第五章維生素及輔酶類(lèi)藥物的制備原理

1、第五章 維生素及輔酶類(lèi)藥物的制備原理,P135,1,一、維生素（vitamin）的特點(diǎn),維生素又名維他命，是生物體內(nèi)一類(lèi)量微、化學(xué) 結(jié)構(gòu)各異，具有特殊功能的小分子有機(jī)化合物，它們 大多需從外界攝取，是維持人體生命活動(dòng)必需的一類(lèi) 有機(jī)物質(zhì)，也是保持人體健康的重要活性物質(zhì)。 維生素在體內(nèi)含量很少，但在人體生長(zhǎng)、代謝、 發(fā)育過(guò)程中卻發(fā)揮著重要的作用,第一節(jié) 概 述,1,2,各種維生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)雖然不同，但它 們卻有著以下共同點(diǎn)： 維生素存在于食物中，它不能供給能量，也不是組織細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成，而是一種活性物質(zhì)，對(duì)機(jī)體代謝起調(diào)節(jié)和整合作用。 人體對(duì)維生素的需要量很小，日需要量常以毫克(mg)或微

2、克(g)計(jì)算，但一旦缺乏就會(huì)引發(fā)相應(yīng)的維生素缺乏癥，對(duì)人體健康造成損害。 大多數(shù)的維生素，機(jī)體不能合成或合成量不足，不能滿足機(jī)體的需要，必須經(jīng)常通過(guò)食物中獲得。 絕大多數(shù)維生素是通過(guò)輔酶或輔基的形式參與體內(nèi)酶促反應(yīng)體系，起調(diào)節(jié)代謝作用，少數(shù)維生素還具有一些特殊的生理功能,2,3,1,二、維生素的分類(lèi),維生素大多是小分子有機(jī)化合物，在結(jié)構(gòu)上差別甚大，通常根據(jù)它們的溶解性區(qū)分為脂溶性和水溶性兩大類(lèi),3,4,三、維生素與輔酶,食物中維生素的含量較少，人體的需要量也不多，但卻是絕不可少的物質(zhì)。 膳食中如缺乏維生素，就會(huì)引起人體代謝紊亂，以致發(fā)生維生素缺乏癥。 如:缺乏維生素A會(huì)出現(xiàn)夜盲癥、干眼病和皮膚

3、干燥；缺乏維生素D可患佝僂?。蝗狈S生素B1可得腳氣?。蝗狈S生素B2可患唇炎、口角炎、舌炎；缺乏維生素B12可患惡性貧血；缺乏維生素C可患?jí)难?5,維生素與輔酶,維生素是人體代謝中必不可少的有機(jī)化合物。人體猶如一座極為復(fù)雜的化工廠，不斷地進(jìn)行著各種生化反應(yīng)。其反應(yīng)與酶的催化作用有密切關(guān)系。酶要產(chǎn)生活性，必須有輔酶參加。已知許多維生素是酶的輔酶或者是輔酶的組成分子。 例如，維生素B1（硫胺素）在體內(nèi)的輔酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），是酮酸氧化脫羧酶的輔酶；又如，泛酸，輔酶形式是CoA，是轉(zhuǎn)乙?；妮o酶。輔酶、輔基和維生素的關(guān)系見(jiàn)表5-1。 因此，維生素是維持和調(diào)節(jié)機(jī)體正常代謝的重要物質(zhì),P

4、136,4,6,四、維生素及輔酶類(lèi)藥物的一般生產(chǎn)方法,維生素及輔酶類(lèi)藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)各不相 同，決定了它們生產(chǎn)方法的多樣性，在工業(yè) 上大多數(shù)維生素是通過(guò)化學(xué)合成法獲得的， 近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的微生物發(fā)酵法代表著維生 素生產(chǎn)的今后發(fā)展方向。從生物材料中直接 提取的不多,4,7,1化學(xué)合成法,化學(xué)合成法是根據(jù)已知維生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，采用有機(jī)化學(xué)合成原理和方法，制造維生素的過(guò)程。 近代的化學(xué)合成，常與酶促合成、酶拆分等結(jié)合在一起，以改進(jìn)工藝條件，提高收率和經(jīng)濟(jì)效益。用化學(xué)合成法生產(chǎn)的維生素有：煙酸、煙酰胺、葉酸、維生素B1、硫辛酸、維生素B6、維生素D，E，K等,8,2發(fā)酵法,即用人工培養(yǎng)微生物方法生產(chǎn)各種

5、維生素，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程包括：菌種培養(yǎng)、發(fā)酵、提取、純化等。 目前完全采用微生物發(fā)酵法或微生物轉(zhuǎn)化制備中間體的有維生素Bl2、B2，維生素C和生物素，維生素A原（-胡蘿卜素）等,9,3生物提取法,主要從生物組織中，采用緩沖液抽提，有機(jī)溶劑萃取等， 如從豬心中提取輔酶Q10，從槐花米中提取蘆丁，從提取鏈霉素后的廢液中制取B12等。 在實(shí)際生產(chǎn)中，有的維生素既用合成法又用發(fā)酵法。如維生素C、葉酸、維生素B2 等，也有既用生物提取法又用發(fā)酵法的，如輔酶Q10和維生素B12等,10,維生素P,維生素及輔酶類(lèi)藥物,生物化學(xué)的發(fā)展證明了維生素缺乏的臨床表現(xiàn)是由于多種代謝功能的失調(diào)，大多數(shù)維生素是許多生化反應(yīng)過(guò)

6、程中酶的輔酶或輔基，有的維生素則在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榧に亍?因此，用維生素及輔酶能治療多種疾病。目前世界各國(guó)已將維生素的研究和生產(chǎn)列為制藥工業(yè)的重點(diǎn)。較為成熟的生產(chǎn)工藝方法詳見(jiàn)表5-2（書(shū)137,11,維生素的發(fā)現(xiàn),維生素的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)的偉大發(fā)現(xiàn)之一。1897年，C.艾克曼在爪哇發(fā)現(xiàn)只吃精磨的白米即可患腳氣病，未經(jīng)碾磨的糙米能治療這種病。并發(fā)現(xiàn)可治腳氣病的物質(zhì)能用水或酒精提取，當(dāng)時(shí)稱(chēng)這種物質(zhì)為“水溶性B”。1906年證明食物中含有除蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、碳水化合物、無(wú)機(jī)鹽和水以外的“輔助因素”，其量很小，但為動(dòng)物生長(zhǎng)所必需。 1912年波蘭學(xué)者馮克發(fā)現(xiàn)，在米糠中有一種物質(zhì)能預(yù)防腳氣病，將米糠中這種物質(zhì)提純加

7、以研究，發(fā)現(xiàn)它是含有氨基的一種有機(jī)物(即維生素B1)，馮克將此物命名為“Vitamin”，我國(guó)譯為維生素，音譯為維他命?！癡itamin”這個(gè)名稱(chēng)一直沿用到現(xiàn)在，并為國(guó)際所通用,12,維生素A：夜盲癥，角膜干燥癥，皮膚干燥，脫屑 維生素B1：神經(jīng)炎，腳氣病，食欲不振，消化不良，生長(zhǎng)遲緩 維生素B2：口腔潰瘍，皮炎，口角炎，舌炎，唇裂癥，角膜炎等 維生素B12：巨幼紅細(xì)胞性貧血 維生素C：壞血病，抵抗力下降 維生素D：兒童的佝僂病，成人的骨質(zhì)疏松癥 維生素E：不育，流產(chǎn)，肌肉性萎縮等,維生素缺乏癥,13,表5-1 輔酶、輔基和相對(duì)應(yīng)的維生素,14,表5-2 維生素及輔酶類(lèi)藥物一覽表,15,第二節(jié)

8、 維生素類(lèi)藥物的制備工藝,16,一、維生素A（Vitamin A）的制備,1. 結(jié)構(gòu)與性質(zhì) （1）結(jié)構(gòu),在體內(nèi)-胡蘿卜素-15，15-雙氧酶（催化下，可將-胡蘿卜素轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿拥囊朁S醛，視黃醛在視黃醛還原酶的作用下還原為視黃醇,17,2）性質(zhì),維生素A（vitamin A）又稱(chēng)視黃醇，是一個(gè)具有酯環(huán)的不飽和一元醇，包括維生素A1、A2 兩種。二者區(qū)別在于A2的脂環(huán)在3位上多一個(gè)雙鍵，A2的活性較A1小。 人體缺乏維生素A，影響暗適應(yīng)能力，如兒童發(fā)育不良、皮膚干燥、干眼病、夜盲癥等。 天然維生素A只存在于動(dòng)物性食物中，如：動(dòng)物肝臟、蛋類(lèi)、奶油和魚(yú)肝油中。A1存在于哺乳動(dòng)物及咸水魚(yú)的肝臟中，而A2

9、存在于淡水魚(yú)的肝臟中。 植物組織中尚未發(fā)現(xiàn)維生素A，但植物所含的胡蘿卜素進(jìn)入人體，可在肝中轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A 。 維生素A原也稱(chēng)-胡蘿卜素，其在人的腸粘膜中轉(zhuǎn)變成維生素A,18,2. 生產(chǎn)工藝,1）工藝路線化學(xué)合成法,19,參見(jiàn)P17：逐步綜合法,從維生素A基本骨架的C14-C15處拆開(kāi)，分別合成十四碳醛和六碳炔醇后，再通過(guò)Grignard（格氏）反應(yīng)把兩者接合起來(lái)構(gòu)成二十碳骨架,氫化、酯化,喹啉鈀-碳酸鈣、氫氣,補(bǔ)充：發(fā)酵法生產(chǎn)-胡蘿卜素,菌種選擇：采用三孢布拉布霉的正和負(fù)菌株 培養(yǎng)基：除無(wú)機(jī)鹽和硫胺素外，以各種淀粉的酸水解物作為碳源 發(fā)酵溫度：控制在20-35 pH：3.7-5.5 發(fā)酵至二天

10、后加入前體-紫羅蘭酮，與此同時(shí)加入異煙肼和5煤油可提高產(chǎn)量。繼續(xù)發(fā)酵3-6天，通100蒸氣10-15min，以濕熱殺滅培養(yǎng)物終止發(fā)酵，防止胡蘿卜素被酶分解。 由于-胡蘿卜素是在菌絲體內(nèi)形成，所以過(guò)濾后取其菌絲真空干燥，55。然后用石油醚提取，最后用柱層析分離提純,20,維生素B1,胡蘿卜素,胡蘿卜素是類(lèi)胡蘿卜素之一，也是橘黃色脂溶性化合物，它是自然界中最普遍存在也是最穩(wěn)定的天然色素。許多天然食物中例如：綠色蔬菜、甘薯、胡蘿卜、菠菜、木瓜、芒果.等，皆存有豐富的-胡蘿卜素。 -胡蘿卜素是一種抗氧化劑，具有解毒作用，是維護(hù)人體健康不可缺少的營(yíng)養(yǎng)素，在抗癌、預(yù)防心血管疾病、白內(nèi)障及抗氧化上有顯著的功

11、能，并進(jìn)而防止老化和衰老引起的多種退化性疾病。 -胡蘿卜素在進(jìn)入人體后可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A，不會(huì)有因過(guò)量攝食而造成維生素A累積中毒現(xiàn)象,21,二、維生素B2的制備,1. 結(jié)構(gòu)與性質(zhì) （1）結(jié)構(gòu),22,2）性質(zhì),維生素B2又稱(chēng)核黃素(Riboflavin)，為黃或橙黃色結(jié)晶性粉末，味微苦，熔點(diǎn)約280。 兩性化合物，在堿性溶液中呈左旋性 為-120-140(C=0.125，0.1mol/LNaOH)。 微溶于水，幾乎不溶于乙醇和氯仿，不溶于丙酮、乙醚。其水溶液呈熒光。在中性與酸性溶液中穩(wěn)定，但在堿性溶液中易分解。 維生素B2的欠缺會(huì)導(dǎo)致口腔、唇、皮膚的炎癥和機(jī)能障礙，稱(chēng)為核黃素缺乏病,23,2.

12、生產(chǎn)工藝發(fā)酵法,1）維生素B2的發(fā)酵 培養(yǎng)基的配制 米糠油 4，玉米漿 1.5，骨膠 1.8，魚(yú)粉 1.5，KH2PO4 0.1，CaCl20.1，(NH4)2SO4 0.02，NaCl 0.2。 維生素B2發(fā)酵 三級(jí)發(fā)酵,24,菌種培養(yǎng),二級(jí)發(fā)酵罐,三級(jí)發(fā)酵罐,2）維生素B2的提取與結(jié)晶,將B2發(fā)酵液用稀鹽酸水解，以釋放部分與蛋白質(zhì)結(jié)合的維生素B2；然后加黃血鹽和硫酸鋅，除去蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，將除去雜質(zhì)后的發(fā)酵濾液加3-羥基-2-萘甲酸鈉與核黃酸形成復(fù)鹽進(jìn)行分離精制。一般提取工藝流程如下,三水亞鐵氰化鉀,25,復(fù)鹽,三、維生素C（Vitamin C）的制備,維生素C又名抗壞血酸（Ascorbic

13、 acid），是細(xì)胞氧化-還原反應(yīng)中的催化劑，它釋放兩個(gè)氫原子后變成氧化型維生素C，有供氫體存在時(shí)，脫氫抗壞血酸可以接受兩個(gè)氫原子變成抗壞血酸，參與機(jī)體新陳代謝，增加機(jī)體對(duì)感染的抵抗力。 用于防治壞血病和抵抗傳染性疾病，促進(jìn)創(chuàng)傷和骨折愈合，以及用作輔助藥物治療,26,1. 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（1）結(jié)構(gòu),脫氫抗壞血酸,27,2）性質(zhì),維生素C分子中有兩個(gè)手征性碳原子，故有4種光學(xué)異構(gòu)體，其中L（+）抗壞血酸效用最好，其他三種臨床效用很低或無(wú)效。 維生素C為白色粉末，無(wú)臭、味酸、熔點(diǎn)190-192，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿及石油醚等。 它是一種還原劑，易受光、熱、氧等破壞，尤其在堿液中或有微

14、量金屬離子存在時(shí)，分解更快，但干燥結(jié)晶較穩(wěn)定,28,2. 生產(chǎn)工藝（1）工藝路線,工藝要點(diǎn)： 1. 合成過(guò)程中山梨糖的制備是關(guān)鍵一步，用醋酸菌能使山梨醇氧化成山梨糖。 2. 發(fā)酵條件：溫度為26-30，pH為4.4-6.8。pH4.0以下菌的活性受影響。 山梨酸的濃度：0.5酵母浸膏為主要營(yíng)養(yǎng)源，山梨醇濃度為19.8， 通氣量1800ml/min，30培養(yǎng)33h，收率可達(dá)97.6。 氮源 ：無(wú)機(jī)氮源不能利用，使用有機(jī)氮源。 金屬離子的影響：Ni2+，Cu2+能阻止菌的發(fā)育，鐵能防礙發(fā)酵，為了使發(fā)酵順利進(jìn)行，需用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂將山梨醇中的金屬離子去掉,29,在上述基礎(chǔ)上，又發(fā)展了維生素C兩步發(fā)酵

15、法新工藝，其過(guò)程如下,排名 食物 分量(g) 數(shù)量 維生素C量(mg) No.1 櫻桃 50 12粒 500 No.2 番石榴 80 1個(gè) 216 No.3 紅椒 80 1/3個(gè) 136 No.4 黃椒 80 1/3個(gè) 120 No.5 柿子 150 1個(gè) 105 No.6 青花菜 6 1/4株 96 No.7 草莓 100 6粒 80 No.8 橘子 130 1個(gè) 78 No.9 芥藍(lán)菜花 60 1/3株 72 No.10 獼猴桃 100 1個(gè) 68,30,第三節(jié),壞血病,是幾百年前就知道的疾病，但是由于以前人類(lèi)對(duì)它發(fā)生的原因不了解，當(dāng)時(shí)被稱(chēng)作不治之癥，且死亡率很高。 一直到1911年，人類(lèi)

16、才確定它是因?yàn)槿狈S生素C而產(chǎn)生的。在18世紀(jì)，壞血病在遠(yuǎn)洋航行的水手中非常普遍（早年航海人員因壞血病死亡的災(zāi)難不可枚舉，他們遠(yuǎn)離陸地，缺乏新鮮水果和蔬菜，在航行時(shí)的食物是面餅、魚(yú)和咸肉，含有很少的維生素C）。 壞血病開(kāi)始的時(shí)候癥狀是四肢無(wú)力，精神消退，煩躁不安，做任何工作都易疲憊，皮膚紅腫。病人覺(jué)得肌肉疼痛，精神抑郁。然后他的臉部腫脹，牙齦出血，牙齒脫落。皮膚下大片出血（看來(lái)像是嚴(yán)重的打傷）。最后是嚴(yán)重疲憊腹瀉呼吸困難，骨折，肝腎衰竭而致死亡,31,第三節(jié) 輔酶類(lèi)藥物的制備工藝,32,輔酶（Coenzyme,某些為催化活性所必需的，與酶蛋白疏松結(jié)合的小分子量的有機(jī)物質(zhì)。 一部分酶除蛋白質(zhì)部分

17、外，尚含有與它們的功能直接有關(guān)的一些無(wú)機(jī)或有機(jī)成分，這些成分統(tǒng)稱(chēng)為酶的輔因子（輔酶），如果缺少這些成分，酶就顯不出活性。 輔因子包括金屬離子和一些分子量不大的有機(jī)化合物。一般常見(jiàn)的金屬離子有鋅離子Zn、鎂離子Mg、鐵離子Fe、銅離子Cu等。 不少酶既含有金屬輔因子也含有輔酶。許多輔酶是維生素的衍生物(多為B族維生素及其衍生物,33,一、輔酶I(Coenzyme1)的制備,輔酶I（CoI，又稱(chēng)NAD），為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，是脫氫酶的輔酶，在生物氧化過(guò)程中作為氫的受體或供體，起傳遞氫的作用，可加強(qiáng)體內(nèi)物質(zhì)的氧化并供給能量。 臨床：用于精神分裂癥，冠心病，心肌炎，白細(xì)胞減少癥、急慢性肝炎、遷移性

18、肝炎及血小板減少癥，也是多種酶活性診斷試劑的重要組成部分,34,1. 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（1）結(jié)構(gòu),CoI是由煙酰胺及腺嘌呤各的一分子與D-核糖及磷酸各兩分子組成的。排列順序?yàn)闊燉０?D-核糖-磷酸-磷酸-D-核糖-腺嘌呤,35,2）性質(zhì),CoI是具有較強(qiáng)吸濕性的白色粉末，易溶于水或生理鹽水，不溶于丙酮等有機(jī)溶劑，為兩性分子，等電點(diǎn)pH3，在干燥狀態(tài)和低溫下穩(wěn)定。對(duì)熱不穩(wěn)定，水溶液偏酸或偏堿都易破壞。 CoI廣泛存在于動(dòng)植物中，如酵母、谷類(lèi)、豆類(lèi)、動(dòng)物的肝臟、肉類(lèi)等。制備時(shí)用酵母作原料，分離提取,36,2. 生產(chǎn)工藝（1）工藝路線,37,壓榨酵母:采用釀酒酵母生產(chǎn)的含水分7073的塊狀產(chǎn)品，為面包酵母的一種,強(qiáng)堿性陰離子,陽(yáng)離子,中和,340nm測(cè)吸收度,淡咖啡色,脫色,脫水,二、輔酶Q的制備,1. 結(jié)構(gòu)與性質(zhì) （1）結(jié)構(gòu),母核六位上的側(cè)鏈聚異戊烯基,38,2）性質(zhì),自然界存在的輔酶Q(CoQ)，不同生物來(lái)源的CoQ側(cè)鏈的n值為6-10，人體輔酶Q的n=10，即為CoQ10。 輔酶Q10又稱(chēng)為泛醌Q10。為黃色或淡橙黃色、無(wú)臭、無(wú)味結(jié)晶性粉末。易溶于氯仿、苯、四氯化碳，溶于丙酮、乙醚、石