一种头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂及其制备方法.pdf

本发明涉及一种头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂及其制备方法，该吸附树脂的比表面积在1000－2000m2/g，孔容在1.5－2.5ml/g。制备方法是：先将分散剂溶于分散介质中，加入由单体、致孔剂和聚合引发剂组成的混合物，悬浮聚合温度60－100℃，反应5－10h，得交联大孔共聚物基质；将大孔共聚物基质在惰性介质存在下用路易斯酸催化剂50－120℃进行处理，在基质内部再次发生交联反应。本发明的头孢菌素C吸附提取专用大孔吸附树脂具有较高吸附率，对目标产物选择性好，易于解析和再生，提取的头孢菌素C产品纯度高。

1.  头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂，其特征在于比表面积在1000-2000m²/g，孔容在1.5-2.5ml/g，是按以下方法制得的：
(1)通过悬浮聚合作用制备大孔共聚物基质，将一定量的分散剂溶于分散介质中，搅拌成溶液，加入由单体、致孔剂和聚合引发剂组成的混合物，搅拌使分散，升温使单体发生聚合反应，悬浮聚合温度60-100℃，聚合反应时间5-10小时，得交联大孔共聚物基质；
(2)将上述交联大孔共聚物基质，在惰性介质存在下用路易斯酸催化剂50-120℃进行处理，引发其结构中芳香环之间的烷基化反应，在基质内部再次发生交联反应。

2.  一种头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，包括通过悬浮聚合作用制备大孔共聚物基质，再用路易斯酸催化后交联方式处理大孔共聚物基质，具体步骤如下：
(1)将一定量的分散剂溶于分散介质中，搅拌成溶液，加入由单体混合物、致孔剂和聚合引发剂组成的混合物，搅拌使分散成液滴，升温使单体发生聚合反应，液滴逐步固化成球状颗粒，悬浮聚合温度60-100℃，聚合反应时间5-10小时，聚合反应结束，采用共沸蒸馏的方式通入蒸汽去除致孔剂，水洗并干燥后得到交联大孔共聚物基质；
(2)将上述交联大孔共聚物基质，在惰性有机介质中用路易斯酸催化50-120℃进行处理，引发其结构中芳香环之间的烷基化反应，在基质内部再次发生交联反应，反应时间为5-20小时，反应完毕，回收惰性有机介质，得产物；其中，惰性有机介质用量为交联大孔共聚物基质质量的4-8倍，路易斯酸催化剂用量为交联大孔共聚物基质质量的5-30％。

3.  如权利要求2所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述单体混合物由单乙烯基芳香族单体、作为交联剂的多乙烯基芳香族单体和极性脂肪族不饱和单体组成，其中极性脂肪族不饱和单体0-10％wt，多乙烯基芳香族单体50-80％wt，其余为单乙烯基芳香族单体。

4.  如权利要求3所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，所述的单乙烯基芳香族单体选自苯乙烯、烷基取代苯乙烯、乙烯基萘或其它类似的不饱和单体；其中，烷基取代苯乙烯选自甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、二乙基苯乙烯、甲基乙基苯乙烯或二甲基苯乙烯等。优选的单乙烯基芳香族单体是苯乙烯或烷基取代苯乙烯。

5.  如权利要求3所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，所述的作为交联剂的多乙烯基芳香族单体选自二乙烯苯、三乙烯苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基萘、二乙烯基二甲苯或二乙烯基乙基苯等；其中优选二乙烯苯。

6.  如权利要求3所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，所述的极性脂肪族不饱和单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸低烷基酯或甲基丙烯酸低烷基酯，其中，丙烯酸低烷基酯具体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯或丙烯腈，甲基丙烯酸低烷基酯具体选自二(甲基)丙烯酸乙烯乙二醇酯、三(甲基)丙烯酸三羟甲基丙烷酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯，其中优选甲基丙烯酸低烷基酯或丙烯腈。

7.  如权利要求2所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述致孔剂选自甲苯、二甲苯、C₄-C₁₀烷醇、C₆-C₁₂饱和烃、烷基取代环己烷中的一种或多种；其中，C₄-C₁₀烷醇选自正丁醇、叔戊醇或二乙基己醇；C₆-C₁₂饱和烃选自庚烷、异辛烷或汽油等以及烷基取代环己烷；优选的，致孔剂的加量为单体混合物总量的100-300％wt。

8.  如权利要求2所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述聚合引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰或者偶氮二异丁腈，引发剂用量为单体总量的0.5-2％wt。

9.  如权利要求2所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的惰性有机介质选自二氯乙烷、二氯丙烷、硝基苯、氯苯或二氯苯。

10.  如权利要求2所述的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的路易斯酸催化剂选自三氯化铝、三氯化铁、氯化锌、四氯化锡或三氟化硼。

一种头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂及其制备方法。
背景技术
细菌感染性疾病是人们日常生活中的常见病与多发病，各种严重细菌感染仍然是一个有潜在致命危险的重要问题，抗感染类药物一直是在世界医院市场销售居于首位的品种，占据着龙头老大的地位。
从世界抗感染药的销售情况看，头孢菌素类抗生素独占鳌头。头孢菌素又称先锋霉素，是一类广谱半合成抗生素，与青霉素相比，具有抗菌谱较广，耐青霉素酶，疗效高、毒性低，过敏反应少等优点，在抗感染治疗中占有十分重要的地位。从二十世纪六十年代第一个头孢菌素类产品上市以来，目前上市品种已多达60余种，产量占世界抗生素产量的60％以上，头孢菌素以其高成长性和良好的临床表现，在全球抗感染药物市场上占有越来越多的市场份额。我国的头孢菌素市场正处于大力发展阶段，背靠着国内医药经济每年15％的持续增长速度，有专家预测，近几年内我国头孢菌素抗生素的增长速度将高达30％。头孢菌素市场巨大的发展空间，吸引了不少弄潮儿频频涉足，从而带动了上游原料药、中间体的发展，使得这一产业链条得以有效的延伸而更趋完整。
医药行业在全球经济繁荣的背景下，国际农产品价格上升导致成本上升，从而推动产品价格上涨，从2006年第3季度开始，主要原料玉米的价格大幅上涨，加上煤、电等动力成本的上升，国外企业要么停产要么主动提价，中国由于劳动力及环保成本的优势，竞争力凸显，原料药产业尤其是发酵医药原料药呈现向中国转移趋势，目前西方发达国家已基本停止了头孢菌素C的生产，我国头孢菌素C产量占到了世界总产量的80％以上。现国内有九家大型制药企业生产头孢菌素C，年产量达到15000吨以上。
头孢菌素C是制备头孢类抗生素的关键中间体，一般由发酵法生产，而头孢菌素C发酵液的提取使用的均是树脂法，大孔吸附树脂提取头孢菌素C具有选择性好，操作简便，所需设备少，产品无污染，树脂循环使用，因而生产成本低，产率高。尤其是由于世界性的能源紧张，大部分有机溶媒价格上涨，加上环保压力，因此大孔吸附树脂(俗称聚合物吸附剂)在医药行业尤其是抗生素提取精制，中草药、植物有效成分的提取，果汁脱苦、脱色，废水处理等行业的应用日趋广泛。目前国内头孢菌素C大孔吸附树脂的使用量在3200立方米以上，总产值达1.6亿元，市场空间巨大。但国内大部分头孢菌素C生产厂家使用的头孢菌素C提取大孔吸附树脂多为进口，价格昂贵，而国产树脂在提取头孢菌素C方面的表现都差强人意，不能完全满足用户要求。
美国专利US4263407和US4191813中均讲述了增加轻度交联的凝胶或大孔型聚合物表面积和孔隙率的方法，包括用有机溶剂溶胀轻度交联的聚合物，然后用路易斯酸催化剂后交联溶胀后的聚合物，形成大网状结构。这种方法很大程度上依赖于起始聚合物中的交联度，要求交联剂用量控制在1-4％，通过加入外部交联剂(烷基化或酰基化试剂)或利用单体氯甲基苯乙烯上悬垂的氯甲基在路易斯酸催化剂作用下使相邻的芳香环间进行交联，从而提高表面积和孔隙率。
美国专利US4543365中讲述了另外一种提高不含有氯甲基的凝胶或大孔型芳香交联共聚物孔隙率的方法，即在有机溶剂存在下用路易斯酸催化剂处理上述的共聚物颗粒，其要求的交联剂用量为15-60％。由此得到的大孔交联共聚物用作头孢菌素C的吸附剂，以及通过磺化或者氯甲基化然后胺化的方式制备离子交换树脂或螯合树脂。而美国专利US5218004中则讲述了在水或其他非溶胀性液体和路易斯酸催化剂存在下处理高交联苯乙烯共聚物，通过共聚物中残留乙烯基的反应提高其表面积和孔隙率。这两个专利都是利用路易斯酸催化剂引发共聚物基质中残留的悬垂乙烯基与芳香环的反应，从而形成新的环状结构，这种新形成的孔结构是表面积和孔隙率增加所必须的。
上面提到的各种发明的方法都是重点讲述了不同的后交联方式和机理，目的都是增加交联聚合物的表面积和孔隙率，从而制备对有机物质或者是药物具有改善的吸附性能的交联聚合物吸附剂，通过上述发明方法制备的聚合物吸附剂其表面积和孔隙率均有明显提高。但是具体到头孢菌素C的吸附提取上，仅有较高的表面积和孔隙率是远远不够的，目前，随着头孢菌素C以及下游产品市场竞争的日益激烈，各个厂家对头孢菌素C产品质量的要求日益提高，对头孢菌素C所用的吸附树脂性能、价格要求也更为苛刻，传统的各种聚合物吸附剂已经不能完全满足头孢菌素C生产的需要。头孢菌素C的提取是从含有较多类似结构的杂质和发酵副产物的发酵液中进行吸附提取的，要求使用的聚合物吸附剂不仅要具有较高的对头孢菌素C的吸附量，而且更为重要的是要有较好的对头孢菌素C的选择性，还要具备良好的解析和再生性能，或者说是较好的耐污染性能，以确保头孢菌素C产品的质量、收率和成本优势。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂及其制备方法。所发明的专用大孔吸附树脂具有较高比表面积、适宜的孔径分布和孔隙率，独特的表面特性，可用于头孢菌素C吸附提取。
本发明的技术方案如下：
头孢菌素C结构式如下式I所示：

在酸性水溶液中头孢菌素C以酸的形式存在，在偏碱性条件下，其转化为相应的盐的形式。发酵液中头孢菌素的吸附提取就是利用这一特点完成的，酸性条件下上柱吸附，弱碱溶液或水-有机溶媒的混合溶液进行解析，从而实现其与发酵液中含有的发酵副产物(如蛋白质、多肽等)、色素以及相近杂质的分离，起到提纯的目的。
从头孢菌素C结构可以看出，其分子量较小，仅为415，结构中含有羧基、氨基等多个极性基团，因此头孢菌素C的吸附提取不仅需要大孔吸附树脂(即所谓的聚合物吸附剂)具有较大的比表面积和孔隙率，而且对吸附剂中孔的结构、大小、分布以及表面极性等都具有特殊的要求。
本发明头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂，比表面积在1000-2000m²/g，孔容在1.5-2.5ml/g，是按以下方法制得的：
(1)通过悬浮聚合作用制备大孔共聚物基质，将一定量的分散剂溶于分散介质中，搅拌成溶液，加入由单体、致孔剂和聚合引发剂组成的混合物，搅拌使分散，升温使单体发生聚合反应，悬浮聚合温度60-100℃，聚合反应时间5-10小时，得交联大孔共聚物基质；
(2)将上述交联大孔共聚物基质，在惰性介质存在下用路易斯酸催化剂50-120℃进行处理，引发其结构中芳香环之间的烷基化反应，在基质内部再次发生交联反应。
下面详细说明本发明头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法。
一种头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备方法，包括通过悬浮聚合作用制备大孔共聚物基质，再用路易斯酸催化后交联方式处理大孔共聚物基质，具体步骤如下：
1.将一定量的分散剂溶于分散介质中，搅拌成溶液，加入由单体混合物、致孔剂和聚合引发剂组成的混合物，搅拌使分散成液滴，升温使单体发生聚合反应，液滴逐步固化成球状颗粒，悬浮聚合温度60-100℃，聚合反应时间5-10小时，聚合反应结束，采用共沸蒸馏的方式去除致孔剂，水洗并干燥后得到交联大孔共聚物基质。
2.将上述交联大孔共聚物基质，在惰性有机介质中用路易斯酸催化50-120℃进行处理，引发其结构中芳香环之间的烷基化反应，在基质内部再次发生交联反应。反应时间为5-20小时，反应完毕，回收惰性有机介质，得产物。其中，惰性有机介质用量为交联大孔共聚物基质质量的4-8倍，路易斯酸催化剂用量为交联大孔共聚物基质质量的5-30％。
上述步骤1中的各种原料组分和用量详细说明如下：
所述单体混合物包括单乙烯基芳香族单体、作为交联剂的多乙烯基芳香族单体和极性脂肪族不饱和单体。
所述的单乙烯基芳香族单体选自苯乙烯、烷基取代苯乙烯、乙烯基萘或其它类似的不饱和单体；其中，烷基取代苯乙烯选自甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、二乙基苯乙烯、甲基乙基苯乙烯或二甲基苯乙烯等。优选的单乙烯基芳香族单体是苯乙烯或烷基取代苯乙烯。
所述的作为交联剂的多乙烯基芳香族单体选自二乙烯苯、三乙烯苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基萘、二乙烯基二甲苯或二乙烯基乙基苯等；其中优选二乙烯苯。
所述的极性脂肪族不饱和单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸低烷基酯或甲基丙烯酸低烷基酯，其中，丙烯酸低烷基酯具体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯或丙烯腈，甲基丙烯酸低烷基酯具体选自二(甲基)丙烯酸乙烯乙二醇酯、三(甲基)丙烯酸三羟甲基丙烷酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯，其中优选甲基丙烯酸低烷基酯或丙烯腈。
上述单体混合物中极性脂肪族不饱和单体比例为0-10％wt；多乙烯基芳香族单体比例为50-80％wt，最好为60-70％wt；其余为单乙烯基芳香族单体。
用于制备本发明的交联大孔共聚物基质的致孔剂选自甲苯、二甲苯、C₄-C₁₀烷醇、C₆-C₁₂饱和烃、烷基取代环己烷中的一种或多种。其中，C₄-C₁₀烷醇选自正丁醇、叔戊醇或二乙基己醇；C₆-C₁₂饱和烃选自庚烷、异辛烷或汽油等以及烷基取代环己烷。
优选的，致孔剂是甲苯、C₄-C₁₀烷醇、汽油或烷基取代环己烷中的两种或三种。
优选的，致孔剂的加量为单体混合物总量的100-300％wt。
所述的分散介质和分散剂可参考现有技术。本发明提供以下优选方案：
所述的分散介质为水或盐水，可供选用的分散剂包括明胶、聚乙烯醇或羧甲基纤维素等。可供选用的聚合引发剂包括有机过氧化物如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰或者偶氮化合物如偶氮二异丁腈等，引发剂用量为单体总量的0.5-2％wt。
上述步骤2中的各种组分可按现有技术。本发明提供以下优选方案：
所述的惰性有机介质选自二氯乙烷、二氯丙烷、硝基苯、氯苯或二氯苯等。
所述的路易斯酸催化剂选自三氯化铝、三氯化铁、氯化锌、四氯化锡或三氟化硼等。
上述步骤2中反应完毕回收惰性有机介质的方法是先采用虹吸的方法回收清液，然后加低分子量醇或酮类溶剂洗涤球体，然后用水冲洗。其中，低分子量醇优选甲醇或乙醇，酮类溶剂优选丙酮。
本发明的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂，在本领域也称为聚合物吸附剂。主要是在头孢菌素C提取上的应用。
本发明就是在现有技术的后交联技术的基础上，通过控制聚合物基质的交联度，使用混合致孔剂、加入一定的极性单体进行聚合等方法制备适合于头孢菌素C吸附提取的大孔吸附树脂，其比表面积在1000-2000m²/g，孔容在1.5-2.5ml/g。使用本方法制备的大孔吸附树脂在保持较高吸附量的同时，相对于目前使用的头孢菌素C吸附树脂进一步增强了对头孢菌素C的选择性，从而提高了其对目标产物和相关杂质的分离度，解析率也相应有所提高，因而目标产物的纯度和产率均得以提高。同时吸附剂的抗污染性能增强，其使用寿命延长，使之更具有工业化应用价值。
本发明针对头孢菌素C吸附提取的特点发明了一种既具有较高吸附率，而且对目标产物选择性好，从而产品纯度高，易于解析和再生的头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂，是一种具有较高比表面积、适宜的孔径分布和孔隙率，独特的表面特性，可用于头孢菌素C吸附提取的改进型大孔吸附树脂(称为聚合物吸附剂)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂的制备
将含有75g(80％含量的)二乙烯苯、8g甲基丙烯酸甲酯、17g苯乙烯、90g甲苯和50g叔戊醇及1.0g过氧化苯甲酰的单体混合物加入到由500ml无盐水、3.5g明胶组成的分散介质溶液中，搅拌使成一定大小的均匀液滴，升温70-75℃，反应4小时，再升温至85℃，反应4小时。然后将水抽干，重新加入热水，升温，共沸蒸馏去除致孔剂(甲苯和叔戊醇)，至冷凝液中几乎不含油状物，停止蒸馏。降温，大量水洗涤球体，抽干水分，然后热风干燥至水分1.0％以下，筛分20-60目球体，即得交联大孔共聚物基质90g。
将上述得到的90g交联大孔共聚物基质加入到450ml硝基苯中，常温搅拌溶胀5小时，然后加入14g三氯化铁，升温100-105℃，反应10小时。降温，将硝基苯抽干，加入500ml乙醇，搅拌30分钟，抽干；再次加入500ml乙醇，搅拌30分钟，抽干。加入大量无盐水洗涤至澄清，即得约270g棕红色目标产物头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂，其比表面积为1189m²/g，孔容在1.78ml/g。
实施例2：
将含有85g(80％含量的)二乙烯苯、5g丙烯酸甲酯、15g苯乙烯、100g甲苯、30g叔戊醇、30g异辛烷及1.0g过氧化苯甲酰的单体混合物加入到由500ml无盐水、3.5g明胶组成的分散介质溶液中，其余操作参照实施例1，制得95g交联大孔共聚物基质。
将上述得到的95g交联大孔共聚物基质加入到570ml二氯乙烷中，常温搅拌溶胀2小时，然后加入19g氯化锌，升温80℃，反应15小时。其余操作参照实施例1，制得约300g棕黄色目标产物头孢菌素C提取专用大孔吸附树脂，其比表面积为1205m²/g，孔容在1.84ml/g。
应用实验实例：
将上述实施例2得到的头孢菌素C大孔吸附树脂(1^#样品)与市场上使用的S-825(2^#样品)和X-18(3^#样品)树脂进行头孢菌素C吸附对照试验，试验条件：采用玻璃试验柱，树脂装量分别为100ml。树脂预处理按照常规方法进行，预处理后树脂备用；定量上柱，滤液为工业化生产有机超滤膜制备的头孢菌素C滤液。吸附流速为1.0～1.2BV/hr；一定浓度的弱碱溶液解析，流速0.8～1BV/hr。实验结果见表1(多批实验数据平均值)，树脂评价见表2。
表1：三种树脂样品对头孢菌素C吸附的对照试验结果

注：1：CPC即头孢菌素C；DCPC和DOCPC为头孢菌素C产品中两个最大杂质，其结构均与头孢菌素C相近，分别为脱乙酰基头孢菌素和脱乙酰氧基头孢菌素。2：解析液吸光比值为解析液吸光度与其CPC浓度的比值，主要反映解析液的澄清度和颜色。
表2：三种树脂样品性能综合评价