Verfahren zur Herstellung von Derivaten der 6-Aminopenicillansäure
Es ist bekannt, dass das Grundgeräst der Penicilline die 6-Aminopenicillansäure der folgenden Formel
EMI1.1
ist. Diese enthält neben dem schwefelhaltigen 5-Ringsystem eine 4gliedrige ringförmige Lactamgruppierung, von der bekannt ist, dass sie extrem leicht aufgespalten wird. Eine vom wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkt her befriedigende Umsetzung dieses Grundgerüstes, beispiolsweise zu N-Acylderivaten, ist aus diesem Grunde bisher nicht möglich gewesen. Gerade eine solche chemische Umsetzung der 6-Aminopenicillansäure ist aber von allergrösstem Interesse, da dadurch die Zahl der zur Verfügung stehenden Penicilline und damit die gegebenen Therapiemöglichkeiten wesentlich erweitert werden könnten.
Die grundsätzliche Schwierigkeit, die den bisherigen Versuchen in dieser Richtung hemmend im Wege stand, war u. a. die Tatsache, dass eine Überführung der 6-Aminopenicillansäure in die gelöste Phase nicht möglich war, ohne Gefahr zu laufen, dass der labile ssLLactamring aufgesprengt wird.
Die geschilderten Nachteile bzw. Schwierigkeiten werden nun durch die vorliegende Erfindung überwunden. Diese besteht darin, dass die 6-Aminopenicillansäure in Verbindungen übergeführt wird, die sich ohne Schwierigkeiten in nicht protonenaktiven, nicht polaren Lösungsmitteln lösen, und die an der Aminogruppierung der 6-Stellung noch ein aktives Wasserstoffatom aufweisen, welches z. B. der Acylierungsreaktion zugänglich ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung der aus der 6-Aminopeniciliansäure hergestellten löslichen Derivate zur Herstellung von 6-Acylaminopenicillansäuren durch Einführung eines Acylrestes und anschlie ssende Abspaltung der die Löslichkeit bedingenden Gruppen.
Erfindungsgemäss wird die 6-Aminopenicillansäure mit einer Verbindung der Formel
EMI1.2
worin R einen vorzugsweise niedrigen Alkylrest bedeutet und X für ein Halogenatom, ein Wasserstoffatom oder für eine der Gruppen
EMI1.3
in denen R die gleiche Bedeutung wie oben hat, steht, in solchen Mengenverhältnissen umgesetzt, dass auf ein Molekül 6-Aminopenicillansäure wenigstens zwei siliziumhaltige Gruppen im Reaktionsgemisch vorhanden sind. R bedeutet insbesondere den Methyl-, Äthyl- oder Propylsest. Steht X für ein Halogenatom, so erfolgt die Umsetzung zweckmässig in Gegenwart eines Säurenakzeptors, beispielsweise eines Amins.
Bedeutet in der Formel (I) das Symbol X ein Wasserstoffatom, so wird die Reaktion normalerweise in Gegenwart von Katalysatoren, wie Palladium, Platin, H2PtCl6 usw., durchgeführt.
Insbesondere wenn X in der Verbindung der Formel (I) für eine stickstoffhaltige Gruppe steht, ist es zweckmässig, das Reaktionsgemisch zu erhitzen. Dabei kann man beispielsweise das Gemisch der Ausgangsverbindungen mehrere Stunden unter Rückfluss kochen, ohne dass Gefahr besteht, dass der ss-Lactamring in der 6-Aminopenicillansäure zerstört wird. Dies ist überraschend, da z. B. bei der Verwendung von Hexamethyldisilazan im Verlaufe der Silylierungsreaktion Ammoniak gebildet wird.
Trotz der erhöhten Reaktionstemperatur (z. B. kann das Hexamethyldisilazan bei seinem Siedepunkt (1260 C) eingesetzt werden und trotz der an sich gegebenen Empfindlichkeit der zu silylierenden Verbindung hat es sich gezeigt, dass die bei der Sily- lierung erfolgende Ammoniakbildung keinen nachteiligen Einfluss hat.
Bei der Umsetzung der 6-Aminopenicillansäure mit einer Verbindung der Formel I können gegen nenfalls übliche, nicht protonenaktive Lösungsmittel zugefügt werden. Man kann in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Umsetzung der 6-Aminopenicillansäure mit einer Verbindung der Formel (I) derart durchführen, dass mit einem Über- schuss des Silylierungsmittels gearbeitet wird.
Es wird insbesondere bevorzugt, solche Verbindungen der Formel (I) einzusetzen, in denen R für eine Methylgruppe steht. Die dabei erhaltenen Produkte sind in üblichen nicht protonenaktiven unpolaren Lösungsmitteln hervorragend löslich. Man konnte nicht voraussehen, dass durch die Einführung solcher kurzkettigen an ein Siliziumatom gebundenen Alkylreste die lipophilen Eigenschaften der an sich unlöslichen Verbindung wesentlich verbessert werden.
Tatsächlich hat sich aber gezeigt, dass die insbesondere bevorzugte Silylierung mit den Trimethylsilylverbindungen zu Produkten führt, die in den üblichen unpolaren Lösungsmitteln hervorragend löslich sind.
Die erfindungsgemäss durch Umsetzung der 6 Aminopenicillansäure mit einer Verbindung der Formel (I) erhältlichen Verbindungen stellen N-Tri alkylsilyl-6-aminopenicillans äuretrialkylsilylester dar.
Diese sind gegen hydrolytische Einflüsse sehr empfindlich. Beispielsweise werden durch Einwirkung von Wasser, Alkohol usw. die Trialkyisilylgruppen unter Regeneration von 6-Aminopenicillansäure abgespalten. Anderseits sind diese Verbindungen aber ausreichend stabil, um einer Acylierungsreaktion unterworfen werden zu können. Bei einer milden Hydrolyse der dabei erhaltenen Acylierungsprodukte erfolgt dann sofort Abspaltung der siliziumhaltigen Reste unter Bildung von 6-Acylaminopenicillansäuren.
Zum Gegenstand der Erfindung gehört demgemäss die Verwendung der aus 6-Aminopenicillansäure und Verbindungen der Formel (I) erhaltenen
NTrialkylsilyl 6- aminopeniclllansäure - trialkylsilyl- ester zur Herstellung von 6-Acylaminopenicillansäuren durch Acylierung und nachfolgende Abspaltung der Silylgruppen.
Die Acylierung der N-Trialkylsilyl-6-aminopeni cillansläure-t, rialkylsilylester erfolgt in Gegenwart unpolarer Lösungsmittel in üblicher Weise, z. B. mit einem Säurehalogenid, einem Säureanhydrid, mit Ketenen oder dergleichen, gegebenenfalls in Gegenwart eines Säurenakzeptors. Als Säurenakzeptor kann eine organische Base, insbesondere eine tertiäre Base, eingesetzt werden, jedoch kann als solcher auch ein aus der Umsetzung der 6-Aminopenicillansäure mit einer Verbindung der Formel (I), in der X für eine stick- stoffhaltige Gruppe steht, vorhandener Überschuss einer derartigen Verbindung der Formel (I) dienen.
Im letzteren Fall kann man auf die zusätzliche Verwendung basischer Verbindungen verzichten. Grundsätzlich kann die Acylierung mit insbesondere Acylchloriden bei Zimmertemperatur durchgeführt werden. Ein Erwärmen ist nicht notwendig. Es können praktisch beliebige Carbonsäurereste als Acylgruppen in die Aminogruppe eingefügt werden. Es gelingt so, z. B. auch Polypepitdreste mit dem 6 Aminopenicillansäuregerüsb zu kondensieren.
Nach der Acylierung werden dann die siliziumhaltigen Gruppen, z. B. durch eine milde Hydrolyse, abgespalten. Dazu setzt man den erhaltenen, die Silylgruppen noch enthaltenden Verbindungen zweckmässig ausreichende Mengen von Wasser oder Alkohol zu, wobei vorzugsweise nur die zur Abspaltung der Silylreste erforderlichen Mengen des Hydrolysemediums eingesetzt werden.
Aus dem so erhaltenen Reaktionsgemisch können die gebildeten 6-Acylaminopenicillansäuren dann in üblicher Weise isoliert werden, beispielsweise durch Abdestillieren des Lösungsmittels oder durch Isolie ren in Form entsprechender Salze. Man kann aber die freien 6-Acylaminopenicillansäuren auch dadurch gewinnen, dass man nach der Acylierung, gegebenenfalls nach Abtrennung von Nebenprodukten, das Reaktionsgemisch eindampft und dann erst die Abspaltung der Silylgruppen vornimmt.
Beispiel I
2 g 6-Aminopenicillansäure wurden mit 20,0 g Hexamethyldisilazan 45 Minuten unter Rückfluss erwärmt, wobei die 6-Aminopenicillansäure in Lösung ging. Beim Abkühlen fielen 0,3 g der vorgenannten Substanz wieder aus der Lösung aus, welche abgesaugt wurden, so dass für die nachfolgende Reaktion noch 1,7 g 6-Aminopenicillansäure zur Verfügung standen.
Beispiel 2
Zu der zuvor gewonnenen Lösung des N-Trimethyl silyl-6-aminopenicillansäuretrimethylsilylesters in Hexamethyldisilazan wurden bei Zimmertemperatur 0,9 g Triäthylamin (10% Überschuss) und 1,3 g Phenylessigsäurechlorid (10% Überschuss) zugegeben, wobei sich sofort die theoretisch zu erwartende Menge an Triäthylamin-hydrochlorid ausschied.
Man liess das Reaktionsgemisch, welches sich bei der Acylierung auf etwa 400 erwärmte, abkühlen und filtrierte das Triäthylaminhydrochlorid unter Feuchtigkeitsausschluss ab. Das klare Filtrat wurde bei maximal 500 Wasserbadtemperatur im Vakuum eingeengt und überschüssiges Hexamethyldisilazan in einer mit Aceton- CO2 gekühlten Falle aufgefangen.
Als Rückstand verblieb ein honiggelber Sirup von Penicillin-G-trimethylsilylester, welcher durch Zugabe von wenig Wasser bei Zimmertemperatur in Penicillin-G überführt wurde. Ausbeute etwa 90%.
Beispiel 3
1,0 g 6-Aminopenicillansäure wurden mit 10,0 g Hexamethyldisilazan etwa 45 Minuten unter Rückfluss erhitzt und nach dem Abkühlen 0,15 g 6-Amino penicillansäure durch Abfiltrieren zurückgewonnen.
Das klare Filtrat versetzt man mit 0,5 g Triäthylamin und tropfte die für einen molaren Umsatz berechnete Menge (Roh)-Truxillsäurechlorid (0,65 g) gelöst in wenigen ml CC hinzu. Das Reaktionsgemisch blieb über Nacht bei Zimmertemperatur stehen. Nach Entfernen von Triäthylamin-HCl wurde überschüssiges Hexamethyldisilazan durch Destillation im Vakuum zurückgewonnen. Die Silylverbindung des Endproduktes überführte man durch Stehen an der Luft in das freie Truxillsäure-dipenicillin.
Ausbeute nahezu quantitativ.
Die Testung auf die antibiotische Wirksamkeit dieses Präparates erhielt im Vergleich mit üblichem Penicillin-G-Na folgendes Ergebnis: Staphylokokken- Hemmdosis von Hemmdosis von Teststamm Penicillin-G-Na Präparat AR III SG 511 0,06 ylcm3 0,5 ylcm3 V 2370/1 keine Hemmung bei 30 4com0
60 4com0 V 2335/6 keine Hemmung bei 50 4com8
60 ylcm3
Das Präparat ist also gegenüber Staphylokokkenstämmen wirksam, gegen die das bekannte Penicillin-G unwirksam ist.
Process for the preparation of derivatives of 6-aminopenicillanic acid
It is known that the basic structure of penicillins is 6-aminopenicillanic acid of the following formula
EMI1.1
is. In addition to the sulfur-containing 5-ring system, this contains a 4-membered ring-shaped lactam group, which is known to be extremely easily split. For this reason, it has hitherto not been possible to convert this basic structure, for example to N-acyl derivatives, which is satisfactory from an economic and technical point of view. Such a chemical conversion of 6-aminopenicillanic acid is of the greatest interest, since it could significantly expand the number of penicillins available and thus the therapeutic options available.
The fundamental difficulty that has hindered previous attempts in this direction was u. a. the fact that it was not possible to convert 6-aminopenicillanic acid into the dissolved phase without running the risk of the labile ssL-lactam ring being burst.
The disadvantages and difficulties outlined are now overcome by the present invention. This consists in the fact that the 6-aminopenicillanic acid is converted into compounds which dissolve without difficulty in non-proton-active, non-polar solvents, and which still have an active hydrogen atom on the amino group in the 6-position, which z. B. the acylation reaction is accessible. The invention further relates to the use of the soluble derivatives prepared from 6-aminopenicillanic acid for the preparation of 6-acylaminopenicillanic acids by introducing an acyl radical and then cleaving off the groups which determine the solubility.
According to the invention, 6-aminopenicillanic acid is treated with a compound of the formula
EMI1.2
where R is a preferably lower alkyl radical and X is a halogen atom, a hydrogen atom or one of the groups
EMI1.3
in which R has the same meaning as above, reacted in proportions such that at least two silicon-containing groups are present in the reaction mixture for one molecule of 6-aminopenicillanic acid. R in particular denotes the methyl, ethyl or propyl radical. If X stands for a halogen atom, the reaction is conveniently carried out in the presence of an acid acceptor, for example an amine.
If the symbol X in the formula (I) means a hydrogen atom, the reaction is normally carried out in the presence of catalysts such as palladium, platinum, H2PtCl6, etc.
In particular when X in the compound of the formula (I) stands for a nitrogen-containing group, it is advantageous to heat the reaction mixture. For example, the mixture of the starting compounds can be refluxed for several hours without there being any risk of the β-lactam ring in the 6-aminopenicillanic acid being destroyed. This is surprising since e.g. B. when using hexamethyldisilazane, ammonia is formed in the course of the silylation reaction.
Despite the increased reaction temperature (for example, the hexamethyldisilazane can be used at its boiling point (1260 C) and despite the inherent sensitivity of the compound to be silylated, it has been shown that the ammonia formation that occurs during the silylation has no disadvantageous influence .
When the 6-aminopenicillanic acid is reacted with a compound of the formula I, customary, non-proton-active solvents can be added. In a particular embodiment of the invention, the reaction of 6-aminopenicillanic acid with a compound of the formula (I) can be carried out in such a way that an excess of the silylating agent is used.
It is particularly preferred to use compounds of the formula (I) in which R stands for a methyl group. The products obtained are extremely soluble in conventional non-proton-active, non-polar solvents. One could not foresee that the introduction of such short-chain alkyl radicals bonded to a silicon atom would significantly improve the lipophilic properties of the compound which is insoluble per se.
In fact, it has been shown that the particularly preferred silylation with the trimethylsilyl compounds leads to products which are extremely soluble in the customary non-polar solvents.
The compounds obtainable according to the invention by reacting the 6 aminopenicillanic acid with a compound of the formula (I) are N-trialkylsilyl-6-aminopenicillans acid trialkylsilyl esters.
These are very sensitive to hydrolytic influences. For example, the action of water, alcohol, etc., cleaves the trialkyisilyl groups with regeneration of 6-aminopenicillanic acid. On the other hand, however, these compounds are sufficiently stable to be able to be subjected to an acylation reaction. In the case of mild hydrolysis of the acylation products obtained, the silicon-containing residues are then immediately split off with the formation of 6-acylaminopenicillanic acids.
The subject matter of the invention accordingly includes the use of those obtained from 6-aminopenicillanic acid and compounds of the formula (I)
NTrialkylsilyl 6-aminopenicillanic acid - trialkylsilyl- ester for the production of 6-acylaminopenicillanic acids by acylation and subsequent cleavage of the silyl groups.
The acylation of the N-trialkylsilyl-6-aminopeni cillansäure-t, rialkylsilylester takes place in the presence of non-polar solvents in the usual manner, for. B. with an acid halide, an acid anhydride, with ketenes or the like, optionally in the presence of an acid acceptor. An organic base, in particular a tertiary base, can be used as the acid acceptor, but an excess resulting from the reaction of 6-aminopenicillanic acid with a compound of the formula (I) in which X stands for a nitrogen-containing group can also be used as such such a compound of formula (I) serve.
In the latter case, the additional use of basic compounds can be dispensed with. In principle, the acylation can be carried out with, in particular, acyl chlorides at room temperature. Heating is not necessary. Virtually any carboxylic acid residues can be inserted into the amino group as acyl groups. It works like this B. also to condense polypepitic residues with the 6 aminopenicillanic acid skeleton.
After the acylation, the silicon-containing groups, e.g. B. by a mild hydrolysis, split off. For this purpose, it is expedient to add sufficient amounts of water or alcohol to the compounds obtained which still contain the silyl groups, preferably only the amounts of the hydrolysis medium required to split off the silyl radicals.
The 6-acylaminopenicillanic acids formed can then be isolated in the customary manner from the reaction mixture thus obtained, for example by distilling off the solvent or by isolating them in the form of corresponding salts. However, the free 6-acylaminopenicillanic acids can also be obtained by evaporating the reaction mixture after the acylation, optionally after separating off by-products, and only then removing the silyl groups.
Example I.
2 g of 6-aminopenicillanic acid were refluxed with 20.0 g of hexamethyldisilazane for 45 minutes, the 6-aminopenicillanic acid going into solution. On cooling, 0.3 g of the abovementioned substance precipitated out of the solution, which was filtered off with suction, so that 1.7 g of 6-aminopenicillanic acid were still available for the subsequent reaction.
Example 2
0.9 g of triethylamine (10% excess) and 1.3 g of phenylacetic acid chloride (10% excess) were added to the previously obtained solution of the trimethylsilyl N-trimethylsilyl-6-aminopenicillanate in hexamethyldisilazane, the theoretically expected amount being added immediately precipitated in triethylamine hydrochloride.
The reaction mixture, which heated to about 400 during the acylation, was allowed to cool and the triethylamine hydrochloride was filtered off with exclusion of moisture. The clear filtrate was concentrated in vacuo at a maximum water bath temperature of 500 and excess hexamethyldisilazane was collected in a trap cooled with acetone-CO2.
A honey-yellow syrup of penicillin-G trimethylsilyl ester remained as residue, which was converted into penicillin-G by adding a little water at room temperature. Yield about 90%.
Example 3
1.0 g of 6-aminopenicillanic acid was refluxed with 10.0 g of hexamethyldisilazane for about 45 minutes and, after cooling, 0.15 g of 6-aminopenicillanic acid was recovered by filtering off.
The clear filtrate is mixed with 0.5 g of triethylamine and the amount of (crude) truxillic acid chloride (0.65 g), dissolved in a few ml of CC, calculated for a molar conversion, is added dropwise. The reaction mixture remained at room temperature overnight. After removing triethylamine-HCl, excess hexamethyldisilazane was recovered by distillation in vacuo. The silyl compound of the end product was converted into the free truxillic acid dipenicillin by standing in air.
Almost quantitative yield.
The test for the antibiotic effectiveness of this preparation gave the following result in comparison with conventional penicillin-G-Na: Staphylococcal inhibitory dose of inhibitory dose of test strain penicillin-G-Na preparation AR III SG 511 0.06 ylcm3 0.5 ylcm3 V 2370/1 no inhibition at 30 4com0
60 4com0 V 2335/6 no inhibition at 50 4com8
60 ylcm3
The preparation is therefore effective against strains of staphylococci, against which the well-known penicillin-G is ineffective.