第十七章抗生素 (Antibiotics) 定义 (Definition) 抗生素是某些微生物代谢产物, 或用化学法合成的相似物低浓度下选择地杀灭 抑制其它病原微生物的药物 分类 (Classification) β- 内酰胺类 : 青霉素类和头孢菌素类四环素类氨基糖苷类大环内酯类其它类 : 氯霉素
微生物合成 (Microbial ynthesis) 发酵 : 分为菌种培养和发酵罐培养两阶段纯化 : 溶媒法 离子交换法 沉淀法化学合成法 (Chemical ynthesis): 全合成 半合成抗菌谱 (pectrum of Activity) 广谱抗菌素 : 卡那霉素 半合成青霉素 头孢菌素等青霉素对格兰阳性细菌 ; 链霉素对格兰阴性细菌氯霉素 红霉素和四环素对格兰阳 阴性细菌及理克次体和部分较大的过滤性病毒 制菌霉素 两性霉素 B 对真菌 多粘菌素 E 和羟苄青霉素对绿浓杆菌 巴隆霉素对阿米巴原虫 阿霉素 博来霉素用于抗肿瘤
基本结构 第一节 β- 内酰胺类抗生素 X RC C 青霉素类 Penicillins (β-lactam Antibiotics) C 碳青霉烯类 Carbapenems R RC C 2 A C 头孢菌素类 Cephalosporins RC C 2 A C 头霉素类 xacephems R 1 C R 2 R 3 单环 β- 内酰胺类 Monobactams
β- 内酰胺类结构的特点 四元 β- 内酰胺与五元 ( 氢化噻唑 ) 环或六元 ( 部分氢化噻嗪 ) 环稠合两稠合环非共平面取代基构型用 β( 环平面之上 ) 和 α( 环平面之下 ) 表示青霉素类有 3 个手性碳, 构型为 2 5R 6R 头孢菌素类有 2 个手性碳, 构型为 6R 7R
β- 内酰胺类抗生素作用机理 (Mechanism of Action) 青霉素和头孢菌素 C 抑制细胞壁的主要成分粘肽合成的最后阶段 : 粘肽转 肽酶所催化的转肽 ( 交联 ) 反应 从而抑制细菌细胞壁的合成 -C-- 键断裂与酶结合处 -C-- 键断裂与酶结合处 R R 粘肽 D- 丙氨酰 -D- 丙氨酸末端 青霉素
小结 青霉素类有 3 个手性碳 :2 5R 6R 头孢菌素类有 2 个手性碳 :6R 7R RC C RC C 2 A C 抑制粘肽转肽酶, 阻止转肽反应, 抑制细菌细胞壁合成
青霉素类及半合成青霉素类 (Penicillins and emi-synthetic Penicillins) 青霉素类 C 青霉素 G (Penicillin G)* 苄青霉素 (Benzylpenicillin) 6- 苯乙酰胺基青霉烷酸 6-Phenylacetaminopencillanic acid (2, 5R, 6R)-3,3- 二甲基 -6-(2- 苯乙酰氨基 )-7- 氧代 -4- 硫杂 -1- 氮杂双环 [3,2,0] 庚烷 -2- 甲酸 (2, 5R, 6R)-3,3-Dimethyl-6-(2-pbenzylacetamido)-7-oxo-4-thia-1-azabicyclo [3,2,0]heptane-2-carboxylic acid
青霉素的化学性质及特点 R C 不耐酸 青霉醛 R C 3 C 或 gcl 2 R C 2 + C Δ 青霉胺 青霉醛酸 R C 3 C 稀酸室温 R C 3 C R C 青霉二酸 C
不耐酶 C 3 C 或青霉素酶 C C 青霉酸 Δ 青霉噻唑酸 C gcl 2 青霉醛 C + 2 C 青霉胺 耐药性 : 对金葡菌易产生耐药性 抗菌谱窄 : 主要用于格兰阳性细菌
过敏反应 外源性 : 青霉素的降解产物与蛋白质作用形成抗原 内源性 :β- 内酰胺环开环后, 形成一些高聚物 n C 3 C C C C n
半合成青霉素 半合成原料 C 3 C 青霉素酰化酶 2 C 合成法 2 R 6- 氨基青霉烷酸 (6-APA) C C 3 C 酰氯法 : RCCl 酸酐法 : (RC) 2 DCC 法 : RC+DCC 固定化酶法
半合成青霉素药物 耐酸青霉素 酰胺侧链的 α- 位若有吸电子基, 由于诱导效应, 可阻碍电子转移, 不能产生氢霉二酸 耐酶青霉素 C 3 青霉素 V C C 3 喷沙西林 C 酰胺侧链接有较大空间位阻的基团后, 可减小受酶的影响 C C 三苯甲基青霉素 C 甲氧西林, 甲氧苯青霉素
耐酶耐酸青霉素 引入兼有吸电子和空间位阻的基团, 可耐酶耐酸 广谱青霉素 C 3 C 苯唑西林 含芳核侧链 α- 位引入亲水基团, 具有广谱性 * 基团的亲水性或酸性增加, 对格兰阴性菌作用增强 * 疏水基团有利于对格兰阳性菌 侧链引进杂环, 有利于广普及耐酶耐酸 C 2 - 羧基酯化, 提高生物利用度 Cl C 3 C 氯唑西林
氨苄西林 * (Ampicillin) 2 C 3 C 3 2 侧链手性碳 R 型, 右旋体 6-[D-(-)-2- 氨基 - 苯乙酰氨基 ] 青霉烷酸三水合物稀酸稀碱中溶解 pka: 2.7(C), 7.3( 3 ) 侧链为苯甘氨酸 : 茚三酮试剂显红色 肽键结构 : 碱性酒石酸铜显紫色 游离氨基 : 水溶液室温放置内酰胺开环聚合
磷酸盐 山梨醇 硫酸锌 二乙醇胺等 : 水溶液中发生分子内成环反应 2 C 3 C 2 C C
阿莫西林 * Amoxillin, 羟氨苄西林 侧链手性碳构型为 R 型, 右旋体性质同氨苄西林 pka: 2.7(C), 7.4( 酚 ), 9.6( 3 ) 2 C 3 C 3 2 哌拉西林 * Piperacillin C 特征 : 氨苄西林的衍生物 3 2 用途 : 绿脓杆菌 变形杆菌 肺炎杆菌等引起的感染
替莫西林 Temocillin 对革兰氏阴性菌效果强, 耐酶 C C
氨苄西林钠的合成 C C 2 C C C C 2 C C C 环合 C C C 1) 2) C C 2 (dl)-α- 氨基苯乙酸 (-)- 樟脑磺酸 C C X 拆分 2 D-(-)-α- 氨基苯乙酸樟脑磺酸 PCl 5 C CCl 6-APA 2 Cl D-(-)-α- 氨基苯乙酰氯盐酸盐 2 C 3 Ca 2 C (C 2 ) 3 CCa C 2 5
青霉素类及半合成青霉素类小结 青霉素钠, 青霉素 G 钠 * 苄青霉素钠不耐酸, 不耐酶, 抗菌谱窄, 抗药性, 过敏性 C 3 Ca * 氨苄西林 * 阿莫西林 ( 羟氨苄西林 ) * 哌拉西林 R 2 C R 1 稀酸稀碱中溶解 2 侧链氨基酸 : 茚三酮显色 C 3 C 3 肽键结构 : 碱性酒石酸铜显色 4 游离氨基 : 水溶液放置开环聚合
头孢菌素类及半合成头孢菌素类 (Cephalosporins and emi-synthetic Cephalosporins) 天然头孢菌素 : 头孢菌素 C (Cephalosporin C) 3 C C 结构改造的原料 2 C 7- 氨基头孢烷酸 (7-ACA)
亚硝酰氯法 3 C C Cl 2 C C - 2 C C 2 2 C 7-ACA
3 C 硅酯法 2 ( ) 3 ic C 2 C C ( ) 3 icl C 2 C Ci( ) 3 PCl 5 2 ( ) 3 ic Cl C 2 C n-c 4 9 Ci( ) 3 2 ( ) 3 ic Bu C 2 C - 2 7-ACA Ci( ) 3
青霉素扩环法 7- 氨基去乙酰氧基头孢烷酸 (7-ADCA) 的合成 C 3 CK ClCC 2 CCl 3 CC 2 CCl 3 2 2 3 P 4 CC 2 CCl 3 C 2 CC 2 CCl 3 扩环 PCl 5 2 2 CC 2 CCl 3 CC 2 CCl 3 7-ADCA 三氯乙酯
头孢菌素的代谢 R 头孢菌素的构效关系 R C 2 C C C 2 C 酯酶 立体化学 : 母核的 β- 内酰胺环与氢化噻嗪环非同平面 抗菌谱的扩大 C 7 - 侧链为 β- 型,C 6 C 7 - 氢为 α- 型 酰胺侧链引入芳香环或杂环, 增强活性或抗菌谱 R R C 2 C Less Active Inactive C 7 - 芳核侧链 α- 碳上引入亲水基, 或改变 C 3 - 取代基, 可扩大抗菌谱 - 2
耐酶 : C 7 - 有同向肟型或较大基团时, 对 β- 内酰胺酶稳定 C 3 - 同时引入含氮杂环, 增强耐酶 活性及抗菌谱 C 3 - 改为其它基团 ( 甲基, 氯或含氮杂环 ), 可增强活性或改变吸收双键位移 : 无抗菌活性母核的硫若换成氧和碳 : 可形成另一类 b- 内酰胺抗生素 过敏反应低 抗原决定簇 R R C C 2 R' C 抗原决定簇
半合成头孢菌素类抗生素药物 头孢噻吩钠 *(Cefalothin odium) 1 干品较稳定 碱性水溶液中很快分解 C 2 C Ca C 2 C Ca C 2 Ca
头孢氨苄 * (Cefalexin) 1 2 C 头孢羟氨苄 * (Cefadorxil) 1 (6R,7R)-3- 甲基 -7-[(R)-2- 氨基 -2-(4- 羟基苯基 ) 乙酰氨基 ]-8- 氧代 -5- 硫杂 - 1- 氮杂双环 [4,2,0] 辛 -2- 烯 -2- 甲酸一水合物 干品较稳定 水溶液 p9 以上很快分解 3- 甲基 : 稳定性好于 7-ACA 类 2 C 2
头孢克洛 * (Cefaclor) 2 水溶液 p3-4.5 较稳定 3- 氯 : 稳定性 活性及药代动力学性质 2 Cl C 头孢哌酮钠 *(Cefoperazone odium) 3 3- 改造 : 活性及药代动力学性质 对绿脓杆菌作用较强 Ca
头孢噻肟钠 * (Cefotaxime odium) 3 2 C 2 Ac Ca 同向甲氧肟基 : 对 β- 内酰胺酶稳定 (6R,7R)-3-[( 乙酰氧基 ) 甲基 ]-7-[(2- 氨基 -4- 噻 唑基 )-( 甲氧亚氨基 ) 乙酰氨基 ]-8- 氧代 -5- 硫 杂 -1- 氮杂双环 [4,2,0] 辛 -2- 烯 -2- 甲酸钠盐 2- 氨基噻唑基 : 增加与细菌青霉素结合蛋白的亲和力 紫外光照射 : 甲氧肟基由同向变为反向 头孢氨苄的合成 2 CC 2 CCl 3 CCl C 6 5 C CC 2 CCl 3 C 2 CCl 3 Zn C CC 2 CCl 3 2 C 2 C C
头孢菌素及半合成头孢菌素类小结 头孢噻吩钠 * 头孢羟氨苄 * 2 头孢哌酮钠 * C 2 Ca 3- 甲基 : 稳定, 吸收好 3- 巯基杂环活性, 吸收好 C 2 C Ca 头孢克洛 * 2 头孢噻肟钠 * 2 Cl C 代谢或碱性 : 去乙酰基内酯化 3- 氯 : 活性, 稳定 药代动力学性质 顺式甲氧肟基 : 耐酶氨基噻唑基 : 细菌青霉素结合蛋白亲和力 C 2 C Ca
头霉素 ( 甲氧头孢菌素及氧头孢菌素 ) (Cephamycins and xacephalosporins) 头霉素 C (Cephamycin) 3 C C 2 C 2 C 氧头孢菌素 ( 氧头孢烯类 xacephems) R C 2 R' C
非经典 β- 内酰胺抗生素和 β- 内酰胺酶抑制剂 (onclassical β-lactam Antibiotics and β-lactamase Inhibitors) 非经典 β- 内酰胺抗生素单环 β- 内酰胺类 (Monobactams) 2 3 对 β- 内酰胺酶较稳定 对格兰阴性菌作用强 能透过血脑屏障, 副作用小 氨曲南 Δ Aztreonam
β- 内酰胺酶抑制剂 氧青霉素类 (xapenams) 克拉维酸 Δ (Clavulanic acid) C CC 2 (Z)-(2,5R)-3-(2- 羟乙烯基 )-7- 氧代 -4- 氧杂 -1- 氮杂二环 [3,2,0]- 庚烷 -2- 羧酸 (Z)-(2,5R)-3-(2-ydroxyethyllidene)-7-oxo-4-oxa-1-azabicyclo[3,2,0]-heptane-2- carboxylic acid Enz 克拉维酸的作用机理 R C Enz 青霉烷砜类 (Penicillanic ulfones) 舒巴坦 Δ (ulbactam) R C Enz C R C (2,5R)-3,3- 二甲基 -7- 氧代 -4- 硫杂 -1- 氮杂双环 [3,2,0]- 庚烷 -2- 羧酸 -4,4- 二氧化物 (2,5R)-3,3-Dimethyl-7-oxo-4-thia-1-azabicyclo[3,2,0]-heptane-2-carboxylic acid-4,4- dioxide
舒巴坦的合成 2 a 2 Br KMn 4 C Br C Br 10%Pd/C C C 碳青霉烯类 (Carbapenems) C 2 硫霉素 Thienamycin
小结 β- 内酰胺酶抑制剂 1 氧青霉素类: 克拉维酸钾 Δ 几无抗菌活性 与 β- 内酰胺酶不可逆结合 CK CC 2 2 青霉烷砜类 : 舒巴坦钠 Δ 非经典 β- 内酰胺抗生素 2 3 氨曲南 Δ Aztreonam Ca
第二节四环素类抗生素 (Tetracycline Antibiotics) 8 9 7 6 5a 5 4a D C B 10 11a 12a 11 12 4 A 1 3 2 天然四环素类抗菌素 o (atural Tetracyclines) Cl ( ) 2 ( ) 2 C 2 ( ) 2 C 2 金霉素 Chlortetracycline C 2 土霉素 xytetracycline 四环素 Tetracycline
四环素的化学性质 酸性条件下, 易脱水 C ( 3 ) 2 C 2 Tetracycline (active) 碱性条件下, 形成内酯 2 ( ) 2 C 2 Anhydrotetracycline (inactive) ( ) 2 ( ) 2 C 2 C 2 Isotetracycline
酸性条件下, 形成差向异构体 ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 C 2 与金属离子螯合, 形成有色络合物 C 2 C 2 4-Epitetracycline (inactive) metal ion M 抗菌谱 : 格兰阳和阴性细菌, 某些立克次体, 过滤性病毒和原虫四环素类抗生素的作用机制和耐药性抑制敏感菌株的蛋白质合成, 导致细菌死亡 耐药现象严重, 毒副反应较多
半合成四环素类抗生素 美他环素 Δ 和多西环素 Δ C 2 ( ) 2 ( ) 2 C 2 C 2 美他环素, 甲烯土霉素 Methacycline 多西环素, 脱氧土霉素, 强力霉素 Doxycycline 构效关系 2- 酰胺基是必须基团 4- 二甲氨基发生差向异构化, 毒性大且无活性 6- 去羟基可增强酯溶性, 增加吸收及稳定性 5- 或 6- 位引入酮基, 则失去抗菌作用 11-12a 双酮系统对活性很重要 6- 碳以硫取代, 可增强活性, 抗菌谱广
盐酸多西环素的合成 ( ) 2 C 2 Cl ( ) 2-3 C Cl 2 F, p1-2 3 C 2 Cl ( ) 2 C 2 3 2 /Pd-C 3 C ( ) 2 C 2 C 3 C 2 5 -Cl ( ) 2 Cl 1/2 2 1/2Et C 2 美他环素的合成 C 2 ( ) 2 a 2 2 4 C 2 ( ) 2 Cl C 2 2 /Pd-C C 2
第二节四环素类抗生素 Δ 四环素 ( ) 2 两性化合物酸性下易脱水碱性下形成内酯 酸性下形成差向异构体 美他环素 Δ C 2 ( ) 2 C 2 多西环素 Δ ( ) 2 C 2 C 2
第三节氨基糖苷类抗生素 (Aminoglycoside Antibiotics) 结构特征 : 氨基糖 ( 单糖或双糖 ) 与氨基环醇形成的甙极性化合物 : 水溶性高, 脂溶性低抗菌谱广, 抗菌活性强抗菌作用机制 : 抑制细菌蛋白质的生物合成 链霉素 (treptomycins) 链霉胍与链霉双糖结合成碱性甙 - 甲基葡萄糖胺 C C 2 C 2 链酶胍 链酶糖 链酶双糖胺
卡那霉素及其衍生物 (Kanamycin and its Derivatives) 卡那霉素 : 氨基 - 去氧 -D- 葡萄糖与脱氧链霉胺形成碱性甙 C 2 2 2 R' 2 C 2 R 卡那霉素 A 卡那霉素 B 卡那霉素 C R= 2, R'= R=R'= 2 R=, R'= 2 卡那霉素衍生物 去羟基或保护氨基, 阻止钝化酶的作用点 C 2 2 C 2 2 2 2 丁胺卡那霉素, 阿米卡星 Amikacin Δ
丁胺卡那霉素的合成 卡那霉素 A 2 2 C 2 2 C 2 C 6'-- 苄氧羰基卡那霉素 A 2 2 C 2 CC 2 C 6 5 C 2 C (C 2 ) 2 C C 2 C 2 CC 2 C 6 5 2 /Pd-C 丁胺卡那霉素 2 2 C 2 2
庆大霉素类 (Gentamicins) 庆大霉素 : 脱氧链霉胺和紫素胺及加罗胺形成的甙 2 2 2 R' R 庆大霉素庆大霉素庆大霉素 C 1 R,R'= C 1a R,R'= C 2 R=, R'= 西索霉素 ( 西索米星,isomicin) 2 2 2 2 2 西索胺 isosamine
新霉素类 (eomycins) C 2 4 5 2 1 3 2 C 2 2 新霉二糖胺 2 2 脱氧链霉胺 2 新霉胺 ( 新霉素 A) C 2 R 新霉素 B, R=2, 5alfa-C 2 2 新霉素 C, R=2, 5beta-C 2 2 氨基环醇 (Aminocyclitols) 大观霉素 pecitinomycin
第三节氨基糖苷类抗生素 1 氨基糖与氨基环醇形成的碱性甙( 若干个手性碳 ) 2 极性化合物, 水溶性较高, 脂溶性较低 * 阿米卡星丁胺卡那霉素 结构改造 : 去羟基或保护氨基, 阻止钝化酶作用点 C 2 2 2 C 2 2 2
第四节大环内酯类抗生素 (Macrolide Antibiotics) 14-16 元环的大环内酯结构与去氧氨基糖或 6- 去氧糖缩合成碱性甙 对酸 碱及酶不稳定 将分子中的羟基酰化或醚化 1) 可提高稳定性 2) 增强亲脂性, 有利于吸收 作用机理 : 抑制细菌蛋白质的生物合成 抗菌谱 : 格兰阳性菌及某些阴性菌 支原体
常用的大环内酯类抗生素 红霉素及其衍生物 (Erythromycin and its Derivatives) 红霉素 *: 红霉内酯与去氧氨基糖和红霉糖形成的甙 9 10 8 R 11 12 13 C 2 5 4 1 2 3 7 6 C 2' 3 5 R 1' 脱氧氨基糖 1'' 特点 : 水溶性小, 口服酸中不稳定, 易被胃酸破坏 R 1 3'' 克拉定糖 红霉素 A B C R R 1
* 琥乙红霉素 特点 : 胃酸中稳定, 无味, 口服 C 2 C 2 CC 2 C 2 5 C3
特点 : 化学稳定性好, 在肺组织中浓度较高 C 2 5 * 罗红霉素 Roxithromycin
3 C 特点 : 在组织中浓度较高, 体内半衰期比较长 C 2 5 C3 Δ 阿齐霉素 Azithromycin
特点 : 耐酸, 血药浓度高而持久 C 2 5 Δ 克拉霉素 Clarithromycin
麦迪霉素类 (Medemycins) o R C 2 C C3 CC 2 5 R' 麦迪霉素 A 1 A 2 A 3 R = R' -CC 2 5 -CC 3 7 -CC 2 5 A 4 = -CC 3 7 ( ) 2 C 3 螺旋霉素 (piramycin) C 2 R 螺旋霉素 I R= 螺旋霉素 II R=-C 螺旋霉素 III R=-CC 2 5
1 14-16 元环大环内酯与去氧氨基糖或 6- 去氧糖缩合成碱性甙 2 对酸 碱及酯酶不稳定 3 将分子中羟基酰化或醚化 红霉素 * 1) 稳定 2) 有利吸收 第四节大环内酯类抗生素 9 10 8 R 11 7 12 6 C C 2' 3 3 13 5 R C C 2 3 5 4 C 1' 1 3 3 脱氧氨基糖 2 R 1 1'' 3'' 克拉定糖 * 琥乙红霉素 * 罗红霉素 : 成肟 Δ 阿齐霉素 : 重排 Δ 克拉霉素 : 成醚 C 2 5 C 2 C 2 CC 2 C3
第五节其它抗生素 (Miscellaneous Antibiotics) 氯霉素及其衍生物 (Chloramphenicol and its Derivatives) 氯霉素 * (Chloramphenicol) CCCl 2 2 C C C 2 2,2- 二氯 --[2- 羟基 -1- 羟甲基 -2-(4- 硝基苯基 ) 乙基 ]- 乙酰胺 2,2-Dichloro--[2-hydroxy-1-hydroxymethyl- 2-(4-nitrophenyl)ethyl]-acetamide 长期使用损害骨髓造血功能 : 再生障碍性贫血 强酸强碱中发生水解 CCCl 2 2 C C C 2 2 C 2 C2 CC() 2 C 2 C C C 2
2 2 2 2 C C CCCl 2 Cl 2 CC C C C C CCCl 2 Cl 2 CC C C C 2 1R,2R C 2 1,2 C 2 1,2R C 2 1R,2 构效关系 对位硝基 ( 或 及 2 ) 为必要基团 苯环不能用其它芳环 杂环或脂环取代 立体异构体中仅 1R,2R- 体有抗菌活性 伯羟基和丙二醇侧链是必要的 改造侧链二氯乙酰胺基的氯, 活性降低 2 C CCCl 2 C C 2
氯霉素的合成 2 C Br 2 2 CC 2 Br (C 2 ) 6 4 2 CC 2 Br(C 2 ) 6 4 Cl 2 CC 2 2 Cl Ac 2 2 CC 2 C C 2 C C C C 2 Al[C( ) 2 ] 3 AlCl 3 2 C C C C 2 1) Cl 2) a 2 C 2 C C 2 拆分 D(-)- 2 C 2 C C 2 Cl 2 CC 2 C CCCl 2 C C 2
甲砜霉素 * (Thiamphenicol) CCCl 2 混旋体与左旋体抗菌作用一致 甲砜霉素的合成 2 C C C 2 2 C 2C 2 C 2 Cl 3 CC() 2 ac C K 2 C 3 2 C CC 2 5 2 2 C 2 C C C 2 5 DL-(+) 2 1) D- 酒石酸 2 C C C 2 2) LiAl 4 C CCCl 2 C C 2 D-(-)
林可酰胺类 (Lincosamides) 林可霉素 ( 洁霉素, Lincomycin) Δ 构效关系 1' C 3 7 4' 3' C 2- 酯化, 可除苦味 有长链羧酸酯, 可增强活性 7- 以氯置换, 可增强抗菌作用, 吸收完全 1 - 甲基改为乙基或去甲基, 对格兰阴性菌活性增强 5' 2' 4 5 4 - 烃基碳链增长, 可增强抗菌作用 反式活性大于顺式 8 3 7 6 2 1 C3
其它类 (Miscellaneous) C C C P3 2 磷霉素 Fosfomycin, Phosphonomycin 创新霉素 Chuamghinmycin
第五节其他抗生素 氯霉素 * 2 * C C * C CCl 2 C 2 2 2 2 2 C C CCCl 2 Cl 2 CC C C C C CCCl 2 Cl 2 CC C C C 2 1R,2R C 2 1,2 C 2 1,2R C 2 1R,2 长期使用损害骨髓造血功能 : 再生障碍性贫血