Способ экстракции клавулановой кислоты

Данное изобретение относится к методам экстракцтш ясидких продуктов с помощью ясид костей. В частности, изобретение относится к процессам, в которых первую жидкую фазу,содержащую растворенное вещество, приводят в контакт со второй ясидкой фазой, также являющейся растворителем для этого вещества, но не смешивающейся с первой жидкой фазой, и экстрагируют растворенное вещество во вторую жидкую фазу.В НСКОТОрЫХ ИЗВССТНЫХ экстракционных процессах растворенное органическое вещество,присутствующее в виде разбавленного раствора в органическом растворителе, приводят в контакт с водной средой для экстрагирования растворенного вещества в водную среду и получения относительно концентрированного водного раствора в водной среде. Такой процесс назь 1 вается "обратной экстракцией" или "десорбцией". В некоторых случаях растворенное вещество во время нахождения в органическом растворителе подвергают химической обработке, в частности,ДЛЯ ПОВЫШСНИЯ растворимости ВСЩССТВЗ В ВОДной среде, например, солеобразованию в оргаНИЧССКОМ растворителе ДЛЯ ПОВЫШСНИЯ растворимости в воде вещества, находящегося в виде соли.В некоторых процессах водная среда находится в циркуляционном контуре, в котором обеспечивают ее контакт с потоком вещества,растворенного в органическом растворителе,экстратируя за счет этого значительную долю растворенного вещества из растворителя, а затем осуществляют циркуляцию водной среды,содержащей экстрагированное растворенное вещество, и его контакт с вновь поступающим продуктом, растворенным в органическом растворителе.В одной из разновидностей такого циркуляционного процесса водная среда циркулирует несколько раз таким образом, что концентрация растворенного вещества в водной среде увелиЧИВЗСТСЯ ДО ОПТИМЗЛЬНОГО. В НСКОТОрЫХ СЛУЧЗях, когда водная среда находится в таком циркуляционном контуре, органический растворитель сам находится в контуре циркуляции, например, в результате предварительной экстракции растворенного вещества в органический растворитель из водного источника растворенного вещества, такого как продукт химической реакции или ферментации, для захвата дополнительного растворенного вещества и повышения его концентрации.Общая проблема, связаъшая с такими экстракционными процессами, в особенности когда водная среда находится в циркуляционном контуре, такова, что если достигается только отраниченная степень контакта между веществом,растворенным в органическом растворителе, и водной средой, то требуется относительно большое объемное соотношение водная среда: первый органический растворитель в областисмешивания. Это может привести к необходимости использования установок относительно больших размеров.Более того, некоторые растворенные вещества относительно неустойчивы как в водной среде, так И в обычно используемых органических растворителях, особенно если они находятся во влажном состоянии. И если только достигается ограниченная степень смешивания между раствором в органическом растворителе и водной средой, в особенности, когда водная среда многократно циркулирует в контуре, то время, в течение которого растворенное вещество остается в водной среде и растворителе, удлшяется, что идет во вред растворенному веществу. Это особенно важно в случае фармацевтических соединеьшй, которые Часто Чувствительны к гидролизу и другим процессам в растворе. Клавулановая кислота относится к таким соедиНСНИЯМ.[3.2.0]гептан-2-карбоновая кислота), промь 1 шленно используемая в качестве компонента в фармацевтических рецептурах обычно в форме ее солей, в особенности клавуланата калия, является ингибитором В-лактамазы. В промЬ 1 шленности клавулановую кислоту производят культивированием микроорганизмов Зггертошусев сшуипдегиз, например, как описано в патенте Великобритании Мг 1508977.Клавулановая кислота или ее соли могут быть экстрагированы различными способами непосредственно из культуральной среды, но обыкновенно клетки 5. С 1 ау 11113 еги первыми удаляют из культуральной среды такими методами, как фильтрация или центрифугирование,прежде ЧСМ НЗЧИНШОТ ТЗКИС ЗКСТрЗКЦИОННЫС процессы. Также может применяться экстракция всего бульона в целом.Клавулановая кислота или ее соли могут быть экстрагированы из осветленной культуральной среды разными способами. Установлено, что особенно пригодны экстракция растворителем из охлажденной осветленной культуральной среды, доведеъшой до кислых значений рН, и способы, использующие анионную природу клавулановой кислоты при нейтральном рН,такие как применение анионообменных смол. Дополнительный полезньцй способ - образование эфира клавулановой кислоты, очистка эфира и последующая регенерация из него кислоты или ее соли.Экстракционные процессы для получения клавулановой кислоты или ее солей можно разделить на процесс первичного выделения с последующим дополнительным процессом очистКИ.Подходящие первичные процессы выделения включают экстракцию растворителем свободной клавулановой кислоты. В процессе экстракции растворителем клавулановую кислотуэкстрагируют в органический растворитель из охлажденной осветленной культуральной среды, которая может представлять собой целиком бульон, доведенный до кислых значений рН.В одном из процессов экстракции растворителем свободной клавулановой кислоты осветленную среду охлаждают и снижают кислотность до рН 1-2 добавлением кислоты при перемешивании в присутствии, по существу, не смешивающегося с водой органического растворителя. Подходящие кислоты, используемые для понижения рН, включают соляную, серную,азотную, фосфорную или подобные неорганические кислоты. Подходящие органические растворители включают н-бутанол, этилацетат, нбутилацетат и метил-изобутилкетон и другие подобные растворители. Метил-изобутилкетон особенно подходящий растворитель при использовании для экстракции из подкисленного фильтрата культуры. После разделения фаз клавулановая кислота находится в растворе в органической фазе.Клавулановая кислота может быть обратно экстрагирована из органической фазы в новую водную фазу за счет использования большей растворимости в воде, чем в органических растворителях, например, солей клавулановой кислоты со щелочными или щелочно-земельными металлами. Таким образом, клавулановую кислоту можно экстрагировать обратно из органического растворителя в водный раствор или суспензию из основания щелочного или щелочно-земельного металла, такого как гидрокарбонат натрия, буферная система гидрофосфата калия, или карбонат кальция, или в воду, при поддержании приблизительно нейтрального рН,например рН 7. Этот водный экстракт после разделения фаз может быть сконцентрирован при пониженном давлении. Лиофилизацию также используют для получения твердого сырого препарата соли клавулановой кислоты. Такие твердые препараты стабильны при хранении в сухом виде при -20 С. Подобный процесс описан в патенте Великобритании Мг 1563103. Этот процесс может быть модифицирован известнЬ 1 МИ ПРИСМЗМИ, например ДОПОЛНИТСЛЬНЫМИ стадиями очистки, применительно к фазе органического растворителя для удаления высокомолекулярных примесей из загрязненной клавулановой кислоты.Дальнейший вторичный процесс очистки клавулановой кислоты осуществляют по методике, описанной, например, в Европейском патенте Мг 0026044, согласно которому раствор неочищенной клавулановой кислоты в органическом растворителе обрабатывают в третбутиламгше до образования соли третбутиламшта с клавулановой кислотой, которую затем выделяют, отделяя, тем самым, клавулановую кислоту от примесей, остающихся в органическом растворителе, а затем соль превращают снова в клавулановую кислоту или еепроизводное, например соль щелочного металла или эфир. Другие известные процессы вторичной очистки клавулановой кислоты включают для образования солей и/или других производных с клавулановой кислотой применение друГИХ органических ЗМИНОВ, таких как диэтиламин, три-(низший алкил)амины, диметиланилин и МЪГ-дршзопрогшлэтилендиамин. Эти процессы ОЧИСТКИ ИМСЮТ НСОТЪСМЛСМЫЙ НСДОСТЗТОК ОНИ могут приводить к присутствию следов амина или остатков солей клавулановой кислоты с амином в конечном продукте.Такие процессы обратной экстракции представляют собой проблему при получении клавулановой кислоты, так как клавулановая кислота особеъшо чувствительна к воде. В традиционном процессе обратной экстракции клавулановая кислота может оставаться в контакте с водой в течение длительного времени, обычно около часа или более, так как концентрация раствора клавулановой кислоты создается постеПСННО ПрИ ОбЬГЧНО ИСПОЛЬЗУСМЫХ ОТНОСИТСЛЬНО мягких условиях перемешивания и разделения,а это может приводить к обширному гидролитическому расщеплению.Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что известный тип смесительного устройства, используемый по новому назначению,обеспечивает улучшенные условия перемешивания, особенно подходящие для подобных экстракционных процессов.Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает водно-экстракционный способ,где поток, по существу, не смешивающегося с водой органического растворителя, содержащего водорастворимое органическое растворенное вещество, которое бета-лактамный антибиотик,такой как пенициллин или цефалоспорин, или клавулановую кислоту в виде свободной кислоты, ее лабильного производного или ее соли,быстро контактирует с потоком водной среды в зоне смешения таким образом, что значительная доля растворенного вещества переходит из органического растворителя в водную среду в первой зоне смещения, и затем органическую фазу (растворитель) и водную фазу физически разделяют на стадии разделения, при условии,что, если растворенное вещество представляет собой соль амина клавулановой кислоты, которая образуется 1 п згш в зоне смешения, то указанную соль амина получают взаимодействием клавулановой кислоты или ее лабильного производного с амином.Предпочтительным объектом данного изобретения является способ выделения органического растворенного вещества, которое представляет собой клавулановую кислоту, в виде свободной кислоты, ее соли, в особенности соли с амином, или другого водорастворимого производного из раствора или суспензии в полноСТЬЮ ИЛИ ЧЗСТИЧНО не СМСШИВЗЮЩИМСЯ С ВОДОЙ органическом растворителе, в котором упомя нутый раствор или суспензию приводят в контакт в зоне смешивания, являющейся зоной вЬ 1 сокой турбулентности и/или сдвигового напряжения, с водной средой, так что в водной фазе образуется раствор клавулановой кислоты в виде свободной кислоты, ее соли или другого водорастворимого производного, и затем органическую фазу (растворитель) и водную фазу разделяют физически на стадии разделения с последующей дополнительной стадией обработки,на которой соль клавулановой кислоты или ее водорастворимое производное выделяют из водного раствора.Органический растворитель должен быть,по существу, не смешивающимся с водной средой, таким как алифатический кетон, например метил-изобутилкетон. В случае клавулановой кислоты, ее солей или производных подходящие органические растворители включают описанные выше, например, н-бутанол, этилацетат, нбутилацетат и кетоны общей формулы К 1-СО-К 2, где 121 и 122 независимо представляют собой Сд-Сю алкильные труппы, в частности метил-изобутилкетон. Раствор или суспензия могут содержать примеси, например высокомолекулярные примеси, такие как те, которые могут присутствовать, если раствор был получен ВЫШСОПИСЗННЫМ первоначальным СПОСОбОМ ВЬЩСЛСНИЯ, НО ПрСДПОЧТИТСЛЬНО бЫЛ ПОДВСрГНУТ предварительной очистке для удаления, по крайней мере, некоторых примесей. ПодходяЩИС предварительные ПрОЦСССЫ ОЧИСТКИ ВКТПОчают фильтрацию и обработку активированным углем. Раствор может также содержать малые количества растворенной или суспендированной ВОДЫ, ОДНЗКО ПрСДПОЧТИТСЛЬНО, ЧТОбЫ ИЗ ПОЛУЧСЪШОГО ПСрВИЧНЫМ ВЬЩСЛСНИСМ раствора МОЖно было удалить воду, например, методом центрифугирования для удаления капелек суспендированной воды.Соли этих растворенных веществ могут представлять собой соли ионов металлов, таких как натрий или калий, или органического основания, такого как амин. Когда органическое растворенное вещество является клавулановой кислотой, то предпочтительнее, чтобы клавулановая кислота находилась в форме соли с амином. Как правило, когда соль находится в органической фазе (растворителе), она присутствует в виде суспензии, так как соли обычно нерастворимы в органических растворителях. Такие суспензии могут включать в себя частицы твердой соли или эмульсию маленьких капелек раствора соли в воде, которые могут образовываться, если сам органический растворитель является сырым за счет растворенной или суспендированной воды.Подходящая концентрация раствора или суспензии клавулановой кислоты, ее соли или ее производного составляет от 500 до 20,000 мкг/мл (0,0025 1 0,1 М), например 1,000-5,000 мкг /мл (то есть 0,005 1 0,025 М), обычно 3,0001 1,000 мкг /мл (то есть 0,015 1 0,005 М) в расчете на содержание клавулановой кислоты. Заявленный способ пригоден для растворов с более высоким содержанием клавулановой кислоты, т. е. в соответствии с улучшенным ферменТЗЦИОННЪ 1 М ВЫХОДОМ КуЛЬТурЫ.Подходящие соли клавулановой кислоты,для которых предназначен способ, заявленный в настоящем изобретении, включают соли клавулановой кислоты с аминами, например с треТИЧНЬПИ бУТИЛЗМРШОМ, ЭМРШЗМИ, ОПИСЗЪШЫМИ В Международной публикации ШО 93/25557 и в Европейском патенте Мг 0562583 А, включенные в настоящее описание в виде ссылок.Как ПрШЗИЛО, ПОДХОДЯЩИС ЗМИНЪ 1 ЯВЛШОТСЯ ковалентными соединениями общей формулы К-МНЪ где К - водород (аммиак) или органическая труппа. Заслуживающие особого внимашш подобные амины включают фенилэтиламин,трет-амиламин, трет-октиламин, 1-гидрокси-2 метил-2-пропиламин, ЦИКПОПСНТИЛЗМИН, ЦИКЛОтептиламин, 1-адамантанамин, М-этилпиперидин, МЪГ-диизопропилэтилендиамрш и ММДШИСТИЛЦИКЛОГСКСИЛЗМИН.Примеры других таких аминов включают С 1 Сю н-изо и трет-алкиламины, дициклогексил амин, адамантиламин, ММ-диэтилцтшлогексиламин, М-изопропилциклогексиламин, Ыметилциклотексиламин, циклопропиламин, циклобутиламтш, норборниламин, дегидроабиэтиламин, 1-гидрокси-2-метил-2-пропиламин,три-н-пропиламин, три-н-октиламин, три-нбутиламин, диметиламин, изопропиламин, ди-нтексиламин, ди-н-бутиламин, диэтиламин, 2 аминоэтанол, ММ-диэтилэтаноламин, ММдиметилэтаноламин, этаноламин, н-бутиламин,н-гексиламин, н-октадециламин, Мэтилэтаноламин, 1-гидроксиэтиламин, диэтаноламин, ММ-диметилэтаноламин, Мэтилдиэтаноламин, 1,6-диаминогексан, триэтаноламин, диизобутиламин, диизопропиламин, 2 метоксиэтиламин, гидроксиламин, аммиак, метиламин, этиламин, н-пропиламин, нбутиламин, н-пентиламин, н-гексиламин,тептиламин, н-октиламин, н-нониламин, ндециламин, н-ундециламин, н-додециламин, нпроп-2-иламин, н-бут-2-иламин, н-пент-2 иламин, н-гекс-2-иламин, н-гепт-2-иламин, нокт-2-иламин, н-нон-2-иламин, н-дец-2-иламин,н-ундец-2-иламин, н-додец-2-иламин, н-гекс-3 иламин, н-гепт-З-иламин, н-окт-3-иламин, ннон-3-иламин, н-дец-3-иламин, н-ундец-3 иламин, н-додец-3-иламин, н-окт-4-иламин, ннон-4-иламин, н-дец-4-иламин, н-ундец-4 иламин, н-додец-4-иламин, н-нон-5-иламин, нундец-5-иламин, н-додец-5-иламин и ноктадециламин, 1-фенилэтиламин, п-толуидин,п-аминобензойная кислота, п-броманилин, этил 4-аминобензоат (т. е. бензокаин ), бензиламин,дифениламин, сульфонамид п-метиламинобензола, м-нитроанилин, М,1 Гдибензилэтилендиамин (т. е. бензатин ), дифе Н нилметиламин, 4-метилбензиламин, 4-фенилбутиламин, М-этилпршеридин, 2,6-диметилпиперидин, 2-метил-М-гидроксш 1 ропилпиперидин (т. е. циклометикан), 4-метил-пиперазин; 1-метил-4- фенил-пршеразин, Мэтилморфоламин, гексаметиленимин, пиридин,2-пропил-пиридин, 3-хлор-2-аминопиридин,морфоламин, 15-диазабицикло[4,3,О ]нон-5-ен,1,4-диаза-бицикло[2,2,2]октан, пирролидон, хинуклидин, ксантинол, ММ -диэтилэтилендиамин, ММ-диизопропилэтилендиамин, триэтилентетра-мин, аргинин, орнитин, гистидин,лизин, бензилглтщин, З-амин-З-метилбутановая кислота, Ь-этил лизинат, Ь-метил гистидинат,метил М-карбобензокси-Ь-лизинат, метил Ьфенилаланат, этил глтщил глицинат, этил пгидроксифенил-глицтшат, этил пгидроксифенил-глицтшат, этилглтщинат, этил-Ь тирозинат, п-метоксибензил-ос-аминофенилацетат, н-бутил-ос-аминофенилацетат,метиларгинат, бензилглицин, бензил феъшлглицин, 1-нитробензил феъшлглрщин, нбутил-фенилглицин, п-метоксибензил феъшлглицин, этил-фенилгли-цин, пнитробензил-п-гидроксифенилглицин, пнитробензилсерин, н-бутил-серин, метиларгинин, диметилглутамат, п-нитробензил тирозинат, п-нитробензилглтщинат, бензилгли цинат, п-нитробензил-ос-амино-п-гидроксифенилацетат, п-нитробензил-ос-аминофенилацетат, этил-ос-амино-п-гидроксифенилацетат, этил-Ь-тирозинат.В случае клавулиновой кислоты некоторые из этих аминных солей образуют сольваты с некоторыми органическими растворителями и/или гидраты. Процессы, в которых соль находится в такой сольватированной и гидратированной формах, включены в данное изобретеНИС.Водная среда может, например, представлять собой воду или, как обсуждается дополнительно ниже, в случае двуХ- или многостадийных процессов, может представлять собой разбавленный раствор вещества.Рабочие параметры процесса, например,концентрации реагентов, относительные соотношения используемых растворов, расход время контакта и др., выбирают таким образом, чтобы клавулановая кислота, ее соль или ее производное максимально экстрагировались из раствора в органическом растворителе в водную фазу за короткое время, и так, чтобы в водной фазе образовывался концентрированный раствор клавулановой кислоты, ее соли или ее производного.Контактирование соответствующих потоков органического растворителя, содержащего растворенное вещество, и водной среды провоДЯТ, например, СЛИЯНИСМ ОТДСЛЬНЬЕХ органической (растворителя) и водной фаз в камере сме 000277сителя, причем камера смешения включает контактную зону.В зоне смешивания желательно достигать,насколько это возможно, быстрого и эффективНОГО контакта МСЖДУ КОМПОНСНТЗМИ, ТО ССТЬ между органической фазой (растворителем) и водной фазой. Желательно, чтобы в зоне смешивания любая водная фаза, которая присутствует как отдельная фаза, имела большую площадь поверхностного контакта с органической фазой. Например, водная фаза может иметь вид дисперсной эмульсии, т. е. разрушенной до вида маленьких капелек для создания большой площади поверхности контакта между двумя фазаМИ.Эффективный контакт между компонентами можно достигнуть использованием известНЫХ СМССИТСЛЬНЫХ аппаратов, обеспечивающих высокую степень турбулентности жидкости и сдвиговое напряжение в зоне, где смешиваются вводимые в аппарат Жидкости, и способных разбивать воду или водную фазу после отделеНИЯ на МЗЛСНЬКИС КЗПСЛЬКИ. В ТСХНИКС ИЗВССТНО применение подобных смесителей и поэтому выбор подходящего устройства для достижения указанного назначения должен быть очевиден для специалистов в этой области.Подходящие смесители включают известные встроенные смесительные устройства, наПрИМСр, такого типа, где ОДИН ИЛИ НССКОЛЬКО элементов, создающих эффект турбулентности,расположены внутри трубопровода, по котороМУ ЗЗСТЗВЛШОТ ТСЧЬ СМСШИВЗСМЫС КОМПОНСНТЫ. Другой подходящий ттш смесителя - это гомогенизатор, например, такого типа, где две жидкие фазы пропускают под давлением через смещающий (электромагнитный) клапан. Подходящие смесители могут также включать полости, где высокую турбулентность и сдвиговое напряжение создают посредством турбин, пропеллерных мешалок и др. устройств.Другой и предпочтительный тип смесителя представляет собой камеру, внутри которой ВВОДИМЫС ЯСИДКОСТИ ПОДВСрГЗЮТ ИНТСНСИВНОМУ круговому вращению, например, вихревую камеру, описанную в Европейском патенте Мг 0153843-А. Вихревая камера представляет собой камеру круглого поперечного сечения,которая может быть выполнена в виде обычной сферы или сферы, сплющенной у полюсов, а также иметь форму эллипса, конуса, стрельчатого свода и др., которая имеет, по меньшей мере,одно тангенциальное входное отверстие и аксиальное выпускное отверстие. В такой смеситель компоненты загружают через тангенциальное входное отверстие(я) и подвергают вихревому вращению, достигая тщательного перемешивания. Компоненты могут загружаться через единственный тангенциальный ввод, если они уже находятся в смеси до поступления в вихревую камеру, или каждый из них может загружаться через индивидуальное тангенциальное вводное