CH621797A5 - Process for the preparation of 6''-deoxykanamycin B and 6''-deoxytobramycin - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung halbsynthetischer entsprechen, worin R für Wasserstoff oder OH steht, sowie nicht-toxische, pharmazeutisch verträgliche Säureadditionssalze davon.

In der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Begriff «nicht-toxische, pharmazeutisch verträgliche Säureadditionssalze» ein Mono-, Di-, Tri-, Tetra- oder Pentasalz, das durch Reaktion von 1 Molekül 6//-Desoxykanamycin B oder 6"-Desoxytobramycin mit 1 bis 5 Mol einer nicht-toxischen,

pharmazeutisch verträglichen Säure gebildet ist. Zu diesen Säuren gehören Essigsäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefel-60 säure, Maleinsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, Bromwas-serstoffsäure, Ascorbinsäure, Äpfelsäure und Zitronensäure, sowie alle anderen Säuren, die üblicherweise zur Bildung von Salzen aminenthaltender Pharmazeutika verwendet werden.

Erfindungsgemäss werden diese Verbindungen gemäss dem 65 nachfolgenden schematischen Diagramm hergestellt:

5

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(2) Verbindung 2

p-Toluolsulfonylchlorid .

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6

(3) Verbindung 3 Natriumjodid

7

621797

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und

8

:h2nh2

Es ist zu bemerken, dass im schematischen Diagramm die Stufe 5 die Herstellung von 6"-Desoxytobramycin zeigt. Der exakte Mechanismus, nach dem auch 6"-Desoxykanamycin B erhalten wird, ist nicht bekannt, da man aus den vorhergehenden Stufen erwarten würde, dass man nur 6"-Desoxytobramy-cin erhielte. Es wird jedoch die Hypothese aufgestellt, dass in Stufe 2 etwas 6/y-Monotosylat von Penta-N-acetylkanamycin B erhalten werden kann, wobei in diesem Fall etwas 6"-Jod-penta-N-acetylkanamycin B in Stufe 3 und etwas Penta-N-acetyl-6"-desoxykanamycin B in Stufe 4 erhalten würde. Jedoch bestätigen die analytischen Daten nicht die Anwesenheit derartiger Derivate in diesen Stufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die erfindungsgemässe Schaffung des Verfahrens zur Herstellung von 6"-Desoxytobramycin und 6//-Desoxykanamycin B oder eines nicht-toxischen, pharmazeutisch verträglichen Säureadditionssalzes davon gelöst; das Verfahren umfasst die nachstehenden, aufeinanderfolgenden Stufen:

(A) Man behandelt Kanamycin B mit einem grossen molaren Überschuss eines Acetylierungsmittels, beispielsweise Acetan-hydrid in einem niedrigen Alkanol oder mit Acetylchlorid in Verbindung mit einer Base, um die freie HCl aufzunehmen, wie Triäthylamin oder Pyridin. Mit dem Begriff «niedriges Alkanol» ist ein Alkanol mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen gemeint, beispielsweise Methanol, Äthanol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sek.-Butylalkohol, Isobutyl-alkohol und tert.-Butylalkohol.

Vorzugsweise verwendet man mindestens 5,1 Mol Acetylie-rungsmittel pro Mol Kanamycin B und führt die Reaktion bei einer Temperatur unterhalb 25°C, und bevorzugt bei ungefähr Raumtemperatur durch. Das durch Behandeln von Kanamycin B mit dem Acetylierungsmittel erhaltene Produkt ist das Penta-N-acetylkanamycin B.

(B) Man behandelt Penta-N-acetylkanamycin B mit p-Toluolsulfonylchlorid in Gegenwart eines tertiären Amins, wie Pyridin, Triäthylamin oder Dimethylanilin. Vorzugsweise verwendet man mindestens 2,0 Mol p-Toluolsulfonylchlorid pro Mol Penta-N-acetylkanamycin B und führt die Reaktion bei einer

30

35

40

45

60

65

Temperatur unterhalb 25°C und bevorzugter bei ungefähr Raumtemperatur durch.

(C) Das in Stufe (B) erhaltene Tosylatderivat wird mit einem Halogenid, das ausgewählt ist unter Natriumjodid, Lithiumjo-did, Natriumbromid oder Lithiumbromid, in einem geeigneten Lösungsmittelsystem, umgesetzt. Bei dem Lösungsmittel handelt es sich um eine Verbindung, die ausgewählt ist unter N,N-Dimethylformamid, oder einem Keton der Formel

O

II

R'-C-R"

worin R' und R" gleich oder verschieden sind und jeweils eine Alkylgruppe darstellen, die bis zu 6 Kohlenstoffatome enthält. Zu Beispielen für derartige Ketone gehören Aceton, Methyl-isobutylketon und Methyläthylketon. Ein alternatives Lösungsmittelsystem ist Hexamethylphosphortriamid in einem aromatischen Kohlenwasserstoff, der ausgewählt ist unter Toluol, Benzol, Xylol oder Mischungen davon, wobei man Rückfluss-50 temperaturen anwendet. Man sollte ungefähr 1,1 Mol Hexamethylphosphortriamid pro Mol Natriumjodid, Lithiumjodid, Natriumbromid oder Lithiumbromid in diesem System verwenden. Vorzugsweise werden mindestens 6 Mol Halogenid pro Mol Tosylatderivat verwendet und die Reaktion wird bei 55 einer Temperatur oberhalb 80°C und bevorzugter bei einer Temperatur von 100 bis 125°C durchgeführt.

(D) Man hydriert eine wässrige Lösung des in Stufe (C) erhaltenen Produkts in Gegenwart eines bekannten Hydrierkatalysators, beispielsweise Raney-Nickel, Palladium, Platin, Rhodium oder Ruthenium. Die Hydrierungsreaktion wird vorzugsweise bei ungefähr Raumtemperatur durchgeführt.

(E) Eine wässrige Lösung des in Stufe (D) erhaltenen Produkts wird in Gegenwart einer starken Base, beispielsweise Natriumhydroxyd, Lithiumhydroxyd, Kaliumhydroxyd oder Bariumhydroxyd erhitzt, wobei eine Mischung von 6"-Desoxykanamycin B und 6//-Desoxytobramycin geliefert wird.

Die erfindungsgemäss erhältlichen Verbindungen sind wert

9

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voll als antibakterielle Mittel, Beifuttermittel in Tierfutter, therapeutische Mittel für Geflügel und Tiere sowie den Menschen, und sie sind besonders wertvoll bei der Behandlung infektiöser Erkrankungen, die durch gram-negative Bakterien verursacht sind. Sie sind bei der Behandlung systemischer bakterieller Infektionen bei einer parenteralen Verabreichung im Dosisbereich von ungefähr 250 mg bis ungefähr 3000 mg pro Tag in aufgeteilten Dosen drei- oder viermal täglich, wirksam. Im allgemeinen sind die Verbindungen wirksam, wenn sie in einer Dosis von ungefähr 5,0 bis 7,5 mg/kg Körpergewicht alle 12 Std. verabreicht werden.

Beispiel

Stufe 1

Penta-N-acetylkanamycin B (2)

Zu einer gerührten Suspension von 40,0 g (0,0827 Mol) Kanamycin B in 800 ml Methanol gibt man tropfenweise 117,2 ml (1,24 Mol) Acetanhydrid. Bevor alles Acetanhydrid zugesetzt ist, erhält man eine klare Lösung, jedoch beginnt beinahe unmittelbar danach die Bildung eines Niederschlags. Nach beendeter Zugabe des Acetanhydrids rührt man noch 16 Std. Während dieser Zeit verfestigt sich die Reaktionsmischung und man gibt mehrere 100 ml Methanol zu, um eine filtrierbare Mischung zu erhalten. Die feuchten Feststoffe werden in 800 ml frischem Methanol suspendiert, und man rührt die Suspension 1 Std. Man sammelt die Feststoffe durch Filtrieren und rührt dann 1,5 Std. mit 800 ml Methylenchlorid. Dann sammelt man das Produkt durch Filtrieren, spült mit Methylenchlorid und trocknet gründlich, wobei man 44,4 g (Ausbeute 77,4%) Verbindung (2) in Form eines kristallinen Feststoffs mit einem Schmelzpunkt von 340 bis 343°C erhält.

Analyse für C28H47N5O15:

C H N

Berechnet: 48,87% 6,84% 10,09%

Gefunden*: 48,62% 6,83% 10,13%

* Bezüglich 1,37 % gefundenem Wasser korrigiert

Die Infrarot- und NMR-Spektren stehen in Einklang mit der Struktur 2.

Stufe 2

Penta-N-acetylkanamycin B-3/,6"-ditosylat (3)

Eine Mischung von 1,000 g Penta-N-acetylkanamycin B (1,442 mMol) und 1,645 g p-Toluolsulfonylchlorid (8,649 mMol) in 10 ml wasserfreiem Pyridin wird bei Raumtemperatur 23 V4 Std. gerührt. Die Reaktionsteilnehmer lösen sich langsam und sind nach 5 Std. vollständig gelöst. Nach 5 Std. weist die Lösung eine orange Farbe auf und diese Farbe ändert sich nicht während der weiteren Reaktion. Man giesst die Reaktionsmischung in 200 ml Methylenchlorid und trocknet das erhaltene, ausgefällte creme-weisse Produkt gründlich. Dann wird es in 30 ml Methylenchlorid suspendiert und 2 Min. zum Rückfluss erhitzt. Der unlösliche Feststoff wird durch Filtrieren aus dem heissen Lösungsmittel gewonnen und über P2O5 gründlich getrocknet, wobei man 1,043 g (Ausbeute 72,2%) Verbindung 3 erhält. Das Infrarotspektrum zeigt typische Tosylatbanden bei 1180 und 1220 cm-]. Man unterwirft eine Probe des Produkts der Flüssigchromatographie durch Injizieren von 35 Mikroliter einer Suspension von 1 ml des Produkts pro ml einer Lösung, die aus 30% Wasser und 70% Methanol besteht, auf eine hintereinander angeordnete Gruppe von vier Säulen zu 0,38 cm (1/8 in.) x60,96 cm (2 it.). Die Säulen sind mit Cis/CORASIL I, einer monomolekularen Schicht von Octadecyl-trichlor-silan, das chemisch an eine poröse Siliziumdioxydschicht auf einem festen Kern aus Glasperlen gebunden ist, beladen. Man stellt fest, dass das Produkt aus einer sehr geringfügigen Komponente mit einer Reten-tionszeit von 1672 Min. und einer Hauptkomponente mit einer Retentionszeit von 193A Min. besteht.

Analyse für C42H59N5O19S2:

C H N S

Berechnet: 50,34% 5,93% 6,99% 6,40%

Gefunden*: 48,67% 5,64% 6,83% 5,87%

* Bezüglich 2,66% gefundener Feuchtigkeit korrigiert

Stufe 3

Penta-N-acetyl-3,6"-dijodkanamycin B (4)

Eine Mischung von 834 mg des in Beispiel 2 erhaltenen Produkts (0,832 mMol), das im Vakuum über P2O5 bei Raumtemperatur getrocknet wurde und 1,998 g Natriumjodid (13,3 mMol), das in einem Ofen 20 Std. bei 110°C an der Luft getrocknet wurde, in 1,5 ml N,N-Dimethylformamid wird in eine 60 ml dickwandige Glasampulle gegeben, die mit N2 gespült und 23 Std. auf 100°C erhitzt wird. Dann öffnet man die Ampulle, kühlt und füllt mit Äther. Nach mehreren Stunden wird der Äther dekantiert und der Rückstand auf einem Dampfbad erhitzt, bis sich ein dicker Sirup gebildet hat. Dann füllt man die Ampulle mit Dioxan, erhitzt auf 90°C und sammelt die unlöslichen Feststoffe, die das gewünschte Produkt einschliessen, durch Filtrieren, spült mit Äther und trocknet im Vakuum über P2O5. Man entsalzt die gewonnenen Feststoffe, indem man sie in 15 ml Wasser dispergiert und dann die wasserunlöslichen Feststoffe durch Filtrieren über ein Bett aus Diatomeenerde entfernt. Das Filtrat gibt man über eine 800 ml Säule mit Sephadex G10, einem vernetzten Dextran mit einer Molekulargewichtsretention von bis zu ungefähr 700. Die Säule wird zu 1 ml/min abgezapft (pumped) und man sammelt 27 ml Fraktionen. Man stellt fest, dass sich das Produkt in den Röhren 11 bis 21 befindet. Die Komponenten dieser Röhren werden vereinigt, durch Eindampfen bei 50°C auf ein Volumen von 20 ml vermindert und das Produkt, 504 mg Verbindung 4 (Ausbeute 66,3%), wird hieraus durch Lyophylisieren gewonnen. Dieses Produkt wird direkt ohne weitere Reinigung beim nachfolgenden Beispiel verwendet.

Stufe 4

Penta-N-acetyl-6 '-desoxytobramycin (5)

Eine wässrige Lösung von 388 mg des in Beispiel 3 erhaltenen Produkts (0,425 mMol) in 60 ml Wasser wird 21 Std. in Gegenwart von ungefähr 4 g Raney-Nickelkatalysator bei Raumtemperatur und einem Wasserstoffdruck von 3,09 kg/ cm2 (44 psi) hydriert. Dann filtriert man den Katalysator ab und wäscht gründlich mit Wasser. Die vereinigten Filtrate werden bei 50°C zur Trockene eingedampft und über P2O5 im Vakuum getrocknet, wobei man 180 mg (Ausbeute 63,1%) Verbindung 5 erhält.

Stufe 5

6"-Desoxytobramycin (6) und 6"-Desoxykanamycin B (7) Eine Mischung von 180 mg des in Beispiel 4 erhaltenen Produkts (0,272 mMol), 2,55 g Ba(OH)2 • 8H2O (8,08 mMol) und 10,2 ml Wasser wird 17 Std. zum Rückfluss erhitzt. Dann verdünnt man die Reaktionsmischung durch Zugabe von Wasser auf 35 ml und gibt festes Kohlendioxyd zu, bis der pH auf 7,0 gefallen ist. Das erhaltene BaCÛ3 wird durch Filtrieren über ein feines Filterpapier entfernt und mit wenigen ml Wasser gewaschen. Die vereinigten Filtrate werden auf 10 ml eingedampft und dann lyophilisiert. Das Rohprodukt wiegt

5

10

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20

25

30

35

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50

55

60

65

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10

170 mg. Man löst das Produkt in 2,00 ml Wasser zur Analyse durch Dünnschichtchromatographie auf einer Säule mit Silika-gel S110 unter Verwendung des Lösungsmittelsystems HzO-.CHsOH-.konz. NlfcOHiCHCls (1:4:2:1). Die Analyse zeigt, dass Kanamycin B einen Rf-Wert von 0,52 aufweist, während die beiden hauptsächlichen Ninhydrin-positiven Komponenten der Produktmischimg einen Rf von 0,47 und einen Rf von 0,61 aufweisen. Wenn man eine entsprechende Platte mit einer Agarplatte, die mit Bacillus subtilis gesät ist, bei einem pH von 8 bedeckt und über Nacht bei 37°C inkubiert, so erhält man grosse Inhibierungszonen bei Rf = 0,47 und Rf = 0,61. Ein 0,100 ml Aliquot der 2,00 ml Lösung des rohen Produkts wird mit 0,1 n Phosphatpuffer mit einem pH von 8,0 bus 5,00 ml verdünnt und einer differentiellen Bioun-s tersuchung auf tobramycinartige und kanamycin-B-artige Aktivitäten unterworfen. Aus den Biountersuchungsdaten ergibt sich, dass die Ausbeute an 6//-Desoxytobramycin ungefähr 7,1% beträgt und die Ausbeute an 6"-Desoxykanamycin B wird aus den Biountersuchungsdaten zu ungefähr 1,5% io berechnet.

B

Claims (3)

1. 621797
2. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   ss

   Die Erfindimg betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zwei neuen halbsynthetischen Derivaten von Kanamycin B, nämlich 6"-Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin, bei denen es sich um hochaktive Antibiotika mit breitem Wir-60 kungsspektrum handelt. Diese Verbindungen werden durch Dehydroxylierung der 6"- und 3',6'/-Positionen des Kanamycin B hergestellt.

   Kanamycin B ist ein bekanntes Antibiotikum, das im Merck Index, 8. Ausgabe, Seiten 597-598 beschrieben ist. Kanamy-6s ein B ist eine Verbindung der Formel:

   2

   PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von 6"-Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin der Formel worin R für Wasserstoff oder OH steht, oder von pharmazeu- 3» tisch verträglichen Säureadditionssalzen davon, aus Kanamycin B, dadurch gekennzeichnet, dass man in aufeinanderfolgenden Stufen:

   (A) Kanamycin B mit einem grossen molaren Uberschuss eines Acetylierungsmittels, das ausgewählt ist unter Acetanhy- 35 drid in einem niedrigen Alkanol und Acetylchlorid in Verbindung mit einer Base zur Aufnahme der freien HCl, behandelt, wobei sich Penta-N-acetylkanamycin B bildet;

   (B) das Penta-N-acetylkanamycin B mit p-Toluolsulfonylchlo-rid in Gegenwart eines tertiären Amins, das ausgewählt ist 40 unter Pyridin, Triäthylamin und Dimethylanilin, behandelt,

   wobei sich das 3',6//-Di-tosylatderivat davon bildet;

   (C) das Ditosylatderivat mit einer Verbindung, ausgewählt unter Natriumjodid, Lithiumjodid, Natriumbromid und Lithi-umbromid in einem Lösungsmittelsystem, bestehend aus: 45 (I) einer Verbindung, ausgewählt unter N,N-Dimethylform-amid und einem Keton der Formel

   O

   so dass man als Base zur Aufnahme der freien HCl in Stufe (A) Triäthylamin oder Pyridin verwendet.

   3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe (A) ein niedriges Alkanol verwendet, das ausgewählt ist unter Methanol, Äthanol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sek.-Butylalkohol, Isobutyl-alkohol und tert.-Butylalkohol.

   4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe (C) ein Keton verwendet, das ausgewählt ist unter Aceton, Methylisobutylketon und Methyläthylketon.

   5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hexamethylphosphortriamid in Stufe (C) in einer Menge von ungefähr 1,1 Mol pro Mol Natriumjodid, Lithiumjodid, Natriumbromid oder Lithiumbromid, vorliegt.

   6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das in Stufe (C) erhaltene 3',6"-Dijodid oder 3 ',6'-Dibromid in Form einer wässrigen Lösung isoliert.

   7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Hydrierkatalysator verwendet, der ausgewählt ist unter Raney-Nickel, Palladium, Platin, Rhodium und Ruthenium.

   R'-C-R"

   worin R' und R" gleich oder verschieden sind, und jeweils für eine Alkylgruppe stehen, die bis zu 6 Kohlenstoffatome enthält, oder

   (II) Hexamethylphosphortriamid in einem aromatischen Kohlenwasserstoff, der ausgewählt ist unter Toluol, Benzol, Xylol und Mischungen davon,

   bei Rückflusstemperatur umsetzt;

   (D) das in Stufe (C) erhaltene 3',6//-Dijod- oder 3/,6//-Dibrom-derivat in Gegenwart eines Hydrierkatalysators hydriert; und

   (E) das in Stufe (D) erhaltene Produkt zur Bildung von 6"-Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin hydrolysiert.
3. 3

   621797

   Tobramycin ist ebenfalls ein bekanntes Antibiotikum, das bial Agents And Chemotherapy, Seiten 309-313 (1970) als chemisch als 3'-Desoxykanamycin B bekannt ist. Diese Ver- der Formel entsprechend:

   bindung ist von K. F. Koch und J. A. Rhoades in Antimicro-

   621797

   Die Verbindungen der Formel:

   .2nh2

   h2n worin R für Wasserstoff oder OH steht, oder die nichttoxi- Derivate von Kanamycin B, wobei diese Verbindungen als 6"-

   schen pharmazeutisch verträglichen Säureadditionssalze davon, Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin bezeichnet sind wertvolle antibakteriele Mittel. 25 werden und der Formel: