Verfahren zur Herstellung von neuen Penicillinen
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Herstellung von neuen Penicillinen der allgemeinen Formel :
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sowie nicht-toxischer Salze diieser Säuren, wobei in der Formel Z der Rest eines substituierten oder unsubstituierten heterocyclischen Ringsystems ist und Ri und Ra gleiche oder verschiedene Aryl-, Acyl-, Acyloxyoder Acylthioreste oder gogebenenfalls substituierte Alkyl-, Aralkyl-, Cycloalkyl-, Heterocyclo-, Alkoxy Aralkoxy-, Alkylthio oder Aralkylthiogruppen oder Halogenatome bedeuten oder Teile eines gegebenenfalls substituierten mit dem Z enthaltenden Ring kondensierten weiteren Ringes sind.
Einige dieser Penicilline besitzen über ihre kräftige antibakterielle Wirksamkeit hinaus Widerstandsfähigkeit gegenüber der Zerstörung durch Penicillinase und sind demzufolge wirksam gegenüber resistenten Bakterienstämmen, Weiterh, in sind einige dieser neuen Penicilline stabil gegenüber Säuren.
Es hat sich nun erwiesen, dass gewisse Verbindungen, welche unter die oben erwähnte Formel (I) fallen, alle vorstehend erwähnten wünschenswerten Eigenschaften dieser Penicilline aufweisen und dar- überhinaus befähigt sind, sehr hohe Blutspiegel im Menschen zu erzeugen. Fs handelt sich dabei um Verbindungen der nachstehenden Formel II. Gegenstand des vorliegenden Patentes ist ein Verfahren zur Herstellung von neuen Penicillinen der Formel
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sowie nicht-toxischer Salze derselben, wobei in der Formel X und Y gleich oder verschieden sind und Chlor-, Fluor-oder Bromatome bedeuten.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass 6-Aminopenicillansäure, eines ihrer Neutralsalze oder eine Kulturflüssigkeit, die 6-Aminopenicillansäure oder Neutralsalzs derselben enthält, umgesetzt werden mit Säurechlorid, Säurebromid, Säureanhydrid oder gemischten säureanhydrid einer Carbonsäure der Formel
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Nicht-toxische Salze, einschliesslich nicht-toxi- scher Metallsalze, sind Salze von Natrum, Kalium, Calzium und AlumuNum, Ammonium und substituierte Ammoniumsalze, z. B.
Salze solcher nichttoxischer Amine, wie Trialfkylamine, einschliesslich Triäthylamin, Procain, Dibenzylamin, N-Benzyl-betaphenethylamin, 1-Ephenamin, N, N1-Dibenzyläthylendiamin, Dethydroabietylamin, N, N1-bis-Dehydroabi etyläthylendiamin, sowie anderer Amine, wie sie bisher zur Bildung von Salzen mit Benzylpenicillin Verwendung gefunden haben.
Eine Ausiührungsform des erfindtungsgemässen Verfahrens unter Verwendung eines Mischanhydrides eines Alkylesters der Chlorkohlensäure besteht darin, dass man eine Säure der Formel (III) mit einem Alkylchlorcarbonat und einem tertiären Amin oder aliphatischen Amin, wie z. B. Triäthylamin in einem wasserfreien inerten und vorzugsweise mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie z. B. mit Dioxan mischt, und gegebenenfalls eine geringe Menge reinen trockenen Acetons hinzufügt. Zu dieser Lösung des Mischanhydrides wird dann eine gekühlte Lösung von 6-Aminopenicillansäure und ein tertiäres Amin, wie Triäthylamin in z. B. einem Lösungsmisttel, wie Wasser, hinzufügt, wobei das substituierte Ammoniumsalz des gewünschten Produktes entsteht.
Hiernach kann das Gemisch, gegebenenfalls bei alkalischem pH-Wert, mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wie Ather, zur EntferiMing nicht umgesetzten Ausgangsmaterials extrahiert werden. Das in der wässrigen Phase enthaltene Produkt wird hierauf in die freie Säure übergeführt, was vorzugsweise in der Kälte unter einer Atherschidht durch Zugabe von verdünnter Mineralsäure geschieht. Hernach wird das Produkt in Form der feien Säure , mit einem mit Wasser nicht mischbaren neutralen organischen Lösungsmittel, wie z. B. Ather, extnahiert und der Extrakt mit Wasser gewaschen und hernach getrock- net.
Das im ätherischen Extrakt in Form der freien Säure enthaltene Produkt kann hierauf in jedes gewünschte Metall-oder Aminsalz durch Behandeln mit einer geeigneten Base, z. B. mit einem, freien Amin, wie Procainbase oder einer Lösung von Kalium2-äthyl-hexanoat in trockenem n-Butanol, überge- führt werden. Derartige Salze sind normalerweise in Lösungsmitteln, wie Ather, unlöslich und können deshalb daraus durch blosses Filtrieren abgetrennt werden.
Atherische Lösungen der Säureform der erfindungsgemäss hergestellten neuen Verbindungen können hergestellt werden, indem man eine wässrige Lö- sung von 6-Aminopenicillansäure und Natriumbi caSbonat herstellt und dazu das Säurechlorid hinzu- fügt. Hiernach wird die Mischung mit Äther extrahiert, um nicht umgesetzte oder hydrolysierte Aus gangsprodukte zu entfernen. Nun wird die Lösung angesäuert und das in Form der freien Säure vorliegende Produkt mit Äther extrahiert. Dieser ätheri- sche Extrakt wird anschliessend getrocknet, z.
B. mit wasserfreiem Natriumsulfat, worauf, nach Entfernung des Trocknungsmittels, eine trockene ätherische Lösung des gewünschten Produktes zurükbleibt, aus welcher sich letzteres leicht isolieren lässt, vorzugs- weise in Form eines in Ather nicht löslichen Salzes, wie des Kaliumsalzes. Dieses Verfahren wird mit Vorteil dann angewendet, wenn das Säurechlorid mit einem primären Amin leichter reagiert, als es dies mit Wasser tut, was sich durch einen einfachen Test fest stellen lässt. Bei, dieser Arbeitsweise kann das Säure- chlorid ersetzt werden durch äquimolekulare Mengen des entsprechenden Säurebromids oder Säureanhy drids.
Im Falle, dass das Säurechlorid mit Wasser leich- ter reagiert, als mit der 6-Aminopenicillansäure, ist es erforderlich, unter wasserfreien Bedingungen zu arbeiten. Hierbei kann beispielsweise 6-Aminopenicil- lansäure und Triäthylamin mit einem wasserfreien Lösungsmittel, z. B. Aceton, Chloroform oder Methy- lendiohlorid, gemischt werden und zur Mischung das s Säurechlorid im selben Lösungsmittelhinzugefügt werden. Das Gemenge wird nun angesäuert und die wässrige Schicht abgetrennt.
Die Schicht mit dem organischen Lösungsmittel kann hiernach mit Na trium-oder Kaliumbikarbonatlösung behandelt werden, wonach die wässrige Bicarbonatschicht abgetrennt und konzentriert wird, um daraus das Natriumoder Kaliumsalz des Penicillins zu gewinnen.
Da einige der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten antibiotischen Substanzen ver hältnismässijg instabile Verbindungen sind, welche leicht chemischen Anderungen uerliegen, die ihre antibiotische Aktivität vermindern, ist es wünschbar, derart milide Reaktionsbedingungen einzuhalten, dass ihre Zersetzung unterbleibt. Die dabei zu wählenden Reaktionsbedingungen hängen naturgemäss in weitem Mass von der Reaktionsbereitschaft der verwendeten chemischen Reagentien ab.
In den meisten Fällen ist es erforderlich, einen Kompromiss zu schliessen, zwischen der Verwendung sehr milder Reaktions- bedingungen während längerer Reaktionszeiten und der Anwendung kräftiger Reaktionsbedingungen wäh- rend kürzerer Zeit, mit der Möglichkeit, dass ein Teil der antibiotischen Substanzen sich dabei zersetzt.
Im allgemeinen sollte diie beim erfindungsgemässen Verfahren einzubaltende Temperatur 30 C nicht überschreiten, wobei häufig Zimmertemperatur geeignet ist. Weiterhin sollte die Verwendung starker Säuren oder starker Alkalien in wässrigem Medium beim erfindungsgemässen Verfahren vermieden werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Verfahren im pH-Bereich von 6 bis 9 durchzuführen, was in üblicher Weise durch Verwendung eines Puffers, z. B. einer Lösung von Natriumbicarbonat oder eines Natriumphosphatpuiffers, erreicht werden kann.
Ausser in wässrigen Reaktionsmedien, einschliesslich filtrierter Fermentationsbrühen oder wässriger Lösungen von roher 6-Aminopenicillansäure, kann auch Verwendung von organischen Lösungsmitteln gemacht werden, z. B. von Dimethylformamid, Dimethylacet- amid, Chloroform, Aceton, Methylendichlorid, Me thyl-isobutyl-keton und Dioxan. Häufig erweist sich als sehr günstig die Zugabe einer wässrigen Lösung eines Salzes der 6-Aminopenicillansäure zu einer Lösung des Acylierungsmittels in einem inerten mit Wasser mischbarenLösungsmittel,wie z. B. Aceton oder Dimethylformamidi. Kraftiges Rühren ist selbstverständlich dann von Vorteil, wenn mehr als eine Phase zugegen ist, z. B. eine feste und eine flüssige oder zwei flüssige Phasen.
Nach Beendigung der Reaktion können die Reaktionsprodukte isoliert und aufgearbeitet werden nach den bekannten Techniken für Benzylpenicillin und Phenoxymethylpenicillin. So kann das Produkt z. B. mit Diäthyläther oder n-Butanol bei saurem pH-Wert extrahiert werden und dann durch Lyophilisation oder durch tYberführung in ein im Lösungsmittel unlösli- ches Salz, z. B. durch Neutralisation mit einer Lösung von Natrium-oder Kalium-2-äthylhexanoat in n Butanol, gewonnen werden. Weiterhin kann das Produkt aus wässriger Lösung als wasserunlösliches Salz eines Amins gefällt werden, oder daraus direkt durch Lyophilisation vorzugsweise in Form eines Natriumoder Kaliumsalzes abgeschieden werden.
Falls das Triäthylaminsalz gebildet wurde, lässt sich daraus die freie Säureform des Produktes herstellen, welche an schliessend in andere Salze übergeführt werden kann, in der Art und Weise, wie dies bei Benzylpenicillin und anderen Penicillinen bekannt ist. So gelingt es zum Beispiel durch sorgfältige Behandlung einer derartigen Triäthylaminverbindung ixh Wasser mit Natriumhydroxyd sie in das Natriumsalz überzuführen, wonach das Triäthylamin durch Extraktion, z. B. mit Toluol, abgeschieden werden kann. Eine Behandlung des Natriumsalzes mit starken wässrigen Säuren führt zur Bildung der Verbindung in Form der freien Säure, die ihrerseits wieder in andere Amins, alze, z.
B. in dasjenige des Prochains, vermittels Umsetzung mit einer geeigneten Aminobase übergeführt werden kann.
Derart hergestellte Salze können durch Lyophilisation, oder falls das Produkt unlöslich ist, durch Filtration abgetrennt werden. Eine Arbeitsweise zur Isolierung des Produktes als kristallines Kaliumsalz besteht darin, dass man das Produkt aus einer sauren (z. B. pH-Wert 2) wässrigen Lösung mit Diäthyläther extrahiert, den Ather trocknet und mindestens ein Äquivalent einer konzentrierten Lösung von Kalium-2 äthylhexanoat in trockenem Butanol hinzufügt. Das dabei gebildete Kaliumsalz fällt aus, gewöhnlich in kristalliner Form und kann anschliessend durch Filtrieren oder Dekantieren abgetrennt werden.
Die erfindungsgemäss hergestellten Verbindungen können in Gemischen mit geeipeten pharmazeuti- schen Trägersubstanzen verwendet werden.
Beispiel 1
Herstellung des Natriumsalzes von 3- (2', 6'-Dichlor phenyl)-5-methyl-4-isoxazolylpenicillin
Eine Suspension von 52, 5 g 6-Aminopenicillan- säure in 484 ml Wasser wurde durch Zugabe von normalem wässrigem Natriumhydroxyd auf den pH Wert 7, 2 eingestellt und die erhaltene Lösung mit einer Losung von 70, 5 g 3-(2', 6'-Dichlorphenyl)-5- methylisoxazol-4-carbonylchlorid in 726 ml Isobutyl methyl-keton behandelt. Das Gemenge wurde 11/2 Stunden lang kräftig gerührt und hernach durch Dicalits- (Markenname) filtriert.
Die Schichten wur den anschliessend getrennt und die Isobutyl-methyl keton-Schicht wurde mit gesättigter Kochsalzlösung geschüttelt. Nach erneuter Schichtentrenmmg wurde die Isobutyl-methyl-keton-Phase filtriert und hierauf mit 125 ml doppelt normaler Lösung von Natrum- 2-äthylhexanoat in Isopropanol behandelt, wobei eine klare Lösung entstand. Das Natriumsalz des 3- (2', 6' Dichlorphenyl)-5-methyl-4-isoxazolylpenicillins im Gewicht von 63, 9 g wurde abgetrennt als weisses mikrokristallines Monohydrat vermittels Filtration und anschliessend in Luft getrocknet. Es zeigt einen Zersetzungspunkt von 214 C und eine Drehung von [α]D21 + 132, 8 (c = 1 in, HO).
Analyse ; gefunden : C = 44, 2 ouzo H = 3, 8% N = 8,3 % S = 6, 6 ouzo berechnet für C19H16Cl2N3O5SNa, H2O : C = 44, 7 O/o H = 3, 5 I/o N = 8, 2 ouzo S = 6, 3 O/o
Das Produkt inhibierte Staph. Oxford bei 0, 1 mcg/ml, den benzylpenicillin-resistenten Staph. 1 bei 0, 5 mcg/ml und den benzylpenicillin-resistenten Staph.
2 bei 0, 5 mcg/ml.
Die als Ausgangsprodukt verwendete 3- (2', 6'-Di chlorphenyl)-5-methylisoxazol-4-carbonsäure vom Smp. 220 bis 221 C wurde erhalten durch Konden- sation von 2, 6-Dichlor-benzohydroxamoylchlorid mit Methyl-acetoacetat in methanolischem Natriummeth- oxyd, gefolgt von Hydrolyse des erhaltenen Esters.
Das entsprechende Säurechlorid wurde erhalten durch Behandlung der Säure mit Thionylchlorid.
Beispiel 2
Herstellung von 3-(2',6'-dichlorphenyl)-5-methyl 4-isoxazolylpenicillin in Form der freien Säure
Eine Suspension von 216 g 6-Aminopenicillan- säure in 2 Liter Wasser wurde durch Zugabe von normaler Natronlauge (ungefähr l Liter) auf pH 6, 8 eingestellt und die erhaltene Lösung kräftig gerührt, während eine Lösung von 290 g 3- (2', 6'-Dichlorphenyl)-5-methyl-isoxazol-4-carbonylchlorid in 1, 5 Liter Aceton in einem Guss hinzugefügt wurde. Die Temperatur stieg auf 26 C an und bei fortschreitender Umsetzung fiel das Penicillin in Form der freien Säure als weisse Substanz aus. Nach 30 Minuten wurde die Suspension auf 10 C abgekühlt und bei dieser Temperatur das Rühren eine Stunde lang fortgesetzt.
Das Gemisch wurde dann auf O C gekühlt, zentrifugiert und das feste Produkt mit 250 ml wäss- rigem Aceton gewaschen um schliesslich in einem Luftofen bei 30 C getrocknet zu werden. Das erhaltene Produkt im Gewicht von 440 g und einer Ausbeute von 94% hatte eine Drehung von [a] D20 +106, 3 (c = 1 in EtOH) und erwies sich vermittels alkalimetrischem Test von einer Reinheit von 97, 5 /o.
Beispiel 3
Herstellung des Kaliumsalzes von 3- (2', 6'-Dichlor phenyl)-5-methyl-4-isoxazolylpenicillin
Dieses Salz wurde hergestellt durch Auflösen der freien Säureform des Penicillins in der äquivalenten Menge von wässrigem Kaliumjbicarbonat und Gefrier- trocknen der erhaltenen Lösung. Das Hydrat des derart erhaltenen Salzes zeigte beim alkalimetrischen Test eine Reinheit von 94 /o und enthielt 6 /o Wasser.
Drehung : [a] D2 +127, 2 C (C = 1 in H2O).
Beispiel 4 Herstellung von 3-(2'-Chlor-6'-fluorphenyl)-5-methyl 4-isoxazolylpenicillin
Diese Verbindung wurde hergestellt durch Behandlung von 36, 4 g 6-Aminopenicillansäure mit 46, 1 g 3- (2'-Chlor-6'-fluorphenyl)-5-methylisoxazol- 4-carbonylchlorid gemäss der Arbeitsweise vom Beispiel 1, mit Ausnahme, dass die Fällung des Natriumsalzes erst herbeigeführt werden konnte, nachdem das Gemisch mit. Ather verdünnt worden war. Auf diese Weise wurden 60, 7 g des Natriumsalzes des Penicillins erhalten, dessen Reinheit sich im alkalimetrischen Test zu 88 O/o erwies.
Das Produkt inhibierte Staph. Oxford bei einer Konzentration von 0, 25 mcg/ml und einen benzyl penicillinrosistenten Staphylococcus bei 1, 25 mcg/ml.
Die als Ausgangsmaterial verwendete 3- (2'-Chlor- 6'-fluorphenyl)-5-methylisoxazol-4-carbonsäure vom Smp. 206 bis 207 wurde erhalten durch Chlorieren von 2-Chlor-641uorbenzaldoxim, Kondensation des erhaltenen Hydroxamoylchlorids mit Methyl-acetoacetat in methanolischem Natriummethoxyd und Hy- drolyse des erhaltenen Esters mit heissem Alkali. Das Säurechlorid wurde erhalten durch Behandlung der Säure mit Thionylchlorid.
Beispiel 5 Herstellung von 3-(2'-Brom-6'-chlorphenyl)-5-methyl 4-isoxazolylpenicillin
Acylierung von 25, 2 g 6-Aminopenicillansäure mit 39, 1 g 3-(2'-Brom-6'-chlorphenyl)-5-methylisoxazol-4-carbonylchlorid nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 ergab 48 g des Natriumsalzes dieses Penicillins. Der alkalimetrische Test zeigte eine Reinheit des Produktes von 77 /o.
Die Substanz inhibierte Staph. Oxford bei 0, 1 mog/ml und den benzylpenicillin-resistenten Staph. bei 1, 25 mcg/ml.
DasZwischenprodukt 3-(2'-Brom-6'-chlorphenyl)- 5-methylisoxazol-4-carbonsäure vom Smp. 231 bis 232 wurde hergestellt, wie dies Sir die entsprechen- den Säuren in den vorhergehenden Beispielen angegeben worden ist. Es wurde in üblicher Weise in das Säurechlorid übergeführt.
Beispiel 6 Herstellung von 3-(2', 6'-Difluorphenyl)-5-methyl-
4-isoxazolylpenicillin
Acylierung von 3, 24 g 6-Aminopenicillansäure mit 3- (2', 6'-Difluorphenyl)-5-methylisoxazol-4-carbo- nylchlorid (erhalten aus 3, 59 g der entsprechenden Säure, Smp. 173 bis 174 ) nach der im Beispiel 4 beschriebenen Arbeitsweise ergab 6, 6 g. des Natrumsalzes dieses Penicillins.
Beim kolometrischen Test mit Hydroxylamin zeigte das Produkt eine Reinheit von ungefähr 61 /o.
Die Substanz inhibierte Staph. Oxford bei 0, 25 mcg/ml und den benzylpenicillin-resistenten Staph. bei 1, 25 mcg/ml.
Blutspiegelwerte
Die gemäss den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Substanzen wurden je in Dosen von 500 mg an freiwillige Versuchspersonen mündlich verabreicht. Hierauf wurden in regelmässigen Abständen Blutproben entnommen, und die Konzentrationen der im Serum enthaltenen Antibiotika durch Bio-Teste bestimmt.
Die Mittelwerte der an jeder Gruppe erhaltenen Ver suchsresultate sind in der nachfolgenden Tabelle im Vergleich mit Resultaten, welche sich bei der Verab folgung von 3-o-Chlorphenyl-5-methyl-4-isoxazolyl- penicillin in Form des Natriumsalzes (Cloxacillin) ergaben, zusammengestellt. Es ergibt sich daraus, dass jedes der neuen Penicilline höhere und/oder länger dauernde Serumspiegel produzierte, als dies mit Cloxacillin der Fall war.
Substanz von Konzentration im Serum (meg/ml) Beispiel Nr. ¸Std. 1 Std. 2 Std. 4 Std.