Анализ и контроль в производстве синтетических антибиотиков и их промежуточных продуктов
К синтетическим антибиотикам, выпускаемым промышленностью, относятся левомицетин и синтомицин.
Левомицетин представляет собой D (-) трео-1-п-нитрофенил-2-дихлорацетиламинопропандиол-1,3.
Синтомицин представляет собой рацемат D(-) и L(+) треоизомеров. По терапевтическому действию синтомицин аналогичен левомицетину, но обладает лишь 50% его активности.
В настоящее время существует несколько технологических схем получения левомицетина и синтомицина. При одном из методов исходным веществом для синтеза служит стирол.
Стирол
C8H8 Мол. м. 104,15
Свойства. Стирол (фенилэтилен) представляет собой бесцветную жидкость; допускается слабо-желтая окраска только при наличии стабилизатора. Плотность жидкости 905-907 кг/м3. Выпускается двух сортов - 1-го и 2-го.
Технические требования. Содержание основного вещества для 1-го сорта 99,8%, для 2-го - 99,6%; этилбензола - 0,20% (для 1-го сорта) и 0,25% (для 2-го сорта). Содержание перекисных соединений 0,005%, альдегидов не более 0,02%. Показатель преломления 1,5465-1,5470.
Определение содержания перекисных соединений
Стирол содержит небольшое количество перекисных соединений. Основным веществом является диэтилперекись.
Содержание перекиси определяют йодометрически:
Ход анализа. В коническую колбу емкостью 250 мл с притертой пробкой вносят пипеткой 25 мл стирола, добавляют 10 мл уксусной кислоты (ГОСТ 61-69), 25 мл насыщенного раствора йодида калия в метиловом спирте и сразу же колбу заполняют азотом. Смесь ставят в темное место на 2 ч, выделившийся йод титруют 0,5 н. раствором тиосульфата натрия по крахмалу. Параллельно проводят контрольный опыт.
Процентное содержание перекисных соединений в пересчете на диэтилперекись (X) вычисляют по формуле:
где V1 - количество 0,05 и. раствора тиосульфата натрия, пошедшее на основной опыт, мл; V2 - количество 0,05 н. раствора тиосульфата натрия, пошедшее на контрольный опыт, мл; 0,00225 - количество диэтилперекиси, соответствующее 1 мл 0,05 н. раствора тиосульфата натрия, г; d - плотность стирола, г/см3.
Определение содержания альдегидов
Определение основано на реакции взаимодействия альдегидов с тидрохлоридом гидроксиламина:
Ход анализа. В коническую колбу емкостью 250 мл с притертой пробкой помещают 25 мл метилового спирта, а затем пипеткой с грушей вносят 25 мл стирола. Прибавляют 0,2 мл 0,1 н. раствора тимолового синего и нейтрализуют смесь 0,05 н. раствором едкого натра до красно-желтой окраски. Затем прибавляют 25 мл 2% спиртового раствора гидрохлорида гидроксиламина и оставляют стоять 1 ч, изредка взбалтывая. Выделившуюся кислоту титруют 0,05 н. раствором едкого натра до первоначальной окраски (красно-желтой). Дают раствору стоять 1 ч и вновь оттитровывают выделившуюся кислоту. Параллельно проводят контрольный опыт.
Процентное содержание альдегидов в пересчете на бензальдегид (X) вычисляют по формуле:
где V1 - количество 0,05 н. раствора едкого натра, пошедшее на титрование в контрольном опыте, мл; V2 - количество 0,05 н. раствора едкого натра, пошедшее на основной опыт, мл; 0,00531 - количество бензальдегида, соответствующее 1 мл 0,05 н. раствора едкого натра, г; d - плотность стирола, г/см3.
Определение хлоргидринстирола в реакционной смеси
Первой стадией в технологическом процессе производства левомицетина из стирола является получение фенил(хлорметил) карбинола (хлоргидринстирол). Определяют состав реакционной смеси, состоящей из фенола, окиси стирола, хлорстирола, дихлорида стирола, хлорацетофенона, фенилэтиленгликоля и хлоргидринстирола, газохроматографическим методом.
Подготовка прибора. Используют хроматограф «Цвет-4» с применением пламенно-ионизационного детектора. Длина колонки 2 м, диаметр 3 мм. В качестве сорбента применяют сферохром 1 (фракция 0,25-0,31 мм), пропитанный полифенилметилсилоксановой жидкостью (ПФМС-4). Газом-носителем является азот, скорость потока которого 30-35 мл/мин. Температура испарителя 240 °С, температура колонки 130°С.
Ход анализа. В испаритель микрошприцем вносят 0,4 мкл анализируемой пробы. За 1,5 ч проводят хроматографирование.
n-Нитроацетофенон технический
C8H7NO3 Мол. м. 165
Свойства. Кристаллический порошок от светло-желтого до желтого с коричневым оттенком цвета. Температура плавления 78-82°С.
Технические требования. Содержание n-нитроацетофенона в продукте не менее 96%, влаги не более 0,3%, железа не более 0,003%.
Применение. Промежуточный продукт в синтезе левомицетина из n-нитробензойной кислоты.
Определение содержания n-нитроацетофенола в техническом продукте
Гидроксиламинный метод. Метод основан на реакции взаимодействия n-нитроацетофенона с гидрохлоридом гидроксиламина:
Образовавшуюся соляную кислоту оттитровывают раствором щелочи (индикатор - бромфеноловый синий). Так как кетоксимы образуются не так легко, как альдоксимы, то при их получении применяют метиловый спирт.
Ход анализа. Около 0,8-1,0 г продукта (точная навеска) растворяют в конической колбе емкостью 200 мл с притертой пробкой в 50 мл метилового спирта, добавляют 20 мл заранее приготовленного раствора гидрохлорида гидроксиламина; колбу соединяют с обратным холодильником и нагревают на водяной бане при 70-80 °С в течение часа. После выдержки холодильник смывают небольшим количеством метанола, охлаждают, прибавляют 10 капель бромфенолового синего, титруют 0,5 н. раствором едкого натра до изменения цвета и оставляют на 5 мин. Если через 5 мин окраска раствора изменилась, то его дотитровывают 0,5 н. раствором едкого натра.
Параллельно проводят контрольный опыт. Разность в количестве щелочи, пошедшей на рабочий и контрольный опыты, пересчитывают на n-нитроацетофенон.
Процентное содержание n-нитроацетофенона в продукте (X) вычисляют по формуле:
Где V1 - количество щелочи, пошедшее на титрование основного опыта, мл; V2 - количество щелочи, пошедшее на титрование контрольного опыта, мл; 0,0825 - количество n-нитроацетофенона, соответствующее 1 мл 0,5 н. раствора едкого натра, г; а - навеска препарата, г.
Приготовление раствора гидрохлорида гидроксиламина, 50 г гидроксиламина гидрохлорида растворяют в 90 мл воды при нагревании и фильтруют в мерную колбу емкостью 1 л. К водному раствору прибавляют 800 мл 96% этилового спирта, 10 мл индикатора бромфенолового синего и нейтрализуют 0,5 н. раствором спиртовой щелочи до буровато-зеленого цвета; затем доводят спиртом до метки.
Определение содержания n-нитро-а-ацетиламиноацетофенона («оксиметильное» производное)
«Оксиметильное» производное является промежуточным продуктом, получаемым различными методами, в производстве левомицетина и синтомицина.
Ход анализа. Навеску в 0,0224 г вещества растворяют в смеси спирта и воды (1:4) при нагревании.
В ячейку полярографа ПЭ-312 наливают 10 мл буферного раствора с рН 10,5 (0,1 н. раствор карбоната натрия и 0,1 н. раствора соляной кислоты), продувают азотом для удаления кислорода. Затем добавляют 1 мл испытуемого продукта и полярографируют. При этом потенциал полуволн составляет 0,66 В. При концентрации «оксиацетильного» производного выше 10-2 моль/л на полярографической кривой наблюдается максимум. Для устранения его добавляют 0,15 мл 0,001% раствора желатина. Таким же образом полярографируют и «кетон». Навеску вещества берут 0,022 г; при этом потенциал полуволн составляет - 0,45 В.
n-Нитро-а-ацетиламино-B-оксипропиофенон
C11H11N2O5 Мол. м. 251,1
Свойства. Мелкокристаллический порошок от светло-желтого до красно-бурого цвета, малорастворим в воде, спирте, растворим в концентрированной уксусной кислоте и абсолютном изопропиловом спирте.
Технические требования. Содержание влаги не более 0,3%. Температура плавления не ниже 150°С. Содержание оксиметильного n-нитро-а-ацетиламино-B-оксипропиофенона в продукте не более 10% (5-10%).
Применение. Полупродукт для получения синтомицина.
Определение содержания «ацетофенона» в продукте
Метод хроматографии в тонком слое. Ход анализа. 0,005 г анализируемой пробы «пропиофенона» растворяют в 4 мл метанола. 0,015 мл приготовленного раствора наносят на линию старта стеклянной пластинки размером 18X8 см окисью алюминия II степени активности. Рядом в качестве «свидетеля» наносят 0,008-0,01; 0,012 мл 0,1% раствора «ацетофенона» в метаноле. Пластинку с пробами помещают в камеру со смесью бензол - этанол (9:1) и хроматографируют восходящим методом. Когда фронт растворителя дойдет до конца пластинки, ее вынимают из камеры и сушат при 100°С. Сравнивают размер и интенсивность окраски пятен анализируемой пробы и стандартных растворов. Пятна «ацетофенона» после сушки приобретают темно-желтую окраску. Пятна «пропиофенона» просматривают в УФ-лучах. Значение Rf для «ацетофенона» 0,67, для «пропиофенона» - 0,42.
Левомицетин
C11H12Cl2N2O5 Мол. м. 323,13
Свойства. Белый или белый со слабым желтовато-зеленоватым оттенком кристаллический порошок горького вкуса; малорастворим в воде, легкорастворим в спирте и этилацетате, растворим в хлороформе. Температура плавления 149-153°С.
Требования к препарату. Содержание D (-)трео-1-n-нитрофенил-2-дихлорацетиламинопропандиол-1,3 в левомицетине не менее 98,5%, удельный показатель поглощения Е при длине волны 278 нм 0,002% водного раствора от 290 до 305, удельное вращение 5% раствора в 95% спирте [а]D от +18° до +21°. Содержание хлоридов не более 0,01%, сульфатной золы из 0,5 г препарата не более 0,1%.
Применение. Антибиотик широкого спектра действия.
Определение содержания левомицетина в препарате
А. Метод нитритометрии. Метод основан на восстановлении нитрогруппы в молекуле левомицетина в аминогруппу с последующим диазотированием продукта восстановления.
Ход анализа. Около 0,5 г левомицетина (точная навеска) помещают в коническую колбу емкостью 250 мл, приливают 20 мл концентрированной соляной кислоты. Колбу присоединяют к обратному холодильнику, затем через холодильник осторожно небольшими порциями прибавляют 5 г цинковой пыли. Полученную смесь нагревают на сетке в течение часа при слабом кипении. Затем прибавляют еще 10 мл концентрированной соляной кислоты. После полного растворения цинковой пыли колбу охлаждают и раствор количественно переносят в стакан для диазотирования, охлаждаемый снаружи льдом, прибавляют 3 г бромида калия и медленно титруют 0,1 н. раствором нитрита натрия. Титрование считается законченным, когда капля жидкости, взятая через 3 мин после прибавления раствора нитрита натрия, сразу вызовет посинение йодкрахмальной бумаги.
Процентное содержание левомицетина в препарате (X) вычисляют по формуле:
где V - количество нитрита натрия, пошедшее на титрование, мл; 0,03231 - количество левомицетина, соответствующее 1 мл 0,1 н. раствора нитрита натрия, г; а - навеска препарата, г.
Б. Аргентометрическое определение. Метод основан на восстановлении хлора в ацетильном остатке левомицетина до ионогенного хлора, который затем определяют аргентометрически.
Ход анализа. Около 0,1-0,15 г левомицетина (точная навеска) помещают в колбу емкостью 100 мл, прибавляют 10-15 мл разведенной серной кислоты (1 : 5). Колбу присоединяют к обратному холодильнику и ставят на водяную баню. Через трубку холодильника добавляют 1 г цинковой пыли (вместо цинковой пыли можно взять гранулы цинка, тогда восстановление длится 30-60 мин) и оставляют смесь на 5 мин. Затем колбу нагревают 10 мин на кипящей водяной бане, охлаждают и через трубку холодильника приливают 10-15 мл воды; жидкость фильтруют. Колбу и воронку промывают водой до отрицательной реакции на ион хлора. К фильтрату прибавляют 10 мл 0,1 н. раствора нитрата серебра, 5 мл разведенной азотной кислоты (1 : 1), 2-3 мл железоаммонийных квасцов. Избыток нитрата серебра титруют 0,1 н. раствором роданида аммония.
Процентное содержание левомицетина в препарате (X) вычисляют по формуле:
где 10 - количество нитрата серебра, добавляемое к раствору, мл; V - количество роданида аммония, пошедшее на титрование избытка нитрата серебра, мл; 0,01616 - количество левомицетина, соответствующее 1 мл 0,1 н. раствора нитрата серебра, связанного с ионом в фильтрате, г; а - навеска левомицетина.
В. Полярографическое определение. Ход анализа. Около 0,1 г препарата (точная навеска) растворяют в 100 мл 95% спирта. Из полученного раствора отбирают пипеткой 1 мл, добавляют ацетатного буферного раствора (рН 4,4) до объема 100 мл и каплю 1% раствора желатина. После пропускания водорода или азота для удаления растворенного кислорода снимают полярограмму начиная с 0,0 В. E1/2 = -0,34 В.
Аналогично готовят раствор стандартного образца левомицетина, содержащий 1 мл стандартного образца в 1 мл раствора, и в тех же условиях снимают полярограмму.