CH434262A

CH434262A - Verfahren zur Herstellung von antibiotischen carbocyclischen Carboxamidocephalosporinverbindungen

Info

Publication number: CH434262A
Application number: CH1148462A
Authority: CH
Inventors: Harold Flynn Edwin
Original assignee: Lilly Co Eli
Priority date: 1962-09-28
Filing date: 1962-09-28
Publication date: 1967-04-30

Description

Verfahren zur Herstellung von antibiotischen carbocyclischen
Carboxamidocephalosporinverbindungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellun von antibiotischen carbocyclischen Carboxamidocephalo sporinverbiiidungen der allgemeinen Formel
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oder deren Salzen mit pharmazeutisch annehmbaren Ka tionen oder Anionen, worin R1 eine Hydroxyl-, Acet oxy-, Pyridino- oder substituierte Pyridinogruppe und R eine Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Naphthyl-oder Ada mantylgruppe oder ein Substitutionsprodukt einer dieser Gruppen mit mindestens einem Halogen-, Nitro-, Trifluormethyl-, Cl-bis C4-Alkyl- oder Ci-bis C2-Alkoxy- Substituenten ist,

das dad'urch gekennzeichnet ist, dass man eine 7-Aminocephalosporinverbindung der allgemeinen Forme ; t
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in Gegenwart von Wasser oder einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen dem Gefrierpunkt des Reaktionsgemisches und annähernd 20 C mit einem Acylierungsmittel acyliert, das mindestens einen carbocyclischen Carbonylrest der allgemeinen Formel
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aufweist.

Die Cephalosporinverbindungen, worin RI Pyridiho oder substituiertes Pyridino ist, können auch hergestellt werden, indem man die carbocyclische Carboxamido- cephalosporansäureverbindung (das beisst die Verbin dung mit R1 = Acetoxy) in Lösung mit einem Über schuss von Pyridin oder substituiertem Pyridin zum
Rückfluss erhi°zt, um das entsprechende carbocyclische Acylderivat des Kerns von Cephalosporin-CA-verbin- dungen zu bilden.

Die carbocyclischen Carboxamidocephalosporan säuren können auch zur Herstellung der entsprechenden carbocyclischen Acylderivate des Kerns von Desacetyl cephalosporin-C-verbindungen verwendet werden, in dem man die Säureverbindung m einem gepufferten wässrigen Medium mit Citrusfrucht-Acetylesterase be handalt.

RI kann die Hydroxyl-oder Acetoxy-oder Pyridino- oder eine substitwierte Pyridinogruppe sein, wie sie durch Umsetzung von Cephalosporin C mit
Nicotin, Nicotinsäure, Isonicotinsäure, Nicotinamid, 2-Aminopyridiin, 2-Amino-6-methylpyridin,
2, 4, 6-Trimethylpyridin, 2-Hydroxymethylpyridin,
Sulfapyridin, 3-Hydroxypyridin,
Pyridin-2,3-dicarbonsäure, Chinolin,
Picolinsäure und dergleichen entsteht.

R kann ein Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, &alpha;-Naphthyl-, ss-Naphthyl-, oder Adamantylrest oder ein Substitu- tionsprodukt dieser Reste mit einem oder mehreren Chlor-, Brom-, Fluor-, Jod-, Nitro-, Trifluoromethyl-, Cl-bis C4-Alkyl-oder Cl-bis Cs-Atkoxy-Substituenten am Ring sein.

Die Struktur und Darstellung des Adamantytrestes ist von Stetter in Angewandte Chemie 66, 217 (1954) beschrieben worden.

Die erfindungsgemäss hergestellten neuen Verbin- dungen sind insofern mit dem Cephalospori'n C verwandt, als sie den 5, 6-Dihydro-2H-1, 3-thiazinring mit dem ankondensierten ss-Lactamring in der 2, 3-Stellung enthalten, der chara'kteristisch für das Cephalosporin C ist. Im Gegensatz zum Cephallosporin C jedoch, das in der 7-Stellung die 5'-Amino-N'-adipamylgruppe aufweist, sind die erfindungsgemäss hergestellten Verbin dungen in der 7-Stellung durch eine Carbocyclocarbon säureamidgruppe gekennzeichnet.

Darüber hinaus sind die erfindungsgemäss hergestellten Verbindungen im Gegensatz zum Cephalosporin C, das nur eine verhältnismässig geringe antibakterielle Wirksamkeit besitzt, hochwirksame antibakterielle Mittel, die das Wachstum zahlreicher Typen von Mikroorganismen in den verschiedensten Umgebungen zu hemmen vermögen.

Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, falot eine Vielzahl von verwandten Verbindungen, die die bicyclische Ringstruktur des Cephalosporins C aufwei- sen, jedoch in bezug auf die Substituenten variieren, unter die obige Formel.

Wie bei den Penicillinen, mit denen die erfindungsgemäss hergestellten Verbindungen bis zu einem gewissen Grade verwandt sind, können durch Kombination mit nichttoxischen pharmazeutischen annehmbaren Kationen oder Anionen zahlreiche Salze hergestellt werden.

Als Beispiele seien einige Typen von kationischen Salzen genannt, die aus den Verbindungen hergestellt werden können, die den Cephalosporin-C-Kern enthal'ten : wasserlösliche Salze, wie die Natrium-, Kalium-, Lithium-, Ammonium-und substituierten Ammoniumsalze, sowie weniger wasserlösliche Salze, wie die Calcium-, Barium-, Procain-, Chinin- und Dibenzyläthylen diaminsalze. Diejenigen Verbindungen, die den Cephal'o- sporin-CA-Kern enthalten, bilden keine kationischen, sondern anionische Salze, das heisst Additionssalze mit starken Säuren, wie Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure und ähnliche Säuren.

Die folgende Aufzählung erläutert in Verbindung g mit den weiter unten folgenden Beispielen die Vcrbin- dungstypen, die erfindungsgemäss erhältlich sind :
7-Cyclobutancarboxamidocephalosporansäure,
7-Cyclopentancarboxamidocephalosporansäure,
7-(2'-Chlorcyclobutancarboxamido) cephalosporansäure,
7-(2'-Bromcyclopentancarboxamido) cephalosporansäure,
7-(3'-Fluorcyclopentacarboxamido) cephalosporansäure,
7-(2'-Methylcyclopentancarboxamido) cephalosporansäure,
7-(3'-Methyloxycyclopentancarboxamido) cephalosporansäure, 7-&alpha;-Nitro-ss-naphthoylaminocephalosporansäure,
7-&alpha;-Trifluormethyl-ssp-naphthoylamino- cephalosporansäure, 7-Methylaclamantancarboxamido- cephalosporansäure und dergleichen, sowie die entsprechenden Cephalosporin-CA-Analoga.

Cephallospori'n C kann durch Kultivierung eines Ce phalosporin C bildenden Organismus in einem geeigneten Nährmedium hergestellt werden, wie in der britischen Patentschrift Nr. 810 196 beschrieben i ! st.

Cephaldsporin C lässt sich auch leicht in Verbindun- gen vom Cephalosporin-CA-Typ verwandeln, z. B. durch Kochen m wässriger Losung mit einem Überschuss an Pyridin, wie es in der belgischen Patentschrift Nummer 593 777 beschrieben wird.

Die Umsetzung ist ganz all- gemein auf Pyridin und substituierte Pyridine anwend- bar, von denen oben zahlreiche Beispiele genannt wurden, wobei die entsprechenden Derivate des Cephalo- sporin-CA-Typs entstehen, bei denen die Pyridino-oder substituierte Pyridinogruppe mit der Methylgruppe in der 5-Stellung des Thiazinringes verbunden ist und mit der Carboxylgruppe in der 4-S'tellung ein inneres Salz bildet.

Desacetylcephalosporin C lässt sich bequem durch mehrstündige Behandlung von Cephalosporin C mit Citrusfrucht-Acetylesterase in wässrigem Phosphatpuffer vom pH = 6, 5-7 nach dem Verfahren von Jansen, Jang und Mac Donnell. Archiv. Biochem. 1947-48, 1516, herstellen.

Aus den verschiedenen, auf diese Weise erhältlichen Cephalosporin-C-Verbindungen lässt sich der entspre- chende Kern leicht herstellen, wenn man die 5' Amino-N'-adipamyl-Seitenkette zwischen dem Amidstickstoff und der Amidcarbonylgruppe spaltet. So kann die 7-Aminocephalosporansäure nach dem in der belgischen Patentschrift Nr. 593 777 beschriebenen Verfahren durch längeres Digerieren von Cephalosporin C mit einer Mineralsäure in Abwesenheit von Licht her- gestellt werden.

Die oben definierten Verbindungen werden durch Acylieruhg der entsprechenden Cephalosporin-C-Kerne hergestellt, sei es nun der Kern des Cephalosporins C selbst, des Cephalosporins CA oder einer anderen Variante. Wahlweise können die Verbindungen vom Ce p'halosporiin-CA-und Desacetylcephalosporin-Typ auch erhalten werden, indem man die Umwandlungsverfahren der belgischen Patentschrift Nr. 593 777 und von Jan 'sen und Mitarbeitern auf di'e entsprechenden 7-Acyl aminocephalosporansäuren anwendet, um auf diese Weise die Verbindungen mit den entsprechenden Ker nens-zu erhalten.

Für die Acylierung der 7-Aminogruppe der Cephalosporan- Kerne - wie oben angegeben-können die üblichen Acylierungsverfahren sowie irgendwelche der ver schiedenen Typen von bekannten Acylierungsmitteln n verwendet werden, die eine Zusammensetzung aufweisen, die der gewünschten Seitenkette entspricht.

Ein bequemes Acylierungsmittel ist das entspre chende Carbocyclocarbonsäurechlarid oder-bromid.

Die Acylierung wiird in Wasser oder einem geeigneten organischen Lösungsmittel ausgeführt, vorzugsweise unter praktisch neutralen Bed'ingungen sowiie vorzugsweise bei verringerter Temperatur, das heisst oberhalb des Gefrierpunktes des Reaktionsgemisches und unterhalb von etwa 20 C. Bei einem typischen Verfahren wird die 7-Aminocephalosporansäure bzw. eines ihrer ge nannten Derivate zusammen mit einer ausreichenden Menge Natriumbicarbonat oder einer anderen geeigneten alkalischen Verbindung zur Beschleunigung der Lösung in wässrigem 50volumprozentigem Aceton gelöst, wobei die Konzentration der 7-Aminocephalospo- ransäure etwa 1-4 Gew. % beträgt.

Die Lösurig wird auf etwa 0-5 C abgekühlt, und es wird unter Rühren und
Kühlen eine Lösung des Acylierungsmittels in etwa
20 % igem Überschuss hinzugegeben. Falls der pH-Wert der Mischung nicht konstant bleibt, kann er durch Ein- leiten von Kohlendioxyd im Neutralbereich gehalten werden. Nach beendeter Zugabe des Acylierungsmittels wird das Reaktionsgemisch weiter gerührt und'auf Raumtemperatur erwärmen gelasse. Das Reaktions- gemisch wird sodann bis auT etwa pH = 2 angesäuert und mit einem organischen Lösungsmittel, wie Athyl- acetat, extrahiert.

Der Äthylacetat-Extrakt wird mit einer Base, die das gewünschte Kation des Endproduktes aufweist, auf etwa pH = 5, 5 eingestellt und mit Wasser extrahiert. Die wässrige Lösung wird abgetrennt und zur Trockne verdampft. Der Rückstand wird in der Mcmst- möglichen Menge Wasser aufgenommen und das gewünschte Produkt durch Zugabe eines grossen Uberschusses an Aceton und gegebenenfalls Äther gefällt.

Das dabei erhaltene kristalline Produkt wird abfiltriert, mit Aceton gewaschen und getrocknet.

Die Acylierung kann auch mit der entsprechenden Carbocyclocarbonsäure selbst in Verbindung mit einer äquimolaren Menge eines Carbodiimids, wie
N, N'-Diisopropylcarbodiimid,
N, N'-Dicyclohexylcarbodiimid,
N,N'-Bis-(p-dimethylamidophenyl)-carbodiimid,
N-Äthyl-N'-(4"-äthylmorpholinyl)-carbodiimid oder dergleichen, ausgeführt werden, wobei die Acylierung in solchen Fällen bei Normaltemperatur verläuft.

Wahlweise kann die Carbocyclocarbonsäure in das entsprechende Säureanhydirid, das Azid oder einen akti- vierten Ester verwandelt werden, wobei jedes dieser Derivate zur Erzielung der gewünschten AcyHerung verwendet werden kann. Weitere bekannte Mittel brauchen hier nicht aufgezahlt zu werden.

In vielen Fällen kann das Acylierungsmittel eines oder mehrere asymmetrische Kohlenstoffatome enthalten und daher in optisch aktiven Formen vorkommen. Bei der gewöhnlichen chemischen Synthese werden dliese Verbindungen gewöhnlich in Form des Racemats, das heisst eines äquimolaren Gemisches der optischen Antipoden, das keine optische Drehung zeigt, gewonnen.

Werden die genannten optischen Isomeren gewünscht, so kann das Acylierungsmittel in üblicher Weise gespalten werden, z. B. durch Umsetzung der freien Säure mit Cinchonin, Strychnih, Brucin und dergleichen, fraktio nierte Kristallisation der dia'stereoisomeren Salze und getrenntes Ansäuern der festen Phase und der fliissigen Phase, um die optischen Antipoden freizusetzen.

Die auf diese Weise erhaltenen freien Säuren können als solche für die Acylierung verwendet werden, und zwar vorzugsweise in Verbindung mit einem Carbodiimid, oder können nach üblichen Verfahren in das entspre- chende Säurehalogenid oder ein gemischtes Anhydrid umgewandelt werden, wobei natürliche extreme Bedin gungen vermieden werden müssen, damit keine Racemi sierung eintritt.

In der Literatur sind die erfindungsgemäss verwendeten AcyTierungsmittel zusammen mit Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben worden, und eine Anzahl von ihnen ist im Handel erhältlich. Sämtliche Verbindungen lassen sich nach bekannten Verfahren leicht herstellen.

Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Ar beitsbeispiele erläutert, die jedoch nicht als Begrenzung des Erfindungsbereiches aufzufassen sind. Die in den Beispielen angegebenen chemischen Analysen wurden nach dem Verfahren von Ford, Analytical Chemistry 19, 1004 (1947), durchgeführt, das auf der quantitativen Bestimmung des ss-Lactamringes des Cephalosporin- Moleküls durch Umsetzung mit Hydroxylamin beruht.

Die antibiotíschen Wirksamkeiten wurden an Staphylo- coccus aureus 209 P un'ter Anwendung einer geeigneten Abwandlung der Papierscheibenplatten-Verfa'hren von Higgins und Mitarbeitern, Antibiotie & Chemitherapy 3, 50-54 (Januar 1953), und Loo und Mitarbeitern, Journal of Bacteriology 50, 701-709 (1945), bestimmt. Die pKa-Werte der Säuren wurden durch Titration in wässrigem 66 % igem Diemethylformamid bestimmt.

Beispiel 1 7-G-NaphthoylaminocephalosporaQsäure
1,0 g 7-Aminocephalosporansäure und 680 mg Natriumbicarbonat wurden in einem Gemisch von 50 cm3 Wasser und 40 cm3 Aceton gelöst. Die erhaltene Lösung wurde in einem Eisbad geküt undinnerhalb von 45 Min. mit einer Lösung von 670 mg &alpha;-Naphthoylchlorid in 10 cm3 Aceton versetzt, wonach noch weitere 1, 5 Std'. lang gerührt wurde. Aus dem Reaktionsgemisch wurde das Aceton abgezogen, und die zurückbleibende Lösung wurde mit 50 cm3 Äthylacetat überschiechtet und mit Salzsäure auf pH = 2, 0 angesäuert.

Die Afhylacetat- schicht wurde abgetrennt und bei pH = 5, 5 mit Wasser ausgeschüttelt, wobei zur pH-Einstellung verdünnte wässrige Kalilauge verwendet wurde. Der wässrige Extrakt wurde bis zu einem Sirup eingeengt, der durch Verdünnen mit Aceton fest wurde. Der Niederschlag wurde aus einem Gemisch von Methylalkohol und ho- propylalkohol umkristallisiert. Es wurden 250 mg 7-ce- Naphthoyllaminocephalosporansäure in Form des Ka liumisalzes gewonnen. Der pKa-Wert der Säure beträgt 4,85. Bei der chemischen Analyse entspricht 1 mg Produkt 1330 Einheiten Penicillin G. Die Verbindung zeigt UV-Maxima bei 219 und 269 m (# = 47 600 bzw.

10 200).

Beispiel 2
7-ss-Naphthoylaminocephalosporansäure
1, 0 g 7-Aminocephalosporansäure und 1 g Natrium bicarbona't wurden in einem Gemisch von 50 cm3 Wasser und 40 cm3 Aceton gelös't. Die Lösung wurde in einem Eisbad gerührt und innerhalb von etwa 30 Min. mit einer Lösung von 670 mg ss-Naphthoylchlorid in 10 cm3 Aceton versetzt, wonach noch weiter 2-3 Std. lang in der Kälte gerührt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde im Vakuum von dem Aceton befreit, und es wur- den 100 cm Äthylacetat zugegeben, gefolgt von 1normaler Salisäure, um das Gemisch auf pH = 2 anzusäuern. Die wässrige Phase wurde abgetrennt, mit 50 cm3 Athylacetat gewaschen und verworfen.

Di'e Äthylacetatextrakte wurden vereinigt und mit 50 cm3 Wasser gewaschen. Die gewaschene Athylacetatphase wurde mit 100 cm3 Wasser gerührt und mit wässriger 0, 5h Kalilauge auf pH = 5, 5 eingestellt. Der erhaltene wässrige Extrakt wurde abgotrennt und im Vakuum zur Trockene eingedampft. Der Rückstand wurde mit wässrigem Aceton verrieben, die erhaltene feste Masse abfiltriert und im Vakuum getrocknet. Es wurden 440 mg 7-ss-Naph t'hoyiaminocephalosporansäurein Form des Kaliumsal- zes erhalten. Der pKa-Wert der Säure beträgt 4, 90. Die Verbindung zeigt ein UV-Maximum bei 236 m, u (e= 46 300) mit Schultern bei 269 und 330 m .

Auf Grund der chemischen Analyse entsprach 1 mg Produkt 1510 Einheiten Penicillin G ; die biologische Wirksamkeit von 1 mg Produkt entsprach 43 Einheiten Penicillin G. Die Verbindung war gegenüber resistenten Staphylokokken in der Kulturbrühe wirksam und zeigte ferner gute Wirksamkeit gegeniiber Staphylococcus albus, BaciRus substilis und Sarcina lutea.

Beispiel 3
7-Adamantancarboxamidocephalosporansäure
Die 7-Adamantancarboxamidocephalosporansäure wurde in Form des Kaliumsalzes durch Umsetzung von 1, 0 g 7-Aminocephalosporansäure mit 1, 0 g Natriumbicarbonat und 700 mg Adamantancarbonsäurechlorid hergestellt, wobei im allgemeinen nach dem Verfahren von Beispiel 1 gearbeitet, das Reaktionsgemisch jedoch 12 Std. stehengelassen wurde. Die Ausbeute betrug nach Umkristallisieren aus Methanol-Äther 300 mg. Der pKa Wert der Säure'beträgt 4, 90. Die Verbindung zeigt ein UV-Maximum bei 260 m, (e = 7750). Auf Grund der chemischen Analyse entsprach 1 mg Produkt 1260 Ein- heiten Penicillin G.

Claims

PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung von antibiotischen carbocyclischen Carboxamidocephalosporinverbindungen der allgemeinen Formel EMI4.1 oder deren Salzen mit pharmazeutisch annehmbaren Kationen oder Anionen, worin RI eine Hydroxyl-, Acet oxy-, Pyridi'no-oder substituierte Pyridinogruppe und R eine Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Naphthyl- oder Adamantylgruppe oder ein Substitutionsprodukt einer dieser Gruppen mit mindestens einem Halogen-, Nitro-, Trifluormethyl-, Cl-bis C4-Alkyl- oder C1- bis C2-Alkoxy Substituenten ist, dadurch gekennzeichnet,

dass man eine 7-Aminocephalosporinverbindung der allgemeinen Formel EMI4.2 in Gegenwart von Wasser oder einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen dem Gefrierpunkt des Reaktionsgemisches und annähernd 20 C mit einem Acylierungsmittel acyliert, das minde- stens einen carbocyclischen Carbonylrest der allgemei- nen Formel EMI4.3 a'ufweist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass RI in der Ausgangsverbinduhg Acetoxy ist.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass RI in der Ausgangsverbindung Pyri dino oder substituiertes Pyridino ist.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man erhaltene Verbindungen, worin RI Acetoxy bedeutet, in Lösung mit einem tYberschuss vdn Pyridin oder einem substituierten Pyridin erhitzt, um R1 in Pyridino oder substituiertes Pyridino überzufuhren und das entsprechende carbocycli'sche Acyl- derivat des Kernes der Cephalosporin-CA-verbindungen zu bilden.

PATENTANSPRUCH II Verwendung der gemäss dem Verfahren nach Patentanspruch I hergestellten Verbindungen, worin RI Acetoxy ist, zur Herstellung der entsprechénden carbocycli- schen Acylderivate des Kerns der Desacetylcephalospo- rin-C-verbindungen, dad'urch gekennzeichnet, dass man dib Verbindungen in gepuffertem wässrigem Medium mit Citrusfrucht-Acetylesterase behandelt.