CN1024554C - 抗菌的2-碳代青霉烯衍生物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备通式为的抗菌化合物以及当R为氢时其药物上可接受的阳离子盐的方法，在该抗菌化合物的通式中n是0或1，R是氢或一个可形成在生理条件下可以水解的酯的基团，R1是氢或甲基，本发明还涉及该抗菌化合物的药物组合物及将它们用于治疗细菌感染的方法，以及合成所述化合物的有用的中间体。
Description
本发明是关于抗菌的5R，6S-6-（1R-羟乙基）-2-（硫杂环戊基）硫基-2-碳代青霉烯-3-羧酸，其结构式（Ⅰ）如下所述;它的药物上可接受的盐及体内可水解的酯;制备所述化合物的有用的中间体。
文献中有许多关于抗菌的2-（烷硫基）-2-碳代青霉烯及其相关化合物的报道。例如，Andrus等著，J.Am.Chem.Soc.，Vol.106，PP.1808-1811，1984;Afonso等著，ibid.，Vol.104，PP.6139-6140，1982;DiNinno等著，Tetrahedron Letters，Vol，23，PP.3535-3538（1982）;Ganguly等著，J.Antimicrobial Chemotherapy，Vol.9，Suppl.C，PP.1-5（1982）;Ghosez等著，Tetrahedron，Vol.39，PP.2493-2503，1983;Girijavallabhan等著，J.Antibiotics，Vol.39，PP.1182-1190，1986;Girijavallabhan等著，Tetrahedron Letters，Vol.24，PP.3179-3182，1979;Leanza等著，Tetrahedron，Vol.39，PP.2505-2513，1983;以及Shih等著，Heterocycles，vol.21，PP.29-40，1984。
另外，抗菌的5R，6S-6-（1R-羟乙基）-2-（顺-1-氧代-3-硫杂环戊基硫基）-2-青霉烯-3-羧酸和5R，6S-6-（1R-羟乙基）-2-（1，1-二氧代-3-硫杂环戊基硫基）-2-青霉烯-3-羧酸已由Hamanka公开，见美国专利4619924。最近，其优选的非对映异构体，5R，6S-6-（1R-羟乙基）-2-（1R-氧代-3S-硫杂环戊基硫基）-2-青霉烯-3-羧酸已由Volkmann特别指定在美
国的国际申请PCT/US87/01114中指明，它于1988，11，17以WO88/08845公开。
现已发现，类似于上面提到的由Hamanaka及Volkmann发现的青霉烯的取代碳代青霉烯是很有价值的抗菌剂，这些新化合物的结构式是：
其中n是0或1;R是氢或可形成酯的基团，该酯在生理条件下可水解;R1是氢或甲基;包括当R是氢时它的药物上可接受的阳离子盐。
所说的药物上可接受的阳离子盐包括它们的钠盐，钾盐，钙盐，N，N′-二苄基亚乙基二胺盐，N-甲基葡糖胺（麦格鲁明）盐和二乙醇胺盐，当然并不仅限于这些盐。优选的阳离子盐是钾盐和钠盐。
在生理条件下可水解的酯是指那些通常可做为“前药”的酯，这些酯在青霉素领域如同药物上可接受的盐一样普遍为大家所知。这种酯通常用于增加口服吸收，而且在体内无论怎样可容易地水解为母体酸。可形成基的更为优选的酯中，其R是：
（5-甲基-1，3-间二氧杂环戊烯-2-酮-4-基）甲基;
1H-异苯并呋喃-3-酮-1-基;
γ-丁内酯-4-基;
-CHR2OCOR3;或
-CHR2OCOOR3;
其中R2是氢或甲基;R3是（C1-C6）烷基。最为优选的基团是三甲基乙酰氧甲基和1-（乙氧羰基氧基）乙基。
为了制备方便，R1最好是氢。当n是0时，连接于硫杂环戊烷环的基团互为顺式较好，1R，3S-构型最好，即
本发明也涉及到结构式如下的中间体化合物
其中n是0或1;R1是氢或甲基，R4是通常的羧酸保护基团如苄基，对一硝基苄基或-CH2CX＝CH2，其中X是H或Cl。为了制备的方便及保护基容易地除去，（Ⅱ）式的优选化合物是那些R4是-CH2CX＝CH2的化合物，最为优选的是X还为氢。
本发明结构式（Ⅰ）的抗菌化合物很容易且方便地由通式如下
的酮，其中R1定义如上，R5是一个通常的羧酸保护基或一个可形成生理条件下可水解的酯的基团;和一个通式如下
的3-硫杂环戊基的硫醇制备而得，其中n定义如上。例如，在一摩尔当量的有位阻的叔胺如二异丙基乙胺存在下，酮（Ⅲ）最初与基本一摩尔当量试剂如二苯基磷酰氯（C6H5O）2P（O）Cl反应生成烯醇磷酸酯，结构式为
通常不用分离，再加摩尔当量的此胺，磷酸酯（Ⅳ）随后直接与基本-摩尔当量的合适的3-硫杂环戊基硫醇反应，这样就形成了通式（Ⅱ）的中间体化合物，其中R5是羧酸保护基如CH2CX＝CH2，或者是通式（Ⅰ）的最终前药酯产物，其中R5是形成在生理条件下可水解的酯的基团。这个反应过程通常在对反应呈惰性的溶剂如乙腈中完成。同时温度要求不很严，最好在-20°-30℃范围内进行，在冰浴温度（0-5℃）下进行合适。
这里，所谓“惰性反应溶剂”是指那些不与原料，试剂，中间产物或产物进行对所需产物收率有不良影响的作用的溶剂。
当产物是如通式（Ⅱ）的烯丙基或2-氯烯丙基酯时，它们水解产生如上式（Ⅰ）的所需青霉烯，青霉烯以酸或其药物上可接受的阳离子盐的形式存在。通常采用无水条件以避免β-内酰胺任何可能的降解。优选条件是在催化量的三苯基膦和四（三苯基膦）钯（例如约0.15摩尔当量的前者和约0.075摩尔当量的后者）的存在下，在无水惰性反应溶剂（如二氯甲烷和/或乙酸乙酯）中用1到1.1摩尔量当量的亲油性羧酸碱金属盐（如，2-乙基己酸钠）。这个反应通常在惰性气体及避光的条件下进行。虽然温度不是反应的关键，但反应宜在室温下进行。用这些试剂，通式（Ⅰ）的化合物通常先以其碱金属盐的形式（如钠盐）分离。如果需要，盐可在分离前或后用标准方法转化为游离酸的形式，例如酸化盐的水溶液，用与水不互溶的有机溶剂萃取游离酸。羧酸保护基团可用惯用的方法除去，例如，苄
基和对一硝基苄基可用一种贵金属催化剂如Pd/c进行氢化除去。
本发明其它的药物上可接受的阳离子盐也可方便地用标准方法制备。例如，等量的相应阳离子氢氧化物，碳酸盐或碳酸氢盐或胺在有机溶剂或水溶液中，最好在降低温度（如0-5℃）下，与此羧酸反应，同时剧烈搅拌并慢慢加入这些碱。生成的盐通过浓缩和/或加入非溶剂加以分离。
通式（Ⅰ）的化合物（其中R代表在体内可水解的酯）可选择地由相应的游离酸或阳离子盐按已知的方法制备，这些方法已在青霉素领域中确认（见例子，美国专利3，951，954;4，234，579;4，287，181;4，342，693;4，452，796;4，342，693;4，348，264;4，416，891;和4，457，924）。在本例中，优选的前体通常是盐的形式，是四丁基铵盐较好，它们可与适当的酯形成试剂如氯甲基新戊酸酯或1-氯乙基碳酸乙酯反应。
用于本发明方法的其它原料，通式（Ⅲ）的酮很容易由文献提供的方法得到（如见上引述的碳代青霉烯的参考文献），也可用下面详述的方法制备。所需硫醇可按上面引述的Hamanka及Voldmann的方法制备。
通式（Ⅰ）化合物的体外活性可通过测量它的游离酸或阳离子盐抵抗各种微生物的最低抑制浓度（MIC）mcg/ml加以确定。下面的试验是由国际合作研究会（International Collaborative Study）推荐的抗菌剂敏感度试验（Ericcson and Sherris，Acta.Pathollogicaet Microbiologia Scandinav，Supp.217，SectionB：64-68[1971]），并采用脑心灌输（BHI）琼脂和种菌复制方法。过夜生长的菌管稀释100倍用作标准种菌（将20，000-10，000个细胞（大约0.002ml）置于琼脂表面;每盘中20mlBHI琼脂）。通常使用12个2倍稀释的受试
化合物，其起始浓度是100-200mcg/ml。37℃，18小时后，观察盘子，单丛忽略不计。受试有机体的敏感度（MIC）用通过肉眼判断认为能够完全阻止生长的最低浓度表示。
通式（Ⅰ）化合物的体内活性能用常规的动物保护试验来确定，通常用大白鼠进行试验。在这个试验中多组大白鼠腹膜内通常感染上成倍致命剂量的微生物。每组大白鼠服用特定剂量的抗菌化合物，通常口服或皮下注射。这种体内结果通常用PD50（mg/kg）表示，即，使50%的大白鼠免于感染微生物的药物剂量，以mg/kg表示。这个值常用图表确定，如剂量保护百分数图。
本发明的抗菌化合物首先应用于动物体（包括人），用于系统治疗由于致病的微生物导致的感染。口服药量为每天2.5-100mg/kg，最好每天5-50mg/kg，可一次或分次服用。剂量随动物尤其是微生物的特定的敏感度改变。这些化合物可口服或肠胃外给药，较好的途径是口服，尤其抗菌剂以如上所说的前药酯的形式存在时。在该领域中分离得到的微生物的敏感度可用细菌学实验室中已知的园盘方法测定。化合物（Ⅰ）显示较大的抑菌范围，因此在治疗细菌感染时常选用化合物（Ⅰ）。
最佳剂型可用药物学领域中的常规方法制备。对口服制剂，化合物可单独或与药物载体如惰性固体稀释剂，水溶液或各种无毒有机溶剂结合成为胶囊，片剂，粉剂，糖锭，糖浆等。这些载体包括水，乙醇，苄醇;甘油，丙二醇，植物油，乳糖，淀粉，滑石粉，凝胶和其它已知载体。上述系统使用所需的肠胃外制剂溶于或悬浮于药物上可接受的载体如水，盐水，芝麻油等等中。可以加入提高其悬浮度及扩散性的试剂。
基于它们在试管试验中极好的活性，本发明抗菌化合物可以用于局部治疗动物体（包括人）由敏感微生物引起的表皮感染，尤其是当它以游离酸或盐的形式存在时。化合物（Ⅰ）可由药剂学领域中公知的方法配制成洗液，膏剂，乳脂，油膏，冻胶等，其浓度范围为5-200mg/cc，10-100mg/cc更好。制剂可在任何感染部分施用，通常一天至少一次。
本发明可由下列实施例加以说明，但并不限于这些实施例的特定内容。
实施例1
（5R，6S）-6-（1R-羟乙基）-2-（1，1-二氧代-3-硫杂环戊基硫基）-2-碳代青霉烯-3-羧酸烯丙基酯
（Ⅱ，n＝1，R4＝CH2CH＝CH2）
在N2气氛下，（3R，5R，6S）-6-（1R-羟乙基）-2-氧代-碳代青霉烯烯丙基酯（0.109g，0.43mmol）溶于10mlCH3CN中并冷至0-5℃。加入二苯磷酰氯（0.114g，0.43mmol）及二异丙基乙基胺（0.075ml，0.43mmol），混合物在0-5℃下搅拌30分钟形成上述通式（Ⅳ）的烯醇磷酸酯，其中R5为烯丙基。再加入3-硫杂环戊硫醇1，1-二氧化物（0.065g，0.43mmol）和再一当量的胺（0.075ml，0.43mmol）。在0-5℃下搅拌1小时后，将反应混合物倾入75ml乙酸乙酯中。用1×15mlH2O，2×15ml饱和的NaHCO3，1×15mlH2O及1×15ml盐水顺序萃取，干燥（Na2SO4），除去溶剂，残余物在硅胶上进行色谱分离，乙酸乙酯洗脱得到38mg本标题产物。产物混合物中3R和3S-硫杂环戊基侧链非对映异构体比例约1∶1;TLC Rf 0.2（乙酸乙酯）;H-NMR（CDCl3）δ（ppm）1.32（d，3H），2.04（bs，1H），2.14-2.26（m，1H），2.57-2.67（m，
1H），2.97-3.36（m，6H），3.41-3.51（m，1H），3.76-3.88（m，1H），4.17-4.28（m，2H），4.79（dd，2H），5.24（d，1H），5.41（d，1H），5.86-5.99（m，1H）;HRMS 387.0765，计算值387.0810。
为了避免产物在水相中损失，直接色层分析反应混合物更好，见实施例3。
实施例2
（5R，6S）-6-（1R-羟乙基）-2-（1，1-二氧代-3-硫杂环戊基硫基）-2-硫代青霉烯-3-羧酸钠
（I，n＝1，R＝H的钠盐）
在N2气氛下，在一个包有铝箔的烧瓶中将前例所得产物（19mg，0.05mmol）溶于0.5ml CH2Cl2中。加入三苯基膦（2.6mg）和2-乙基己酸钠（8.3mg溶于0.43ml乙酸乙酯中），混合物避光。再加入四（三苯基膦）钯（5mg），将混合物搅拌45分钟。过滤并用乙酸乙酯洗涤，得到本例标题产物（14.4mg）;H-NMR（D2O）δ（ppm）1.27（d，3H），2.2-2.3（m，1H），2.65-2.69（m，1H），3.11-3.30（m，4H），3.4-3.46（m，2H），3.65-3.74（m，1H），4.04-4.23（m，3H）;MS 370（M+）;IR（KBr）有1754cm-1峰。
实施例3
（5R，6S）-6-（1R-羟乙基）-2-（1R-氧代-3S-硫杂环戊基硫基）-2-碳代青霉烯-3-羧酸烯丙基酯
（Ⅱ，n＝0，R4＝CH2CH＝CH2）
在N2气氛并搅拌下，将3S-（乙酰硫基）硫杂环戊烷-1R-氧代物（0.712，4mmol;Volkmann，WO 88/08845）溶于2.5mlH2O中，冷到-5℃。
加入NaOH（0.32g，8mmol），将混合物升温至0-5℃，搅拌30分钟，用0.8ml12NHCl在5-10℃下酸化，在室温下用Na2SO4饱和并用4×7mlCH2Cl2萃取。合并有机层，干燥（Na2SO4）并过滤，得到不用分离且可直接在下用的3S-硫杂环戊基硫醇1R-氧化物。
在一个分离瓶中，（3R，5R，6S）-6-（1R-羟乙基）-2-氧碳代青霉烯烯丙基酯（0.506g，2mmol）转化成磷酸酯中间体溶液，再按实施例1的方法与所述硫醇溶液反应。全部反应混合物直接在硅胶上色谱分离，用乙酸乙脂：CH3OH＝9∶1作洗脱液。最初的产物残余物再次色谱分离，用丙酮洗脱得到0.428g泡状纯化的本例标题化合物。TLCRf 0.1（乙酸乙酯∶甲醇＝4∶1），0.25（丙酮）;1H-NMR（CDCl3）δ（ppm）：1.3（d.3H）.2.59-2.79（m，4H），3.05-3.26（m，4H），3.52-3.58（m，1H），3.74-3.82（m，1H），4.15-4.25（m，2H），4.73（dd，2H），5.27（d，1H），5.40（d，1H），5.86-5.97（m，1H）。
实施例4
（5R，6S）-6-（1R-羟乙基）-2-（1R-氧代-3S-硫杂环戊基硫基）-2-碳代青霉烯-3-羧酸钠
（Ⅰ，n＝1，R4＝CH2CH＝CH2）
用实施例2的方法，将前例的标题化合物（0.34g，0.92mmol）转化为0.28g本例标题化合物。
进一步纯化的产物可通过下法得到。将0.27g本产物溶于40ml水中，用0.4g活性炭在0-5℃下处理20分钟，过滤，用2×25ml乙酸乙酯萃取滤液，冷冻干燥水层得到0.20g纯化的本例标题化合物;1H-NMR（D2O）δ（ppm）1.26（d，3H），2.41-2.48（m，1H），2.69-2.75
（m，1H），2.85-2.90（m，1H），2.91-2.98（m，1H），3.15-3.39（m，3H），3.39（dd，1H），3.82-3.92（m，2H），4.18-4.23（m，2H）;MS354（M+）;IR（KBr）有1761cm-1峰。
制备1
3-吡咯烷基-2-丁烯酸烯丙基酯
将乙酰乙酸烯丙酯（68.4ml，0.5mol）加入溶于150ml甲苯的吡咯烷（41.6ml，0.5mol）中。反应放热。混合物加热回流3小时，冷却，除去甲苯得到45g黄白油状标题产物。
制备2
（3S，4R）-4-[3-（烯丙氧羰基）-2-吡咯烷基-2-丙烯基]-3-[1R-1-（二甲基-叔-丁甲硅烷氧基）乙基]-2-氮杂环丁酮
在N2气氛下，将溶于100ml干燥四氢呋喃中的制备1的标题产物（9.75g，0.05mol）溶液冷至-60℃。保持温度在-50℃以下，加入丁基锂（31ml1.6M已烷溶液，0.051mol），在-60℃下将混合物搅拌20分钟，0℃下搅拌30分钟，再冷至-60℃。加入二乙基氯化铝（50ml），继续在-60℃下搅拌20分钟，同时加入溶于25ml干燥四氢呋喃中的3R，4R-4-乙酸-3-[1R-1-（二甲基-叔-丁基甲硅烷氧基）乙基]-2-氮杂环丁酮（5.74g，0.02mol;leanza等著，Tetrahedron，Vol，39，PP.2505-2513，1983）。将反应混合物于-60℃再搅拌20分钟，并在0-5℃时再搅拌30分钟，将反应混合物倾入400ml冰和水及400ml乙酸乙酯中，过滤除去不溶付产物并分离。水层用400ml新制的乙酸乙酯萃取，有机层合并，用4×200mlH2O及1×200ml盐水回洗，干燥（Na2SO4），除去溶剂。残余物在硅胶上进行色谱分析，
用已烷∶丙酮＝3∶1洗脱，得到4.59g本标题产物;TLCRf0.2（已烷∶丙酮＝3∶1）。
制备3
（3S，4R）-4-[3-（烯丙基氧羰基）-2-氧丙基]-3-[1R-1-（二甲基-叔-丁基甲硅烷氧基）乙基]-2-氮杂环丁酮。
将制备2标题产物（4.38g，0.0104mol）加入75ml四氢呋喃，4ml乙酸和1mlH2O中。搅拌24小时，混合物用250ml乙酸乙酯稀释，顺序用4×50mlH2O，2×50ml饱和NaHCO3，1×50mlH2O及1×50ml盐水洗涤，干燥（Na2SO4），汽提除去溶剂，两次从25mlCH2Cl2中再汽提，高真空下抽干得到3.8g本制备标题产物;TLC Rf 0.3（已烷∶乙酸乙酯＝1∶1）
制备4
（3S，4R）-4-[3-（烯丙氧羰基）-2-氧丙基）-3-
[1R-1-羟乙基]-2-氮杂环丁酮
将制备3标题产物（0.82g，2.2mmol）溶于15mlCH3OH中并冷至0-5℃，同时搅拌。加入6N HCl（1.5ml，9mmol），将混合物热至室温，搅拌2小时后倾入25ml水中，用2%NaHCO3中和使溶液呈中性（PH＝7）。混合物用NaCl饱和并用4×30mlCH2Cl2萃取。将萃取液合并，干燥（Na2SO4），除去溶剂，残余物在硅胶上进行色谱分析，用乙酸乙酯：CH3OH＝19∶1的溶液洗脱，得到0.38g本制备标题产物;TLC Rf 0.2（乙酸乙酯）
制备5
（3S，4R-4-[3-（烯丙氧羰基）-3-重氮基-2-氧丙基]-3-[1R-羟乙基]-2-氮杂环丁酮。
用Ratcliffe等的Tetrahedron letters，Vol.21，PP.31-34的方法，在N2气氛下，在0-5℃下，使溶于15mlCH3CN中的制备4的标题产物（0.38g，1.5mmol）与对-羧基-苯磺酰叠氮化物（0.34g，1.5mmol）在三乙胺（0.41ml，3mmol）存在下反应。反应混合物热至室温，搅拌30分钟，过滤，汽提除去滤液的溶剂。残余物抽干得到本制备标题产物;TLC Rf0.33（乙酸乙酯）;全部用于下一步。
制备6
（3R，5R，6S）-6-（1R-羟乙基）-2-氧代-碳代青霉烯烯丙基酯
（Ⅲ，R5＝CH2CH＝CH2）
在N2气氛下，将制备5的全部产物（1.5mmol）溶于50mlC6H6中。加入Rh2（CH3CO2）4（25mg），混合物加热回流12分钟，然后冷却。在一微孔滤纸上过滤，滤液经汽提除去溶剂。将半固体残余物研制并再次汽提为第二残余物，所得残余物在硅胶上进行色谱分析，用乙酸乙酯：CH3OH＝19∶1洗脱，得到0.285g油状本制备标题产物。用乙醚研制得0.119g晶状标题产物;TLC Rf 0.6（乙酸乙酯）。
仅用4.2mlC6H6及12.6ml乙酸乙酯共溶剂重复本制备，从乙醚研制得0.142g标题化合物，浓缩乙醚母液又得到0.054g。
Claims (8)
1、一种制备具有下式(Ⅰ)的化合物或当R是氢时制备它的药物上可接受的阳离子盐的方法，
式中：
n是0或1；R是氢或一个可形成在生理条件下可水解的酯的基团；R1是氢或甲基；该方法包括将具有如下式(Ⅱ)的化合物进行常规脱保护，
式中：
n是0或1；R1是氢或甲基，R4是常规的羧基保护基；以得到式(Ⅰ)的化合物，在需要时转化成式(Ⅰ)化合物的药物上可接受的阳离子盐。
2、按照权利要求1的方法，其中R1是氢。
3、按照权利要求2的方法，其中n是1。
4、按照权利要求2的方法，其中n是0。
5、按照权利要求4的方法，其中连于硫杂环戊烷环的基团互为顺式。
6、按照权利要求5的方法，其中硫杂环戊烷环的构型是1R，3S，即
7、按照权利要求1的方法，其中R4是-CH2CH＝CH2。
8、按照权利要求2的方法，其中R4是-CH2CH＝CH2。
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