Цефалоспорины.

В основе строения цефалоспоринов и полусинтетических цефалоспоринов лежат два соединения: 7-аминоцефалоспорановая кислота (7-АЦК) и 7-аминодезацетоксицефало-спорановая кислота (7-АДЦЕ), которые состоят из 2 конденсированных колец: β-лактамного (В) и метадигидротиазинового (А):

Цефалоспорины являются ацильными производными 7-АЦК или 7-АДЦК. Они являются более устойчивыми к действию β-лактамаз.

Первые сведения о цефалоспоринах относятся к 1945 г., когда итальянский микробиолог Brotzu при исследовании флоры мор­ской воды близ берегов Сардинии обнаружил микроорганизмы с выраженной антибактериальной активностью. Развиваясь в пита­тельной среде, эти организмы продуцируют вещество, ингибирую-щее развитие многих бактерий.

В 1948 г. было установлено, что изолированная Brotzu культура относится к виду Cephalosporium salmosynnematum и что она про­дуцирует 7 различных антибиотиков, одним из которых является цефалоспорин С.

Структура ядра цефалоспорина С сходна с таковой пенициллинов. Как оказалось, биогенез ядер этих типов антибиотиков иденти­чен; единственное исключение составляет способ замыкания серосодержащего кольца. У цефалоспорина С атом углерода, соот­ветствующий одной из 2 метильных групп у С₂-молекулы пеницил­лина, входит в состав шестичленного дигидротиазинового кольца.

Цефалоспорины — продукты метаболизма грибов Cephalosporinum. Они стали входить в медицинскую практику с 1960-х годов, и к настоящему времени используется большое число природных и полусинтетических антибиотиков этой группы.

Цефалоспорин С является трипептидом (состоит из валина, цистеина и α-аминоадипиновой кислоты):

Механизм их биодействия сходен с механизмом действия пенициллинов (ингибирование транспептидазы, участвующей в синтезе белко­вой оболочки патогенной бактерии). Структурно цефалоспорины подобны пенициллинам, но в них (3-лактамное кольцо кон­денсировано с шестичленным тиазиновым циклом. Если цефалоспорины первого поколения, такие как цефатриазин (35), цефазолин (36), цефалотин (44), цефалоридин (45) и др., эффек­тивны против грамположительных бактерий, то представители второго поколения — цефаклор (37), цефуроксим (38) и др. -подавляют некоторые грамотрицательные бактерии (кишечную палочку и др.). Цефотаксим (39) и цефтриаксон (40) входят в группу бактерицидов третьего поколения. Они обладают еще более широким диапазоном биодействия и оказываются эффек­тивными в борьбе с продуцентами лактамрасщепляющих фер­ментов пенициллиназ и цефалоспориназ (в начале 1990-х годов цефалоспорины (37)-(40) занимали ведущие места на мировом фармацевтическом рынке):

Сам цефалоспорин С не нашел широкого применения в каче-стве антибактериального средства. Однако его можно подвергнуть тем же модификациям, что и пенициллин. Ферментативное удаление боко­вой цепи (α-аминоадипиновой кислоты) приводит к образованию 7-АЦК, из которой путем химического ацилирования хлоранги-дридами кислот (по аналогии с полусинтетическими пенициллинами) можно получить различные полусинтетические цефалоспорины, при­мером которых является цефалотин (1962).

При отщеплении ацетоксигруппы в 3-м положении молекулы цефалоспорина С образуется 3-дезацетоксицефалоспорин С (имеет 20% активности цефалоспорина С). При удалении из 3-дезацетоксицефалоспорина С остатка α-аминоадипиновой кислоты образу­ется 7-АДЦК. Она может быть получена и из 7-АЦК при удалении ацетоксигруппы из 3-го положения.

На основе 7-АДЦК также получен ряд полусинтетических пре­паратов, например цефалексин.

В США в 1963 г. обнаружена химическая трансформация пенициллинсульфоксидов в дезацетоксицефалоспорановые производные (при нагревании в присутствии катализаторов):

Рентгеноструктурный анализ позволил установить иден-тичность пространственной структуры β-лактамных колец в пенициллинах и цефалоспоринах. Различие — в расположении экзоциклических карбоксильных групп. Поэтому разную активность и устойчивость пенициллинов и цефалоспоринов можно объяснить только различи­ем стереоспецифичности карбоксильных групп, а также геометрии конденсированных циклических систем.

Кроме того, микробиологическая активность отдельных цефалоспориновых антибиотиков, полученных путем химической модификации природной молекулы, определяется типом дополни­тельно введенных заместителей.

Общая формула цефалоспоринов:

Получение:
Антибиотики цефалоспориновой группы син-тезируются на основе цефалоспорина С (41), получаемого ферментативным путем. В отличие от пенициллинов, в основном ядре которых допускается варьирование заместителей только по одному по­ложению (6-аминогруппе), в случае цефалоспоринов возможны химические вариации как по 7-аминогруппе, так и по положе­нию С-3, что позволяет синтезировать значительно более разно­образный арсенал лекарственных веществ. Цефалоспорин С (41) окисляют в системе NaOCl/HCOOH до иминолактона (42), ко­торый затем гидролизуют в 7-аминоцефалоспорановую кислоту (43). Эта кислота в свободном виде не может быть получена ферментативно, в отличие от аминопенициллановой кислоты (24), которую легко производят при ферментации в отсутствие ацилирующих ее карбоновых кислот. Далее проводят N-ацилирование аминокислоты (43) и модификацию ацетилоксиметильной группы в положении 3, получая различные антибиотики:

Синтез цефаклора значительно более многостадиен, что связано в основном со сложностью замены алкоксильной группы на хлор в положении 3 цикла.

Цефалоспориновые антибиотики первого поколения. 

Цефазолина натриевая соль-Cephazolinum natrium

Cвойства.
Порошок белого или белого с желтоватым оттенком цвета. Легко растворим в воде, изотоническом растворе, растворе глюкозы. Удельное вращение от –24,0 до – 15,0 в пересчете на сухое вещество (5% раствор препарата в 0.1 М растворе натрия гидроксида).

Получение.
Из 7-АЦК как описано выше.

Подлинность.
1.ВЭЖХ. в сравнении с ГСО цефазолина натриевой соли ВФС 42-2725-96.
2.ИК спектр.
3.УФ спектр 0,002% раствора препарата в 0.1 м растворе натрия гидрокарбоната должен иметь максимум поглощения при 272±2 нм и быть идентичным спектру ГСО.
4.Характерная реакция на натрий.

Примеси.
ТСХ, не более 1%. Методом ГЖХ определяют остаточные растворители и диметиланилин, триэтиламин и 2-этилгексановую кислоту.

Количественное определение.
1. ВЭЖХ в сравнении со стандартом.

Применение.
Антибиотик широкого спектра действия.

Форма выпуска.
Флаконы для приготовления раствора по 0,5 и 1,0 г.

Цефалексин-Cephalexinum

Cвойства:
Порошок белого или белого с желтоватым оттенком цвета. Трудно и медленно растворим в воде, практически нерастворим в спирте, хлороформе. Удельное вращение от +149 до +158° (0,5% раствор в буферном растворе с рН 4,4).

Получение:
Представлено на схеме выше.

Подлинность:
1. ИК спектр.
2.ВЭЖХ в сравнении со ГСО цефалексина ФС 42-3122-95.
3.ТСХ.
4.УФ спектр в воде имеет максимум при 262 нм.
5.При добавлении к раствору цефалексина в 1% уксусной кислоте раствора сульфата меди и раствора едкого натра должно появиться зеленое окрашивание.

Примеси:
1.ВЭЖХ. Определяется содержание 7-АДЦК ( не более 1%) и фенилглицина (не более 1%). Любая другая неидентифицируемая примесь не должна превышать 1 %.

Количественное определение:
1. ВЭЖХ в сравнении с ГСО.
2. УФ спектрофотометрия при 262 нм.

Применение:
Антибиотик широкого спектра действия.

Форма выпуска:
Таблетки 0.5 г, капсулы 0.25 г.

Цефалоспориновые антибиотики второго поколения.

Цефаклор-Cephaclorum

Свойства:
Белый или слегка желтоватый кристаллический порошок. Мало растворим в воде, практически нерастворим в метаноле. Удельное вращение от +101 до +111° 1% раствор в 10г/л растворе соляной кислоты.

Получение:
Полусинтетический антибиотик.

Подлинность:
1. ИК спектр.
2. ВЭЖХ.
3.ТСХ.
4. УФ спектрофотометрия.
5.При нагревании на водяной бане смеси антибиотика с серной кислотой и формальдегидом появляется желто-коричневое окрашивание.

Примеси:
Примеси: фенилглицин, хлорпроизводное 7-АДЦК и еще 7 различных изомеров определяют ВЭЖХ. Суммарно не более 1%.

Количественное определение:
1.ВЭЖХ

Применение:
Антибиотик широкого спектра действия.

Форма выпуска:
Капсулы 0,25 и 0,5 г. порошок для оральной суспензии. 0,125 и 0,25 г. Таблетки, покрытые оболочкой

Цефуроксим-Cephuroximum natrium

Свойства:
Белый или желтовато-белый кристаллический порошок. Гигроскопичен. Легко растворим в воде, 5% растворе глюкозы, трудно растворим в спирте этиловом. Удельное вращение от +59 до +66° 2% раствор в ацетатном буфере с рН 4,6.

Получение:
Как представлено выше на схеме.

Подлинность:
1. ИК спектр.
2. ВЭЖХ в сравнении со стандартным образцом.
3.УФ спектр 273 нм.
4.Дает качественную реакцию со смесью серной кислоты и формальдегида – красно-коричневая окраска.
5.Качественная реакция на натрий.

Примеси:
Сумма примесей не более 3% — метод ВЭЖХ. Остаточные растворители: метанол, этанол, хлористый метилен, ТГФ, 2-этилгексановая кислота. Реглмаентируются в качестве примесей 8 изомерных соединений.

Количественное определение:
1.ВЭЖХ.
2.УФ спектрофотометрия

Применение:
Антибиотик широкого спектра действия.

Форма выпуска:
Стерильный порошок 0.25, 0,75 1.5 г для приготовления раствора для инъекций.

Цефалоспориновые антибиотики третьего поколения.

Цефотаксим-Клафоран-Cephotaxinum natrium

Свойства:
Белый или желтовато-белый порошок. Гигроскопичен. Хорошо растворим в воде, слабо растворим в этаноле (95%). РН от 4,5 до 6.5. Удельное вращение от +58 до +64° 1% раствор в воде.

Получение:
По общей схеме синтеза.

Подлинность:
1. ИК спектр.
2.ВЭЖХ в сравнении с ГСО.
3.УФ спектр максимум 235 нм.
4.реакция на натрий.

Примеси:
ВЭЖХ: дезацетилцефотаксим не более 1%;
Дезацетокси цефотаксим не более 1% и некторые другие. Общее содержание примесей не более 3%, в т.ч. неидентифицированных не более 1%.

Количественное определение:
1. ВЭЖХ.

Применение:
Антибиотик широкого спектра действия.

Форма выпуска:
Порошок стерильный по 1 г и по 2 г.

Цефалоспориновые антибиотики четвертого поколения.

Цефпиром

Форма выпуска:
Порошок стерильный по 1-2 г.

Общие химические реакции на цефалоспорины:

Все цефалоспорины являются слабыми кислотами, некото-рые обладают амфотерными свойствами, некоторые образуют внутренние соли.

Общие химические свойства цефалексина и цефалотина обус­ловлены наличием в их составе молекул атома серы в дигидротиа-зиновом кольце (способность к окислению) и β-лактамного кольца (гидроксамовая реакция).

Реакцию окисления проводят 80% раствором H₂SO₄, содержащей 1% азотной кислоты. Цефалексин образует желтое окрашивание, цефалотина натриевая соль — оливково-зеленое, переходящее в красновато-коричневое.

Гидроксамовая реакция на β-лактамное кольцо проводится по методике для пенициллинов. Цефалотин, кроме того, дает гидрокса-мовую реакцию и на сложноэфирную группу:

Цефалексин (как и ампициллин, амоксициллин) содержит в ацильной части молекулы остаток α-фениламиноуксусной кислоты и поэтому дает реакцию с нингидрином (вишневое окрашивание) и сульфатом меди после нейтрализации раствором гидроксида на­трия (оливково-зеленое окрашивание).

Среди общих методов количественного определения следует отметить:

1. Определение активности проводят микробиологическим методом диффузии в агар с тест-культурой Bacillus subtilis в сравнении со стандартными образцами препаратов.

2.  Йодометрический метод проводится так же, как для солей бензилпенициллина, с применением ацетатного буфера рН 4,7 ± 0,05. Содержание цефалексина и цефалотина должно быть не ме­нее 95,0% в пересчете на сухое вещество.

3.  Для цефалексина-стандарта рекомендуется метод кислотно-основного титрования в неводной среде: растворяют вещество в муравьиной кислоте, затем добавляют ледяную уксусную кислоту и титруют потенциометрически раствором хлорной кислоты:

Ингибиторы β-лактамаз.

К этой группе относят два препарата – производное 1,1-диоксида пенициллановой кислоты – сульбактама натриевая соль и кислоту клавулановую.

Сульбактама натриевая соль

Свойства:
Белый или почти белый кристаллический поро-шок. Легко растворим в воде мало растворим в спирте этиловом. Удельное вращение от +205 до +235° (1% раствор в воде в расчете на сухое вещество).

Получение:
В доступной литературе не описано.

Подлинность:
1.ИК спектр.
2.ТСХ.
3.ВЭЖХ
4.УФ спектрофотометрия при 230 нм.

Примеси:
Суммарное содержание не более 3,5% методом ВЭЖХ.

Количественное определение:
1.УФ спектрофотометрия.
2.ВЭЖХ.

Применение:
Ингибитор бэта-лактамаз.

Форма выпуска:
В композициях с антибиотиками. Уназин – ампициллин натрий и сульбактам натрий 2:1.

Клавулановая кислота

Применение:
В композиции с антибиотиками как ингибитор бэта-лактамаз.

ТЕТРАЦИКЛИНЫ

Основу химической структуры этой группы соединений составляет частично гидрированный тетрацен (нафтацен). Моле-кула тетрацена включает четыре конденсированных бензольных ядра:

Препараты группы тетрациклина имеют схожую структуру. Тетрациклины – полифункциональные соединения4 они содержат: фенольный гидроксил (пол.10); енольный гидроксил (пол. 3 и 12); диметиламиногруппу (пол.4); карбоксамидную группу (пол.2); метильную группу (пол.6); спиртовые гидроксилы (пол.6 и 12а); кетогруппы (1 и 11).

Все известные тетрациклины различаются заместителями в положениях 5 и 7.

Изучение антибиотиков тетрациклинового ряда началось в 1948 году, когда был выделен актиномицет Streptomyces aureofaciens и Streptomyces rimosus, продуцирующие антибиотик ауреомицин (хлортетрациклин). В 1952 году был получен аналог ауреомицина в нашей стране под названием биомицин. В 1950 году был выделен окситетрациклин или террамицин, в 1953 был описан тетрациклин. Эти соединения активны по отношению к грамположительным и грамотрицательным бактериям, механизм их действия обусловлен подавлением биосинтеза белков микробной клетки на уровне рибосом.

Получение природных тетрациклинов:
Природные тетрациклины: хлортетрациклин – он исключен из госреестра лекарственных средств, тетрациклин и окситетрациклин получают биосинтезом. Продуцентами являются модифицированные штаммы Streptomyces aureofaciens и Streptomyces rimosus. Полный синтез тетрациклина был осуществлен, однако в силу наличия нескольких хиральных атомов углерода получение природного вещества крайне сложно и экономически неоправдано. В настоящее время на производстве (АКО «Синтез» г.Курган) действует микробиологи-ческое производство тетрациклина. Впервые сам тетрациклин был получен гидрированием хлортетрациклина:

Общие свойства тетрациклинов:
Поскольку все известные тетрациклины близки по строению, близки и их свойства. В моле-куле тетрациклина имеются несколько ассиметрических центров: 4, 4а, 5, 5а, 6, 12а.

1. Кислотно-основные свойства:
Тетрациклины являются амфотерными соединениями. Диметиламиногруппа обладает основ-ными свойствами, поэтому тетрациклины образуют соли с органическими и неорганическими кислотами. Реакция используется при количественном определе­нии — кислотно-основное титрование в неводных средах.

А) Как основание тетрациклины образуют соли:

За счет енольных и фенольных гидроксилов тетрациклины про­являют кислотные свойства и могут образовывать растворимые соли с гидроксидами щелочных металлов. Они также образуют нерастворимые окрашенные хелатные комплексы с поливалент­ными катионами.

Б) С едкими щелочами могут образовывать соли:

2. Наличие в молекуле тетрациклина двух цепей сопряжения обуславливает его интенсивную желтую окраску и соответственно интенсивные полосы поглощения в УФ спектрофотометрии:

3. Наличие фенольных гидроксилов в молекуле обуславли-вает реакции с хлорным железом и некоторыми другими метал-лами. Для идентификации тетрацикликов применя­ются реакции образования окрашенных солей с железа (III) хло­ридом.

4. Кроме того, можно провести ряд реакций на фенольный гидроксил, например реакцию образования азокрасителя.

Тетрациклин растворяют в растворе гидроксида натрия и до­бавляют 1-2 капли соли диазония. Соль диазония из-за нестой­кости готовят непосредственно перед проведением испытания, при этом используют соединения с первичной ароматической амино­группой:

Данная реакция применяется для качественного и количествен­ного анализа (метод ФЭК).

5.  Реакция изомеризации под действием щелочи. В щелочной среде протекает изомеризация тетрациклинов с образованием окра-шенных в желтый цвет флюоресцирующих про­дуктов. Эта реакция используется для идентификации и спектрофотометрического коли-чественного определения тетрациклинов (Х_мах = 380 нм):

В сильнокислой среде (например, при действии кислоты хлорово­дородной концентрированной) тетрациклины превра-щаются в ангидротетрациклины, которые имеют темно-желтую окраску (λ,_мах = 437 нм) и желтую флюоресценцию в УФ-свете:

Для отличия тетрациклина от окситетрациклина используют концентрированную H₂SO₄. На 1-й стадии образуется ангидротетрациклин, а затем проходит реакция окисления с образованием окра­шенных в различный цвет продуктов: тетрациклины — фиолетовое окрашивание, окситетрациклины — вишнево-красное.

Тетрациклин-Тetracyclinum

Тетрациклина-Тetracyclini hydrochloridum

Cвойства:
Желтый кристаллический порошок без запаха, горького вкуса. При хранении на свету темнеет. Очень мало растворим в воде, гидрохлорид лучше растворим, трудно растворим в спирте. Оптическое вращение от –260 до -280° 0,5% раствор в 0.1 М соляной кислоте.

Получение:
Биосинтез. Выделение экстракцией бутил-ацетатом или амилацетатом. Химочистка переосаждением и перекристаллизацией.

Подлинность:
1. ТСХ в сравнении со стандартным образцом (ФС 42-3313-96).
2.УФ спектр имеет несколько максимумов поглощения. В ФС вводится удельный показатель поглощения при 355 нм ( не менее 360 и не более 390).
3.ВЭЖХ.

Примеси:
Специфической контролируемой примесью явля-ются 4-эпитетрациклин и ангидротетрациклин. Определяют ВЭЖХ. Тетрациклины вследствие наличия ациклической структуры ко­лец А, В, С, их молекул, а также фенольного гидроксила неустойчи­вы и в процессе хранения могут образовывать неактивные или ток­сич-ные продукты: 4-эпитетрациклины, которые необходимо учитывать при оценке качества. Эти примеси можно обнаружить методом ВЭЖХ или ТСХ с применением соответствующих стандартных образцов:

Поскольку тетрациклины являются токсичными продуктами, а методы очистки их недостаточны в отечественных ФС вводится показатель проверки на токсичность. Испытание проводится в соответствии с требованиями Х1 Фармакопеи, вып.2, стр.182. испытание проводят путем внутривенного введения тест-дозы белым мышам. Срок наблюдения 48 часов. В британской фармакопее такого теста нет.

Количественное определение:
1. Биологический метод диффузии в агар с тест культурой Bacillus subtilis в сравнении со стандартным образцом тетрациклина по ФС 42-3313-96.
2.ВЭЖХ ( Европейская фармакопея). Содержание действующего вещества от 88,0 до 102,0% в пересчете на сухое вещество.
3.Гравиметрический метод с пикриновой кислотой.
4.Фотометрический метод либо с арилстибниновой кистой или по образованию азо-красителя.

Применение:
Антибиотик.

Форма выпуска:
Таблетки 0,1 и 0,25 г, покрытые оболоч-кой. Гранулы для приготовления оральной суспензии. Раствор для инъекций. Мазь. Композитные таблетки с нистатином, олеандомицином.

Окситетрациклина гидрохлорид-Oxytetracyclini hydrochloridum

Окситетрациклина дигидрат- Oxytetracyclini dihydras

Свойства:
Желтый или светло-желтый кристаллический порошок без запаха, горького вкуса. Гидрохлорид растворим в воде, дигидрат малорастворим в воде. Удельное вращение от –188 до -200° (1% раствор в 0.1 М соляной кислоте для дигидрата).

Получение:
Биосинтез.

Подлинность:
То же, что и для тетрациклина.

Примеси и количественное определение:
Аналогично тетрациклину.

Форма выпуска:
Мазь, аэрозоль (для гидрохлорида); таблетки, глазная мазь для дигидрата.

Полусинтетические тетрациклиновые антибиотики.

Метациклина гидрохлорид-Methacyclini hydrochloridum

Свойства:
Желтый кристаллический порошок без запаха, горького вкуса. Медленно растворим в воде.

Получение:
Получают из окситетрациклина окислительной дегидратацией:

Подлинность:
1.ИК спектр в сравнении со стандартным образцов..
2.ТСХ и ВЭЖХ.
3.УФ спектр имеет максимумы поглощения при 253 и 345 нм в смеси 0.1 М соляной кислоты и метанола (1:99).
4.Цветная реакция с конце6нтрированной серной кислотой (желтое окрашивание).
5.С хлорным железом (красно-коричневое окрашивание.

Примеси:
ВЭЖХ, контролируются исходный окситетрациклин и некоторые другие.

Количественное определение:
1. ВЭЖХ.
2.Биологический метод

Применение:
Более эффективный антибиотик.

Форма выпуска:
Капсулы 0,15 и 0,3 г.

Доксициклина гидрохлорид-Doxycyclini hadrochloridum

Свойства:
Желтый кристаллический порошок со слабым запахом этилового спирта. Очень мало растворим в воде и спирте. Растворим в водных растворах минеральных кислот и щелочей. Оптическое вращение от –113 до -130° 0,5% раствор в смеси 0,1 м раствора соляной кислоты и метанола (1:99). Получают согласно ФС 42-2545-88 в виде гемиэтанолата и гемигидрата.

Получение:
Полусинтетический антибиотик, получают из окситетрациклина восстановительной дегидратацией на родиевом катализаторе водородом или восстановление тиофенольного производного метациклина:

Подлинность:
1.ИК спектр в сравнении со стандартным образцом (ФС 42-2544-88).
2.ТСХ.
3.ВЭЖХ.
4.УФ спектрофотометрия. Максимум при 349 нм ( для безводной субстанци и).
5.С серной кислотой дает желтое окрашивание.

Примеси:
Контролируется по окситетрациклину, метациклину, 6-эпидоксициклину и 4-эпидоксициклину методом ТСХ или ВЭЖХ. Вводится испытание на токсичность.

Количественное определение:
1. ВЭЖХ (Британская фармакопея).
2.Тест-микроорганизмы методом диффузии в агар в сравнении со стандартным образцом.

Форма выпуска:
Капсулы по 0.05; 0,1 и 0,2 г.