第五部分维生素及辅酶类药物的制备原理.ppt

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1、第五章 维生素及辅酶类药物的制备原理,P135,1,一、维生素（vitamin）的特点,维生素又名维他命，是生物体内一类量微、化学结构各异，具有特殊功能的小分子有机化合物，它们大多需从外界摄取，是维持人体生命活动必需的一类有机物质，也是保持人体健康的重要活性物质。维生素在体内含量很少，但在人体生长、代谢、发育过程中却发挥着重要的作用。,第一节 概 述,1,2,各种维生素的化学结构以及性质虽然不同，但它们却有着以下共同点：维生素存在于食物中，它不能供给能量，也不是组织细胞的结构组成，而是一种活性物质，对机体代谢起调节和整合作用。人体对维生素的需要量很小，日需要量常以毫克(mg)或微克(g)计算，

2、但一旦缺乏就会引发相应的维生素缺乏症，对人体健康造成损害。大多数的维生素，机体不能合成或合成量不足，不能满足机体的需要，必须经常通过食物中获得。绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的形式参与体内酶促反应体系，起调节代谢作用，少数维生素还具有一些特殊的生理功能。,2,3,1,二、维生素的分类,维生素大多是小分子有机化合物，在结构上差别甚大，通常根据它们的溶解性区分为脂溶性和水溶性两大类。,3,4,三、维生素与辅酶,食物中维生素的含量较少，人体的需要量也不多，但却是绝不可少的物质。膳食中如缺乏维生素，就会引起人体代谢紊乱，以致发生维生素缺乏症。如:缺乏维生素A会出现夜盲症、干眼病和皮肤干燥；缺乏维生素D

3、可患佝偻病；缺乏维生素B1可得脚气病；缺乏维生素B2可患唇炎、口角炎、舌炎；缺乏维生素B12可患恶性贫血；缺乏维生素C可患坏血病。,5,维生素与辅酶,维生素是人体代谢中必不可少的有机化合物。人体犹如一座极为复杂的化工厂，不断地进行着各种生化反应。其反应与酶的催化作用有密切关系。酶要产生活性，必须有辅酶参加。已知许多维生素是酶的辅酶或者是辅酶的组成分子。例如，维生素B1（硫胺素）在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），是酮酸氧化脱羧酶的辅酶；又如，泛酸，辅酶形式是CoA，是转乙酰基的辅酶。辅酶、辅基和维生素的关系见表5-1。因此，维生素是维持和调节机体正常代谢的重要物质。,P136,4,6,四

4、、维生素及辅酶类药物的一般生产方法,维生素及辅酶类药物的化学结构各不相同，决定了它们生产方法的多样性，在工业上大多数维生素是通过化学合成法获得的，近年来发展起来的微生物发酵法代表着维生素生产的今后发展方向。从生物材料中直接提取的不多。,4,7,1化学合成法,化学合成法是根据已知维生素的化学结构，采用有机化学合成原理和方法，制造维生素的过程。近代的化学合成，常与酶促合成、酶拆分等结合在一起，以改进工艺条件，提高收率和经济效益。用化学合成法生产的维生素有：烟酸、烟酰胺、叶酸、维生素B1、硫辛酸、维生素B6、维生素D，E，K等。,8,2发酵法,即用人工培养微生物方法生产各种维生素，整个生产过程包括：

5、菌种培养、发酵、提取、纯化等。目前完全采用微生物发酵法或微生物转化制备中间体的有维生素Bl2、B2，维生素C和生物素，维生素A原（-胡萝卜素）等。,9,3生物提取法,主要从生物组织中，采用缓冲液抽提，有机溶剂萃取等，如从猪心中提取辅酶Q10，从槐花米中提取芦丁，从提取链霉素后的废液中制取B12等。在实际生产中，有的维生素既用合成法又用发酵法。如维生素C、叶酸、维生素B2 等，也有既用生物提取法又用发酵法的，如辅酶Q10和维生素B12等。,10,维生素P,维生素及辅酶类药物,生物化学的发展证明了维生素缺乏的临床表现是由于多种代谢功能的失调，大多数维生素是许多生化反应过程中酶的辅酶或辅基，有的维生

6、素则在体内转变为激素。因此，用维生素及辅酶能治疗多种疾病。目前世界各国已将维生素的研究和生产列为制药工业的重点。较为成熟的生产工艺方法详见表5-2（书137）。,11,维生素的发现,维生素的发现是20世纪的伟大发现之一。1897年，C.艾克曼在爪哇发现只吃精磨的白米即可患脚气病，未经碾磨的糙米能治疗这种病。并发现可治脚气病的物质能用水或酒精提取，当时称这种物质为“水溶性B”。1906年证明食物中含有除蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐和水以外的“辅助因素”，其量很小，但为动物生长所必需。1912年波兰学者冯克发现，在米糠中有一种物质能预防脚气病，将米糠中这种物质提纯加以研究，发现它是含有氨基的一

7、种有机物(即维生素B1)，冯克将此物命名为“Vitamin”，我国译为维生素，音译为维他命。“Vitamin”这个名称一直沿用到现在，并为国际所通用。,12,维生素A：夜盲症，角膜干燥症，皮肤干燥，脱屑维生素B1：神经炎，脚气病，食欲不振，消化不良，生长迟缓维生素B2：口腔溃疡，皮炎，口角炎，舌炎，唇裂症，角膜炎等维生素B12：巨幼红细胞性贫血维生素C：坏血病，抵抗力下降维生素D：儿童的佝偻病，成人的骨质疏松症维生素E：不育，流产，肌肉性萎缩等,维生素缺乏症,13,表5-1 辅酶、辅基和相对应的维生素,14,表5-2 维生素及辅酶类药物一览表,15,第二节 维生素类药物的制备工艺,16,一、维

8、生素A（Vitamin A）的制备,1.结构与性质（1）结构,在体内-胡萝卜素-15，15-双氧酶（催化下，可将-胡萝卜素转变为两分子的视黄醛，视黄醛在视黄醛还原酶的作用下还原为视黄醇,17,（2）性质,维生素A（vitamin A）又称视黄醇，是一个具有酯环的不饱和一元醇，包括维生素A1、A2 两种。二者区别在于A2的脂环在3位上多一个双键，A2的活性较A1小。人体缺乏维生素A，影响暗适应能力，如儿童发育不良、皮肤干燥、干眼病、夜盲症等。天然维生素A只存在于动物性食物中，如：动物肝脏、蛋类、奶油和鱼肝油中。A1存在于哺乳动物及咸水鱼的肝脏中，而A2存在于淡水鱼的肝脏中。植物组织中尚未发现维生

9、素A，但植物所含的胡萝卜素进入人体，可在肝中转变为维生素A。维生素A原也称-胡萝卜素，其在人的肠粘膜中转变成维生素A。,18,2.生产工艺,（1）工艺路线化学合成法,19,参见P17：逐步综合法,从维生素A基本骨架的C14-C15处拆开，分别合成十四碳醛和六碳炔醇后，再通过Grignard（格氏）反应把两者接合起来构成二十碳骨架。,氢化、酯化,喹啉钯-碳酸钙、氢气,补充：发酵法生产-胡萝卜素,菌种选择：采用三孢布拉布霉的正和负菌株培养基：除无机盐和硫胺素外，以各种淀粉的酸水解物作为碳源发酵温度：控制在20-35pH：3.7-5.5发酵至二天后加入前体-紫罗兰酮，与此同时加入异烟肼和5煤油可提高

10、产量。继续发酵3-6天，通100蒸气10-15min，以湿热杀灭培养物终止发酵，防止胡萝卜素被酶分解。由于-胡萝卜素是在菌丝体内形成，所以过滤后取其菌丝真空干燥，55。然后用石油醚提取，最后用柱层析分离提纯。,20,维生素B1,-胡萝卜素,-胡萝卜素是类胡萝卜素之一，也是橘黄色脂溶性化合物，它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。许多天然食物中例如：绿色蔬菜、甘薯、胡萝卜、菠菜、木瓜、芒果.等，皆存有丰富的-胡萝卜素。-胡萝卜素是一种抗氧化剂，具有解毒作用，是维护人体健康不可缺少的营养素，在抗癌、预防心血管疾病、白内障及抗氧化上有显著的功能，并进而防止老化和衰老引起的多种退化性疾病。-胡萝

11、卜素在进入人体后可以转变为维生素A，不会有因过量摄食而造成维生素A累积中毒现象。,21,二、维生素B2的制备,1.结构与性质（1）结构,22,（2）性质,维生素B2又称核黄素(Riboflavin)，为黄或橙黄色结晶性粉末，味微苦，熔点约280。两性化合物，在碱性溶液中呈左旋性 为-120-140(C=0.125，0.1mol/LNaOH)。微溶于水，几乎不溶于乙醇和氯仿，不溶于丙酮、乙醚。其水溶液呈荧光。在中性与酸性溶液中稳定，但在碱性溶液中易分解。维生素B2的欠缺会导致口腔、唇、皮肤的炎症和机能障碍，称为核黄素缺乏病。,23,2.生产工艺发酵法,（1）维生素B2的发酵培养基的配制 米糠油

12、4，玉米浆 1.5，骨胶 1.8，鱼粉 1.5，KH2PO4 0.1，CaCl20.1，(NH4)2SO4 0.02，NaCl 0.2。维生素B2发酵 三级发酵,24,菌种培养,二级发酵罐,三级发酵罐,（2）维生素B2的提取与结晶,将B2发酵液用稀盐酸水解，以释放部分与蛋白质结合的维生素B2；然后加黄血盐和硫酸锌，除去蛋白质等杂质，将除去杂质后的发酵滤液加3-羟基-2-萘甲酸钠与核黄酸形成复盐进行分离精制。一般提取工艺流程如下：,三水亚铁氰化钾,25,复盐,三、维生素C（Vitamin C）的制备,维生素C又名抗坏血酸（Ascorbic acid），是细胞氧化-还原反应中的催化剂，它释放两个氢

13、原子后变成氧化型维生素C，有供氢体存在时，脱氢抗坏血酸可以接受两个氢原子变成抗坏血酸，参与机体新陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。用于防治坏血病和抵抗传染性疾病，促进创伤和骨折愈合，以及用作辅助药物治疗。,26,1.结构与性质（1）结构,脱氢抗坏血酸,27,（2）性质,维生素C分子中有两个手征性碳原子，故有4种光学异构体，其中L（+）抗坏血酸效用最好，其他三种临床效用很低或无效。维生素C为白色粉末，无臭、味酸、熔点190-192，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿及石油醚等。它是一种还原剂，易受光、热、氧等破坏，尤其在碱液中或有微量金属离子存在时，分解更快，但干燥结晶较稳定。,28,2.生产

14、工艺（1）工艺路线,工艺要点：1.合成过程中山梨糖的制备是关键一步，用醋酸菌能使山梨醇氧化成山梨糖。2.发酵条件：温度为26-30，pH为4.4-6.8。pH4.0以下菌的活性受影响。山梨酸的浓度：0.5酵母浸膏为主要营养源，山梨醇浓度为19.8，通气量1800ml/min，30培养33h，收率可达97.6。氮源：无机氮源不能利用，使用有机氮源。金属离子的影响：Ni2+，Cu2+能阻止菌的发育，铁能防碍发酵，为了使发酵顺利进行，需用阳离子交换树脂将山梨醇中的金属离子去掉。,29,在上述基础上，又发展了维生素C两步发酵法新工艺，其过程如下：,排名 食物 分量(g)数量 维生素C量(mg)No.1

15、 樱桃 50 12粒 500 No.2 番石榴 80 1个 216 No.3 红椒 80 1/3个 136 No.4 黄椒 80 1/3个 120 No.5 柿子 150 1个 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个 78 No.9 芥蓝菜花 60 1/3株 72 No.10 猕猴桃 100 1个 68,30,第三节,坏血病,是几百年前就知道的疾病，但是由于以前人类对它发生的原因不了解，当时被称作不治之症，且死亡率很高。一直到1911年，人类才确定它是因为缺乏维生素C而产生的。在18世纪，坏血病在远洋航行的水手中非常普遍（

16、早年航海人员因坏血病死亡的灾难不可枚举，他们远离陆地，缺乏新鲜水果和蔬菜，在航行时的食物是面饼、鱼和咸肉，含有很少的维生素C）。坏血病开始的时候症状是四肢无力，精神消退，烦躁不安，做任何工作都易疲惫，皮肤红肿。病人觉得肌肉疼痛，精神抑郁。然后他的脸部肿胀，牙龈出血，牙齿脱落。皮肤下大片出血（看来像是严重的打伤）。最后是严重疲惫腹泻呼吸困难，骨折，肝肾衰竭而致死亡。,31,第三节 辅酶类药物的制备工艺,32,辅酶（Coenzyme）,某些为催化活性所必需的，与酶蛋白疏松结合的小分子量的有机物质。一部分酶除蛋白质部分外，尚含有与它们的功能直接有关的一些无机或有机成分，这些成分统称为酶的辅因子（辅酶

17、），如果缺少这些成分，酶就显不出活性。辅因子包括金属离子和一些分子量不大的有机化合物。一般常见的金属离子有锌离子Zn、镁离子Mg、铁离子Fe、铜离子Cu等。不少酶既含有金属辅因子也含有辅酶。许多辅酶是维生素的衍生物(多为B族维生素及其衍生物)。,33,一、辅酶I(Coenzyme1)的制备,辅酶I（CoI，又称NAD），为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，是脱氢酶的辅酶，在生物氧化过程中作为氢的受体或供体，起传递氢的作用，可加强体内物质的氧化并供给能量。临床：用于精神分裂症，冠心病，心肌炎，白细胞减少症、急慢性肝炎、迁移性肝炎及血小板减少症，也是多种酶活性诊断试剂的重要组成部分。,34,1.结构与性质（1

18、）结构,CoI是由烟酰胺及腺嘌呤各的一分子与D-核糖及磷酸各两分子组成的。排列顺序为烟酰胺-D-核糖-磷酸-磷酸-D-核糖-腺嘌呤。,35,（2）性质,CoI是具有较强吸湿性的白色粉末，易溶于水或生理盐水，不溶于丙酮等有机溶剂，为两性分子，等电点pH3，在干燥状态和低温下稳定。对热不稳定，水溶液偏酸或偏碱都易破坏。CoI广泛存在于动植物中，如酵母、谷类、豆类、动物的肝脏、肉类等。制备时用酵母作原料，分离提取。,36,2.生产工艺（1）工艺路线：,37,压榨酵母:采用酿酒酵母生产的含水分7073的块状产品，为面包酵母的一种。,强碱性阴离子,阳离子,中和,340nm测吸收度,淡咖啡色,脱色,？,脱

19、水,二、辅酶Q的制备,1.结构与性质（1）结构,母核六位上的侧链聚异戊烯基,38,（2）性质,自然界存在的辅酶Q(CoQ)，不同生物来源的CoQ侧链的n值为6-10，人体辅酶Q的n=10，即为CoQ10。辅酶Q10又称为泛醌Q10。为黄色或淡橙黄色、无臭、无味结晶性粉末。易溶于氯仿、苯、四氯化碳，溶于丙酮、乙醚、石油醚；微溶于乙醇；实际上不溶于水和甲醇。遇光易分解成微红色物质，对温度和湿度较稳定，溶点49。辅酶 Q10在体内主要有两个作用，一是在营养物质在线粒体内转化为能量的过程中起重要的作用，二是有明显的抗脂质过氧化作用。辅酶 Q10在脏器(心脏、肝脏、肾脏)、牛肉、豆油、沙丁鱼、鲭鱼和花生等食物中含量相对较高。,39,2生产工艺（1）技术路线（以猪心为原料）,第六章,40,酯(尤指羧酸酯)在碱的作用下水解生成羧酸盐和醇的反应,-5以下静置过夜，过滤，除去杂质，得澄清浓缩液,取黄色油状物加入热的无水乙醇，使其溶解，趁热过滤，滤液静置冷却结晶，滤干，真空干燥,3，4，5-三羟基苯甲酸五倍子酸,