BE472557A

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Publication number: BE472557A
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Description

Procédé pour la préparation de dérivés de la streptomycine-
L'invention a trait à un procédé pour la préparation de certains dérivés de la streptomycine, qui est un agent possédant un pouvoir bactériostatique et/ou microbicide se formant au cours de la culture de l'organisme Actinomycès griseus (Schatz, Bugie et Waksman, Proc. Soc. Exp. Biol. and Med., 1944, 55,66 ).

Le terme "streptomycine" employé sans changement dans la description doit être considéra comme désignant à la fois la base et les formes salines avec addition d'acide de la streptomycine elle-même et la base et les formes salines avec addition d'acide d'une substance analogue à la streptomycine obtenue en faisant subir une extraction par une solution aqueuse d'un acide aux élé- ments solides d'une culture d'Actinomycès griseus qui a donné lieu à la formation de la streptomycine, substance qui peut être en réa'- lité la streptomycine elle-même ou une de ses formes ( et faisant l'objet d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis le 5 avril

1945 aux noms de MM. Rake, Koerber et Donovick).

La streptomycine libre est une base dont la composition est représentée par la formule empirique C2IH37-39O12N7 (Voir la demande de brevet déposée aux Etats-Unis le 1 Mai 1946 aux noms de MM. Wintersteiner et Fried). La streptomycine contient un groupe carbonyle qui peut être mis en évidence par des réactifs tels que la semicarbazide la thiosemicarbazide, l'hydroxylamine et la phénylhydrazine (Brink, Kuehl Jr., et Folkers, Science 102, 506 (1945)) et traitée par un alcali se dégrade rapidement en perdant son activité antibiotique et en formant la streptidine (une base de diguanidine) qui se forme également par hydrolyse par un acide de la streptomycine; voir la demande de brevet déposée aux Etats- Unis le 24 Janvier 1946 aux noms de MM. Fried et Wintersteiner.

Parmi d'autres produits formés par la dégradation alcaline de la streptomycine, on peut citer le pyrone gamma, le maltol (Schelik et Spielman, J.A.C.S.67,, 2276 (1945)), la formation du maltol indi- quant la présence éventuelle d'un groupe carbonyle dans la strep- tomycine. Le maltol est facile à mettre en évidence parmi les pro- duits de ttfendagett du fait que son spectre d'absorption ultraviolet contient une bande intense à la longueur d'onde de 274 millimicrons, tandis que la streptomycine elle-même n'absorbe pas la lumière dans cette région.

Il a été établi qu'en faisant subir à la streptomycine une hydrogénation catalytique,elle absorbe une mol. d'hydrogène (par mol. de streptomycine) et que le produit ainsi obtenu (appelé par la demanderesse "dihydrostreptomycine") possède une activité antibiotique. Le terme "dihydrostreptomycine" employé sans chan- gement dans la description doit être considéré comme désignant à la fois la base libre et ses sels obtenus par l'addition d'un aci- de) .

L'activité antibiotique de la dihydrostreptomycine à 1' égard des organismes d'essai ordinaires indique qu'elle possède qualitativement le même spectre antibiotique que la streptomycine, mais à l'encontre de la streptomycine, elle reste sans changement

lorsqu'on la traite par un alcali à la température ambiante, c'est- à-dire qu'elle conserve son activité antibiotique. Etant donné que la dihydrostreptomycine ne réagit pas en présence des réactifs carbonyle et ne se dégrade pas en présence d'un alcali avec mise en liberté de maltol, il est évident que le groupe carbonyle de la streptomycine ( qui se trouve dans la portion formant le maltol) a été réduit à l'état de carbinol.

La transformation de la streptomycine en dihydrostrepto- mycine peut s'effectuer en faisant subir à la streptomycine l'ac- tion d'un réactif quelconque susceptible de réduire un groupe car- bonyle à l'état de groupe carbinol en milieu non alcalin ( c'est- à-dire acide ou neutre ), par exemple en traitant la streptomycine par une feuille d'aluminium amalgamée en milieu aqueux ou de pr.éf.é- rence en la traitant par l'hydrogène activé catalytiquement.

L'hydrogénation catalytique peut s'effectuer par divers catalyseurs et dans diverses conditions. En général, on peut em- ployer suivant l'invention les catalyseurs d'hydrogénation connus provoquant la transformation d'un groupe carbonyle en un groupe carbinol. Parmi les catalyseurs qu'on peut employer, on peut citer le bioxyde de platine ( catalyseur d'oxyde de platine d'Adams ), le nickel de Raney et le noir de palladium; il est avantageux de déposer le catalyseur sur un support en particulier le charbon de bois pour en faciliter la séparation après le traitement et dans le cas du bioxyde de platine, le catalyseur et le support subissent de préférence une hydrogénation préliminaire avant 'usage.

L'hy- drogénation catalytique peut s'effectuer à une pression supérieure à la pression atmosphérique, par exemple deux à trois atmosphères et/ou à une température peu élevée pour acélérer l'hydrogénation, la durée de l'hydrogénation qui varie avec le catalyseur et les conditions du traitement étant celle qui est nécessaire pour provo- quer "l'addition" à peu près d'une mol. d'hydrogène par mol. de streptomycine présente.

L'hydrogénation catalytique peut s'effec- tuer dans un milieu quelconque qui n'exerce pas d'action chimique

sur la streptomycine, par exemple parmi d'autres, le méthanol, l'éthylène glycol, ou de préférence l'eau; et d'autres moyens tels que ceux qui sont décrits spécialement ci-après peuvent servir à établir un contact intime entre l'hydrogène et le milieu contenant la streptomycine et le catalyseur d'hydrogénation.

La dihydrostreptomycine peut être obtenue ou transformée sous la forme de base libre ou de ses divers sels par addition d' acide dont l'activité anti-biotique est proportionnelle à leur teneur en base de dihydrostreptomycine. Les sels de dihydrostrep- tomycine obtenus par addition décide sont, parmi d'autres, ceux des acides suivants : chlorhydrique, sulfurique, tartrique, citri- que et de pénicilline.

La dihydrostreptomycine obtenue en partant de la strepto- mycine très pure peut servir d'agent chimiothérapeutique sans subir de nouvelles purifications ou peut être purifiée davantage de la même manière que la streptomycine ( voir la demande de brevet précitée aux noms de MM. Wintersteiner et Fried ). La dihydrostrep- tomycine peut évidemment être obtenue directement sous forme sensi- blement pure par hydrogénation catalytique de la streptomycine sen- siblement pure. La dihydrostreptomycine peut être purifiée davan- tage, par exemple par transformation en picrate et/ou en reineckate cristallisé (ou hélianthate cristallisé).

La dihydrostreptomycine sensiblement pure peut être obtenue par exemple en décomposant le reineckate de dihydrostreptomycine cristallisé par un sel d'un métal formant un reineckate insoluble (par exemple le sulfate d' argent) en éliminant le précipité et recueillant le sel de dihydro- streptomycine ainsi o,btenu par addition d'acide, ( par exemple le sulfate de dihydrostreptomycine). La base libre obtenue en partant de ce sel est représentée par la formule empirique C21H39-41O12N7.

La dihydrostreptomycine peut être transformée en plusieurs dérivés avantageux parmi lesquels les dérivés acyles tels que les dérivés benzoyle, p-nitro-benzoyle, toluène sulfonyle, ss-naphta- lène-sulfonyle, acétyle et propionyle (par acylation à la manière habituelle);, les dérivés méthyle (par exemple par réaction avec le

sulfate de diméthyle et un alcali dilué) et les dérivés ureide ou uréthane ( par exemple par réaction avec l'isocyanate de phényle ou l'acide cyanique ).

La dihydrostreptomycine traitée par l'acide chlorhydrique méthanolique se "fend" à l'état de chlorhydrate de streptidine et
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de chlorhydrate de méthyl dihydroqtreptobiosaminide,et par àcétylation de ce dernier composé on obtient un dérivé penta-acétyl cristalli- sé. En employant d'autres alcools et/ou d'autres acides minéraux
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non oxydants on obtient les sels d'alkyldihydrostreptobiosaminide correspondants par addition d'acide, et avec d'autres halogénures acyle, ( par exemple le chlorure de benzoyle ) on obtient les déri- vés penta-acyle correspondants.

La dihydrostreptomycine traitée par une solution aqueuse d'un acide minéral non oxydant se "fend" à l'état de streptidine (sel) et de dihydrostreptobiosamine et en traitant ce dernier composé avec un acide minéral non oxydant al- coolique, on obtient un sel d'alkyl dihydrostreptobiosaminide par addition d'acide. La synthèse de la dihydrostreptobiosamine et de ses dérivés fournit des produits intermédiaires potentiels pour la synthèse et des produits préparatoires de la production par moisis- sure des agents chimiothérapeutiques de la famille de la strepto- mycine.

Il a également été établi que l'hydrogénation catalytique d'une streptomycine contenant en combinaison des impuretés toxiques, par exemple un sulfate de la streptomycine du commerce d'une puis- sance de l'ordre de 400 unités mg permet d'obtenir une dihydrostrep- tomycine beaucoup moins toxique.

( dans certain cas moitié moindre) que la streptomycine, que l'hydrogénation catalytique d'une strep- tomycine contenant en combinaison des impuretés colorées permet d'obtenir une dihydrostreptomycine sensiblement incolore et que l'hydrogénation catalytique d'une streptomycine possédant une "activité d'histamine" (action abaissant la tension artérielle) par exemple une streptomycine préparée industriellement ayant une puissance de l'ordre de 400 unités par mg. et possédant une acti-

vité d'histamine rendant le produit inutilisable cliniquement, permet d'obtenir une dihydrostreptomycine do/nt l'activité d'his- tamine est notablement inférieure à celle de la streptomycine.

Les exemples suivants donnent une explication de l'inven- tion (l'unité de puissance adoptée est équivalente à un gamma de base de streptomycine pure) : Exemple I a) 300 mg de chlorure de streptomycine ayant une puissan- ce de 750 unités/mg, obtenue de la manière décrite dans la deman- de de brevet précitée aux noms de MM. Wintersteiner et Fried sont dissous dans 5 ml. d'eau et la solution est incorporée à 5 mg. d' eau contenant 100 mg d'un catalyseur d'hydrogénation d'oxyde de platine (PtO2) (antérieurement réduit par l'hydrogène)Le mélange est agité dans une atmosphère d'hydrogène pendant 40 minutes et pendant ce temps 10 ml. d'hydrogène sont absorbés ,cette quantité correspondant à une mol. d'hydrogène par mol. de streptomycine.

Puis on filtre le mélange hydrogéné pour éliminer le catalyseur et on sèche le filtrat par congélation ( c'est-à-dire, bien entendu, en le faisant congeler et subir le vide pour sublimer le dissol- vant). Le produit qui est le chlorure de dihydrostreptomycine a une puissance de 715 unités/mg et un pouvoir rotatoire de ([alpha])
25 = - 860
Le produit possède qualitativement la même activité anti- biotique à l'égard des organismes d'essai ordinaires que la strep- tomycine et peut servir d'agent thérapeutique au lieu de la strep- tomycine.

Il diffère de la streptomycine aux points de vue sui- vants parmi d'autres : il ne réduit pas le réactif de Tollens à la température ambiante ni la solution de Fehling à 1000 C, il est stable ( c'est-à-dire conserve son activité antibiotique) dans une solution normale de soudeà la température ambiante pendant au moins 24 heures, et il ne réagit pas en présence des réactifs car- bonyle qui, par suite ne le rendent pas inactif.

La base de dihydrostreptomycine obtenue en partant de ce produit ou la base sensiblement pure obtenue de la manière décrite

dans le paragraphe suivant peut être transformée en divers autres sels par addition d'acide. Par exemple, le tartrate ou chlorhy- drate ( trichlorhydrate amorphe) peut être obtenu en ajoutant une quantité équivalente respective d'acide tartrique ou d'acide chlo- rhydrique à la base en solution aqueuse et en séchant la solution ainsi obtenue par congélation.

Le produit (ainsi que la base et d' autres sels obtenus par addition d'acide en partant de cette base, de même que la base sensiblement pure ou ses sels obtenus par ad- dition d'acide de la manière décrite dans le paragraphe suivant) peut être transformé en dérivés acyle, par exemple en dissolvant le sulfate de dihydrostreptomycine et le bicarbonate de potassium dans l'eau et en ajoutant du chlorure de benzoyle, ou en faisant réagir le sulfate et le chlorure de benzoyle ..dans une solution aqueuse de pyridine.

D'autres produits d'acylation peuvent être obtenus d'une manière analogue en remplaçant le chlorure de ben- zoyle par des halogénures d'acyle correspondants, par exemple le chlorure de toluène sulfonyle ou le chlorure d'acétyle. b) 45 mg de chlorure de dihydrostreptomycine obtenu de la manière décrite dans le paragraphe précédent et possédant une puissance de 700 unités par mg sont dissous dans un. ml. d'eau et on ajoute une solution de 71 mg de reineckate d'ammonium, NH4(Cr (SCN)4(NH3)2) dans 4 ml. d'eau à 50 C. Le produit (reineckate de dihydrostreptomycine) cristallise par refroidissement en longues aiguilles qui fondent en se décomposant à 195 @ C (température non corrigée) et ont une puissance de 370 unités par mg.

D'après sa composition déterminée par l'analyse (C, 27,19%; H,4,52%; N,21,85%; S, 23,59% et Cr, 9,55%) on voit qu'il s'agit d'un mélange des sels diacides et triacides.

100 mg de reineckate de dihydrostreptomycine cristallisé sont dissous dans 50 ml. d'eau et on ajoute à la solution 8 ml. d'une solution aqueuse saturée de sulfate d'argent et, a.près avoir laissé reposer le mélange pendant 5 heures à 0 C, on- sépare le précipité de reineckate d'argent par filtrage. On traite le filtrat

contenant le sulfate de dihydrostreptomycine et un excès de sul- fate,,d'argent, avec une solution aqueuse à 7 % de chlorure de baryum, jusqu'à ce que la totalité de l'argent soit précipitée à l'état de chlorure d'argent. On sépare le précipité par filtrage et on sèche le filtrat par congélation. Le sulfate de dihydrostrep- tomycine sensiblement pur ainsi obtenu peut contenir une faible proportion d'impuretés organiques provenant de l'ion reineckate.

On peut transformer le sulfate de dihydrostreptomycine sen- siblement pur en base de dihydrostreptomycine sensiblement pure par addition d'une proportion équivalente de baryte à une solution aqueuse de sulfate de dihydrostreptomycine en séparant le sulfate de baryum précipité par filtrage et en séchant le filtrat par con- gélation. b-suivant alternative 1) 70 mg de chlorure de dihydro- streptomycine obtenu de la manière décrite dans le paragraphe a) de cet exemple sont dissous dans un ml. d'eau et on mélange la so- lution avec une solution chaude de 124 mg de méthyl orange dans 5 ml.

d'une solution aqueuse de méthanol à 50%. Le produit (helian- thate de dihydrostreptomycine) refroidi à la température ambiante cristallise en longues aiguilles et après recristallisation à deux reprises dans le méthanol dilué, fond en se décomposant à 215-216 C (température non corrigée) et possède une puissance de 330 unités par mg. La teneur en soufre déterminée par l'analyse (6,36%) con- corde avec celle qui est calculée d'après la formule C21H39-41N7O12.

3C14H15N3O3S (6,40%).

On décompose l'helianthate de dihydrostreptomycine cris- tallisëe en le mettant en suspension dans le méthanol anhydre en ajoutant 3 mois HCl dans le méthanol anhydre, en filtrant le mélange, en'décolorant le filtrat avec du charbon de bois, en éliminant le charbon de bois par filtrage, en ajoutant au filtrat décoloré deux volumes d'éther anhydre et on recueille le précipité ainsi obtenu de chlorhydrate de dihydrostreptomycine par filtrage ou centrifu- geage.

b-suivant alternative.2) 1 gr. de chlorure de dihydro- streptomycine obtenu de la manière décrite dans le paragraphe a) de cet exemple est dissous dans .20 ml. d'une solution normale d' HCl dans le.méthanol et on laisse reposer la solution à la temp.é- rature ambiante pendant 48 heures.

Puis on ajoute 40 ml. d'éther annhydre à la solution.¯et on sépare le précipité qui consiste presque exclusivement en un dichlorhydrate de streptidine, par centrifugeage et on le lave avec 5 ml. d'un mélange de 2 parties d'éther anhydre et I partie de méthanol. On concentre la solution combinée dans l'éther et le méthanol dans le vide à un volume de 2 ml.; on sépare la faible quantité de matière solide qui s'y trou- ve par centrifugeage et on verse la solution dans 100 ml. d'éther anhydre en agitant. On laisse le mélange reposer pendant 4 heures dans le réfrigérateur et on sépare par décantation le produit huileux semi-solide.

Le produit qui est le chlorhydrate de méthyl dihydrostreptobiosaminide, après lavage à deux reprises avec de l'éther anhydre et séchage dans le vide sur KOH solide et l'acide sulfurique concentré est une poudre blanche, amorphe, hygrosco- pique ayant un pouvoir rotatoire ([alpha])25 = -135 dans le méthanol.

D Sa composition déterminée par l'analyse ( C = 43,88%; H = 8,00%; N = 3,36 %; OCH3 6,68 %; NCH3 = 3,38 % et Cl = 9,23 %) concorde avec la composition calculée d'agrès la formule C13H24NO8(OCH3)HCl.

L'absence dans ce produit du groupe diméthyl acétal et la présence d'un groupe acétyl supplémentaire dans le produit d'acétylation décrit ci-après prouve sans ambiguïté que le groupe réduit par l'hydrogénation de la streptomycine est le groupe carbonyle.

On dissout 125 mg de chlorhydrate de méthyl dihydrostreptobiosaminide dans 3 ml. de pyridine anhydre refroidie dans la glace et on ajou- te 3 ml. d'anhydride acétique. On refroidit le mélange pendant.24 heures et on le laisse reposer à la température ambiante pendant 48 heures et on verse la solution brun clairainsi ontenue sur de la glace broyée., puis on l'extrait avec le chloroforme. On extrait la solution dans le chloroforme avec l'acide chlorhydrique refroi-

di par de la glace jusquà ce que la totalité de la pyridine ait été éliminée puis avec une solution de bicarbonate de sodium et en- fin avec de l'eau puis on sèche sur du sulfate de sodium la solu- tion dans le chloroforme ainsi traitée, et on la concentre dans le vide.

On reprend le résidu gommeux ainsi obtenu dans 0,5 ml. d'al- cool absolu chaud et on le refroidit pendant 12-16 heures, puis on sépare les cristaux qui se sont formés de la liqueur mère et on les recristallise dans l'alcool. Le produit qui est le penta- acé- tate de méthyl dihydrostreptobiosaminide a la forme de prismes net- tement définis, fond à 188-189" C (température non corrigée) et a un pouvoir rotatoire ( [alpha]) 25 = Il-20.

Sa composition déterminée par-
D l'analyse ( C = 51,23 %; H = 6,62%; N = 2,43 %; OCH3 = 5,67%; NCH3 = 2,03%; COCH3 = 35,16%, et son poids moléculaire = 531) con- corde avec celle qui a été calculée d'après la formule : C13H19NO8 (OCH3) COCH3. b-suivant alternative 3) 1 gr. de chlorure de dihydro- streptomycine obtenu de la manière décrite dans le paragraphe a) de cet exemple est dissous dans 8 ml. d'une solution normale d'a- cide sulfurique et on maintient la solution à 45 C pendant 48 heu- res. On sépare par centrifugeage le sulfate de streptidine qui se cristallise pendant cette période (environ 450 mg) et on débarrasse le liquide surnageant de l'acide sulfurique en ajoutent une solu- tion de baryte.

Puis on traite la solution débarrassée du sulfate avec du carbonate d'argent solide jusqu'à ce que le pH du mélange ait une valeur de 7. On sépare le précipité formé par filtrage et on sèche le filtrat neutre par congélation. On peut sécher davanta- ge la dihydrostreptobiosamine ainsi obtenue en la maintenant à 1000 C pendant deux heures dans le vide.

En dissolvant la dihydro- streptobiosamine dans 20 ml. d'une solution normale d'HCl dans le méthanol, en laissant reposer la solution à la température ambian- te pendant 48 heures et en traitant le mélange de la réaction de la manière décrite dans le paragraphe b, alternative 2, on obtient le chlorhydrate de méthyl dihydrostreptobiosaminide..La teneur en

méthoxyle de ce produit est de 5,7 %, et son identité avec le chlorhydrate de méthyl dihydrostreptobiosaminide obtenu, directe- ment en partant de la dihydrostreptomycine (voir b, alternative:2) est confirmée par:.Le fait qu'il permet d'obtenir un penta-acétate cristallisé identique à celui qui est décrit dans le paragraphe b, alternative 2.

Exemple 2
100 mg. de chlorure de streptomycine ayant une puissance de 750 unités par mg et pouvant être obtenu de la manière décrite dans la demande de brevet de MM. Wintersteiner et Fried sont dis- sous dans 10 ml. d'eau, on ajoute 100 mg d'un catalyseur d'hydro- génation de 5% de palladium déposé sur du charbon de bois et on agite le mélange dans une atmosphère d'hydrogène jusqu'à ce qu'une mol. d'hydrogène par mol. de streptomycine ait été absorbé. Puis on filtre le mélange hydrogéné pour enlever le catalyseur et on sèche le filtrat par congélation. Le produit qui est le chlorure de dihydrostreptomycine, est à peu près identique à celui qu'on obtient dans l'exemple I. et peut être utilisé ou traité de la ma- nière décrite dans cet exemple.

L'invention ne doit pas être considérée comme limitée aux modes de mise en oeuvre qui ont été décrits et qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.

Claims

RESUME L'invention a pour objet : 1.- Un procédé pour la préparation de dérivés de la. strep- tomycine, caractérisé par. les points suivants, séparément ou en combinaison : 1 Pour transformer en dihydrostreptomycine la strep- tomycine, celle-ci est soumise à l'action d'un réactif susceptible de réduire un groupe carbonyle à l'état de groupe carbinol en mi- lieu non alcalin; 2 La streptomycine est hydrogénée par action cataly- tique; <Desc/Clms Page number 12> 3 Une hydrogénation catalytique est appliquée à un sel de streptomycine obtenu par addition d'un acide et conte- nant, en combinaison, des impuretés colorées; 4 L'hydrogénation catalytique est appliquée à un sel de streptomycine obtenu par addition d'un acide et contenant, en combinaison, des impuretés toxiques;

5 L'hydrogénation catalytique est appliquée à un sel de streptomycine obtenu par addition d'un acide et présen- tant, en combinaison, une activité d'histamine; 6 L'hydrogène est mis en contact, de manière intime, avec une solution aqueuse d'un sel de streptomycine obtenu par addition d'un acide et contenant un catalyseur d'hydrogénation, jusqu'au moment où est sensiblement absorbée une mol. d'hydrogène par mol. de streptomycine.

2.- A titre de produits industriels nouveaux, les dérivés de la streptomycine préparés dans les conditions précitées.