Лактамы — β-Лактамиды. Природные пенициллины

1 β-Лактамиды (лактамы) – антибиотики имеющие в качестве общего фрагмента структуры β-лактамный цикл. Лактамы – циклические соединения, образующиеся за счет карбоксильной и аминогруппы одного соединения. β-Лактамный цикл образуется тогда, когда аминогруппа находится при βуглеродном атоме. ЛС рассматриваемой группы делятся на 2 подгруппы: 1. Пенициллины – структурной основой которых является 6-аминопенициллановая кислота (6АПК), которая включает конденсированные тиазолидиновый и лактамный циклы. 2. Цефалоспорины – структурной основой является 7-аминоцефалоспорановая кислота (7АЦК) и 7-аминодезацетоксицефалоспорановая кислота (7АДЦК). Структурную основу цефалоспоринов составляет конденсированная система, включающая дигидротиазиновый и β-лактамный циклы. 2 Специфичность биологической активности пенициллинов (первая формула) обусловлена наличием в молекуле тиазолидинового (Б) и βлактамного (А) циклов. Расщепление одного из них приводит к полной потере активности. Важная роль в сохранении антибактериальной активности принадлежит также пространственной конфигурации молекул пенициллинов. Характер группировок, присоединенных к гетероциклической системе в положениях 2 и 3, не оказывает заметного влияния на биологическую активность. Различную химическую структуру может иметь радикал, замещающий атом водорода в аминогруппе, которая присоединена к лактамному циклу в положении 6. Это позволило получить ряд высокоактивных полусинтетических аналогов более устойчивых, чем природный пенициллин. Синтезировано большое количество полусинтетических цефалоспоринов (вторая формула), полученных в результате модификации радикалов в положениях 3 и 7. Предполагают, что антибиотическая активность цефалоспоринов обусловлена наличием β-лактамного цикла (А), индуктивным эффектом ацильного заместителя (R1 в положении 3) и стерическим эффектом молекулы. 3 В настоящее время из многочисленных известных природных пенициллинов медицинское применение имеют натриевая, калиевая, новокаиновая соли бензилпенициллина. Представляют собой белые кристаллические порошки, натриевая и калиевая соли слегка гигроскопичны. Натриевая и калиевая соли легко растворимы в воде, новокаиновая соль бензилпенициллина мало растворима в воде; натриевая и калиевая соли растворимы в этиловом и метиловом спиртах, новокаиновая соль мало в них растворима; натриевая и калиевая соли практически не растворимы в хлороформе, эфире, новокаиновая соль трудно растворима в хлороформе. Бензилпенициллин содержит в своей структуре асимметрические атомы углерода (отмечены голубой звездочкой), является оптически активным веществом. 4 Относится к природным пенициллинам. Представляет собой белый кристаллический порошок. Мало растворим в воде, растворим в этиловом и метиловом спиртах, умеренно растворим в хлороформе. Оптически активен, асимметрические атомы углерода отмечены звездочкой. 5 Оксациллина натриевая соль – представляет собой мелкий кристаллический порошок. Легко растворима в воде, трудно растворима в спирте этиловом. Ампициллин – представляет собой белый мелкокристаллический порошок без запаха. Мало растворим в воде, практически нерастворим в спирте этиловом, хлороформе и эфире. 6 Цефалотин (производное 7АЦК) – цефалотина натриевая соль, представляет собой белый или почти белый кристаллический порошок. Чувствителен к действию света. Легко растворим в воде, медленно растворим в спирте этиловом, практически нерастворим в хлороформе и эфире. Цефалексин (производное 7АДЦК) – представляет собой белый или белый со слегка желтоватым оттенком порошок, с характерным запахом. Мало растворим в воде, практически нерастворим в спирте этиловом, хлороформе и эфире. 7 8 Полусинтетические пенициллины получают на основе 6-аминопенициллановой кислоты (6АПК), путем ацилирования первичной аминогруппы в 6-м положении хлорангидридом соответствующей кислоты. На слайде показана схема получения оксациллина и ампициллина. 9 10 ФС рекомендует подтверждать подлинность по ИК- спектрам, снятым в виде спрессованных таблеток с калия бромидом в области 4000 – 400 см-1, спектры по расположению характеристических полос поглощения должны полностью совпадать с рисунками спектров стандартных образцов. ИК спектрометрия – метод исследования веществ, основанный на поглощении ИК излучения, в результате чего происходит усиление колебательных и вращательных движений молекул. ИК спектр представляет собой график пропускания веществом инфракрасного излучения (Т, %) в зависимости от длины волны (, мкм) или частоты излучения (, см-1). Спектрофотометрия основана на поглощении ЛС монохроматического излучения в УФобласти. Рассматриваемая группа ЛС содержит в своей структуре ароматические радикалы и может поглощать монохроматическое излучение в УФ-области. На слайде приведены максимумы поглощения для бензилпенициллина калиевой соли (БЗПК), феноксиметилпенициллина (ФМП), ампициллина (Амп.) Все рассматриваемые ЛС содержат в структуре асимметрические атомы углерода и являются оптически активными веществами. Для каждого их них в ФС регламентируется «Удельное вращение». Удельное вращение [α] – угол поворота плоскости поляризации, вызванный слоем вещества толщиной 1 дм при пересчете на содержание 1 г вещества в 1 мл объема. Это константа оптически активного вещества, рассчитывается по формуле:  – измеренный на приборе – поляриметре угол вращения в угловых градусах; – толщина слоя жидкости в дециметрах; С – концентрация испытуемого раствора в %. 11 Для подтверждения подлинности β-лактамидов используют метод тонкослойной хроматографии (ТСХ) – основан на разделении веществ между подвижной и неподвижной фазами, в качестве подвижной фазы используется система растворителей, неподвижной - слой сорбента, нанесенный на инертную твердую поверхность (пластинку). На линию старта наносят испытуемый образец и стандартный, после хроматографирования и проявления пятен, на хроматограмме не должно быть посторонних пятен, а пятна анализируемого образца и стандартного должны находится на одном уровне. 12 13 Общая реакция – гидроксамовая проба Реакция на β-лактамный цикл, основана на свойстве ЛС, содержащих лактамную группу гидролизоваться под действием гидроксиламина с образованием гидроксамовой кислоты, которую, затем доказывают реакцией комплексообразования с солями меди (II) - образуются гидроксаматы меди ( II) зеленого цвета. 14 Ковалентно связанную серу можно доказать после окислительной или восстановительной минерализации. Окислительную минерализацию проводят азотной кислотой концентрированной, при нагревании, в результате образуется сульфат –ион, который доказывают реакцией осаждения бария хлоридом. Восстановительную минерализацию проводят водородом в момент выделения (цинковой пылью в щелочной среде), в результате образуется натрия сульфид, который доказывают реакциями осаждения с солями цинка – образуется цинка сульфид белого цвета, с солями тяжелых металлов, например, со свинца ацетатом, образуется свинца сульфид – черного цвета; или проводят реакцию с натрия нитропруссидом, в результате которой образуется комплекс фиолетового цвета. 15 В натриевых и калиевых солях доказывают катионы – натрий по реакции окрашивания бесцветного пламени, калий реакцией осаждения винной кислотой. Новокаиновую соль бензилпенициллина подтверждают реакцией образования азокрасителя. Пеницилинны гидролизуются с образованием соединений, обладающих восстановительными свойствами, которые затем доказывают реакциями окисления серебра нитратом, реактивом Несслера, Фелинга и др. 16 Для идентификации феноксиметилпенициллина используют реакцию с реактивом Марки (при нагревании). Под воздействием серной кислоты концентрированной (которая входи в состав реактива Марки), при нагревании происходит разрушение ЛС с образованием фенола, который вступает в реакцию конденсации с формальдегидом с образованием ауринового красителя. Ампициллин при нагревании гидролизуется с образованием α-аминофенилуксусной кислоты, которая вступает в реакцию с нингидридрином , как обычные α-аминокислоты. 17 18 Светопоглощающие примеси определяют по величине оптической плотности раствора. Используют спектрофотометрический метод. Выбор длины волны и допустимые значения оптической плотности зависят от химической структуры испытуемого пенициллина. На слайде приведены примеры требований ФС по данному показателю для фенокиметилпенициллина (ФМП) и ампициллина. Родственные примеси определяют методом ВЭЖХ – метод колоночной хроматографии, в котором подвижной фазой служит жидкость, движущаяся под давлением через хроматографическую колонку, заполненную неподвижной фазой (сорбентом). Примеси специфические допустимые (не более 5%). 19 20 21 22 Количественное определение пенициллинов можно провести йодометрическим методом, основанным на свойстве ЛС данной группы гидролизоваться с образованием производных, обладающих восстановительными свойствами и вступающих в реакцию окисления йодом. Определение проводят в присутствии фосфатного буфера. На слайде приведена схема йодометрического определения пенициллинов: вначале происходит гидролитическое разложение с образованием пенальдиновой кислоты (проявляет восстановительные свойства за счет альдегидной группы) и пенициламина (восстановительные свойства проявляются за счет сульфгидрильной группы – сера (II)). Затем добавляют титрованный раствор йода – используется способ обратного титрования, т.к. реакция окисления протекает во времени. В результате реакции с йодом пенальдиновая кислота окисляется за счет альдегидной группы (до карбоксильной) с образованием производного малоновой кислоты - на реакцию расходуется 1 моль йода; одновременно йодом окисляется пенициламин за счет сульфгидрильной группы до пенициламиновой кислоты, на реакцию расходуется 3 моля йода. Таким образом, на 1 моль пенициллина расходуется 4 моля йода, коэффициент стехиометричности равен ¼. Избыток йода оттитровывают натрия тиосульфатом. 23 В Международной фармакопее (МФ) описан метод неводной ацидиметрии для количественного определения ампициллина. Метод основан на солеобразовании органических оснований с хлорной кислотой в среде протогенного растворителя, усиливающего основные свойства. Определение проводится за счет первичной алифатической аминогруппы боковой цепи, в качестве протогенного растворителя используется ледяная уксусная кислота, индикатор кристаллический фиолетовый. Коэффициент стехиометричности 1. 24 25 Хранят пенициллины в сухом месте при температурном режиме, указанном на упаковке (различные производители могут рекомендовать разные температурные режимы хранения, это связано с особенностями технологического процесса производства ЛС, условий фасовки, особенностей упаковочных материалов). Пенициллины могут разлагаться при повышенной влажности – протекает гидролиз по лактамной связи, амидной группе (боковой цепи), под воздействием света, в присутствии кислорода воздуха возможно окисление за счет атома серы, фенольного гидроксила (амоксициллин), первичной ароматической аминогруппы (бициллин-1), натриевые и калиевые соли гигроскопичны. Инъекционные ЛС пеницилиннов упаковывают во флаконы, герметично закрытые резиновыми пробками, обжатые алюминиевыми колпачками. Аналогичны условия хранения ЛС цефалоспоринов. 26 27