CH394208A

CH394208A - Verfahren zur Herstellung von Penicillinderivaten

Info

Publication number: CH394208A
Application number: CH1258660A
Authority: CH
Inventors: Peter Doyle Frank; Charles Nayler John Herbert
Original assignee: Beecham Group Ltd
Priority date: 1959-11-13
Filing date: 1960-11-10
Publication date: 1965-06-30
Also published as: GB889070A

Description

Verfahren zur Herstellung von Penicillinderivaten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von a-oxo-substituierten Penicillinen.

Die erfindungsgemäss hergestellten Substanzen sind wertvolle antibakterielle Agenzien. Sie dienen als Zusätze zu tierischem Futter, als Agenzien zur Behandlung von Mastitis bei Hornvieh und als therapeutische Agenzien zur Behandlung insbesondere von durch grampositive Bakterien verursachten Krankheiten bei Federvieh, Säugetieren und beim Menschen. Einige der neuen Verbindungen weisen ausser ihrer kräftigen antibakteriellen Wirksamkeit Wiederstandsfähigkeit gegenüber der Zerstörung durch Säure auf.

Die neuen Penicillinderivate haben die allgemeine Formel
EMI1.1
in welcher X die Gruppe R oder OR bedeutet, wobei R ein Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Aralkylrest ist. Das erfindungsgemässe Verfahren erstreckt sich auch auf die Herstellung nichttoxischer Salze dieser Säuren.

Solche nichttoxischen Salze sind die Salze des Natriums, Kaliums, Kalziums und Aluminiums, die Ammoniumsalze und substituierten Ammoniumsalze, z. B. Salze solcher nichttoxischer Amine, wie Trialkylamine, insbesondere des Triäthylamins, Procains, Dibenzylamins, N-Benzyl-ss-phenethylamins, l-Ephenamins, N,N'-Dibenzyläthylendiamins, Dehydroabietylamins, N, N'-bis-Dehydroabietyläthylen- diamins und anderer Amine, wie sie bisher zur Bildung von Salzen mit Benzylpenicillin Verwendung gefunden haben.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass 6-Aminopenicillansäure oder eines ihrer Neutralsalze mit einem Acylierungsmittel der allgemeinen Formel X. CO CO Z umgesetzt wird, wobei in dieser Formel Z ein bei der Acylierung primärer Aminogruppen austretender Rest ist. Acylierungsmittel dieser Art sind z. B. die Säurehalogenide, insbesondere die Säurechloride, ferner die entsprechenden Säurebromide sowie Säureanhydride und gemischte Säureanhydride mit andern Karbonsäuren, einschliesslich der Monoester der letzteren und insbesondere niedrigerer Monoester der Kohlensäure.

Mischanhydride,-wie sie als Acylierungsmittel beim erfindungsgemässen Herstellungsverfahren Anwendung finden können, können hergestellt werden, indem man eine Säure der Formel X CO COOH mit einem Alkylester der Chlorkohlensäure in Gegenwart eines tertiären Kohlenwasserstoffamins, wie des Triäthylamins, in einem wasserfreien inerten und vorzugsweise mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie z. B. in Dioxan, und gegebenenfalls in einer geringen Menge reinen wasserfreien Acetons während ungefähr 30 Minuten in der Kälte, z. B. bei 40 C, umsetzt. Zu der derart hergestellten Lösung des Mischanhydrides kann dann eine abgekühlte Lösung der 6-Amino-penicillansäure und ein tertiäres Amin, z. B. Triäthylamin, in einem Lösungsmittel, wie z. B.

Wasser, zugegeben werden, wobei sich das substituierte Ammoniumsalz des gewünschten Produktes bildet. Die Mischung kann hierauf gewünschtenfalls bei alkalischem pH-Wert mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wie z. B. mit Äther, zur Entfernung nicht umgesetzter Ausgangsprodukte extrahiert werden. Das Produkt in der wässrigen Phase kann im Anschluss daran in die freie Säure übergeführt werden, was mit Vorteil in der Kälte unter einer Deckschicht von Äther durch Zugabe einer verdünnten Mineralsäure erfolgt. Anschliessend kann die Säure mit einem mit Wasser nicht mischbaren, neutraIen, organischen Lösungsmittel, wie z. B. mit Ather, extrahiert werden und hierauf gegebenenfalls gewaschen und anschliessend getrocknet werden.

Die in freier Säureform im ätherischen Extrakt enthaltene Substanz kann hierauf in jedes gewünschte Metall- oder Aminsalz durch Behandlung mit einer geeigneten Base übergeführt werden, z. B. mit einem freien Amin, wie der Procainbase oder einer Lösung von Kalium-2-äthylhexanoat in trockenem n-Butanol. Diese Salze sind normalerweise in Lösungsmitteln, wie Äther, unlöslich und können deshalb durch blosses Filtrieren abgetrennt werden.

Eine andere Arbeitsweise zur Herstellung ätherischer Lösungen der Säureform der neuen Penicillinderivate besteht in der Herstellung einer wässrigen Lösung von 6-Amino-penicillansäure und Natriumbicarbonat und anschliessender Zugabe der Säurechloride. Das Gemisch kann im Anschluss hieran mit Äther zur Entfernung nicht umgesetzter oder hydrolysierter Ausgangsprodukte extrahiert werden. Anschliessend wird die Lösung angesäuert und die entstandene Säure mit Äther extrahiert. Dieser ätherische Extrakt wird getrocknet, z. B. über wasserfreiem Natriumsulfat, und das Trocknungsmittel entfernt, wobei die trockene, ätherische Lösung verbleibt, aus welcher das Produkt leicht isolierbar ist, vorzugsweise in Form eines ätherunlöslichen Salzes, wie des Kaliumsalzes.

Diese Arbeitsweise wird mit Vorteil dann angewandt, wenn das Säurechlorid mit einem primären Amin schneller reagiert, als es dies mit Wasser tut, was sich durch einen einfachen Versuch leicht feststellen lässt. Bei dieser Arbeitsweise kann das Säurechlorid ersetzt werden durch äquimolekulare Mengen des entsprechenden Säurebromids oder Säureanhydrids.

Da einige der erfindungsgemäss hergestellten antibiotischen Substanzen verhältnismässig unstabil sind und leicht änderungen unterliegen, welche einen Verlust der antibakteriellen Aktivität mit sich bringen, ist es wünschbar, Reaktionsbedingungen einzuhalten, die genügend milde sind, um die Zersetzung der Substanz zu vermeiden. Naturgemäss werden die einzuhaltenden Reaktionsbedingungen weitgehend von der Reaktionsbereitschaft der umzusetzenden chemischen Substanzen abhängen. In den meisten Fällen ist es erforderlich, dass ein Kompromiss geschlossen wird zwischen der Anwendung sehr milder Bedingungen während einer längeren Reaktionszeit und der Verwendung kräftigerer Reaktionsbedingungen während kürzerer Reaktionszeit mit der Möglichkeit einer Zersetzung eines Anteils der antibiotischen Substanz.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren sollten im allgemeinen 300 C nicht überschritten werden. In manchen Fällen ist Zimmertemperatur geeignet. Die Anwendung stark saurer oder alkalischer Reaktionsbedingungen im erfindungsgemässen Verfahren ist nicht ratsam. Vorzugsweise ist das Verfahren in einem pH-Bereich von 6 bis 9 durchzuführen. Es kann dies in üblicher Weise durch Verwendung eines Puffers, z. B. einer Lösung von Natriumbicarbonat oder eines Natriumphosphatpuffers, erreicht werden. Neben der Verwendung wässriger Reaktionsmedien, einschliesslich der Verwendung filtrierter Fermentationsbrühen und wässriger Lösungen roher 6-Amino-penicillansäure, können auch organische Lösungsmittel verwendet werden, z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Chloroform, Aceton, Methyl-Isobutyl-Keton und Dioxan.

Häufig hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, eine wässrige Lösung eines Salzes der 6-Amino-penicillansäure zu einer Lösung des Acyliemngsmittels in einem inerten Lösungsmittel, welches mit Wasser mischbar ist, wie z. B. Aceton oder Dimethylformamid, hinzuzugeben. Kräftiges Rühren ist naturgemäss dann von Vorteil, wenn mehr als eine Phase gegenwärtig ist, z. B. feste und flüssige Phase oder zwei flüssige Phasen.

Nach Abschluss der eigentlichen Herstellungsreaktion können die hergestellten Produkte gegebenenfalls durch diejenigen Techniken aufgearbeitet werden, wie sie für Benzylpenicillin und Phenoxymethylpenicillin bekannt sind. So kann das Produkt mit Diäthyläther oder n-Butanol bei saurem pH-Wert extrahiert werden und hierauf in ein wasserunlösliches Salz, z. B. durch Neutralisation mit einer n-butanolischen Lösung von Kalium-2-äthylhexanoat, übergeführt werden. Das Produkt kann auch aus wässriger Lösung als ein wasserunlösliches Aminsalz ausgefällt werden. Aus der wässrigen Lösung kann es auch direkt durch Lyophilisation, vorzugsweise in Form eines Natrium- oder Kaliumsalzes, gewonnen werden.

Wurde das Produkt als Triäthylaminsalz erhalten, so kann es in die freie Säureform und hiernach in eine andere Form von Salzen übergeführt werden in der Art und Weise, wie sie für Benzylpenicillin und andere Penicilline bekannt ist. So ergibt sich die Behandlung einer solchen Triäthylaminverbindung in Wasser mit Natriumhydroxyd das Natriumsalz, wonach das Triäthylamin durch Extraktion, z. B. mit Toluol, ausgezogen werden kann. Bei Behandlung des Natriumsalzes mit starken Säuren entsteht die Säureform, welche ihrerseits in andere Aminsalze, z. B. in das Salz des Procains durch Umsetzung mit der entsprechenden Base, übergeführt werden kann. Derart hergestellte Salze lassen sich durch Lyophilisation isolieren oder, sofern sie unlöslich sind, durch Filtration abtrennen.

Eine Arbeitsweise zur Isolierung des Produktes in Form eines kristallinen Kaliumsalzes besteht in der Extraktion aus saurer wässriger Lösung (z. B. pH-Wert 2) mit Diäthyläther, Trocknen des Atherextraktes und Zu gabe von mindestens einem Äquivalent einer konzentrierten Lösung von Kalium-2-äthylhexanoat in trockenem n-Butanol. Das Kaliumsalz fällt aus, gewöhnlich in kristalliner Form, und kann durch Filtrieren oder Dekantieren abgetrennt werden.

In den nachfolgenden Beispielen bedeutet Me Methyl, tat Äthyl und Ph Phenyl.

Beispiel 1
Herstellung von AthoxycarbonylpeniciIlin
EMI3.1

Eine Lösung von 280 mg Äthoxalylchlorid (Ät. 0. O zu CO CO. Cl) in 5 ml trockenem Aceton wurde tropfenweise im Verlauf von 10 Minuten unter Rühren zu einer Lösung von 400 mg 6-Aminopenicillansäure und 466 mg Natriumbicarbonat in 16 ml Wasser und 11 ml Aceton zugegeben. Nach Vollendung der Zugabe wurde das Gemisch bei Zimmertemperatur 30 Minuten lang gerührt und hierauf mit 32 ml Ather in drei Portionen extrahiert, wobei lediglich die wässrige Phase zurückbehalten wurde. Die letztere wurde auf 50 C abgekühlt mit 7 ml Butanol überschichtet und ihr pH-Wert mit verdünnter Salzsäure auf 2 eingestellt.

Nach der Schichtentrennung wurde die wässrige Phase mit 3 weiteren Portionen von je 3 ml Butanol extrahiert.

Die vereinigten Butanollösungen, welche in diesem Stadium die freie Penicillinsäure enthielten, wurden dreimal mit 5 ml Wasser gewaschen und hierauf mit 20 ml Wasser geschüttelt, dem 3, 0 ige Natriumbicarbonatlösung zugefügt worden war, um den pH Wert der wässrigen Phase auf 7 zu bringen. Weiter wurde die ButanolIösung mit 5 ml Portionen Wasser extrahiert, wobei jeder der Portionen genügend Bicarbonatlösung zur Einstellung ihres pH-Wertes auf 7 zugefügt worden war. Die vereinigten wässrigen Lösungen wurden mit 25 ml Äther gewaschen und hierauf bei niedrigerer Temperatur und vermindertem Druck eingeengt, wobei das rohe Natriumsalz des Äthoxycarbonylpenicillins verblieb. Nach Trocknen in einem Vakuumexsikkator wurde es als sehr hygroskopische, gelbe, feste Substanz, im Gewicht von 191 mg, erhalten.

Sein Reinheitsgrad ergab sich im Manometerversuch zu 42 %. Es inhibierte Staph. aureus bei einer Konzentration von 50 mcg/ml.

Beispiel 2
Herstellung von Benzoylpenicillin
EMI3.2

Eine Lösung von 330 mg Phenylglyoxylsäure (Ph CO CO2H) und 0,34 ml Triäthylamin in 17 ml trockenem Aceton wurde unter Rühren auf 0 C abgekühlt. Anschliessend wurde eine Lösung von 0,19 ml Äthylchlorcarbonat in ein wenig Aceton zugesetzt und das Gemisch 5 Minuten lang bei 0 C gerührt. Die Lösung enthielt jetzt das gemischte Anhydrid aus Athoxyameisensäure und Phenylglyoxylsäure zusammen mit suspendiertem Triäthylaminhydrochlorid. Nun wurde rasch eine Lösung von 450 mg 6-Amino-penicillansäure und 510 mg Natriumbicarbonat in 17 ml Wasser unter kräftigem Rühren in die stark gekühlte Lösung des Mischanhydrids eingetragen.

Das Gemenge wurde 30 Minuten lang bei 0 C gerührt und hiernach weitere 30 Minuten, während welcher Zeit es Zimmertemperatur erreichte. Das erhaltene Benzoylpenicillin wurde analog isoliert, wie dies in Beispiel 1 beschrieben worden ist. Es ergaben sich 351 mg des rohen Natriumsalzes in Form einer hellgelben hygroskopischen festen Substanz, deren Reinheit im Manometertest sich zu 45 % ergab. Die Substanz inhibierte Staph. aureus bei einer Konzentration von 0,12 mcglmi.

Beispiel 3
Folgende Penicillinderivate wurden analog den vorbeschriebenen Arbeitsweisen hergestellt aus 6-Amino-penicillansäure durch Umsetzung mit den nachstehend aufgeführten Derivaten oder Monoestern der Oxalsäure.

Säure: Penicillinderivat : Brenztraubensäure Acetylpenicillin Dimethyl-brenztraubensäure Isobutyrylpenicillin a-Oxohexancarbonsäure n-Valerylpenicillin Phenyl-brenztraubensäure Phenylacetylpenicillin Methyl-hydrogen-oxalat Methoxycarbonylpenicillin n-Butyl-hydrogen-oxalat Cyclohexyloxycarbonylpenicillin Phenyl-hydrogen-oxalat Phenoxycarbonylpenicillin Benzyl-hydrogen-oxalat Benzyloxycarbonylpenicillin Cyclohexylglyoxylsäure Hexahydrobenzoylpenicillin

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Penicillinderivaten der Formel EMI4.1 sowie nichttoxischer Salze derselben, wobei X die Gruppe R oder OR bedeutet und R ein Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Aralkylrest ist, dadurch gekennzeichnet, dass 6-Amino-penicillansäure oder eines ihrer Neutralsalze mit einem Acylierungsmittel der Formel X CO.CO.Z umgesetzt wird, in welcher Z ein bei der Acylierung primärer Aminogruppen austretender Rest ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Acylierungsmittel ein Säurehalogenid, insbesondere ein Säurechlorid, verwendet wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Acylierungsmittel ein Mischanhydrid verwendet wird, wie es durch Umsetzung einer Säure der allgemeinen Formel X CO. COOH mit einem Alkylester der Chlorkohlensäure in Gegenwart eines tertiären Amins in einem inerten, wasserfreien Lösungsmittel herstellbar ist.

3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Säurechlorid in wässriger Lösung direkt mit 6-Amino-penicillansäure umgesetzt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Äthoxalylchlorid mit 6Amine penicillansäure zum Äthoxycarbonylpenicillin umgesetzt wird.

5. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 6-Aminopenicillansäure mit dem durch Umsetzung von Phenylglyoxylsäure und Äthylchlorcarbonat erhältlichen gemischten Anhydrid zum Benzoylpenicillin umgesetzt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in freier Säureform erhaltenen Penicillinderivate in ihre nichttoxischen Salze übergeführt werden.