第十一章抗生素类药物的分析 [教学目的 、掌握抗生素类药物的结构特点与分析方法之间的关系。 、掌握抗生素类药物的鉴别原理与方法。 掌握抗生素类药物法定含量测定方法的原理、测定方法与计算。 四、熟悉抗生素类药物杂质检査的方法。 五、了解抗生素类药物中高分子聚合物检査。 [本章分配学时数]2学时 [教学环节与教学内容] [复习引入]2分钟 在上节课,我们进行了甾体激素类药物的分析,要求同学们掌握甾体激素类 药物的结构特点与分析方法之间的关系、鉴别原理与方法、含量测定原理与方法 以及杂质检査的方法。那么,这节课我们就要对抗生素类药物进行分析,经过本 章的学习后,要求同学们不仅要掌握抗生素类药物的结构特点与分析方法之间的 关系,掌握抗生素类药物的鉴别原理与方法,掌握抗生素类药物法定含量测定方 法的原理、测定方法与计算,还要熟悉抗生素类药物杂质检査的方法,了解抗生 素类药物中高分子聚合物检查 [教授新课] 第一节概述 抗生素药物的特点 抗生素( antibiotics)是指“在低微浓度下即可对某些生物的生命活动有 特异抑制作用的化学物质的总称”。主要由微生物发酵、经化学纯化、精制 和化学修饰等过程,最后制成适当试剂。与化学合成药物相比,其结构、 组成更复杂,表现为: 1.化学纯度较低 三多 同系物多:庆大霉素含有四个主要组分; 异构体多:半合成β-内酰胺抗生素均存在光学异构体:
- 1 - 第十一章 抗生素类药物的分析 [教学目的] 一、掌握抗生素类药物的结构特点与分析方法之间的关系。 二、掌握抗生素类药物的鉴别原理与方法。 三、掌握抗生素类药物法定含量测定方法的原理、测定方法与计算。 四、熟悉抗生素类药物杂质检查的方法。 五、了解抗生素类药物中高分子聚合物检查。 [本章分配学时数] 2 学时 [教学环节与教学内容] [复习引入] 2 分钟 在上节课，我们进行了甾体激素类药物的分析，要求同学们掌握甾体激素类 药物的结构特点与分析方法之间的关系、鉴别原理与方法、含量测定原理与方法 以及杂质检查的方法。那么，这节课我们就要对抗生素类药物进行分析，经过本 章的学习后，要求同学们不仅要掌握抗生素类药物的结构特点与分析方法之间的 关系，掌握抗生素类药物的鉴别原理与方法，掌握抗生素类药物法定含量测定方 法的原理、测定方法与计算，还要熟悉抗生素类药物杂质检查的方法，了解抗生 素类药物中高分子聚合物检查。 [教授新课] 第一节 概述 一、 抗生素药物的特点 抗生素（antibiotics）是指“在低微浓度下即可对某些生物的生命活动有 特异抑制作用的化学物质的总称”。主要由微生物发酵、经化学纯化、精制 和化学修饰等过程，最后制成适当试剂。与化学合成药物相比，其结构、 组成更复杂，表现为： 1. 化学纯度较低 三多： 同系物多：庆大霉素含有四个主要组分； 异构体多：半合成β-内酰胺抗生素均存在光学异构体；
降解物多:四环素类存在脱水、差向异构体 2.活性组分易发生变异 微生物菌株的变化、发酵条件改变等均可导致产品质量发生变化,如组 分的组成或比例的改变。 3.稳定性差 抗生素分子结构中通常含有活泼基团,而这些基团往往是抗生素的活性 中心,如青霉素、头孢菌素类结构中的β-内酰胺环,链霉素结构中的 醛基等均具有稳定性差的特点。 抗生素药物的质量分析 (一)鉴别试验(理化方法) 1.官能团的显色反应 内酰胺环的羟肟酸铁反应、链霉素的麦呀酚反应、坂口反应。对于 抗生素盐类,通常鉴别酸根或金属离子或有机碱。 2.光谱法(红外光谱或紫外吸收光谱) 抗生素的红外光谱分析时需注意,由于抗生素存在多晶现象,有时对照 品与供试品图谱或对照图谱不一致,最好用相同溶剂同时重结晶供试品 和对照品,使处于相同晶型情况下再进行测定,若多晶效应是由于研磨 和压片过程中的晶相转变所致,则应采用溶液法试验。 3.色谱法 TLC和HPLC法,采用标准品对照法 4.生物学法 检査抗生素灭活前后的抑菌能力,并与已知含量的对照品对照后进行鉴 (二)检查 1.影响产品稳定性的指标 结晶性、酸碱度、水分或干燥失重等。 2.控制有机和无机杂质的指标 溶液的澄清度与颜色、有关物质、残留溶剂、炽灼残渣、重金属等 3.与临床安全性密切相关的指标
- 2 - 降解物多：四环素类存在脱水、差向异构体。 2. 活性组分易发生变异 微生物菌株的变化、发酵条件改变等均可导致产品质量发生变化，如组 分的组成或比例的改变。 3. 稳定性差 抗生素分子结构中通常含有活泼基团，而这些基团往往是抗生素的活性 中心，如青霉素、头孢菌素类结构中的β-内酰胺环，链霉素结构中的 醛基等均具有稳定性差的特点。 二、 抗生素药物的质量分析 （一） 鉴别试验（理化方法） 1. 官能团的显色反应 β-内酰胺环的羟肟酸铁反应、链霉素的麦呀酚反应、坂口反应。对于 抗生素盐类，通常鉴别酸根或金属离子或有机碱。 2. 光谱法（红外光谱或紫外吸收光谱） 抗生素的红外光谱分析时需注意，由于抗生素存在多晶现象，有时对照 品与供试品图谱或对照图谱不一致，最好用相同溶剂同时重结晶供试品 和对照品，使处于相同晶型情况下再进行测定，若多晶效应是由于研磨 和压片过程中的晶相转变所致，则应采用溶液法试验。 3. 色谱法 TLC 和 HPLC 法，采用标准品对照法。 4. 生物学法 检查抗生素灭活前后的抑菌能力，并与已知含量的对照品对照后进行鉴 别。 （二） 检查 1. 影响产品稳定性的指标 结晶性、酸碱度、水分或干燥失重等。 2. 控制有机和无机杂质的指标 溶液的澄清度与颜色、有关物质、残留溶剂、炽灼残渣、重金属等。 3. 与临床安全性密切相关的指标
异常毒性、热原或细菌内毒素、降压物质、无菌等 4.其它指标 对于多组分抗生素还要进行组分分析等。此外,有些抗生素还规定“悬 浮时间与抽针试验”、“吸碘物质”、“聚合物”“杂质吸收度”等。 (三)含量测定或效价测定 1.微生物检定法 微生物检定法是以抗生素对微生物的杀伤或抑制程度为指标来衡量抗 生物效价的一种方法。该法的设计是根据量反应平行线原理,在实验所 用的剂量范围内,对数剂量和反应呈直线关系,供试品和标准品的直线 应平行。测定方法可分为稀释法、比浊法和管碟琼脂扩散法,后两种为 抗生素微生物检定的国际通用方法。中国药典采用管碟琼脂扩散法,USP 采用后两种方法。 抗生物管碟测定法是利用抗生素在摊布特定试验菌的固体培养基内呈 球面形扩散,形成含一定浓度抗生素球形区,抑制了试验菌的繁殖而呈 现出透明的抑制圈。通过比较标准品与供试品产生抑菌圈的大小来测定 供试品的效价。 2.理化方法(主要是HPLC法) 是根据抗生素的分子结构特特点,利用其特有的化学或物理化学性质及 反应而进行的。对于提纯的产品以及化学结构已确定的抗生素,能较迅 速、准确地测定其效价,并具有较髙的专属性 不足: (1)化学方法一定要运用其化学结构上官能团的特殊化学反应,对含 有具同样官能团杂质的供试品就不适用,或需采取适当方法加以 校正。 (2)当该法是利用某一类型抗生素的共同结构部分的反应时,所测得 的结果,往往只能代表药物的总含量,并不一定能代表抗生素的 生物效价。 3.抗生素活性表示方法 抗生素的活性以效价单位表示,即指每毫升或每毫克中含有某种抗生素
- 3 - 异常毒性、热原或细菌内毒素、降压物质、无菌等。 4. 其它指标 对于多组分抗生素还要进行组分分析等。此外，有些抗生素还规定“悬 浮时间与抽针试验”、“吸碘物质”、“聚合物”、“杂质吸收度”等。 （三） 含量测定或效价测定 1. 微生物检定法 微生物检定法是以抗生素对微生物的杀伤或抑制程度为指标来衡量抗 生物效价的一种方法。该法的设计是根据量反应平行线原理，在实验所 用的剂量范围内，对数剂量和反应呈直线关系，供试品和标准品的直线 应平行。测定方法可分为稀释法、比浊法和管碟琼脂扩散法，后两种为 抗生素微生物检定的国际通用方法。中国药典采用管碟琼脂扩散法，USP 采用后两种方法。 抗生物管碟测定法是利用抗生素在摊布特定试验菌的固体培养基内呈 球面形扩散，形成含一定浓度抗生素球形区，抑制了试验菌的繁殖而呈 现出透明的抑制圈。通过比较标准品与供试品产生抑菌圈的大小来测定 供试品的效价。 2. 理化方法（主要是 HPLC 法） 是根据抗生素的分子结构特特点，利用其特有的化学或物理化学性质及 反应而进行的。对于提纯的产品以及化学结构已确定的抗生素，能较迅 速、准确地测定其效价，并具有较高的专属性。 不足： （1） 化学方法一定要运用其化学结构上官能团的特殊化学反应，对含 有具同样官能团杂质的供试品就不适用，或需采取适当方法加以 校正。 （2） 当该法是利用某一类型抗生素的共同结构部分的反应时，所测得 的结果，往往只能代表药物的总含量，并不一定能代表抗生素的 生物效价。 3. 抗生素活性表示方法 抗生素的活性以效价单位表示，即指每毫升或每毫克中含有某种抗生素
的有效成分的多少。用单位(u)或微克(ug)表示。各种抗生素的效 价基准是人们为了生产科研方便而规定的。一种抗生素具有一个效价标 准,同一种抗生素的各种盐类的效价可根据其分子量与标准盐类进行换 抗生素的分类 1.β-内酰胺类:青霉素:青霉素钾(钠)、阿莫西林、氨苄西林等 头孢菌素类:头孢他啶、头孢拉啶等 2.氨基糖苷类:链霉素、庆大霉素、巴龙霉素、萘替米星、卡那霉素等 3.四环素类:四环素、金霉素、土霉素等 4.大环内脂类:红霉素、麦迪霉素、螺旋霉素等 5.多烯大环类:制霉菌素、两性霉素B等 6.多肽类:多黏菌素、放线菌素等 7.苯烃胺类:氯霉素等。 8.蒽环类:阿霉素、紫红霉素等 9.其它抗生素(凡不属于上述类型的抗生素)均归于其它类 上诉分类远远不能包括所有抗生素,且某些抗生素可同时划分为几个类型, 因此此种分类仅仅是将常用的重要的抗生素列入几大类。 第二节β-内酰胺类抗生素 本类抗生素包括青霉素霉和头孢菌素族,它们的分子结构中均含有B-内酰 胺环,因此统称为β一内酰胺类抗生素 、化学结构与性质 青霉素和头孢菌素分子中都有一个游离羧基和酰胺侧链。氢化噻唑环或氢 化噻唑环与β-内酰胺并合的杂环,分别构成二者的母核。青霉素族分子中 的母核称为9-氨基青霉烷酸(6-APA);头孢菌素族分子中的母核称为7-氨 基头孢菌烷酸(7-ACA)。由此可以说,青霉素族的分子结构由侧链RCO-与 母核6-APA两部分结合而成:头孢菌素族是由侧链RCO-与母核7-ACA组成 结构见教材P266 青霉素分子中含有三个手性碳原子(C3、C5、C6),头孢菌素分子中含有两个 手性碳原子(C6、C)。由于酰氨基上R以及R1的不同,构成各种不同的青
- 4 - 的有效成分的多少。用单位（u）或微克（ug）表示。各种抗生素的效 价基准是人们为了生产科研方便而规定的。一种抗生素具有一个效价标 准，同一种抗生素的各种盐类的效价可根据其分子量与标准盐类进行换 算。 三、 抗生素的分类 1．β-内酰胺类：青霉素：青霉素钾（钠）、阿莫西林、氨苄西林等 头孢菌素类：头孢他啶、头孢拉啶等 2．氨基糖苷类：链霉素、庆大霉素、巴龙霉素、萘替米星、卡那霉素等 3．四环素类：四环素、金霉素、土霉素等 4．大环内脂类：红霉素、麦迪霉素、螺旋霉素等 5．多烯大环类：制霉菌素、两性霉素 B 等 6．多肽类：多黏菌素、放线菌素等 7．苯烃胺类：氯霉素等。 8.蒽环类：阿霉素、紫红霉素等 9．其它抗生素（凡不属于上述类型的抗生素）均归于其它类。 上诉分类远远不能包括所有抗生素，且某些抗生素可同时划分为几个类型， 因此此种分类仅仅是将常用的重要的抗生素列入几大类。 第二节 β-内酰胺类抗生素 本类抗生素包括青霉素霉和头孢菌素族，它们的分子结构中均含有β-内酰 胺环，因此统称为β-内酰胺类抗生素。 一、 化学结构与性质 青霉素和头孢菌素分子中都有一个游离羧基和酰胺侧链。氢化噻唑环或氢 化噻唑环与β-内酰胺并合的杂环，分别构成二者的母核。青霉素族分子中 的母核称为 9-氨基青霉烷酸（6-APA）；头孢菌素族分子中的母核称为 7-氨 基头孢菌烷酸（7-ACA）。由此可以说，青霉素族的分子结构由侧链 RCO-与 母核 6-APA 两部分结合而成；头孢菌素族是由侧链 RCO-与母核 7-ACA 组成。 结构见教材 P266。 青霉素分子中含有三个手性碳原子（C3、C5、C6），头孢菌素分子中含有两个 手性碳原子（C6、C7）。由于酰氨基上 R 以及 R1的不同，构成各种不同的青
霉素和头孢菌素 性质 1.酸性与溶解度 分子中的游离羧基具有强酸性,能与无机碱或某些有机碱形成盐。其碱 金属盐易溶于水,而有机碱盐难溶于水,易溶于甲醇等有机溶剂。青霉 素的碱金属盐水溶液遇酸则析出游离基的白色沉淀 2.旋光性 青霉素族:三个手性碳原子 头孢菌素族:两个手性碳原子 3.紫外吸收特性 头孢菌素族母核部分具有0=C-N-C=C结构,R取代基具有苯环等共轭系 统,有紫外吸收 青霉素族分子中的母核部分无共轭系统,但其侧链酰胺基上R取代基若 有苯环等共轭系统,则具有紫外吸收特征。 4.β-内酰胺环的不稳定性 β-内酰胺环是该类抗生素的结构活性中心,其性质活泼,是分子结构 中最不稳定部分,其稳定性与含水量和纯度有很大关系。干燥条件下较 稳定,室温条件下密封保存可贮存3年以上,但水溶液很不稳定,随pH 和温度而有很大变化 、鉴别试验 (一)呈色反应 1.羟肟酸铁反应 青霉素及头孢菌素在碱性中与羟胺作用,β-内酰胺环破裂生成羟肟酸 在稀酸中与高铁离子呈色。反应式见教材P270。 2.类似肽键的反应 本类药物具有-CONH-结构,一些取代基有α-氨基酸结构,可显双缩脲 和茚三酮反应。 3.其它呈色反应 侧链含有-CHl-OH基团时,能与重氮苯磺酸试液产生偶合反应而呈色
- 5 - 霉素和头孢菌素。 性质： 1. 酸性与溶解度 分子中的游离羧基具有强酸性，能与无机碱或某些有机碱形成盐。其碱 金属盐易溶于水，而有机碱盐难溶于水，易溶于甲醇等有机溶剂。青霉 素的碱金属盐水溶液遇酸则析出游离基的白色沉淀。 2. 旋光性 青霉素族：三个手性碳原子 头孢菌素族：两个手性碳原子 3. 紫外吸收特性 头孢菌素族母核部分具有 O=C-N-C=C 结构，R 取代基具有苯环等共轭系 统，有紫外吸收。 青霉素族分子中的母核部分无共轭系统，但其侧链酰胺基上 R 取代基若 有苯环等共轭系统，则具有紫外吸收特征。 4. β-内酰胺环的不稳定性 β-内酰胺环是该类抗生素的结构活性中心，其性质活泼，是分子结构 中最不稳定部分，其稳定性与含水量和纯度有很大关系。干燥条件下较 稳定，室温条件下密封保存可贮存 3 年以上，但水溶液很不稳定，随 pH 和温度而有很大变化。 二、 鉴别试验 （一） 呈色反应 1. 羟肟酸铁反应 青霉素及头孢菌素在碱性中与羟胺作用，β-内酰胺环破裂生成羟肟酸； 在稀酸中与高铁离子呈色。反应式见教材 P270。 2. 类似肽键的反应 本类药物具有-CONH-结构，一些取代基有α-氨基酸结构，可显双缩脲 和茚三酮反应。 3. 其它呈色反应 侧链含有-C6H5-OH 基团时，能与重氮苯磺酸试液产生偶合反应而呈色