DE1156078C2

DE1156078C2 - Verfahren zur Herstellung von D(-)-ª‡-Aminobenzylpenicillin und von L(+)-ª‡-Aminobenzylpenicillin

Info

Publication number: DE1156078C2
Application number: DE1961B0062686
Authority: DE
Inventors: Frank Peter Doyle; John Herbert Charles Nayler; Harry Smith
Original assignee: Beecham Research Laboratories Ltd
Current assignee: Beecham Research Laboratories Ltd
Priority date: 1960-08-25
Filing date: 1961-05-29
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE1156078B

Description

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Penicillinderivaten mit antibiotischer Wirksamkeit durch Einführung von an der Aminogruppe geschützten Aminoacylsubstituenten in die Aminogruppe der 6-Aminopenicillansäure und katalytische Abspaltung der Schutzgruppe. Eine dieser Verbindungen ist das a-Aminobenzylpenicillin mit der Strukturformel

C₁H₆-CH-CO NH CH CH 'C'

CH₃
CH₃

NH₂

CH COOH

35

Das Vorhandensein eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms (durch »*« gekennzeichnet) in der Seitenkette dieser Verbindung zeigt an, daß es zwei optisch aktive isomere Formen dieser Verbindung gibt. Diese isomeren Formen sind aber epimer und nicht enantiomorph, angesichts der Tatsache, daß die bei der Synthese verwendete 6-Aminopenicillansäure selbst eine optisch aktive Verbindung ist.

Als Ausgangsmaterial für die Umsetzung der 6-Aminopenicillansäure dient ein Säurechlorid, Anhydrid, Säureazid oder Carbodiimid von Λ-Aminophenylessigsäure, deren Aminogruppe abgeschirmt ist, in der optisch inaktiven DL-Form mit dem Ergebnis, daß das nach der katalytisch hydrierenden Abspaltung erhaltene Verfahrensprodukt aus einem Gemisch der beide Epimeren bestand. Die Isolierung, die Reinigung sowie die Bewertung bzw. Analyse eines solchen Produktes stellen ernste Probleme dar, und für die Fabrikation ist das Produkt insofern unerwünscht, als seine Zusammensetzung von einer Partie zur ₅j anderen schwanken kann.

Die inaktiven ra.-Formen können aus der bei der katalytischen Hydrierung anfallenden wäßrigen Lösung nur durch Eindampfen im Vakuum bis zur Trockne als festes Produkt gewonnen werden, wobei aber alle in der Lösung enthaltenen Verunreinigungen gleichfalls mit eingedampft werden und damit im Endprodukt enthalten sind. Beispielsweise hatte ein so hergestelltes m.-Aminobenzylpenicillin nur einen Reinheitsgrad von etwa 48%' der aber infolge der g₅ im voraus nicht näher bestimmbaren Art und Menge an Verunreinigungen je nach dem Reaktionsansatz schwanken kann.

Es wäre nun sehr erwünscht, ein in reiner Form auskristallisierendes «-Aminobenzylpenicillin in die Hand zu bekommen, welches sich gut aus der betreffenden Lösung abscheiden läßt und praktisch keine störenden Verunreinigungen mehr enthält bzw. gegebenenfalls durch einfaches Umkristallisieren gereinigt werden kann. Dieses Problem läßt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, daß man optisch aktive Formen des Aminobenzylpenicillins herstellt.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von D(-)<x-Aminobenzylpenicillin und von l( + ) a-Aminobenzylpenicillin sowie ungiftiger Salze dieser beiden epimeren Verbindungen durch Umsetzen von 6-Aminopenicillansäure mit einem Säurehalogenid, Anhydrid, Säureazid oder Carbodiimid von a-Aminophenylessigsäure, deren Aminogruppe abgeschirmt ist, und anschließende Abtrennung der abschirmenden Gruppe durch katalytische Hydrierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die α-Aminophenylessigsäure in ihrer D- bzw. L-Form eingesetzt wird.

Die Reaktion wird durchweg unter gelinden Bedingungen durchgeführt, um eine Racemisierung zu vermeiden. Die beiden voneinander verschiedenen Formen von Λ-Aminobenzylpenicillin wurden isoliert und analytisch rein erhalten. Es stellte sich heraus, daß das d(—)(v-Aminobenzylpenicillin an seinem isoelektrischen Punkt in Wasser mehr löslich und ferner wirksamer gegenüber mehreren Bakterienarten in vitro ist als das L(+)«-AminobenzylpenicilIin.

Die DL-a-Aminophenylessigsäure wurde nach bekannten Verfahren gespalten (Betti und Mayer, »Berichte der deutschen Chemischen Gesellschaft«, Bd. 41, 1908, S. 2073; Ingersoll und Adams, »Journal of the American Chemical Society«, Bd. 47, 1925, S. 1168).

Die nachstehenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung:

Beispiel 1
d(—)«-Aminobenzylpenicillin

[)(—)« - (Carbobenzyloxyamino) - phenylessigsäure mit einem Schmelzpunkt von 130 bis 13O,5°C, [<x]²o = -119,4° (C = 3 in Äthanol) wurde hergestellt durch Einwirkung von ChJorkohlensäurebenzylester auf eine eiskalte Lösung von d(—)a-Aminophenylessigsäure in einem Äquivalent η-Natronlauge; bei fortschreitender Reaktion wurde weitere Natronlauge hinzugesetzt, um den pn-Wert auf 8 bis 9 zu halten.

4,8 ml Chlorkohlensäureäthylester wurden zu einer eisgekühlten Lösung von 14,3 g des obigen Carbobenzyloxyderivats und 8,3 ml Triäthylamin in 420 ml wasserfreien Acetons hinzugesetzt. Das Gemisch wurde bei 0°C 5 Minuten lang gerührt, wobei Triäthylamin-hydrochlorid ausfiel und das gemischte Anhydrid der d( — )a-(Carbobenzyloxyamino)-phenylessigsäure in Lösung ging. Die Suspension wurde auf

50°C gekühlt und kräftig gerührt, wobei man so rasch wie möglich eine eisgekühlte Lösung von 13 g 6-Aminopenicillansäure in 420 ml einer 3%iger> wäßrigen Lösung von Natriumbicarbonat hinzusetzte; die Temperatur des Gemisches ließ man dabei niemals über 0°C ansteigen. Die resultierende klare Lösung wurde 30 Minuten bei 0°C gerührt und dann weitere 30 Minuten lang, wobei die Lösung Zimmertemperatur annahm; schließlich wurde sie mit dreimal 400 ml Äther extrahiert, wobei man nur die wäßrige Phase aufbewahrte. Diese wäßrige Lösung wurde durch

Zusatz von Salzsäure auf einen p_H-Wert von 2 ge- benzylpenicillinats bekam, welches auf einen Papierbracht, und das hierbei frei gemachte d(—)«-(Carbo- chromatogramm eine einzige Zone antibiotischer benzyloxvamino)-benzylpenicillin wurde mit dreimal Wirksamkeit ergab.

150 ml Äther extrahiert. Eine teilweise Reinigung Die Hydrierung dieses Zwischenprodukts wurde im

dieses Zwischenproduktes erfolgte durch nochmaliges 5 gleichen Maßstab und nach dem gleichen Verfahren Extrahieren mit wäßriger Natriumbicarbonatlösung vorgenommen, wie sie im Beispiel 1 beschrieben sind, als Natriumsalz und dann, nach Wiedereinstellung auf Die erste Kristallisation (6,2 g) bestand aus reinem den pH-Wert von 2, durch erneute Extraktion mit wasserfreiem L(+)«-Aminobenzylpenicillin, [<x] ²S Äther als freie Säure. Schließlich erfolgte die Wieder- = +209° (C = 0,2 in Wasser), Zersetzung bei etwa umwandlung in das Natriumsalz durch Schütteln der ₁₀ 205°C. Umkristallisation aus Wasser änderte die opätherischen Lösung mit einer ausreichenden Menge tische Drehung nicht. (Die Analyse ergab 54,9 % C, einer 3°/_oigen Natriumbicarbonatlösung, Abtrennen 5,6% H, ll,8°/oN und 9,2% S; die Bruttoformel der dabei erhaltenen neutralen wäßrigen Phase und C₁₆H₁₉N₃O₄S erfordert 55,0% C, 5,5% H, 12,0% N, Eindampfen bei niedriger Temperatur und niedrigem 9,2% S).

Druck. Das Produkt wurde schließlich über Phosphor- ₁₅ Man erhielt weitere 6 g eines weniger reinen Propentoxyd im Vakuum getrocknet, wobei man 13 g dukts durch Eindampfen des wäßrigen Filtrats. Wie eines mäßig reinen Natrium-D(—)«-(carbobenzyloxy- bei der ersten Ausbeute gab es auch hier auf einem amino)-benzylpenicillinats bekam, welches auf einem Papierchromatogramm nur eine einzelne Zone anti-Papierchromatogramm eine einzelne Zone antibio- biotischer Wirksamkeit, verschieden von derjenigen, tischer Wirksamkeit ergab. ₂₀ welche man durch das unreduzierte Carbobenzyloxy-

Eine Suspension von Palladium auf Bariumcarbonat Zwischenprodukt erhält.
(38 g, 30%) in 125 ml Wasser wurde in einer Wasserstoffatmosphäre bei Zimmertemperatur und Atmosphärendruck 1 Stunde lang geschüttelt. Es wurde Beispiel 3
dann eine neutrale Lösung von 20,4 g Natrium- ₂₅ 7,25 g (0,0255 Mol) d(—)*-(Carbobenzoxyamino)-i)(-)(x-(carbobenzyloxyamino)-benzylpenicillinat in phenylessigsäure mit einem Schmelzpunkt von 128 bis 250 ml Wasser hinzugesetzt, worauf das Schütteln in 129°C, [«]? = —116,5° (C = 1 in Alkohol), und der Wasserstoffatmosphäre eine weitere Stunde fort- 4,25 ml Triäthylamin wurden in 210 ml Aceton aufgesetzt wurde. Die Suspension wurde nitriert; das mit gelöst, und die Lösung wurde bei 0°C 5 Minuten' den wäßrigen Waschlaugen kombinierte Filtrat wurde _3o gerührt. Nach Zusatz von 2,4 ml (0,0255 Mol) Chlormit η-Salzsäure auf einen p_H-Wert von 2 gebracht kohlensäureäthylester kam das Gemisch sofort in ein und dann mit dreimal 100 ml Äther gewaschen. Die Bad aus Trockeneis und wasserfreiem Aceton von wäßrige Phase wurde mittels einer 3%igen Natrium- — 50⁰C Temperatur. Eine Lösung von 6,5 g(0,030 Mol) bicarbonatlösung auf einen p_H-Wert von 4,65 gebracht 6-Aminopenicillansäure und 16 g Natriumbicarbonat und dann bei niedriger Temperatur und niedrigem ₃₅ ,_n 210 ml Wasser wurde sofort hinzugesetzt, worauf Druck auf ein Volumen von etwa 50 ml eingedampft, das Gemisch aus dem Bad von Trockeneis und wobei sich feine farblose Nadeln abschieden. Nach Aceton herausgenommen, V₂ Stunde bei —10 bis 0° C 30 Minuten wurden die Kristalle aufgesammelt, mit _und dann ^x/a Stunde lang bei Zimmertemperatur geein wenig kaltem Wasser gewaschen und über Phos- _rüh_rt wurde. Die Lösung wurde mit 1 1 Äther verphorpentoxyd im Vakuum getrocknet, wobei man ₄₀ dünnt, wobei die sich abscheidende wäßrige Schicht 5,5 g reines d(—)a-Aminobenzylpenicillin-monohy- entfernt wurde. Der p_H-Wert wurde mit konzentrierter drat bekam; [«]?,' = +28T(C= 1 in Wasser), Zer- Salzsäure auf 2 gesenkt, und das Penicillin wurde setzung bei etwa 202°C. Bei der Umkristallisation zweimal in 300 ml Äther extrahiert. Der Äther wurde aus Wasser wurde die optische Drehung nicht geändert. _mi_t Wasser und schließlich mit 75 ml einer gesättigten (Die Analyse ergab 52,5% C, 5,7% H, 11,9% N und ₄₅ Natriumbicarbonatlösung gewaschen. Die wäßrige 8,9% S; die Bruttoformel Ci₆H₁₉N₃O₄S ■ H₂O er- Bicarbonatlösung wurde mit 8 g einer 5%igen Suspenfordert 52,3% C, 5,8% H, 11,4% N, 8,7% S). . _si_on von Palladium auf Strontiumcarbonat (Engel-Weitere 9 g eines weniger reinen Produkts erhielt hard) gemischt und bei einem Druck von 3,5 kg/cm² man durch Eindampfen des wäßrigen Filtrats. Wie \ stunde lang in einer Parr-Niederdruck-Hydriervorbei der ersten Ausbeute erhielt man auch hier auf _5o richtung hydriert. Der Katalysator wurde abfiltriert, einem Papierchromatogramm nur eine einzige Zone der p_H-Wert des Filtrats wurde mit konzentrierter antibiotischer Wirksamkeit, die aber verschieden ist Salzsäure auf 2 gesenkt, und das Filtrat wurde mit von derjenigen, welche das unreduzierte Carbobenzyl- Äther extrahiert. Nach dem Einstellen des p_H-Wertes oxy-Zwischenprodukt liefert. mit festem Natriumbicarbonat auf einen p_H-Wert von

55 4,65 wurde die Lösung unter vermindertem Druck

Beispiel 2 (Wasserstrahlpumpe) bei 32°C auf ein Volumen von

.20 ml eingedampft. Die dabei gebildeten Kristalle

L(+)«-AminobenzyIpenicillin wurden abfiltriert; sie wogen 2,85 g. 1 g des Produktes

^L(+)<* - (Carbobenzyloxyamino) - phenylessigsäure wurde aus 10 ml Wasser umkristallisiert, wobei der mit einem Schmelzpunkt von 130 bis 13O,5°C, [«]?,' 60 pH-Wert mit einigen Tropfen konzentrierter Salzsäure = +117° (C = 3 in Äthanol) wurde hergestellt aus auf 2 gesenkt und dann wieder mit festem Natrium-L(+)«-Aminophenylessigsäure, und zwar nach dem bicarbonat auf 4,65 angehoben wurde. Man erhielt eine Verfahren, wie es für deren Enantiomorph beschrieben Ausbeutevon0,25gdes reinen Produkts, d(—)«-Aminowurde. 14,3 g des Produkts wurden mit Chlorkohlen- benzylpenicillin-monohydrat, das bei 201⁰C unter Zersäüreäthylester, wie es vorher beschrieben wurde, in 65 setzung schmolz. Die Bruttoformel C₁₆H₁₉N₃O₄S- H₂O das gemischte Anhydrid umgewandelt und mit 13 g erfordert einen N-Gehalt von 11,4%; die Analyse 6-Aminopenicillansäure gekuppelt, wobei man 17,6 g ergab 11,14%. Die spezifische Drehung war [«]? mäßig reinen Natrium-L(+)«-(carbobenzyloxyamino)- = +287" (C --■= 0,1 in Wasser).

Beispiel 4

Zu 5,5 g (0,0193 Mol) d(—)«-(Carbobenzoxyamino)-phenylessigsäure und 2,6 g (0,0243 Mol) 2,6-Lutidin in 25 ml p-Dioxan und 25 ml wasserfreiem Acetons wurden bei 0°C 1,83 ml (0,0193 Mol) Chlorkohlensäureäthylester hinzugesetzt. Es bildete sich ein weißer Niederschlag, und das Gemisch wurde 20 Minuten lang gerührt. Eine Lösung von 4,95 g 6-Aminopenicillansäure in 50 ml Wasser sowie 15 ml 2,6-Lutidin wurde sofort hinzugesetzt. Die klare Lösung wurde V₂ Stunde lang gerührt und mit 500 ml Äther verdünnt. Nach dem Abtrennen der wäßrigen Schicht wurde festes Natriumbicarbonat hinzugesetzt, um den PH-Wert auf 8 zu halten. Der p_H-Wert der wäßrigen Lösung wurde mit konzentrierter Salzsäure auf 2 gesenkt, worauf das Penicillin in Äther extrahiert wurde. Die Ätherschicht wurde mit Wasser gewaschen und mit 25 ml gesättigter Natriumbicarbonatlösung extrahiert. Die das Penicillinderivat enthaltende Natriumbicarbonatlösung wurde zu 10 g einer 5%igen Suspension von Palladium auf Kieselgur (Engelhard), durch den Zusatz von 15 ml Wasser zu einer Paste angerührt, hinzugesetzt. Das Penicillin wurde bei einem Druck von 3,5 kg/cm² 1 Stunde lang bei Zimmertemperatur in der Parr-Niederdruck-Hydriervorrichtung hydriert. Wegen der Bildung eines Kolloids wurde das Gemisch durch einen Seitzfilter filtriert. Der pH-Wert wurde durch den Zusatz von konzentrierter Salzsäure auf 2 gesenkt, worauf das Filtrat mit Äther extrahiert wurde, um alles Ausgangspenicillin zu entfernen. Nach dem Abtrennen der wäßrigen Schicht wurde der ρπ-Wert durch den Zusatz festen Natriumbicarbonats auf 4,65 eingestellt. Unter vermindertem Druck (Wasserstrahlpumpe) wurde die Lösung auf 20 ml eingedampft. Die festen Kristalle von d(-—)a-Aminobenzyl-penicillin-monohydrat wurden abfiltriert. Die Bruttoformel C₁₆H₁₈N₃O₄S. H₂O erfordert einen N-Gehalt von 11,4 °/₀; die Analyse ergab 11,34%.

Beispiel 5

Das im Beispiel 4 beschriebene Verfahren wurde wiederholt unter Verwendung von L(+)^-(Carbobenzoxyamino)-phenylessigsäure, [*]$ = +85,5° (C = 1 in Alkohol), an Stelle von p(—)«-(Carbobenzoxyamino)-phenylessigsäure. An Stelle von 5°/₀ Palladium auf Kieselgur wie im Beispiel 4 nahm man 5% Palladium auf Strontiumcarbonat. Das Produkt, L(+)(x-AminobenzylpeniciIlin-monohydrat, zeigte die folgende spezifische Drehung und Elementaranalyse: [«]£ = +201° (C= 0,197 in Wasser). Die Bruttoformel S -C₁₆H₁JN₃O₄-H₂O erfordert 52,3 °/₀C, 5,7% H und 11,4% N; die Analyse ergab 52,44% C, 5,69% H und 11,26% N.

Die hemmend wirkende Mindestkonzentration (M. I. C.) in y/ml in vitro wurde bei einer Anzahl gramnegativer Mikroorganismen bestimmt durch laufende Verdünnung in Agar-Agar, wobei ein direkter Vergleich der Wirksamkeit gegenüber diesen Organismen zwischen d(- )«-Aminobenzylpenicillin (A), L(+)«-Aminobenzylpenicillin (B) und Penicillin G sowie der DL-Form des Aminobenzylpenicil-Iins (C) erstellt wurde. Die Resultate sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:

	A	M. I. C,-	i'/ml	Peni
	(Reinheit	B	C	cillin
	71%)	(Reinheit		G
	6,25	93%)		25,0
E. coli	12,5	12,5	6,25	50,0
E coli	6,25	12 5	12,5	25,0
Proteus vulgaris ...	2,5	12,5	6,25	6,25
Proteus vulgaris ...	0,5	12,5	12,5	2,5
Salm, typhi	0,5	2,5	2,5	2,5
Salm, typhi	0,6	1,25	2,5	2,5
Salm, typhi	0,5	2,5	2,5	0,6
Salm, typhi murium	■ 2,5	5,0	5,0	6,25
Salm, paratyphi A	2,5	5,0	5,0	5,0
Salm, paratyphi B	2,5	5,0	5,0	6,25
Salm, paratyphi B	5,0	5,0	5,0	6,25
Salm, paratyphi B	1,25	12,5	6,25	5,0
Shigella shigae	2,5	5,0	2,5	6,25
Shigella schmitzi ...	6,25	5,0	5,0	50,0
Shigella sonnei ....		25,0	12,5
Klebsieila pneumo-	2,5			5,0
niae	5,0	2,5

Diese Ergebnisse bestätigen, daß das d(—)-Epimere eine ausgesprochene überlegene Wirkung zeigt, und zwar sowohl im Vergleich zu Penicillin G als auch im Vergleich zu der DL-Form des Alpha-Aminobenzylpenicillins. Das L(+)-Epimere zeigt etwa die gleichen Hemmkonzentrationen wie die DL-Form, erweist sich aber gleichfalls dem Penicillin G überlegen. Der verfahrenstechnische Vorteil bei der Herstellung auch des D(+)-Epimeren wurde bereits aufgezeigt.

Es wird in diesem Zusammenhang noch darauf hingewiesen, daß sich die Aktivitäten des DL-Form des Aminobenzylpenicillins gegenüber den einzelnen Bakterienarten nicht additiv aus den Aktivitäten der jeweiligen Anteile an der n(—)- und der l(-|- )-Form zusammensetzen, wie insbesondere ein Verlieh der vorstehend mitgeteilten experimentellen iirgebnisse lehrt. Eine Deutung dieses experimentellen Befundes steht noch aus.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur Herstellung von n(—)«-Aminobenzylpenicillin und von L(+)*-Aminobenzylpenicillin sowie ungiftiger Salze dieser beiden epimeren Verbindungen durch Umsetzen von 6-Aminopenicillansäure mit einem Säurehalogenid, Anhydrid, Säureazid oder Carbodiimid von \-Aminophenylessigsäure, deren Aminogruppe abge-1° schirmt ist, und anschließende Abtrennung der abschirmenden Gruppe durch katalytische Hydrierung, dadurch gekennzeichnet, daß die a-Aminophenylessigsäure in ihrer D- bzw. L-Form eingesetzt wird.