Verfahren zur Herstellung von Derivaten der 7"Aminocephalosporansäure
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung neuer therapeutisch wirksamer Derivate der 7-Aminocephalosporansäure der Formel I
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worin Rt und R2 gleich oder verschieden sind und für Wasserstoff oder für gegebenenfalls substituierte einwertige Kohlenwasserstoffreste oder zusammen für einen gegebenenfalls substituierten und/oder durch Heteroatome unterbrochenen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest stehen, und worin R3 eine durch eine andere Carbonsäure als Essigsäure und Carbaminsäure veresterte Hydroxylgruppe, in der Estersauerstoffatome durch Schwefel atome ersetzt sein können und R4 eine Hydroxylgruppe ist, und ihrer Salze.
Gegebenenfalls substituierte einwertige Kohlenwasserstoffreste sind vor allem Niederalkyl-, mono- oder dicyclische Aryl- oder Aryl-niederalkylreste, besonders Benzyl, wobei als Substituenten dieser Reste z. B. eine oder mehrere gleiche oder verschiedene funktionelle Gruppen, wie Hydroxylgruppen, Halogenatome, Niederalkoxy- oder Niederalkylmercaptogruppen, freie oder veresterte Carboxylgruppen, Aminogruppen, Nitrogruppen, Nitril- oder Carbonylgruppen, zu nennen sind.
Gegebenenfalls substituierte zweiwertige Kohlenwasserstoffreste sind beispielsweise gesättigte oder ungesättigte aliphatische, cycloaliphatische oder araliphatische Reste, wie die an Sauerstoff gebundenen zweiwertigen Reste von entsprechenden Aldehyden, Ketonen oder Säureamiden, besonders gegebenenfalls durch Heteroatome, wie Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel, unterbrochene und/oder durch funktionelle Gruppen, beispielsweise durch Halogenatome, Nitrooder Aminogruppen substituierte zweiwertige gesättigte oder ungesättigte aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffreste, wie Alkyliden-, Alkenyliden-, Cycloalkyliden- oder Cycloalkenylidenreste, vor allem solche mit 1-8, besonders 1-6 Kohlenstoffatomen, wie Methylen, Allyliden, Athyliden, Isopropyliden, Butyliden, Cyclopentyliden, Cyclohexyliden,
oder durch Arylreste substituierte zweiwertige gesättigte oder ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffreste, wie Phenylalkyliden- oder Phenylalkenylidenreste, wobei die Arylreste auch substituiert sein können, z. B. durch eine oder mehrere Niederalkyl-, Niederalkoxy-, Nitrooder Aminogruppen und/oder Halogenatome, besonders ein gegebenenfalls substituierter Benzyliden- oder Phenylallylidenrest.
Vorzugsweise stehen R1 und R2 für Wasserstoff oder für eine Alkylidengruppe mit 1-6 Kohlenstoffatomen, wie oben erwähnt, oder für gegebenenfalls substituiertes Benzyliden. Weiter kann Rt insbesondere für Wasserstoff und R2 für Niederalkyl oder gegebenenfalls substituiertes monocyclisches Aryl oder Aryl-niederalkyl, wie oben erwähnt, stehen.
Eine veresterte Hydroxylgruppe R5, in der Sauerstoffatome durch Schwefel ersetzt sein können, leitet sich ab von einer Carbonsäure oder Thiocarbonsäure, jedoch nicht Essigsäure, und ist beispielsweise eine Niederalkylcarbonyloxy- oder -thiocarbonyloxygruppe oder eine Niederaikylcarbonylmercapto- oder -thiocarbonylmercaptogruppe, z. B. eine Propionyloxy- oder Propionylmercaptogruppe, oder beispielsweise eine unsubstituierte oder z.
B. durch Niederalkyl-, Niederalkoxy- oder Niederalkylmercaptoreste, Halogenatome oder die Nitrogruppe substituierte mono- oder dicyclische Arylcarbonyloxy- oder -thiocarbonyloxy-, Arylcarbonylmercapto- oder -thiocarbonylmercaptogruppe, insbesondere die Benzoylmercaptogruppe
Die Salze der neuen Verbindungen sind Metallsalze, vor allem solche von therapeutisch anwendbaren Alkali- oder Erdalkalimetallen, wie Natrium, Kalium, Ammonium, Calcium, oder Salze mit organischen Basen, z. B. Triäthylamin, N-Äthyl-piperidin, Dibenzyl äthylendiamin, Procain.
Die neuen Verbindungen weisen eine besonders gute antibakterielle Wirkung auf. Sie sind sowohl gegenüber gram-positiven wie vor allem auch gegenüber gram-negativen Bakterien wirksam, z. B. gegen Staphylococcus aureus penicillin-resistent, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Salmonella typhosa und Bacterium proteus, wie sich auch im Tierversuch, z. B. an Mäusen zeigt. Sie können daher zur Bekämpfung von Infektionen, die durch solche Mikroorganismen hervorgerufen werden, verwendet werden, ferner als Futtermittelzusätze, zur Konservierung von Nahrungsmitteln oder als Desinfektionsmittel.
Die eine Alkylidengruppe aufweisenden Verbindungen können auch als Zwischenprodukte zur Reindarstellung der Verbindungen mit unsubstituierten Cyanacetylrest verwendet werden, da die Alkylidengruppe in wässrigem Medium, insbesondere bei erhöhter Temperatur und bei alkalischem pH, hydrolytisch abgespalten werden kann.
Die neuen Verbindungen werden erhalten, wenn man eine Verbindung der Formel II
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worin R3 eine durch eine andere Carbonsäure als Essigsäure und Carbaminsäure veresterte Hydroxylgruppe ist, in der Estersauerstoffatome durch Schwefelatome ersetzt sein können, und R4 die für Formel I genannte Bedeutung hat, am 7-Aminostickstoff durch die Gruppe der Formel III
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worin Rt und R2 die für Formel I genannte Bedeutung haben, acyliert. Eine erhaltene Verbindung der Formel I, worin R1 und R2 für Wasserstoff stehen, kann man, zweckmässig in Gegenwart von Katalysatoren, mit einem Aldehyd, Keton oder Nitril umsetzen und so Verbindungen der Formel I erhalten, worin Rt und R2 zusammen für einen gegebenenfalls durch Heteroatome unterbrochenen und/oder substituierten zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest stehen.
In den erhaltenen Verbindungen kann man die Estergruppe R3, wie im Hauptpatent 480 365 angegeben, in eine N-substituierte Carbamoyloxygruppe, in der Sauerstoffatome durch Schwefel ersetzt sein können, eine Guanylmercapto- oder a-Iminoalkyl- oder -aralkylmercaptogruppe, eine tertiäre oder quaternäre Aminogruppe, eine aliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch verätherte Mercaptogruppe, eine Azid- oder Thiosulfatgruppe überführen.
Eine quaternäre Aminogruppe ist vor allem eine solche, in der das quaternäre Stickstoffatom Teil eines aromatischen Ringes, wie eines Chinolin-, Isochinolinoder Pyrimidinringes, insbesondere aber eines unsubstituierten oder substituierten Pyridinringes ist, z. B. eine Gruppe der Formel
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worin R für Wasserstoff oder eine oder mehrere Niederalkyl-, Niederalkoxycarbonyl-, Carbamoyl- oder Carboxylgruppen steht. Die erhaltenen Verbindungen mit freier Carboxylgruppe in 4-Stellung können in ihre Metall-, wie Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, oder Salze mit Ammoniak oder organischen Basen übergeführt werden.
Die Acylierung wird beispielsweise mittels eines Säurehalogenids, z. B. Säurechlorids, oder eines gemischten Anhydrids, z. B. eines solchen mit monoveresterter Kohlensäure oder mit Pivalinsäure oder vorzugsweise mit Trichloressigsäure oder mit der freien Säure selbst in Gegenwart eines Kondensationsmittels, wie eines Carbodiimids, z. B. Dicyclohexylcarbodiimid, vorgenommen.
Als Aldehyde, Ketone oder Nitrile sind beispielsweise solche aliphatischen Charakters zu nennen, wie Formaldhyd, Acetaldehyd, Aceton, Methyläthylketon, Äthylbutylketon, Cyclopentanon, Cyclohexanon, Cycloheptanon, Acetonitril, Trichloracetonitril oder Trifluoracetonitril, oder solche araliphatischen oder aromatischen Charakters mit höchstens 2 Ringen, die gegebenenfalls, wie oben erwähnt, substituiert sind, z. B.
Benzaldehyd, p-Chlorbenzaldehyd, p-Nitrobenzaldehyd, Zimtaldehyd, Salicylaldehyd, Anisaldehyd, Vanillin, Acetophenon, Benzophenon, p-Oxyacetophenon, Phenylacetonitril, Benzonitril oder Zimtsäurenitril.
Als Katalysatoren für die Umsetzung mit den Carbonylverbindungen oder Nitrilen kommen vor allem Salze in Betracht, besonders Acetate von Ammoniak oder Aminen, z. B. Ammoniumacetat, Amylaminacetat, Piperidinacetat, Triäthylammoniumacetat, Dowex3 (freie Base und Essigsäure-Salz), ferner Verbindungen, die gleichzeitig saure und basische Gruppen aufweisen, z. B. p-Aminophenol. Weiter können als Katalysatoren die Salze von Verbindungen der Formel III, worin COR4 für die Carboxylgruppe steht, mit den genannten Basen dienen.
Die als Ausgangsstoffe verwendeten Cephalosporinderivate sind bekannt oder können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
Die neuen Verbindungen können als Heilmittel, z. B. in Form pharmazeutischer Präparate, Verwendung finden. Diese enthalten die Verbindungen in Mischung mit einem für die enterale, topicale oder parenterale Applikation geeigneten pharmazeutischen organischen oder anorganischen, festen oder flüssigen Trägermaterial.
In den folgenden Beispielen sind die Temperaturen in Celsiusgraden angegeben.
Beispiel 1
Eine Lösung aus 12 g Cyanessigsäure und 9 ml Triäthylamin in 60 ml Methylenchlorid wird unter Stickstoff-Atmosphäre bei -15" zu einer Lösung von 7,2 ml Trichloracetylchlorid in 120 ml Methylenchlorid getropft und das Gemisch anschliessend bei -150 20 Minuten gerührt. Dann gibt man bei derselben Temperatur eine Lösung von 11,7 g 3 -Desacetoxymethyl-3-benzoyl-thiomethyl7-aminocephalosporansäure und 9 ml Triäthylamin in 60ml Methylenchlorid zu und rührt weitere 30 Minuten bei -15". Der Ansatz wird in 240 ml 50/obige sec. Kaliumphosphatlösung gerührt, im Vakuum vom Methylenchlorid befreit und bei pH 2,0 (Einstellung mit HSPO4) mit Essigester (unter Aussalzen mit Natriumchlorid) extrahiert.
Trocknen und Eindampfen des Extrakts gibt 37,1 g rohe 3-Desacetoxymethyl-3-benzoylthiomethyl7-cyanacetyl-aminocephalosporansäure, die mit 250 ml Petroläther-Äther (1:1) digeriert wird.
Der dabei unlösliche Anteil (11,8 g) wird an 350 g Silicagel chromatographiert. Mit Chloroform-Methanol (95:5) wird das reine Produkt eluiert, das aus Methanol-Wasser kristallisiert.
Im UV-Spektrum in 0,1-n. NaHCO3 ist imax = 274 nm (e = 20800).
[er]D20 = -240 + 10 (c = 1 in 0,5-n. NaHCO3).
Im Dünnschichtchromatogramm an Silicagel ist Rf (System 1) = 0,55; Rf (System 2) = 0,75. [System 1: n-Butanol-Eisessig (10:1) gesättigt mit Wasser; System 2: n-Butanol-Pyridin-Eisessig-Wasser (38:20:8:30)].
Das Ausgangsmaterial kann wie folgt hergestellt werden:
40 g 7-Aminocephalosporansäure werden portionenweise zu 80 ml Wasser gegeben und laufend durch Neutralisation mit insgesamt ca. 75 ml 2-n. Natronlauge bei pH 7 grösstenteils in Lösung gebracht. Nach Zugabe von 106 ml 400/obiger Natriumthiobenzoatlösung wird mit der restlichen Natronlauge bei pH 7 vollständige Lösung erreicht. Unter Stickstoffatmosphäre wird das Gemisch 45 Minuten bei 75-800 gerührt und anschliessend auf 20 gekühlt. Beim langsamen Ansäuern mit konzentrierter Salzsäure auf pH 3,6 kristallisiert das Produkt aus. Man kühlt 1 t/2 Stunden auf 00, filtriert und wäscht den Rückstand mit Wasser.
Digerieren mit Aceton-Äther (2:3) und schliesslich Aceton lie fert 37,2 g 3-Desacetoxymethyl-3-benzoylthiomethyl7-aminocephalosporansäure.
Im UV-Spektrum in 0,1-n. NaHCO3 ist imax = 245nm(e= 15200) und Amax = 275 (e = 19700).
Im Dünnschichtchromatogramm an Silicagel ist Rf (System 1) = 0,01; Rf (System 2) = 0,66.
Beispiel 2
6,62 g 3-Desacetoxymethyl-3-benzoylthiomethyl- 7-cyanacetylaminocephalosporansäure werden in 125 ml Dioxan-Pyridin (1:1) gelöst. Zu dieser Lösung gibt man unter Rühren in Stickstoffatmosphäre bei 45" 56 g 400/oige Quecksilberperchloratlösung, rührt 45 Minuten bei dieser Temperatur weiter, kühlt ab, versetzt mit 19,5 ml Thiobenzoesäure und lässt 5 Minuten unter Rühren reagieren. Dann dampft man zur Trockne ein, löst den Rückstand in 100 ml Wasser, filtriert die wässrige Lösung und wäscht sie mit 150 ml Toluol, dann zweimal mit 100 ml Amberlite LA-2 in 200 ml Toluol und zweimal mit 150 ml Toluol. Die organischen Waschflüssigkeiten werden zweimal mit je 50 ml Wasser extrahiert.
Man vereinigt die 100 ml wässrige Lösung mit den beiden wässrigen Extrakten à 50 ml und lässt die gesamte wässrige Lösung durch eine Säule laufen, welche von unten nach oben 15 mol Sephadex CM C-25 (H+-Form), 60 ml Alox , 15 ml Zeo-Karb 226 (H+-Form), 60 ml Alox und 15 ml aDowex-1 (Acetatform) enthält. Man eluiert mit 300 ml Wasser und dampft die Filtrate im Vakuum ein. Man erhält so 3,67 g 3-Desacetoxymethyl3 -pyridiniomethyl7-cyanacetylaminocephalosporansäure.
Das Produkt wird durch Digerieren mit Methanol-Äther (1:1) gereinigt.
[a]20D = +250 tal 10 (c = 1 in Wasser).
Im UV-Spektrum in Wasser ist Amax = 259 nm (e = 11600).
Beispiel 3
Zu vorgelegten 8,2 ml Trichloracetylchlorid in 80 ml Methylenchlorid tropft man bei -60" unter Stickstoffatmosphäre eine Lösung von 26,1 g Phenylcyanessigsäure in 100 ml Methylenchlorid sowie gleichzeitig 10 ml Triäthylamin. Man rührt 20 Minuten bei -60". Dann wird eine Lösung von 10,5 g 3-Desacetoxymethyl-3 -benzoylthiomethyl7-aminocephalosporansäure und 9,1 ml Triäthylamin in 200 ml Dimethylformamid zugegeben und 1 weitere Stunde bei -600 gerührt. Man giesst in 500 ml 0,1-n. sek. Kaliumphosphatlösung, stellt mit ca. 22 mol 500/oiger tert. Kaliumphosphatlösung auf pH 6 und entfernt im Vakuum die organischen Lösungsmittel.
Die wässrige Lösung wird 3 mal mit Äther gewaschen, mit ca. 35 ml konzentrierter Salzsäure auf pH 2,0 angesäuert und schliesslich 3 mal mit Essigester extrahiert. Der mit gesättigter Natriumchloridlösung gewaschene und über Natriumsulfat getrocknete Auszug gibt beim Eindampfen 58,2 g rohe 3-Desacetoxymethyl-3-benzoylthiomethyl- 7-phenylcyanacetylaminocephalosporansäure, die an 500 g Silicagel chromatographiert wird. Die mit Chloroform eluierten Fraktionen enthalten 6,9 g reines Produkt.
Im UV-Spektrum in 0,1-n. NaHCO3 ist Ämax = 240 nm (e = 14150); Äinax = 275 (e = 16000).
Im Dünnschichtchromatogramm an Silicagel ist Rf (System 1) = 0,72; Rf (System 2) = 0,67.
Beispiel 4
Eine Lösung von 2,5 g 3-Desacetoxymethyl-3-benzoyl-thiomethyl7-phenylcyanacetylaminocephalosporansäure in 40 ml Dioxan-Pyridin (1:1) wird mit 17,5 g 400/oiger Quecksilberperchloratlösung versetzt und das Ganze unter Stickstoff 45 Minuten bei 45" vibriert. Man kühlt auf 20 , versetzt mit 4,9 g Thiobenzoesäure und schüttelt 5 Minuten. Man dampft im Vakuum ein, nimmt in 25 ml Wasser auf, filtriert durch wenig Celite und wäscht nacheinander mit 75 ml Toluol, 2 mal mit 75 ml Toluol- Amberlite LA-2 (2:1) und nochmals mit 75 ml Toluol.
Die organischen Phasen werden mit 25 ml Wasser extrahiert und der wässrige Extrakt, zusammen mit der obigen wässrigen Lösung auf eine Säule gegeben, die von unten nach oben enthält: 4 ml Sephadex CM C-25 (H+-Form), 15 ml Alox , 4 ml Zeo-karb 226 (H+-Form), 15 ml Alox und 4 ml Dowex 1 (Acetatform). Man wäscht die Säule mit 200 ml Wasser nach und dampft das Eluat ein. Man erhält 0,66 g Rohprodukt, das mit 10 ml Alkohol digeriert wird. Der dabei nicht lösliche Anteil besteht aus 0,49 g einheitlichem 3-Desacetoxymethyl-3-pyridiniomethyl- 7-phenylcyanacetylaminocephalosporansäure.
Im UV-Spektrum in Wasser ist An,aX = 258 nm (e = 12000).
Im Dünnschichtchromatogramm an Silicagel ist Rf (System 1) = 0,08; Rf (System 2) = 0,44.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung neuer Derivate der 7-Aminocephalosporansäure der Formel I
EMI4.1
worin Rt und R2 für Wasserstoff oder für gegebenenfalls substituierte einwertige Kohlenwasserstoffreste oder zusammen für einen gegebenenfalls substituierten und/oder durch Heteroatome unterbrochenen zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest stehen und R3 eine durch eine andere Carbonsäure als Essigsäure und Carbaminsäure veresterte Hydroxylgruppe, in der Sauerstoffatome durch Schwefelatome ersetzt sein können und R4 eine Hydroxylgruppe ist, und ihrer Salze, dadurch gekennzeichnet, dass man Verbindungen der Formel II
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worin R3 und R4 die oben genannte Bedeutung haben, am 7-Aminostickstoff durch die Gruppe der Formel III
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worin R1 und R2 die oben genannte Bedeutung haben, acyliert.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die erhaltenen Verbindungen mit freier Carboxylgruppe in 4-Stellung in ihre Metallsalze oder Salze mit Ammoniak oder organischen Basen überführt.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Acylierung mittels des gemischten Anhydrids aus Trichloressigsäure und einer Cyanessigsäure der Formel
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worin R1 und R2 die angegebene Bedeutung haben, vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Acylierung mittels des gemischten Anhydrids aus Cyanessigsäure und Trichloressigsäure vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man Verbindungen der Formel I, worin R, für Wasserstoff und R2 für Niederalkyl, monocyclische Aryl oder Aryl-niederalkyl steht und R3 und R4 die im Patentanspruch I angegebenen Bedeutung haben, herstellt.
5. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Verbindungen der Formel I, worin Rl und R2 für Wasserstoff stehen und R3 und R4 die im Patentanspruch I angegebene Bedeutung haben, herstellt.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung von nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I hergestellten Verbindungen der Formel I, worin R5 für eine durch eine andere Carbonsäure als Essigsäure und Carbaminsäure veresterte Hydroxylgruppe, in der Sauerstoffatome durch Schwefelatome ersetzt sein können, und R4 für die Hydroxyl; gruppe steht, zur Herstellung von Verbindungen, worin R3 eine quaternäre Aminogruppe und R4 ein negativ geladenes Sauerstoffatom ist, dadurch gekennzeichnet, dass man die zuerst genannte Verbindung mit einem tertiären Amin umsetzt.