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zeichnet, dass die elektronenanziehende Gruppe in der durch R5 dargestellten Gruppe Benzolsulfonyl ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufe (a) in Gegenwart eines Lösungsmittels, das aus Methylenchlorid, Chloroform, Trichloräthylen, 1,2-Dichloräthan, I,1,1-Trichloräthan und I, I ,2-Trichloräthan gewählt ist, ausführt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis von Verbindung der Formel III zu Verbindung der Formel II in Stufe (a) 1:1 bis 10:1 beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis von Verbindung der Formel III zu Verbindung der Formel II in Stufe (a) 5:1 bis 10:1 beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufe (a) bei einer Temperatur von 50 bis 100"C ausführt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man als Säure in Stufe (b) Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Fluorschwefelsäure, Mono äthylschwefelsäure, Methansulfonsäure, Äthansulfonsäure oder Trifluormethansulfonsäure verwendet.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass man als Säure in Stufe (b) Methansulfonsäure oder Monoäthylschwefelsäure verwendet.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man Stufe (b) in wässrigem Methanol, wässrigem Aceton, wässrigem Acetonitril oder wässrigem Tetrahydrofuran als Lösungsmittel ausführt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass man das Zink in Stufe (b) in einer Menge von mindestens 1 Äquivalent pro Äquivalent der Verbindung der Formel IV verwendet.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass man das Zink in Stufe (b) in einer Menge von 1 bis 2 Äquivalenten pro Äquivalent der Verbindung der Formel IV verwendet.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufe (b) bei einer Temperatur von -50 bis +5"C ausführt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufe (b) bei einer Temperatur von -20 bis -30 C ausführt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Derivaten von 13-Lactamantibiotika, insbesondere Cephalosporin- und Cephamycinderivaten, einschliesslich vieler Derivate, die wertvolle Antibiotika sind.
Die Cephalosporin- und Cephamycinderivate, von denen man annimmt, dass sie das grösste Interesse als Antibiotika verdienen, werden noch am häufigsten durch Isolieren eines natürlich erzeugten Cephalosporins oder Cephamycins (d.h.
einer Verbindung, die den Cephalosporinen analog ist, aber in der 7a-Stellung eine Methoxygruppe anstelle eines Wasserstoffatoms enthält) aus einer Fermentierungsbrühe und anschliessende chemische Modifizierung der resultierenden
Verbindungen zu dem gewünschten Cephalosporin- oder
Cephamycinantibiotikum hergestellt. Die üblichsten chemischen Modifizierungen, denen die Ausgangsmaterialien unterworfen werden, umfassen den Ersatz der Gruppe in der
3-Stellung des Ausgangsmaterials oder die Transacylierung, bei der der Acylsubstituent an der Aminogruppe in der 713-Stellung des Ausgangsmaterials durch eine andere Acylgruppe ersetzt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine solche Transacylierungsreaktion.
Die Acylgruppe an der 7ss-Aminogruppe der Cephalosporin- und Cephamycin-Ausgangsmaterialien ist im allgemeinen eine komplizierte Gruppe, die Amino- und Carboxylgruppen enthält, die geschützt werden müssen, ehe irgendeine chemische Modifizierung des Ausgangsmaterials ausgeführt werden kann. Diese Verbindungen enthalten auch eine Carboxylgruppe in der 4-Stellung, und diese muss gleichfalls geschützt werden. Zum Beispiel ist Cephamycin C, d.h.
7ss-(D-5-Amino-5-carboxyvaleramido)-3-carbamoyloxy- methyl-7a-methoxy-3-cephem-4-carbonsäure, das Hauptausgangsmaterial für die Herstellung von Cephamycinantibiotika. Um diese Verbindung in einige besonders nützliche Antibiotika überzuführen, ist es erforderlich, die Carbamoyloxymethylgruppe in 3-Stellung in eine Heterocyclylthiomethyl- oder Amidino-thiomethylgruppe überführen und die 5-Amino-5-carboxy-valerylgruppe in der 713-Stellung durch eine Vielzahl anderer Acylgruppen zu ersetzen.
Im allgemeinen wird ein solches Verfahren unter Anwendung der folgenden Stufen ausgeführt: (i) Schutz der Aminogruppe an der 7B-Seitenkette; (ii) Überführung der Carbamoyloxygruppe an der Seitenkette in der 3-Stellung in die gewählte Thiomethylgruppe; (iii) Veresterung der Carboxylgruppen in der 4-Stellung und an der 7ss-Seitenkette; (iv) Ausführen einer Transacylierungsreaktion mit dem Produkt, um die so geschützte 5-Amino-5-carboxyvalerylgruppe an der 7ss-Seitenkette durch eine beliebige andere gewünschte Acylgruppe zu ersetzen; und (v) Entfernen der Schutzgruppe von der Carboxylgruppe in der 4-Stellung.
Die vorliegende Erfindung befasst sich in erster Linie mit den Stufen (iii) bis (v) und mit Stufe (i), soweit es die Wahl der Schutzgruppe betrifft.
Bei der Ausführung irgendwelcher chemischer Verfahren in technischem Massstab sind die Ausbeuten ein besonders entscheidender Faktor bei der Untersuchung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, und dies trifft besonders dann zu, wenn das Ausgangsmaterial selbst ein natürliches Produkt ist, das nur in einer verhältnismässig geringen Ausbeute hergestellt werden kann. Die Acylierungsreaktion, die Stufe (iv) der oben umrissenen Verfahrensfolge darstellt, neigt besonders zu geringen Ausbeuten und kann ein ernstes Hindernis für die Kommerzialisierung von Verbindungen sein, von denen bekannt ist, dass sie von beträchtlichem therapeutischem Wert sind.
Es wurde gefunden, dass die Ausbeuten sehr stark von der Art der Aminoschutzgruppe an dem Substituenten in der 713-Stellung, von dem Substituenten in der 3-Stellung und von der Schutzgruppe, die für die 4-Carboxylgruppe gewählt wird, abhängen und dass daher sehr hohe Ausbeuten erzielt werden können, wenn die richtige Kombination aus allen den vielen Gruppen, die für diese verschiedenen Stellungen zur Verfügung stehen, gewählt wird.
Es wurde nun gefunden, dass eine Kombination einer elektronenanziehenden Gruppe, die die Aminogruppe in der 7ss-Seitenkette schützt, einer Heterocyclylthiomethyl- oder Amidinothiomethylgruppe (insbesondere Heterocyclylthiomethylgruppe) als 3-Substituent und einer gegebenenfalls substituierten Phenacylgruppe als Carboxylschutzgruppe für die Carboxylgruppen in der 7ss-Seitenkette und in der 4-Stellung es ermöglicht, dass die Transacylierungsreaktion mit einer sehr hohen Ausbeute vor sich geht.
Jedoch ist eines der Elemente dieser im übrigen erwünschten Kombination selbst eine bemerkenswerte
Quelle von Schwierigkeiten, nämlich die Phanacylgruppe oder substituierte Phanacylgruppe, die als Schutz für die Carboxylgruppen verwendet wird. Diese Schwierigkeit ergibt sich, wenn die Phenacylgruppe oder substituierte Phanecylgruppe in der Schutzgruppenentfernungsstufe (v) der obigen Reaktionsfolge entfernt wird. Einer der Vorteile von Phenacylgruppen als Schutzgruppen für Carboxylgruppen besteht darin, dass die resultierenden Phenacylester unter sauren Bedingungen besonders beständig sind. Dies bedeutet jedoch, dass ziemlich starke Verfahren angewandt werden müssen, um sie zu entfernen.
Eines der bekannten Verfahren zur Eliminierung von Phenacylschutzgruppen ist die Verwendung von Zink mit Essigsäure oder Ameisensäure. Wie in J. Org. Chem. 38, Nr. 17, Seiten 2294-2996(1973) berichtet wurde, wird diese Reaktion, wenn sie bei einer Verbindung mit einer Amidinothiomethyl- oder Heterocyclylthiomethylgruppe in der 3-Stellung ausgeführt wird, von einer Reaktion begleitet, die die entsprechende 3-exo-Methylenverbindung in hoher Ausbeute zusammen mit einer kleinen Menge der 3-Methylverbindung liefert. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Ausbeute an der gewünschten Verbindung.
Ein weiteres Verfahren zur Entfernung der Phenacylschutzgruppen besteht in der Verwendung des Natrium- oder Kaliumsalzes von Thiophenol. Wenn jedoch in der 3-Stellung der so behandelten Verbindung eine Heterocyclylthiomethylgruppe vorhanden ist, führt diese Eliminierungsreaktion zu einer Verschiebung der Stellung der Doppelbindung des Cephemsystems, wodurch ein sehr hoher Anteil an 2-Cephemisomeren in dem Endprodukt erzeugt wird. Wiederum werden die Ausbeuten an der gewünschten Verbindung sehr signifikant herabgesetzt.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass die Phenacylgruppe selektiv eleminiert werden kann, und zwar ohne die oben erwähnten Nachteile, indem man das Ausgangsmaterial in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels mit Zink und einer Säure, die aus anorganischen Säuren, Monoestern von zweibasischen anorganischen Säuren und Sulfonsäuren gewählt ist, umsetzt.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel:
EMI3.1
worin R' eine Acylgruppe bedeutet, R2 Wasserstoff oder Methoxy bedeutet, R3 eine Amidinothiogruppe oder eine Heterocyclylthiogruppe bedeutet und X Schwefel, Sauerstoff oder Methylen bedeutet, und der pharmazeutisch unbedenklichen Salze derselben;
das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man (a) eine Verbindung der Formel:
EMI3.2
worin R2, R3 und X die obigen Bedeutungen haben, R4 Wasserstoff oder ein Halogenatom bedeutet und R5 eine durch eine elektronenanziehende Gruppe geschützte Aminogruppe bedeutet, in einem halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstofflösungsmittel mit einer Verbindung der Formel: R'-Y (III) zu einer Verbindung der Formel:
EMI3.3
worin R', R2, R3, R4 und X die obigen Bedeutungen haben, umsetzt, (b) die Verbindung der Formel IV in einem inerten Lösungsmittel mit Zink und einer Säure, die aus anorganischen Säuren, Monoestern von zweibasischen anorganischen Säuren und Sulfonsäuren gewählt ist, zu der Verbindung der Formel I umsetzt und (c) die Verbindung der Formel I gegebenenfalls in ein pharmazeutisch unbedenkliches Salz davon überführt.
Diese besondere Kombintion von Reagentien und Schutzgruppen ermöglicht es überraschenderweise, dass das erfindungsgemässe Verfahren mit guten Ausbeuten an dem Endprodukt ausgeführt werden kann, wobei die Ausbeuten ausserordentlich gut sind, wenn das Verfahren unter den weiter unten im einzelnen beschriebenen bevorzugten Bedingungen ausgeführt wird.
Die Erfindung ist von besonderem Wert für die Herstellung von Cephamycinderivaten, d.h. von Verbindungen der Formel I, worin R2 Methoxy bedeutet und X Schwefel bedeutet. Die Erfindung wird demgemäss im folgenden unter spezieller Bezugnahme auf die Herstellung derartiger Derivate beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass sie auch im Zusammenhang mit der Herstellung von Cephalosporinderivaten (worin R2 Wasserstoff bedeutet und X Schwefel bedeutet) sowie der Herstellung von ss-Lactamanti- biotika, die den Cephamycinen oder Cephalosporinen analog sind, worin X Sauerstoff oder Methylen bedeutet, angewandt werden kann und dabei Vorteile erzielt werden können. Die als Ausgangsmaterialien verwendeten Verbindungen der Formel II müssen natürlich entsprechend gewählt werden.
Die Art der durch R' dargestellten Gruppe in dem Acylhalogenid R'-Y, das in Stufe (a) des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet wird, hängt lediglich von der Art der Gruppe R' ab, die man in das Endprodukt, die Verbindung der Formel I oder deren Salze, einzuführen wünscht. Als solche kann die durch R' dargestellte Gruppe aus dem sehr weiten Spektrum derartiger Gruppen gewählt werden, von denen bekannt ist, dass sie dem Endprodukt hervorragende antibiotische Aktivität oder andere wertvolle Eigenschaften verleihen.
Beispiele von Gruppen, die R' in dem Acylhalogenid der Formel R'-Y und somit in der Verbindung der Formel I darstellen kann, sind Phenylacetyl, Phenoxyacetyl, Thienylacetyl, Monchloracetyl, Dichloracetyl, Monobromacetyl, Dibromacetyl und Cyanomethylthioacetyl, von denen Thienylacetyl, Monochloracetyl, Dichloracetyl, Monobromacetyl, Dibromacetyl und Cyanomethylthioacetyl besonders bevorzugt werden. Es versteht sich jedoch, dass diese Gruppen nur als nicht einschränkende Beispiele der vielen Acylgruppen gegeben werden, deren Verwendung möglich ist und die für den Fachmann auf der Hand liegen.
Wenn die durch Rl in der Verbindung der Formel I dargestellte Acylgruppe eine andere reaktionsfähige Gruppe (z.B. eine Hydroxyl-, Amino- oder Carboxylgruppe) enthält, wird diese andere reaktionsfähige Gruppe vorzugsweise vor der Umsetzung des Acylhalogenides der Formel R'-Y mit der Verbindung der Formel II geschützt, und in diesem Falle kann eine Schutzgruppenentfernungsstufe in irgendeinem Stadium der Reaktionsfolge erforderlich sein, wie dem Fachmann wohlbekannt ist.
Das durch Y dargestellte Halogenatom in dem Acylhalogenid der Formel R'-Y ist vorzugsweise Chlor oder Brom.
Das andere Ausgangsmaterial für das erfindungsgemässe Verfahren ist die Verbindung der Formel II. Die Art der bevorzugten, durch R2 und X dargestellten Atome oder Gruppen in dieser Verbindung wurde oben diskutiert und hängt von der Art der Verbindung der Formel I ab, die man herzustellen wünscht. In ähnlicher Weise hängen die bevorzugten, durch R3 dargestellten Gruppen in der Verbindung der Formel II davon ab, was man in der entsprechenden Stellung der Verbindung der Formel I zu haben wünscht. Wenn R3 eine Heterocyclylthiogruppe darstellt, ist ein weites Spektrum von heterocyclischen Gruppen, die sowohl substituiert als auch unsubstituiert sein können, möglich.
Bevorzugte heterocyclische Gruppen, die Bestandteil dieser Heterocyclylthiogruppen sein können, sind 1 H-Tetrazol-5-yl, 1 ,3,4-Thiadiazol-2-yl und I ,2,3-Triazol- 5-yl. Diese heterocyclischen Gruppen können substituiert oder unsubstituiert sein, und wenn sie substituiert sind, können sie einen oder mehrere, vorzugsweise nur einen, Substituenten haben. Die Substituenten werden vorzugsweise aus Alkylgruppen (vorzugsweise Methyl), Halogenatomen und Dialkylaminoalkylgruppen (vorzugsweise Dimethylamino äthyl) gewählt.
Von den substituierten und unsubstituierten heterocyclischen Gruppen, die verwendet werden können, werden l-Methyl-l H-tetrazol-5-yl, I-(ss-Dimethylamino- äthyl)-lH-tetrazol-5-yl, 5-Methyl- 1 ,3,4-thiadiazol-2-yl und 1 -Methyl- 1 H- 1 ,2,3-triazol-5-yl bevorzugt.
Wenn R4 in den Verbindungen der Formeln II und IV ein Halogenatom bedeutet,ist dieses vorzugsweise Chlor oder Brom, d.h. die Schutzgruppe für die Carboxylgruppen in der 4-Stellung des Cephemsystems und für die Carboxylgruppe in der 5-Stellung der Valeramidoseitenkette ist vorzugsweise eine Phenacylgruppe, Chlorphenacylgruppe oder eine Bromphenacylgruppe.
In der Verbindung der Formel II bedeutet R5 eine Aminogruppe, die als Substituenten eine elektronenanziehende Gruppe aufweist. Geeignete elektronenanziehende Gruppen sind substituierte Benzoylgruppen mit einem Nitro-, Chlor-, Cyano- oder Alkoxycarbonylsubstituenten mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen im Alkoxyrest, z.B. Methoxycarbonyl, Äthoxycarbonyl oder Propoxycarbonyl, vorzugsweise in der ortho- oder para-Stellung, ferner Arylsulfonylgruppen, vorzugsweise Benzolsulfonyl, oder Phthaloylgruppen. Von diesen elektronenanziehenden Gruppen wird die Benzolsulfonylgruppe am meisten bevorzugt.
Die erste Stufe im erfindungsgemässen Verfahren umfasst die Transacylierungsreaktion zwischen der Verbindung der Formel II und dem Acylhalogenid der Formel R'-Y in einem halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstofflösungsmittel.
Geeignete halogenierte aliphatische Kohlenwasserstofflösungsmittel sind Methylenchlorid, Chloroform, Trichlor äthylen, 1 1,2-Dichloräthan, l,l,l-Trichloräthan und 1,1,2- Trichloräthan, insbesondere 1 1,2-Dichloräthan.
Die Menge des Acylhalogenides der Formel R'-Y ist vorzugsweise äquimolar oder grösser als äquimolar, bezogen auf die Verbindung der Formel II; zum Beispiel beträgt das Molverhältnis des Acylhalogenides zu der Verbindung der Formel II vorzugsweise 1:1 bis 10:1, insbesondere 5:1 bis 10:1. Die Temperatur, bei der die Reaktion ausgeführt wird, kann innerhalb eines breiten Bereiches variieren, beträgt aber am zweckmässigsten 50 bis 1 00 C. Das Fortschreiten der Reaktion kann durch Dünnschichtchromatographie verfolgt werden. Bei einer Temperatur innerhalb des bevorzugten Bereiches variiert die für die Reaktion erforderliche Zeit normalerweise von 10 Minuten bis 10 Stunden.
Die Transacylierungsreaktion verläuft glatter, wenn sie in Gegenwart eines säurebindenden Mittels, z.B. Propylenoxyd, Butylenoxyd, Styroloxyd oder Phenylglycidyläther, ausgeführt wird.
Die resultierende Verbindung der Formel IV, die in der ersten Stufe der Reaktion erhalten wird, kann gewonnen und gereinigt werden, indem man das Lösungsmittel aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert, zu dem Rückstand Diisopropyläther zusetzt und die so erzeugten Pulver isoliert. Das Produkt kann aber auch durch chromatographische Verfahren oder mittels beliebiger anderer, dem Fachmann bekannter Verfahren gewonnen und gereinigt werden. Die intermediäre Isolierung und Reinigung des Produktes kann unter Umständen nicht notwendig sein, ehe man die zweite Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens in Angriff nimmt.
In der zweiten Stufe des Verfahrens wird die Phenacylgruppe oder die Halogenphenacylgruppe, die die 4-Carboxylgruppe an dem Cephemsystem schützt, durch Umsetzung der Verbindung der Formel IV mit Zink und einer Säure entfernt. Erfindungsgemäss ist die Säure eine anorganische Säure, ein Monoester einer zweibasischen anorganischen Säure oder eine Sulfonsäure. Geeignete anorganische Säuren sind Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure und Fluorschwefelsäure. Bevorzugte Monoester von zweibasischen anorganischen Säuren sind Monoalkylester der Schwefelsäure, vorzugsweise Monoäthylschwefelsäure. Bevorzugte Sulfonsäuren sind Alkansulfonsäuren und Halogenalkansulfonsäuren, vorzugsweise Methansulfonsäure, Äthansulfonsäure oder Trifluormethansulfonsäure. Die am meisten bevorzugten Säuren sind Methansulfonsäure und Monoäthylschwefelsäure.
Die Reaktion in der zweiten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird in einem inerten Lösungsmittel ausgeführt.
Die Art des verwendeten Lösungsmittels ist nicht von entscheidender Bedeutung, vorausgesetzt indessen, dass es inert ist in dem Sinne, dass es keine nachteilige Wirkung auf die Reaktion hat. Im Hinblick auf die Verwendung von Säuren im erfindungsgemässen Verfahren sind die bevorzugten Lösungsmittel wässrige organische Lösungsmittel, z.B. wässriges Methanol, wässriges Aceton, wässriges Acetonitril oder wässriges Tetrahydrofuran, von denen wässriges Aceton im Hinblick auf die Löslichkeit der Ausgangsmaterialien und die Wirtchaftlichkeit am meisten bevorzugt wird. Das Zink wird vorzugsweise in einer Menge von mindestens 1 Äquivalent pro Äquivalent des Esters der Formel IV, insbesondere 1 bis 2 Äquivalenten Zink pro Äquivalent der Verbindung der Formel IV, verwendet.
Die für die Reaktion erforderliche Temperatur variiert über einen sehr breiten Bereich, obgleich die Temperatur vorzugsweise unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, um Nebenreaktionen zu minimieren. Eine bevorzugte Temperatur liegt im Bereich von -50 bis +5"C, insbesondere von -20 bis -30"C. Die für die Reaktion erforderliche Zeit variiert in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur und den Reagentien, aber die Reaktion ist im allgemeinen innerhalb eines Zeitraumes von 10 Minuten bis 7 Stunden beendet.
Nachdem die Phenacyl- oder Halogenaphenacyl-Schutzgruppe vollständig eliminiert worden ist, kann die resultierende Verbindung der Formel I aus dem Reaktionsgemisch mittels herkömmlicher Verfahren gewonnen werden. Eines der geeigneten Gewinnungsverfahren umfasst z.B. das Verdünnen des Reaktionsgemisches mit Wasser, das Abfiltrieren von unlöslichem Material, das Extrahieren des Filtrates mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel (z.B. Äthylacetat) und das anschliessende Abdestillieren des Lösungsmittels aus dem Extrakt. Das so erhaltene rohe Produkt kann dann weiter isoliert werden (durch Überführung in ein kristallines Salz), indem man es mit einer geeigneten Base, wie Dicyclohexylamin, Dimethylbenzylamin, Picolin oder Lutidin, umsetzt.
Das rohe Produkt kann aber auch durch chromatographische Verfahren oder mittels beliebiger anderer, dem Fachmann wohlbekannter Verfahren gereinigt werden.
Die resultierende Verbindung der Formel I kann gewünschtenfalls mittels herkömmlicher Verfahren in ein pharmazeutisch unbedenkliches Salz übergeführt werden, wobei die Art des Salzes keine entscheidende Rolle spielt, sofern die Aktivität der freien Base nicht oder nicht in unzulässiger Weise verschlechtert wird. Geeignete Salze sind Salze von Metallen, wie Lithium, Natrium, Kalium, Calcium oder Magnesium, das Ammoniumsalz und Salze mit organischen Aminen, wie das Cyclohexylammonium- oder Triäthylammoniumsalz. Die Natrium- und Kaliumsalze werden besonders bevorzugt.
Die Verbindung der Formel II, die als Ausgangsmaterial im erfindungsgemässen Verfahren verwendet wird, kann erhalten werden, indem man die Aminogruppe in der 7,B-Sei- tenkette von Cephamycin C oder einem Cephalosporin oder einem anderen ss-Lactamanalogen davon mit einer geeigneten elektronenanziehenden Gruppe (für die oben Beispiele genannt wurden) schützt, die Carbamoyloxymethylgruppe in der 3-Stellung in eine Heterocyclylthiomethyl- oder Amidinothiomethylgruppe überführt und dann die Carboxylgruppen in der 7,B-Seitenkette und in der 4-Stellung mit einer Phenacylgruppe oder einer Halogenphenacylgruppe schützt.
In der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines Cephamycinderivates können die Substituenten in den 3- und 7-Stellungen des Cephamycins C, das durch Kultivieren verschiedener Mikroorganismen erhalten werden kann, in praktisch kontinuierlicher Weise in die gewünschten Gruppen übergeführt werden, wodurch Verbindungen mit einer stärkeren antibakteriellen Aktivität hergestellt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel I 7ss-Chl oracetamido-7a-methoxy-3 -(l-methyl-l H-tetrazol5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure (a) Di-(dicyclohexylamin)-salz von 7ss-(D-5-Benzolsulfo- nylamino-5-carboxyvaleramido)-7o-methoxy-3-( 1 -methyl-
I H-tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure
70 g 7ss-(D-5-Benzolsulfonylamino-5-carboxyvaleramido)- 3-carbamoyloxymethyl-7a-methoxy-3 -cephem-4-carbonsäure (Reinheit 85%) wurden mit 175 g 1 -Methyl-5-mercapto- 1H-tetrazol, 12 ml Wasser und 3 ml Aceton versetzt, worauf die resultierende Lösung bei einer Innentemperatur von 65 bis 75"C 20 Minuten lang gerührt wurde, während Wasser und Aceton nach und nach unter vermindertem Druck abdestilliert wurden.
Dann wurden 200 ml Wasser und 500 ml Äthylacetat zu dem Reaktionsgemisch gegeben, worauf die wässrige Phase dieses Gemisches durch Zugabe von Salzsäure auf einen pH-Wert von 1,5 eingestellt wurde. 50 g Natriumchlorid wurden zu dem Gemisch zugesetzt, das dann gründlich gerührt wurde. Die Äthylacetatschicht wurde abgetrennt, und die wässrige Schicht wurde zweimal mit jeweils 100 ml Äthylacetat extrahiert. Die Extrakte wurden mit der abgetrennten Äthylacetatschicht vereinigt, worauf das ganze Gemisch unter vermindertem Druck zur Trockne eingedampft wurde. 1,6 Liter Diisopropyläther wurden zu dem resultierenden Rückstand gegeben, worauf das Gemisch gut gerührt wurde, bis aus der ursprünglichen, viskosen Substanz ein Pulver gebildet wurde.
Dieses Pulver wurde durch Filtration isoliert, mit Diisopropyläther gewaschen und in 500 ml Äthanol gelöst. 43,2 g Dicyclohexylamin wurden zu der Lösung gegeben, worauf man das resultierende Gemisch in einem Eisbad 1 Stunde lang stehen liess, um weisse Kristalle auszufällen. Diese Kristalle wurden durch Filtration isoliert, mit Äthanol gewaschen und getrocknet und ergaben 76,4 g des rohen Di-(dicyclohexylamin)-salzes von 7ss-(D-5-Benzol- sulfonylamino-5-carboxyvaleramido)-7a-methoxy-3-(l - methyl-l H-tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure. Die Mutterlauge wurde durch Eindampfen unter vermindertem Druck eingeengt, worauf der resultierende Rückstand mit einer kleinen Menge Äthanol versetzt wurde.
Dieses Gemisch liess man ca. 6 Tage lang stehen, damit sich Kristalle abschieden, die durch Filtration isoliert und getrocknet wurden, wobei weitere 8,2 g Kristalle des rohen D-(dicyclohexylamin)-salzes erhalten wurden (Gesamtausbeute 84,6 g, 83,0% der Theorie).
1 g der so erhaltenen Kristalle wurde in 5 ml Methanol gelöst, und die Lösung wurde durch Eindampfen unter vermindertem Druck eingeengt zu einer sirupösen Substanz.
5 ml Äthanol wurden zu dieser sirupösen Substanz zugesetzt, worauf man das Gemisch stehen liess, um ein reines Produkt auszufällen, das bei 143 bis 145C (unter Zersetzung) schmolz.
Elementaranalyse für C23H27N7O9S3- 2(C12H23N): Ber.: C 55,94%; H 7,45%; N 12,39%; S 9,33% Gef.: C 56,21%; H 7,33%; N 12,56%; S 9,58% (b) Diphenacylester von 7P-(D-5-Benzolsulfonylami no-5- carboxylvaleramido)-7a-methoxy-3-(1 -methyl- 1 H-tetrazol5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure
Eine Lösung von 4,4 g Phenacylbromid in 50 ml Dimethylformamid wurde bei einer Temperatur von 0 bis 5"C im Ver lauf von 10 Minuten nach und nach mit 10 g des Di-(dicyclohexylamin)-salzes von 7ss-(D-5-Benzolsulfonylamino-5-car- boxyvaleramido)-7a-methoxy-3-( 1 -methyl- 1 H-tetrazol-5-yl)thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure (Reinheit 96%, bestimmt durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie) versetzt.
Das Gemisch wurde dann bei Umgebungstemperatur 30 Minuten lang gerührt. Am Ende dieses Zeitraums wurden 200 ml Äthylacetat zugegeben, worauf das unlösliche Material (hauptsächlich Dicyclohexylaminhydrobromid) durch Filtration isoliert und mit einer kleinen Menge Äthylacetat gewaschen wurde. Die Waschflüssigkeiten wurden mit der ursprünglichen Äthylacetatlösung vereinigt, worauf das Ganze zweimal mit jeweils 50 ml Wasser gewaschen wurde.
Die Lösung wurde dann durch Eindampfen unter vermindertem Druck eingeengt, wobei 9,2 g der im Titel genannten Verbindung als schaumiger Feststoff erhalten wurden.
Magnetisches Kernresonanzspektrum (CDCl3), o(ppm): 1,5-2,95 (7H, Multiplett); 3,43 (3H, Singulett); 3,58 (2H, breites Singulett); 3,78 (3H, Singulett); 4,38 (2H, Singulett); 5,00 (lH, Singulett); 5,07 (2H, Singulett); 5,45 (2H, breites Singulett); 6,0-6,15 (1 H, Dublett); 7,22-8,02(15H, Multiplett).
(c) 7ss-Chloracetamido-7a-methoxy-3-( 1 -methyl- H-tetra- zol-5-yl)4hiomethyl-3-cephem-4-carbonsäurephenacylester
Das gesamte, in Stufe (b) erhaltene Produkt wurde mit 200 ml 1,2-Dichloräthan und 10 ml Monochloracetylchlorid versetzt, worauf das Gemisch 4 Stunden lang unter Rückfluss gerührt wurde. Am Ende dieses Zeitraums wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abdestilliert, worauf der Rückstand mit 100 ml Diisopropyläther versetzt wurde. Das Gemisch wurde genügend gerührt, um ein Pulver auszufällen, das dann durch Filtration isoliert wurde und 11,04 g rohen 7ss-Chloracetamido-7a-methoxy-3-(1 -methyl1 H-tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäurephenacylester (Reinheit 44,7%, im Hinblick auf Verunreinigungen korrigierte Ausbeute 93% der Theorie) ergab.
Dieses Produkt wurde durch Säulenchromatographie über Kieselgel gereinigt, wobei mit einem Gemisch aus Benzol und Äthylacetat im Volumenverhältnis von 3:1 eluiert wurde und ein reines Produkt erhalten wurde.
Magnetisches Kernresonanzspektrum (CDCl3), o(ppm): 3,57 (3H, Singulett); 3,68 (2H, Singulett); 3,92 (3H, Singulett); 4,13 (2H, Singulett); 4,50 (2H, breites Singulett); 5,08(1H, Singulett); 5,55 (2H, Singulett); 7,25-8,07 (5H, Multiplett).
(d) 7ss-Chloracetamido-7a-methoxy-3-( 1 -methyl- H- tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure
1,0 g 7ss-Chloracetamido-7a-methoxy-3-(1 -methyl-l H tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3 -cephem-4-carbonsäurephenacyl- ester (Reinheit 90,1%, bestimmt durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie) wurde in einem Gemisch aus 20 ml Aceton und 1 ml Wasser gelöst. Das Gemisch wurde dann auf -30 C gekühlt, wonach 5,0 ml Monoäthylschwefelsäure und 1,0 g Zinkpulver zugesetzt wurden. Das Gemisch wurde dann 2,5 Stunden lang bei einer Temperatur von -30 bis -25 C gerührt.
Am Ende dieses Zeitraums wurde das Reaktionsgemisch filtriert. Unlösliches festes Material wurde mit 50 ml Äthylacetat gewaschen, worauf die Waschflüssigkeiten mit dem Filtrat vereinigt wurden. Das Gemisch wurde dann geschüttelt und die Äthylacetatschicht abgetrennt. Die wässrige Schicht wurde zweimal mit jeweils 30 ml Äthylacetat extrahiert, worauf die Extrakte mit der abgetrennten Äthylacetatschicht vereinigt wurden. Die vereinigte Äthylacetatlösung wurde mit einer gesättigten wässrigen Natriumchloridlösung gewaschen, wonach das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abdestilliert wurde, wobei 0,857 g der im Titel genannten Verbindung mit einer Reinheit von 70,3% erhalten wurden. Die im Hinblick auf die Verunreinigungen korrigierte Ausbeute betrug 85% der Theorie.
Magnetisches Kernresonanzspektrum (Deuteroaceton), O(ppm): 3,5 (3H, Singulett); 3,67 (2H, Singulett); 3,98 (3H, Singulett); 4,42 (2H, breites Singulett); 5,08 (1H, Singulett).
Beispiel 2 7ss-Cyanomethylthioacetamido-7a-methoxy-3 -( 1 -methyl- 1 H-tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure (a) Gemäss dem in Stufe (b) von Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde der entsprechende Diphenacylester aus 10 g des Di-(dicyclohexylamin)-salzes von 7ss-(D-5-Benzolsulfo- nylamino-5-carboxyvaleramido)-7a-methoxy-3-( 1 -methyl- 1 H-tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure synthetisiert.
Wie in Stufe (c) von Beispiel 1 wurde das resultierende Produkt dann 6 Stunden lang unter Rühren mit 8,5 g Cyanomethylthioacetylchlorid (anstelle des Monochloracetylchlorids) zum Rückfluss erhitzt, worauf das Reaktionsgemisch der in Stufe (c) von Beispiel 1 beschriebenen Behandlung unterworfen wurde, wobei 12,1 g rohes 7ss-Cyanome- thylthioacetamido-7a-methoxy-3-( 1 -methyl- 1 H-tetrazol-5yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäurephenacylester (Reinheit 38,0%, in bezug auf die Verunreinigungen korrigierte Ausbeute 78,0% der Theorie) erhalten wurden. Dieses Produkt wurde durch Säulenchromatographie über Kieselgel gereinigt, wobei mit einem Gemisch aus Chloroform und Äthylacetat im Volumenverhältnis 2:1 eluiert wurde.
Magnetisches Kernresonanzspektrum (Deuteroaceton), O(ppm): 3,53 (3H, Singulett); 3,60 (2H, Singulett); 3,73 (4H, Multiplett); 3,96 (3H, Singulett); 4,50 (2H, breites Singulett); 5,15 (in, Singulett); 5,63 (2H, Singulett); 7,46-8,2 (5H, Multiplett); 8,58 (1H, breites Singulett).
(b) 1,0 g 7ss-Cyanomethylthioacetamido-7a-methoxy-3-(1- methyl- 1 H-tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäurephenacylester (Reinheit 88,7%, bestimmt durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie) wurde in 20 ml Aceton und 2 ml Wasser gelöst, wonach er wie in Stufe (d) von Beispiel 1 beschrieben behandelt und das Produkt in der dort beschriebenen Weise gereinigt wurde, wobei 0,847 g rohe 7ss-Cyanomethylthioacetamido-7a-methoxy-3-(1 -methyl- I H- tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure (Reinheit 73,7%, bestimmt durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie, im Hinblick auf die Verunreinigungen korrigierte Ausbeute 88,0%) erhalten wurden.
Magnetisches Kernresonanzspektrum (Deuteroaceton), O(ppm): 3,50 (3H, Singulett); 3,60 (2H, Singulett); 3,5-3,7 (2H, Quartett); 3,70 (2H, Singulett); 3,90 (3H, Singulett); 4,3-4,6 (2H, Quartett); 5,10 (in, Singulett).
Beispiel 3
7a-Methoxy-3-( 1 -methyl- 1 H-tetrazol-5-yl)-thiomethyl-7ss- (2-thienylacetamido)-3-cephem-4-carbonsäure
Gemäss den in den Stufen (a) bis (c) von Beispiel 1 beschriebenen Verfahren, aber unter Verwendung von 2-Thienylacetylchlorid anstelle des Monochloracetylchlorids in Stufe (c), wurde 7a-Methoxy-3-(l-methyl-lH-tetrazol-5- yl)-thiomethyl-7ss-(2-thienylacetamido)-3 -cephem-4-carbon- säurephenacylester hergestellt. 1,0 g dieser Verbindung wurde in 20 ml Aceton und 2 ml Wasser gelöst, wobei eine Lösung erhalten wurde, die dann auf -30 C gekühlt wurde.
Die Lösung wurde mit 5,0 ml Methansulfonsäure und 1,0 g Zinkpulver versetzt, worauf das resultierende Gemisch 2,5 Stunden lang bei -30 C gerührt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde dann wie in Stufe (d) von Beispiel 1 beschrieben behandelt und das Produkt wie dort beschrieben abgetrennt, wobei 0,85 g der im Titel genannten Verbindung erhalten wurden.
Magnetisches Kernresonanzspektrum (Deuteroaceton), 6(ppm): 3,42 (3H, Singulett); 3,53 und 3,76 (2H, AB-Dublett, J = 18 Hz); 3,92 (2H, Singulett); 3,96 (3H, Singulett); 4,28 und 4,50 (2H, AB-Dublett, J = 14 Hz); 5,04(1H, Singulett); 6,8-7,1 (2H, Multiplett); 7,2-7,4(111, Multiplett); 8,27(111, breites Singulett).
Beispiel 4 7ss-Dichloracetamido-7a-methoxy-3 -( I -methyl- I H- tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure
75-Dichloracetamido-7a-methoxy-3-(1-methyl- 111- tetrazol-5-yl)-thiomethyl-3-cephem-4-carbonsäure-p-brom- phenacylester wurde hergestellt, wobei im wesentlichen das gleiche Verfahren befolgt wurde, wie es in den Stufen (a) bis (c) von Beispiel 1 beschrieben wurde, wobei aber in Stufe (b) p-Bromphenacylbromid anstelle vonPhenacylbromid verwendet wurde und in Stufe (c) Dichloracetylchlorid anstelle von Monochloracetylchlorid verwendet wurde. 1,0 g dieser Verbindung wurde in 20 ml Aceton und 2 ml Wasser gelöst, worauf die resultierende Lösung auf -30 C gekühlt wurde.
Diese Lösung wurde mit 5,0 ml Monoäthylschwefelsäure und 1,0 g Zinkpulver versetzt, worauf das resultierende Gemisch 2 Stunden lang bei -30 C gerührt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde dann wie in Stufe (d) von Beispiel 1 beschrieben behandelt und das Produkt wie dort beschrieben abgetrennt, wobei 0,8 g der im Titel genannten Verbindung erhalten wurden.
Magnetisches Kernresonanzspektrum (Deuteroaceton), O(ppm): 3,48 (3po, Singulett); 3,80 (2H, breites Singulett); 3,98 (3H, Singulett); 4,40 (2H, breites Singulett); 5,05 (1H, Singulett): 6,46 (1H, Singulett).
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indicates that the electron attractive group in the group represented by R5 is benzenesulfonyl.
13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that step (a) in the presence of a solvent consisting of methylene chloride, chloroform, trichlorethylene, 1,2-dichloroethane, I, 1,1-trichloroethane and I, I, 2-trichloroethane is selected, executes.
14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the molar ratio of compound of formula III to compound of formula II in step (a) is 1: 1 to 10: 1.
15. The method according to claim 14, characterized in that the molar ratio of compound of formula III to compound of formula II in step (a) is 5: 1 to 10: 1.
16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that step (a) is carried out at a temperature of 50 to 100 "C.
17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the acid used in step (b) is sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, fluorosulfuric acid, monoethylsulfuric acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid or trifluoromethanesulfonic acid.
18. The method according to claim 17, characterized in that the acid used in step (b) is methanesulfonic acid or monoethylsulfuric acid.
19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that stage (b) is carried out in aqueous methanol, aqueous acetone, aqueous acetonitrile or aqueous tetrahydrofuran as a solvent.
20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the zinc in step (b) is used in an amount of at least 1 equivalent per equivalent of the compound of formula IV.
21. The method according to claim 20, characterized in that the zinc in step (b) is used in an amount of 1 to 2 equivalents per equivalent of the compound of formula IV.
22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that step (b) is carried out at a temperature of -50 to +5 "C.
23. The method according to claim 22, characterized in that step (b) is carried out at a temperature of from -20 to -30 ° C.
The present invention relates to a process for the preparation of derivatives of 13-lactam antibiotics, particularly cephalosporin and cephamycin derivatives, including many derivatives that are valuable antibiotics.
The cephalosporin and cephamycin derivatives, which are believed to deserve the greatest interest as antibiotics, are most often obtained by isolating a naturally produced cephalosporin or cephamycin (i.e.
a compound which is analogous to the cephalosporins but contains a methoxy group instead of a hydrogen atom in the 7a position) from a fermentation broth and subsequent chemical modification of the resulting
Connections to the desired cephalosporin or
Cephamycin antibiotic manufactured. The most common chemical modifications to which the starting materials are subjected include replacement of the group in the
3-position of the starting material or the transacylation, in which the acyl substituent on the amino group in the 713-position of the starting material is replaced by another acyl group. The present invention relates to such a transacylation reaction.
The acyl group on the 7ss-amino group of the cephalosporin and cephamycin starting materials is generally a complex group containing amino and carboxyl groups that must be protected before any chemical modification of the starting material can be carried out. These compounds also contain a carboxyl group in the 4-position, and this must also be protected. For example, cephamycin is C, i.e.
7ss- (D-5-amino-5-carboxyvaleramido) -3-carbamoyloxy-methyl-7a-methoxy-3-cephem-4-carboxylic acid, the main raw material for the production of cephamycin antibiotics. To convert this compound into some particularly useful antibiotics, it is necessary to convert the carbamoyloxymethyl group at the 3-position to a heterocyclylthiomethyl or amidino-thiomethyl group and the 5-amino-5-carboxy-valeryl group at the 713 position by a variety of other acyl groups to replace.
Generally, such a process is carried out using the following steps: (i) protection of the amino group on the 7B side chain; (ii) Conversion of the carbamoyloxy group on the side chain in the 3-position to the selected thiomethyl group; (iii) esterification of the carboxyl groups in the 4-position and on the 7ss side chain; (iv) performing a transacylation reaction with the product to replace the thus protected 5-amino-5-carboxyvaleryl group on the 7ss side chain with any other desired acyl group; and (v) removing the protecting group from the carboxyl group at the 4-position.
The present invention is primarily concerned with stages (iii) to (v) and with stage (i) insofar as it concerns the choice of the protective group.
When carrying out any chemical process on an industrial scale, the yields are a particularly critical factor in examining the economics of the process, and this is especially true when the starting material itself is a natural product that can only be produced in a relatively low yield . The acylation reaction, which is step (iv) of the procedure outlined above, tends to be low yields and can be a serious obstacle to commercialization of compounds known to be of significant therapeutic value.
It was found that the yields depend very much on the nature of the amino protecting group on the substituent in the 713 position, on the substituent on the 3 position and on the protecting group chosen for the 4-carboxyl group, and therefore very much high yields can be achieved if the right combination of all the many groups available for these different positions is selected.
It has now been found that a combination of an electron-withdrawing group protecting the amino group in the 7ss side chain, a heterocyclylthiomethyl or amidinothiomethyl group (especially heterocyclylthiomethyl group) as a 3-substituent and an optionally substituted phenacyl group as a carboxyl protecting group for the carboxyl groups in the 7ss side chain and in the 4-position enables the transacylation reaction to proceed in a very high yield.
However, one of the elements of this otherwise desirable combination is itself a remarkable one
Source of difficulty, namely the phanacyl group or substituted phanacyl group used to protect the carboxyl groups. This difficulty arises when the phenacyl group or substituted phanecyl group is removed in the deprotection step (v) of the above reaction sequence. One of the advantages of phenacyl groups as protective groups for carboxyl groups is that the resulting phenacyl esters are particularly stable under acidic conditions. However, this means that fairly strong procedures must be used to remove them.
One of the known methods for eliminating phenacyl protecting groups is the use of zinc with acetic acid or formic acid. As reported in J. Org. Chem. 38, No. 17, pages 2294-2996 (1973), this reaction, when carried out on a compound having an amidinothiomethyl or heterocyclylthiomethyl group in the 3-position, becomes a reaction accompanied, which provides the corresponding 3-exo-methylene compound in high yield together with a small amount of the 3-methyl compound. This leads to a substantial reduction in the yield of the desired compound.
Another method of removing the phenacyl protecting groups is to use the sodium or potassium salt of thiophenol. However, if a heterocyclylthiomethyl group is present in the 3-position of the compound so treated, this elimination reaction will shift the position of the double bond of the cephem system, producing a very high proportion of 2-cephem isomers in the final product. Again, the yields on the desired compound are reduced very significantly.
It has now surprisingly been found that the phenacyl group can be selectively eliminated, without the disadvantages mentioned above, by selecting the starting material in the presence of an inert solvent with zinc and an acid, which consists of inorganic acids, monoesters of dibasic inorganic acids and sulfonic acids is implemented.
The present invention thus relates to a process for the preparation of compounds of the formula:
EMI3.1
wherein R 'represents an acyl group, R2 represents hydrogen or methoxy, R3 represents an amidinothio group or a heterocyclylthio group and X represents sulfur, oxygen or methylene, and the pharmaceutically acceptable salts thereof;
the process is characterized in that (a) a compound of the formula:
EMI3.2
wherein R2, R3 and X have the above meanings, R4 represents hydrogen or a halogen atom and R5 represents an amino group protected by an electron attractive group, in a halogenated aliphatic hydrocarbon solvent with a compound of the formula: R'-Y (III) to a compound of Formula:
EMI3.3
wherein R ', R2, R3, R4 and X have the above meanings, (b) the compound of formula IV in an inert solvent with zinc and an acid selected from inorganic acids, monoesters of dibasic inorganic acids and sulfonic acids , to the compound of the formula I and (c) if appropriate converting the compound of the formula I into a pharmaceutically acceptable salt thereof.
This particular combination of reagents and protective groups surprisingly enables the process according to the invention to be carried out in good yields on the end product, the yields being extraordinarily good when the process is carried out under the preferred conditions described in detail below.
The invention is of particular value for the production of cephamycin derivatives, i.e. of compounds of the formula I in which R 2 is methoxy and X is sulfur. The invention is accordingly described below with specific reference to the preparation of such derivatives. However, it goes without saying that they also apply to the production of cephalosporin derivatives (in which R2 is hydrogen and X is sulfur) and the production of ss-lactam antibiotics which are analogous to cephamycins or cephalosporins, in which X is oxygen or methylene, can be applied and advantages can be achieved. The compounds of formula II used as starting materials must of course be chosen accordingly.
The type of group represented by R 'in the acyl halide R'-Y which is used in step (a) of the process according to the invention depends only on the type of group R' which is incorporated into the end product, the compound of the formula I. or their salts. As such, the group represented by R 'can be selected from the very wide range of such groups which are known to impart excellent antibiotic activity or other valuable properties to the end product.
Examples of groups which R 'can represent in the acyl halide of the formula R'-Y and thus in the compound of the formula I are phenylacetyl, phenoxyacetyl, thienylacetyl, monchloroacetyl, dichloroacetyl, monobromacetyl, dibromoacetyl and cyanomethylthioacetyl, of which thienylacetyl, monochloroacetyl, Dichloroacetyl, monobromacetyl, dibromoacetyl and cyanomethylthioacetyl are particularly preferred. However, it goes without saying that these groups are only given as non-limiting examples of the many acyl groups whose use is possible and which are obvious to the person skilled in the art.
If the acyl group represented by R1 in the compound of formula I contains another reactive group (e.g. a hydroxyl, amino or carboxyl group), this other reactive group is preferably used before the reaction of the acyl halide of formula R'-Y with the compound of Formula II protected, and in this case a deprotection step may be required at any stage in the reaction sequence, as is well known to those skilled in the art.
The halogen atom represented by Y in the acyl halide of the formula R'-Y is preferably chlorine or bromine.
The other starting material for the process according to the invention is the compound of formula II. The type of preferred atoms or groups represented by R2 and X in this compound has been discussed above and depends on the type of compound of formula I which one wishes to produce. Similarly, the preferred groups represented by R3 in the compound of formula II depend on what one desires to have in the corresponding position of the compound of formula I. When R3 represents a heterocyclylthio group, a wide range of heterocyclic groups are possible, which can be both substituted and unsubstituted.
Preferred heterocyclic groups which can be part of these heterocyclylthio groups are 1 H-tetrazol-5-yl, 1, 3,4-thiadiazol-2-yl and I, 2,3-triazol-5-yl. These heterocyclic groups can be substituted or unsubstituted, and when substituted they can have one or more, preferably only one, substituent. The substituents are preferably selected from alkyl groups (preferably methyl), halogen atoms and dialkylaminoalkyl groups (preferably dimethylamino ethyl).
Of the substituted and unsubstituted heterocyclic groups that can be used, l-methyl-l H-tetrazol-5-yl, I- (ss-dimethylamino-ethyl) -lH-tetrazol-5-yl, 5-methyl-1 , 3,4-thiadiazol-2-yl and 1-methyl-1 H-1, 2,3-triazol-5-yl are preferred.
When R4 in the compounds of formulas II and IV represents a halogen atom, this is preferably chlorine or bromine, i.e. the protecting group for the carboxyl groups in the 4-position of the cephem system and for the carboxyl group in the 5-position of the valeramido side chain is preferably a phenacyl group, chlorophenacyl group or a bromophenacyl group.
In the compound of formula II, R5 represents an amino group which has an electron-withdrawing group as a substituent. Suitable electron attractive groups are substituted benzoyl groups with a nitro, chlorine, cyano or alkoxycarbonyl substituent with 1 to 3 carbon atoms in the alkoxy radical, e.g. Methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl or propoxycarbonyl, preferably in the ortho or para position, furthermore arylsulfonyl groups, preferably benzenesulfonyl, or phthaloyl groups. Of these electron attractive groups, the benzenesulfonyl group is most preferred.
The first step in the process according to the invention comprises the transacylation reaction between the compound of the formula II and the acyl halide of the formula R'-Y in a halogenated aliphatic hydrocarbon solvent.
Suitable halogenated aliphatic hydrocarbon solvents are methylene chloride, chloroform, trichlorethylene, 1 1,2-dichloroethane, l, l, l-trichloroethane and 1,1,2-trichloroethane, in particular 1 1,2-dichloroethane.
The amount of the acyl halide of the formula R'-Y is preferably equimolar or greater than equimolar, based on the compound of the formula II; for example, the molar ratio of the acyl halide to the compound of formula II is preferably 1: 1 to 10: 1, in particular 5: 1 to 10: 1. The temperature at which the reaction is carried out can vary within a wide range, but is most suitably 50 to 100 ° C. The progress of the reaction can be followed by thin layer chromatography. At a temperature within the preferred range, the time required for the reaction usually varies from 10 minutes to 10 hours.
The transacylation reaction proceeds more smoothly when it occurs in the presence of an acid binding agent, e.g. Propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide or phenylglycidyl ether is carried out.
The resulting compound of formula IV, which is obtained in the first stage of the reaction, can be obtained and purified by distilling off the solvent from the reaction mixture, adding diisopropyl ether to the residue and isolating the powders thus produced. However, the product can also be obtained and purified by chromatographic methods or by any other method known to the person skilled in the art. The intermediate isolation and purification of the product may not be necessary before starting the second step of the process according to the invention.
In the second step of the process, the phenacyl group or the halophenacyl group protecting the 4-carboxyl group on the cephem system is removed by reacting the compound of formula IV with zinc and an acid. According to the invention, the acid is an inorganic acid, a monoester of a dibasic inorganic acid or a sulfonic acid. Suitable inorganic acids are sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and fluorosulfuric acid. Preferred monoesters of dibasic inorganic acids are monoalkyl esters of sulfuric acid, preferably monoethylsulfuric acid. Preferred sulfonic acids are alkanesulfonic acids and haloalkanesulfonic acids, preferably methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid or trifluoromethanesulfonic acid. The most preferred acids are methanesulfonic acid and monoethylsulfuric acid.
The reaction in the second stage of the process according to the invention is carried out in an inert solvent.
The type of solvent used is not critical, provided, however, that it is inert in the sense that it has no adverse effect on the reaction. With regard to the use of acids in the process according to the invention, the preferred solvents are aqueous organic solvents, e.g. aqueous methanol, aqueous acetone, aqueous acetonitrile or aqueous tetrahydrofuran, of which aqueous acetone is most preferred in view of the solubility of the starting materials and the economy. The zinc is preferably used in an amount of at least 1 equivalent per equivalent of the ester of the formula IV, in particular 1 to 2 equivalents of zinc per equivalent of the compound of the formula IV.
The temperature required for the reaction varies over a very wide range, although the temperature is preferably below ambient to minimize side reactions. A preferred temperature is in the range from -50 to +5 "C, in particular from -20 to -30" C. The time required for the reaction varies depending on the reaction temperature and the reagents, but the reaction is generally completed within a period of 10 minutes to 7 hours.
After the phenacyl or haloaphenacyl protecting group has been completely eliminated, the resulting compound of formula I can be recovered from the reaction mixture using conventional methods. One of the suitable extraction methods includes e.g. diluting the reaction mixture with water, filtering off insoluble material, extracting the filtrate with a suitable organic solvent (e.g. ethyl acetate) and then distilling off the solvent from the extract. The crude product thus obtained can then be isolated further (by conversion into a crystalline salt) by reacting it with a suitable base such as dicyclohexylamine, dimethylbenzylamine, picoline or lutidine.
However, the crude product can also be purified by chromatographic methods or by any other method well known to those skilled in the art.
If desired, the resulting compound of the formula I can be converted into a pharmaceutically acceptable salt by conventional methods, the type of salt not playing a decisive role, provided that the activity of the free base is not impaired or is not impaired in an unacceptable manner. Suitable salts are salts of metals such as lithium, sodium, potassium, calcium or magnesium, the ammonium salt and salts with organic amines such as the cyclohexylammonium or triethylammonium salt. The sodium and potassium salts are particularly preferred.
The compound of formula II which is used as the starting material in the process according to the invention can be obtained by changing the amino group in the 7, B-side chain of cephamycin C or a cephalosporin or another ss-lactam analogue thereof with a suitable electron-withdrawing group (examples given above), convert the carbamoyloxymethyl group in the 3-position to a heterocyclylthiomethyl or amidinothiomethyl group and then protect the carboxyl groups in the 7, B-side chain and in the 4-position with a phenacyl group or a halogenophenacyl group.
In the preferred embodiment of the process according to the invention for the preparation of a cephamycin derivative, the substituents in the 3- and 7-positions of the cephamycin C, which can be obtained by culturing different microorganisms, can be converted into the desired groups in a practically continuous manner, whereby compounds with a stronger antibacterial activity.
The invention is illustrated by the following examples.
Example I 7ss-chloroacetamido-7a-methoxy-3 - (l-methyl-1H-tetrazol5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid (a) di- (dicyclohexylamine) salt of 7ss- (D -5-benzenesulfonylamino-5-carboxyvaleramido) -7o-methoxy-3- (1-methyl-
I H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid
70 g of 7ss- (D-5-benzenesulfonylamino-5-carboxyvaleramido) - 3-carbamoyloxymethyl-7a-methoxy-3-cephem-4-carboxylic acid (purity 85%) were mixed with 175 g of 1-methyl-5-mercapto-1H- tetrazole, 12 ml of water and 3 ml of acetone were added, whereupon the resulting solution was stirred at an internal temperature of 65 to 75 ° C. for 20 minutes while water and acetone were gradually distilled off under reduced pressure.
Then 200 ml of water and 500 ml of ethyl acetate were added to the reaction mixture, whereupon the aqueous phase of this mixture was adjusted to a pH of 1.5 by adding hydrochloric acid. 50 g of sodium chloride was added to the mixture, which was then stirred thoroughly. The ethyl acetate layer was separated and the aqueous layer was extracted twice with 100 ml each of ethyl acetate. The extracts were combined with the separated ethyl acetate layer and the whole mixture was evaporated to dryness under reduced pressure. 1.6 liters of diisopropyl ether was added to the resulting residue, and the mixture was stirred well until a powder was formed from the original viscous substance.
This powder was isolated by filtration, washed with diisopropyl ether and dissolved in 500 ml of ethanol. 43.2 g of dicyclohexylamine was added to the solution, and the resulting mixture was allowed to stand in an ice bath for 1 hour to precipitate white crystals. These crystals were isolated by filtration, washed with ethanol and dried to give 76.4 g of the crude di (dicyclohexylamine) salt of 7ss- (D-5-benzenesulfonylamino-5-carboxyvaleramido) -7a-methoxy-3- (1-methyl-1 H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid. The mother liquor was concentrated by evaporation under reduced pressure and a small amount of ethanol was added to the resulting residue.
This mixture was left to stand for about 6 days to allow crystals to separate, which were isolated by filtration and dried, whereby a further 8.2 g of crystals of the crude D- (dicyclohexylamine) salt were obtained (total yield 84.6 g, 83 , 0% of theory).
1 g of the crystals thus obtained was dissolved in 5 ml of methanol, and the solution was concentrated to a syrupy substance by evaporation under reduced pressure.
5 ml of ethanol was added to this syrupy substance, and the mixture was allowed to stand to precipitate a pure product that melted at 143 to 145C (with decomposition).
Elemental Analysis for C23H27N7O9S3-2 (C12H23N): Calcd .: C 55.94%; H 7.45%; N 12.39%; S 9.33% Found: C 56.21%; H 7.33%; N 12.56%; S 9.58% (b) diphenacyl ester of 7P- (D-5-benzenesulfonylamino-5-carboxylvaleramido) -7a-methoxy-3- (1-methyl-1 H-tetrazol5-yl) -thiomethyl-3-cephem- 4-carboxylic acid
A solution of 4.4 g of phenacyl bromide in 50 ml of dimethylformamide was gradually at a temperature of 0 to 5 "C in the course of 10 minutes with 10 g of the di- (dicyclohexylamine) salt of 7ss- (D-5- Benzenesulfonylamino-5-car-boxyvaleramido) -7a-methoxy-3- (1-methyl-1 H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid (purity 96%, determined by high pressure liquid chromatography) was added.
The mixture was then stirred at ambient temperature for 30 minutes. At the end of this period, 200 ml of ethyl acetate was added and the insoluble material (mainly dicyclohexylamine hydrobromide) was isolated by filtration and washed with a small amount of ethyl acetate. The washing liquids were combined with the original ethyl acetate solution and the whole was washed twice with 50 ml of water each time.
The solution was then concentrated by evaporation under reduced pressure to give 9.2 g of the title compound as a foamy solid.
Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (CDCl3), o (ppm): 1.5-2.95 (7H, multiplet); 3.43 (3H, singlet); 3.58 (2H, broad singlet); 3.78 (3H, singlet); 4.38 (2H, singlet); 5.00 (1H, singlet); 5.07 (2H, singlet); 5.45 (2H, broad singlet); 6.0-6.15 (1H, doublet); 7.22-8.02 (15H, multiplet).
(c) 7ss-chloroacetamido-7a-methoxy-3- (1-methyl-H-tetrazol-5-yl) 4hiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid phenacyl ester
The entire product obtained in step (b) was mixed with 200 ml of 1,2-dichloroethane and 10 ml of monochloroacetyl chloride, and the mixture was stirred under reflux for 4 hours. At the end of this period, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was mixed with 100 ml of diisopropyl ether. The mixture was stirred enough to precipitate a powder, which was then isolated by filtration and 11.04 g of crude 7ss-chloroacetamido-7a-methoxy-3- (1-methyl1 H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3- cephem-4-carboxylic acid phenacyl ester (purity 44.7%, yield corrected for impurities 93% of theory).
This product was purified by column chromatography on silica gel, eluting with a 3: 1 by volume mixture of benzene and ethyl acetate to obtain a pure product.
Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (CDCl3), o (ppm): 3.57 (3H, singlet); 3.68 (2H, singlet); 3.92 (3H, singlet); 4.13 (2H, singlet); 4.50 (2H, broad singlet); 5.08 (1H, singlet); 5.55 (2H, singlet); 7.25-8.07 (5H, multiplet).
(d) 7ss-chloroacetamido-7a-methoxy-3- (1-methyl-H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid
1.0 g of 7ss-chloroacetamido-7a-methoxy-3- (1-methyl-1H tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid phenacyl ester (purity 90.1%, determined by high pressure liquid chromatography) was dissolved in a mixture of 20 ml acetone and 1 ml water. The mixture was then cooled to -30 ° C, after which 5.0 ml of monoethylsulfuric acid and 1.0 g of zinc powder were added. The mixture was then stirred at a temperature of -30 to -25 ° C for 2.5 hours.
At the end of this period the reaction mixture was filtered. Insoluble solid material was washed with 50 ml of ethyl acetate and the washes were combined with the filtrate. The mixture was then shaken and the ethyl acetate layer separated. The aqueous layer was extracted twice with 30 ml of ethyl acetate each time, after which the extracts were combined with the separated ethyl acetate layer. The combined ethyl acetate solution was washed with a saturated sodium chloride aqueous solution, after which the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain 0.857 g of the title compound with a purity of 70.3%. The yield corrected for impurities was 85% of theory.
Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (Deuteroacetone), O (ppm): 3.5 (3H, singlet); 3.67 (2H, singlet); 3.98 (3H, singlet); 4.42 (2H, broad singlet); 5.08 (1H, singlet).
Example 2 7ss-Cyanomethylthioacetamido-7a-methoxy-3 - (1-methyl-1 H-tetrazol-5-yl) -thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid (a) According to that described in step (b) of Example 1 The corresponding diphenacyl ester was prepared from 10 g of the di- (dicyclohexylamine) salt of 7ss- (D-5-benzenesulfonylamino-5-carboxyvaleramido) -7a-methoxy-3- (1-methyl-1 H-tetrazole-5 -yl) -thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid synthesized.
As in step (c) of Example 1, the resulting product was then heated to reflux with 8.5 g of cyanomethylthioacetyl chloride (instead of monochloroacetyl chloride) for 6 hours, after which the reaction mixture was subjected to the treatment described in Step (c) of Example 1 , where 12.1 g of crude 7ss-cyanomethylthioacetamido-7a-methoxy-3- (1-methyl-1 H-tetrazol-5yl) -thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid phenacyl ester (purity 38.0%, with reference yield corrected for the impurities (78.0% of theory) were obtained. This product was purified by column chromatography on silica gel, eluting with a 2: 1 by volume mixture of chloroform and ethyl acetate.
Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (Deuteroacetone), O (ppm): 3.53 (3H, singlet); 3.60 (2H, singlet); 3.73 (4H, multiplet); 3.96 (3H, singlet); 4.50 (2H, broad singlet); 5.15 (in, singlet); 5.63 (2H, singlet); 7.46-8.2 (5H, multiplet); 8.58 (1H, broad singlet).
(b) 1.0 g of 7ss-cyanomethylthioacetamido-7a-methoxy-3- (1-methyl-1 H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid phenacyl ester (purity 88.7%, determined by High pressure liquid chromatography) was dissolved in 20 ml of acetone and 2 ml of water, after which it was treated as described in step (d) of Example 1 and the product was purified in the manner described there, 0.847 g of crude 7ss-cyanomethylthioacetamido-7a-methoxy-3 - (1-Methyl- I H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid (purity 73.7%, determined by high pressure liquid chromatography, yield corrected for the impurities 88.0%) were obtained .
Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (Deuteroacetone), O (ppm): 3.50 (3H, singlet); 3.60 (2H, singlet); 3.5-3.7 (2H, quartet); 3.70 (2H, singlet); 3.90 (3H, singlet); 4.3-4.6 (2H, quartet); 5.10 (in, singlet).
Example 3
7a-methoxy-3- (1-methyl-1 H-tetrazol-5-yl) thiomethyl-7ss- (2-thienylacetamido) -3-cephem-4-carboxylic acid
According to the procedures described in steps (a) to (c) of Example 1, but using 2-thienylacetyl chloride instead of the monochloroacetyl chloride in step (c), 7a-methoxy-3- (1-methyl-1H-tetrazole- 5-yl) -thiomethyl-7ss- (2-thienylacetamido) -3-cephem-4-carbon acid phenacyl ester. 1.0 g of this compound was dissolved in 20 ml of acetone and 2 ml of water to obtain a solution, which was then cooled to -30 ° C.
5.0 ml of methanesulfonic acid and 1.0 g of zinc powder were added to the solution, and the resulting mixture was stirred at -30 ° C. for 2.5 hours. The reaction mixture was then treated as described in step (d) of Example 1 and the product was separated as described there, 0.85 g of the compound mentioned in the title being obtained.
Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (Deuteroacetone), 6 (ppm): 3.42 (3H, singlet); 3.53 and 3.76 (2H, AB doublet, J = 18 Hz); 3.92 (2H, singlet); 3.96 (3H, singlet); 4.28 and 4.50 (2H, AB doublet, J = 14 Hz); 5.04 (1H, singlet); 6.8-7.1 (2H, multiplet); 7.2-7.4 (111, multiplet); 8.27 (111, broad singlet).
Example 4 7ss-dichloroacetamido-7a-methoxy-3 - (I -methyl-I H-tetrazol-5-yl) -thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid
75-dichloroacetamido-7a-methoxy-3- (1-methyl-111-tetrazol-5-yl) thiomethyl-3-cephem-4-carboxylic acid p-bromophenacyl ester was prepared following essentially the same procedure as described in steps (a) to (c) of Example 1, but using step (b) p-bromophenacyl bromide instead of phenacyl bromide and step (c) using dichloroacetyl chloride instead of monochloroacetyl chloride. 1.0 g of this compound was dissolved in 20 ml of acetone and 2 ml of water, and the resulting solution was cooled to -30 ° C.
5.0 ml of monoethylsulfuric acid and 1.0 g of zinc powder were added to this solution, and the resulting mixture was stirred at -30 ° C. for 2 hours. The reaction mixture was then treated as described in step (d) of Example 1 and the product was separated as described there, 0.8 g of the compound mentioned in the title being obtained.
Nuclear Magnetic Resonance Spectrum (Deuteroacetone), O (ppm): 3.48 (3po, singlet); 3.80 (2H, broad singlet); 3.98 (3H, singlet); 4.40 (2H, broad singlet); 5.05 (1H, singlet): 6.46 (1H, singlet).