ЦТД 3,0 - 4,0 (5) 13,0 - 15,0 95,0 - 102, Примечания:
1) определение воды проводят методом К.Фишера 2) * - потеря в массе при высушивании 3) ** - в пересчёте на безводное вещество (для ЦТМ - на высушенное вещество;
для ЦФМА - безводное и не содержащее ацетона) 5.3. Количественное определение Как и в случае пенициллинов главным методом количественного определения цефалоспоринов как в субстанции, так и в готовых лекар ственных средствах является ВЭЖХ (табл. 11). В качестве неподвижной фазы при определении цефалоспоринов данным методом используется Цефалоспорины октадецилсиликагель (большинство цефалоспоринов), а также гексил силикагель (цефуроксим, цефиазидим) и триметилсилилсиликагель (це фуроксим аксетил). Подвижные фазы представляют собой смеси ацето нитрила или (и) метанола и водных буферных растворов (фосфатный, ацетатный, цитратный). Детекция - спектрофотометрическая.
Для количественного определения цефалоспоринов используются также УФ-спектрофометрия (может быть использована прямая спек трофотометрия, так как цефалоспорины достаточно интенсивно погло щают УФ-излучение), кислотно-основное титрование в неводных сре дах (количественное определение цефалексина в ГСО) и т.д.
Таблица Условия количественного определения цефалоспоринов методом ВЭЖХ согласно Ph.Eur. Вещество НФ ПФ, скорость Детекция, нм ЦЗ С18-СГ смесь (10:90) ацетонитрила и раствора, содержащего 2,77 г/л Na2HPO4 и 1, г/л лимонной кислоты (1 мл/мин) ЦТ С18-СГ в 790 мл воды растворяют 17 г ацетата натрия и 0,6 мл ледяной уксусной ки слоты (рН раствора 5,8Ц6,0), добавляют 150 мл ацетонитрила и 70 мл этанола ( мл/мин, 40 С) ЦЛ С18-СГ смесь (2:5:10:83) метанола, ацетонитри- ла, раствора KH2PO4 (13,6 г/л) и воды (1,5 мл/мин) ЦП С18-СГ смесь (884:110:3,5:2,5) воды, ацетонит- рила, растворов уксусной кислоты ( г/л) и ацетата триэтиламмония ( мл/мин) ЦТМ С18-СГ к раствору 3,5 г KH2PO4 и Na2HPO4 в 1000 мл воды (рН 7,0) прибавляют мл метанола (1 мл/мин) ЦФМ С6-СГ смесь (1:99) ацетонитрила и ацетатного БР (pH 3,4) (1,5 мл/мин) ЦФМА триметил- смесь (38:62) метанола и раствора силил-СГ NH4H2PO4 (23 г/л) (1 мл/мин) ЦТА С18-СГ растворяют 2 г тетрадециламмония бромида и 2 г тетрагептиламмония бро мида в смеси 400 мл воды, 55 мл 0, М фосфатного БР (рН 7,0) и 5 мл цит ратного БР (рН 5,0), разбавляют водой до 1000 мл и добавляют 500 мл ацето нитрила (1,5 мл/мин) ЦТД С6-СГ к раствору 4,26 г Na2HPO4 и 2,73 г KH2PO4 в 980 мл воды добавляют 20 мл ацетонитрила (2 мл/мин) Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Литература 1. Беталактамные соединения. Взаимосвязь структуры и биологической ак тивности / П.С. Ныс, В.Б. Курочкина, А.В. Скляренко, Г.А. Вейнберг // Антибиотики и химиотерапия. - 2000. - Т. 45, № 11. - С. 36 - 42.
2. Иваницкая Л.П. Направленный поиск природных беталактамных антибио тиков // Антибиотики. - 1983. - Т. 28, № 2. - С. 37 - 56.
3. Курочкина В.Б., Ныс П.С. Новые беталактамные структуры. Проблемы конструирования // Антибиотики и химиотерапия. - 2002. - Т. 47, № 2. - С. 29 - 37.
4. Либинсон Г.С. Проблемы стандартизации антибиотиков. Устойчивость пенициллинов и цефалоспоринов в растворах // Антибиотики. - 1983. - Т. 28, № 2. - С. 56 - 75.
5. Ныс П.С., Бартошевич Ю.Э. Основы разработки биокаталитических про цессов трансформации и синтеза беталактамных антибиотиков // Антибиотики и химиотерапия. - 1999. - Т. 44, № 12. - С. 19 - 36.
6. Determination of dissociation constants of cephalosporins by capillary zone electrophoresis / Y. Mrestani, R. Neubert, A. Munk, M. Wiese // J. Chromatogr. A. - 1998.
- Vol. 803. - P. 273 - 278.
7. Optimization of separation and migration behavior of cephalosporins in capil lary zone electrophoresis / C.E. Lin, H.W. Chen, E.C. Lin et al // J. Chromatogr. A. - 2000. - Vol. 879. - P. 197 - 210.
8. Phourq F., Jarry C. Determination of third-generation cephalosporins by high performance liquid chromatography in connection with pharmacokinetic studies // J.
Chromatogr. A. - 1998. - Vol. 812. - P. 159 - 178.
Цефалоспорины Как это выглядит Цефалоспорины для парентерального применения Цефазолина натриевая соль Цефоперазона натриевая соль Цефотаксима натриевая соль Цефуроксима натриевая соль Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Цефтриаксона натриевая соль Цефтазидим Цефалоспорины Цефалоспорины для перорального применения Цефалексин Цефуроксим аксетил Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Лекция 1. Карбапенемы 1.1. Общая характеристика, связь структуры и действия Карбапенемами называют антибиотики, в основе структуры ко торых лежит бициклическая система, состоящая из конденсированных -лактамного и пирролидинового колец. Известно около 20 природных антибиотиков, относящихся к данной группе. Важнейшими из них яв ляются оливановая кислота (продуцируется Streptomyces olivaceus) и тиенамицин (S. cattleya). Эти вещества являются антибиотиками широ кого спектра действия, относительно малотоксичны, но химически очень нестабильны.
OH OH H H H H OH NH H3C H3C S S N N O O COOH COOH оливановая кислота тиенамицин При выяснении причины химической неустойчивости тиенамици на было установлено, что данное вещество инактивируется цистамином, при этом атом азота цистамина взаимодействует с аминогруппо тиена мицина. Защитить эту группу ацилированием или метилированием не удалось. Введение в молекулу остатка гуанидина стабилизировало мо лекулу, но получение такого соединения было очень сложным. В году сотрудниками компании Merck было получно N-формидоильное производное тиенамицина, названное затем имипенемом. Полученный полусинтетический антибиотик был не только химически более устой чив, чем тиенамицин, но и обладал значительно большей антимикроб ной активностью.
OH H H H NH H3C N S имипенем N O COOH Карбапенемы. Монобактамы. Ингибиторы бета-лактамаз Основным недостатком имипенема является то, что данное веще ство разрушается ферментом дигидропептидазой почек I типа с образо ванием токсичных продуктов. Данный антибиотик применяют только совместно с циластатином - ингибитором фермента, разрушающего имипенем (лекарственное средство содержащее имипенем и натриевую соль циластатина называется Тиенам - табл. 2).
H3C H3C H H N O H NH циластатин S HOOC COONa При модификации заместителя в 3-м положении и введении ме тильной группы в 4-е положение структуры карбапенема был получен меропенем - вещество, не разрушающееся дигидропептидазой и более активное, чем имипенем, в отношении грамотрицательных микроорга низмов.
O N(CH3) OH H CH3 NH H H H3C меропенем S N O COOH Карбапенемы являются антибиотиками ультраширокого спектра действия. К ним чувствительны грамположительные и многие грамот рицательные аэробные и анаэробные микроорганизмы. Кроме того, кар бапенемы устойчивы к -лактамазам, разрушающим пенициллины и цефалоспорины. Карбапенемы могут быть использованы для лечения полимикробных и смешанных аэробно-анаэробных инфекций, а также для первичной терапии инфекционного процесса до определения его бактериальных возбудителей.
Особенности антимикробного действия карбапенемов определя ются их химическим строением. Данные вещества имеют малый размер молекул и находятся в растворе в виде цвиттер-ионов, поэтому очень хорошо проникают в периплазматическое пространство микробной клетки. Транспорт карбапенемов через внешнюю мембрану происходит не только через пориновые каналы, но и через каналы D2-белков. Кроме этого, карбапенемы способны связываться с ПСБ 2-го типа, который имеется у микроорганизмов, устойчивым ко многим антибиотикам.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Связь структуры и действия для карбапенемов показана в табл. 1.
Как у пенамов и цефемов атом С(5) в карбапенемовом ядре имеет R конфигурацию. Конфигурация же атома С(6) не R, а S.
H R H H R3 6 S R N O COOH Таблица Влияние изменения структуры карбапенемов на их активность Положение Влияние на активность С(3) Модификация молекулы в данном положении может приводить к повышению устойчивости соединения к действию кислот и лактамаз. Введение амидиновой группы в 2-тиоэтильный фраг мент карбапенема повышает активность антибиотика в отношении грамотрицательных микроорганизмов С(4) Введение метильной группы приводит к увеличению устойчивости антибиотика по отношению к действию дигидропептидаз почек С(6) Даже при отсутствии заместителя в данном положении антибакте риальное действие вещества сохраняется. Максимальной антибак териальной активностью обладают карбапенемы, содержащие в 6-положении 1R-гидроксиэтильную группу. Такая группа защи щает -лактамное кольцо и обеспечивает устойчивость антибиоти ков в отношении -лактамаз. 6-Ациламидные производные карбапенема химически нестабильны и биологически неактивны Таблица Антибиотики группы карбапенемов МНН, структурная формула и Синонимы и химическое название формы выпуска 1 Имипенем Тиенам - порошок для (Imipenem) инъекций во флаконах, в состав которого входят OH H по 0,25 или по 0,5 г ими пенема и циластатина NH H3C N S натрия N O COOH (5R,6S)-6-[(R)-1-гидроксиэтил]-3- [[2 [(иминометил)амино]этил]тио]-7-оксо-1-азабицикло [3.2.0]гепт-2-ен-2-карбоновая кислота Карбапенемы. Монобактамы. Ингибиторы бета-лактамаз Окончание табл. 1 Меропенем Меронем (Meropenem) Порошок для инъекций во флаконах по 0,5 и 1 г O N(CH3) OH CH NH H3C 3H2O S N O COOH (4R,5S,6S)-3-[[(3S,5S)-5-(диметилкарбамоил)-3 пирролидинил]тио]-6-[(1R)-1-гидроксиэтил]-4-метил-7 оксо-1-азабицикло[3.2.0]гепт-2-ен-2-карбоновая кислота, тригидрат 1.2. Способы получения Природные карбапенемы синтезируются микроорганизмами в не значительных количествах и очень неустойчивы, поэтому имипенем и меропенем получают путём полного химического синтеза. Исходным веществом для их получения может служить дибензиловый эфир L аспарагиновой кислоты, при циклизации которого образуется -лактам.
Лактам затем превращают в бициклическое соединение, из которого, в свою очередь, получают синтезируемый антибиотик.
O O CH2C6H O OCH2C6H5 CH3CHO O O N NH H R C6H5H2C O OH OH O OCH2C6H5 H3C H3C O -N NH NH O HN O OCH2C6H O OH OH 1) Si(CH3)3Cl H3C 2) HS(CH2)2NH H3C O S N N 3) HCOOH + NH NH N O O H COOH OCH2C6H O Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии 1.3. Свойства и контроль качества Имипенем включен в Ph.Eur 4, BP 2001 и USP 24, меропенем - только в USP 24.
Внешний вид и растворимость. Имипенем представляет собой порошок от белого до почти белого цвета или бледно жёлтый, умеренно растворим в воде, мало растворим в метаноле. Тиенам - это порошок от белого до желтовато-белого цвета. При внутримышечном введении 0,5 г этого вещества растворяют в 2 мл растворителя, при этом образуется суспензия белого или слегка желтоватого цвета. В случае внутривенных инфузий 0,5 г тиенама растворяют в 100 мл раствора NaHCO3 для полу чения раствора с pH от 6,5 до 8,5.
Меропенем - это бесцветные или белые кристаллы. Данное веще ство растворимо в диметилформамиде и 5% растворе калия дигидро фосфата, умеренно растворимо в воде, очень мало растворимо в этано ле, практически нерастворимо в ацетоне и эфире.
Идентификация. Проводится методом ИК-спектроскопии. Для меропенема, согласно USP 24, используется также УФ-спектроскопия (спектр водного раствора с концентрацией 30 мкг/мл).
Чистота. Определяют прозрачность и цветность растворов, удельное вращение, рН, примеси родственных соединений (хромато графическую чистоту), остаточные растворители, воду, сульфатную зо лу, стерильность, бактериальные эндотоксины и т.д.
Имипенем вращает плоскость поляризации плоскополяризованно го света вправо ([] = от +84 до +89, раствор 5 г/л в фосфатном буфер ном растворе рН 7,0, температура 25С), меропенем - влево (от -17 до 21, водный раствор 5 г/л). Оба вещества являются амфолитами, поэто му их водные растворы имеют слабокислую реакцию среды (имипенем (5 г/л) - 4,5 - 7,0;
меропенем (10 г/л) - 4,0 - 6,0). Как имипенем, так и меропенем - кристаллогидраты. Содержание воды имипенеме должно составлять от 5,0 до 8,0%, в меропенеме - 11,4 - 13,4%. Основной при месью в имипенеме является тиенамицин.
Количественное определение. Проводится методом ВЭЖХ. В качестве неподвижной фазы используется октадецилсиликагель. Под вижная фаза для имипенема (Ph.Eur 4) - смесь (0,7:99,3) ацетонитрила и раствора K2HPO4, доведенного до рН 7,3 фосфорной кислотой (в USP в качестве подвижной фазы используется фосфатный буферный раствор рН 6,8 без добавления ацетонитрила);
для меропенема в качестве под вижной фазы используется смесь (5:1) водного раствора триэтиламина (1,0 мл в 1 л), доведенного до рН 5,0 фосфорной кислотой, и метанола.
Детекция - спектрофотометрическая (имипенем - 254 нм, меропенем - 300 нм).
Карбапенемы. Монобактамы. Ингибиторы бета-лактамаз 2. Монобактамы 2.1. Общая характеристика, связь структуры и действия Монобактамы - это антибиотики, являющиеся производными 3 аминомонобактамовой кислоты, продуцируемые бактериями родов Ace tobacterium, Gluconobacterium, Chromobacterium, отдельными видами рода Pseudomonas. Впервые такие вещества были описаны в конце 1970-х - начале 1980-х годов. До этого считалось, что антимикробной активностью могут обладать только бициклические -лактамы.
H H H N R R O N O R В таблице 3 показано связь структуры производных 3 аминомонобактамовой кислоты с их антимикробной активностью.
Таблица Связь структуры монобактамов с их антибактериальной активностью Положение Влияние на активность N(1) В N-незамещённом монобактаме ациламидная связь слишком прочна, поэтому антибактериальная активность у такого соедине ния отсутствует. Основная роль электроноакцепторной группы (чаще всего ЦSO3H), находящейся при атоме азота, заключается в ослаблении ациламидной связи С(2) Введение метильной или карбамоилоксиметильной группы в дан ное положение увеличивает устойчивость антибиотика по отно шению к -лактамазам, однако с увеличением размера заместителя уменьшается антибактериальная активность С(3) Данный атом должен иметь S-конфигурацию. Наиболее активны монобактамы, содержащие в 3-положении такой же N-ацильный фрагмент, что и цефалоспорины 3-го и 4-го поколений. Введение в 3-положение метокси- или N-формиламиногруппы повышает ус тойчивость антибиотика по отношению к -лактамазам Практическое применение в настоящее время имеет лишь один представитель монобактамов - азтреонам (табл. 4).
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии H3C COOH H3C O H N H H N CH S азтреонам O N N O SO3H H2N Азтреонам является антибиотиком узкого спектра действия. Он активен в отношении грамотрицательных микроорганизмов и обладает устойчивостью по отношению к -лактамазам. Используется при тяже лых инфекциях, вызванных грамотрицательной микрофлорой, устойчи вой к другим антибиотикам. Вводится только парентерально (внутри мышечно и внутривенно). Хорошо проникает в различные ткани и орга ны. Незначительно метаболизируется в печени, экскретируется пре имущественно почками, на 60-75% в неизмененном виде.
Таблица Антибиотики - монобактамы МНН, структурная формула и Синонимы и химическое название формы выпуска Азтреонам Азактам (Aztreonam) Порошок для инъекций во флаконах по 0,5 и 1 г H3C COOH азтреонама для инъекций H3C O H N CH N S O N N O SO3H H2N (Z)-2-[[[(2-амино-4-тиазолил)[[(2S,3S)-2-метил-4-оксо-1 сульфо-3-азетидинил]карбамоил]метилен]амино]окси]-2- метилпропановая кислота 2.2. Способы получения Азтреонам получают путём полного химического синтеза. Моно бактамный цикл можно получить из L-треонина, производных (+) винной кислоты либо карбонилированием замещённых азиридинов, на пример Карбапенемы. Монобактамы. Ингибиторы бета-лактамаз R R кат., 90С, 20 атм N N O R R 2.3. Свойства и контроль качества Внешний вид и растворимость. Азтреонам (USP 24) - белый кристаллический порошок без запаха. Растворим в диметилформамиде и диметилсульфоксиде, мало растворим в метаноле, очень мало раство рим в безводном этаноле, практически нерастворим в этилацетате, хло роформе и толуоле. Азтреонам для инъекций представляет собой сухую смесь стерильного азтреонама и L-аргинина (780 мг на 1 г азтреонама).
В зависимости от концентрации азтреонама и применяемого раствори теля растворы для инъекций выглядят бесцветными или имеют соло менно-желтую окраску, которая со временем приобретает розово красный оттенок.
Идентификация. Для идентификации азтреонама используется ИК-спектроскопия, азтреонама для инъекций - ВЭЖХ (параллельно с количественным определением).
Чистота. Для азтреонама проводят испытания на бактериальные эндотоксины, стерильность, содержание воды (не более 2,0%), остаток при прокаливании, тяжёлые металлы. В азтреонаме для инъекций также определяют рН (4,5 - 7,5 для раствора, содержащего 100 мг азтреонама в 1 мл), содержание аргинина (ВЭЖХ, параллельно с количественным определением).
Количественное определение. Проводится методом ВЭЖХ. Не подвижная фаза - октадецилсиликагель;
подвижная - смесь (4:1) фос фатного буферного раствора (дигидрофосфат калия - фосфорная кисло та, рН 3,0) и метанола;
длина волны детектора - 270 нм. В случае азтре онама для инъекций в качестве неподвижной фазы используется сили кагель с привитыми дигидроксипропановыми группами (дополнительно используется предколонка, содержащая силикагель). Подвижная фаза - смесь (750:250) фосфатного буферного раствора (дигидрофосфат аммо ния - фосфорная кислота, рН 2,0) и ацетонитрила. Детектирование проводится при длине волны 206 нм.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии 3. Ингибиторы -лактамаз 3.1. Общая характеристика, связь структуры и действия -Лактамазами называют ферменты, которые катализируют гид ролиз амидной связи в -лактамном кольце пенициллинов, цефалоспо ринов, карбепенемов и монобактамов. Например H H R N S S CH3 -лактамаза R N CH O N O N CH3 H2O CH O HOOC H COOH COOH пенициллоиновая кислота H2N S H2N S -лактамаза + CH3COOH N N O CH3 H2O HOOC CH O COOH COOH O цефалоспороиновая кислота В зависимости от субстратного профиля -лактамазы делятся на пенициллиназы (активны преимущественно в отношении пеницилли нов), цефалоспориназы (гидролизуют, главным образом, цефалоспори ны) и -лактамазы широкого спектра действия.
В зависимости от структуры все известные в настоящее время -лактамазы делят на 4 молекулярных класса. Бета-лактамазы классов А, С и D являются фер ментами серинового типа (содержат в активном центре остаток серина). Фермен ты класса В относятся к металлоферментам (в качестве кофермента в них присутст вует атом цинка). В соответствии с современными представлениями считается, что -лактамазы и пенициллинсвязывающие белки имеют общего предшественника. В процессе эволюции ферменты, осуществляющие синтез пептидогликана и разру шающие -лактамные антибиотики, выделились в самостоятельные группы Различные -лактамные антибиотики обладают разной устойчиво стью по отношению к -лактамазам. Природные пенициллины и амино пенициллины легко разрушаются при действии данных ферментов. Ус тойчивость карбоксипенициллинов и изоксазолпенициллинов значи тельно выше. Цефалоспорины первого поколения сравнительно легко гидролизуются -лактамазами, в то время как цефалопорины третьего поколения (в особенности цефуроксим) устойчивы к действию многих -лактамаз. Карбапенемы и азтреонам также высокоустойчивы по от ношению к большинству бета-лактамаз.
Карбапенемы. Монобактамы. Ингибиторы бета-лактамаз Соединения, способные ингибировать -лактамазы, разделяют на две группы: обратимые ингибиторы и необратимые инактиваторы. В качестве обратимых конкурентных ингибиторов -лактамаз могут вы ступать различные -лактамные антибиотики: оксациллин, азтреонам, цефалоспорины третьего поколения и др.
К необратимым инактиваторам относятся модификаторы амино кислот;
вещества, ингибирующие активный центр фермента, и суицид ные ингибиторы. Последние имеют наиболее важное практическое зна чение. Суицидные ингибиторы расщепляются при взаимодействии с ферментом. Продукты разрушения ковалентно связываются с активным центром фермента и необратимо ингибируют его.
По химическому строению суицидные ингибиторы являются лактамными соединениями. К ним относятся клавулановая кислота (производное оксопенема) и S-диоксиды пенамов:
O O O O O S S CH N OH N N N N N CH CH O O O COOH COOH COOH клавулановая кислота сульбактам тазобактам Подобные вещества входят в состав комбинированных лекарст венных средств, содержащих -лактамные антибиотики (обычно ами нопенициллины или пиперациллин), разрушающиеся -лактамазами.
Данные лекарственные средства получают путём смешивания в опреде лённом соотношении антибиотика и ингибитора (табл. 6) или путём хи мической сшивки данных компонентов (например, сультамицин полу чен путём сшивания молекул ампициллина и сульбактама).
NH2 H N S CH N O CH O O O сультамицин O O O CH N CH S O O Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Клавулановая кислота является природным соединением. Её про дуцентом является Streptomyces clavuligerus. Антимикробная активность клавулановой кислоты невелика, поэтому в качестве самостоятельного лекарственного вещества она не используется. Клавулановая кислота малотоксична. Её основным недостатком является невысокая химиче ская устойчивость. В состав лекарственных средств клавулановая ки слота обычно входит в виде калиевой соли (табл. 6). В табл. 5 показано влияние изменения структуры клавулановой кислоты на её способность ингибировать -лактамазу.
Таблица Влияние изменения структуры клавулановой кислоты на её биологическую активность Положение Влияние на активность С(2) Превращение карбоксильной группы в сложноэфирную (метило вый, бензиловый эфиры) или её удаление не изменяет биологиче ской активности соединения С(3) При гидрировании двойной связи ингибирующая активность уменьшается. При замене OH-группы в заместителе при С3 на амино-, дибензиламино-, фенил- или N-формиламиногруппу при водит к значительному увеличению активности O(4) Тиоаналог клавулановой кислоты обладает менее выраженными ингибирующими свойствами, чем природное соединение Таблица Ингибиторы -лактамаз МНН, структурная формула и Синонимы и химическое название формы выпуска 1 Калия клавуланат Чаще всего выпускается в комбинации Potassium clavulanate с амоксициллином (тригидратом или натриевой солью) в виде таблеток OH O (0,25 или 0,5 г ампициллина и 0,125 г калия клавуланата), порошка для при N готовления суспензий (162,25 или O 312,5 г смеси), порошка для инъекций COOK (500 + 100 мг или 1000 + 200 мг) калия (Z)-(2R,5R)-3-(2-гидроксиэтилиден) Амоксиклав 7-оксо-4-окса-1-азабицикло[3.2.0]гептан Аугментин 2-карбоксилат Панклав Ранклав Кламосар Флемоклав солютаб Карбапенемы. Монобактамы. Ингибиторы бета-лактамаз Окончание табл. 1 Сульбактама натриевая соль Уназин - смесь натриевых солей ам Sulbactam Sodium пициллина и сульбактама (2:1) - поро шок для инъекций, состоящий из 0, O O г (или 1,063 г) ампициллина натриевой S CH соли и 0,274 г (или 0,547 г) сульбакта N CH ма натриевой соли O COONa натрия (2S,5R)-3,3-диметил-7-оксо-4-тиа 1-азабицикло[3.2.0]гептан-2-карбоксилат 4,4-диоксид 3.3. Свойства и контроль качества Внешний вид и растворимость. Калия клавуланат - белый или почти белый кристаллический порошок, гигроскопичен. Легко раство рим в воде, мало растворим в этиловом спирте, очень мало растворим в ацетоне.
Сульбактама натриевая соль (USP 24) - от белого до почти белого кристаллический порошок. Легко растворим в воде и разбавленных ки слотах, умеренно растворим в ацетоне, этилацетате и хлороформе.
Идентификация. Для идентификации калия клавуланата в Ph.Eur 4 используется ИК-спектроскопия. В USP 24 для идентификации калия клавуланата и сульбактама натриевой соли применяется ВЭЖХ. Кроме того, для обоих веществ проводятся реакции на соответствующие ка тионы.
Чистота. Согласно Ph.Eur 4 для калия клавуланата определяют прозрачность и цветность, рН (от 5,5 до 8,0, 20 г/л), удельное вращение (от +53 до + 63), оптическая плотность раствора при 278 нм, родствен ные соединения (ВЭЖХ), алифатические амины (ГЖХ), 2 этилгексановая кислота, воды (максимум 0,5%), стерильность, бактери альные эндотоксины. Для сульбактама натриевой соли, согласно USP 24, определяется кристалличность, пирогены, стерильность и вода (не более 1,0%).
Количественное определение. Для количественного определения обоих веществ используется ВЭЖХ. Неподвижная фаза - октадецилси ликагель;
подвижная для калия клавуланата - смесь (5:95) метанола и фосфатного буферного раствора (рН 4,0 - Ph.Eur 4 и рН 4,4 - USP 21);
для сульбактама натриевой соли - смесь (1650:350) 0,005 М тетрабути ламмония гидроксида и метанола. Детекция - 230 нм.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Литература 1. Беталактамные соединения. Взаимосвязь структуры и биологической ак тивности / П.С. Ныс, В.Б. Курочкина, А.В. Скляренко, Г.А. Вейнберг // Антибиотики и химиотерапия. - 2000. - Т. 45, № 11. - С. 36 - 42.
2. Иваницкая Л.П. Направленный поиск природных беталактамных антибио тиков // Антибиотики. - 1983. - Т. 28, № 2. - С. 37 - 56.
3. Курочкина В.Б., Ныс П.С. Новые беталактамные структуры. Проблемы конструирования // Антибиотики и химиотерапия. - 2002. - Т. 47, № 2. - С. 29 - 37.
4. Макаров А.Н., Сидоренко С.В. Бактериальные бета-лактамазы // Антибио тики и химиотерапия. - 1996. - Т. 41, № 1. - С. 45 - 58.
5. Характеристика и клиническое значение бета-лактамаз расширенного спектра / А.Г. Березин, О.М. Ромашов, С.В. Яковлев, С.В. Сидоренко // Антибиотики и химиотерапия. - 2003. - Т. 48, № 7. - С.
Как это выглядит Аминогликозиды Лекция 1. Общая характеристика и классификация Аминогликозидами (аминоциклитолами) называют антибиоти ки гликозидной природы, агликонами которых являются производные циклогексана, содержащие гидроксильные-, амино- или гуанидиновые группы.
Первый аминогликозидный антибиотик - стрептомицин - был открыт амери канским учёным З.Ваксманом в 1943 году.
Зельман Абрахам Ваксман (1888 - 1973) Родился на Украине (г. Прилуки). В 1911 году эмигрировал в США. В 1915 году окончил Рутгер ский сельскохозяйственный колледж. В 1918 году получил степень доктора философии по биохимии в Калифорнийском университете. Работал в Рутгерсе, где стал ведущим специалистом в области микробио логии почвы.
В 1932 г. Американская национальная ассо циация по борьбе с туберкулезом обратилась к Вакс ману с просьбой изучить процесс разрушения палоч ки туберкулеза в почве. В результате исследований было установлено, что за этот процесс ответственны микробы-антагонисты. В - 1943 г.г. Ваксман и его коллеги исследовали около 10 тысяч различных почвенных микробов в поисках антибиотиков, уничтожающих бактерии и безвредных для че ловека. В 1940 г. исследовательская группа выделила актиномицин, оказавшийся высокотоксичным антибиотиком. В 1942 году был открыт стрептотрицин - анти биотик, высокоэффективный в отношении возбудителя туберкулеза. В 1943 г. в штамме актиномицет, выделенных во время работы Ваксмана над первой научной статьей, был обнаружен стрептомицин. С 1946 года стрептомицин стал широко ис пользоваться в клинической практике. В 1952 г. Ваксман был награжден Нобелев ской премией по физиологии и медицине за открытие стрептомицина, первого ан тибиотика, эффективного при лечении туберкулеза. В речи при вручении премии Арвид Волгрен из Каролинского института отметил, что в отличие от открытия пенициллина профессором Александером Флемингом, которое было в значительной степени обусловлено случаем, получение стрептомицина было результатом дли тельного, систематического и неутомимого труда большой группы ученых.
Канамицин был впервые получен в 1955 году в Японии, гентамицин - в году в США.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Родоначальным веществом, лежащим в основе структуры аглико на аминогликозидов, является D-стрептамин. Наиболее устойчивая конформация данного вещества - конформация кресла с экваториаль ным расположением заместителей.
NH H2N NH HO OH OH OH D-стрептамин HO NH OH OH OH При замещении аминогрупп в молекуле D-стрептамина на остатки гуанидина образуется D-стрептидин, который является агликоном стрептомицина - аминогликозидного антибиотика, продуцируемого Streptomyces griseus.
HN NH HN HO D-стрептидин OH HO NH NH OH NH Стрептомицин является 4-монозамещённым производным стреп тидина. Углеводная часть молекулы данного антибиотика представлена дисахаридом, состоящим из L-стрептозы (5-дезокси-3-С-формил--L ликсофуранозы) и N-метил-L-глюкозамина (2-дезокси-2-метиламино- L-глюкопиранозы).
CHO O H OH H OH OH O O H OH HO H H3C HO OH OH OH OH CH2OH L-ликсоза L-стрептоза CHO HO H H OH OH OH HO HO HO H O O HO H HO HO OH NH CH CH2OH HO HO L-глюкоза N-метил-L-глюкозамин Аминогликозиды В молекуле стрептомицина содержатся две гликозидные связи:
(12) - между остатками N-метил-L-глюкозамина и L-стрептозы и (14) - между остатками L-стрептозы и D-стрептидина.
HN NH L-стрептоза HN O O OH H O HO NH NH OH H3C NH D-стрептидин OH O HO стрептомицин O HO NH CH HO N-метил-L-глюкозамин В качестве лекарственного средства используется стрептомицина сульфат (табл. 4) При удалении из молекулы D-стрептамина гидроксильной группы, связанной со 2-м атомом углерода в циклогексановом кольце, образует ся 2-дезокси-D-стрептамин. Данный аминоспирт является агликоном большинства аминогликозидных антибиотиков.
H2N HO HO NH OH 2-дезокси-D-стрептамин В молекулах аминогликозидов агликон связан с двумя углевод ными (как правило, моносахаридными) остатками. В образовании гли козидных связей могут принимать участие гидроксильные группы, на ходящиеся у 4-го и 5-го либо у 4-го и 6-го атомов углерода циклогекса нового кольца. В связи с этим выделяют две основные группы аминог ликозидных антибиотиков: 4,5-замещённые и 4,6-замещённые дезокси стрептамины. Представителями первой группы являются мономицин и неомицин. Ко второй, более важной в практическом плане, группе отно сятся природные аминогликозидные антибиотики канамицин, гентами цин, тобрамицин, сизомицин и их полусинтетические производные амикацин, изепамицин, нетилмицин и др.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии H2N HO HO NH 5 OH R1 4 H2N R1 4 H2N O O HO O NH NH R2 O OH R 4,5-замещённые дезоксистрептамины 4,6-замещённые дезоксистрептамины Канамицин продуцируется микроорганизмом Streptomyces kana myceticus. Природный антибиотик является смесью трёх веществ - ка намицина А, канамицина B и канамицина С (табл. 1). Все канамицины содержат в 6-м положении циклогексанового кольца остаток 3-дезокси 3-амино-D-глюкопиранозы (3-глюкозамина). В 4-м положении у кана мицина А находится остаток 6-дезокси-6-амино-D-глюкопиранозы (6 глюкозамина), у канамицина B - 2,6-глюкозодиамина и у канамицина C - 2-глюкозамина. Основным и наименее токсичным представителем ка намицинов является канамицин А.
R O HO HO канамицины R1 H2N O HO NH O OH O 3-D-глюкозамин OH HO NH Таблица Химическое строение канамицинов Заместители Антибиотик R1 R канамицин А -OH -NH канамицин B -NH2 -NH канамицин С -NH2 -OH Аминогликозиды В качестве лекарственного средства применяется канамицина мо носульфат и канамицина сульфат (канамицина кислый сульфат) (табл. ).
Последнее вещество получают при добавлении серной кислоты к рас твору канамицина моносульфата и последующем высушивании раство ра подходящим методом. Канамицина моносульфат выпускается в виде таблеток и используется при инфекционных заболеваниях ЖКТ, вы званных чувствительными к данному антибиотику микроорганизмами, а также для санации кишечника при подготовке к операциям на ЖКТ. Ка намицина сульфат выпускается в виде порошка для инъекций и вводит ся внутримышечно, внутривенно, в полости или ингаляционно.
При взаимодействии канамицина А и (2S)-4-амино-2-гидрокси бутановой кислоты получают полусинтетический аминогликозидный антибиотик амикацин, который применяется в качестве лекарственного средства в виде сульфата (табл. 4) NH O HO HO амикацин OH H2N H O H OH N HO NH O O OH O OH HO NH По сравнению с канамицином амикацин обладает большей устой чивостью к действию вырабатываемых микроорганизмами ферментов, инактивирующих аминогликозидные антибиотики.
Основным механизмом устойчивости микроорганизмов к аминог ликозидам является ферментативная модификация молекул антибиоти ков. Известно три вида аминогликозидмодифицирующих ферментов:
ацетилтрансферазы, фосфотрансферазы и аденилилтрансферазы. Аце тилтрансферазы ацетилируют аминогруппу молекулы аминогликозида, фосфотрансферазы и аденилилтрансферазы, соответственно, фосфори лируют и аденилируют гидроксильные группы. Модификация молекулы антибиотика приводит к такому изменению её структуры, которое не позволяет антибиотику связываться с бактериальной рибосомой. Полу чить аминогликозид, не подвергающийся инактивации бактериальными ферментами, невозможно. Можно лишь уменьшить число амино- и гид роксильных групп, доступных для модификации. Ацильный остаток, Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии присутствующий в молекуле амикацина, защищает от ацетилирования NH2-группу в 3-м положении в остатка 2-дезоксистрептамина и ЦOH группу во 2-м положении остатка 3-глюкозамина (рис. 1).
NH2 ацетилирование аденилирование O HO HO ацетилирование OH H2N фосфорилирование H O H OH N HO NH O O OH O OH аденилирование HO NH Рис. 1. Ферментативная модификация молекулы амикацина пунктиром выделены группы, которые подвергаются модификации у канамицина, но ус тойчивы к действию ферментов микроорганизмов у амикацина Гентамицин представляет собой смесь нескольких антибиотиков, продуцируемых Micromonospora purpurea. У всех гентамицинов в 6-м положении циклогексанового кольца находится остаток гарозамина (3 дезокси-4-С-метил-3-метиламино-L-арабинопиранозы), а в 4-м положе нии - остаток пурпурозамина, содержащий различные радикалы при 6 м атоме углерода (табл. 2). В смеси гентаминцинов доминируют гента мицин C1 (20 - 35%) и гентамицин С1a (10 - 30%). Лекарственным сред ством является гентамицина сульфат, который представляет собой смесь сульфатов различных гентамицинов (табл. 4) Таблица Химическое строение гентамицинов Заместители Антибиотик R1 R2 R гентамицин C1 -CH3 -H -CH гентамицин C1a -H -H -H гентамицин C2 -H -H -CH гентамицин C2a -H -CH3 -H гентамицин C2b -CH3 -H -H Аминогликозиды R2 NHR1 замещённые R пурпурозамины O HO гентамицины HO NH2 H2N O NH HO O гарозамин O CH HO NH OH H3C Полусинтетическим производным гентамицина В является изепа мицин, который относится к аминогликозидным антибиотикам четвёр того поколения. Как и в случае амикацина химическая модификация природного антибиотика при получении изепамицина заключается в ацилировании аминогруппы, находящейся в 1-м положении остатка 2 дезоксистрептамина. Изепамицин более устойчив к действию аминог ликозидмодифицирующих ферментов, чем гентамицин.
NH O HO HO изепамицин OH H2N H O H OH N NH HO O O O CH HO NH OH H3C Антибиотики-аминогликозиды имеют широкий спектр действия.
В малых концентрациях действуют бактериостатически. Данные анти биотики связываются со специфическими белками-рецепторами на 30S субъединице рибосом. Это приводит к нарушению образования ини циирующего комплекса между матричной РНК и 30S субъединицей ри босомы. В результате возникают дефекты при считывании информации с ДНК, синтезируются неполноценные белки, что приводит к остановке Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии роста и развития микробной клетки. В больших концентрациях аминог ликозиды нарушают проницаемость и барьерные функции цитоплазма тической мембраны и поэтому обладают бактерицидным действием.
В зависимости от спектра действия и особенностей возникновения устойчивости у микроорганизмов выделяют 4 поколения аминогликози дов (табл. 3).
Таблица Фармакологическая классификация аминогликозидов Поколение Представители Особенности спектра действия и возникновения устойчивости первое стрептомицин, известно 15 ферментов, инактивирующих данные канамицин антибиотики второе гентамицин имеют более высокую активность к синегнойной палочке, инактивируются 10 микробными фер ментами третье амикацин активны в отношении синегнойной палочки, инактивируется только 3 ферментами четвёртое изепамицин имеют более широкий спектр действия по срав нению с другими аминогликозидами, инактиви руются 3 ферментами Аминогликозиды первого поколения из-за токсичности применя ют только для лечения специфических инфекционных заболеваний (ту беркулез, зоонозные и особо опасные инфекции). Остальные аминогли козиды используются для лечения тяжелых системных инфекций, вы званных грамотрицательными бактериями и стафилококками: бакте риемии, вторичный бактериальный менингит, осложнённые инфекций мочевыводящих путей, остеомиелит и др.
Аминогликозиды могут применяться парентерально (порошки или растворы для инъекций), перорально (таблетки) и местно (мази, глазные капли, глазные плёнки, аэрозоли). Из-за своей полярности они практи чески не всасываются в ЖКТ, поэтому в расчёте на системное действие вводятся только парентерально (внутримышечно, внутривенно). Вели чина объёма распределения для аминогликозидов составляет 0,15 - 0, л/кг (т.е. данные вещества в основном находятся в плазме крови и во внеклеточной жидкости). Транспортируются через мембраны путём ак тивного транспорта, поэтому хорошо проникают в органы и ткани с ин тенсивным кровоснабжением (например, данные вещества способны накапливаться в тканях внутреннего уха и коркового слоя почек, поэто му обладают ото- и нефротоксичностью). Метаболизму практически не подвергаются. Выделяются почками в неизменённом виде.
Аминогликозиды Таблица Важнейшие представители аминогликозидов МНН, структурная формула и Синонимы и химическое название формы выпуска 1 Стрептомицина сульфат Порошок для (Streptomycin sulphate) инъекций во флаконах по HN 0,25;
0,5 и 1 г NH HN O O OH H O HO NH NH OH H3C NH 3H2SO OH O HO O HO NH CH HO бис[N,N-бис(аминоиминометил)-4-O-[5-дезокси-2-O-[2-дезокси-2 (метиламино)--L-глюкопиранозил]-3-C-формил--L ликсофуранозил]-D-стрептамина] трисульфат Канамицина моносульфат Канамицина (Kanamycin monosulphate) моносульфат:
таблетки по NH 0,125 и 0,25 г;
Канамицина O HO сульфат:
HO порошок для OH H2SO4 H2O H2N инъекций во O флаконах по 0, и 1 г;
раствор HO NH для инъекций O 5% - 5 или OH мл, глазные O плёнки OH HO NH 6-O-(3-амино-3-дезокси--D-глюкопиранозил)-4-O-(6-амино-6 дезокси--D-глюкопиранозил)-2-дезокси-D-стрептамина сульфат Канамицина сульфат (Kanamycin acid sulphate) Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Окончание табл. 1 Гентамицина сульфат Порошок для (Gentamicin sulphate) инъекций во флаконах по R2 NHR 0,08 г;
раствор R для инъекций O HO 4% - 1 или 2 мл;
HO мазь 0,1% - xH2SO NH2 H2N или 20 г;
глаз O ные капли 0,3%, NH 0,1%-ная мазь HO O O CH HO NH OH H3C Амикацина сульфат Амикин (Amikacin sulphate) Селемицин Амикозит NH Хемацин O HO Порошок для HO 2H2SO инъекций во OH H2N флаконах по 0,1;
H O H OH 0,25 и 0,5 г N HO NH O O OH O OH HO NH 6-O-(3-амино-3-дезокси--D-глюкопиранозил)-4-O-(6-амино-6 дезокси--D-глюкопиранозил)-1-N-[(2S)-4-амино-2 гидроксибутаноил]-2-дезокси-D-стрептамин Аминогликозиды 2. Физико-химические и химико-аналитические свойства 2.1. Внешний вид и растворимость Аминогликозиды представляют собой белые или почти белые ве щества. Молекулы данных веществ содержат большое количество гид рофильных групп, поэтому все аминогликозиды хорошо растворимы в воде и практически нерастворимы в этиловом спирте, диэтиловом эфи ре, ацетоне и хлороформе (табл. 5).
Таблица Физические свойства аминогликозидов Растворимость Вещество Внешний вода этанол другие вид Стрептоми- Белый или почти очень практически практически нерас цина сульфат белый порошок, легко нерастворим творим в эфире и гигроскопичен хлороформе Канамицина Белый или почти 1:8 практически практически нерас моносульфат белый кристал- нерастворим творим в ацетоне, лический поро- эфире и хлорофор шок ме Канамицина Белый или почти 1:1 практически практически нерас сульфат белый гигроско- нерастворим творим в ацетоне и пичный порошок эфире Гентамицина Белый или почти легко практически практически нерас сульфат белый гигроско- нерастворим творим в хлоро пичный порошок форме и эфире Амикацина Белый или почти легко практически практически нерас сульфат белый порошок нерастворим творим в ацетоне 2.2. Спектральные свойства Поглощение УФ-излучения. В молекулах аминогликозидов от сутствуют хромофорные системы, поэтому данные вещества практиче ски не поглощают электромагнитное излучение ближнего УФ диапазона.
Оптическая активность. Молекулы аминогликозидов являются хиральными, поэтому данные вещества обладают оптической активно стью (табл. 6). Стрептомицина сульфат (водный раствор) вращает плос кость поляризации света влево, остальные аминогликозиды - вправо.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Таблица Величины удельного вращения аминогликозидов (водные растворы) Вещество Концентрация (г/л) [] D Стрептомицина сульфат от -78 до - 93 Канамицина моносульфат от +112 до +123 Канамицина сульфат от +103 до +115 Гентамицина сульфат от +107 до +121 Амикацина сульфат от +76 до +84 2.3. Химические свойства Химические свойства аминогликозидов обусловлены наличием гликозидных связей (кислотный гидролиз), углеводных остатков (де гидратация, приводящая к образованию замещённых фурфуролов), аминогрупп (основные свойства, взаимодействие с общеалкалоидными реактивами, нингидрином).
Наиболее интересным в химико-аналитическом плане аминогли козидом является стрептомицин. В структуре данного вещества можно выделить следующие группы:
HN альдегидная NH2 остатки группа гуанидина HN O OH O H O HO NH NH OH H3C L-стрептоза NH 3H2SO OH O сульфат-ион HO O HO NH N-метил-L-глюкозамин CH HO Остатки гуанидина. Данные группы обуславливают сильноос новные свойства стрептомицина. Величина pKBH+ гуанидина составляет 13,5;
как основание он сравним с гидроксидами щелочных металлов.
NH2 NH NH + H2O NH + OH R R NH NH Аминогликозиды Стрептомицин является трёхкислотным основанием (две гуниди новые группы и вторичная аминогруппа в остатке N-метил-L глюкозамина) и образует среднюю соль при взаимодействии с серной кислотой в молярном соотношении 2:3.
Нагревание в щелочной среде приводит к гидролизу гуанидино вых групп. При этом происходит выделение аммиака, который можно обнаружить по характерному запаху или посинению влажной красной лакмусовой бумажки NH2 + 2NaOH + H2O R + 2Na2CO3 + 2NH NH NH R NH При взаимодействии стрептомицина с -нафтолом и NaBrO (или NaClO) в щелочной среде появляется красное окрашивание. Данная ре акция характерна и для других производных гуанидина и называется ре акцией Сакагучи.
OH O Br NH NH NaBrO R + NH OH N NH R NH Данную реакцию можно проводить и без добавления гипоброми та. При этом образуется продукт жёлтого цвета.
За счёт наличия гуанидиновых групп стрептомицин также взаимо действует с диацетилом в щелочной среде. Аналитический эффект дан ной реакции - появление оранжево-красного окрашивания.
O O O CH3 RNHC(NH)NH2 CH OH CH H3C H3C H3C O O N NH диацетил R NH При взаимодействии стрептомицина с реактивом Вебера (раствор, содержащий Na2[Fe(CN)5NO], NaOH, K3[Fe(CN)6]) появляется красное окрашивание.
Остаток L-стрептозы. При нагревании стрептомицина со щёло чью образуется мальтол, образующий затем в кислой среде комплекс ную соль фиолетового цвета с ионом железа (III). Данная реакция, на Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии зываемая мальтольной пробой, используется для идентификации и при количественном фотометрическом определении стрептомицина O O H OR OH O O O OH- H+, Fe3+ Fe H3C O CH O H3C OH OR мальтол Альдегидная группа. Стрептомицин, как и другие альдегиды, взаимодействует с реагентами-окислителями (реактивы Толленса, Фе линга, Несслера), N-содержащими нуклеофилами (2,4-динитрофенил гидразин), фенолами и т.д.
RCHO + 2[Ag(NH3)2]OH RCOONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O серый RCHO + 2Cu(OH)2 + NaOH RCOONa + Cu2O + 3H2O красный RCHO + K2[HgI4]+ 3KOH RCOOK + Hg + 4KI + 2H2O чёрный H H N N O NH2 N R R C + H2O + H O2N NO2 O2N NO жёлтый OH O OH O [O] R C + -2H2O H OH OH R OH вишнёво-красный Остаток N-метил-L-глюкозамина. За счёт наличия данного уг леводного остатка стрептомицин взаимодействует с ацетилацетоном в щелочной среде и п-диметиламинобензальдегидом. Аналитическим эф фектом данных реакций является появление розового окрашивания.
Сульфат-ион. Как и все сульфаты стрептомицина сульфат и сульфаты других аминогликозидов взаимодействуют с растворимыми солями бария с образованием сульфата бария - осадка белого цвета, не растворимого в растворах кислот и щелочей. Данная реакция может быть использована как для идентификации сульфатов аминогликозидов, так и для их количественного определения (сульфатометрическое тит рование).
Аминогликозиды Важнейшие химико-аналитические свойства других аминоглико зидов определяются присутствием в их молекулах моносахаридных ос татков. Моносахариды, образующиеся при кислотном гидролизе анти биотиков данной группы, можно обнаружить с помощью реагентов окислителей (реактивы Толленса, Фелинга, Несслера) либо по реакции дегидратации и последующем обнаружении образующегося 5 аминометилфурфурола с помощью орцина и FeCl3 (канамицин), антрона (амикацин) и т.д.
NH O HCl HO H2N O HO O H OH OH 5-аминометилфурфурол CH3 CH O OH HO CH HCl H2N O + FeCl O H OH OH OH O орцин зелёный (5-метилрезорцин) H2N O O H2N O + O H антрон O голубой NH В молекулах аминогликозидов содержатся первичные аминогруп пы, определяющие оснвные свойства антибиотиков данной группы (например, у канамицина pKBH+ = 7,2;
у гентамина в среднем около 8).
Благодаря наличию первичных аминогрупп аминогликозиды взаимо действуют с общеалкалоидными реактивами, нингидрином и др.
Амикацин представляет собой амид 4-амино-2-гидроксибутановой кислоты и образует окрашенное комплексное соединение с солями Co(II) в щелочной среде.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии 4. Фармакопейный контроль качества 4.1. Идентификация Для идентификации аминогликозидных антибиотиков используют ТСХ и химические реакции, описанные выше. Несколько реже для этой цели применяется ВЭЖХ, ИК- и УФ-спектроскопия.
Согласно Ph.Eur. 4 для идентификации стрептомицина сульфата и солей канамицина используется ионообменная ТСХ. Неподвижной фа зой служит смесь карбомера (поперечно-сшитого полимера акриловой кислоты с большим содержанием карбоксильных групп) и силикагеля;
рН данной смеси равен 7, таким образом, поверхность хроматографиче ской пластинки заряжена отрицательно. В качестве подвижной фазы используется раствор KH2PO4 (70 г/л), в котором аминогликозиды нахо дятся в виде катионов. Пластинки проявляют смесью (1:1) раствора ( г/л) 1,3-дигидроксинафталина в этиловом спирте и серной кислоты ( г/л). После обработки реагентом пластинки нагревают при 150 С в те чение 5 - 10 минут.
Для идентификации гентамицина сульфата и канамицина сульфата используют ТСХ на силикагеле. Подвижной фазой служит смесь рав ных объёмов метиленхлорида, метанола и концентрированного раствора аммиака (в USP 24 для амикацина сульфата - смесь метанола, аммиака и хлороформа (60:35:25)). Пластинки проявляют с помощью раствора нингидрина.
ИК-спектроскопия в Ph.Eur. 4 используется для идентификации только амикацина сульфата (в USP 24 - гентамицина сульфата), ВЭЖХ - для гентамицина сульфата (одновременно в определением содержания различных гентамицинов в смеси). Поскольку аминогликозиды не име ют характерных спектров поглощения в ближней УФ-области, то при идентификации данных вещество методом УФ-спектроскопии могут быть использованы лишь такие критерии, как отсутствие заметного по глощения или максимумов поглощения в определённом диапазоне длин волн.
4.2. Испытания на чистоту При определении чистоты антибиотиков-аминогликозидов опре деляют прозрачность и цветность их растворов (продукты окисления данных веществ могут быть окрашены и малорастворимы в воде), рН и удельное вращение, потеря в массе при высушивании (антибиотики аминогликозиды гигроскопичны), сульфатная зола, стерильность и пи рогенность. Образцы антибиотиков аминогликозидов могут содержать Аминогликозиды остаточные количества органических растворителей (метанола). Для их определения используют ГЖХ.
В табл. 7 показаны допустимые значения рН и потери в массе при высушивании для субстанций аминогликозидов.
Таблица Величины рН растворов и содержание воды в субстанциях аминогликозидов (согласно Ph.Eur. 4) Вещество рН H2O (%) (концентрация, г/л) стрептомицина сульфат 4,5 - 7,0 (250) не более 7,0% канамицина моносульфат 6,5 - 8,5 (10) не более 1,5% канамицина сульфат 5,5 - 7,5 (10) не более 5,0% гентамицина сульфат 3,5 - 5,5 (40) до 15,0%* амикацина сульфат 2,0 - 4,0 (10) не более 13,0% Примечание: *определение воды проводят методом К.Фишера Для определения примесей родственных соединений в современ ной НД обычно используют ТСХ или ВЭЖХ. Например, содержание канамицина В в субстанциях канамицина моносульфата и сульфата со гласно Ph.Eur. 4 определяют методом ТСХ (условия такие же, что и при идентификации, но проявляют раствором, содержащим нингидрин и SnCl2). Содержание канамицина B не должно превышать 4%.
Для определения состава гентамицина сульфата используется экс клюзионная ВЭЖХ: неподвижная фаза - сополимер стирола и дивинил бензола с размером пор 100 нм;
подвижная фаза - водный раствор (pH = 3), содержащий 60 г/л сульфата натрия, 1,75 г/л октансульфоната на трия, 8 мл/л тетрагидрофурана, 50 мл/л 0,2 М KH2PO4;
амперометриче ское детектирование). Расчёт содержания различных гентамицинов в смеси проводится методом нормализации: содержание гентамицина C должно составлять 20,0 - 35,0%, гентамицина C1a - 10,0 - 30,0%, сум марное содержание гентамицинов C2, C2a и С2b - от 40,0 до 60,0%.
4.3. Количественное определение В большинстве случаев количественное определение аминоглико зидов, согласно НД, проводят микробиологическим методом. Это свя зано с тем, что данные вещества практически не поглощают электро магнитное излучение ближнего УФ-диапазона и поэтому не могут быть непосредственно определены методами УФ-спектрофотометрии или ВЭЖХ со спектрофотометрическим детектированием.
При определении антибиотиков-аминогликозидов методом ВЭЖХ в качестве неподвижной фазы обычно используют силикагель с приви Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии тыми C18-группами, подвижная фаза - смесь метанола и фосфатного буферного раствора;
метанола, уксусной кислоты и раствора гептан сульфаната натрия и др. Прямое спектрофотометрическое или флуори метрическое детектирование аминогликозидов невозможно, поэтому перед введением в хроматограф (либо после выхода из хроматографиче ской колонки) данные вещества превращают в окрашенные или флуо ресцирующие соединения. В качестве реагентов применяют тринитро бензолсульфоновую кислоту, о-фталевый альдегид, 2,4-динитрофтор бензол и другие вещества. Например, при взаимодействии первичных аминогрупп, содержащихся в молекулах аминогликозидов с о-фталевым альдегидом и меркаптоуксусной кислотой в щелочной среде (боратный буферный раствор) образуется окрашенное (макс = 340 нм) и флуорес цирующее соединение.
O O S OH O H + RNH + HS N R + 2H2O OH H O Известны методики ГЖХ-определения аминогликозидов. Данные вещества не обладают летучестью, поэтому перед введением в испари тель хроматографа их превращают в летучие триметилсилильные про изводные.
Фотометрические методики количественного определения ами ногликозидов основаны на реакциях образования окрашенных соедине ний. Например, стрептомицин, согласно IP III определяют фотометри чески по реакции образования мальтола и далее комплекса этого веще ства с ионом Fe3+.
Титриметрические методы используют для количественного опре деления аминогликозидов относительно редко. Например, известна ме тодика цериметрического определения стрептомицина, сульфатометри ческого определения аминогликозидов по аниону и т.д.
Литература 1. Евтушенко Н.С., Кудрявцева М.П. Перспектива применения высокоэф фективной жидкостной хроматографии в анализе аминогликозидных антибиотиков // Фармация. - 1989. - Т. 38, № 1. - С. 76 - 80.
2. Stead D.A. Current methodologies for the analysis of aminoglycosides // J.
Chromatogr. B. - 2000. - Vol. 747. - P. 69 - 93.
Аминогликозиды Как это выглядит Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии Лекция 1. Общая характеристика и классификация Макролидами называют антибиотики гликозидной природы, ос нову структуры агликонов которых составляет макроциклическое лактонное кольцо, состоящее из 14 - 16 атомов. В настоящее время группа макролидов насчитывает более десяти различных антибиотиков.
Открытие макролидов относится к началу 1950-х годов. В 1949 году филип пинский учёный Abelardo Aguilar, сотрудник компании Eli Lilly, прислал в научное подразделение своей компании образцы почвы, собранной в местности Илоило на Филиппинах. Группе исследователей под руководством J.M. McGuire, удалось вы делить из этих образцов новый антибиотик. В 1952 году Eli Lilly начала коммерче ское распространение данного антибиотика, названного илозоном (брендовое на звание) или эритромицином.
В зависимости от числа атомов (всех, а не только атомов углеро да), входящих в состав лактонного кольца, различают 14-, 15- и 16 членные макролиды. Известны антибиотики-макролиды с 12- и 17 членными кольцами. Однако практического значения они не имеют. У 15-членных макролидов в состав лактонного кольца входит атом азота, такие антибиотики называют азалидами.
Структура макроциклического лактонного кольца N O O O O O O 15-членное 16-членное 14-членное эритромицин азитромицин мидекамицин олеандомицин джозамицин кларитромицин спирамицин рокситромицин Природные макролиды. К природным макролидам относятся эритромицин, олеандомицин, спирамицин, мидекамицин, джозамицин и др. Продуцентами данных веществ являются различные микроорганиз Макролиды мы рода Streptomyces. Большинство природных макролидов представ ляют собой смеси веществ. Наиболее важным природным макролидом является эритромицин, продуцируемый актиномицетом Saccaropoly spora erythraea, ранее известным как Streptomyces erythraeus.
Эритромицин является смесью антибиотиков (эритромицины A, B, C, D, E, F). Основной компонент данной смеси - эритромицин А, фор мула которого приведена ниже.
эритронолид O H3C CH H3C OH HO H3C HO O H3C CH3 CH O O N H3C CH OH дезозамин O O OCH CH H3C O эритромицин A HO H3C кладиноза Агликон эритромицина, эритронолид, представляет собой поли гидроксилактон, содержащий в лактонном цикле 14 атомов. К агликону присоединены остатки двух углеводов - кладинозы (2,6-дидезокси-3-С метил-3-O-метил--L-рибогексопираноза) и дезозамина (3,4,6 тридезокси-3-диметиламино--D-ксилогексопираноза).
Названия агликонов эритромицина и других макролидов, исполь зуемые в современных фармакопеях, основаны на использовании а номенклатуры. В качестве родоначальной структуры для эритронолида взят циклотетрадекан. При замещении одного атома углерода в молеку ле данного углеводорода на атом кислорода образуется оксациклотетра декан. Нумерация атомов в образующемся соединении начинается с атома кислорода. Таким образом, согласно а-номенклатуре эритронолид имеет название (3R, 4S, 5S, 6R, 7R, 9R, 11R, 12R, 13S,14R)- 4, 6, 7,12,13 пентагидрокси-3, 5, 7, 9, 11, 13-гексаметил-14-этилоксациклотетра декандион-2,10. Существует и другой подход к нумерации атомов в лактонных циклах агликонов макролидов, который широко использует ся в учебной и научной литературе. Макроциклическое кольцо при та ком подходе рассматривается как сложноэфирное, а первый номер име ет карбонильный атом углерода. Локанты при двух способах нумерации отличаются на 1.
Жерносек А.К. Лекции по фармацевтической химии O O H3C 8 CH H3C CH H3C H3C OH OH HO HO HO HO CH3 13 CH CH3 CH HO O HO O1 CH CH 2 HO O HO O CH CH нумерация, используемая традиционная нумерация в современных фармакопеях Мы будем использовать, главным образом, современный способ построения названий макролидов (названия с использованием традици онного подхода будут отмечены *).
Другие эритромицины отличаются от эритромицина А одним из моносахаридных остатков, а также радикалами, связанными с макро циклическим лактонным кольцом (табл. 1).
Pages: | 1 | 2 | Книги, научные публикации