JPH08256789A - β−ラクタム抗生物質の酵素阻害剤の存在下での酵素合成法 - Google Patents

β−ラクタム抗生物質の酵素阻害剤の存在下での酵素合成法

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JPH08256789A
JPH08256789A JP8036837A JP3683796A JPH08256789A JP H08256789 A JPH08256789 A JP H08256789A JP 8036837 A JP8036837 A JP 8036837A JP 3683796 A JP3683796 A JP 3683796A JP H08256789 A JPH08256789 A JP H08256789A
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acid
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amide
enzyme
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Maurizio Zenoni
マウリツイオ・ツエノーニ
Auro Roberto Tagliani
アウロ・ロベルト・タツリアーニ
Emiliano Cannas
エミリアーノ・カンナス
Angelo Venturelli
アンジエロ・ベチユレーリ
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ACS Dobfar SpA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酵素阻害剤の存在下にβ−ラクタム抗生物質
を酵素合成する方法を提供すること。 【解決手段】 水性媒体中、−5℃〜+35℃の温度
で、遊離又は固定化形態のペニシリンアシラーゼ酵素の
存在下に、6−アミノペニシラン酸又は7−アミノセフ
ァロスポラン酸とアミド又はその塩とを反応させてペニ
シリン又はセファロスポリンを製造する方法において、
特定の酵素阻害剤を、0.0001〜0.5のモル濃度
で反応混合物に加えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、式(I)及び式
(II):
【0002】
【化5】
【0003】〔式中、XはS又はCH2であり、Rは任
意に置換された炭化水素6員環であり、R1は、水素原
子、ハロゲン原子、メチル基、メトキシ基、C1−C4
ルケニル基、又は酸素原子、硫黄原子若しくは窒素原子
を介して有機基に結合したメチレン基である〕のペニシ
リン及びセファロスポリンの改良型酵素製造法に関す
る。
【0004】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】US−
A−3816253号明細書は、水溶液中、活性微生物
又は酵素の存在下に、+5℃〜+50℃の範囲、好まし
くは+20℃〜+40℃の範囲の温度で、α−置換され
たα−アミノ酸と7−アミノセファロスポラン酸又は7
−アミノデスアセトキシセファロスポラン酸の誘導体と
を反応させてペニシリン又はセファロスポリンを製造す
る方法を記載している。該米国特許明細書に記載のよう
に操作すると、同時に生ずる類似反応により、反応混合
物からの分離が困難な副生成物が形成されるために、所
望の最終生成物の収率が著しく低減することが見いださ
れた。
【0005】EP−A−0473008号明細書は、上
記の欠点を排除するか又は少なくとも軽減させる、式
(I)又は(II)のペニシリン及びセファロスポリン製
造法を提案している。該方法では、6−アミノペニシラ
ン酸又は7−アミノセファロスポラン酸と式R−CH
(NH2)−COOHのα−置換α−アミノ酸又はその
反応性誘導体とを、固定化ペニシリンアシラーゼの存在
下に、水性媒体中、−5℃〜+20℃の範囲、好ましく
は約+4℃の温度で反応させる。
【0006】EP−A−0473008号明細書には反
応条件が明確に記載されており、さらに所望の最終生成
物が極めて良好な収率(90%以上)で得られた25個
の製造実施例も詳記されている。
【0007】収率が十分に高く(約90%)且つ最終生
成物が容易に精製される方法のみが工業的に実施可能な
ものであることに留意されたい。
【0008】EP−A−0473008号明細書は、出
発物質として用いるα−置換α−アミノ酸及びその反応
性誘導体を概念的に記載しているが、具体的に示されて
いるアミノ酸はD−フェニルグリシンメチルエステルの
みである。
【0009】本出願人は、EP−A−0473008号
明細書の実施例に記載の手順に従って入念に多くのテス
トを実施したが、所望の結果は全く得られなかった。
【0010】反応媒体中のアミノ酸のモル比が、用いら
れる6−アミノペニシラン酸又は7−アミノセファロス
ポラン酸1モル当たり4モル未満の場合には、所望の最
終生成物の収率は極めて低くなり(約60%以下)、そ
のような収率は工業的に許容し得ないものであることが
実証された。
【0011】反応物質中のD−フェニルグリシンメチル
エステルの量が、用いられる6−アミノペニシラン酸又
は7−アミノセファロスポラン酸1モル当たり4〜6モ
ルの範囲である場合にのみ良好な工業的に許容し得る収
率が得られる。
【0012】しかし、この場合、コストが許容し得ない
程増加する(D−フェニルグリシンメチルエステルは極
めて高価である)だけでなく、反応の所望最終生成物で
あるペニシリン又はセファロスポリンからの分離が困難
若しくは不可能である副生成物が形成される。
【0013】D−フェニルグリシンの他のエステル又は
他のアミノ酸のエステルを用いることも試みられたが、
全ての努力は失敗に帰した。
【0014】アミノ酸の種々の反応性誘導体を用いた場
合も同様に思わしくない結果に終わった。
【0015】独国特許出願DOS2214444号明細
書は、ペニシリンアシラーゼ酵素の存在下に、7−アミ
ノデスアセトキシセファロスポラン酸(7−ADCA)
とフェニルグリシンアミドとを反応させることによるセ
ファロスポリン(特にセファレキシン)の酵素合成を記
載しているが、得られた収率は非常に低い。
【0016】PCT/DK91/00188(WO92
/01061)号及びPCT/DK92/00388
(WO93/12250)号の各明細書は、固定化ペニ
シリンアシラーゼ酵素の存在下に、式(III)
【0017】
【化6】
【0018】のアミドと6−アミノペニシラン酸又は7
−アミノセファロスポラン酸とを反応させる酵素アシル
化によるβ−ラクタム抗生物質の製造法を記載してい
る。
【0019】これらの方法は実施可能ではあるが、かな
りの量のアミド(III)が該酵素自体により加水分解さ
れ、それによって、所望の最終生成物中の不純物量が増
大することが認められた。さらに、最終生成物の一部も
同酵素により加水分解される。
【0020】ペニシリンアシラーゼの初期出願(E.
C.3.5.1.11)以来、該酵素は、フェニル酢
酸、フェノキシ酢酸及び/又は他の阻害剤の存在により
阻害されることが知られており、該酵素はこれらの阻害
剤の存在下に活性を失い且つ触媒作用が停止する傾向が
ある。これは、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸又は他の
阻害剤を微量含み得るβ−ラクタム核をアシル化する際
に問題となる。
【0021】該問題は、この種の阻害を示さない酵素を
追求することにより克服しようとする多くの試みがなさ
れた(D.D.Y.Ryuら,Biotechnolo
gyand Bioengineering 198
5,第27巻,953〜960ページ;A.M.Bli
nkowskyら,Enzyme Microbial
Technology 1993,第15巻,965
〜973ページを参照されたい)。種々の微生物源〔ア
セトバクター(Acetobacter)属、キサント
モナス(Xantomonas)属〕を起源とする酵素
(アンピシリンアシラーゼ若しくはアミダーゼ、セファ
ロスポリンアシラーゼ若しくはアミダーゼ、セファレキ
シン合成酵素などとして知られているいることが多い)
が選択された。しかし、これらの酵素はいずれも市販さ
れていないばかりか、工業的な使用に必要とされるよう
な大規模な製造も行われていない。従って、該方法は、
β−ラクタム抗生物質の合成に特定的な触媒を完成させ
る研究にかなりの投資を必要とすることから好ましくな
い。
【0022】酵素阻害を克服する別の方法は、酵素アシ
ル化を実施する前に、例えばPCT/DK91/001
88号明細書に記載のように有機溶媒で抽出することに
より該阻害剤を排除するものである。該方法の主な欠点
は、まさに有機溶媒を用いることにある。β−ラクタム
核の酵素アシル化を正確に実施して前記溶媒の使用を省
けば環境にやさしい方法が達成されるが、該方法は未だ
満足すべき結果を示していない。
【0023】
【課題を解決するための手段】驚くべきことには、本出
願人は、ペニシリンアシラーゼ触媒反応に関する特定実
験の間に、大量の上記阻害剤の存在下においてさえも前
記阻害が回避され、β−ラクタム抗生物質の合成が可能
であることを見いだした。初期には全く存在しないか又
は微量しか存在しない阻害剤を限定量導入して、以下に
記載のような合成に有利な条件下に酵素阻害を用いるこ
とさえ可能な場合がある。
【0024】
【発明の実施の形態】従って、本発明は、上記に特定し
たそれぞれ式(I)及び(II)のペニシリン及びセファ
ロスポリンの改良型酵素製造法に関し、該方法は、−5
℃〜+35℃の温度で、遊離又は固定化形態のペニシリ
ンアシラーゼ酵素の存在下に、式(IV)又は式(V)
【0025】
【化7】
【0026】〔式中、X及びR1は上記と同義である〕
の6−アミノペニシラン酸又は7−アミノセファロスポ
ラン酸と、式(III)
【0027】
【化8】
【0028】〔式中、Rは上記と同義であり、R2及び
3はそれぞれ独立に、水素原子又は線状若しくは分枝
1−C3アルキル基である〕のアミド又はその塩とを、
酸(IV)又は(V)1モル当たり前記アミド(III)
1〜6モルのモル比で反応させることからなり、式(V
I):
【0029】
【化9】
【0030】〔式中、R4は、線状若しくは分枝C1−C
5アルキル基、置換若しくは非置換芳香族環、ハロゲン
又はプロトンであり;Yは不在であってよいが、存在す
る場合は、O、S、CH2、フェニル又はハロゲンであ
り;R5は、カルボキシル、線状若しくは分枝C1−C4
エステル又は−CONH2基であり;R6は、H、OH、
OCHO又はCH3である〕の酵素阻害剤を0.000
1〜0.5のモル濃度で反応混合物に添加することを特
徴とする。
【0031】特に、前記酵素(VI)は、0.0005
〜0.2の範囲のモル濃度で存在し、フェニル酢酸、フ
ェノキシ酢酸、マンデル酸、(線状若しくは分枝)C1
−C5アミド及びこれらの酸のエステルから選択され
る。
【0032】本発明はさらに、本発明方法により製造さ
れたペニシリン又はセファロスポリン並びに医薬上許容
し得る希釈剤又は担体を含む医薬組成物にも関する。
【0033】ペニシリン又はセファロスポリンを含む医
薬組成物は一般に、常法により製造され、医薬上適当な
形態で投与される。
【0034】式(I)及び(II)に関して、Rは、例え
ば、非置換又はヒドロキシル、ハロゲン、アルキル、ア
ルコキシ、カルボキシル、ニトロ若しくはアミノで置換
されたシクロヘキセニル基、フェニル基又はシクロヘキ
サジエニル基であってよい。
【0035】R1は、O、S若しくはN原子を介してメ
チレン基に結合し、任意に、ヒドロキシル、ハロゲン、
アルキル、アルコキシ、カルボニル、カルボキシ、シア
ノ、アミドなどから選択された1個以上の基で置換され
た有機基、特に、アルコキシ基若しくはアルコキシカル
ボニル基又はO、S及びNから選択された1〜4個のヘ
テロ原子を含む5若しくは6員複素環式基に結合したメ
チレン基、水素原子、ハロゲン原子又はメチル基であっ
てよい。
【0036】本明細書に用いられているアルキル及びア
ルコキシという用語は、1〜6個、好ましくは1〜4個
の炭素原子を含む基を指す。
【0037】式(III)のアミドを有するα−アミノ酸
の例には、D−フェニルグリシン、D−p−ヒドロキシ
フェニルグリシン及びD−1,4−シクロヘキサジエン
−1−イル−グリシンが含まれる。
【0038】アミドの適当な塩は、塩酸、フッ化水素
酸、臭化水素酸、硫酸若しくは硝酸のような無機酸との
塩、又は酢酸、ギ酸若しくはマレイン酸のような有機酸
との塩である。
【0039】以下の酸は、式(IV)及び(V)の化合
物のなかで特に重要なものである:6−アミノペニシラ
ン酸(6−APA)、7−アミノデスアセトキシセファ
ロスポラン酸(7−ADCA)、7−アミノセファロス
ポラン酸、7−アミノ−3−クロロセファロスポラン
酸、7−アミノ−3−メトキシセファロスポラン酸、7
−アミノフェナセチルデスアセトキシセファロスポラン
酸、7−アミノフェノキシアセチルデスアセトキシセフ
ァロスポラン酸、7−アミノ−3−クロロカルバセフェ
ム、ペニシリンG及びペニシリンV。
【0040】ペニシリンG又はV及び7−アミノフェナ
セチルデスアセトキシセファロスポラン酸は、一般に、
それぞれ6−APA及び7−ADCAを製造するための
原料として用いられ、6−APA及び7−ADCAは、
アンピシリン、アモキシシリン、セファレキシン及びセ
ファドロキシルの製造に用いられている。現在までのと
ころ、PCT/DK91/00188号明細書に記載の
ように、酵素アシル化反応にこれらの中間体(6−AP
A及び7−ADCA)を使用し得るようにするために
は、該中間体からフェニル酢酸又はフェノキシ酢酸を除
去する必要があった。阻害剤を含んだままこれらの化合
物を合成し得るということは、中間体を精製する必要無
しに合成を有利に進めて、反応プロセスを大幅に短縮し
且つ有機溶媒の使用を回避し得ることを意味する。
【0041】酵素阻害剤は、合成開始当初から反応混合
物中に存在させても、又は反応進行中に随時添加しても
よい。生成物の分離及びその後のプロセス全般を容易に
するために、酵素反応の終了時に該阻害剤を添加しても
よい。
【0042】本発明の方法に触媒として用いられる酵素
は、任意の微生物源、特に、キサントモナス(Xant
homonas)、シュードモナス(Pseudomo
nas)、アースロバクター(Arthrobacte
r)、Kluyvera、アセトバクター(Aceto
bacter)、エシェリヒア(Escherichi
a)、バシラス(Bacillus)又はアクロモナス
(Acromonas)株を起源とするE.C.3.
5.1.11(ペニシリンアシラーゼ、ペニシリンヒド
ロラーゼ、アンピシリンアシラーゼなどとしても知られ
ている)に分類されるペニシリンアミドヒドロラーゼで
ある。大腸菌(Escherichiacoli)の天
然又は合成株から誘導される酵素が特に好ましい。これ
らのうちの何種かは大量に且つ固定化形態で入手し得
る。
【0043】酵素は、遊離形態(即ち、可溶)でも固体
マトリックス上に固定化された形態でも使用し得る。固
体マトリックスのうちでは、合成エポキシ樹脂又はアズ
ラクトン樹脂のような特に生体分子固定化用担体が特に
好ましい。
【0044】
【実施例】実施例1 D(−)フェニルグリシンアミドを用いた7−ADCA
の酵素アシル化によるセファレキシンの合成 9g(42mmol)の7−アミノデスアセトキシセフ
ァロスポラン酸及び15.7g(100mmol)のD
(−)フェニルグリシンアミドを水に溶解した(最終容
量300ml)。溶液を約4℃に冷却し、pHを6.8
に調整し、次いで、4Nの硫酸を自動添加してpHを一
定に保つ制御装置(以後pH−スタットと称す)に接続
した冷却反応器に移した。
【0045】(アズラクトン又はエポキシ樹脂上に)固
定化形態のペニシリンアミドヒドロラーゼ酵素5400
IUを上記溶液に加え、4℃及びpH6.8の一定条
件下にインキュベートした。
【0046】約85分後、該溶液から酵素を濾過して分
離した。該溶液に希カセイソーダ溶液に溶解した約4g
のβ−ナフトールを加えた。セファレキシン/β−ナフ
トール複合体形態の生成物16.6gを、出発核に対す
るモル収率74%で回収した。次いでβ−ナフトール複
合体から(公知手順により)高品質のセファレキシン一
水和物を得た。
【0047】実施例2 フェニル酢酸の存在下でのセファレキシンの合成 不純物として1.18%のフェニル酢酸及び1.63%
の7−アミノフェナセチルデスアセトキシセファロスポ
ラン酸を含む不純な7−アミノデスアセトキシセファロ
スポラン酸17g(0.077mol)及びD(−)フ
ェニルグリシンアミド42.68g(0.28mol)
を、最終容量が600mlになるように水に溶解した。
【0048】pH−スタットをpH7.6に、サーモス
タットを2℃に設定し、7560IUの固定化酵素を用
い、実施例1に記載のように反応を行った。5時間半
後、反応を中断し、ペニシリンアシラーゼを濾別した。
6gのβ−ナフトールを用いて生成物を沈殿させ、8
7.5%のモル収率を得た。次いで実施例1に記載のよ
うにして、セファレキシン一水和物を得た。
【0049】実施例3 7−アミノフェナセチルデスアセトキシセファロスポラ
ン酸及びD(−)フェニルグリシンアミドからのセファ
レキシンの合成 16g(0.048mol)の7−アミノフェナセチル
デスアセトキシセファロスポラン酸を水に溶解し、pH
を8.0にするに十分な希NaOHを加え、溶液を28
℃に加熱し、最終容量が320mlになるように水で希
釈し、次いでpH−スタットに接続した適当な反応器に
移し、温度調節浴中に浸漬させた。
【0050】該溶液(溶液A)に、固定化形態のペニシ
リンアシラーゼ約14000 IUを加え、次いで一定
pH(2NのNaOHを加えて)及び一定温度を維持し
た。
【0051】別個に、約180g/lの濃度のD(−)
フェニルグリシンアミド水溶液(溶液B)を調製した。
【0052】約2時間反応させた後、約190mlの溶
液Bを溶液Aに加え、必要なら、pH及び温度を調整し
た。4Nの硫酸を加えてpHを一定に維持した。
【0053】7時間後、真空下に濾過して酵素を取り出
した。得られた溶液からセファレキシン/β−ナフトー
ル複合体を沈殿させ、80.8%のモル収率に相当する
量のセファレキシンを回収した。公知手順によりセファ
レキシン/β−ナフトール複合体から大量のセファレキ
シン一水和物を回収した。
【0054】実施例4 7−アミノ−3−クロロセファロスポラン酸の酵素アシ
ル化における阻害剤の使用 実施例1のように反応を行ったが、但し、9.85g
(0.042mol)の7−アミノ−3−クロロセファ
ロスポラン酸を用いた。反応完了時に、希NaOHに溶
解した1.5gのフェニル酢酸を加え、その後、セファ
レキシンに関して既に実施例1〜3に記載したようにセ
ファクロル/β−ナフトール複合体を沈殿させた。
【0055】7−アミノ−3−クロロセファロスポラン
酸のモル収率は70%であった。セファクロル/β−ナ
フトール複合体を分解(公知法により)して、セファク
ロル一水和物を得た。
【0056】実施例5 阻害剤の存在下の6−アミノペニシラン酸の酵素アシル
公知法を用いた酵素加水分解によりペニシリンGから6
−アミノペニシラン酸(以後6−APAと称す)を得、
酸で沈殿させて水溶液から分離した。得られた生成物は
フェニル酢酸不純物を含んでいた。
【0057】80%濃度の湿った不純6−APA20.
8g(0.077mol)を水に溶解し、実施例2に記
載にようにD(−)フェニルグリシンアミドと混合し、
約0.7g/lのフェニル酢酸を含む溶液を得た。66
70単位のペニシリンアシラーゼを加え、実施例2に記
載のように反応を実施した。6−APAの82.4%が
変換された。
【0058】実施例6 フェニル酢酸の存在下のセファレキシンにおけるペニシ
リンGアシラーゼの加水分解阻害 13g(60.75mmol)の7−アミノデスアセト
キシセファロスポラン酸(7−ADCA)、46.5g
(230.84mmol)のD−フェニルグリシンメチ
ルエステル・HCl及び140mg(1.03mmo
l)のフェニル酢酸を、最終容量が1000mlになる
ように水に溶解した。
【0059】初期のpH7.25及び温度3℃の条件下
に、17.5g(3000IU)のペニシリンGアシラ
ーゼのアシル化を行った。約3時間後、7−ADCAの
93%がセファレキシンに変換された。
【0060】7−ADCAの93%がセファレキシンに
変換された後、加水分解によるD−フェニルグリシン形
成に対するセファレキシンの合成生産のモル比は2.1
5で、阻害剤を用いずに得た場合は1.44であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エミリアーノ・カンナス イタリー国、20098・サン・ジユリアー ノ・ミラネーズ(ミラン)、ビア・レピユ ブリカ・11・エツフエ (72)発明者 アンジエロ・ベチユレーリ イタリー国、20063・チエルヌスコ・ス ル・ナビツリオ(ミラン)、ビア・レオナ ルド・ダ・ビンチ・31

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式(I)又は(II) 【化1】 〔式中、XはS又はCH2であり、Rは任意に置換され
    た炭化水素6員環であり、R1は、水素原子、ハロゲン
    原子、メチル基、メトキシ基、C1−C4アルケニル基、
    又は酸素原子、硫黄原子若しくは窒素原子を介して有機
    基に結合したメチレン基である〕のペニシリン又はセフ
    ァロスポリンを製造する方法であって、該方法は、水性
    媒体中、−5℃〜+35℃の温度で、遊離又は固定化形
    態のペニシリンアシラーゼ酵素の存在下に、式(IV)
    又は(V) 【化2】 〔式中、X及びR1は上記と同義である〕の6−アミノ
    ペニシラン酸又は7−アミノセファロスポラン酸と、式
    (III) 【化3】 〔式中、Rは上記と同義であり、R2及びR3はそれぞれ
    独立に、水素原子又は線状若しくは分枝C1−C3アルキ
    ル基である〕のアミド又はその塩とを、酸(IV)又は
    (V)1モル当たりアミド(III)1〜6モルのモル比
    で反応させることからなり、式(VI): 【化4】 〔式中、R4は、線状若しくは分枝C1−C5アルキル
    基、置換若しくは非置換芳香族環、ハロゲン及びプロト
    ンからなる群から選択され;Yは不在であってもよい
    が、存在する場合は、O、S、CH2、フェニル又はハ
    ロゲンであり;R5は、カルボキシル、線状若しくは分
    枝C1−C4エステル及び−CONH2基からなる群から
    選択され;R6は、H、OH、OCHO及びCH3からな
    る群から選択される〕の酵素阻害剤を、0.0001〜
    0.5のモル濃度で反応混合物に加えることを特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項2】 前記阻害剤のモル濃度が好ましくは0.
    0005〜0.2の範囲であることを特徴とする請求項
    1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記阻害剤(VI)が、フェニル酢酸、
    フェノキシ酢酸、マンデル酸及び(線状若しくは分枝)
    1−C5アミド並びにこれらの酸のエステルから選択さ
    れることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記アミド(III)が、D−フェニルグ
    リシン及び有機又は無機酸とのその塩からなる群から選
    択されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項1から4に記載の方法によって得
    られたペニシリン又はセファロスポリンを含む医薬組成
    物。
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