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【关键词】 头孢菌素类抗生素；,,母核；,,结构修饰；,,研发思路
摘要： 本文阐明了头孢菌素类抗生素其母核来源为7ACA，7ADCA，GCLE；并对其C2，C3，C7结构修饰方法进行了综述。针对我国走仿创结合的产品研发思路提出了建议。
关键词： 头孢菌素类抗生素； 母核； 结构修饰； 研发思路
Study on the development and current production status of the cephalosporins
1 世界范围内已开发头孢菌素类品种分析
1.1 头孢菌素类已开发品种所指范围
R1：H、Na或与COOH形成酯的相关的化合物；
R2：H、OCH3、CH2R5；
R3：为改变本类化合物所引入的侧链；
R4：H、OCH3；
A：巯基杂环、氮杂环、含稠环及其他
图1 头孢菌素类的基本结构（略）
基本构效关系：R1：注射用改造为口服用药。头孢呋辛头孢呋辛酯，头孢替安头孢替安酯。R2：扩大抗菌谱，增强抗菌活性，改变药物通透性，影响药动学性质，克服其不稳定性。R3：扩大抗菌谱，增强抗菌活性，对酶稳定。R4：增强对酶的稳定性。
1.2 应用已开发品种的分类自1964年，美国E.Lilly开发成功头孢噻吩以来，四十年间，世界范围内已上市品种多达50余种，他们分属于第一代～第四代。第一代 头孢噻吩(注射)、头孢噻啶(注射)、头孢来星(口服)、头孢氨苄(口服)、头孢唑林(注射)、头孢拉定(口服、注射)、头孢匹林(注射)、头孢乙腈(注射)、头孢羟氨苄(口服)、头孢替唑(注射)、pivcefalexin ausocef(口服)、头孢西酮(注射)、头孢沙定(口服)、头孢硫脒(注射)；口服6种，注射9种。第二代 头孢孟多(注射)、头孢呋辛(注射)、头孢呋辛酯(口服)、头孢西丁(注射)、头孢克洛(口服)、头孢曲嗪(口服)、头孢美唑(注射)、头孢替安(注射)、头孢替安酯(口服)、头孢磺啶(注射)、头孢替坦(注射)、头孢雷特(注射)、头孢尼西(注射)、头孢普罗(口服)；口服5种，注射9种。第三代 头孢噻肟(注射)、头孢哌酮(注射)、头孢曲松(注射)、头孢甲肟(注射)、头孢唑肟(注射)、头孢他定(注射)、头孢匹胺(注射)、头孢拉宗(注射)、头孢咪唑(注射)、头孢克肟(口服)、头孢米诺(注射)、头孢特仑酯(口服)、头孢泊肟酯(口服)、头孢地嗪(注射)、头孢地尼(口服)、头孢唑南(注射)、头孢他美酯(口服)、头孢卡品酯(口服)、头孢妥仑酯(口服)、头孢布烯(口服)；口服8种，注射12种。第四代 头孢吡肟(注射)、头孢匹罗(注射)、头孢噻利(注射)、头孢唑南(注射)、头孢克定(注射)；全为注射。此外，非典型头孢菌素类品种有氟氧头孢、拉氧头孢、氨曲南和卡芦莫南，均属第三代注射品种。
1.3 国外开发品种给我们的启示通过上述品种介绍，可以得到以下认识：(1)第一代头孢菌素类以7ACA、7ADCA为母核，C7位改造多以α氨基苯乙酸为主；C3位有少数改造，即吡啶及衍生物或巯基噻二唑及巯基三氮唑或以甲氧基取代；C2位以H为主，少数成钠盐，个别成酯。未形成系统的改造思路，品种为窄谱，不耐酶。第二代头孢菌素品种在母核上引入GCLE；C7位伯胺改造外，同时还引入甲氧基。仍未形成系统的改造思路，品种抗菌谱增宽，耐酶性有所提高。在第一、二代基础上，第三代头孢菌素品种C7位改造上引入2(2氨基4噻唑基)乙酰基，且在乙酸的α位上进行多种尝试，以(Z)2(2氨基4噻唑基)2(甲氧亚胺)乙酰基最成功，进而衍生到相关化合物，如图2表示，而C3位的改造仅起互补的作用。因而品种发展到广谱、高效耐酶的水平。进入20世纪90年代后，第四代头孢菌素发展快，已上市三、四个品种均为C7引入氨噻肟侧链后，对C3位直接引入含氮杂环或含氮稠环，如N甲基吡咯烷酮、2，3环戊烯吡啶等，由于C3位引入含正电荷的季胺基团，增加了药物对细胞膜的穿透力，因此显示出比第三代头孢菌素更强的活性。由此启示药物工作者，是否在C7、C3的改造上运用由第三代、第四代结构改造的成功之处，以研发更有效的新品种。
图2 第三代头孢菌素侧链变化（略）
2 国内头孢菌素类品种研究开发现状
2.1 国内研究开发以仿制为主我国自20世纪70年代起开始研发头孢菌素类品种，目前仍以品种的仿制研发为主，在仿制研发中，至多只是一些工艺上的改进和创新，对产品的精细研究仍然较少。
2.2 国内创新研究天发成功品种头孢硫脒在仿制过程中，上海研究院研制成功头孢硫脒。据发表的临床引用文章显示，分别用头孢唑林(一代)、头孢呋辛(二代)、头孢噻肟(三代)作对照，头孢硫脒的临床疗效分别优于头孢唑林［1］、头孢呋辛［2］，与头孢噻肟［3］相近。
3 头孢菌素类品种的主要母核
3.1 由青霉素扩环得到7ADCA7ADCA所制备的头孢菌素类品种有C3位未改造品种，第一代到第三代加头孢氨苄、头孢他美酯等。青霉素出路之一是精加工生产6APA、7ADCA，2002年一季度国内生产7ADCA即达210吨以上。
3.2 由头孢菌素C裂解制备7ACA以7ACA为母核所制备的头孢菌素类品种占绝大多数，如：头孢噻吩、头孢呋辛、头孢曲松、头孢吡肟等。近几年国内的7ACA已得到长足发展，已能满足大量出口，2005年一季度即生产620吨(医药报，2005629)。但头孢菌素C裂解后的产物，应综合利用，其中的去乙酰7ACA是某些头孢菌素类品种的重要中间体，如制备头孢呋辛中C3位即要去乙酰基。
3.3 由青霉素G钾盐制备GCLE(或GCLH)目前头孢菌素类品种的制备除运用7ADCA、7ACA母核合成目标物以外，还有一重要母核即GCLE，它是某些C3修饰品种必不可少的原料，用GCLE(或GCLH)可制备头孢菌素类品种见图5。
图3 青霉素扩环裂解得到7ADCA（略）
图4 头孢菌素C裂解制备7ACA（略）
图5 GCLE(或GCLH)制备不同头孢菌素及重要中间体（略）
4 头孢菌素类品种化学合成主要方法的解剖
4.1 C7位氨基改造化学合成
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4.2 7α改造为甲氧基的化学合成 (1)由7ACA为起始物制备7α甲氧基7ACA(图6)。(2)由GCLE制备AMTZE前述制备7α甲氧基7ACA方法提示，可由GCLE为起始原料制备AMCE，进而制备AMTZE，如图7所示。AMCE为头孢美唑、头孢米诺、头孢替坦和头孢拉宗的重要中间体，占目前上市的5个甲氧头孢中的4个。
图6 7α甲氧基头孢母核合成路线图解（略）
图7 AMTZE合成路线图解（略）
4.3 C3位改造的化学合成(1)由GCLE转碘化物法C3位改造可直接用GCLE在C3CH2Cl改造为C3CH2I接不同的侧链，如：甲硫四氮唑、N甲基吡咯烷酮等。收率高，质量好，但GCLE有效部位少(图8)。(2)碱性溶液加热法本方法针对少数早期品种，如头孢磺啶，用硫氰酸钾和异烟酰胺在水溶液中加热40～80℃而制得(图9)。本方法收率高，色泽深，不易纯化。(3)三氟化硼/乙腈或浓硫酸法制备C3CH2SR(图10)。此外，如头孢曲松、头孢唑南和头孢曲嗪等均选用此方法之一进行C3的改造。(4)硅基化保护碘化法近年来，随着硅试剂在头孢菌素品种中的应用，利用其三甲基硅基保护7ACA的伯胺和羧羟基，而后进行C3位碘代再接相应的硫基杂环、含氮杂环、含氮稠环均得到成功，且不需要用GCLE法中C3位改造后，还需退去C7位和C2位的保护基步骤(图11)。
4.4 C2位酯化反应头孢菌素类品种在C2COOH形成酯后，适用于口服。酯化反应