ЦЕФАЛОСПОРИНЫ

Глава 7. Анализ производных β-лактамидов и аминогликозидов 

Химическое строение, физические и физико-химические свойства, применение

В основе строения цефалоспоринов и полусинтетических цефалоспоринов лежат 7-аминоцефалоспорановая кислота (7-АЦК) и 7-аминодсзаиетоксицефалоспорановая кислота (7-АДЦК), кото­рые состоят из 2 конденсированных колеи: β-лактамного (В) и ме­тадигидротиазинового (А):

Цефалоспорины являются ацильными производными 7-АЦК или 7-АДЦК.

Первые сведения о цефалоспоринах относятся к 1945 г., когда итальянский микробиолог ВгоТги при исследовании флоры мор­ской воды близ берегов Сардинии обнаружил микроорганизмы с выраженной антибактериальной активностью. Развиваясь в пита­тельной среде, эти организмы продуцируют вещество, ингибирую­щее 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.

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

Сам цефалоспорин С не нашел широкого применения в качестве 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 хлорангидри- дами кислот (по аналогии с гюлусин готическими 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-дезацеток- сицефалоспорина С остатка α-аминоадипиновой кислоты образу­ется 7-АДЦК, Она может быть получена и из 7-АЦК при удалении апетоксигруппы из 3-го положения.

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

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

Рентгеноструктурный анализ позволил установить идентичность 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:

Структура радикалов некоторых цефалоспоринов представлена в табл. 20.

Химическая структура, названия, описание и применение неко­торых цефалоспоринов представлены в табл. 21

Для наименования цефалоспоринов удобно использовать номен­клатурную систему «цефам»:

Ядро «цефам» представляет собой конденсированную β-лак- тамтетрагидрометадиазиновую систему. Если в цефалоспориновом ядре имеется двойная связь, окончание «ам» заменяется на «ем», при этом указывается местоположение двойной связи.

Как следует из табл. 21, эти препарата представляют собой по­рошок белый или белый со слегка желтоватым оттенком (за счет возможного окисления мегадитидротиа типового кольца). Кислот­ные формы трудно и мало растворимы в воде, натриевые соли — легко растворимы. Препараты оптически активны (асимметричес­кие атомы углерода в 6-м и 7-м положении), правовращающие. В НД нормируется значение удельного вращения.

Водные растворы цефалоспоринов дают в УФ-области характер­ную полосу поглощения с максимумом при длине волны около 260 нм, что обусловлено колебанием связи

при воз­можном участии серы ядра. У цефалексина, кроме того, имеется дополнительный хромофор — фенильный радикал в ацильной час­ти молекулы. В УФ-спектре цефалотина имеется один максимум при длине волны 237 нм и плечо при 265 нм. Поглощение при длине волны 237 нм обусловлено главным образом присутствием тиенильной группировки, а при 265 нм — кольцевой системы 7-АЦК.

По НД требуется определять оптическую плотность 0,002% вод­ных растворов цефалоспоринов для идентификации и характерис­тики степени чистоты препаратов (табл. 22).

Химические свойства  цефалоспоринов. Реакции подлинности.

Методы количественного определения. Испытания на чистоту.

Цефалоспорины являются кислотами (за счет карбоксильной группы в 4-м положении); некоторые из них применяются в виде натриевых солей (цефалотин). Цефалексин обладает амфотерными свойствами: кроме карбоксильной группы в 4-м положении, содер­жит основную группу — алифатическую аминогруппу в остатке D-α-аминофенилуксусной кислота.

Значения рК_s структурных элементов цефалексина и цефалоти­на представлены в табл, 23.

Значение pH 0,5% водного раствора цефалексина составляет 3,5— 5,5; цефалотина — 4,5—7,5.

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

Реакцию окисления проводят 80% раствором Н₂SО₄, 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 гидро­ксамовую реакцию и на сложно-эфирную группу:

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

Цефалотина натриевая соль дает реакцию на натрий (окрашива­ние бесцветного пламени горелки в желтый цвет).

Для количественного определения цефалоспоринов используют следующие методы.

1. Определение активности проводят микробиологическим мето­лом 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 pH 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 кислотно­основного титрования в неводной Среде: растворяют вещество в муравьиной кислоте, затем добавляют ледяную уксусную кислоту и титруют потенциометрически раствором хлорной кислоты:

Цефалоспорины по Европейской фармакопее определяют ме­тодом жидкостной хроматографии.

В испытаниях начистоту регламентируются значение pH, удель­ное вращение, оптическая плотность растворов, вода (для цефалотина натриевой соли — не более 1,5%, для цефалексина кристалло­гидрата — не менее 4,0% и не более 8,0%). Поскольку препараты полусинтетические (7-АДЦК и 7-АЦК получают из природных це­фалоспоринов), необходимо испытание на токсичность (как и для пенициллинов). Посторонние примеси определяют методом ТСХ.