盐酸林可霉素的萃取与结晶提纯

华东理工大学学报(自然科学版)　　　　　

JournalofEastChinaUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)　　　　　

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　　文章编号:100623080(2009)0520673204

盐酸林可霉素的萃取与结晶提纯

岳晓日,　钱　刚,　周兴贵

(华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237)

　　摘要:为了降低盐酸林可霉素粗品中的B组分含量,采用萃取与结晶相结合的方法,分别研究了萃取结晶过程中萃取剂种类、用量、原料浓度、溶液pH等条件以及溶析结晶过程中的混合速率对产品纯度的影响。结果表明:丁醇或氯仿有较高的萃取效率;降低原料浓度或在萃取、反萃时分别保持溶液pH为11和5均有利于提高产品中的A组分含量;结晶过程中提高搅拌速率有利于提高产品纯度。以氯仿为萃取剂,经过单级萃取,结晶后产品中A组分纯度最高可达97.86%。

关键词:盐酸林可霉素;萃取;结晶;晶型中图分类号:TQ028

文献标志码:A

PurificationofHydrochlorideLincomycinbySolventExtractionandCrystallizationYUEXiao2ri,　QIANGang,　ZHOUXing2gui

(StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering,EastChinaUniversityofScienceand

Technology,Shanghai200237,China)

Abstract:TolowerthecontentofcomponentBinthecrudelincomycinproduct,bymeansofsolventextractioncombinedwithsolvent2outcrystallization,theinfluencesofsolvent,phaseratio,concentrationofrawmaterial,pHandtherateofmixingontheproductpuritywereinvestigated.n2Butanolandchloroformwerefoundtohavebetterperformancethann2pentanol,iso2pentanol,n2octanolandthemixtureofchloroformwithiso2pentanolorn2octanol.Duringextractionandreverse2extractionthepHwereadjustedto11and5,respectively.Increasingtherateofmixingduringthecrystallizationwashelpfultoincreasetheproductpurity.AfteronestageextractionthepurityofcomponentAinthefinalproductwas97.86%.

Keywords:hydrochloridelincomycin;extraction;crystallization;crystalform

　　林可霉素(工业上又称洁霉素)是1962年由Mason从链霉菌培养物中分离得到的一种抗生素[1],其分子结构中有多个手性中心,存在多个异构体。林可霉素发酵生产过程中除主要产生林可霉素A组分外,还伴生少量的林可霉素B以及痕量的林可霉素E等组分。相对于林可霉素A组分,B组分抗菌活性较低,且毒性较大,而且也影响到以林可霉

收稿日期:2008211213

素为原料合成克林霉素等衍生物的收率和质量,因此希望产品中B组分含量尽可能低。

林可霉素A、B组分系同系物(分子结构中相差一个CH2),物理化学性质非常相似,因此分离十分困难。武斌等[2]以混合高碳醇(体积比为80∶20的辛醇和癸醇)为溶剂对发酵液进行多级萃取,或先用混合高碳醇直接对林可霉素粗品进行多级萃取,再

作者简介:岳晓日(19832),女,山东荣成人,硕士生,研究方向为药物的结晶纯化。通讯联系人:周兴贵,E2mail:xgzhou@ecust.edu.cn

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用盐酸溶液反萃;吕建华等[3]用稀盐酸对林可霉素粗品的丁醇溶液进行多次反萃取;王冰等[4]以正辛醇、异癸醇和稀释剂(体积比为2∶6∶2)的混合溶剂为萃取剂对林可霉素粗品溶液进行多次萃取,再用碱水洗涤,并用盐酸溶液多次反萃;屈文江[5]用丁醇作萃取剂,通过4级逆流萃取和稀盐酸水洗以降低B组分含量;刘颖欣等[6]利用树脂的选择性吸附降低B组分含量。这些方法大多涉及不同溶剂的多次萃取与反萃取,操作过程相对比较复杂。为了确定最有效的萃取剂并简化操作步骤,本文拟采用单级萃取方法筛选萃取剂,并探讨萃取及反萃过程中各种条件对降低盐酸林可霉素B组分含量的影响;同时考察了盐酸林可霉素结晶过程中晶型转变与产品纯度的关系,为过程设计和操作优化提供指导。

以盐酸林可霉素A组分的出峰面积占盐酸林可霉素A、B组分总面积的百分比表示产品纯度[7]。由于B组分含量较低,为保证分析结果的可靠性,定期对样品进行重复分析。重复性实验结果表明,同一样品一日内多次分析的最大相对误差为0.08%,同一样品一月内多次分析的最大相对误差为0.10%。

固体样品的粒度及其分布利用马尔文粒度分析仪(Mastersizer2000)分析。1.3　实验方法在研究萃取剂与萃取条件对产品纯度的影响时,首先在玻璃密封容器中进行单级萃取。配制一定浓度的盐酸林可霉素水溶液,加入一定量的萃取剂,用w(NaOH)=50%的溶液调节pH约为11,在25℃下恒温萃取1h,然后分离出有机相并加入一定量的去离子水,用浓盐酸调节其pH约为2,再在25℃下恒温反萃1h。分离出水相后,向溶液中滴加丙酮进行溶析结晶。为考察结晶过程对产品纯度的影响,在5.3℃下,以1.2mL/min的固定速率向盐酸林可霉素水溶液(0.25g/mL)中滴加溶析剂丙酮(约188mL)。结晶过程中的混合强度通过磁力搅拌器实现。

1　实验部分

1.1　原料

除用于高效液相色谱分析的甲醇溶剂为色谱纯外,其他所有实验试剂(包括溶剂和酸碱)均为分析纯。盐酸林可霉素粗品来自于正丁醇提纯工艺,高效液相色谱分析结果表明其中A组分纯度为94.34%。1.2　分析方法用高效液相色谱分析盐酸林可霉素产品的纯度。色谱柱为十八烷基硅烷键合硅胶柱,以0.05mol/L硼砂溶液(用磷酸调pH至6.0)和甲醇溶剂(体积比1∶1)为流动相,在214nm波长下检测。

2　结果与讨论

2.1　萃取条件的影响

2.1.1　萃取剂种类的影响　首先考察了不同的萃

取剂对最终产品纯度的影响,结果如表1所示。

表1　萃取剂种类对盐酸林可霉素晶体纯度的影响

Table1　Effectsofextractantsontheproductpurity

ρ(Lincomycin)/

(g・mL-1)2.0002.0002.0002.0002.0000.500

Extractant

n2Butanoln2Pentanoliso2Pentanoln2Octanol

V(Water)∶V(Extractant)

V(Extractant)∶V(Reverseextractant)

PurityoflincomycinA/(%)

97.5297.3197.1797.2497.2496.29

25∶2025∶2025∶2025∶2025∶2025∶20

20∶2520∶2520∶2520∶2520∶2520∶25

Chloroform

V(n2Pentanol)∶V(Chloroform)=8∶12

V(n2Octanol)∶V(Chloroform)=8∶12

0.50025∶2020∶2595.95

第5期岳晓日,等:盐酸林可霉素的萃取与结晶提纯675

　　不论是采用单一的醇类萃取剂还是采用醇类与氯仿的混合萃取剂,随着醇中碳原子数的减少,最终产品中A组分纯度都有所提高。A组分分子极性小于B组分,为利于萃取,根据相似相容原理,宜采用极性较小的醇,但实际结果正相反。分别以正戊醇与异戊醇作萃取剂为例,异戊醇的分子极性小于正戊醇,但结果表明:当以正戊醇为萃取剂时,产品纯度更高(表1),说明萃取剂分子空间结构影响其与林可霉素的相互作用从而影响最终的萃取效率。

相对于醇类,氯仿在水中的溶解度更小,更易于实现有机相和水相分层。因此以下实验中用单一溶剂氯仿作为萃取剂,在此基础上考察原料浓度和溶液pH对结晶产品中A组分纯度的影响。2.1.2　原料质量浓度的影响　原料质量浓度对萃取结晶过程中产品A组分的纯度会产生影响。实验比较了以氯仿为萃取剂时,改变原料质量浓度对产品纯度的影响,结果如表2所示。由表2可以看出,随着林可霉素质量浓度的降低,最终产品中A组分纯度有所提高,但由于萃取后残留在水溶液中林可霉素的数量增加,因而会导致萃取收率下降。

表2　原料质量浓度对盐酸林可霉素晶体纯度的影响Table2　Effectsofconcentrationofrawmaterialonthe

productpurity

ρ(Lincomycin)/

(g・mL-1)0.0800.0570.0400.0400.020

V(Water)∶V(Chloroform)

V(Extractant)∶V(Reverse

环中的氮质子化并与羰基氧以氢键结合[8]。因此,

在不同的pH条件下,林可霉素在溶液中构象不同,影响其在水中的溶解度,由此影响萃取效果。

表3　油水体积比对盐酸林可霉素晶体纯度的影响

Table3　Effectsofvolumeratioofwaterandextractanton

theproductpurity

ρ(Lincomycin)/

(g・mL-1)0.0400.040

V(Water)∶V(Chloroform)

V(Extractant)∶V(Reverse2

PurityoflincomycinA/(%)97.4297.86

extractant)20∶2520∶25

25∶2050∶20

表4　pH对盐酸林可霉素晶体纯度的影响

Table4　EffectsofpHontheproductpurity

ρ(Lincomycin)/

(g・mL-1)0.0800.0800.080

V(Water)∶V(Chloroform)V(Extractant)∶V(Reverse2

PurityoflincomycinA/(%)97.2496.1797.33

extractant)20∶25(pH=2)20∶25(pH=2)20∶25(pH=5)

25∶20(pH=11)25∶20(pH=8)25∶20(pH=11)

PurityoflincomycinA/(%)97.2497.6097.8697.4297.67

extractant)20∶2520∶2520∶2520∶2520∶25

25∶2035∶2050∶2025∶2025∶20

(a)

2.1.3　油水体积比对盐酸林可霉素晶体纯度的影

响　实验以氯仿为萃取剂,固定水中林可霉素质量浓度,降低氯仿与水的体积比,产品纯度如表3所

示。实验结果表明,在林可霉素质量浓度相同的情况下,萃取时采用较小的有机相与水相体积比,有利于提高结晶产品中A组分纯度。2.1.4　pH的影响　当萃取剂、原料质量浓度、油水体积比相同时,溶液pH对结晶产品纯度的影响见表4。萃取时碱性越强(pH=11),得到的晶体产品中A组分的纯度越高;而反萃时酸性越弱(pH=5),得到的晶体产品中A组分的纯度越高。　　图1表明,在碱性条件下,林可霉素溶液中的羧基氧与72OH将以氢键结合,而在酸性条件下,五元

(b)

图1　碱性(a)与酸性(b)条件下林可霉素的构象和氢键

Fig.1　Molecularconformationandhydrogenbondoflinco2

mycininbasic(a)andacid(b)solution

2.2　结晶条件的影响

盐酸林可霉素在结晶过程中存在两种形

态[9210]:块状(图2a)和针状(图2b)。在溶析结晶过程中,针状晶体(图3a中的显微镜照片)首先出现,然后逐渐转变成块状晶体(如图3b、3c)。在较慢的搅拌速率下,随着溶析剂的连续加入,初期出现大量的针状晶体,之后针状晶体逐步转变为块状晶体;提

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高搅拌速率后,初期只出现少量针状晶体,而且这些晶体很快转变为块块。表5中列出的两种不同搅拌条件下晶体的粒径和纯度为4组实验结果的平均值。　　由表5可以看出,当快速搅拌时,晶体中A组分纯度明显提高;而当搅拌速率较低时,由于溶析剂得不到及时分散,在局部产生较大过饱和度,因而以一次成核的方式产生大量的针状晶体。这些晶体并不稳定,逐步转变为块状晶体,并不断生长。当提高搅拌速率时,由于混合得以强化,使溶液中过饱和度

图2　盐酸林可霉素结晶过程中出现的两种晶型(×100)

Fig.2　Cubeandneedlehabitsoflincomycinduringsolvent

outcrystallization(×100)

图3　盐酸林可霉素结晶过程的晶型转变(×100)

Fig.3　Polymorphictransformationduringcrystallization(×100)

较低,只在溶析剂进料口附近出现针状晶体,这些针状晶体在转变为块状晶体之前因搅拌作用而破碎,产生大量的二次晶核,大大增加了晶核数量,由此也降低了产品的体积平均粒径D[4,3]。由于二次成核的影响,产品粒度的分散度(变异系数CV)也有所增加。溶析结晶过程中,提高搅拌速率将提高液固界面的扩散速率。由于溶液中A组分纯度相对较高,而A、B组分扩散系数接近,因此提高外扩散速率后更有利于A组分在晶体表面的生长,由此提高最终产品中A组分的纯度。

表5　不同结晶过程中结晶产品的性能

Table5　Propertiesofthecrystals

MethodSlowagitationRapidagitation

PurityoflincomycinA/(%)96.38±0.06.88±0.08

D[4,3]/

(3)为了进一步提高产品纯度,可采用多级逆

流连续萃取工艺,其中粗品溶液和油水体积比需要

进行优化以提高萃取效率并降低能耗。参考文献:

[1]　中华人民共和国卫生部药典委员会.中华人民共和国药典

[M].1990年版.北京:化学工业出版社,1993:549.

[2]　武斌,朱家文,陈葵,等.混合醇萃取用以降低林可霉素产品

中B组分含量的工艺研究[J].中国抗生素杂志,2002,27

(6):3322336.

[3]　吕建华,李胜昌,李春利.稀盐酸萃取林可霉素药品中B组分

的传质研究[J].化学工程,2008,36(5):9211.

[4]　王冰,李红德,段永平,等.降低林可霉素产品中B组分含量

CV/(%)62.3172.09

的工艺研究[J].药学学报,2005,21(6):4692471.

[5]　屈文江.用稀盐酸降低林可霉素药品中B组分的工艺研究

[J].河北化工,2007,30(2):34235.

[6]　刘颖欣,周兴军.降低盐酸林可霉素原料药B组分实验分析

[J].黑龙江医药,2006,19(4):2582259.

[7]　中华人民共和国卫生部药典委员会.中华人民共和国药典

[M].2005年版.北京:化学工业出版社,2005:531.

[8]　LaurentVerdier,GildasBertho,JosyaneGharbi2Benarous,

etal.Lincomycinandclindamycinconformations:Afrag2

μm

118.99247.621

3　结　论

(1)采用醇类溶剂作萃取剂时,提高醇的碳原

子数不利于提高萃取效率;采用氯仿进行一级萃取

并利用盐酸反萃时,能将盐酸林可霉素A组分的纯度从94.34%提高到97.86%,即B组分纯度从5.66%降低到2.14%。适当控制萃取和反萃时林可霉素溶液的浓度和溶液的pH有利于进一步提高最终产品纯度。

(2)在利用溶析结晶提纯产品时,提高搅拌速率有利于提高产品纯度。

mentsharedbymacrolides,ketolidesandlincosamidesdeter2minedfromTRNOEribosome2boundconformations[J].BioorgMedChem,2000,8:122521243.

[9]　杨梁,张敏,鹿颐,等.盐酸林可霉素两种晶型晶体结构的分

析与比较[J].药物分析杂志,2005,25(1):76280.

[10]　ManjuRajeswaran,ThamarapuSrikrishnan.Crystaland

molecularstructureandabsoluteconfigurationoflincomycinhydrochloridemonohydrate[J].CarbohydrRes,2004,339:211122115.