克拉霉素结晶母液回收工艺研究

第36卷 第6期 2008年 6月 化 学 工 程 CHEMICAL ENGINEERING(CHINA) V01．36 No．6 Jun．2008 克拉霉素结晶母液回收工艺研究 张力明，王 康，何志敏 (天津大学 化工学院，天津 300072) 摘要：通过克拉霉素结晶母液回收工艺研究提高产品的回收率，文中采用了4步过程回收克拉霉素结晶母液中的 产品，包括粗品分离、二次溶剂萃取和产品结晶过程。实验结果明：粗品分离过程中，浓缩物和水质量比为 2．5：1，过滤温度40℃时克拉霉素收率最高；溶剂萃取过程中，采用浓缩萃取液与改变温度的方法可提高产品纯 度；克拉霉素的总收率达到47．8％，产品中克拉霉素和6，11-O一双甲基红霉素质量比由粗品中的约 1：1提高至 52：1。克拉霉素总回收率得到提高，给工业化生产带来较高的经济效益。 关键词：克拉霉素；6，11一O一双甲基红霉素；分离；溶剂萃取；结晶 中图分类号：TQ 028 文献标识码：A 文章编号 ：1005-9954(2008)06-0064-04 Study 0n technique 0f clarithromycin recovery from crystal mother liquors ZHANG Li．ming．W ANG Kang．HE Zhi-min (School of Chemical Engineering and Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China) Abstract：To improve the clarithromycin recovery of the production，the four—stage process including the isolation of crude solid，two—step solvent extraction and product crystallization were used for clarithromycin recovery from crystal mother liquors．The results show that in the isolation process of crude solid．the mass ratio of concentrated solution to water is 2．5：1．and the temperature of filtration iS 40 ℃ ．The product purity was increased by distillation of solvent and chan ge of temperature． Th e total yield of clarithromycin was 47．8％ ． Th e mass ratio 1：1 of clarithromycin to 6．11一di一0Me erythromycin A in crude mixture was improved to 52 ：1． Th e recovery of clarithromycin was improved and it can bring a lot of benefits to industrial production． Key words：clarithromycin；6，11一di一0Me erythromycin A；isolation；solvent extraction；crystallization 克拉霉素是红霉素的甲基化衍生物，作为第 2 代大环内酯类抗生素引起科研工作者广泛关注，有 关该化合物合成的报道层出不穷，但产品的收率都 不是很高 _4 。目前，合成克拉霉素过程中产品的 纯化主要是通过乙醇的重结晶来完成。由于克拉霉 素在乙醇中存在一定溶解度，重结晶后的母液中仍 含有大量产品。为了提高产率，通常将二次结晶后 的母液重置于初结晶步骤中再次循环利用，当最主 要的杂质 6，l1—0一双甲基红霉素(简写6，11)的含量 高于标准时，排出部分结晶母液。但是排出的 结晶母液中仍然溶有一定量的克拉霉素，可将其分 离出来，以提高反应收率。 本文报道了一种克拉霉素结晶母液再次回收的方 法，该方法能够有效地分离克拉霉素和相关杂质，提高 反应的总收率，给工业化生产带来一定的经济效益。 1 药品与仪器 克拉霉素标准品：中国药品生物制品检定所，批 号为 130356-200102，效价为 972 U／mg；6，11—0一双 甲基红霉素标准品：中国药品生物制品检定所，批号 为0307—9713，效价为 884 U／mg；甲醇、乙腈为色谱 纯，其他试剂均为分析纯。 SH10A水分快速测定仪，上海恒平科学仪器有 限公司；岛津LC10A高效液相色谱仪。 2 实验方法 2．1 高效液相色谱测定条件 岛津 ODS 250 mm色谱柱；流动相为乙腈和 0．03 mol／L K2HPO (体积比1：1)的混合液，pH值 为4．5，流速 l mL／min；波长 205 nm。在上述 色谱条件下，克拉霉素在 6．1 rain出峰，6，11—0一双 基金项目：天津市应用基础重点资助项目(033804511) 作者简介：张力明(1962一)，男，博士生，研究方向为分离工程，电话 ：(022)85689073，13502108353，E-mail：zlm@21zg．corn。 维普资讯 http://www.cqvip.com 张力明等 克拉霉素结晶母液回收工艺研究 ·65· 甲基红霉素在7．2 min出峰。 2．2 克拉霉素结晶母液二次回收过程 为了有效地分离溶解固体，回收一次结晶母液 中的克拉霉素，首先将母液蒸发浓缩。克拉霉素结 晶母液浓缩液的二次回收由4步完成 ，包括粗品分 离、溶剂萃取、结晶和再萃取过程，如图1所示。物 料组成如表 1所示。 图1 实验流程 Fig．1 Experimentalflow 表 1 物料组成 TaMe 1 Composition of the materials ％ 步骤 1：粗品分离。称取浓缩后克拉霉素结晶 母液 100 g置于三 口瓶中，按水和浓缩物质量 比 1：2．5加入水40 g，40 oC混合 1 h；布式漏斗过滤混 合物，少量异丙醇洗涤滤饼。 步骤2：溶剂萃取。将步骤 1过滤后的粗品(干 质量约20 g)置于三口瓶中，加入新鲜异丙醇溶液 和萃取液2共200 mL，80 oC加热回流15 min，进一 步常压蒸馏浓缩至 100 mL；冷却混合物至 5℃，随 后重新升温至 60 oC；布式漏斗趁热过滤，得 固体 1 和萃取液 1。 步骤3：结晶。约100 mL萃取液 1且常压蒸馏 浓缩体积至50 mL，冷却混合物至5℃，布式漏斗过 滤，得固体2(产品)。 步骤4：再萃取。称量步骤 2得到的固体 1加 入到反应器中，加入新鲜异丙醇溶液 150 mL，80 oC 加热回流 15 min，进一步常压蒸馏浓缩至 75 mL，趁 热布式漏斗过滤，得固体3(6，11)和萃取液2。 以上各步骤完成后 ，测定滤饼的含水质量分数， 估算干质量；高效液相色谱测定克拉霉素与6，11质 量分数。 3 实验结果与讨论 3．1 粗品分离过程(步骤 1) 粗品分离过程包括混合与过滤 2个部分。由于 长时间的高温可能造成目的产品的分解，因此混合 过程温度选择40℃，混合时间选择为 1 h。 水沉淀法是分离过程中常用的方法，控制水和 浓缩液的适当的比例是混合过程成功与否的关键。 加入水量过多，母液呈二相体系，有机层溶液黏度较 大，不利于粗品的过滤。加水量对分离结果的影响 见表2。由表2可见，当加水量达到80 g时，混合物 出现了分相，过滤困难。加水量 40 g时，滤饼干质 量与克拉霉素的质量分数都最高，因此选择浓缩物 和水质量比为2．5：1。 表2 加水量对分离结果的影响 Table 2 Influence of water OIl segregation 过滤时适当提高温度可降低混合物黏度，从而 减少过滤时间。如表 3给出了过滤温度对分离效果 的影响。由表 3可知，随着过滤温度的提高，过滤时 间有所减少，但同时也造成了克拉霉素产率的降低， 这可能是由于温度提高，目的产品在滤液中的溶解 度增加，因此损失增加，所以40℃为最佳过滤温度。 表 3 过滤温度对分离结果的影响 Table 3 Infl uence of the temperature on segregation 维普资讯 http://www.cqvip.com · 66· 化学工程 2008年第36卷第6期 化学反应后结晶滤液中6，11与克拉霉素质量 比为 1：8，经粗品分离后 6，11与克拉霉素质量比约 为 1：1。实验证明，当6，11质量分数超过5％时，即 使粗品经过二次结晶过程，也无法达到产品的要求。 因此为了降低6，11的质量分数，仍需要进一步提纯 粗品。 3．2 萃取结晶过程(步骤2’_4) 选择适当的溶剂是萃取过程成功的关键因素。 研究表明，异丙醇对克拉霉素有较高的选择性溶解 度。如在80℃下，克拉霉素在异丙醇中的溶解度是 142 g／L，6，11的溶解度是8 L，因此本文采用异丙 醇作为萃取剂。 但实验结果表明：在粗品中加入适量异丙醇，溶 液中仅含有克拉霉素32 L和 6，11 8 L，同时随 着异丙醇体积增大，克拉霉素质量浓度下降，6，11 质量浓度仍然为8 L。即异丙醇用量较低，萃取液 中克拉霉素质量分数相对较高，但总收率低；反之， 克拉霉素收率高但质量分数低。这是由于克拉霉素 和6，11是以固体共溶体(质量比1：1)的形势随机 分布在粗品中的，当异丙醇体积小时，表层克拉霉素 大部分溶解在萃取液中，同时伴随部分6，11溶解于 其中(8 L)，大部分未溶解6，11仍然留在固体粗 品的表面，阻止了内部克拉霉素的进一步溶解 ，加入 过量萃取液，随着粗品表面6，11的溶解，内部克拉 霉素也相应溶出。 为了克服上述过量溶剂萃取纯度低的缺点，我 们采用浓缩萃取液的方法。随着异丙醇萃取液的蒸 发，6，11由于过饱和首先从溶液中结晶出来。该方 法能够获得较高产品收率和纯度，克拉霉素与 6，11 的质量比从 1：1上升至约 9：1。此外，温度的变化 也可以提高萃取液中克拉霉素和6，11的比例。蒸 馏结束后，体系温度从80℃降低到5℃，6，11首先 从溶液中析出，同时部分克拉霉素也被带出。紧接 着体系温度回升到60℃，在温度上升过程中，从溶 液中析出的克拉霉素再次溶解于其中，更多的6，11 则留在固体中，此时萃取液1中克拉霉素与6，11的 质量比达到约 18：1。 萃取液 1经过进一步结晶操作后得到固体 2， 此时克拉霉素与6，11的质量比达到约52：1。考虑 到仍有约质量分数 50％克拉霉素残留在固体 1中， 因此对固体 1重复步骤 2，以进一步提高回收率。 以上各步得到的实验结果见表 4。 由表4可见 ，对于批次 1由于没有回收固体 1 中的克拉霉素，克拉霉素收率只有 34．5％，批次 2， 3，4中添加了回收固体 1中的克拉霉素的操作，克 拉霉素平均收率达到了47．8％。固体2是二次回 收的最终结晶产品，克拉霉素和 6，11质量比由约 1：1提高至52：1。 表 4 萃取结晶过程实验结果 Table 4 Result of the extract and crystallization 维普资讯 http://www.cqvip.com 张力明等 克拉霉素结晶母液回收工艺研究 ·67· 4 结论 采用4步过程对克拉霉素合成中的结晶母液进 行了回收工艺研究，获得了最佳工艺条件，克拉霉素 总收率达47．8％。以1 000 kg红霉素A计算，一般 产生约 380 kg的浓缩液，利用本文的回收过程，可 回收克拉霉素( )约为 380×0．087 3(浓缩液中克拉霉素质量分数)× 0．478(总收率)=15．9(克拉霉素) 以化学反应过程转化率为 60％计算，克拉霉素 的总产量可增加： 15．9／(1 000×0．61=2．65％ 此外在上述 4步回收工艺中，主要用异丙醇溶 液进行分离、萃取和结晶，该溶剂是药品制备中的常 用溶剂，可从制备克拉霉素废液中回收异丙醇，提高 溶剂利用率，减少废液的排放。 参考文献： [1] Shigeo M，Takashi A，Tohru M，et a1．Erythromyein a derivatives[P]．USP，4990602，1991-02-05． [2] Ernesto Brunet，Dulce Maria Munoz，Francisco Parra，et a1． Preparation of elarithromyein．Selective 6-O—methylation of the novel erythromycin A9—0一(2一pyrimidy1)oxime[J]． Tetrahedron Letters，2007，48(20)：1 321—1 325． [3] 梁建华，姚国伟．克拉霉素的合成新方法[J]．有机化 学 ，2005，25(4)：438—441． [4] 顾慧儿，许先栋，陶珍，等．克拉霉素制备中副产物的 纯化与结构确证 [J]．中国医药工业 杂志，2000，31 (3)：119—120． 【上接第52页】 [9] Lee S Y．Hjgh cell-density culture of Escherichia coli [J]．Trends in Bioteehnd，1996，14：98—105． [10]童群义，陈坚．恒 pH补料分批培养技术培养谷胱甘肽 合成酶系[J]．无锡轻工大学学报，2002，21(4)：350— 356． [11]高振，周华 ，万红贵，等．棉籽蛋 白在天冬氨酸转氨酶 发酵制备中 的应用 [J]．食品与发酵工业，2005，31 (2)：5— ． [12] [13] [14] 周华，潘 自皓，高振 ，等．营养因子对大肠杆菌发酵产 转氨酶的影响 [J]．食品与发酵工业 ，2006，32(7)： 1—4 ． 钱明，范伟平，欧阳平凯．苯丙酮酸及其盐的理化性质 比较[J]．南京化工大学学报 ，1997，19(63)：24—28． 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