Die 7-Amino-cephalosporansäure, im weiteren abgekürzt 7-ACA, ist ein sehr wertvolles Zwischenprodukt bei der Herstellung von biologisch aktiven Cephalosporinderivaten, z.B.
von 7-Phenylacetamido-cephalosporansäure. Man kann die 7-ACA durch die N-Desacylierung des Antibioticums Cephalosporin C, zB. mittels Nitrosylchlorid herstellen. Das Produkt ist oft verunreinigt, u.a. durch unverändertes Cephalosporin C, dessen 3-Hydroxymethylderivat und das entsprechende Lacton, sowie durch undefinierte farbige Verbindungen, welche Verunreinigungen auch bei einer folgenden N-Acylierung schwer zu entfernen sind. Bei der Herstellung eines gewünschten N-Acyl-Derivates bilden sich demgemäss N-Acyl-Derivate der Verunreinigungen, z.B. des 3-Hydroxymethyl-Derivates der 7-ACA. Besonders schwierig ist die Entfernung der farbigen Verunreinigungen aus solchen acylierten Derivaten der 7-ACA wie die 7-Phenylacetamido- und die 7-Thienylacetamido-cephalosporansäure.
Es wurde versucht, rohe 7-ACA-Mischungen auf dem Wege der Bildung ihrer Säureadditionssalze zu reinigen, es zeigte sich aber dabei, dass praktisch alle hierzu ausprobierten Säuren entweder gar keine Salze bilden oder nur wasserlösliche, welche letzteren die Reinigung nicht erleichtern. Es wurde aber festgestellt, dass Sulfonsäuren und Salpetersäure in Wasser wenig lösliche Additionssalze liefern, welche nicht nur die Herstellung von relativ reiner 7-ACA, sondern auch die von relativ reinen N-Acylderivaten dieser Säure ermöglichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Reinigen von roher 7-Amino-cephalosporansäure ist daher dadurch gekennzeichnet, dass man die 7-Amino-cephalosporansäure oder ein Basensalz von 7-Amino-cephalosporansäure mit einer Sulfonsäure oder mit Salpetersäure umsetzt, aus der Lösung des Reaktionsmediums die ungelösten Verunreinigungen entfernt und aus der Lösung die gereinigte 7-Amino-cephalosporansäure in Form der freien Säure oder ihres Salzes gewinnt.
Besonders brauchbar ist dieses Verfahren, wenn man von einer rohen 7-ACA ausgeht, welche durch Umsetzung von Cephalosporin C mit Nitrosylchlorid erhalten wurde, aber es kann auch 7-ACA anderen Ursprungs verwendet werden, z.B. eine durch enzymatische N-Desacylierung erhaltene.
Obwohl man das Verfahren auch unmittelbar mit roher 7-ACA durchführen kann, ist es doch vorteilhaft, erst ein Basensalz zu bilden, z.B. mit einem organischen Amin, weil gewisse Basensalze in organischen Lösungsmitteln und Wasser besser löslich sind als die 7-ACA selber. Man kann 7-ACA, z.B. in einem inerten, wasserunlöslichen organischen Lösungsmittel suspendieren und diese Suspension mit einem Tri-niederalkylamin unter Bildung des Aminsalzes umsetzen. Dieses lässt sich mit Wasser extrahieren, worauf man den Extrakt mit einer wässrigen Lösung der gewünschten Säure umsetzt.
Aus der erhaltenen wässrigen Mischung lässt sich das Säureadditionssalz auskristallisieren. Die Entfernung der unlöslichen Verunreinigungen kann in einem zweckmässigen Zeitpunkt erfolgen, jedenfalls aber vor dem Auskristallisieren des Säureadditionssalzes.
Im Falle des Hydronitrates kann man wässrige Salpetersäure einer Suspension von 7-ACA in Wasser oder einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel zusetzen und das Gemisch bewegen, bis die 7-ACA in Lösung geht. Aus der Lösung kann man das 7-Amino-cephalosporansäurehydroni trat gewinnen, wenn man die Lösung nach dem Entfernen der festen Verunreinigungen abkühlt.
Wenn man andererseits Säureadditionssalze der Sulfonsäuren bilden will, ist es meistens unnötig, erst die Basensalze herzustellen. Man kann zB. eine Suspension von 7-ACA in einem wasserlöslichen inerten organischen Lösungsmittel mit einer Lösung oder Suspension einer Sulfonsäure in einem wasserlöslichen inerten organischen Lösungsmittel um setzen, welches Lösungsmittel so gewählt ist, dass es das gebildete Säureadditionssalz zu lösen vermag. Die festen Verunreinigungen werden aus der Lösung entfernt und man setzt Wasser zu um das Säureadditionssalz auszuscheiden. Die Ausscheidung kann durch Kühlung gefördert werden.
Als Sulfonsäure verwendet man vorzugsweise Alkylbenzolsulfonsäuren, in denen die Alkylreste 1 bis 18, zweckmässig 1 bis 4 Kohlenstoffatome haben. Sehr gute Resultate wurden erzielt bei Verwendung von p-Toluolsulfonsäure. Diese liefert bei der Umsetzung mit 7-ACA 7-Amino-cephalosporansäurehydrogen-p-toluolsulfonat dihydrat, welche Verbindung in wässrigen Aceton wenig löslich ist und in guter Ausbeute und Reinheit kristallisiert.
Andere brauchbare Sulfonsäuren umfassen niedere Alkylsulfonsäuren, z.B. Methylsulfonsäure und die Naphthalinsulfonsäuren.
Die verwendbaren wasserunlöslichen organischen Lösungsmittel umfassen Halogenkohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Chloroform oder 1,2-Dichloräthan.
Als wasserlösliche organische Lösungsmittel sind vorzugsweise Ketone verwendbar, z.B. Aceton oder Methyl-äthylketon.
Die genannten Säureaddittionssalze sind neu.
Aus den Säureadditionssalzen kann man die 7-ACA gewinnen, indem man das Salz in einem niederen Alkanol, z.B.
Methanol, löst, und mit einer Base die Lösung auf etwa pH 3,5 also den isoelektrischen Punkt der 7-ACA in Wasser, einstellt. Dieser Wert soll vorzugsweise in der Lösung mit einer Glaselektrode gemessen werden. Als Base verwendet man hierzu im allgemeinen eine konzentrierte Ammoniaklösung z.B. in Methanol oder Wasser. Man kann aber auch in man cher Hinsicht vorteilhaft das Säureadditionssalz in N,N-Dimethyl-acetamid oder N.N-Dimethylformamid lösen und die Lösung in Wasser giessen. Die 7-ACA scheidet sich dabei nach kurzem Stehen in guter Ausbeute und leicht filtrierbarer Form aus.
Die gereinigte 7-ACA kann man acylieren, wobei man sehr reine 7-Acylate erhalten kann.
Überraschenderweise ist es aber nicht nötig, die 7-ACA vor ihrer Acylierung aus den Säureadditionssalzen zu gewinnen, da man diese unmittelbar acylieren kann, z.B. mit einem Säurechlorid oder Säurebromid, wobei man gleichfalls sehr reine 7-Acylate erhalten kann. Man kann z.B. das Säureadditionssalz in einer wässrigen Lösung eines säurebindenden Mittels, z.B. eines Alkalibicarbonates, lösen und unmittelbar acylieren, z.B. mit Thienylacetylchlorid. Vorzugsweise acyliert man jedoch nach dem in der Schweizer Patentschrift Nummer 469 740 beschriebenen Verfahren. Anstatt sie zu acylieren, kann man die Säureadditoinssalze mit einem Nucleophilen umsetzen, wobei sich Verbindungen bilden, in denen die Acetatgruppe in der 3-Acetylmethylgruppe mit einem aus dem Nucleophilen abgeleiteten Rest ersetzt ist, z.B. mit einem Azid oder einer Thiobenzoatgruppe.
Die niederen Alkylreste beziehen sich im allgemeinen auf Gruppen von 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.
Beispiel I a) Herstellung von 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat.
100 g rohe 7-ACA werden in 500 ml Methylenchlorid suspendiert und 62 ml Triäthylamin auf einmal zugesetzt. Das Gemisch wird 10 Minuten gerührt und ca. 9 g ungelöster Feststoff werden abfiltriert. Das Filtrat wird zweimal mit je 200 ml Wasser extrahiert und die vereinigten wässrigen Extrakte nochmals mit 150 ml Methylenchlorid gewaschen. Die erhaltene wässrige Lösung wird in eine grührte Lösung von 260 g Toluol-p-sulfonsäure-monohydrat in 100 ml Wasser gegossen. Nachdem die klare Lösung 30-60 Sekunden gerührt worden ist, beginnt der Feststoff zu kristallisieren und die Kristallisation wird durch fortgesetztes Rühren während 30 Minuten bei 0 C beendet. Der Feststoff wird durch Filtrieren gesammelt, zweimal mit je 150 ml Wasser, einmal mit 150 ml Aceton gewaschen und im Vakuum bei 40"C getrocknet.
Man erhält 116 g gereinigtes Hydrogen-p-toluolsulfonat-dihydrat von 7-ACA (65;5% der Theorie).
b) Regeneration von 7-ACA.
Die oben erwähnten 116 g Hydrogen-p-toluolsulfonat werden in 1,0 Liter Methanol gerührt und ca. 5 g ungelöstes Material durch Filtrieren entfernt. Das Filtrat wird 15 Minuten bei Zimmertemperatur mit 16,5 g Holzkohle gerührt. Die Holzkohle wird abfiltriert und mit 160 ml Methanol gewaschen. Die Waschflüssigkeit wird mit dem Filtrat vereinigt und die gesamte Lösung gerührt, wobei ein gleiches Volumen Wasser zugesetzt wird. Der Feststoff fällt aus und der pH Wert wird mit starker wässriger Ammoniumlösung auf 3,5 eingestellt. Die Suspension wird eine Stunde unter Wasserkühlung gerührt. Der Feststoff wird abfiltriert, zweimal mit je 100 ml Wasser und zweimal mit je 100 ml Aceton gewaschen und bei Zimmertemperatur im Vakuum getrocknet.
Man erhält 57 g gereinigte 7-ACA (57% Gesamtausbeute), [ iD20 = +920 (c = 1 in pH 6-Puffer), El7cOni bei 264 = 306 (in pH 6-Puffer). Wenn das Material auf einem Papierchromatogramm läuft, wobei ein Propanol/Wasser-System verwendet wird, können keine Verunreinigungen festgestellt werden, während das rohe 7-ACA die Gegenwart von sechs Flecken zeigt, wenn es unter den gleichen Bedingungen läuft.
c) Regeneration von 7-ACA (andere Methode)
500 g 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat-dihydrat in 2,4 Litern N,N-Dimethylacetamid werden 10 Minuten mit 100 g Kieselgur gerührt. Die Kieselgur wird abfiltriert und das Filtrat direkt in 5 Liter Wasser laufen gelassen. Das Bett ist mit 150 ml N,N-Dimethylacetamid gewaschen und die Waschflüssigkeit wird zu dem wässrigen Filtrat zugegeben. Die Suspension wird y2 Stunde bei Zimmertemperatur altern gelassen.
Der Feststoff wird durch Filtrieren gesammelt und mit 2 Liter Wasser durch Verdrängen gewaschen. Der Feststoff wird aus dem Trichter entfernt und mit 1 Liter Aceton geschlämmt, nochmals filtriert und mit einem Liter Aceton durch Verdrängen gewaschen. Das Produkt wird im Vakuum bei Zimmertemperatur getrocknet und liefert 239 g 7-ACA (84%ige Ausbeute), [X]D = +91,7 (c = 1,0 in pH 7-Puffer).
Beispiel 2 a) Herstellung von 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat-dihy drat.
0,2 kg 7-ACA werden unter Rühren in 0,5 Liter Aceton bei Zimmertemperatur suspendiert. Eine Lösung von 0,24 kg p-Toluolsulfonsäure-monohydrat in 0,5 Liter Aceton wird auf einmal zu der Suspension zugegeben. Das Rühren wird 5 Minuten fortgesetzt, die Mischung dann durch rasches Filtrieren durch ein Kieselgurbett von 0,025 kg gereinigt und das Bett durch Verdrängung mit 0,15 Liter Aceton gewaschen. Das Filtrat und die Waschflüssigkeit werden gemischt und gerührt, während 80 ml Wasser auf einmal zugegeben werden. Das Rühren setzt man weitere 4 Stunden fort, während welcher Zeit, nachdem das Absetzen begonnen hat, (15 30 Minuten) an den Behälter äussere Eis/Salz-Kühlung angelegt wird. Das Reaktionsgemisch wird filtriert, das Bett so trocken wie möglich abgesaugt, dann durch Aufschlämmen mit 0,5 Liter kaltem (0 C) Aceton gewaschen und nochmals filtriert.
Das Produkt wird bei Zimmertemperatur getrocknet und liefert 0,26 kg 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat-dihydrat (73,6% der Theorie), [05]D = +270 (c = 1 in Dimethylacetamid), El%m ;x.max 261-263 m = 156 (Methanol). Die papierchromatographische Analyse unter Verwendung eines Propanol/Wasser/ Natriumacetat-Puffersystems zeigt die Abwesenheit von Verunreinigungen an.
Analyse für C17Hv4N2OXoS2
Berechnet: C 42,5 H 5,03 N 5,83 S 13,4
Gefunden: C 42,6 H 5,07 N 6,06 S 13,8 b) Acylierung von 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat-dihy drat.
10 g 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat-dihydrat werden portionsweise zu 100 ml einer gerührten 7%igen wässrigen Natriumbicarbonatlösung zugesetzt. Nötigenfalls wird das Schäumen durch Zugabe von 60 ml Tetrahydrofuran verhindert. Eine Lösung von 3,2 ml 2-Thienylacetylchlorid in 16 ml Tetrahydrofuran wird in 10 Minuten durch einen Tropftrichter zu der gerührten Lösung gegeben und die Reaktion durch Rühren während weiteren 10 Minuten bei Zimmertemperatur beendet. Darauf gibt man 40 g Ammoniumsulfat und 20 ml Petroläther (Siedepunkt 60-800C) zu und anschliessend 15 ml konzentrierte Salzsäure. Die Mischung wird geschüttelt und sich absetzen gelassen. Die wässrige Schicht läuft ab und wird mit einem Gemisch von Tetrahydrofuran und Petroläther im Verhältnis 4:1(1 X 40 ml, 2 X 30 ml) extrahiert.
Die organischen Schichten werden zusammengegeben, die erhaltene Lösung zweimal mit je 30 ml gesättigter Ammoniumsulfatlösung gewaschen und über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Der Feststoff wird abfiltriert, mit 30 ml Tetrahydrofuran gewaschen und das Filtrat und die Waschflüssigkeiten durch Destillation unter vermindertem Druck zu einem kleinen Volumen konzentriert. Der Rückstand wird in 100 ml Aceton, der 10 ml Methylalkohol enthält, mit 33 ml einer 12%igen Lösung von Natrium-2-äthylhexoat in Äthylacetat behandelt. Nach einer Stunde wird der Feststoff bei Raumtemperatur durch Filtrieren gesammelt, mit 35 ml Aceton gewaschen und im Vakuum getrocknet.
Man erhält 8,1 g Natrium-7-(thiesnyl-2'-acetamido)-cephalosporanat, entsprechend 93,4% der Theorie [OC]D20 = +132 (c = 1 in Wasser), Edlem ).m3x 236-237 mpt 320, Infl. 260 200; Farbe l.lY, 0,5 R.
Ein Papierchromatogramm unter Verwendung eines Propanol/Wasser-Systems im Verhältnis 7: 3 zeigt die Anwesenheit von Natrium-7-(thienyl-2'-acetamido)-cephalosporanat als Hauptprodukt, zusammen mit einem geringen Fleck mit einer Intensität äquivalent ca. 5% von 7-ACA.
c) Herstellung von 3 -Azidomethyl-7-aminoceph-3-em-4-on -säure.
Zu einer Lösung von 10 g 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonatdihydrat in 100 ml Wasser werden 2 g Natriumazid zugesetzt und der pH-Wert mit 2n Natriumcarbonat auf 8 eingestellt. Die Mischung wird 17 Stunden auf 50"C erhitzt, gekühlt und mit verdünnter Salzsäure auf pH 2 angesäuert.
Nach dem Kühlen werden 2,84 g 3 -Azidomethyl-7-amino- ceph-3-em-4-on-säure abfiltriert. Diese zeigt eine starke Azidabsorption und eine vernachlässigbare Acetylabsorption in ihrem Infrarotspektrum.
Beispiel 3 Herstellung von 7-ACA-hydronitrat.
Unter Rühren werden 2,0 g 7-ACA bei Zimmertemperatur in 20 ml Wasser suspendiert. 3,0 ml Salpetersäure, S.G. 1,41, werden auf einmal zu der Suspension zugegeben und das Rühren fortgesetzt, bis der Feststoff gelöst ist. Die Lösung wird durch Filtrieren geklärt und im Eisschrank 4 Stunden gekühlt, während welcher Zeit die Kristallisation erfolgt. Der Feststoff wird durch Filtrieren gesammelt, das Bett so trokken wie möglich abgesaugt und dann durch Verdrängung mit 2 ml kaltem (40C) Wasser gewaschen. Das Produkt wird bei Zimmertemperatur im Vakuum getrocknet und liefert 0,65 g 7-ACA-hydronitrat (26,4% der Theorie).
Beispiel 4 Herstellung von 7-ACA-hydronitrat.
2,0 g 7-ACA werden unter Rühren bei Zimmertemperatur in 30 ml Aceton suspendiert Eine Lösung von 3,0 ml Salpetersäure, S.G. 1,41, in 10 ml Aceton wird auf einmal zugesetzt und das Rühren fortgesetzt, bis der Feststoff gelöst ist.
Die Lösung wird durch Filtrieren geklärt und das Filtrat 4 Stunden äm Eisschrank gekühlt. Der Feststoff wird durch Filtrieren gesammelt, das Bett so trocken wie möglich abgesaugt und dann durch Verdrängung mit 5 ml kaltem (0;C) Aceton gewaschen. Das Produkt wird im Vakuum bei Zimmertem- peratur getrocknet und ergibt 1,75 g 7-ACA-hydronitrat (71,2% der Theorie), [alD20 = +77,50 (c = 0,5 in pH 6-Phosphatpuffer).
Analyse für CloHN308S:
Berechnet: C 36,1 H 3,9 N 12,5 S 9,56
Gefunden: C 36,2 H 4,09 N 12,3 S 9,39
Beispiel 5 Herstellung von 7-ACA-hydrogen-naphthalin-2-sulfonat.
1,0 g 7-ACA wird bei Zimmertemperatur zu einer Lösung von 1,5 g Naphthalin-2-sulfonsaure in 5,0 ml Aceton zugegeben. Die Mischung wird geschüttelt, bis der Feststoff gelöst ist, die Lösung durch Filtrieren durch einen Trichter aus gefrittetem Glas geklärt und mit 2,0 ml Aceton gewaschen. Dann werden 0,4 ml Wasser zugesetzt, die Kristallisation durch Impfen eingeleitet und das Gemisch 3 Stunden im Eisschrank gekühlt. Der ausgeschiedene Feststoff wird durch Filtrieren gesammelt, mit 5,0 ml Aceton gewaschen und bei Zimmertemperatur im Vakuum getrocknet. Man erhält 1,2 g 7-ACA -hydrogen-naphthalin-2-sulfonat, [at,lD = +26,7 (c = 1,0 in Dimethylacetamid).
Beispiel 6 Herstellung von 7-ACA-hydrogen-methansulfonat.
1,0 g 7-ACA wird bei Zimmertemperatur zu einer Lösung von 0,5 ml Methansulfonsäure in 2,0 ml Aceton zugesetzt und durch Sminütiges Rühren gelöst Die Lösung wird durch Filtrieren durch einen Trichter aus gefrittetem Glas geklärt und mit 1,0 ml Aceton gewaschen. Dann werden 0,4 ml Wasser zugesetzt, die Kristallisation wird durch Impfen eingeleitet und das Gemisch 3 Stunden im Eisschrank gekühlt. Der Feststoff wird durch Filtrieren gesammelt, mit 5,0 ml Aceton gewaschen und bei Zimmertemperatur im Vakuum getrocknet.
Man erhält 1,0 g 7-ACA-hydrogen-methansulfonat, [a]D = + 32,40 (c = 1,0 in Dimethylacetamid).
Beispiel 7 Herstellung von 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat-dihydrat
10,0 g durch ein 60-Maschen-Sieb hindurchgeleitetes 7 ACA werden in 25 ml Methyläthylketon suspendiert und zu einer Suspension von 12,0 g p-Toluolsulfonsäure-monohydrat in 25 ml des gleichen Lösungsmittels zugesetzt. Die Mischung wird 5 Minuten gerührt und die Lösung durch Filtrieren durch ein Kieselgurbett geklärt. Dann gibt man 4 ml Wasser zu. Die sofort beginnende Ausfällung wird beendet, indem die Lösung 2 Stunden bei 0 C gehalten wird. Der Feststoff wird durch Filtrieren gesammelt, mit 30 ml Aceton aufgeschlämmt und bei Zimmertemperatur im Vakuum getrocknet.
Man erhält 14,49 g 7-ACA-hydrogen-p-toluolsulfonat-dihydrat (82,1% der Theorie), [alD = +28,2 (c = 1,0 in Dimethylacetamid, )marx bei 262 m, E%cin = 148.