南华大学 药物化学第八章-抗生素.ppt
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1、南华大学 药物化学第八章-抗生素 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2 第八章 抗生素(antibiotics)狭义的抗生素是指抑制或杀灭病原微生物的。本章是指狭义的抗生素。3 抗感染药物是世界医药市场抗感染药物是世界医药市场的第二大药品,其年销售额超过的第二大药品,其年销售额超过300300亿美元以上。其中亿美元以上。其中80%80%为抗菌为抗菌药,其他为抗病毒和抗真菌药。药,其他为抗病毒和抗真菌药。其中头孢菌素类约占其中头孢菌素类约占1/21/2,
2、其次为,其次为青霉素类和非典型青霉素类和非典型-内酰胺类。内酰胺类。4 来源:抗生素是某些微生物尤其是放线菌的代谢产物。通过生物发酵(选种,发酵,提取,分离和精制)半合成或全合成。抗生素杀菌作用的4种主要机制抑制细菌细胞壁的合成,如青霉素类和头孢菌素类与细胞膜相互作用,如多粘菌素和短杆菌素干扰蛋白质的合成,如氨基糖苷类和四环素类抑制核酸的转录和复制耐药性产生的机制使抗生素分解或失去活性使抗菌药物作用的靶点发生改变细胞特性的改变细菌产生的药泵将进入细胞的抗生素泵出细胞7主要内容:主要内容:第一节第一节 -内酰胺抗生素内酰胺抗生素第二节第二节 四环素类抗生素四环素类抗生素第三节第三节 胺基糖甙类抗
3、生素胺基糖甙类抗生素第四节第四节 大环内酯类抗生素大环内酯类抗生素第五节第五节 氯霉素类抗生素氯霉素类抗生素8第一节第一节 -内酰胺抗生素掌握-内酰胺类抗生素的结构特点、分类、构效关系和作用机制;掌握青霉素的理化性质及在各种条件下的分解产物;掌握青霉素钠、阿莫西林、头孢氨苄和头孢噻肟钠的结构、理化性质及临床应用;熟悉苯唑西林钠、克拉维酸钾及氨曲南的结构及临床用途;熟悉头孢菌素四代的划分及各代药物的特点了解-内酰胺类抗生素的发展了解半合成青霉素和头孢菌素的结构改造方法及一般合成方法。9第一节-内酰胺类(-Lactam antibiotics)-内酰胺类具有4个原子组成的-内酰胺环,开环与细菌发生
4、酰化反应,抑制细菌生长,4环张力大,导致化学性质不稳定。10 根据根据-内酰胺环是否还连接有内酰胺环是否还连接有其他杂环以及连接何种杂环可分为其他杂环以及连接何种杂环可分为:青霉素类青霉素类(penicillins)(penicillins)头孢菌素类头孢菌素类(cephalosporins)(cephalosporins)非典型非典型-内酰胺抗生素:碳青霉烯内酰胺抗生素:碳青霉烯类(类(carbapenemcarbapenem)、青霉烯类)、青霉烯类(penempenem)、氧青霉烷类)、氧青霉烷类(oxypenamoxypenam)和单环)和单环-内酰胺内酰胺(monobactammono
5、bactam)11 1.青霉素类(Penicillins and semi-synthetic penicillins)霉菌属青霉菌产生的一类抗生素,由1929年Fleming发现,含有五种成分(P247):12 结构特征:结构特征:-内酰胺环内酰胺环并噻唑环,并噻唑环,C C6 6-side chain-side chain和和 C C2 2-COOH-COOH。其中其中6-6-,2-2-位为结构改造位为结构改造尤其是半合成提供可能。尤其是半合成提供可能。13酰胺侧链6-APA四氢噻唑b b-内酰胺环内酰胺环146-6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-6-APAAPA)Aminopenicil
6、lanic Aminopenicillanic acidacid重点记编号重点记编号 15 用发酵方法得到的五种中,PG含量最高,疗效最好,PG的缺点:不耐酸,PG遇酸分解且产物复杂,因此口服无效;抗菌谱窄,只对革兰氏阳性菌有效,对伤寒,烧伤等无效;过敏(5%),可能含有一些致敏杂质;耐药性问题。16PG benzylpenicillin的钠盐17含有相同此结构的不同青霉素含有相同此结构的不同青霉素间可发生强烈的间可发生强烈的交叉过敏反应,抗交叉过敏反应,抗原决定簇是原决定簇是青霉噻唑基,在青霉噻唑基,在-内内酰胺抗生素的生物合成过程中带入酰胺抗生素的生物合成过程中带入残留的蛋白与多肽。在生产
7、贮存过残留的蛋白与多肽。在生产贮存过程中程中-内酰胺环开环后本身聚合。内酰胺环开环后本身聚合。生成高分子聚合物,都可形成过敏生成高分子聚合物,都可形成过敏源。源。18 PKPK有一个脂肪长链,体外抗有一个脂肪长链,体外抗菌活性比菌活性比PGPG好,但在体内分解迅好,但在体内分解迅速,实际效果不如速,实际效果不如PGPG。其它天然青霉素其它天然青霉素19 PVPV是在发酵过程中加入苯氧乙酸得是在发酵过程中加入苯氧乙酸得到的天然青霉素。使电子向侧链转移,到的天然青霉素。使电子向侧链转移,本身碱性减弱,从而增加了对酸的稳定本身碱性减弱,从而增加了对酸的稳定性。临床上用其钾盐,口服生物利用度性。临床上
8、用其钾盐,口服生物利用度60%60%。不易被胃酸破坏。使人们想到对。不易被胃酸破坏。使人们想到对6-6-APAAPA的氨基侧链进行改造。的氨基侧链进行改造。20 恰好,1959年英国一管理员在化验发酵液的时候,发现利用PG为原料,于偏碱性条件下,经青霉素酰化酶(penicillin acylase)进行酶解,生成6-氨基青霉烷酸(6-APA),可以用于半合成的结构改造。如将酶用化学键固化,裂解PG 可生产6-APA 进行批量生产。2122改造:改造:A.A.C C6 6-侧链侧链 a.6-a.6-酰胺的酰胺的-位引入位引入吸电子基吸电子基,可以耐酸(,可以耐酸(P248P248);如非奈);如
9、非奈西林(西林(phenethillinphenethillin),丙匹),丙匹西林(西林(propicillinpropicillin),阿度),阿度西林(西林(azidocillinazidocillin),等。等。23非奈西林非奈西林(phenethillinphenethillin)丙匹西林丙匹西林(propicillin propicillin 侧链为乙基)侧链为乙基)24b.引入高位阻基团,阻止了与酶的结合,可以耐酶。如三苯甲基青霉素可耐-内酰胺酶。基于此原理,设计了甲氧西林(meticillin),25三苯甲基青霉素可耐三苯甲基青霉素可耐-内酰胺酶,内酰胺酶,甲氧西林,是第一个用
10、于临床的耐甲氧西林,是第一个用于临床的耐酶青霉素,但不能口服,活性较低。酶青霉素,但不能口服,活性较低。26 苯唑西林苯唑西林(P248P248)()(oxacillinoxacillin)是以异)是以异恶唑取代甲氧西林的苯环,于恶唑取代甲氧西林的苯环,于C-3C-3,C-5C-5再被苯基和甲氧基取代再被苯基和甲氧基取代,苯基兼有吸电子和空间位阻的,苯基兼有吸电子和空间位阻的作用,因此,侧链含有苯甲异恶作用,因此,侧链含有苯甲异恶唑环的苯唑西林形成了耐酶,耐唑环的苯唑西林形成了耐酶,耐酸的新类型,抗菌作用也较好。酸的新类型,抗菌作用也较好。27是耐酶青霉素的一大进展。是耐酶青霉素的一大进展。2
11、8 在弱酸条件下,微量铜离子催在弱酸条件下,微量铜离子催化,发生分子重排,生成苯唑青霉化,发生分子重排,生成苯唑青霉烯酸。烯酸。max 339 nmmax 339 nm。29 c.引入-NH2,-SO3H,-COOH,可以广谱,如阿莫西林,氨卞西林(ampicillin),羧苄西林和磺苄西林等。30 amoxicillinamoxicillin的侧链是对羟基的侧链是对羟基苯甘氨酸,临床使用的是苯甘氨酸,临床使用的是R R构型的构型的左旋体。用于泌尿,呼吸系统,左旋体。用于泌尿,呼吸系统,胆道的感染。胆道的感染。31 这一类主要受这一类主要受penicillin Npenicillin N的的启
12、发,启发,PNPN对革兰氏阳性菌的作用远对革兰氏阳性菌的作用远低于低于PGPG,但对革兰氏阴性菌的作用,但对革兰氏阴性菌的作用优于优于PGPG,PNPN的侧链是氨基,于是开的侧链是氨基,于是开发了此类药物。发了此类药物。32 氨卞西林,此类药物的游离氨基氨卞西林,此类药物的游离氨基具有亲核性,可直接进攻具有亲核性,可直接进攻-内酰胺环内酰胺环的羰基,引起聚合而过敏(的羰基,引起聚合而过敏(P251P251)。)。3334B.6-H引入甲氧基,往往耐酶如替莫西林。35C.C2-COOHC.C2-COOH成酯成酯,往往增加吸收,匹往往增加吸收,匹氨西林(氨西林(pivampicillinpivam
13、picillin),口服完),口服完全吸收,是前药。全吸收,是前药。匹氨西林36SAR(P251):1)四元环骈五元环是活性必需的,骨架上存在三个手性中心;2)C2-COOH是必需基团,有时可进行成酯修饰,醇失活;37 3)6-位侧链的各种基团的引入可解决PG的抗菌谱、不耐酶和不耐酸等问题。4)C6-H的取代使活性降低,但换成-OMe,具有耐酶特点。38用缩合方法:用缩合方法:得到得到6-APA6-APA后与各种侧链缩合制得后与各种侧链缩合制得各种青霉素(各种青霉素(P253P253):):酰氯法;酰氯法;酸酐法;酸酐法;DDCDDC法(法(N N,N N-二己环碳亚胺)。二己环碳亚胺)。39
14、具体药物的合成用酰氯法合成安苄西林钠阿莫西林的合成43半合成半合成penicillinspenicillins都是钠盐都是钠盐或钾盐。考虑其稳定性,都是或钾盐。考虑其稳定性,都是在醇溶液中用有机酸制成盐。在醇溶液中用有机酸制成盐。442.头孢菌素类(Cephalosporins)由头孢属的真菌产生,其中头孢菌素C由于毒性小而广泛受到重视。能抑制产生青霉素酶的金黄色葡萄球菌。对革兰氏阴性菌也有活性。对-内酰胺酶稳定。目前都使用半合成。45 四元的内酰胺环与六元的氢化噻嗪环拼四元的内酰胺环与六元的氢化噻嗪环拼和而成。比较稳定。和而成。比较稳定。C3C3位的乙酰氧基容易离位的乙酰氧基容易离去,内酰胺
15、环的羰基碳易接受亲核试剂开环去,内酰胺环的羰基碳易接受亲核试剂开环(P255P255)失活。)失活。C3C3位的乙酰氧基水解形成羟位的乙酰氧基水解形成羟基,与基,与C2C2羧基成内酯(羧基成内酯(ceohalosporin ceohalosporin lactonelactone),无活性。),无活性。乙酰氧基头孢霉烷酸46 在体内在体内C3C3位的乙酰氧基易位的乙酰氧基易被酶水解,生成被酶水解,生成C3C3羟化物(羟化物(3-3-HydroxycephalosporinHydroxycephalosporin),与),与C2C2羧基处在双键同侧。易形成羧基处在双键同侧。易形成内酯环(内酯环(
16、cephalosporin cephalosporin lactonelactone),失活。),失活。4748优点:过敏发生率低,与青霉优点:过敏发生率低,与青霉素很少交叉过敏。稳定,毒性素很少交叉过敏。稳定,毒性小,耐酸,耐酶。小,耐酸,耐酶。不足:抗菌谱窄,制菌力差。不足:抗菌谱窄,制菌力差。49改造主要集中在如下部位:改造主要集中在如下部位:以以7-ACA or 7-ADCA7-ACA or 7-ADCA(去乙酰氧基头孢霉烷酸)为原料,为原料,进行结构改造。许多成果借鉴青进行结构改造。许多成果借鉴青霉素类。可改造的部位比青霉素霉素类。可改造的部位比青霉素多。多。50I I抗菌谱决定基团
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