Строение и свойства

Пенициллины представляют собой сложные соединения, содержащие в своих молекулах тиазолидиновое и β-лактамное кольцо. Их общая структура следущая(рис.2):

Рисунок 2

В представленной формуле радикал (R) может иметь различное строение. Поэтому известно большое число типов пенициллинов, отличающихся друг от друга лишь алкильными группами. Наиболее распространенными являются следующие типы пенициллинов, которые могут быть получены в процессе ферментации. В отсутствие эффективного предшественника тип образуемого пенициллина является функцией штамма гриба, и в этом случае, как правило, образуется смесь нескольких пенициллинов. Из природных пенициллинов наиболее изучен бензинпенициллин.

Антибиотик образует соли с различными катионами и другими веществами. Так, известны натриевая, калиевая, кальциевая, цинковая, новокаиновая, N,N’- дибензил-этилендиаминовая (бицилин-1) и другие соли бензилпенициллина. Неорганические соли хорошо растворимы в воде, метиловом и этиловом спиртах, но не растворимы в безводных ацетоне, эфире, хлороформе и различных сложных эфирах. Новокаиновая, N,N’- дибензил-этилендиаминовая соли плохо растворимы в воде, в связи с чем на практике их используют в виде суспензий. Чистые кристаллические соли пенициллинов достаточно устойчивы при хранении (не менее 3 лет при комнатной температуре). Натриевая соль, например, полностью разрушается лишь при нагревании в течении 30 мин при 200° С.[5]

Пенициллины в виде чистых кислот менее устойчивы, и только феноксиметилпенициллин отличается большой стабильностью из-за его низкой гигроскопичности (он сохраняется до 1 года при температуре ниже 37°). Его новокаиновая соль хорошо растворима в воде. Пенициллин неустойчив в присутствии ионов водорода и быстро изомеризуется в биологически неактивную пенилловую кислоту, имеющую следующее строение (рис.3):

Рисунок 3

Образование пенилловой кислоты при рН 2-3 завершается через 3-4 часа при комнатной температуре. Более устойчив в кислой среде феноксиметилпенициллин, который по этой причине применяется в виде свободной кислоты. Щелочная реакция среды тоже быстро инактивирует пенициллин. При комнатной температуре и рН 12,0 происходит разрыв β-лактамного кольца с образованием пенициллоиновой кислоты (рис.4):

Рисунок 4

Названный продукт щелочного гидролиза не обладает антимикробной активностью и не представляет интереса с практической точки зрения. Отсюда следует, что необходимо остерегаться хранить пенициллин при рН выше 8,0. В названной реакции отрицательную роль могут играть катионы цинка, меди и других металлов. [2]

Пенициллоиновая кислота также образуется при действии фермента пенициллиназы, продуцируемого различными грамположительными и грамотрицательными бактериями. Реакция ферментативного гидролиза протекает достаточно быстро при комнатной температуре и при нейтральной реакции среды. Пенициллин инактивируется и при взаимодействии с первичными и вторичными спиртами. Об этом следует помнить при использовании в виде растворителей метанола и этанола (рис.5):

Рисунок 5

В этих реакциях катионы тяжелых металлов также проявляют себя эффективными катализаторами. Появление все большего числа искусственно резистентных штаммов микроорганизмов к пенициллину стимулировало работы по созданию активных полусинтетических пенициллинов. В качестве продукта биосинтеза пенициллина в 1959 г. была выделена 6-аминопенициллановая кислота (6-АПК) (рис.6):