Verfahren zur Herstellung von 4-Amino-3-isoxazolidinonen D-4-Amino-3-isoxazolidinon wird als Antibioti kum unter der Bezeichnung Oxamycin, Seromycin, oder Cykloserin verwendet. Dieser Stoff wurde zu nächst durch Isolierung aus biologischem Material dargestellt.
Die erste Synthese, vom Serinmethylesterhydro- chlorid ausgehend, wurde als vorläufige Mitteilung in J. Am. Chem. Soe. 77, 2345 (1955) publiziert. Diese Synthese hat 6 Preparationsstufen, von welchen einige sehr anspruchsvoll sind.
Gemäss der vorliegenden Erfindung können Oxa- mycin sowie seine L- und D,L-Form und dessen durch Substitution an der Aminogruppe entstandenen Derivate durch eine 3stufige Synthese dargestellt wer den, wobei man Ester der substituierten Äthylenimin- carbonsäuren (I) als Ausgangsstoff verwendet. Diese Ester werden in der ersten Stufe durch Umsetzung mit Hydroxylamin in die entsprechenden Hydroxamsäuren überführt (11).
In der zweiten Stufe wird der Äthylen- iminring durch Einwirkung von sauren Mitteln des Typus HX unter Entstehung einer f X-a-NHR-Pro- piohydroxamsäure (III) geöffnet, worauf man diese Säure in der dritten Stufe mittels alkalischer Konden sationsmittel zum entsprechenden 4-Amino-3-isoxa- zolid'inon zyklisiert.
Die Reaktion kann schematisch folgendermassen dargestellt werden:
EMI0001.0042
worin X ein Halogenatom oder die Gruppe -O -S02R", wobei R" ein Alkyl-, Aryl- oder Aralkylrest ist, R einen Alkyl- oder Aralkylrest und R' einen Alkylrest bedeuten.
Die Darstellung der Hydroxamsäure in der ersten Stufe wird durch Einwirkung von Hydroxylamin, ge gebenenfalls in einer alkoholischen Lösung, auf einen Ester einer entsprechend N-substituierten Äthylen- imincarbonsäure, eventuell in einem organischen Lö- sungsmittel, wie z.
B. Dioxan, Tetrahydrofuran oder dergleichen, durchgeführt. Die Ausbeute kann dabei durch Zusatz von alkalischen Mitteln, wie Hydroxy- den, Oxyden oder Alkoholaten der Alkali- oder Erd- alkalimetalle oder auch durch Vergrösserung der Hy- droxylaminmenge über das stöchiometrische Verhält nis hinaus, erhöht werden.
Die Umsetzung in dieser Stufe wird vorteilhaft bei Temperaturen unter dem Siedepunkt des verwendeten Lösungsmittels durch- geführt. Als saures Mittel HX wird in der zweiten Stufe eine Halogenwasserstoffsäure, z. B. Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff oder eine Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl- sulfonsäure verwendet.
Diese Mittel werden zweck mässig in zwei- oder dreifacher stöchiometrischer Menge zugesetzt. Auch hier arbeitet man vorzugs weise in einem organischen Lösungsmittel, wie Ben zol, Chloroform oder Äther. Die Umsetzung kann man entweder in einem offenen Gefäss unter dem Sie depunkte des Lösungsmittels oder auch in einem ge schlossenen Gefäss bei höheren Temperaturen, das heisst unter Druck vollenden.
Das gleichzeitig entste hende Isomere, die ss-Amino-a-X-propiohydroxam- säure, kann durch Umkristallisierung aus Wasser oder Methanol oder aus deren Gemischen, gegebenenfalls unter Zusatz von Äther, Dioxan oder andern Lö sungsmitteln entfernt werden. Während der Ringöff nung kann der Substituent R eventuell abgespaltet und durch Wasserstoff ersetzt werden. Dies geschieht z. B., wenn R eine Triarylmethylgruppe ist.
Als alkalische Kondensationsmittel in der letzten Stufe können Hydroxyde, Alkoholate oder Oxyde der Alkalimetalle oder auch Erdalkalimetalloxyde, alkalisch reagierende Salze, Ammoniak, Amine und organische Stickstoffbasen verwendet werden. Besonders gute Er gebnisse erhält man, wenn man als alkalische Kon densationsmittel stark basische Anionenaustauscher benutzt.
<I>Beispiel 1</I> 61,7 g D,L-Triphenylmethyl-äthylenimin-2-ear- bonsäure-methylester werden in 100 ml Dioxan ge löst. Diese Lösung wird einem Gemisch zugesetzt, das vorher durch Auflösen von 12,4 g Natriummetall in 150 ml Methanol und Zusatz von 25,2g Hydroxyl- aminhydrochlorid in 150 ml Methanol bereitet wor den ist. Das Gemisch wird 3 Tage bei Raumtempera tur stehengelassen, worauf 100 ml Wasser und 22 ml Eisessig zugesetzt werden.
Die Lösung wird mit Was ser auf 2000 ml verdünnt, wodurch die rohe Hydro- xamsäure ausfällt. Durch Umkristallisieren aus 600 ml Benzol werden 58g der D,L-1-Triphenylmethyl-äthy- lenimin-2-carbohydroxamsäure, Smp. 132-136 C, gewonnen.
34 g dieses Stoffes werden in 100 ml Chloroform gelöst, dann werden 200 ml Benzol zugefügt und gas förmiger Chlorwasserstoff bis zur Sättigung eingeleitet. Nach 2 Stunden hat sich eine unlösliche Substanz aus geschieden, die durch Auflösen in 200 ml Metha nol und Fällen mit 200 ml Äther gereinigt wird. Es werden 11,6 g des D,Lss-Chlor-a-aminopropiohydro- xamsäure-hydrochlorids, Smp. 184-187 C, gewon nen.
7 g dieser Substanz werden in 200 ml Wasser ge löst, und die Lösung wird durch eine kleine Kolonne mit einem stark basischen Anionenaustauscher (z. B. das Markenprodukt Amberlite IRA-400 oder Staio- nit OAL) durchfliessen gelassen. Dann wird die Ko lonne mit 200 ml Wasser und 50 ml Methanol durch gewaschen und die erwünschte Substanz durch Eluie- ren mit 10 ml Essigsäure in 500 ml Methanol gewon- nen. Es werden Fraktionen von je 100 ml aufgefan gen.
Durch Abkühlen auf -70 C kristallisiert aus einer der Fraktionen D,L-4-Amino-3-isoxazolidinon in einer Ausbeute von 2 g, Smp. 138-140 C.
<I>Beispiel 2</I> 90,6 g D,L-1-Benzhydryläthylenimin-2-carbon- säuremethylester werden in<B>100</B> ml Methanol gelöst, und die Lösung wird auf einmal einem Gemische von 47 g Hydroxylaminhydrochlorid in 500 ml Methanol und 23,8g Natrium in 400 ml Methanol bei 40 C zugesetzt. Nach 55stündigem Stehen bei Raumtempe ratur werden 500 ml Wasser und 70 ml Eisessig zu gefügt. Es werden 87,1g Hydroxamsäure, Smp. 152 bis l56 C, gewonnen.
53,6 g dieses Produktes werden in 400 ml Benzol suspendiert, und in diese Suspension wird trockener Chlorwasserstoff 2 Stunden unter Rühren und Kühlen auf 0 C eingeleitet. Weitere 2 Stunden wird trockener Chlorwasserstoff. ohne Kühlen eingeleitet. Nach 10- stündigem Stehen bei Raumtemperatur können 79 g eines kristallischen Hydrochlorids erhalten werden.
Durch Umkristallisieren werden 53g D,L-ss-Chlor-a- benzhydrylaminopropiohydroxamsäure - hydrochlorid, Smp. 172 C, gewonnen.
27,2 g dieses Stoffes werden in 800 ml Methanol aufgelöst, und diese Lösung wird bei 0 C unter Rüh ren einer Lösung von 20 g Natriumcarbonat in 1600 ml Wasser zugesetzt. Nach 96stündigem Stehen bei Raumtemperatrur wird die Lösung mit 15 ml Eisessig in 200 ml Äthanol angesäuert. Nach weiteren 12 Stunden bei 40 C werden 18 g D,L-4-Benzhydryl- amino-3-isoxazolidinon, Smp. 136^C, gewonnen.
<I>Beispiel 3</I> 67,5 g D,L-1-Benzyläthylenimin-2-carbonsäure- methylester werden in 50 ml Äthanol gelöst, und diese Lösung wird einem Gemisch von 49,6 g Hydroxyl- aminhydrochlorid in 250 ml Methanol und 24,6 g Natrium in 300 ml Methanol, auf 0 C abgekühlt, zu gesetzt. Nach 48stündigem Stehen bei Raumtempera tur wird das Methanol am Vakuum abdestilliert, der Rückstand mit 150 ml Wasser verdünnt und mit 65 ml Eisessig angesäuert.
Es werden 50 g D,L-1-Benzyl- äthylenimin-2-carbohydroxamsäure, Smp. <B>151</B> bis <B>1520</B> C, gewonnen. 20 g dieser Säure werden in 300 ml Benzol suspendiert, und dann wird trockener Chlor wasserstoff bei Raumtemperatur bis zur Sättigung ein geleitet. Nach 24 Stunden können 28 g eines Produk tes gewonnen werden, aus welchem durch Umkristal- lisierung 20,5 g D,L,ss-Chlor-a-benzylaminopropio- hydroxamsäure-hydrochlorid, Smp. 134-136 C, er halten werden.
8 g dieses Hydrochlorids werden in 300 ml Metha nol gelöst und die Lösung bei 0 C in eine Lösung von 2,4 g Natriumhydroxyd in 500 ml Wasser eingegos sen. Nach 62stündigem Stehen bei 4 C wird die Lö sung mit Essigsäure auf pH 6 angesäuert. Es werden 4,5g D,L-4-Benzylamino-3-isoxazolidinon, Smp. 147 C, erhalten.
<I>Beispiel 4</I> 7,3g D-1-Triphenylmethyläthylenimin-2-carbon- säure-methylester werden in 10 ml Dioxan gelöst, und die so erhaltene Lösung wird bei Raumtemperatur einem Gemisch von 3 g Hydroxylaminhydrochlorid in 25 ml Methanol und 1,5g Natrium in 25 ml Methanol zugesetzt. Nach 5tägigem Stehen bei Raumtemperatur wird das Gemisch mit 2,6 ml Essigsäure angesäuert und langsam unter Rühren mit 200 ml Wasser ver dünnt. Das ausgeschiedene Produkt wird mit 200 ml Wasser gewaschen und bei 40 C getrocknet.
Es werden 7,3g D-1-Triphenylmethyläthylenimin-2-carbohydro- xamsäure, Smp. 122-123 C, gewonnen.
7,3 g dieses Stoffes werden in 50 ml Benzol ein gerührt, und das Gemisch wird bei Raumtemperatur mit Chlorwasserstoff gesättigt. Nach einstündigem Stehen wird der ausgeschiedene Stoff abgesaugt und aus einem Gemisch von 60 ml Methanol und 120 ml Äther umkristallisiert. Es werden 2,95 g D-a-Amino- ss-chlorpropiohydroxamsäure-hydrochlorid, Smp. 197 bis 198 C, erhalten.
2 g dieses Stoffes werden in 20 ml Wasser gelöst und die Lösung über eine 40-ml-Kolonne mit Anio- nenaustauscher Amberlite IRA-400 im OH-Cyklus fliessen gelassen. Nach Auswaschen der Kolonne mit <B>100</B> ml Wasser wird langsam mit 20o/oiger Essigsäure ausgelaugt. Das mit Eisenchlorid rot reagierende Eluat wird aufgefangen und mit 80 ml Äthanol verdünnt.
Durch Abkühlen der äthanolischen Lösung auf -70 C werden 0,6 g D-4-Amino-3-isoxazolidinon gewonnen. Die Substanz ist identisch mit dem natür lichen Antibiotikum Cykloserin. (a)D = l14,5 C, Smp. 150-152<B>0</B> C.