Verfahren zur Herstellung von Penicillinderivaten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Penicillinderivaten und insbesondere von Abkömmlingen der 6-(Pyridincarboxamid)-penicillansäuren.
Die neuen Verbindungen sind wertvolle antibakterielle Agentien. Sie können als Zusätze zu tierischem Futter, als Agentien zur Behandlung von Mastitis bei Hornvieh und als therapeutische Produkte zur Behandlung, insbesonde von infektiösen Erkrankungen, die durch Gram-positive Bakterien verursacht sind, bei Federvieh, Säugetieren und dem Menschen dienen. Einige der Verbindungen weisen ausser kräftiger antibakterieller Wirksamkeit bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit gegenüber der Zerstörung durch Säuren auf.
Die neuen Verbindungen haben die allgemeine Formel
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worin R ein Wasserstoff-, Chlor- oder Bromatom oder eine Alkyl-, Alkoxy-, Alkylthio-, Mercapto-, Hydroxy-, Chlor-, Brom- oder Phenylgruppe ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezieht sich auch auf die Herstellung nicht toxischer Salze der Säuren der allgemeinen Formel (I).
Solche nicht toxischen Salze sind die Salze des Natriums, Kaliums, Calciums und Aluminiums, die Ammoniumsalze und substituierten Ammoniumsalze, z. B. Salze solcher nicht toxische Amine, wie der Trialkylamine, einschliesslich Triäthylamin, Procain, Dibenzylamin, N-benzyl-beta-phenethylamin, l-Ephenamin, N,N'-Dibenzyläthylendiamin, Dehydroabietylamin, N,N'-bis-Dehydroabietyläthylendiamin sowie anderer Amine, wie sie bisher zur Bildung von Salzen mit Benzylpenicillin Verwendung gefunden haben.
Weitere Produkte des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens sind auch leicht hydrolysierbare Ester, welche in die freie Säureform durch chemische oder enzymatische Hydrolyse überführbar sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass 6-Aminopenicillansäure oder eines ihrer Neutralsäure mit einem Acylierungsmittel der allgemeinen Formel
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worin Z ein bei der Acylierung primärer Aminogruppen austretender Rest ist, umgesetzt wird.
Acylierungsmittel der vorstehenden allgemeinen Formel II sind die Säurehalogenide, das heisst insbesondere die Säurechloride und Säurebromide. Ferner die Säureanhydride und gemischten Anhydride mit anderen Karbonsäuren einschliesslich der Monoester solcher Karbonsäuren und insbesondere niedriger aliphatischer Ester der Kohlensäure.
Eine besondere Arbeitsweise der Herstellung von Penicillinderivaten gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren besteht darin, dass man die 6-Aminopeni cillansäure mit einem Mischanhydrid umsetzt, das herstellbar ist durch Reaktion von Säuren der allgemeinen Formel
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mit Estern der Chlorkohlensäure. Zur Herstellung solcher Acylierungsmittel arbeitet man vorteilhaft in Gegenwart eines tertiären Kohlenwasserstoffamins, wie z. B. des Triäthylamins in einem wasserfreien inerten und vorzugsweise mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie in Dioxan und gegebenenfalls in Gegenwart einer geringen Menge reinen, wasserfreien Acetons, wobei man Reaktionszeiten von etwa 30 Minuten und Temperaturen von ungefähr 40 C einhält.
Zur Lösung derartig hergestellter Mischanhydride wird dann eine abgekühlte Lösung der 6-Aminopenicillansäure und ein tertiäres Amin, z. B. Triäthylamin, in einem Lösungsmittel, wie Wasser, hinzugegeben, wobei sich ein substituiertes Ammoniumsalz des neuen Penicillinderivates bildet. Das Reaktionsgemenge kann im Anschluss hieran bei alkalischem pH-Wert mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wie z. B. mit Äther, extrahiert werden, um nicht umgesetzte Ausgangsprodukte zu entfernen.
Hiernach kann das Endprodukt aus dem Reaktionsgemenge durch Verdampfung des Lösungsmittels oder durch Ausfällen in Form eines geeigneten Salzes direkt gewonnen werden.
Eine andere Arbeitsweise des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in der Herstellung einer ätherischen Lösung der Säureform des Penicillinderivates, wobei man zunächst eine wässrige Lösung von 6 Aminopenicillansäure und von Natriumbikarbonat herstellt, zu welcher das Säurechlorid zugegeben wird. Anschliessend kann die Mischung mit Äther zur Entfernung nicht umgesetzter oder hydrolysierter Ausgangsprodukte extrahiert werden, wonach das Endprodukt in der vorbeschriebenen Weise isoliert werden kann. Dieses Verfahren wird mit Vorteil dann angewandt, wenn das Säurechlorid mit einem primären Amin schneller reagiert als es dies mit Wasser tut, was sich durch einen einfachen Versuch leicht feststellen lässt. Bei dieser Arbeitsweise kann das Säurechlorid durch äquimolekulare Mengen des entsprechenden Säurebromids oder Säureanhydrids ersetzt werden.
Da einige der erfindungsgemäss hergestellten antibiotischen Substanzen verhältnismässig unstabil sind und leicht chemischen Änderungen unterliegen, welche mit einem Verlust ihrer antibiotischen Wirksamkeit verbunden sind, erscheint es wünschbar, derartige Reaktionsbedingungen einzuhalten, dass eine derartige Zersetzung unterbleibt. Die effektiv einzuhaltenden Reaktionsbedingungen werden naturgemäss weitgehend von der Reaktionsbereitschaft der umzusetzenden chemischen Substanzen abhängen. In den meisten Fällen muss ein Kompromiss geschlossen werden zwischen der Verwendung milder Reaktionsbedingungen während einer längeren Reaktionsdauer und der Anwendung kräftigerer Reaktionsbedingungen während kürzerer Zeit mit der Möglichkeit einer Zersetzung eines Teils der antibiotischen Substanzen.
Die zur Herstellung von Derivaten der 6-Aminopenicillansäure einzuhaltenden Reaktionstemperaturen sollten im allgemein 300 C nicht überschreiten.
Die Einhaltung stark alkalischer oder stark saurer Reaktionsbedingungen sollte beim erfindungsgemässen Verfahren vermieden werden. Es ist vorteilhaft, die Reaktion im pH-Bereich zwischen 6 und 9 durch- zuführen, was in üblicher Weise leicht erreicht werden kann, indem man einen Puffer anwendet, z. B. eine Lösung von Natriumbikarbonat oder einen Natriumphosphatpuffer. Ausser der Verwendung wässriger Reaktionsmedien für die erfindungsgemässe Reaktion einschliesslich filtrierter Fermentationsbrühen oder wässriger Lösungen roher 6-Aminopenicillansäure können auch organische Lösungsmittel zur Anwendung gelangen, wie z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Chloroform, Aceton, Methyl-Isobutyl-Keton und Dioxan.
Häufig hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine wässrige Lösung eines Salzes der 6-Aminopenicillansäure zu einer Lösung des Acylierungsmittels in einem inerten Lösungsmittel und insbesondere in einem inerten Lösungsmittel, das mit Wasser mischbar ist, wie Aceton oder Dimethylformamid, hinzuzugeben. Kräftiges Rühren ist naturgemäss dann von Vorteil, wenn mehr als eine Phase zugegen ist, z. B. eine feste und eine flüssige Phase oder zwei flüssige Phasen.
Beispiel 1
Herstellung von a-Pyridylpenicillin
Eine Lösung von 160 mg Picolinsäure und 0,18 ml Triäthylamin in 8 ml trockenem Aceton wurde unter Kühlen auf 0 C gerührt. Hierzu wurde tropfenweise im Verlauf von 10 Minuten unter ständigem Kühlen und Rühren eine Lösung von 0,11 ml Athylchlorkar- bonat in 4 ml trockenem Aceton hinzugegeben, worauf nach weiteren 30 Minuten das ausgefallene Triäthylaminhydrochlorid abfiltriert wurde. Das kalte Filtrat, welches das Mischanhydrid aus jaithoxameisen- säure und Picolinsäure enthielt, wurde langsam unter Rühren zu einer Lösung von 220 mg 6-Aminopenicillansäure und 84 mg Natriumbikarbonat in 8 ml Wasser bei 0 C hinzugegeben. Die Lösung wurde eine Stunde lang gerührt, während welcher Zeit sie Raumtemperatur annahm.
Ihre Farbe wurde zuerst gelb und hiernach rot. Nach Abfiltrieren einer Spur fester Substanz wurde das Filtrat bei niedrigerer Temperatur und vermindertem Druck eingedampft.
Der Rückstand wurde schliesslich über Phosphorpentoxyd im Vakuum getrocknet und ergab das a-Pyridylpenicillin als rötlich feste Substanz im Gewicht von 383 mg. Ihre Reinheit wurde im Manometertest zu 49 S bestimmt. Papierchromatographisch wurde nachgewiesen, dass keine nicht umgesetzte 6-Aminopeni cillansäure mehr zugegen war, dass jedoch ein neues Antibiotikum vorlag. Das neue Produkt inhibitierte Staph. aureus bei einer Konzentration von 25 meg/ml.
Beispiel 2
Herstellung von ss-Pyridylpenicillin
Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise wurde ein Mischanhydrid hergestellt aus 296 mg Nikotinsäure, 0,34 ml Triäthylamin und 0,21 ml Äthylchlorkarbonat durch Umsetzung in 12 ml trockenem Aceton. Das derart hergestellte Acylierungsmittel wurde zur Acylierung von 400 mg 6-Aminopenicillansäure in 10 ml Wasser, das 210 mg Natriumbikarbonat enthielt, verwendet. Nachdem das Reaktionsgemisch eine Stunde lang bei Zimmertemperatur gerührt worden war, wurde es vermittels verdünnter Salzsäure neutralisiert und bei vermindertem Druck und niedriger Temperatur eingedampft. Der Rückstand wurde im Vakuum getrocknet und ergab rohes ss-Pyridylpenicillin als hygroskopische, braungelbe, feste Substanz im Gewicht von 695 mg.
Ihre Reinheit ergab sich im Manometertest zu 54 %. Papierchromatographisch wurde nachgewiesen, dass sich ein neues Antibiotikum gebildet hatte und dass nicht mehr als 2 % nicht umgesetzte 6-Aminopenicillansäure im Produkt zurückgeblieben waren.
Das Produkt inhibierte Staph. aureus bei einer Konzentration von 0,05 mcg/ml.
Beispiel 3
Herstellung von y-Pyridylpenicillin
216 mg 6-Aminopenicillansäure wurden acyliert mit einem Mischanhydrid, das gemäss der im Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt worden war, aus 160 mg Isonikotinsäure und 0,11 ml Äthylchlorkarbonat. Es wurden 340 mg y-Pyridylpenicillin als hellgelbe, hygroskopische, feste Substanz erhalten. Ihre Reinheit ergab sich im Manometertest zu 45 %. Papierchromatographische Analyse ergab, dass das rohe Produkt nicht mehr als 10% nicht umgesetzte 6-Aminopenicillansäure enthielt und dass ausserdem ein neues Antibiotikum zugegen war.
Das Produkt inhibitierte Staph. aureus bei einer Konzentration von 0,125 mcg/ml.
Beispiel 4
Die nachfolgenden Penicillinderivate wurden hergestellt durch Reaktion von entweder einem Säurehalogenid oder einem gemischten Anhydrid abgeleitet aus den nachgenannten Säuren mit 6-Aminopenicillansäure gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren: Säure Penicillin 6-Butylpicolinsäure 6-Butyl-2-pyridylpenicillin 4-Chlorpicolinsäure 4-Chlor-2-pyridylpenicfflin 6-Methylnicotinsäure 6-Methyl-3-pyridylpenicillin 6-Isopropoxynicotinsäure 6-Isopropoxy-3-pyridylpenicillin 5-Bromnicotinsäure 5-Brom-3-pyridylpenicillin, 6-Phenylnicotinsäure 6-Phenyl-3-pyridylpenicillin,
2-Athylisonicotinsäure 2-Äthyl-4-pyridylpenicillin 3-Hydroxyisonicotinsäure 3-Hydroxy-4-pyridylpenicillin 3 -Methoxyisonicotinsäure 3-Methoxy-4-pyridylpenicillin 3-Mercaptoisonicotinsäure 3-Mercapto-4-pyridylpenicillin 3-Methylthioisonicotinsäure 3-Methylthio-4-pyridylpenicillin 3-Chlorisonicotinsäure 3-Chlor-4-pyridylpenicillin 2-Phenylisonicotinsäure 2-Phenyl-4-pyridylpenicillin
Process for the preparation of penicillin derivatives
The present invention relates to a process for the preparation of penicillin derivatives and in particular of derivatives of 6- (pyridinecarboxamide) -penicillanic acids.
The new compounds are valuable antibacterial agents. They can be used as additives to animal feed, as agents for the treatment of mastitis in horned cattle and as therapeutic products for the treatment, in particular of infectious diseases caused by Gram-positive bacteria, in poultry, mammals and humans. In addition to powerful antibacterial activity, some of the compounds show remarkable resistance to damage by acids.
The new compounds have the general formula
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wherein R is a hydrogen, chlorine or bromine atom or an alkyl, alkoxy, alkylthio, mercapto, hydroxy, chlorine, bromine or phenyl group.
The process according to the invention also relates to the preparation of non-toxic salts of the acids of the general formula (I).
Such non-toxic salts are the salts of sodium, potassium, calcium and aluminum, the ammonium salts and substituted ammonium salts, e.g. B. Salts of such non-toxic amines, such as the trialkylamines, including triethylamine, procaine, dibenzylamine, N-benzyl-beta-phenethylamine, l-ephenamine, N, N'-dibenzylethylenediamine, dehydroabietylamine, N, N'-bis-dehydroabietylethylenediamine and others Amines such as have been used so far for the formation of salts with benzylpenicillin.
Further products of the production process according to the invention are also easily hydrolyzable esters which can be converted into the free acid form by chemical or enzymatic hydrolysis.
The method according to the invention is characterized in that 6-aminopenicillanic acid or one of its neutral acids with an acylating agent of the general formula
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wherein Z is a radical leaving the acylation of primary amino groups, is reacted.
Acylating agents of the above general formula II are the acid halides, that is to say in particular the acid chlorides and acid bromides. Furthermore, the acid anhydrides and mixed anhydrides with other carboxylic acids, including the monoesters of such carboxylic acids and especially lower aliphatic esters of carbonic acid.
A special procedure for the preparation of penicillin derivatives according to the process of the invention is that the 6-aminopenicillanic acid is reacted with a mixed anhydride which can be prepared by reacting acids of the general formula
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with esters of chlorocarbonic acid. To prepare such acylating agents, it is advantageous to work in the presence of a tertiary hydrocarbon amine, such as. B. of triethylamine in an anhydrous, inert and preferably water-miscible solvent such as dioxane and optionally in the presence of a small amount of pure, anhydrous acetone, reaction times of about 30 minutes and temperatures of about 40 ° C. being observed.
To dissolve mixed anhydrides produced in this way, a cooled solution of 6-aminopenicillanic acid and a tertiary amine, e.g. B. triethylamine, in a solvent such as water, added, a substituted ammonium salt of the new penicillin derivative being formed. The reaction mixture can then at an alkaline pH with a water-immiscible solvent, such as. B. with ether, extracted in order to remove unreacted starting products.
The end product can then be obtained directly from the reaction mixture by evaporation of the solvent or by precipitation in the form of a suitable salt.
Another mode of operation of the process according to the invention consists in the preparation of an ethereal solution of the acid form of the penicillin derivative, initially preparing an aqueous solution of 6 aminopenicillanic acid and sodium bicarbonate, to which the acid chloride is added. The mixture can then be extracted with ether to remove unreacted or hydrolyzed starting products, after which the end product can be isolated in the manner described above. This method is used to advantage when the acid chloride reacts faster with a primary amine than it does with water, which can easily be determined by a simple experiment. In this procedure, the acid chloride can be replaced by equimolecular amounts of the corresponding acid bromide or acid anhydride.
Since some of the antibiotic substances produced according to the invention are relatively unstable and are easily subject to chemical changes which are associated with a loss of their antibiotic effectiveness, it appears to be desirable to maintain reaction conditions such that such decomposition does not occur. The reaction conditions to be effectively observed will of course largely depend on the reactivity of the chemical substances to be converted. In most cases a compromise has to be made between using milder reaction conditions for a longer reaction time and using stronger reaction conditions for a shorter time with the possibility of some of the antibiotic substances decomposing.
The reaction temperatures to be maintained for the preparation of derivatives of 6-aminopenicillanic acid should generally not exceed 300.degree.
Compliance with strongly alkaline or strongly acidic reaction conditions should be avoided in the process according to the invention. It is advantageous to carry out the reaction in the pH range between 6 and 9, which can easily be achieved in the usual way by using a buffer, e.g. B. a solution of sodium bicarbonate or a sodium phosphate buffer. In addition to the use of aqueous reaction media for the reaction according to the invention, including filtered fermentation broths or aqueous solutions of crude 6-aminopenicillanic acid, organic solvents can also be used, such as. B. dimethylformamide, dimethylacetamide, chloroform, acetone, methyl isobutyl ketone and dioxane.
It has often proven advantageous to add an aqueous solution of a salt of 6-aminopenicillanic acid to a solution of the acylating agent in an inert solvent and in particular in an inert solvent which is miscible with water, such as acetone or dimethylformamide. Vigorous stirring is naturally advantageous when more than one phase is present, e.g. B. a solid and a liquid phase or two liquid phases.
example 1
Production of a-pyridylpenicillin
A solution of 160 mg of picolinic acid and 0.18 ml of triethylamine in 8 ml of dry acetone was stirred while cooling to 0.degree. A solution of 0.11 ml of ethylchlorocarbonate in 4 ml of dry acetone was added dropwise over the course of 10 minutes, with constant cooling and stirring, whereupon the precipitated triethylamine hydrochloride was filtered off after a further 30 minutes. The cold filtrate, which contained the mixed anhydride of jaithoxameic acid and picolinic acid, was added slowly with stirring to a solution of 220 mg of 6-aminopenicillanic acid and 84 mg of sodium bicarbonate in 8 ml of water at 0 ° C. The solution was stirred for one hour during which time it reached room temperature.
Their color first turned yellow and then red. A trace of solid matter was filtered off and the filtrate was evaporated at a lower temperature and reduced pressure.
The residue was finally dried over phosphorus pentoxide in vacuo and gave the a-pyridylpenicillin as a reddish solid substance weighing 383 mg. Its purity was determined to be 49 S in the manometer test. Paper chromatography showed that no unreacted 6-aminopenicillanic acid was present, but that a new antibiotic was present. The new product inhibited Staph. aureus at a concentration of 25 meg / ml.
Example 2
Manufacture of ss-pyridylpenicillin
According to the procedure described in Example 1, a mixed anhydride was prepared from 296 mg of nicotinic acid, 0.34 ml of triethylamine and 0.21 ml of ethyl chlorocarbonate by reaction in 12 ml of dry acetone. The acylating agent thus prepared was used to acylate 400 mg of 6-aminopenicillanic acid in 10 ml of water containing 210 mg of sodium bicarbonate. After the reaction mixture was stirred for one hour at room temperature, it was neutralized with dilute hydrochloric acid and evaporated under reduced pressure and low temperature. The residue was dried in vacuo and gave crude ß-pyridylpenicillin as a hygroscopic, brown-yellow, solid substance weighing 695 mg.
Their purity was found to be 54% in the manometer test. Paper chromatography showed that a new antibiotic had formed and that no more than 2% unreacted 6-aminopenicillanic acid remained in the product.
The product inhibited Staph. aureus at a concentration of 0.05 mcg / ml.
Example 3
Manufacture of γ-pyridylpenicillin
216 mg of 6-aminopenicillanic acid were acylated with a mixed anhydride which had been prepared according to the procedure described in Example 1 from 160 mg of isonicotinic acid and 0.11 ml of ethyl chlorocarbonate. 340 mg of γ-pyridylpenicillin were obtained as a pale yellow, hygroscopic, solid substance. Their purity was found to be 45% in the manometer test. Paper chromatographic analysis showed that the crude product contained no more than 10% unreacted 6-aminopenicillanic acid and that a new antibiotic was also present.
The product inhibited Staph. aureus at a concentration of 0.125 mcg / ml.
Example 4
The following penicillin derivatives were prepared by reacting either an acid halide or a mixed anhydride derived from the acids mentioned below with 6-aminopenicillanic acid according to the process of the invention: Acid penicillin 6-butylpicolinic acid 6-butyl-2-pyridylpenicillin 4-chloropicolinic acid 4-chloro-2- pyridylpenicfflin 6-methylnicotinic acid 6-methyl-3-pyridylpenicillin 6-isopropoxynicotinic acid 6-isopropoxy-3-pyridylpenicillin 5-bromonicotinic acid 5-bromo-3-pyridylpenicillin, 6-phenylnicotinic acid 6-phenyl-3-pyridylpenicillin,
2-Ethylisonicotinic Acid 2-Ethyl-4-pyridylpenicillin 3-Hydroxyisonicotinic Acid 3-Hydroxy-4-pyridylpenicillin 3-Methoxyisonicotinic Acid 3-Methoxy-4-pyridylpenicillin 3-Mercaptoisonicotinic Acid 3-Mercapto-4-pyridyl-3-methyl-3-methyl-3-methylthio-pyricillin 3-chloroisonicotinic acid 3-chloro-4-pyridylpenicillin 2-phenylisonicotinic acid 2-phenyl-4-pyridylpenicillin