左旋氧氟沙星不对称合成工艺的研究
作者:李家明 王刚 章兴 周思祥
单位:李家明 王刚(安徽中医学院药物化学教研室,合肥 230038);章兴 周思祥(合肥医工医药研究所,合肥 230031)
关键词:左旋氧氟沙星;氟喹诺酮;不对称合成
中国药物化学杂志000412 摘 要 以2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料,经酰氯化后与丙二酸二乙酯缩合、部分水解脱羧并与原甲酸三乙酯缩合、S-(+)-2-氨基丙醇置换、环合、水解后与4-甲基哌嗪缩合制得左旋氧氟沙星,总收率为39.2%,本合成工艺操作简便、收率高、光学纯度好,是一条较好的不对称合成左旋氧氟沙星的方法.
Studies on Stereospecific Synthesis of (S)-(-)ofloxacin
Li Jiaming,Wang Gang
, http://www.100md.com
(Dept. of Pharmaceutical Chemistry,An Hui College of Traditional Chinese Medicines,Hefei 230038)
Zhang Xing,Zhou Sixiang
(Hefei Istant Pharmaceutical Institute,Hefei 230031)
Abstract (S)-(-)ofloxacin was synthesized from 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid,via acyl chlorination,diethyl malonate condensation,partial hydrolysis,decarboxylation,triethylorthoformate condensation,(S)-(+)-2-aminopropanol displacement,cyclization,hydrolysis and methylpiperazine condensation.The overall yield from 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid was 39.2%.It is a better way to stereospecific synthesis of (S)-(-)ofloxacin with good yield and high optical purity.
, 百拇医药
Key words (S)-(-)ofloxacin;fluoroquinolone;stereospecific synthesis
左旋氧氟沙星(levofloxacin,1)化学名为(S)-(-)-9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-甲基-1-哌嗪)-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸,是氧氟沙星的(S)-(-)异构体,它的抗菌活性为氧氟沙星的2倍,毒副作用小,成为第三代氟喹诺酮抗菌药中最优秀的品种之一,最早由日本第一制药株式会社开发上市〔1,2〕.
1 合成路线设计
化合物(1)的合成文献〔3〕报道按起始原料可分为两大类:方法一,由2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料,经酰氯化后与丙二酸二乙酯缩合、部分水解脱羧、与原甲酸三乙酯缩合、(S)-(+)-2-氨基丙醇置换、环合、水解后与4-甲基哌嗪缩合精制而得〔4,5〕;方法二,以2,3,4-三氟硝基苯为起始原料,先合成关键中间体(S)-7,8-二氟-3-甲基-3,4-二氢-2H-1,4-苯骈嗪,再与乙氧亚甲基丙二酸二乙酯缩合、环合、水解、上甲基哌嗪精制而得〔6~8〕.方法二尽管与目前国内氧氟沙星的合成工艺近似,但关键中间体(S)-7,8-二氟-3-甲基-3,4-二氢-2H-1,4-苯骈嗪的合成存在步骤长、收率低、光学纯化难度大等缺点,难以适合大量制备.方法一因国内已有2,3,4,5-四氟苯甲酸及(S)-(+)-2-氨基丙醇工业品供应,成为不对称合成左旋氧氟沙星较为理想的选择,故采用方法一作为试制路线,并对合成工艺进行优化和改进,以2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料,经8步反应制得左旋氧氟沙星,总收率为39.2%,最终产物结构经元素分析,IR,1H-NMR,13C-NMR,DEPT,MS鉴定.合成路线见图1.
, 百拇医药
Fig.1 The synthesis route of levofloxacin
2 实验部分
熔点采用北京泰科仪器有限公司的XT-4双目显微熔点仪测定,温度未经校正.元素分析用美国PE-240C型元素分析仪.红外光谱仪为Nicolet 170SX型.热重分析用美国PE-7系列热重分析仪.核磁共振谱用Bruker AM 500 MHz核磁共振仪测定,d6-DMSO为溶剂,TMS为内标.质谱用VG-ZAB-HS GC-MSZ质谱仪测定.旋光度用WZZ-1自动指示旋光仪测定.
2.1 2,3,4,5-四氟苯甲酰基乙酸乙酯(5)的合成
化合物(2)38.8 g(0.200 mol)、SOCl2 150 mL(2.05 mol)、DMF 0.4 mL依次加入到反应瓶中,搅拌加热回流5 h,常压蒸出过量的SOCl2,加甲苯40 mL再减压蒸干得化合物(3).
, 百拇医药
于另一个反应瓶中依次加入镁粉5.0 g(0.206 mol)、无水乙醇50 mL、四氯化碳0.5 mL,加热引发反应后,搅拌下滴加丙二酸二乙酯32.8 g(0.206 mol)和无水甲苯60 mL的混合液,30 min加完后于60℃继续反应2 h,冷至-5℃后滴加化合物(3)的甲苯80 mL溶液,1 h加完后继续在0℃搅拌反应2 h,倾入浓盐酸90 mL和冰水90 mL的混合液中,分出有机相,水相用甲苯(50 mL×3)萃取,合并有机相,减压蒸出甲苯得橙黄色油状液体(4),在化合物(4)的反应瓶中加入水100 mL和对甲苯磺酸0.1 g(0.500 mmol),加热回流6 h,TLC检测原料点基本消失〔乙酸乙酯-甲醇(V∶V=4∶0.5)为展开剂〕,冷至室温,以二氯甲烷(50 mL×3)萃取,有机相用水洗至中性,无水硫酸钠干燥,减压蒸干得橙色液体(5)44.4 g,收率:84.0%(文献〔4〕收率:93%),化合物(5)不经纯化,直接用于下一步反应.
2.2 (S)-(-)-9,10-二氟-2,3-二氢-3-甲基-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸乙酯(8)的合成
, 百拇医药
在含有化合物(5)44.4 g(0.168 mol)的反应瓶中,加入醋酐82 mL(0.876 mol),原甲酸三乙酯66.6 mL(0.400 mol),搅拌加热回流4 h,并在反应中蒸出生成的乙酸乙酯,使反应完全,减压蒸干后加二氯甲烷450 mL溶解,于室温搅拌滴加(S)-(+)-2-氨基丙醇13.5 g(0.180 mol)和二氯甲烷50 mL的混合液,1 h滴完后继续搅拌反应2 h,回收二氯甲烷并减压蒸干得橙红色粘稠性油状物(7),在含化合物(7)的反应瓶中加入DMF 400 mL及无水K2CO3 46.4 g(0.336 mol),在120℃搅拌反应8 h,减压回收DMF后向反应瓶中加入冰水250 mL,搅拌析出固体,放置过夜,过滤,固体用水洗涤,以氯仿-乙醇(V∶V=3∶2)进行重结晶,烘干得化合物(8)34.0 g,收率:65.4%,mp 254~256℃(文献〔6〕mp 254~255℃).
2.3 (S)-(-)-9,10-二氟-2,3-二氢-3-甲基-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸(9)的合成
, 百拇医药
按文献〔8〕操作,收率为:87%,mp>300℃(文献〔8〕收率:88%,mp>300℃).
2.4 (S)-(-)-9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-甲基-1-哌嗪基)-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸(1)的合成
化合物(9)28.1 g(0.100 mol)、N-甲基哌嗪26 mL(0.230 mol)、DMSO 75 mL依次加入反应瓶中,130℃加热搅拌反应6 h,减压回收DMSO及过量的N-甲基哌嗪,残留物用95%乙醇重结晶,得淡黄色晶体(1)的半水合物30.3 g,收率:82%,(文献〔8〕收率:75.06%),mp 224~226℃,〔α〕24D=-76.7°(c=0.39,0.05 mol/L NaOH)〔文献〔7〕mp 225~227℃,〔α〕24D=-76.9°(c=0.385,0.05 mol/L NaOH)〕.TG分析:化合物(1)在35.466~82.453℃失重2.632%,相当于含0.5个结晶水(理论含0.5个结晶水值为2.430%).元素分析,实测值(%):C 58.29,H 5.72,N 11.16,F 5.07;理论值(%):C 58.32,H 5.72,N 11.34,F 5.13.IR(KBr)cm-1:3267(—COOH),3081(ArH),2974~2802(RH),1724.3(—COOH,CO),1621(7—CO),1542~1453(Ar—CC—),1395.6~1315.4(C—H,C—N),1291.8~1241.0(C—O,C—F),1089.9(C—N),927.5(—OH),802(C—H).1H-NMR(DMSO-d6)δ:15.22(1H,br s,—COOH),8.96(1H,s,5-H),7.56(1H,d,8-H),4.92(1H,d,3-H),4.58(1H,d,2βH),4.36(1H,d,2αH),3.26~3.36(4H,m,1,1′哌嗪环质子),2.44(4H,br s,2,2′哌嗪环质子),2.23(3H,s,N—CH3),1.45(3H,d,3-CH3).13C-NMR(DMSO-d6)δ:176.27(7-C),165.95(-COOH),155.38(9-C),146.06(5-C),140.03(11-C),132.01(10-C),124.72(12-C),119.55(13-C),106.55(6-C),103.21(8-C),68.01(2-C),55.25(哌嗪环2,2′-C),54.78(3-C),50.05(哌嗪环1,1′-C),46.01(N-CH3),17.88(3-CH3).13C-NMR(DEPT)δ:146.06(5-C),103.21(8-C),54.78(3-C)为CH碳原子;δ:68.01(2-C),55.25(哌嗪环2,2′-C),50.05(哌嗪环1,1′-C)为CH2碳原子;δ:46.01(N—CH3),17.88(3-CH3)为CH3碳原子.EI MS m/z:361(M+).
, 百拇医药
3 讨论
文献〔4〕报道化合物(5)的合成以化合物(2)为原料经酰氯化后与丙二酸单一酯在丁基锂作用下,于-55℃低温下缩合,水解精制而得,收率为93%,但该合成方法成本高,反应条件苛刻,本文在参考文献〔9,10〕类似物合成方法基础上,由(2)经酰氯化后与乙氧基镁丙二酸二乙酯缩合,用0.1%对甲苯磺酸部分水解脱羧制得,收率为84%.由(5)制备(9)时,本实验在(5)与原甲酸三乙酯和醋酐反应时,将生成的乙酸乙酯蒸出使反应完全,并以无水K2CO3和DMF替代文献〔5〕中的50%NaH和DMSO,以冰醋酸和盐酸替代KOH进行水解,四步反应收率为56.9%(文献〔5〕收率:23.5%),以DMSO替代吡啶为溶剂进行缩N-甲基哌嗪反应,收率为82%(文献〔8〕收率为75.06%),以2,3,4,5-四氟苯甲酸计,总收率为39.2%,本研究对左旋氟沙星的工业化生产有一定的参考价值.
, 百拇医药
参 考 文 献
1,李眉.广谱抗菌药左氟沙星.药学进展,1998,22(1):41~44
2,唐建国.氟喹诺酮药物左氟沙星.国外医药——抗生素分册,1996,17(5):380~387
3,苗华,郭惠元.左氟沙星合成路线图解.中国医药工业杂志,1994,25(4):185~188
4,Mitscher LA,Kans L,Daniel TC,et al.Process for prepartion of racemate and optically acetive ofloxacin and related erivatives.US pat, 4777253.1988-10-11
5,Mitscher LA,Sharma PN,Daniel TWC,et al.Chiral DNA gyrase inhibitors.2 Asymmetric synthesis and biological activity of the enantiomers of 9-fluoro-3-methyl-10-(4-methyl-1-piperazinyl)-7-oxo-2,3-dihydro-7H-pyrido〔1,2,3-de〕〔1,4〕benzoxazine-6-carboxylic acid(ofloxacin).J Med Chem ,1987,30(12):2283~2286
, http://www.100md.com
6,Zoest WJ,Marx AF,Koger HS.Optically active benzoxazines and bezothiazines and a process for their stereospecific preparation.Eur Pat, 0368410A2.19.89-11-06
7,Hayakawa,Isao c/o dallchi,Seiyaka.Optically active pyridobenzoxazine derivatives and intermediates thereof.Eur pat,0206283A2.1986-06-20
8,杨玉社,嵇汝运,胡增建,等.左旋氧氟沙星不对称合成新方法的研究.药学学报,1998,33(11):828~831
9,孙兰英,戚建军,刘明亮,等.司氟沙星的合成.中国医药工业杂志,1998,29(9):387~388
10,王洪权,戚建军,孙兰英,等.吡酮酸抗菌药的研究.Ⅹ Ⅳ 7,8-双取代-1-环丙基-6-甲基-1,4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸类化合物的合成与构效关系.药学学报,1998,33(9):675~681
收稿日期:2000-08-20, http://www.100md.com
单位:李家明 王刚(安徽中医学院药物化学教研室,合肥 230038);章兴 周思祥(合肥医工医药研究所,合肥 230031)
关键词:左旋氧氟沙星;氟喹诺酮;不对称合成
中国药物化学杂志000412 摘 要 以2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料,经酰氯化后与丙二酸二乙酯缩合、部分水解脱羧并与原甲酸三乙酯缩合、S-(+)-2-氨基丙醇置换、环合、水解后与4-甲基哌嗪缩合制得左旋氧氟沙星,总收率为39.2%,本合成工艺操作简便、收率高、光学纯度好,是一条较好的不对称合成左旋氧氟沙星的方法.
Studies on Stereospecific Synthesis of (S)-(-)ofloxacin
Li Jiaming,Wang Gang
, http://www.100md.com
(Dept. of Pharmaceutical Chemistry,An Hui College of Traditional Chinese Medicines,Hefei 230038)
Zhang Xing,Zhou Sixiang
(Hefei Istant Pharmaceutical Institute,Hefei 230031)
Abstract (S)-(-)ofloxacin was synthesized from 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid,via acyl chlorination,diethyl malonate condensation,partial hydrolysis,decarboxylation,triethylorthoformate condensation,(S)-(+)-2-aminopropanol displacement,cyclization,hydrolysis and methylpiperazine condensation.The overall yield from 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid was 39.2%.It is a better way to stereospecific synthesis of (S)-(-)ofloxacin with good yield and high optical purity.
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Key words (S)-(-)ofloxacin;fluoroquinolone;stereospecific synthesis
左旋氧氟沙星(levofloxacin,1)化学名为(S)-(-)-9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-甲基-1-哌嗪)-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸,是氧氟沙星的(S)-(-)异构体,它的抗菌活性为氧氟沙星的2倍,毒副作用小,成为第三代氟喹诺酮抗菌药中最优秀的品种之一,最早由日本第一制药株式会社开发上市〔1,2〕.
1 合成路线设计
化合物(1)的合成文献〔3〕报道按起始原料可分为两大类:方法一,由2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料,经酰氯化后与丙二酸二乙酯缩合、部分水解脱羧、与原甲酸三乙酯缩合、(S)-(+)-2-氨基丙醇置换、环合、水解后与4-甲基哌嗪缩合精制而得〔4,5〕;方法二,以2,3,4-三氟硝基苯为起始原料,先合成关键中间体(S)-7,8-二氟-3-甲基-3,4-二氢-2H-1,4-苯骈嗪,再与乙氧亚甲基丙二酸二乙酯缩合、环合、水解、上甲基哌嗪精制而得〔6~8〕.方法二尽管与目前国内氧氟沙星的合成工艺近似,但关键中间体(S)-7,8-二氟-3-甲基-3,4-二氢-2H-1,4-苯骈嗪的合成存在步骤长、收率低、光学纯化难度大等缺点,难以适合大量制备.方法一因国内已有2,3,4,5-四氟苯甲酸及(S)-(+)-2-氨基丙醇工业品供应,成为不对称合成左旋氧氟沙星较为理想的选择,故采用方法一作为试制路线,并对合成工艺进行优化和改进,以2,3,4,5-四氟苯甲酸为原料,经8步反应制得左旋氧氟沙星,总收率为39.2%,最终产物结构经元素分析,IR,1H-NMR,13C-NMR,DEPT,MS鉴定.合成路线见图1.
, 百拇医药
Fig.1 The synthesis route of levofloxacin
2 实验部分
熔点采用北京泰科仪器有限公司的XT-4双目显微熔点仪测定,温度未经校正.元素分析用美国PE-240C型元素分析仪.红外光谱仪为Nicolet 170SX型.热重分析用美国PE-7系列热重分析仪.核磁共振谱用Bruker AM 500 MHz核磁共振仪测定,d6-DMSO为溶剂,TMS为内标.质谱用VG-ZAB-HS GC-MSZ质谱仪测定.旋光度用WZZ-1自动指示旋光仪测定.
2.1 2,3,4,5-四氟苯甲酰基乙酸乙酯(5)的合成
化合物(2)38.8 g(0.200 mol)、SOCl2 150 mL(2.05 mol)、DMF 0.4 mL依次加入到反应瓶中,搅拌加热回流5 h,常压蒸出过量的SOCl2,加甲苯40 mL再减压蒸干得化合物(3).
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于另一个反应瓶中依次加入镁粉5.0 g(0.206 mol)、无水乙醇50 mL、四氯化碳0.5 mL,加热引发反应后,搅拌下滴加丙二酸二乙酯32.8 g(0.206 mol)和无水甲苯60 mL的混合液,30 min加完后于60℃继续反应2 h,冷至-5℃后滴加化合物(3)的甲苯80 mL溶液,1 h加完后继续在0℃搅拌反应2 h,倾入浓盐酸90 mL和冰水90 mL的混合液中,分出有机相,水相用甲苯(50 mL×3)萃取,合并有机相,减压蒸出甲苯得橙黄色油状液体(4),在化合物(4)的反应瓶中加入水100 mL和对甲苯磺酸0.1 g(0.500 mmol),加热回流6 h,TLC检测原料点基本消失〔乙酸乙酯-甲醇(V∶V=4∶0.5)为展开剂〕,冷至室温,以二氯甲烷(50 mL×3)萃取,有机相用水洗至中性,无水硫酸钠干燥,减压蒸干得橙色液体(5)44.4 g,收率:84.0%(文献〔4〕收率:93%),化合物(5)不经纯化,直接用于下一步反应.
2.2 (S)-(-)-9,10-二氟-2,3-二氢-3-甲基-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸乙酯(8)的合成
, 百拇医药
在含有化合物(5)44.4 g(0.168 mol)的反应瓶中,加入醋酐82 mL(0.876 mol),原甲酸三乙酯66.6 mL(0.400 mol),搅拌加热回流4 h,并在反应中蒸出生成的乙酸乙酯,使反应完全,减压蒸干后加二氯甲烷450 mL溶解,于室温搅拌滴加(S)-(+)-2-氨基丙醇13.5 g(0.180 mol)和二氯甲烷50 mL的混合液,1 h滴完后继续搅拌反应2 h,回收二氯甲烷并减压蒸干得橙红色粘稠性油状物(7),在含化合物(7)的反应瓶中加入DMF 400 mL及无水K2CO3 46.4 g(0.336 mol),在120℃搅拌反应8 h,减压回收DMF后向反应瓶中加入冰水250 mL,搅拌析出固体,放置过夜,过滤,固体用水洗涤,以氯仿-乙醇(V∶V=3∶2)进行重结晶,烘干得化合物(8)34.0 g,收率:65.4%,mp 254~256℃(文献〔6〕mp 254~255℃).
2.3 (S)-(-)-9,10-二氟-2,3-二氢-3-甲基-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸(9)的合成
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按文献〔8〕操作,收率为:87%,mp>300℃(文献〔8〕收率:88%,mp>300℃).
2.4 (S)-(-)-9-氟-2,3-二氢-3-甲基-10-(4-甲基-1-哌嗪基)-7氧代-7氢吡啶骈〔1,2,3-de〕〔1,4〕苯骈嗪-6-羧酸(1)的合成
化合物(9)28.1 g(0.100 mol)、N-甲基哌嗪26 mL(0.230 mol)、DMSO 75 mL依次加入反应瓶中,130℃加热搅拌反应6 h,减压回收DMSO及过量的N-甲基哌嗪,残留物用95%乙醇重结晶,得淡黄色晶体(1)的半水合物30.3 g,收率:82%,(文献〔8〕收率:75.06%),mp 224~226℃,〔α〕24D=-76.7°(c=0.39,0.05 mol/L NaOH)〔文献〔7〕mp 225~227℃,〔α〕24D=-76.9°(c=0.385,0.05 mol/L NaOH)〕.TG分析:化合物(1)在35.466~82.453℃失重2.632%,相当于含0.5个结晶水(理论含0.5个结晶水值为2.430%).元素分析,实测值(%):C 58.29,H 5.72,N 11.16,F 5.07;理论值(%):C 58.32,H 5.72,N 11.34,F 5.13.IR(KBr)cm-1:3267(—COOH),3081(ArH),2974~2802(RH),1724.3(—COOH,CO),1621(7—CO),1542~1453(Ar—CC—),1395.6~1315.4(C—H,C—N),1291.8~1241.0(C—O,C—F),1089.9(C—N),927.5(—OH),802(C—H).1H-NMR(DMSO-d6)δ:15.22(1H,br s,—COOH),8.96(1H,s,5-H),7.56(1H,d,8-H),4.92(1H,d,3-H),4.58(1H,d,2βH),4.36(1H,d,2αH),3.26~3.36(4H,m,1,1′哌嗪环质子),2.44(4H,br s,2,2′哌嗪环质子),2.23(3H,s,N—CH3),1.45(3H,d,3-CH3).13C-NMR(DMSO-d6)δ:176.27(7-C),165.95(-COOH),155.38(9-C),146.06(5-C),140.03(11-C),132.01(10-C),124.72(12-C),119.55(13-C),106.55(6-C),103.21(8-C),68.01(2-C),55.25(哌嗪环2,2′-C),54.78(3-C),50.05(哌嗪环1,1′-C),46.01(N-CH3),17.88(3-CH3).13C-NMR(DEPT)δ:146.06(5-C),103.21(8-C),54.78(3-C)为CH碳原子;δ:68.01(2-C),55.25(哌嗪环2,2′-C),50.05(哌嗪环1,1′-C)为CH2碳原子;δ:46.01(N—CH3),17.88(3-CH3)为CH3碳原子.EI MS m/z:361(M+).
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3 讨论
文献〔4〕报道化合物(5)的合成以化合物(2)为原料经酰氯化后与丙二酸单一酯在丁基锂作用下,于-55℃低温下缩合,水解精制而得,收率为93%,但该合成方法成本高,反应条件苛刻,本文在参考文献〔9,10〕类似物合成方法基础上,由(2)经酰氯化后与乙氧基镁丙二酸二乙酯缩合,用0.1%对甲苯磺酸部分水解脱羧制得,收率为84%.由(5)制备(9)时,本实验在(5)与原甲酸三乙酯和醋酐反应时,将生成的乙酸乙酯蒸出使反应完全,并以无水K2CO3和DMF替代文献〔5〕中的50%NaH和DMSO,以冰醋酸和盐酸替代KOH进行水解,四步反应收率为56.9%(文献〔5〕收率:23.5%),以DMSO替代吡啶为溶剂进行缩N-甲基哌嗪反应,收率为82%(文献〔8〕收率为75.06%),以2,3,4,5-四氟苯甲酸计,总收率为39.2%,本研究对左旋氟沙星的工业化生产有一定的参考价值.
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参 考 文 献
1,李眉.广谱抗菌药左氟沙星.药学进展,1998,22(1):41~44
2,唐建国.氟喹诺酮药物左氟沙星.国外医药——抗生素分册,1996,17(5):380~387
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收稿日期:2000-08-20, http://www.100md.com