CS195714B2

CS195714B2 - Method of producing antimicrobially active derivatives of amoniglycoside

Info

Publication number: CS195714B2
Application number: CS771278A
Authority: CS
Inventors: Barry C Ross
Original assignee: Pfizer
Priority date: 1976-02-25
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1980-02-29
Also published as: DK82177A; NL7701980A; GB1529243A; DD130150A5; ES456304A1; PT66229A; GR66424B; NL166265B; PT66229B; DD135200A5; JPS52111545A; SE7702066L; FR2351109A1; FR2351127A1; DE2708008A1; PL103737B1; FI770568A7; EG12650A; CH618706A5; ATA116777A

Description

Vynález se týká způsobu výroby . antibakteriálně účinných derivátů aminoglykosidu, a . zvláště se týká nového způsobu výroby 1-N-(2-hydroxy-w-aminoalkyl) .substituovaných aminoglykosidů reakcí výchozího 'derivátu aminoglykosidu, který má volnou aminoskupinu, i s novým cyklickým uretanovým derivátem a-hydroxy--t-armnoaldehydu, redukcí výsledné sloučeniny za vzniku meziproduktu obsahujícího cyklickou uretanovou skupinu . a hydrolýzou této·· cyklické · uretanové skupiny za vzniku požadovaného derivátu · aminoglykosidu. Příklady derivátů 1-N-sutistituovaných aminoglykosidů jsou · popsány v · československém patentu 195 712, zatímco některé deriváty vyrobené · způsobem podle tohoto vynálezu jsou nové sloučeniny.

Dřívější postupy pro zavedení 2-hydroxyaminoalkylového substituentu do 1-amino skupiny aminoglykosidových antibiotik vyžadují několik stupňů. Například v . postupu popsaném ve shora ' · uvedeném patentu se skupina zavádí acylací derivátem . kyseliny a-hydroxy-o-aminokarboxylové, · který · · má chráněnou . aminoskupinu. . Skupina chránící aminoskupinu se odstraní a výsledná amidová vazba se redukuje, čímž se dosáhne požadovaného · produktu. ·.Jiná .·metoda je . popsána · v britském patentu · č. 818 · 431.

Tento · vynález se dále týká · · způsobu zavádění · ^-hydroxy-to-aminoalkylového substituentu · do . 1-a-minoskupiny · . 'amlnoglykosidových antibiotik . a má další výhodu, . že dovoluje prostorové uspořádání substituentů, které se snadno . řídí.

Podle tohoto . vynálezu se vyrábějí antibakteriálně .. účinné deriváty aminoglykosidu obecného vzorce I,

СНЖ

OM I

NHCHgCMCH.JCHj, M NHR ^Ί

Íl) kde

R² představuje hydroxyl nebo aminoskupinu,

R⁶ znamená glykosylovou skupinu vzorce

R⁷ představuje atom vodíku nebo benzylovou skupinu, n značí 0 nebo 1 postupem, který se vyznačuje tím, že se nechá reagovat sloučenina obecného vzorce II,

kde R² a R⁶ mají shora vymezený význam a alespoň v jednom z nich volná aminoskupina, odlišná od l-aminoskupiny může být podle potřeby chráněna, s hydrátem cyklického uretanového derivátu a-hydroxy-w-aminoaldehydu obecného vzorce III, «dr⁰V ГШ) CH(OH)i kde R⁷ a n mají shora vymezený význam, v rozpouštědle inertním za reakčních podmínek, při teplotě mezi 0°C a teplotou zpětného toku rozpouštědla, produkt se redukuje za vzniku sloučeniny obecného vzorce IV,

kde R², R⁶, R⁷ a n mají shora vymezený význam a kde alespoň jedna volná aminoskupina může být popřípadě chráněna, cyklická uretanová skupina se hydrolyzuje v rozpouštědle inertním za reakčních podmínek při teplotě mezi 0 °C a teplotou zpětného toku rozpouštědla, a pokud je zapotřebí, odstraní se chránící skupiny aminoskupin.

' 4

Případné chránění volných aminoskupin ve sloučeninách obecných vzorců II а IV při provádění postupu podle vynálezu se může provádět reakcí s reakčním činidlenl selektivním pro primární aminoskupiny, které je potom snadno z nich odstranitelné obvyklým postupem, například hydrolýzou nebo hydrogenolýzou. Příklady vhodných chránících skupin jsou formylové, acetylové, trifluoracetylové, methoxykarbonylové, terc.butyloxykarbonylové, benzylové a benzyloxykarbonylové skupiny.

Způsob podle vynálezu pro výrobu sloučenin obecného vzorce I ze sloučenin obecného vzorce II spočívá v tom, že se v prvním stupni provede reakce mezi 1-aminoskupinou derivátu aminoglykosidu nebo N-chráněného derivátu aminoglykosidu obecného vzorce II a aldehydickou funkcí —CH(OH]ž cyklického uretanu obecného vzorce III, přičemž sloučenina obecného vzorce III se používá v malém přebytku, a Schiffova báze původně vzniklá při reakci se redukuje, současně nebo po jednotlivých stupních, za vzniku sloučeniny obecného vzorce IV. Redukce se může provádět za použití natriumborohydridu nebo s výhodou natriumkyanoborohydridu, jako redukčního činidla a běžně se provádí jeho přidáním к reakční směsi při pH obvykle 4 až 7, což umožňuje účinné provedení reakce v jednom stupni. Popřípadě se směs aminoglykosidu obecného vzorce II a cyklického uretanu obecného vzorce III může podrobit obvyklé katalytické hydrogenaci za použití například platiny nebo paládia na aktivním uhlí jako katalyzátoru.

Celá reakce se běžně provádí s reakčními složkami rozpuštěnými v rozpouštědle inertním při reakci, například ve vodě, vodném dioxanu nebo vodném methanolu, při teplotě mezi. 0°C a teplotou zpětného toku rozr pouštědla. Doba, Za kterou proběhne v podstatě kvantitativně, přirozeně závisí na povaze reakčních složek, rozpouštědla a na použité teplotě, avšak bylo objeveno, že reakce mezi aminoglykosidem obecného vzorce II a cyklickým uretanem obecného vzorce III v přítomnosti malého přebytku natriumkyanoborohydridu při pH mezi 4 a 7 je obvykle v podstatě ukončena za 3 nebo 4 dny, pokud probíhá ve vodném dioxanu nebo vodném methanolu při teplotě 40 až 50 °C. Po neutralizaci reakční směsi se produkt může izolovat běžným způsobem, například odpařením, potom extrakcí á kťystalizací nebo ionexovou chromatografií. Surová reakční směs se může popřípadě použít přímo v následujícím stupni postupu.

Reakce se může také provádět po stupních, což umožňuje vznik · Schiffovy báze, aby se v podstatě reakce ukončila před provedením redukčního stupně, jak je popsáno shora.

Druhého stupně postupu, ve kterém dochází к otevření kruhu cyklického uretanu se dosáhne hydrolytickou reakcí, při které

195 714 se . sloučenina Obecného . vzorce IV s . výhodou zpracuje s bází. Reakce se obvykle provádí ·. se . sloučeninou obecného vzorce IV, · rozpouštěnou . v rozpouštědle inertním ' při reakci, například ve vodě nebo vodném methanolu nebo vodném methanólu nebo vodném dioxanu, a může . se provádět například při použití hydroxidu sodného, draselného. nebo barnatého. Reakce . se může provádět při teplotě od 0 °C do teploty zpětného toku rozpouštědla a může probíhat až 5 dní . v ' závislosti zvláště na povaze reakčních složek a na použité teplotě. Bylo objeveno, že ’ reakce prováděná za použití normálního' roztoku hydroxidu sodného . k hydrolýze jé v podstatě ukončena za 48 hodin . při teplotě místnosti. Produkt se může obvykle izolovat neutralizací roztoku a odpařením. Surový produkt se může potom dále . čistit, pokud je. zapotřebí, obvyklým způsobem, například ionexovou chromatografií. '

Cyklické deriváty uretanu obecného vzorce III . se mohou nechat reagovat s deriváty aminoglykosidu . obecného Vzorce . II, které mají volnou 1-aminoskupinu. Pokud jsou jiné volné aminoskupiny přítomny v molekule,. , budou přirozeně také reagovat, avšak použije-li se pouze malý přebytek . cyklického uretanu, požadovaný ’ produkt se může obvykle snadno oddělit od . . isomerů v jiné poloze . a od produktů substituovaných na více než jedné aminoskupině, které jsou přítomny v reakční směsi, například běžnou chromatografií. · Avšak je žádoucí chránit některé nebo s výhodou všechny ’ další volné aminoskupiny přítomné ve sloučenině obecného vzorce II před reakcí, · aby se usnadnila konečná izolace sloučeniny obecného vzorce . I. Zvláště je žádoucí ’ chránit alespoň reaktivnější 6‘-aminoskupinu. Jako konečný stupeň při výrobě sloučenin obecného·· vzorce I . je nutné odstranit každou skupinu chránící aminoskupinu, . které mohou . být přítomny buď .na atomu dusíku z aminoalkylového substituentu, nebo · na dalších aminoskupinách v molekule aminoglykosidu. Jsou různé podmínky pro úplné odstranění skupin chránících aminoskupinu .a jsou závislé na povaze · použité chránící skupiny a . na okolí chráněného aminu. Může se. použít .bezvodého nebo vodného . prostředí a ve zvláštních případech může být . kyselé až bazické . o různé síle.

Zvláště výhodná . chránící - ' skupina pro. sloučeniny obecného vzorce II je. skupina formylová, která je zvláště výhodná . proto, že se může odstranit . v druhém stupni postupu' . podle vynálezu během . hydrolýzy. Také i je vhodná . terc.butoxykarbonylová sku/ plna, která se může odstranit za kyselých podmínek, například zpracováním s bezvodou kyselinou trifluoroctovou . při . teplotě místnosti do 30. minut, a benzyloxykarbonylová skupina, která se může odstranit katalytickou hydrogenací, například hydrogenací ve vodném roztoku kyseliny octové v . přítomnosti paládia na aktivním uhlí jako ka talyzátoru, při . teplotě 30 °C a tlaku . 350 kPa. Hydrogenolýza je obvykle úplná za těchto podmínek za méně než 12 hodin.

Skupina R⁷ jako . výhodný substituent pro atom dusíku . cyklického. uretanu ve sloučenině obecného vzorce III je benzylová skupina. Ta se . může. také odstranit katalytickou hydrogenací, například vystavením produktu rozpuštěného ve vhodném rozpouštědle, například .. směsi vody, methanolu . a kyseliny octové, katalytické hydrogenací . při tlaku 420 kPa během . několika hodin při 60° Celsia. Produkt . po odstranění všech chránících .skupin se . nakonec zpracuje obvyklým způsobem, například filtrací . a odpařením rozpouštědel,. a surový produkt se potom podle . potřeby může čistit běžným postupem, například rekrystalizací z vhodného rozpouštědla nebo chromatograficky.

Zvláště výhodné chráněné deriváty . aminoglykosidu Obecného vzorce II pro použití při postupu podle vynálezu jsou 3,3“,6‘-tri-N-formylkanamycin A a 2‘,3,3“,6‘-tetra-N-formylkanamycin B. 6‘-N-terc.butyloxykarbonylkanamycin A se může také použít. ·

Sloučeniny obecného· ' vzorce I, stejně . jako sloučeniny obecného vzorce II a . IV mohou existovat v různých formách a vynález není omezen na kteroukoli z možných forem. -Obecně kruhy jsou vždy v „sedlovité“ formě a každý . ze substituentů R2, OR6, skupiny 6‘-CH2NH2, aminoskupiny a . substituované aminoskupiny je . v ekvatoriálním . stavu s ohledem na kruh.. Kromě toho glykosidická . vazba mezi hexopyranosylovým kruhem a 2-deoxystreptaminovým kruhemi je častěji α-vazba s ohledem na shora uvedené. ^^omě toho 2-hydroxy-w-aminoalkylový, substituent 1-aminoskupiny. má alespoň jedno . opticky aktivní centrum a každé z nich . může .. být v . R nebo S konfiguraci nebo mohou být . přítomny jako směs optických isomerů.

Postup je zvláště vhodný pro výrobu 1-N-substituovaných . derivátů . kanamycinu, jaké jsou . popsány . a patentově chráněny v československých. patentech 195 .712 . a 195 713 a zvláště pro výrobu . l-N-[ (Sj-4-amino-2-hydroxybutyl] kanamycinu A. Podle tohoto patentu . se v .cyklickém uretanu obecného vzorce III, kde n značí 1 a R7 znamená vodík nebo. benzylovou skupinu, . ' tato skupina odstraní . následující . hydrogenací; . v . tomto případě je výhodným cyklickým, uretanem obecného vzorce . III 3-benzyl-6-{S)-dihydroxymethyltetrahydro-l,3-oxazin-2-on.

Podle tohoto vynálezu se získají nové sloučeniny obecného. vzorce I uvedeného shora. Zvláště sé získávají sloučeniny obecného vzorce I, . kde R7 představuje benzylovou skupinu. Nová . sloučenina podle vynálezu je například l-N-[(S]-4-benzylamino-2-hydroxybutyljkanamycin A. '

Cyklické . uretany používané jako výchozí látky obecného . vzorce . III jsou samy o sobě nové . sloučeniny a mohou se . vyrábět postu195714 pem popsaným v souvisejícím československém patentu č. 195 715.

Následující příklady ilustrují nový postup podle vynálezu. Příklad 1 je také příkladem výroby nové sloučeniny obecného vzorce I podle vynálezu.

Teploty jsou uváděny ve stupních Celsia. Amberllt je chráněný obchodní název ionexové pryskyřice. Též se uvádějí NMR, IR spektra a výsledky elementární analýzy.

Příklad 1

112 mg (0,2 mmolu) 3,3“,6‘-tri-N-formylkanamyclnu A, rozpuštěného v 5 ml dioxanu a 5 ml vody, se zpracuje se 100 mg (0,4 mmolu) 3-benzy 1-6- (S) -dihydroxymethyltetrahydro-l,3-oxazin-2-onu a 25 mg (0,4 mmolu) natriumkyanoborohydridu a pH směsi se upraví na 6. Směs se nechá stát 3 dny při 40 °C, potom se přidá 10 ml 1 N roztoku hydroxidu sodného a směs se nechá stát další 2 dny při teplotě místnosti. Reakční směs se potom chromatografuje na sloupci lonexové pryskyřice (Amberlit CG-50) v NH4⁺-formě, eluuje hydroxidem amonným se stupňovitou koncentrací 0,05 až⁷ 0,3 N. Frakce obsahující požadovaný produkt se spojí a odpaří. Dostane se 96 mg l-N-[ (S)-4-benzylamino-2-hy droxybutyl) kanamycinu A; R_f: 0,36. (Chromatografie na tenké vrstvě se provádí na sillkagelových deskách za použití systému rozpouštědel obsahujícího methanol, chloroform a 17% hydroxid amonný v poměru 4:1:2. Po vysušení desek při postříkání 5% roztokem chlornanu terc.butylnatého v cyklohexanu, sušení desek při 100 °C během 10 minut ve větrané peci, chlazení a postříkání Škrobovým roztokem jodidu draselného se skvrny stanou viditelnými. Kanamycin A má hodnotu R_f 0,).6.)

Příklad 2 mg produktu z příkladu 1 se rozpustí ve stejném počtu dílů směsi methanolu, vody a 30 ml ledové kyseliny octové a hydrogenuje při tlaku 420 kPa a 60 °C na 30% paládiu na aktivním uhlí jako katalyzátoru. Po 8 hodinách se roztok filtruje, odpaří a zbytek chromatografuje .na lonexové pryskyřici (Amberlit CG-50), jak je shora popsáno. Výtěžek činí 19 mg l-N-[(S)-4-amino-2-hydroxybutyl] kanamycinu A, který je identický s referenčním vzorkem.

Příklad 3

Roztok 85 mg 3,3“,6‘-tri-N-formylkanamycinu A, 40 mg 5-(S)-dihydroxymethyl-l,3-oxazolidin-2-onu a 20 mg natriumkyanoborhydridu ve 2 ml 50% vodného methanolu se udržuje při 50 °C 72 hodiny. Roztok se okyselí 3 N kyselinou chlorovodíkovou a po 24 hodinách chromatografuje na sloupci ionexové pryskyřice (Amberllt CG-50) při eluování vodným roztokem hydroxidu amonného se stupňovitě vzrůstající koncentrací. Izolovaný produkt se zpracuje s 1 N hydroxidem sodným a po 24 hodinách při teplotě místností se roztok neutralizuje a chromatografuje, jak popsáno shora. Získá se 67 mg l-N-[ (S)-3-amino-2-hydroxypropyl)kanamycinu A (79% výtěžek), který je identický s referenčním vzorkem podle chromatografie na tenké vrstvě.

Pro C21H43N5O12 vypočteno:

M+l = 558, m/e (plošná desorpce) M+l = 558.

Příklad 4

1-N-[(S) -3-amlno-2-hydroxypropy 1) kanamycin В se vyrobí podobným způsobem, jako je popsán v příkladu 1, avšak vychází se z 2‘,3',3“,6*-tetra-N-formylkanamycínu B. R_f = 0,53 v 3 M chloridu sodném (kanamýcln B: R_f = 0,85).

Příklad 5

0,45 g (0,8 mmolu) 3,3“,6‘-trl-N-formylkanamycinu A se rozpustí v 5 ml vody a přidá se 0,28 g (2 mmoly) 6-(S)-dihydroxyméthyltetrahydro-l,3-oxazin-2-onu a 0,28 g (2 mmoly) natriumkyanoborhydrldu.

Roztok se okyselí na pH 6 a udržuje při 40 °C 4 dny. Chromatografie na ionexOvá pryskyřici (Amberllte CG-50) při eluování 0,02 N hydroxidem amonným poskytne 0,25 g 1-N-[ 6- (S)-methylen-l,3-oxazln-2-on) -3,3“,6‘-tri-N-formylkanamycinu A (48% výtěžek). Tento produkt se rozpustí ve 3 mí methanolu a přidají 3 ml 2 N hydroxidu sodného. Roztok se udržuje při teplotě místnosti 48 hodin, neutralizuje a chromatografuje jako svrchu. Získá se l-N-[ (S)-4-amlno-2-hydroxybutyl] kanamycin A identický s referenčním vzorkem.

Příklade

Roztok 0,57 g (1 mmolu) 3,3“,6‘-tri-N-for“ mylkanamycinu A a 0,47 g (2 mmoly) 3-benzy 1-6- (S) -dihy droxymethy ltetrahydro-l,3-oxazin-2-onu se rozpustí v 11 ml methanolu s 3 ml vody a hydrogenuje při tlaku 350 kPa a 50 °C v přítomnosti 0,1 g směsi 10% kysličníku platlčltého na aktivním uhlí a 10¹% paládia na aktivním uhlí.

Když je pohlcování vodíku ukončeno, roztok se filtruje a odpaří do sucha. Zbytek se rozpustí ve 14 ml 1 N vodného roztoku hydroxidu sodného a roztok se zahřívá na 60 °C 18 hodin. Po neutralizaci a odpáření na malý objem se produkt chromatografuje na ionexové pryskyřici (Amberlit CG-50), jak je popsáno shora. Získá se l-N-[(S)-4-benzylamlno-2-hydroxybutyl) kanamycin A, který je identický s produktem z příkladu 1.

PREDMÉT VYNALEZU

Claims

PREDMÉT VYNALEZU

1. Způsob výroby antibakteriálně účinných derivátů · nminóglykboidu obecného vzorce I,

C4.NU

ON INHCHgCHCH(CH_z) _f (D

NHR* kde

R2 představuje hydroxyl nebo aminoskupinu,

R⁶ , znamená glykosylovou skupinu vzorce

H»N

R⁷ představuje atom vodíku nebo benzyIovqu skupinu, n značí 0 nebo · 1, ' vyznačující se tím, že ’ se nechá reagovat sloučenina obecného· vzorce II, WO kde R² a R6 mají shora vymezený význam, a alespoň v jednom z nich volná aminoskupina, odlišná od 1-aminoskupiny, může být podle potřeby · chráněna, s hydrátem cyklického uretanového derivátu a-hydroxy-w-aminoaldehydu obecného vzorce III,

СН(0Н kde · R7 · a n mají shora vymezený význam, v rozpouštědle inertním za ' reakčních podmínek, při teplotě mezi ’ 0 °C a teplotou zpětného toku rozpouštědla, produkt se redukuje za vzniku sloučeniny obecného vzorce IV,

NHCH o Civ) kde R2, R6, r7 a ' n máji shora vymezený význam, a kde alespoň jedna volná aminoskupina může být popřípadě chráněna, cyklická uretanová skupina se hydrolyzuje v rozpouštědle inertním za reakčních podmínek při teplotě mezi 0 °C a teplotou zpětného toku rozpouštědla, a pokud je zapotřebí, odstraní · se chránící skupiny ' aminoskupin.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se redukce provádí současně ' s reakcí sloučeniny obecného vzorce II a · cyklického uretanu obecného vzorce III při použití natriumkyanborohydridu jako redukčního činidla.
3. Způsob podle bodu 1, vyznačující · se tím, že se redukce provádí současně s reakcí · sloučeniny obecného vzorce II a cyklického uretanu obecného vzorce III při katalytické hydrogenací.
4. Způsob podle bodu 3, vyznačující · se tím, že se jako katalyzátoru použije paládia na aktivním uhlí.
5. Způsob podle některého· z předchozích bodů, vyznačující se tím, že se použije sloučeniny obecného vzorce II, kde všechny volné aminoskupiny odlišné od 1-aminoskupiny jsou chráněné.
6. Způsob · podle· bodu 5, vyznačující · se tím, · že se jako skupina chránící aminoskupinu použije formylová · skupina.
7. Způsob podle některého z předchozích bodů, vyznačující se tím, že se. použije 3,3“,6‘-tri-N-formylkanamycinu A jako sloučeniny obecného vzorce II.
8. -Způsob podle některého z předchozích bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že se použije · 2‘,3,3“,6‘-tetra-N-formylkanamycinu B jako sloučeniny · obecného vzorce II.
9. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se jako sloučeniny obecného vzorce III použije 3-benzyl-6-(S)-dihydroxymethyltetrahydro-l,3-oxazin-2-onu.
10. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se jako sloučeniny obecného vzorce lil použije 6-(S)-dihydroxymethyltetrahydro-l,3-oxazln-2-onu.