Verfahren zur Herstellung von Penicillinen aus 6-Aminopenlicillansäure
Das Schweiz. Patent Nr. 382 373 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von 6-Aminopenicillansäure bzw. von N-Acylderivaten dieser Säure, wobei die letzteren aus 6-Amino-penicillaii- säure durch Umsetzung mit einem Carbonsäure- chlorid oder-bromid, einem Sulfonsäurechlorid, einem Ester der Chlorkohlensäure, einem Carbonsäureanhydrid oder einem von Carbonsäuren abgeleiteten gemischten Säureanhydrid erhältlich sind.
Weiterhin ist in der schweizerischen Patentschrift Nr. 394 206 ein Herstellungsverfahren für neue Penicilline der Formel
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sowie nichttoxischer Salze derartiger Säuren beschrieben, wobei in der Formel R eine Phenyl-, substituierte Phenyl-oder Alkylgruppe und X ein Wasserstoffatom oder ein Hydroxy-, Alkoxy-, Aralkoxy-, Alkylthio-oder Alkanoyloxyrest ist. Derartige Verbindungen sind wertvolle antibakterielle Agenzien und eignen, sich als Zusätze zu tierischem Futter, als Agenzien zur Bekämpfung von Mastitis bei Hornvieh und als therapeutische Agenzien bei Federvieh und Tieren, sowie beim Menschen, insbesondere zur Behandlung von infektiösen Erkrankungen.
Es wurde nun gefunden, dass a-substituierte Benzylpenicilline die oben erwähnten Eigenschaften besitzen und darüber hinaus in vivo aktive Substanzen gegenüber gram-negativen Bakterien bilden.
Weiterhin sind sie resistent gegentiber der Zerstö- rung durch Säure.
Die genannten neuen Abkömmlinge der 6-Aminopenicillansäure haben die Formel :
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wobei in der Formel Rt, R2 und R3 gleich oder verschieden sind und Wasserstoff-, Chlor-oder Bromatome oder Hydroxy-, Alkyl-, Alkanoyloxy-oder Alkoxygruppen bedeuten und R4 eine gegebenenfalls Chloratome tragende Alkanoyloxygruppe mit bis zu 6 C-Atomen ist. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel II sowie von nichttoxischen Salzen solcher Säuren ist dadurch gekennzeichnet, dass 6-Amino-penicillan- säure oder eines ihrer Neutralsalze mit einer Verbindung der Formel
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worin X einen abspaltbaren Rest bedeutet, umgesetzt wird.
Beispiele für den Rest R4 im obengenannten Acylierungsmittel sind die Gruppen-OCOCH5, -OCOC2Hss,-OCOCHCI2 und
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Nichttoxische Salze der vorgenannten Art sind z. B. diejenigen vom Natrium, Kalium, Calcium und Aluminium, das Ammoniumsalz und substituierte Ammoniumsalze, z. B. Salze solcher nichttoxischer Amine, wie Trialkylamine, einschliesslich Triäthyl- amin, Procain, Dibenzylamin, N-Benzyl-/3-phenethylamin, 1-Ephenamin, N, N-Dibenzyl-äthylendiamin, Dehydroabietylamin, N, N-bis-Dehydroabietyl äthylen- diamin und andere Amine, wie sie zuvor zur Bildung von Salzen des Benzylpenicillins Verwendung gefunden haben.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lässt sich besonders auch das a-Acetoxy-benzylpenicillin (RI, Rg, R3 = H, R4 =-OCOCH3) herstellen, welches in zwei optisch aktiven isomeren Formen existiert, das L (-)-a-Acetoxy-benzylpenicillin und das D (-)-a-Acetoxy-benzylpenicillin. Diese isomeren Formen sind epimere und nichtenantiomorphe Verbindungen mit Rücksicht darauf, dass die 6-Amino penicillansäure, die zu ihrer Synthese verwendet worden ist, ihrerseits eine optisch aktive Verbindung ist.
Als Neutralsalze der 6-Amino-penicillansäure, wie sie beim erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt werden können, eignen sich insbesondere das Natriumsalz oder das Triäthylaminsalz.
Als Acylierungsmittel der vorgenannten Formel III eignet sich insbesondere das entsprechende Säure- chlorid, welches in wässriger Lösung direkt mit der 6-Amino-penicillansäure umgesetzt werden kann.
Funktionelle Aquivalente dieses Chlorids, die als Acylierungsmittel für primäre Aminogruppen dienen können, sind z. B. die entsprechenden Säure- bromide, Säureanhydride sowie Mischanhydride mit andern Carbonsäuren, einschliesslich Monoester und insbesondere niedere aliphatische Ester der Kohlensäure.
Eine bevorzugte Ausführungsfom des erfindungs- gemässen Verfahrens, unter Verwendung eines Mischanhydrides als Acetylierungsmittel, besteht darin, dass man ein Gemisch aus einem Alkylester der Chlorkohlensäure und einer Säure der Formel
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und einem tertiären Amin, wie z. B. Triäthylamin, in einem wasserfreien inerten und vorzugsweise mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie z. B. Dioxan, verwendet, welches gegebenenfalls eine geringe Menge reinen wasserfreien Acetons enthält. Bei der Herstellung des genannten Gemisches arbeitet man mit Vorteil in der Kälte, z. B. bei 4 C, und führt diese Vorreaktion etwa während 30 Minuten durch.
Zur Lösung des derart hergestellten Mischanhydrides wird hiernach eine abgekühlte Lösung der 6-Aminopenicillansäure sowie eines tertiären Amins, z. B.
Triäthylamin, in einem Lösungsmittel, wie z. B.
Wasser, hinzugegeben. Anschliessend wird das Reak tionsgemenge etwa während einer Stunde gerührt, wobei sich das substituierte Ammoniumsalz des gewünschten Produktes bildet. Hiernach kann das Re aktionsgemenge bei alkalischem pH-Wert mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wie z. B. mit Ather, extrahiert werden, wobei nicht umgesetzte Ausgangsprodukte entfernt werden. Das in der wässrigen Phase enthaltene Produkt wird hiernach in die freie Säure übergeführt, was vorzugsweise in der Kälte unter einer Deckschicht von Ather durch Zugabe von verdünnter Mineralsäure, z. B. 5n H2SO4, bis zum pH-Wert 2 geschieht. Anschliessend kann man die freie Säure mit einem mit Wasser nicht mischbaren neutralen organischen Lösungsmittel, wie z.
B. mit Ather, extrahieren, wonach der Extrakt mit Wasser rasch ausgewaschen werden und gewünsch- tenfalls getrocknet werden kann. Anschliessend kann man das im ätherischen Extrakt als freie Säure enthaltene Produkt in jedes gewünschte Metallsalz oder Aminsalz überführen, indem man es mit einer geeigneten Base, z. B. mit einem freien Amin, wie Procain, oder mit einer Lösung von Kalium-2-äthyl- hexanoat in trockenem n-Butanol, behandelt. Die dabei gebildeten. Salze sind normalerweise in Lösungsmitteln, wie Ather, unlöslich und können durch blosses Filtrieren abgetrennt werden.
Eine andere Arbeitsweise zur Herstellung einer ätherischen Lösung einer Verbindung der Formel II besteht darin, dass man eine wässrige Lösung der 6-Amino-penicillansäure und von Natriumbicarbonat herstellt, hierzu das Säurechlorid zugibt und bei Zimmertemperatur, z. B. während 20 bis 60 Minuten, kräftig schüttelt. Anschliessend wird das Gemenge mit Ather extrahiert, um nicht umgesetzte Ausgangsproduktei abzutrennen. Anschliessend wird die Lösung zum pH-Wert 2 angesäuert und die freie Säure der erfindungsgemäss erhaltenen Verbindung mit Ather extrahiert. Der ätherische Extrakt wird getrocknet, z.
B. über wasserfreiem Natriumsulfat, worauf das Trocknungsmittel entfernt wird und wonach eine trockene ätherische Lösung des Endproduktes zurückbleibt, aus welcher das letztere sich leicht isolieren lässt, vorzugsweise in Form eines in Ather unlöslichen Salzes, wie des Kaliumsalzes. Diese Verfahrensweise wird vorzugsweise dann angewenv det, wenn das Säurechlorid mit einem primären Amin schneller reagiert, als es dies mit Wasser tut, was sich durch einen einfachen Test leicht feststellen lässt. Bei dieser Arbeitsweise lässt sich das Saurechlorid ersetzen durch äquimolekulare Mengen des entsprechenden Säurebromids oder Säureanhydrids.
Da einige der erfindungsgemäss hergestellten anti biotischen Substanzen verhältnismässig instabile Verbindungen sind, welche leicht chemischen Anderungen unterliegen, die mit einem Verlust an anti biotischer Aktivität verbunden sind, erscheint es vorteilhaft, derartige Reaktionsbedingungen einzuhalten, bei welchen die antibiotisch aktiven Substanzen keine Zersetzung erleiden. Die effektiv ausgewählten Arbeitsbedingungen hängen in weitem Ausmass von der Reaktionsbereitschaft der verwendeten chemischen Reagenzien ab.
In den meisten Fällen ist es erforderlich, einen Kompromiss zu schliessen zwischen der Anwendung milder Reaktionsbedingungen während einer längeren Reaktionsdauer oder schärferen Reaktionsbedingungen während kürzerer Reaktionszeit mit der Möglichkeit einer Zersetzung eines Anteils der antibiotischen Substanzen.
Die bei der Herstellung der Penicilline einzuhaltenden Temperaturen sollten im allgemeinen 30 C nicht überschreiten. In manchen Fällen ist Zimmertemperatur geeignet. Da die Anwendung stark saurer oder alkalischer Reaktionsbedingungen beim erfindungsgemässen Verfahren vermieden werden sollte, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Reaktionen im pH-Bereich zwischen 6 und 9 durchzuführen, was in üblicher Weise durch Verwendung eines Puffers, z. B. einer Lösung von Natriumbicarbonat oder eines Natriumphosphatpuffers, erreicht werden kann.
Ausser der Anwendung von wässrigen Reaktionsmedien beim erfindungsgemässen Verfahren, ein schliesslich filtrierter Fermentationsbrühen oder wässriger Lösungen von roher 6-Amino-penicillan- säure, können auch organische Lösungsmittel verwendet werden, wie z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Chloroform, Aceton, Methylisobutylketon und Dioxan. Häufig erweist es sich als be sonders vorteilhaft, eine wässrige Lösung eines Salzes der 6-Amino-penicillansäure zu einer Lösung des Acylierungsmittels in einem inerten Lösungsmittel, welches vorteilhafterweise mit Wasser mischbar ist, wie z. B. Aceton oder Dimethylformamid, hinzuzufügen. Kräftiges Rühren ist dann von Vorteil, wenn mehr als eine Phase gegenwärtig ist, z.
B. eine feste und eine flüssige oder zwei flüssige Phasen.
Nach Durchführung der eigentlichen Herstel- lungsreaktion können die Produkte gegebenenfalls nach bekannten Arbeitsweisen aufgearbeitet werden, wie sie für Benzylpenicillin und Phenoxymethyl- penicillin zur Anwendung gelangen. So kann das Endprodukt z. B. mit Diäthyläther oder mit n-Butanol bei saurem pH-Wert extrahiert und anschlie ssend durch Lyophilisation oder durch Überführung in ein lösungsmittelunlösliches Salz abgeschieden werden. Letzteres kann z. B. durch Neutralisation mit einer Lösung von Kalium-2-äthylhexanoat in n-Butanol geschehen. Das Endprodukt kann weiterhin aus wässriger Lösung als wasserunlösliches Salz eines Amins ausgefällt werden, oder daraus direkt durch Lyophilisation vorzugsweise in Form eines Natrium-oder Kaliumsalzes abgetrennt werden.
Sofern das, Triäthylaminsalz gebildet wurde, kann letzteres in die freie Säure und hiernach in ein anderes Salz übergeführt werden, mit Arbeitsweisen, wie sie für Benzylpenicillin und andere Penicilline bekannt sind.
Zu diesem Zweck kann man z. B. eine Triäthylamin- verbindung in Wasser mit Natriumhydroxyd in das Natriumsalz überführen, wonach das Triäthylamin durch Extraktion, z. B. mit Toluol, entfernt werden kann. Anschliessende Behandlung des Natriumsalzea mit starken wässrigen Säuren führt es in die freie Säure über, welche in andere Aminsalze, z. B. mit Procain oder durch Reaktion mit einer Aminobase, übergeführt werden können. Derart hergestellte Salze können durch Lyophilisation isoliert werden oder, sofern sie unlöslich sind, abfiltriert werden. Eine Arbeitsweise zur Isolierung des derart hergestellten kristallinen Kaliumsalzes besteht darin, dal3 man das Produkt aus saurer, wässriger Lösung (z.
B. beim pH-Wert 2) mit Diäthyläther extrahiert, den Ather- extrakt trocknet und hiernach mindestens ein Aquivalent einer konzentrierten Lösung von Kalium-2 äthylhexanoat in trockenem Butanol hinzufügt. Dabei fällt das Kaliumsalz aus, üblicherweise in kristalliner Form, und kann durch Filtrieren oder Dekantieren abgetrennt werden.
Beispiel 1
Eine Lösung von 212 mg DL-a-Acetoxy-phenyl- acetylchlorid in 3, 4 ml trockenem Aceton wurde tropfenweise im Verlauf von 10 Minuten unter Rühren zu einer Lösung von 216 mg 6-Amino penicillansäure in 8, 4 ml 3 % igem, wässrigem Natriumbicarbonat und 5 ml Aceton hinzugefügt. Nach Vollendung der Zugabe wurde das Reaktionsgemenge bei Zimmertemperatur eine Stunde lang gerührt und hiernach mit 3 Portionen von insgesamt 45 ml Ather extrahiert, wobei lediglich die wässrige Phase zurückbehalten wurde. Diese wässrige Lösung wurde anschliessend mit 2 ml Butanol überschichtet und ihr pH-Wert durch Zugabe von n Salzsäure auf 2 eingestellt.
Nach der Schichtentrennung wurde die wässrige Phase mit 2 Portionen von je 1, 5 ml Butanol extrahiert, wobei jedesmal der pH-Wert auf 2 eingestellt wurde. Die vereinigten Butanolextrakte, welche in diesem Stadium das Produkt in Form der freien Säure enthielten, wurden mit Wasser gewa schen und hiemach mit 7 ml Wasser geschüttelt, welchem genügend 3% ige Natriumbicarbonatlösung zu- gegeben worden war, um den pH-Wert der wässrigen Phase auf 7 zu bringen. Die Butanol10sung wurde weiter extrahiert mit 2 Portionen von je 4 ml Wasser, wobei zu jeder derselben ebenfalls genügend Bicar bonatlösung hinzugegeben worden war, um den pH Wert der wässrigen Phase auf 7 zu halten.
Die ver einigten wässrigen Extrakte wurden mit Ather gewaschen und hiernach bei vermindertem Druck und niedriger Temperatur eingedampft, wobei das rohe Natriumsalz des a-Acetoxy-benzylpenicillins zurückblieb, das nach dem Trocknen im Vakuumexsikkator in Form einer hellgelben festen Substanz im Gewicht von 237 mg erhalten wurde. Im manometrischen Test erwies es sich als zu 77 rein.
Es inhibierte Staph. aureus bei 0, 12 mcg/ml. Seine Stabilität gegenüber Säuren wurde nachgewiesen durch den Umstand, dal3 92% der Penicillinaktivität unverändert erhalten blieben, nachdem eine Lösung der Substanz beim pH-Wert 2 während einer Stunde bei 35 C gehal ten worden war.
Auf chromatographischem Wege wurde nachgewiesen, dass in Gegenwart homogenisierter Leber die erfindungsgemäss hergestellte Verbindung enzymatisch zum entsprechenden a-Hydroxy-benzylpeni- cillin hydrolysiert wurde.
Beispiel 2
Eine Lösung von 4, 0 g L (+)-a-Acetoxy-phenylacetylchlorid in 50 ml Aceton wurde tropfenweise im Verlauf von 20 Minuten unter Rühren zu einer eisgekühlten Lösung von 4, 1 g 6-Amino-penicillan- säure in 57 ml normalem wässrigem Natriumbicarbonat, 43 ml Wasser und 100 ml Aceton zugegeben.
Das Rühren wude bei Zimmertemperatur während weiterer 21/o Stunden fortgesetzt und hierauf das Aceton rasch bei Zimmertemperatur im Vakuum abgetrieben. Die verbleibende Lösung wurde mit 100 ml Äther geschüttelt, wobei der pH-Wert durch Zugabe von n Salzsäure auf 2, 0 eingestellt worden war. Die ätherische Schicht wurde abgetrennt und mit so viel n Natriumbicarbonatlösung extrahiert, dass ihr pH-Wert auf 8, 0 gebracht werden konnte (27 ml). Anschliessend wurde der wässrige Extrakt bei Zimmertemperatur zur Trockne eingedampft und die verbliebene gelblichweisse feste Substanz im Vakuum getrocknet. Das derart erhaltene Natriumsalz des L (+)-a-Acetoxy-benzylpenicillins wog 6, 8 g (87/9.
Im manometrischen Test gegentiber Penicillinase erwies sich das Produkt als zu 59 % rein. Es inhibierte Staph. Oxford bei einer Konzentration von 0, 25 mcg, ml.
Beispiel 3
Die Verfahrensweise des Beispiels 2 wurde nachgearbeitet, mit Ausnahme davon, dal3 D (-)-a-Acetoxy-phenyl-acetylchlorid anstelle des L (+)-Isomeren verwendet wurde. Die Ausbeute am Penicillin, erhalten in Form eines gelbweissen Pulvers, betrug 7, 7 g (98 %). Im manometrischen Test gegenüber Penicillinase erwies sich die Reinheit zu 66%. Es inhibierte Staph. Oxford bei einer Konzentration von 0, 12 mcg/ml.
Die als Ausgangssubstanzen verwendeten D (-)und L (+)-a-Acetoxy-phenyl-acetylchloride wurden erhalten nach der Methode von Berlingozzi, Adembri und Bucci (Gazz. 1954, 84 [I], 588).
Beispiel 4
4, 0g DL-Acetylmandelylchlorid in 50ml Aceton wurden unter Rühren zu einer eiskalten Lösung von 4, 1 g 6-Amino-penicillansäure in 57 ml normalem wässrigem Natriumbicarbonat, 43 ml Wasser und 100 ml Aceton hinzugefügt. Nach zweistündigem Rühren wurde das Aceton aus dem Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck bei Zimmertemperatur abgetrieben. Der verbliebene Rückstand wurde mit 150 ml Äther geschüttelt, wobei eine genügende Menge n Salzsäure zugefügt worden war, um einen pH-Wert von 2 zu erzielen. Der Atherextrakt wurde hiernach mit 23 ml normalem wässrigem Natriumbicarbonat gewaschen, eine Menge, die gen gte, um den pH-Wert der wϯrigen Phase auf 7,5 bis 8 einzustellen.
Die wϯrige L¯sung wurde anschliessend bei Zimmertemperatur im Vakuum zur Trockne verdampft, wobei das Natriumsalz des DL a-Acetoxy-benzylpenicillins in einer Ausbeute von 92 % zurückblieb. Seine Reinheit betrug im Vergleich zu einem Standard aus Benzylpenicillin 97 S ;.
In gleicher Weise wurde, ausgehend vom D (-)und L (+)-Acetylmandelylchlorid, das Natriumsalz des D (-)-a-Acetoxy-benzylpenicillins in einer Ausbeute von 98 % sowie das Natriumsalz des L (+)-a Acetoxy-benzylpenicillins in einer Ausbeute von 87% erhalten, wobei die Reinheit dieser Produkte 81 % bzw. 91 % im Vergleich zu einem Benzylpenicillin Standard betrugen.
Beispiel S
Durch Umsetzung von 4, 65 g Acetyl-p-chlormandelylchlorid mit 4, 1 g 6-Amino-penicillansäure nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 wurde das Natriumsalz des a-Acetoxy-p-chlor-benzylpenicillins in einer Ausbeute von 85% als farbloses Pulver erhalten. Seine Reinheit erwies sich im chemischen Test gegenüber Benzylpenicillin zu 83 %.
Acetyl-p-chlor-mandelylchlorid wurde erhalten durch Behandeln von 5, 1 g p-Chlor-mandelsäure mit 5, 5 ml Acetylchlorid während einer Stunde auf einem Wasserbad und anschliessendes Erwärmen des Produktes mit 5 ml Thionylchlorid während weiterer vier Stunden auf dem Wasserbad. Flüchtige Verunreinigungen wurden aus dem Reaktionsgemenge abgetrennt durch wiederholte Zugabe von Benzol und Verdampfen unter vermindertem Druck (1 mm auf dem Wasserbad), wonach das Säurechlorid in theoretischer Ausbeute erhalten wurde.
Beispiel 6
Durch Umsetzung von 4, 85 g Acetyl-p-nitro mandelylchlorid mit 4, 1 g 6-Amino-penicillansäure nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 wurde in 95 o iger Ausbeute das Natriumsalz von a-Acetoxy p-nitro-benzylpenicillin in Form eines hellgelben Pulvers erhalten. Seine Reinheit betrug 67%, nachgewiesen vermittels chemischem Test gegenüber einem Standard aus Benzylpenicillin.
5, 0 g des Natriumsalzes des a-Acetoxy-p-nitro benzylpenicillins in 180 ml Wasser wurden bei atmosphärischem Druck in Gegenwart eines zuvor mit Wasserstoff beladenen Katalysators von 5 % Palla- dium auf Magnesiumcarbonat (7, 0 g) während einer Stunde bei Zimmertemperatur hydriert. Die Lösung wurde anschliessend filtriert und bei Zimmertemperatur im Vakuum zur Trockne eingedampft, worauf das Salz des a-Acetoxy-p-amino-benzylpenicillins in 94 % iger Ausbeute in Form eines hellgelben Pulvers erhalten wurde. Seine Reinheit erwies sich im Test gegenüber einem Benzylpenicillin-Standard zu 29%.
Beispiel 7
Durch Umsetzung von 4, 3 g Propionyl-mandelyl- chlorid mit 4, 1 g 6-Amino-penicillansäure nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 wurde das Natriumsalz des a-Propionoxy-benzylpenicillins als hellgelbe feste Substanz in einer Ausbeute von 84 % erhalten. Seine Reinheit erwies sich im Test gegenüber einem Benzylpenicillin-Standard zu 71 %.
Das hierbei verwendete Propionylmandelylchlorid wurde erhalten durch Behandlung von 5 g Mandelsäure mit 8 ml Propionylchlorid während einer halben Stunde auf dem Wasserbad. Anschliessend wurde der tXberschuss an Propionylchlorid unter vermindertem Druck abdestilliert und der Rückstand mit 16 ml Thionylchlorid während 4 Stunden auf dem Wasserbad erwärmt. Flüchtige Verunreinigun- gen wurden hierbei entfernt durch wiederholte Zugabe von Benzol und Eindampfen unter vermindertem Druck (1 mm) auf dem Wasserbad, wonach das Säurechlorid in theoretischer Ausbeute verblieb.
Beispiel 8
Durch Umsetzung von 4, 8 g Dichloracetylman delylchlorid mit 4, 1 g 6-Amino-penicillansäure nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 wurde in 80% iger Ausbeute das a-Dichloracetoxy-benzylpenicillin als hellgelbe feste Substanz erhalten. Seine Reinheit betrug 87%, bestimmt im Test gegenüber einem Benzylpenicillin-Standard.
Das hierbei verwendete Dichloracetylmandelylchlorid wurde erhalten durch Erwärmen von 6 g Dichloracetylmandelsäure mit 15 ml Thionylchlorid während 21/2 Stunden am Rückfluss. Nach dem Abtreiben des überschüssigenThionylchlorids beiAtmosphärendruck wurde das verbliebene 01 bei 110 / 0, 07 ml destilliert. Das. Destillat verfestigte sich unter Bildung weisser Kristalle des Säurechlorids (5, 1 g, 80%). Smp. 48-50 .
Analyse : gefunden : C 42, 8 H 2, 7 Cl 37, 9% berechnet fiir ClOH7C'303 :
C 42, 6 H 2, 5 Cl 37, 8%
Die hiervor verwendete Dichloracetylmandelsäure wurde erhalten durch Erhitzen von 20 g Mandel saure. mit 38, 7 ml Dichloracetylchlorid auf 70 bis 75 während einer Stunde. Der Überschuss an Di chloracetylchlorid wurde bei der genannten Temperatur unter vermindertem Druck abdestilliert. Aus der verbliebenen Flüssigkeit kristallisierte unter Verwendung von Tetrachlorkohlenstoff/Petroläther die Säure mit einer Ausbeute von 83 % als weisse, feste Substanz mit einem Smp. von 125 bis 125, 5 aus.
Analyse : gefunden : C 45, 7 H 3, 5 Cl 26, 9 % berechnet für : CtoHsCl2 4
C 45, 6 H 3, 0 Cl 27, 0%
Beispiel 9 4, 4 g Trimethylacetylmandelsäure wurden am Rückfluss mit 1, 5 ml Thionylchlorid in 20 ml Benzol während 3 Stunden erwärmt, wonach die Lösung unter vermindertem Druck eingedampft wurde und das Trimethylacetylmandelylchlorid hinterliess. Das letztere wurde in 50 ml Aceton gelöst und nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 mit 4, 1 g 6-Aminopenicillansäure umgesetzt. Erhalten wurde das Natriumsalz des a-Trimethylacetoxy-benzylpenicillins in Form einer weissen, festen Substanz in einer Ausbeute von 96%.
Seine Reinheit im Test gegenüber einem Benzylpenicillin-Standard erwies sich zu 72 %.
Process for the preparation of penicillins from 6-aminopenlicillanic acid
Switzerland. Patent No. 382 373 relates to a process for the production of 6-aminopenicillanic acid or of N-acyl derivatives of this acid, the latter from 6-amino-penicillanic acid by reaction with a carboxylic acid chloride or bromide, a sulfonic acid chloride, an ester of chlorocarbonic acid, a carboxylic acid anhydride or a mixed acid anhydride derived from carboxylic acids.
Furthermore, the Swiss patent specification No. 394 206 describes a manufacturing process for new penicillins of the formula
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and nontoxic salts of such acids are described, where in the formula R is a phenyl, substituted phenyl or alkyl group and X is a hydrogen atom or a hydroxy, alkoxy, aralkoxy, alkylthio or alkanoyloxy radical. Such compounds are valuable antibacterial agents and are suitable as additives to animal feed, as agents for combating mastitis in horned cattle and as therapeutic agents in poultry and animals, as well as in humans, in particular for the treatment of infectious diseases.
It has now been found that α-substituted benzyl penicillins have the properties mentioned above and, moreover, form substances that are active in vivo against gram-negative bacteria.
Furthermore, they are resistant to destruction by acid.
The new derivatives of 6-aminopenicillanic acid mentioned have the formula:
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where in the formula Rt, R2 and R3 are identical or different and denote hydrogen, chlorine or bromine atoms or hydroxyl, alkyl, alkanoyloxy or alkoxy groups and R4 is an alkanoyloxy group with up to 6 carbon atoms optionally bearing chlorine atoms. The process according to the invention for the preparation of compounds of the formula II and of non-toxic salts of such acids is characterized in that 6-amino-penicillanic acid or one of its neutral salts with a compound of the formula
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wherein X is a removable radical, is implemented.
Examples of the radical R4 in the abovementioned acylating agent are the groups -OCOCH5, -OCOC2Hss, -OCOCHCI2 and
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Non-toxic salts of the aforementioned type are, for. B. those of sodium, potassium, calcium and aluminum, the ammonium salt and substituted ammonium salts, e.g. B. salts of such non-toxic amines, such as trialkylamines, including triethylamine, procaine, dibenzylamine, N-benzyl- / 3-phenethylamine, 1-ephenamine, N, N-dibenzyl-ethylenediamine, dehydroabietylamine, N, N-bis-dehydroabietyl ethylene - diamine and other amines, such as those previously used to form salts of benzylpenicillin.
According to the process according to the invention, a-acetoxy-benzylpenicillin (RI, Rg, R3 = H, R4 = -OCOCH3), which exists in two optically active isomeric forms, L (-) - a-acetoxy-benzylpenicillin, can also be produced and the D (-) - a-acetoxy-benzylpenicillin. These isomeric forms are epimeric and non-enantiomorphic compounds, in view of the fact that the 6-amino penicillanic acid which has been used for their synthesis is itself an optically active compound.
The sodium salt or the triethylamine salt are particularly suitable as neutral salts of 6-aminopenicillanic acid, as can be used in the process according to the invention.
The corresponding acid chloride, which can be reacted directly with 6-aminopenicillanic acid in aqueous solution, is particularly suitable as acylating agent of the aforementioned formula III.
Functional equivalents of this chloride, which can serve as acylating agents for primary amino groups, are e.g. B. the corresponding acid bromides, acid anhydrides and mixed anhydrides with other carboxylic acids, including monoesters and especially lower aliphatic esters of carbonic acid.
A preferred embodiment of the process according to the invention, using a mixed anhydride as the acetylating agent, consists in that a mixture of an alkyl ester of chlorocarbonic acid and an acid of the formula
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and a tertiary amine, such as. B. triethylamine, in an anhydrous inert and preferably water-miscible solvent, such as. B. dioxane is used, which optionally contains a small amount of pure anhydrous acetone. In the preparation of the mixture mentioned, it is advantageous to work in the cold, e.g. B. at 4 C, and carries out this prereaction for about 30 minutes.
To dissolve the mixed anhydride produced in this way, a cooled solution of 6-aminopenicillanic acid and a tertiary amine, e.g. B.
Triethylamine, in a solvent such as. B.
Water, added. The reaction mixture is then stirred for about an hour, the substituted ammonium salt of the desired product being formed. Thereafter, the Re action mixture at alkaline pH with a water-immiscible solvent, such as. B. with ether, extracted, with unreacted starting materials are removed. The product contained in the aqueous phase is then converted into the free acid, which is preferably achieved in the cold under a layer of ether by adding dilute mineral acid, e.g. B. 5n H2SO4, up to pH 2 happens. You can then the free acid with a water-immiscible neutral organic solvent, such as.
B. with ether, after which the extract can be quickly washed out with water and, if desired, dried. You can then convert the product contained in the ethereal extract as the free acid into any desired metal salt or amine salt by treating it with a suitable base, e.g. B. treated with a free amine such as procaine, or with a solution of potassium 2-ethyl hexanoate in dry n-butanol. The educated. Salts are normally insoluble in solvents such as ethers and can be separated off by simple filtration.
Another procedure for preparing an ethereal solution of a compound of the formula II consists in preparing an aqueous solution of 6-amino-penicillanic acid and sodium bicarbonate, adding the acid chloride and storing it at room temperature, e.g. B. for 20 to 60 minutes, shake vigorously. The mixture is then extracted with ether in order to separate off unreacted starting products. The solution is then acidified to pH 2 and the free acid of the compound obtained according to the invention is extracted with ether. The essential extract is dried, e.g.
B. over anhydrous sodium sulphate, whereupon the drying agent is removed and after which a dry ethereal solution of the end product remains, from which the latter can be easily isolated, preferably in the form of an ether-insoluble salt such as the potassium salt. This procedure is preferably used when the acid chloride reacts faster with a primary amine than it does with water, which can easily be determined by a simple test. In this procedure, the acid chloride can be replaced by equimolecular amounts of the corresponding acid bromide or acid anhydride.
Since some of the anti-biotic substances produced according to the invention are relatively unstable compounds, which are easily subject to chemical changes which are associated with a loss of anti-biotic activity, it appears advantageous to maintain reaction conditions under which the antibiotic substances do not decompose. The effectively selected working conditions depend to a large extent on the reactivity of the chemical reagents used.
In most cases it is necessary to strike a compromise between the use of milder reaction conditions for a longer reaction time or more severe reaction conditions for a shorter reaction time with the possibility of decomposition of some of the antibiotic substances.
The temperatures to be maintained during the production of the penicillins should generally not exceed 30.degree. In some cases room temperature is suitable. Since the use of strongly acidic or alkaline reaction conditions should be avoided in the process according to the invention, it has proven to be advantageous to carry out the reactions in the pH range between 6 and 9, which is usually achieved by using a buffer, e.g. B. a solution of sodium bicarbonate or a sodium phosphate buffer can be achieved.
In addition to the use of aqueous reaction media in the process according to the invention, a finally filtered fermentation broth or aqueous solutions of crude 6-amino-penicillanic acid, organic solvents can also be used, such as. B. dimethylformamide, dimethylacetamide, chloroform, acetone, methyl isobutyl ketone and dioxane. It often proves to be particularly advantageous to add an aqueous solution of a salt of 6-amino-penicillanic acid to a solution of the acylating agent in an inert solvent, which is advantageously miscible with water, such as. B. acetone or dimethylformamide to add. Vigorous stirring is beneficial when more than one phase is present, e.g.
B. a solid and a liquid or two liquid phases.
After the actual production reaction has been carried out, the products can, if appropriate, be worked up by known procedures such as those used for benzylpenicillin and phenoxymethylpenicillin. So the end product can e.g. B. extracted with diethyl ether or with n-butanol at acidic pH and then ssend separated by lyophilization or by conversion into a solvent-insoluble salt. The latter can e.g. B. done by neutralization with a solution of potassium 2-ethylhexanoate in n-butanol. The end product can furthermore be precipitated from aqueous solution as the water-insoluble salt of an amine, or be separated off therefrom directly by lyophilization, preferably in the form of a sodium or potassium salt.
If the triethylamine salt has been formed, the latter can be converted into the free acid and then into another salt, using procedures as are known for benzylpenicillin and other penicillins.
For this purpose you can z. B. a triethylamine compound in water with sodium hydroxide in the sodium salt, after which the triethylamine by extraction, z. B. with toluene can be removed. Subsequent treatment of the sodium salts with strong aqueous acids converts it into the free acid, which is converted into other amine salts, e.g. B. with procaine or by reaction with an amino base, can be converted. Salts produced in this way can be isolated by lyophilization or, if they are insoluble, filtered off. One way of isolating the crystalline potassium salt produced in this way is to remove the product from an acidic, aqueous solution (e.g.
B. at pH 2) extracted with diethyl ether, the ether extract is dried and then at least one equivalent of a concentrated solution of potassium 2-ethylhexanoate in dry butanol is added. The potassium salt precipitates, usually in crystalline form, and can be separated off by filtration or decanting.
Example 1
A solution of 212 mg of DL-a-acetoxyphenyl acetyl chloride in 3.4 ml of dry acetone was added dropwise over the course of 10 minutes with stirring to a solution of 216 mg of 6-amino penicillanic acid in 8.4 ml of 3% strength aqueous Sodium bicarbonate and 5 ml acetone added. After the addition was complete, the reaction mixture was stirred at room temperature for one hour and then extracted with 3 portions totaling 45 ml of ether, only the aqueous phase being retained. This aqueous solution was then covered with a layer of 2 ml of butanol and its pH was adjusted to 2 by adding n hydrochloric acid.
After the layers had separated, the aqueous phase was extracted with 2 portions of 1.5 ml each of butanol, the pH being adjusted to 2 each time. The combined butanol extracts, which at this stage contained the product in the form of the free acid, were washed with water and then shaken with 7 ml of water to which enough 3% sodium bicarbonate solution had been added to adjust the pH of the aqueous phase to bring to 7. The butanol solution was extracted further with 2 portions of 4 ml of water each, with sufficient bicarbonate solution also having been added to each of these in order to keep the pH of the aqueous phase at 7.
The combined aqueous extracts were washed with ether and then evaporated at reduced pressure and low temperature, leaving behind the crude sodium salt of a-acetoxy-benzylpenicillin, which was obtained after drying in a vacuum desiccator in the form of a pale yellow solid substance weighing 237 mg . In the manometric test it was found to be 77 pure.
It inhibited staph. aureus at 0.12 mcg / ml. Its stability towards acids was demonstrated by the fact that 92% of the penicillin activity remained unchanged after a solution of the substance had been kept at pH 2 for one hour at 35 ° C.
It was demonstrated by chromatography that, in the presence of homogenized liver, the compound prepared according to the invention was enzymatically hydrolyzed to the corresponding α-hydroxy-benzylpenicillin.
Example 2
A solution of 4.0 g of L (+) - a-acetoxyphenylacetyl chloride in 50 ml of acetone was added dropwise over 20 minutes with stirring to an ice-cold solution of 4.1 g of 6-aminopenicillanic acid in 57 ml of normal aqueous sodium bicarbonate, 43 ml of water and 100 ml of acetone were added.
Stirring was continued at room temperature for a further 21 / o hours and the acetone was then rapidly driven off at room temperature in vacuo. The remaining solution was shaken with 100 ml of ether, the pH being adjusted to 2.0 by adding n hydrochloric acid. The ethereal layer was separated and extracted with enough sodium bicarbonate solution that its pH could be brought to 8.0 (27 ml). The aqueous extract was then evaporated to dryness at room temperature and the yellowish-white solid substance that remained was dried in vacuo. The sodium salt of L (+) - a-acetoxy-benzylpenicillin thus obtained weighed 6.8 g (87/9.
In the manometric test against penicillinase, the product was found to be 59% pure. It inhibited staph. Oxford at a concentration of 0.25 mcg, ml.
Example 3
The procedure of Example 2 was followed, with the exception that D (-) - a-acetoxyphenyl acetyl chloride was used instead of the L (+) - isomer. The yield of penicillin, obtained in the form of a yellow-white powder, was 7.7 g (98%). In the manometric test against penicillinase, the purity was found to be 66%. It inhibited staph. Oxford at a concentration of 0.12 mcg / ml.
The D (-) and L (+) - a-acetoxy-phenyl-acetyl chlorides used as starting substances were obtained by the method of Berlingozzi, Adembri and Bucci (Gazz. 1954, 84 [I], 588).
Example 4
4.0 g of DL-acetyl mandelyl chloride in 50 ml of acetone were added with stirring to an ice-cold solution of 4.1 g of 6-aminopenicillanic acid in 57 ml of normal aqueous sodium bicarbonate, 43 ml of water and 100 ml of acetone. After stirring for two hours, the acetone was driven off from the reaction mixture under reduced pressure at room temperature. The remaining residue was shaken with 150 ml of ether, a sufficient amount of n hydrochloric acid having been added to achieve a pH of 2. The ether extract was then washed with 23 ml of normal aqueous sodium bicarbonate, an amount sufficient to adjust the pH of the aqueous phase to 7.5 to 8.
The aqueous solution was then evaporated to dryness at room temperature in vacuo, the sodium salt of DL α-acetoxy-benzylpenicillin remaining in a yield of 92%. Its purity compared to a standard made of benzyl penicillin was 97 S .;
In the same way, starting from D (-) and L (+) - acetylmandelyl chloride, the sodium salt of D (-) - a-acetoxy-benzylpenicillin was obtained in a yield of 98% as well as the sodium salt of L (+) - a acetoxy- benzylpenicillins obtained in a yield of 87%, the purity of these products being 81% and 91% respectively compared to a benzylpenicillin standard.
Example p
By reacting 4.65 g of acetyl-p-chloromandelyl chloride with 4.1 g of 6-amino-penicillanic acid according to the procedure of Example 4, the sodium salt of a-acetoxy-p-chlorobenzylpenicillin was obtained as a colorless powder in a yield of 85% receive. Its purity was found to be 83% in a chemical test against benzylpenicillin.
Acetyl-p-chloro-mandelyl chloride was obtained by treating 5.1 g of p-chloro-mandelic acid with 5.5 ml of acetyl chloride for one hour on a water bath and then heating the product with 5 ml of thionyl chloride for a further four hours on the water bath. Volatile impurities were separated from the reaction mixture by repeated addition of benzene and evaporation under reduced pressure (1 mm on the water bath), after which the acid chloride was obtained in theoretical yield.
Example 6
By reacting 4.85 g of acetyl-p-nitro-mandelyl chloride with 4.1 g of 6-amino-penicillanic acid according to the procedure of Example 4, the sodium salt of a-acetoxy p-nitro-benzylpenicillin in the form of a pale yellow was obtained in 95% yield Powder received. Its purity was 67% as demonstrated by a chemical test against a standard of benzylpenicillin.
5.0 g of the sodium salt of a-acetoxy-p-nitro benzylpenicillin in 180 ml of water were at atmospheric pressure in the presence of a previously charged with hydrogen catalyst of 5% palladium on magnesium carbonate (7.0 g) for one hour at room temperature hydrogenated. The solution was then filtered and evaporated to dryness at room temperature in vacuo, whereupon the salt of a-acetoxy-p-aminobenzylpenicillin was obtained in 94% yield in the form of a light yellow powder. Its purity was found to be 29% when tested against a benzylpenicillin standard.
Example 7
By reacting 4.3 g of propionyl mandelyl chloride with 4.1 g of 6-aminopenicillanic acid according to the procedure of Example 4, the sodium salt of a-propionoxy-benzylpenicillin was obtained as a pale yellow solid substance in a yield of 84%. Its purity was found to be 71% in a test against a benzylpenicillin standard.
The propionylmandelyl chloride used here was obtained by treating 5 g of mandelic acid with 8 ml of propionyl chloride for half an hour on a water bath. The excess propionyl chloride was then distilled off under reduced pressure and the residue was heated on a water bath with 16 ml of thionyl chloride for 4 hours. Volatile impurities were removed by repeated addition of benzene and evaporation under reduced pressure (1 mm) on a water bath, after which the acid chloride remained in theoretical yield.
Example 8
By reacting 4.8 g of Dichloracetylman delylchlorid with 4.1 g of 6-amino-penicillanic acid according to the procedure of Example 4, the α-dichloroacetoxy-benzylpenicillin was obtained as a pale yellow solid substance in 80% yield. Its purity was 87% when tested against a benzyl penicillin standard.
The dichloroacetylmandelic acid used here was obtained by refluxing 6 g of dichloroacetylmandelic acid with 15 ml of thionyl chloride for 21/2 hours. After stripping off the excess thionyl chloride at atmospheric pressure, the remaining oil was distilled at 110/0.07 ml. The. Distillate solidified with the formation of white crystals of the acid chloride (5.1 g, 80%). M.p. 48-50.
Analysis: found: C 42.8 H 2, 7 Cl 37.9% calculated for ClOH7C'303:
C 42.6 H 2.5 Cl 37.8%
The dichloroacetylmandelic acid used above was obtained by heating 20 g of almond acid. with 38.7 ml of dichloroacetyl chloride to 70 to 75 for one hour. The excess of dichloroacetyl chloride was distilled off at the stated temperature under reduced pressure. Using carbon tetrachloride / petroleum ether, the acid crystallized out of the remaining liquid with a yield of 83% as a white, solid substance with a melting point of 125 to 125.5.
Analysis: found: C 45.7 H 3, 5 Cl 26, 9% calculated for: CtoHsCl2 4
C 45.6 H 3.0 Cl 27.0%
Example 9 4.4 g of trimethylacetylmandelic acid were refluxed with 1.5 ml of thionyl chloride in 20 ml of benzene for 3 hours, after which the solution was evaporated under reduced pressure, leaving the trimethylacetylmandelion chloride behind. The latter was dissolved in 50 ml of acetone and reacted according to the procedure of Example 4 with 4.1 g of 6-aminopenicillanic acid. The sodium salt of α-trimethylacetoxy-benzylpenicillin was obtained in the form of a white, solid substance in a yield of 96%.
Its purity in the test against a benzylpenicillin standard was found to be 72%.