DE1770361C3 - Verfahren zur Herstellung von Desacetoxycephalosporinen - Google Patents

Description

R —NH-CH-HC

CH₃

CH₃

CH-COOR₆

von PeniciUinsulfoxiiestern unter sauren Bedingungen.

In der USA.-PaätoBtscbrift 3 275 626 ist ein Verehren »nr !feststellung von Desace^ycephatospori. S nen besenrieben, wonach man einen Penjcülinsulfoxidester in G^enwart einer Säure auf eine Temperatur von etwa 100 bis I75°C erwärmt Dieses Verfahren ergibt die gewünschten Produkte jedoch nicht in besonders günstigen Ausbeuten.

Ziel der Erfindung ist demgegenüber a neues Verfahren zur Herstellung von Desacetoxycephalosporinen, das zu hohen Ausbeuten an gewünschtem Produkt fiihrt und gleichzeitig einen weiteren, interessanten Syn&eseweg darstellt

Dieses Ziel wind erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen PeniciUinsulfoxidester der ailgemeiiien Formel

»5

in der R einen Phenoxyacetyl-, Phenylacetyl-, 2-Thienylacetyk 2-Furylacetyl, N-(2^2-Trichloräthoxycarbonyl)-D-a-phenylglycyh-est eine AlIyI-oxycarbonyl- oder tertButoxycarbonyigruppe und R₆ eine 2^2-Trichloräthyl-, p-Methoxyphenyl- oder p-Methoxvbenzylgruppe darstellt, in einem tert. Carboxamid oder einem tert. Harnstoff der allgemeinen Formel

S CH₃

/ \ /
R-NH-CH-HC C

CH₃

N CH — COOR₆

R _ _ro — N 30 in der R einen Phenoxyacetyl-, Phenylacetyl-, 2-Thie-

¹ \ nylacetyl-, 2-Furylacetyl-, N-(2A2-Trichloräthoxycar-

V bonylJ-D-a-phenylglycylrcst eine Allyloxycarbonyl-

oder tertButoxycarbonylgnippe und R* eine 2^2-Tri-

worin R₁ ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest chloräthyl-, p-Methoxyphenyl- oder p-Methoxybendnen Tolylrest oder die Gruppe der allgemeinen 35 zylgruppe darstellt, m emem tertC arboxamid oder Formel einem tertHarnstoff der allgemeinen Formel

— N

\

R₅

und R₂, R₃, R₄ und R₅ Alkylreste bedeuten oder R₂ und R₃ oder R₄ und R₅ zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, eine Morpho-Ungruppe bilden oder R, und R₂ zusammen mit der dazwischen befindlichen Amidgruppe eine Pyrrolidongruppe bilden, mit der Maßgabe, daß R₁, R₂, R₃, R₄ und R₅ in keinem Fall insgesamt mehr als 18 Kohleostoffatome enthalten und nicht mehr als 14 Kohlenstoffatome enthalten, wenn Ri ein Wasserstoniatom bedeutet bzw. nicht mehr als 12 Kohlenstoffatome enthalten, wenn R₁ und , R₂ mit der Amidgruppe einen Pyrroudonring oder R₂ und R₃ oder R₄ und R₅ mit dem Stickstoff- SS atom einen Morpholinring bilden, als Verdünnungsmittel in Gegenwart einer wenigstens äquitnolaren Menge eines Alkansäureanhydrids mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in jedem Säurerest auf eine Temperatur von etwa 80 bis 175° G erwärmt, in an sieh feeicanntei· Wefce die Estergruppe sowie eine gegebenenfalls vorhandene Aminoschutzgruppe entfernt und das Desacetoxycephaiosporin isoliert

—~ 6$

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Desacetoxycephalosporinen durch Erwärmen R₁-CO-N

worin R, em Wasserstoffatom, einen Alkylrest, einen Tolylrest oder die Gruppe der allgemeinen Formel

— N

und R₂, R₃, R₄ und R₅ Alkylreste bedeuten oder R₂ und R₃ oder R₄ und R, zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, eine Morpholingruppe bilden oder R, und R₂ zusammen mit der dazwischen befindlichen Amidgruppe eine Pyrrolidongruppe bilden, mit der Maßgabe, daß R₁, R₂, R₁, R₄ und R₅ in keinem FaH insgesamt mehr als 18 Kohlenstoflatome enthalten und nicht mehr als 14 Kohlenstoffatome enthalten, wenn R₁ ein Wasserstoff« atom bedeutet, bzw. nicht mehr als 12 KohlensitofT-atome enthalten, wenn R₁ und R₂ mit der Amidgruppe einen Pyrroiidonring oder R₂ und R₃ oder R₄ und R₅ mit dem Stickstoffatom einen Morpholinring bilden, als Verdünnungsmittel in Gegenwart einer wenigstens äquimolaren Menge eines Alkansäureanhydrids mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in jedem Säurerest auf

eine Temperatur von etwa 80 bis 175 C erwärmt in aa sich bekannte- Weise tue Estergruppe sowie eine gegebenenfalls vorhandene Aminoschutzgruppc entfernt and das Desacetoxycephalosporin isoliert

Beispiele der erfindiingsgeiBäß als Verdiiisaungsb?w. Lösungsmittel zu verwendenden tert. Carboxamide oder tert. Harnstoffe sind Ν,Ν-Dinrethytformaunid (DMF), Ν,Ν - Dimethytaceiamid (DMA), Ν,Ν-Diätüyl-m-toluanad, Ν,Ν-KmethyhkrJecansäureamid, N-Acetylmorpholin, N-Methyipyrrolidon «ο oder TetramethylhanistoBl

Die Konzentration an Penicülinsuifoxidester in dem Verdünnungsmittel soüte zweckmäßigerwdse unter etwa 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise unter to Gewichtsprozent, liegen. Das zur Einstellung der «5 sauren Bedingungen verwendete Alkansäureäahydrid kann vor, gleichzeitig mit oder nach Auflösen des entsprechenden Pemcülinsolfoxtdesters zu dem Verdünnungsmittel gegeben werden. Geeignete Alkansäureanhydride sind Proptonylanhydrid, n-Butanoyl- anhydrid, Pentanoylanhydrid. Hexanoylanhydrid oder vorzugsweise Acetanhydrid. Vorzugsweise werden etwa 2 bis 5 Mol Säureanhydrid pro Mol Pen» .iiuisolfoxidester bei der optimalen Temperatur angewandt.

Die Umsetzungstemperatur beträgt vorzugsweise etwa 90 bis 150⁰C und die bevorzugte Reaktionszeit etwa 1 bis IS Stunden. Bei niedrigeren Temperaturen ist eine längere Zeit erforderlich. Bei höheren Temperaturen neigt die Reaktionsmischung zur Verfärbung und Bildung komplexer Umlagerungsprodukte.

Die als Ausgangsprodukte verwendeten Peniciüinsu'foxidester lassen sich nach üblichen Verfahren durch Sulfoxylierung entsprechender Penicilline oder Penicillinester herstellen, wobei die Carboxylgruppe wahlweise vor oder nach der Sulfoxylierung verestert werden kann (vgl. USA.-Patentschrift 3 275 626).

Das ernndungsgemäße Verfahren wird beispielsweise wie folgt durchgeführt:

Der Penicülinsuifoxidester wird in einem tert. Carboxamid oder einem tert. Harnstoff als Lösungsbzw. Verdünnungsmittel zusammen mit Acetanhydrid oder einem anderen Alkansäureanhydrid gelöst, und die erhaltene Lösung erwärmt man auf etwa 80 bis 175 C. Das dabei erhaltene Reaktionsprodukt. welches den entsprechenden Desacetoxycephalosporinester enthält, behandelt man dann zur Abspaltung der Estergruppierung beispielsweise mit 90%iger Essigsäure und Zinkstaub I bis 3 Stunden bei 5 bis 20 C und gelangt so zur entsprechenden freien ΓΚ»- acetoxycephalosporansäure.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Desacetoxycephalosporine sind besonders nach Entfernung der Estergruppe als Antibiotika zur Behandlung von durch Gram-positive und Gram-negalive Mikro-Organismen verursachten Krankheiten geeignet. Die 7-(n-(i- Phenylglycylamidojdesacetoxycephalosporansäure eignet sich insbesondere zur Behandlung von Krankheiten, die durch penicillinresistente Stämme von Staphylococcus aureus hervorgerufen Werden.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Vorteile des erfin» düngsgemäßen Verfahrens durch Vergleich det Wirküftg verschiedener Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel auf die Ringerweiterung von Penicillinsülfoxidestern zu Desaeetoxycephalosporinen.

Das als Ausgangsmaterial verwendete Penicillin sowie setae Menge, der Säurekatalysator uad seine Menge, die Reaktionszeit und die Reaktionstempera· tor werden dabei jeweils konstant gehalten. Die einzige Abwandlung besteht darin, daß naik beendeter Umsetzung einige der Tesüösungsmittel oder Verdünnungsmittel durch Destillation (Verfahrensweise A), einige durch Waschen mit Wasser (Verfahrensweise B) und einige vor der Behandlung mit Zinkstaub überhaupt nicht entfernt werden (Verfahrensweise Q. Parallelversuche mit Dimethylformamid als Lösungsmittel bestätigen, daß man mit jeder Methode zur Lösungsmittelentfernung gleiche Ergebnisse erzielt Es werden folgende Verfahrensweisen angewandt:

A. Ein geeignetes Gefäß, das eine Lösung von 1 g Penicillin-V-sulfoxidtrichloräthylester und 1 g Acetanhydrid in SOm! des Testlösungsmittel enthält, wird 1 Stunde oder 19 Stunden lang in ein Rührbad mit 130° C gestellt Nach Ablauf der gewählten Zeit wird das Testlösungsmittel unter vermindertem Druck mit einem Rotationsverdampfer abdestilliert. Eine Probe dieses Rückstandes wird dünnschichtchromatographisch (an Kieselgel unter Verwendung von Äthylacetat oder einer Mischung aus Benzol und Äthylacetat als Lösungsmittel für die Entwicklung) untersucht, um festzustellen, ob das erwartete Produkt das Hauptprodukt ist. Der Rückstand wird dann in 25 ml 90%iger Essigsäurelösung aufgenommen, worauf man unter Rühren in einem Eisbad bei 5 bis 10^c C Ig Zinkstaub zusetzt. Nach 3stündigem Rühren bei 5 bis 10 C wird das Zink abfiltriert, und man dampft zur Trockne ein. Der Rückstand wird in einer Mischung aus 100 ml Wasser und 100 ml Äthylacetat aufgenommen, und der pH-Wert der erhaltenen Mischung wird mit 1 η-Salzsäure auf pH 2 eingestellt. Die Äthylacetatschicht und die Wasserschicht werden getrennt. Die Äthylacetatschicht wird mit Wasser gewaschen und dann mit 25 ml Wasser verrührt, worauf man den pH-Wert mit I η-Natriumhydroxid auf 6,5 einstellt. Die Wasserschicht wird abgetrennt und auf SO ml verdünnt.

2 ml dieser wäßrigen Lösung werden zur Herstellung eines Bioautogramms verwendet. Als Standard verwendet man 2 ml einer wäßrigen Lösung einer unter Verwendung von Xylol als Lösungsmittel erhaltenen 7 - (Phenoxymethyl) - 3 - methyl - 3 - cephem - 4 - carbonsäure. Dem mit dem Standard erhaltenen Fleck, nämlich dem Xylolreaktionsfleck wird für diesen Versuch eine biologische Aktivität von 100% zugeschrieben. Die Fläche der jeweiligen Flecke der unter Verwendung der betreffenden Testlösungsmittel gewonnenen wäßrigen Extrakte der Reaktionsprodukte wird mit der Fläche des Xylolreaktionsflecks verglichen. Das dabei erhaltene Ergebnis wird jeweils bezogen auf 100% für den Standard-Xylolreaktionsfleck in Prozent angegeben.

B. Es wird genauso gearbeitet wie bei A). wobei man das Testlösungsmittel abweichend jedoch durch Auswaschen mit Wasser entfernt. Diese Arbeitsweise wird nur bei hochsiedenden Testlosungsmitteln (Siedepunkt über 18O⁰C) angewandt.

C. Es wird genauso vorgegangen wie bei A), wobei man jedoch das Lösungsmittel nicht vor der Behänd^ lung mit Zink entfernt.

Die oai& den einzelnen obigen Verfahren erhaltenen Ergebnisse können der folgenden Tabelle! entnommen wefdett:

Tabelle I	Testt^rongs-bzw.	ReaJc-	Ver-	Biologische Aktivität in Prozent auf
Vä4üiHuu%aUjiUd	tionsUiU	fehren	ecm Standard
			bezogen')
Xylolz) (Stendard)	1	A	100
Xylol (Standard)	19	A	37.5
MethyiiAöbutylketon	1	A	0
Anisol ....,	1	A	0
1-Nittooropan		A	Q
		A	0
Chlorbenzol		A	0
Dioxan		A	0
Formamid		A	0
DimethyUonnamid		A	250
Dimethylfonnamid		B	250
N-Acetylmorpholin		B	125
N-Methylpyrrolidon		B	188
Dimethylformamid2)		A	125
Tetramethylharnstoff		B	237
Dimethylfonnamid		C	250
N,N-Diäthyl-m-toluamid		C	112
Ν,Ν-Dimethyldodecan-
amid		C	112

'( Der biologische Aktivitätstest (Bioautogramm) ist ein Papierchromatographietest (beschrieben in Antibiotics and Chemotherapy, Bd. IV. S. 750 bis 752) unter Verwendung von Bacillus subtilis ab Testorganismus. '

²) Als saure Substanz wird eine entsprechende Menge an p-Toluolsulfonsaure verwendet.

Beispiel 2

T-Phenylacetamido-S-methyl-S-cephem-A-carbonsäure

Eine Lösung von Ig (2.1 mMol) 2,2,2-Trichioräthyl - 6 - (phenylacetamido)penicillanatsulfoxid und 1,2 g Acetanhydrid in 50 ml Dimethylformamid (DMF) wird 1 Stunde in eiriem ölbad auf 130° C erwärmt, worauf man das DMF mit einem Rotationsverdampfer entfernt Durch Dünnschichlchroniatographie(DC) wird nachgewiesen, daß der Rückstand aus rohen Umlagerungsprodukten nur eine Hauptkomponente enthält. Ohne weitere Reinigung wird das Ul in 25 ml 90%iger Essigsäure gelöst und mit S g Zinkstaub versetzt. Die Reaktionsmischung wird 3 Stunden gerührt und in einem Eisbad gekühlt. Dann wird das Zink abfiltriert und mit Essigsäure gewaschen. Die Essigsäurelösung wird eingeengt. Die als Rückstand erhaltene 7-(Phenylacetamido)desacetoxycepfaalosporansäure wird mit Wasser und Äthylacetat gerührt und mit NaHCO₃ bis pH 7,5 versetzt. Die NaHcO₃-Losung wird mit Äthylacetat überschichtet und mit konzentrierter HCl auf pH 2 angesäuert. Die Äthyläeetatschicht wird mehrmals mit Wasser geschüttelt, über Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. Der Rückstand wird in 10 ml Äthylacetat gelöst und mit 20 ml Petroläther (Siedepunkt 60 bis 64° C) versetzt. Die ausgefallene feste Säure der Titelverbindung *ird abfiltriert, mit Petroläther gewaschen und im Vakuum getrocknet, wodurch man 196 mg eines hellgelben Feststoffes erhält. NMR*Spektrum» Titrationsanalyse und UV-Absorption dieses Materials stimmen mit der Struktur von 7-(Phenylacetamido)- 3-äneti'yl-3-cepheni-4-carbonsäiae überein. Dh Ergebnisse der Paprerchromatographie und Dtinnschichtchromatographie des Produkts sind mit denen einer authentischen Probe identisch, die man durch Acylierung von T-AHuno-S-ineÄyl-S-ceh^ bonsäure mit Phenylessigsäure herstellt

Beispiel 3

py cephalosporansäure

g (4,5 mMol) 2A2-Tricb!ora^yl-6-CN-<2A2-trichioräthoxycairbonyl» - d - α - phenylglycylamido]-2^-dnnethylpenam-3-carboxylateiüfoxidester werden

in 120 ml TetramethylharastofE, der 23 g (22^2 mMol) Acetanhydrid enthält, gelöst und 1 Stunde in einem ölbad auf I35°C erwärmt Lösungsmittel und überschüssige sauce Substanz werden im Hochvakuum entfernt Das verbleibende öl wird in 50 ml 95%igcr Essigsäure aufgenommen und in Eis gekühlt Man gibt 10 g (153 mMol) Zinkstaub zu, rührt die Mischung 3 Stunden in der Kälte und filtriert. Das Zink wird mit 2 Volumteilen Essigsäure gewaschen. Waschlösung und Filtrat werden vereinigt und im Vakuum

zur Trockne eingedampft. Der rohe Rückstand an Desacetoxycephalosporin wird in 100 ml Wasser aufgenommen, abgekühlt und mit Trifhioressigsäure auf pH 1 angesäuert. Das pesacetoxycephaloglycintrifluoressigsäuresalz wird mit Methylisobutylketon ex-

trahiert Das organische Lösungsmittel wird über Magnesiumsulfat getrocknet und im Vakuum eingedampft. Der Rückstand wird mit wasserfreiem Äthyläther verrieben, wodurch man das Trifluoressigsäuresalz von Desacetoxycephaloglycin als rosafarbenes

JS amoφhes Pulver erhält. Ein Biautogramm dieses Produktes (gegen eine mit Bacillus subtilis beimpfte Agarplatte) aus einem mit ButaaoL Essigsäure und Wasser (3:1:1) entwickelten Papierchromatogramm zeigt einen einzigen biologisch aktiven Fleck, dessen

Rf- Wert genau mit dem einer nach einem anderen Verfahren hergestellten Desacetoxycephaloglycin-[7-(D-phenylglycylamido)-3-methyl-3-cephem-4-carbonsäure] übereinstimmt. Das NMR Sptktrutn zeigt die für Desacetoxycephalosporin charakteristische

C-3-Methyl-Absorptionsbande als Singulett bei τ 7,90.

Beispiel 4 Vergleichsbeispiel

So In drei getrennten Versuchen wird jeweils 1 g 2,2,2 - Trichloräthyl - phenoxymethylpenicillinsulfoxidester mit

A) 1 g Acetanhydrid in 50 ml Xylol 1 Stunde auf 130⁰C,

B) 1 g Acetanhydrid in 50 ml Ν,Ν-Dimethylacetamid (DMA) 1 Stunde auf 130⁰C und

C) 1 g Acetanhydrid in 50 ml Xylol 19 Stunden auf 13O⁰C erwärmt.

£0 Nach den angegebenen Erwärmungszeiten wird das Lösungsmittel aus dem Reaktiönsgemisch entfernt, und man erhält einen braunem Rückstand. Jeder Rückstand wird in 25 ml 9ö%iger Essigsäure aufgenommen und bei 0"C unter Rühren mit 1 g Zinkstaub

6s versetzt. Das Gemisch wird dann Weitere 3 Stunden gerührt Nach Verdampfen des Lösungsmittels erhält man eine feste Substanz, das saure Rohprodukt 7>Phenoxyacetamido-3-methyl«3*cephem-4-carbon-

säure. Die einzelnen Rohprodukte werden in 50 ml gesättigter wäßriger Natriumbicarbonatlösung gelöst. Proben der Lösungen der drei sauren Produkte von A), B) und G) mit jeweils 30 mg an Rohprodukt werden auf die Bahnen 2, 3 und 4 eines Chromätogfäphierpapiers aufgebracht. Auf die Bahn 1 wird eine kleine Menge an T-Phenoxyacetamido-S-methyl-S-cejphem-4-carbonsäufe zum Vergleich aufgebracht. Es wird mit 0;l m-Natriumäcetatpüffer bei pH 4,6 imprägniertes Chromatogräphiefilterpapier verwendet. In einem ge- to schlossenen Behälter läßt man das Lösungsmittel, eine Mischung aus 92 Teilen Methylethylketon und «Teilen Wasser, in absteigender Arbeitsweise über die auf dem Papier befindlichen Flecken fließen, bis das Papier gleichmäßig mit dem Lösungsmittel gesättigt ist. Dabei wandert das Produkt jeder Probe bis zu einem für die Verbindung charakteristischen Abstand vom Auftragspunkt nach unten. Das Papierchromatogramm wird bioautographisch entwickelt, indem man es mit seiner Oberfläche nach unten 20 Minuten auf eine mit Bacillus subtilis inokulierte Agarplatte legt und die Agarplatte nach Entfernung des Papiers 16 bis 18 Stünden inkubiert Anschließend werden die Platten untersucht. An Stellen, wo sich die antibiotische Substanz 7-PhenoxyacetamidÖ-3-methyl-3-oephem-4-carbonsäure befindet, ist kein Bakterienwachstum erfolgt. Größe und Stärke des Fleckens auf dem Bioautogramm sind ein Maß für die Menge an Produkt in der jeweiligen Probe. Die relativen Größen der Zonen der Bioautogrammflecken werden mit einem Planimeter ausgemessen, wobei man folgende Werte erhält:

A) = 2, B) = 50, C) = 9

(Die Zahlen sind relative Werte und beziehen sich auf die Größe des durch die antibiotische Wirkung verursachten Fleckens.)

Diese Werte zeigen, daß die erfindungsgetnäß hergestellte Probe B) etwa 25mal soviel 7-Phencxyacetamido-3-methyl-3-cephem-4-carbonsäure wie die Probe A) und etwa Smal soviel dieses Produkts wie die Probe C) enthält

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Desacetoxyphalosporinen durch Erwärmen von PenicflünifoxidesteEn unter sauren Bedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen PenicQlmsulfoxidester der allgemeinen Formel