Procédé de préparation de 6-désoxy-tétracyclines
La présente invention concerne un procédé de préparation de 6-désoxy-tétracyclines.
Les 6-désoxy-tétracyclines sont parentes de l'antibiotique à large spectre bien connu, la tétracycline, et en diffèrent essentiellement en ce que le groupe hydroxy en position 6 sur le noyau tétracycline est remplacé par un atome d'hydrogène. Cette modification provoque cependant une différence frappante de l'activité des composés résultants en ce que non seulement ils conservent l'activité typique antibactérienne à large spectre de la tétracycline, mais encore ils apparaissent efficaces contre certaines souches de bactéries résistantes à la tétracycline. De plus, certains des nouveaux composés ont une activité biologique d'une fois et demie celle de la tétracycline vis-à-vis du Staphylococcus aureus.
I1 est tout à fait surprenant que les 6-désoxytétracyclines conservent l'activité antibactérienne à large spectre typique de la tétracycline, en particulier quand on considère que l'anhydrotétracycline, à laquelle manque également un groupe hydroxy en po- sition 6 du noyau tétracycline présente un ordre de grandeur d'activité antibactérienne considérablement inférieur à la tétracycline, n'étant que de 1/10 à 1/4 aussi active que la 6-désoxytétracycline (essai turbidimétrique vis-à-vis du S. aureus). De plus, il est tout à fait inattendu qu'un composé auquel manquent les groupes méthyle et hydroxy de la tétracy dinde soit un agent antibactérien plus actif que la tétracycline elle-même.
Ainsi, on sait maintenant que l'activité antibactérienne de la tétracycline (essai turbidimétrique vis-à-vis du S. aureus) est pratiquement non modifiée par remplacement du 5-H par OH, du 6-OH par H, du 6-CH2 par H, ou du 7-H par Cl ou Br.
La présente invention a pour objet un procédé de préparation de 6-désoxy-tétracyclines de formule
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où Rt représente l'hydrogène ou un radical méthyle, R ; représente l'hydrogène ou un groupe hydroxy, R3 et R4 représentent l'hydrogène ou un groupe di- méthylamino, à la condition qu'ils ne représentent pas tous les deux l'hydrogène ou un groupe diméthylamino, et R5 représente un atome de chlore ou de brome, R2 ne représentant le groupe hydroxy que quand R1 est un radical méthyle, ou de 6 désoxy-4-épi-tétracyclines correspondantes,
ce procédé consistant à réduire par l'hydrogène une 6hydroxy-tétracycline correspondante ou une 6-hydroxy-4-épi-tétracycline correspondante en solution dans un solvant polaire en présence d'un métal noble catalyseur et d'une substance apte à former un cycle chélaté avec un hydronaphtalène péridioxygéné, jusqu'à ce qu'environ une mole d'hydrogène ait été absorbée par mole de tétracycline.
On peut préparer à partir des composés obtenus selon l'invention les sels d'addition d'acide correspondants et complexes thérapeutiquement actifs, par exemple les sels d'acide minéraux non toxiques et les sels de métaux alcalins et alcalino-terreux, aussi bien que les divers complexes tels que ceux formés avec les sels d'aluminium, de magnésium et de calcium.
Un des plus importants avantages de ces nouveaux composés par rapport aux tétracyclines antérieurement décrites est leur stabilité accrue dans les acides et les alcalis.
Ces propriétés inattendues sont très précieuses dans la mesure où l'instabilité aux acides de la tétracycline et l'instabilité aux alcalis de la chlorotétracycline ont limité ou complètement interdit l'emploi de ces antibiotiques dans de nombreuses applications. Grâce à cette bien meilleure stabilité des nouvelles 6-désoxytétracyclines il est possible de préparer de nombreux produits pharmaceutiques qui ne pouvaient pas être mis au point de façon satisfaisante avec les tétracyclines connues antérieurement.
La stabilité accrue rend également possible l'amélioration des processus de récupération et de purification car on peut utiliser des conditions plus rudes de pH et de température sans destruction des nouveaux composés.
Comme indiqué ci-dessus l'activité antibactérienne des nouvelles 6-désoxytétracyclines est pratiquement non altérée par rapport à celle de la tétracycline, de sorte que les nouveaux composés peuvent être administrés par le médecin de la même manière et à peu près aux mêmes doses que les tétracyclines habituellement utilisées. De plus, les nouvelles 6 désoxytétracyclines, du fait qu'elles présentent la même activité antibactérienne à large spectre typique que celle des tétracyclines antérieurement connues, peuvent être utilisées dans le traitement de diverses infections produites par des bactéries à réactions de
Gram positives ou négatives, infections dans lesquelles le traitement par la tétracycline, la chlorotétracycline ou l'oxytétracycline est indiqué.
La réaction d'hydrogénolyse est réalisée par mise en contact d'une solution dans un solvant polaire de la tétracycline correspondante avec l'hydrogène en présence d'un métal noble catalyseur. De préférence, on utilise du palladium métallique finement divisé ou un autre métal de la famille du platine. On peut utiliser le métal pur, ou de préférence le catalyseur est mis en suspension sur un des véhicules habituels tels que l'alumine finement divisé, le charbon de bois activé, la terre à diatomées, etc. On peut conduire l'hydrogénolyse à des températures allant d'environ 00 à environ 1000 et de préférence depuis la température ambiante, qui est d'environ 250, jusqu'à environ 500 et à des pressions d'hydrogène d'environ 0,5 jusqu'à environ 100 atmosphères.
On conduit l'hydrogénolyse en présence d'une substance capable de former un cycle chélaté avec un hydronaphtalène péri-dioxygéné tel que par exemple la 8-hydroxy-l-tétralone. Des composés convenables possédant la propriété de former un cycle chélaté et que l'on peut utiliser avec succès dans ce processus de réaction sont l'acide borique, les trihalogénures de bore tels que le trifluorure de bore, les sels d'aluminium et de magnésium tels que le chlorure d'aluminium et l'acétate de magnésium. L'acide borique et le trihalogénure de bore apparaissent être les composés les plus utiles compte tenu du rendement en produits désirés. Habituellement, l'acide borique ou le trihalogénure de bore sont présents en quantités au moins mole pour mole.
Des solvants inertes convenables que l'on peut utiliser dans la réaction sont: les divers solvants polaires tels que l'eau, le dioxane, l'acide acétique glacial, le 2-méthoxyéthanol, le 2-étoxyéthanol, l'acétate d'étyle, etc. On a trouvé qu'une proportion de 50/50 d'eau et de diméthylformamide est un mélange solvant particulièrement bon pour cette réaction. On ajoute habituellement une petite quantité d'acide perchlorique à la solution.
Une concentration de catalyseur d'au moins 5 % en poids de la tétracycline correspondante est nécessaire et on peut utiliser jusqu'à environ 100 % en poids.
En vue de préparer les halodésoxytétracyclines de l'invention, par exemple la 7-chloro-6-désoxytétracycline, la 7-bromo-6-désoxytétracycline, la 7
chloro-6-déméthyl-6-désoxytétracycline, et la 7bromo-6-déméthyl-6-désoxytétracycline à partir de la bromo- ou de la chlorotétracycline correspondante il est nécessaire que la réaction d'hydrogénolyse soit interrompue une fois qu'environ une mole d'hydrogène ait été absorbée, car sinon, l'atome de chlore ou de brome en position 7 est éliminé en plus du groupe 6-hydroxyle, avec pour résultat la formation de la 6-désoxytétracycline. Cependant, par un contrôle soigné des conditions d'hydrogénation, il est possible de conserver intact l'atome de chlore ou de brome en position 7, avec pour résultat la formation des désoxytétracyclines halogénées.
Les substances capables de former un cycle chélaté comme décrit ci-dessous que l'on utilise dans la réaction d'hydrogénolyse agissent apparemment comme agents complexants ou chélatants et servent à empêcher l'hydrogénation des fonctions oxygénées en position 1 1 et 12 du système cyclique de la tétracycline. Si les positions 1 1 ou 12 du noyau tétracycline sont hydrogénées de préférence à la position 6, ce qui se produit invariablement dans la réaction normale d'hydrogénation, le composé résultant ne possède aucune activité antibactérienne. L'emploi des agents chélatants cependant, conformément à la présente invention, sert à bloquer ces deux fonctions oxygénées et à empêcher leur hydrogénation de telle sorte que l'activité antibactérienne désirée des composés résultants est conservée.
Une fois que l'hydrogénolyse est achevée on peut recueillir la 6-désoxytétracycline par tous moyens désirés tels que l'élimination du catalyseur et la concentration de la solution. Le produit peut être évaporé à sec, purifié par précipitation fractionnée dans le méthanol et peut être encore purifié par recristallisation dans l'alcool de manière classique. Le produit neutre ainsi formé peut être converti en un sel d'acide minéral tel que le chlorhydrate par traitement par des acides tels que l'acide chlorhydrique à un pH inférieur à environ 4. D'autres sels d'acides tels que le sulfate, le phosphate, le trichloracétate, l'oxalate, le citrate, le gluconate, etc., peuvent être formés d'une manière semblable. De préférence, la 6-désoxytétracycline est mise en suspension dans un solvant convenable pendant l'acidification.
Les sels de métaux alcalins et alcalino-terreux peuvent être formés simplement par traitement du composé amphotère par environ un équivalent de la base choisie, à savoir la soude, la potasse, la chaux, la baryte. Les sels métalliques peuvent être préparés en solution aqueuse ou dans un solvant convenable.
De préférence, les sels basiques sont préparés à un pH de 6 ou au-dessous. On peut obtenir la base libre à un pH de l'ordre d'environ 4-6.
Les complexes, tels que le complexe 6-désoxytétracycline-gluconate d'aluminium par exemple, peuvent être formés par simple mélange du chlorhydrate d'une 6-désoxytétracycline et de gluconate d'aluminium en solution aqueuse. La formation des nouveaux complexes est ainsi facilement obtenue pratiquement de la même manière que déjà connu pour la préparation de complexes semblables avec d'autres antibiotiques du type tétracycline.
Les antibiotiques obtenus selon l'invention ont également une forme épimère sur l'atome de carbone en position 4 du noyau tétracycline, la même que déjà décrit à propos des autres composés de la tétracycline. Ces nouveaux isomères peuvent être formés par simple ajustement de la concentration en ions hydrogène d'une solution concentrée du composé normal à l'intervalle de pH 3,0- 5,0 et repos de la solution jusqu'à ce que l'isomérisation soit arrivée à un équilibre. La méthode de préparation des nouveaux isomères est analogue à celle utilisée dans la conversion des tétracyclines déjà connues en leurs épimères.
L'isomérisation est très commodément réalisée à température ambiante, bien qu'un taux de conversion plus élevé soit atteint aux températures plus élevées. Le pH doit être dans l'intervalle d'environ 3,0-5,0 et de préférence de 3,5 - 4,5. Une certaine épimérisation se produit à des concentrations en ions hydrogène situées à l'extérieur de ces intervalles et même dans l'eau distillée, mais la vitesse est très lente. La concentration de l'antibiotique dans la solution aqueuse doit être aussi élevée que possible pour obtenir les vitesses les plus rapides d'épimérisation. L'équilibre complet peut demander une période de temps d'environ 24 heures à 250, mais un équilibre satisfaisant peut demander un temps considérablement plus court dans les conditions spéciales.
Ordinairement, cependant, les meilleurs résultats sont obtenus en laissant les solutions au repos pendant des périodes d'une semaine ou plus. Un équilibre semble atteint dans la plupart des cas à environ 50 % c'est-à-dire qu'environ la moitié de l'antibiotique est convertie en épimère à l'équilibre.
Dans la mesure où la concentration est un facteur important pour l'obtention de rendements élevés en de courtes périodes de temps, un système solvant doit être choisi pour donner la concentration la plus élevée d'antibiotique. Ces systèmes solvants doivent être tamponnés pour obtenir un pH dans l'intervalle désiré. Divers solvants sont le méthanol, l'éthanol, le butanol, l'acétone, le 2-éthoxyéthanol, le 2-méthoxypropanol, l'acide acétique glacial, le tétrahydrofurane, la diméthylformamide, et leurs mélanges. D'autres solvants encore peuvent être utilisés. Un agent tampon préféré est le phosphate monosodique, bien que d'autres tampons et paires de tampons puissent être utilisés pour maintenir la concentration en ions hydrogène dans l'intervalle désiré.
I1 est également possible de préparer selon l'invention les 6-désoxy-4-épi-tétracyclines par réduction catalytique de la 4-épi-tétracycline correspondante.
Les 4-épi-tétracyclines sont décrites dans J.A.C.S.
79, 2849 (1957). Sous cet aspect de l'invention, la réaction d'hydrogénolyse en présence de l'agent chélatan est réalisée sur une 4-épi-tétracycline exactement de la même manière qu'il a été décrit à propos de l'hydrogénolyse d'une 7-halo-tétracycline. A l'achèvement de l'hydrogénation, la 6-désoxy-4-épitétracycline est formée;
Exemple 1
On met en suspension 12,5 g de chlorhydrate de chlorotétracycline dans 10 volumes d'un mélange 50/50 eau-diméthylformamide. Au mélange, on ajoute 1,48 g d'acide borique, 12 g de palladium non réduit à 5% sur carbone et 0,5 cc d'acide perchlorique. On conduit l'hydrogénation par réaction avec l'hydrogène à environ 2,8 kg/cm2 sur un secoueur
Parr pendant environ 2 t/2 heures. L'hydrogénation est achevée après qu'environ 1 mole d'hydrogène ait été absorbée.
L'examen chromatographique du produit montre la présence de 7-chloro-6-désoxytétracycline.
Exemple 2
A 4 cc d'une solution dissolvante préparée par mélange de 25 cc de diméthylformamide, 25 cc d'eau 32,5 mg d'acide borique et une goutte d'acide perchlorique, on ajoute 5,0 mg du sel d'ammonium de la 7-bromo-4-épi-tetracycline. On ajoute 7 mg de palladium à 5 % sur carbone et on met le mélange au contact d'hydrogène sous une pression de 2,1 kg/cm2 jusqu'à ce qu'une mole d'hydrogène ait été absorbée. Les analyses par chromatographie sur papier et spectrophotométrie montrent la présence de la 7-bromo-6-désoxy-4-épi-tétracycline.
Exemple 3
A 4 cc d'une solution dissolvante préparée par mélange de 25 cc de dyméthylformamide, 25 cc d'eau, 32,5 mg d'acide borique et une goutte d'acide perchlorique, on ajoute 5,0 mg de chlorhydrate de 7-chloro-4-épi-tétracycline. On ajoute 7 mg de palladium à 5 % sur carbone et on met le mélange au contact d'hydrogène sous une pression de 2,1 kg/cm2 jusqu'à ce qu'une mole d'hydrogène ait été absorbée.
Les analyses par chromatographie sur papier et spectrophotométrie montrent la présence de la 7-chloro6-désoxy-4-épi-tétracycline.
Exemple 4
A 4 cc d'une solution dissolvante préparée par mélange de 25 cc de diméthylformamide, 25 ce d'eau, 32,5 mg d'acide borique et une goutte d'acide perchlorique, on ajoute 6,0 mg de 7-bromo-tétracycline. On ajoute 7 mg de palladium à 5 % sur carbone et on met le mélange au contact d'hydrogène sous 2,1 kg/cm2 jusqu'à ce qu'une mole d'hydrogène ait été absorbée. Les analyses par chromatographie sur papier et spectrophotométrie montrent la présence de la 7-bromo-6-désoxytétracycline.
Exemple 5
A 250 cc d'une solution dissolvante préparée par mélange de 125 cc de diméthylformamide, 125 cc d'eau et 1,5 g d'acide borique, on ajoute 10g de 7-chlorotétracycline, 5 g de charbon de bois activé et 5 g de chlorure de rhodium. On met au contact l'hydrogène sous 2,8 kg/cm2 par secouage pendant 4 heures. On filtre le mélange et on montre que le filtrat contient de la 7-chloro-6-désoxytétracycline, de la 6-désoxytétracycline, de la tétracycline et de la 7-chlorotétracycline. Le mélange est séparé par chromatographie sur papier pour obtenir la 7-chloro-6désoxy-tétracycline pure.
Exemple 6
On répète l'exemple 5, en remplaçant la 7-chlorotétracycline par la 7-bromotétracycline. On obtient un mélange contenant la 7-bromo-6-désoxytétracy dinde attendue, que l'on sépare par chromatographie sur papier.
Exemple 7
Préparation de la 7-chloro-6-désoxy
4-épi-tétracycline.
On ajoute la 7-chloro-6-désoxytétracycline de l'exemple 5, à 1 cc d'acide acétique glacial. On secoue le mélange et on le laisse arriver à l'équilibre à température ambiante pendant 18 heures.
Exemple 8
Préparation de la 7-bromo-6-désoxy
4-épi-tétracycline.
On ajoute la 7-bromo-6-désoxytétracycline de l'exemple 6, à 1 cc d'acide acétique glacial. On secoue le mélange et on le laisse arriver à l'équilibre à température ambiante pendant 18 heures.
Exemple 9
A 12 g de chlorhydrate de 7-chloro-6-déméthyltétracycline on ajoute 120cc d'un mélange 50/50 de diméthylformamide-eau. On ajuste le pH à 1,8 avec de l'acide chlorhydrique concentré et on ajoute 1,48 g d'acide borique et 10 gouttes d'acide perchlorique. On ajoute 12 g de palladium à 5 % sur carbone et on fait réagir le mélange avec de l'hydrogène sur un secoueur Parr jusqu'à ce qu'une mole d'hydro- gène ait été absorbée. On filtre le mélange et on rince les matières insolubles à l'eau et à la diméthylformamide. On identifie la 7-chloro-6-déméthyl-6désoxytétracycline par analyse chromatographique.
Exemple 10
A 4 cc d'une solution dissolvante obtenue par mélange de 25 cc de diméthylformamide, 25 cc d'eau, 32,5 mg d'acide borique et 1 cc d'acide perchlorique, on ajoute 5 mg de 7-chloro-6-déméthyl4-épi-tétracycline. On ajoute 7 mg de palladium à 5 % sur carbone et on fait réagir le mélange avec l'hydrogène sous 2,1 kg/cm2 de pression jusqu'à ce qu'une mole d'hydrogène ait été absorbée. On filtre le mélange et on lave les produits insolubles à l'eau.
Les analyses par chromatographie sur papier et spec trophotométrie indiquent la présence de la 7-chloro6-déméthyl-6-désoxy-4-épi-tétracycline.
Exemple il
A 250 cc d'un mélange à 1:1 de diméthylformamide et d'eau, on ajoute 2,5 g de chlorure de calcium, 10 g de 7-chloro-6-déméthyl-tétracycline et 7 g d'un catalyseur d'hydrogénation à 40 ó, de rhodium sur carbone. On met le mélange au contact d'hydrogène sous 2,1 kg/cm2 de pression pendant 3 heures et on le filtre. On évapore le filtrat jusqu'à obtenir un sirop et on reprend le sirop dans l'eau et on le sèche par congélation. On dissout le solide séché par congélation dans 25 cc d'eau, on sature la solution de chlorure de sodium et on l'extrait au butanol.
On introduit les extraits au butanol dans une colonne de chromatographie de 15 cm garnie de terre à diatomées et humectée d'acide chlorhydrique aqueux, 0, 01 N. On développe la colonne avec un mélange 20/80 chloroforme: n-butanol que l'on secoue avec un volume égal d'acide chlorhydrique 0, 01 N et on recueille l'éluat par fractions. On soumet les fractions à des essais par chromatographie sur papier et on réunit les fractions qui contiennent la 7-chloro-6-déméthyl-6-désoxytétracycline. On isole cette dernière par concentration et cristallisation et son identité est prouvée par hydrogénolyse catalytique dans de l'éther monoéthylique de l'éthylèneglycol alcalin pour former la 6-déméthyl-6-désoxytétracycline et l'ion chlorure.
Exemple 12
On répète l'exemple 1 1 en remplaçant la 7chloro-6-déméthyltétracycline par la 7-bromo-6-déméthyltétracycline. Le produit est la 7-bromo-6-déméthyl-6-désoxytétracycline.
Exemple 13
Préparation de la 7-chloro-6-déméthyl-6-désoxy
4-épi-tétracycline.
On ajoute la 7-chloro-6-déméthyl-6-désoxytétracycline de l'exemple 1 1 à 1 cc d'acide acétique gla cial. On secoue le mélange et on le laisse arriver à l'équilibre à température ambiante.
Exemple 14
Préparation de la 7-bromo-6-déméthyl-6-désoxy
4-épi-tétracycline.
On ajoute la 7-bromo-6-déméthyl-6-désoxytétra- cycline de l'exemple 12 à t cc d'acide acétique glacial. On secoue le mélange et on le laisse arriver à l'équilibre à température ambiante.