CN1298408A - 结晶β－内酰胺抗生素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及结晶β－丙酰胺的方法,其中β－内酰胺是由硝酸溶液中结晶的。

Description

结晶β-内酰胺抗生素的方法
本发明涉及结晶β-内酰胺抗生素的方法及由此方法获得的β-内酰胺。
此处所用术语β-内酰胺包括β-内酰胺核，例如6-氨基青霉烷酸(6-APA)、7-氨基头孢子菌素酸(7-ACA)、3-氯-7-氨基去乙酸基去甲基头孢子菌素酸(7-ACCA)、7-氨基-3-[[(1-甲基-1-H-四唑-5-基)硫代]甲基]-3-cephem-4-羧酸(7-ATCA)、7-氨基去乙酰基头孢子菌素酸(7-ADAC)、7-氨基去乙酸基头孢子菌素酸(7-ADCA)，发酵产物，例如青霉素G、青霉素V、头孢菌素C、异青霉素N，中间产物，例如己二酰-6-氨基青霉烷酸、己二酰-7-氨基去乙酸基头孢子菌素酸(己二酰-7-ADCA)、己二酰-7-氨基头孢子菌素酸(己二酰-7-ACA)、己二酰-7-氨基去乙酰基头孢子菌素酸(己二酰-7-ADAC)、3-羧基乙基硫代丙酰基-7-氨基去乙酸基头孢子菌素酸、2-羧基乙基硫代乙酰基-7-氨基去乙酸基头孢子菌素酸和3-羧基乙基硫代丙酰基-7-氨基去乙酸基头孢子菌素酸以及β-内酰胺抗生素，例如氨苄青霉素、羟氨苄青霉素、头孢氨苄、头孢拉定、头孢罗齐、头孢氯和头孢羟氨苄。
过去几十年中β-内酰胺得到广泛关注，因为许多这类混合物显示了抗菌活性。特别是β-内酰胺抗生素如青霉素和头孢菌素抗生素由于其抗菌活性而有用并在药物中发挥着重要作用。这类抗生素包括大量的化合物，全部具有其自身的活性特征。一般，β-内酰胺抗生素由母核组成，即所谓的β-内酰胺核，通过线性酰胺键母核的伯胺基团与所谓的侧链连接。
近来报道了许多β-内酰胺抗生素的半合成路线。根据这些半合成路线，β-内酰胺抗生素的合成一般包括由发酵产物如异青霉素N、青霉素G、青霉素V和头孢菌素C制备β-内酰胺母核。随后将所得β-内酰胺母核与几种可能侧链中的一个相连得到抗生素产物。
这些半合成路线包括酶催化，它可得到高度选择性及纯净的制备方法。与传统的化学法相反，酶催化反应可在水溶液环境下进行并且几乎完全不产生任何副产物。在这些酶催化过程中通常也不必进行保护和解保护步骤，而这在有机合成中通常是必要的。
尽管半合成路线产生的副产物比传统方法少得多，但中间产物和终产物，即β-内酰胺母核和β-内酰胺抗生素仍需要从反应混合物中分离并纯化。通常以与传统合成方法获得产物所进行的步骤基本相同的步骤通过结晶将β-内酰胺从反应混合物中分离出来并纯化。
这种结晶法的一个典型实例描述于英国专利申请1 400 236中。该文件公开了在丙酮水溶液中用α-氨基苯基乙酰氯、HCl将6-氨基青霉烷酸酰化的方法。通过加入适当的碱如NaOH或氨用结晶法将最终的β-内酰胺抗生素从盐酸溶液中分离出来。
常规的结晶方法由β-内酰胺的盐酸溶液开始，通过加入碱溶液(通常为NaOH溶液)从中结晶出产物。已经发现这种常规结晶方法的产率相当低。这主要是由于产物大量流失到母液中。
现已令人惊讶地发现β-内酰胺结晶过程的产率可通过由β-内酰胺在硝酸中的溶液起始而提高。因此，本发明提供了结晶β-内酰胺的方法，其中β-内酰胺是由硝酸溶液中结晶的。
除了根据本发明方法的产物产率显著提高外，本发明的一大优势在于大规模生产β-内酰胺方法的体积产量提高了。已经发现当β-内酰胺从硝酸中结晶时，易于使用比迄今已考虑到的可能的更高浓度的β-内酰胺进行结晶过程。结果，得到等量β-内酰胺只需要更小的反应器体积。
可用本发明方法结晶的β-内酰胺优选具有通式(Ⅰ)：
Figure 9980557200051
其中R0为氢或C1-3烷氧基；R1为氢或衍生自有机酸的侧链；Y为CH2、氧、硫、或硫的氧化形式；并且Z为
Figure 9980557200061
其中R2为氢；羟基；卤素；C1-3烷氧基，任选是取代的，任选含有一个或多个杂原子；饱和或不饱和的支链或直链C1-5烷基任选是取代的，任选含有一个或多个杂原子；C5-8环烷基；任选取代的芳基或杂芳基；或任选取代的苄基。优选R2为-H,-Cl,-OH,-OCH3,-CH2OH,-CH2Cl或-CH2OC(O)CH3。
式(Ⅰ)旨在包括“头孢菌素和青霉素，化学与生物”，E.H.Flynn编，Academic Press,1972,151-166和“β-内酰胺的有机化学”，G.I.Georg,VCH,1992,89-96所公开的全部β-内酰胺，在此引入这两篇文献作为参考。
在本发明的上下文中，硫的氧化形式意谓着包括诸如亚砜和砜的基团。任选被烷基、环烷基、芳基、杂芳基和苄基取代，它们带有例如1-3个碳原子的烷基基团的取代基。
将用本发明方法结晶的特别优选的β-内酰胺为包括结合到侧链上的β-内酰胺核的β-内酰胺抗生素。这些优选的β-内酰胺为式(Ⅰ)中R1为侧链者。
在将用本发明方法结晶的β-内酰胺抗生素中与β-内酰胺核结合的优选侧链为D-(-)-苯基甘氨酸、D-(-)-4-羟基苯基甘氨酸、D-(-)-2,5-二羟基苯基甘氨酸、2-噻吩基乙酸、2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧基亚氨基乙酸、α-(4-吡啶基硫代)乙酸、3-噻吩丙二酸、2-氰基乙酸、D-扁桃酸、1H-四唑乙酸、2-呋喃基-(Z)-甲氧基亚氨基乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)-(Z)-羟基亚氨基乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)-(Z)-羧基甲氧基亚氨基乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)-(Z)-(1-羧基-1-甲基乙氧基)亚氨基乙酸或其衍生物。
将根据本发明结晶的最优选β-内酰胺为羟氨苄青霉素、氨苄西林、头孢氨苄、头孢氯、头孢羟氨苄、头孢拉定、环烯氨甲青霉素、头孢羟唑、头孢氨噻、头孢地尼、头孢罗齐、头孢氨呋肟、头孢平、cefibuten、和氯拉卡比。
在一个实施方案中，将结晶的β-内酰胺是合成获得的。在β-内酰胺抗生素的合成制备中，例如根据所谓的Dane方法将β-内酰胺核，例如6-APA,7-ADCA,7-ACA,7-ACCA,7-ATCA或7-ADAC或其衍生物酰基化。在该方法中，酰基化反应是用所要求侧链的前体的Dane盐，例如苯基甘氨酸的Dane盐进行的。Dane盐可通过将侧链前体的胺基团保护为烯胺，并使其产物与反应性酸反应形成混合酸酐来制备。Dane方法已特别在US-A-4,358,588和EP-A-0 439 096进行了说明。
在用Dane盐将β-内酰胺核酰基化完毕之后，必须将胺基团解保护。解保护反应通常为其中分裂掉保护基团的酸水解反应。当以Dane方法制备将根据本发明结晶的β-内酰胺时，通过使用硝酸促进酸水解可使解保护反应原位有利地进行。
在另一个优选的实施方案中，将要结晶的β-内酰胺是酶解获得的。当β-内酰胺将被结晶时，其可例如由EP-A-0 532 341所公开的步骤获得。
当要结晶β-内酰胺抗生素时，优选由酶解酰基化得到它。这意谓着适当的β-内酰胺核或其盐在适当的酶如青霉素酰基转移酶存在下与适当的侧链前体反应。酶可从各种天然存在的微生物如真菌和细菌中分离出来。已经发现可以产生青霉素酰基转移酶的微生物为例如醋菌属、气单胞菌属、产碱杆菌属、Aphanocladium、芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、头孢属、埃希氏菌、产黄菌属、克吕沃尔氏菌、枝动菌、精蛋白杆菌属、假单胞菌或黄单胞菌属物种。
当然可以使用游离酶或任何适当固定形式的酶。此外，可以使用酶的功能等价物，其中例如酶的性能如pH依赖性、热稳定性或比活度可受化学改性或交联的影响。同样也可以使用由经典方法或通过重组DNA方法获得的功能等价物如突变异种或其它衍生物、酶的生物活性部分或混合物。
这方面适宜的β-内酰胺核的盐包括任何无毒的盐，例如碱金属盐(如锂、钾、钠)、碱土金属盐(如钙、镁)、铵盐、或有机碱盐(如三甲基胺、三乙基胺、吡啶、甲基吡啶、二环己基胺、N,N’-二苄基二乙基二胺)。
将以本发明方法制备的β-内酰胺抗生素的侧链前体可以是由上面定义的酶如青霉素酰基转移酶所确认的并得到β-内酰胺抗生素类产物的任何化合物。可以使用对应于侧链本身的化合物，但也可使用其衍生物。这些化合物的适宜衍生物为酯和酰胺，其中侧链分子通过酯或酰胺键与C1-C3烷基相连。
在如前述制备β-内酰胺抗生素的过程中β-内酰胺核酶酰基化后，将酶从反应混合物中分离出来。在以固定化形式使用酶的情况下这可由例如过滤完成。分离酶后，所得反应混合物可原样用于本发明方法中或可进一步处理。
当然也可以合并上述合成的和酶解制备的将根据本发明结晶的β-内酰胺。
在根据本发明的方法中，用硝酸水溶液溶解待结晶的β-内酰胺起始原料。已经发现当其中溶解了β-内酰胺的硝酸溶液的pH为约0.3-约2.0，优选为约0.5-约1.5时可得到最佳结果。将加入到β-内酰胺起始原料中的硝酸水溶液的浓度优选为0.5mol/l-11mol/l，更优选为5-10mol/l。也可以使用不同酸，优选不同的强无机酸的混合物以使其中溶解了β-内酰胺的溶液的pH在上述范围。但是，要求在其中存在β-内酰胺的混合物中硝酸根离子的浓度至少为0.3mol/l。选择硝酸以外的无机酸的用量以不形成β-内酰胺(另外的)盐属于技术人员的专门技能。
在本发明的一个优选实施方案中，β-内酰胺是从硝酸溶液中结晶的，在该溶液中β-内酰胺以非常高的浓度存在。在传统的结晶方法中，β-内酰胺在其从中结晶的盐酸溶液中的浓度一般为约0.35mol/l。现已发现β-内酰胺在其从中结晶的溶液中浓度的提高将使结晶过程的产率更高。在此上下文中产率定义为每摩尔β-内酰胺起始原料中分离出的晶体摩尔数。已经证明在本发明方法中产率得到了提高，这是因为在结晶期间所要求的β-内酰胺在母液中的损失减少了25-50％。此外，当结晶过程从其中β-内酰胺以高浓度存在的溶液开始时可得到较高的体积产量。
根据该优选实施方案β-内酰胺在其从中结晶的硝酸溶液的高浓度为高于约0.4mol/l。更优选β-内酰胺从其以大于约0.5mol/l的浓度存在的硝酸溶液中结晶。最优选所述浓度大于约0.6mol/l。
不存在β-内酰胺在其从中结晶的硝酸溶液中的浓度上限。但是，显然浓度太高以致在硝酸溶液中β-内酰胺的结晶自发开始是不合适的。
优选通过加入碱溶液将β-内酰胺从硝酸溶液中结晶。特别适于此目的的是氨或氢氧化物盐溶液。优选氢氧化物盐为铵盐或碱金属盐。碱溶液的浓度一般为约0.5-约8mol/l。优选该浓度为约1.5-约2.5mol/l。
本发明方法进行的温度一般为约-5℃至50℃。优选温度为约0℃至15℃。
一旦加入碱溶液，β-内酰胺就会结晶。随后过滤所得的β-内酰胺晶体并以适当方式干燥。
在一个优选的实施方案中，本发明方法是连续进行的。该实施方案的优点对技术人员而言是显而易见的并且包括停留时间短、由于分解减少而所要求的产物损失少、可以使用小型装置使得成本降低。优选在该实施方案中使用静态混合器将待结晶的β-内酰胺溶解在硝酸中，这样可得到特别有效的方法。
现在将通过下列非限制性实施例说明本发明。对比例Ⅰ使用盐酸重结晶羟氨苄青霉素三水合物
20℃时将羟氨苄青霉素三水合物(132g)悬浮于水(500ml)中并加入12M的浓盐酸(40ml)使pH为0.7。为了溶解所有的材料，加入水(1600ml)。通过加入氢氧化钠在水中的2M的溶液直至pH值达到5.0将羟氨苄青霉素三水合物结晶。通过过滤方法分离如此产生的晶体，用水(200ml)洗涤并在35℃干燥16h得到123g羟氨苄青霉素三水合物。母液(2.62l)中含有8.5g溶解的羟氨苄青霉素三水合物。
实施例Ⅰ使用硝酸重结晶羟氨苄青霉素三水合物
20℃时将羟氨苄青霉素三水合物(133g)悬浮于水(500ml)中并加入硝酸在水中的8M溶液(60ml)使pH为0.7。所有材料均溶解。通过加入氢氧化钠在水中的2M的溶液直至pH值达到5.0将羟氨苄青霉素三水合物结晶。通过过滤方法分离如此产生的晶体，用水(200ml)洗涤并在35℃干燥16h得到133g羟氨苄青霉素三水合物。母液(0.68l)中含有3.1g溶解的羟氨苄青霉素三水合物。对比例Ⅱ{保密}使用硫酸重结晶头孢氯一水合物
20℃时将头孢氯一水合物(11.0g)悬浮于水(55ml)中并加入9.4M的硫酸(7.3g)使pH为1.0。为了溶解所有的材料，加入水(106ml)，同时用9.4M的硫酸(14.3g)使pH保持1.0。通过加入25％的氨水在水中的溶液(8.9ml)直至pH值达到6.2将头孢氯一水合物结晶。通过过滤方法分离如此产生的晶体，用水(15ml)洗涤并在20℃真空干燥16h得到8.2g头孢氯一水合物。母液(198g)中含有2.7g溶解的头孢氯一水合物。
实施例Ⅱ使用硝酸重结晶头孢氯一水合物
20℃时将头孢氯一水合物(11.0g)悬浮于水(55ml)中并加入4M的硝酸(8.1g)使pH为1.0。为了溶解所有的材料，加入水(31ml)，同时用4M的硝酸(2.5g)使pH保持1.0。通过加入氨水在水中的25％的溶液(3.8ml)直至pH值达到6.2将头孢氯一水合物结晶。通过过滤方法分离如此产生的晶体，用水(15ml)洗涤并在20℃真空干燥16h得到8.8g头孢氯一水合物。母液(110g)中含有2.2g溶解的头孢氯一水合物。
实施例Ⅲ使用硝酸结晶粗品羟氨苄青霉素
通过加水至总体积为5l而使通过如例如WO-A-92/01061所述的酶缩合得到的含有羟氨苄青霉素三水合物(1451g)、D-(-)-羟基苯基甘氨酸(HPG,134g)和不溶物的湿饼(总重3kg)悬浮。将该混合物冷却至2℃。然后向该悬浮液中加入5ml 5％的EDTA溶液。以80ml/min的速率将混合物连续泵入溶解容器中。通过加入8M硝酸使溶解容器中的pH保持在0.7。容器中的温度保持为5℃。通过连续从反应容器中移出酸性羟氨苄青霉素溶液使容器中的体积保持为800ml。通过Seitz T500过滤器(直径10cm)连续泵出酸性羟氨苄青霉素溶液以除去不溶的杂质。将滤液连续加入到结晶器中。
在该结晶器中，温度保持在20℃并借助2M的氢氧化钠溶液保持pH为3.7。通过将物料连续转移到第二个结晶器中而保持该结晶器的体积为1800ml。在第二个结晶器中，温度保持在20℃并借助2M的氢氧化钠溶液保持pH为5.0。通过将物料连续转移到缓冲容器中而保持第二个结晶器的体积为1000ml。
当将悬浮液加入到溶解容器中完毕后，过滤溶解容器中的物料并将其加入到保持上述条件的第一个结晶器中。随后，将第一个结晶器中的物料转移到保持上述条件的第二个结晶器中，然后将第二个结晶器中的物料转移到缓冲容器中。
消耗的8M硝酸溶液的总量为625ml。消耗的2M氢氧化钠溶液的总量为2500ml。将缓冲器中的物料冷却到2℃并在此温度保持2小时以上。过滤所得晶体悬浮液并用1500ml水洗涤。滤饼在35℃的通风炉中干燥。羟氨苄青霉素三水合物的最终产率(定量分析为99.5％)(此处定量分析结果定义为每克晶体中羟氨苄青霉素三水合物的克数×100％)为1429g(98％)。母液中含有约26g(1.8％)羟氨苄青霉素三水合物。

Claims (16)

1．结晶β-内酰胺的方法，其中β-内酰胺是由硝酸溶液中结晶的。
2．根据权利要求1的方法，其中硝酸溶液的pH为约0.5-约2.0。
3．根据权利要求1或2的方法，其中β-内酰胺是通过向硝酸溶液中加入碱溶液而结晶的。
4．根据权利要求3的方法，其中碱溶液为氨或氢氧化物盐溶液。
5．根据权利要求4的方法，其中氢氧化物盐为铵或碱金属盐。
6．根据上述权利要求任意一项的方法，其中β-内酰胺具有通式(Ⅰ)：其中R0为氢或C1-3烷氧基；R1为氢或衍生自有机酸的侧链；Y为CH2、氧、硫、或硫的氧化形式；并且Z为
Figure 9980557200022
其中R2为氢；羟基；卤素；C1-3烷氧基，任选是取代的，任选含有一个或多个杂原子；饱和或不饱和的支链或直链C1-5烷基，任选是取代的，任选含有一个或多个杂原子；C5-8环烷基；任选取代的芳基或杂芳基；或任选取代的苄基。
7．根据权利要求6的方法，其中β-内酰胺为β-内酰胺抗生素，由β-内酰胺核组成，该核通过其伯氨基与侧链相连。
8．根据权利要求7的方法，其中侧链选自D-(-)-苯基甘氨酸、D-(-)-4-羟基苯基甘氨酸、D-(-)-2,5-二羟基苯基甘氨酸、2-噻吩基乙酸、2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧基亚氨基乙酸、α-(4-吡啶基硫代)乙酸、3-噻吩丙二酸、2-氰基乙酸、D-扁桃酸及其衍生物。
9．根据权利要求8的方法，其中β-内酰胺抗生素选自羟氨苄青霉素、氨苄西林、头孢氨苄、头孢氯、头孢羟氨苄、cephadrine、环烯氨甲青霉素、头孢羟唑、头孢氨噻、头孢地尼、头孢罗齐、头孢氨呋肟、头孢平、cefibuten和氯拉卡比。
10．根据上述权利要求任意一项的方法，其中β-内酰胺是酶催获得的。
11．根据上述权利要求任意一项的方法，其中β-内酰胺在其从中结晶的硝酸溶液中的浓度高于约0.4mol/l。
12．根据权利要求11的方法，其中β-内酰胺在其从中结晶的硝酸溶液中的浓度高于约0.5mol/l。
13．根据上述权利要求任意一项的方法，其中结晶是连续进行的。
14．根据权利要求13的方法，其中通过使用静态混合器将待结晶的β-内酰胺溶解到硝酸溶液中。
15．根据上述权利要求任意一项的方法获得的β-内酰胺。
16．硝酸在改进β-内酰胺结晶方法方面的应用。
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