DE1176147B - Verfahren zur Herstellung von 7-Aminocephalosporansaeure - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von 7-Aminooephalosporansäure Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 7-Aminocephalosporansäure aus Cephalosporin C und seinen Salzen.
• Cephalosporin C, 7-(5'-Amino-N'-adipamyl)-cephalosporansäure, ist eine antibiotische Substanz, die von Schimmelpilzen der durch Cephalosporium sp. ATCC 11550 vertretenen Art gebildet wird. Diese Verbindung ist durch folgende Struktur gekennzeichnet: Ein Verfahren zur Herstellung von @Cephalosporin C durch Fermentierung eines Nährmediums mit einem geeigneten Cephalosporiumstamm und anschließende Abtrennung des Cephalosporins C aus dem Fermentierungsprodukt wird in der britischen Patentschrift 810 196 beschrieben.
• Cephalosporin C ist eine saure antibiotische Substanz, die im Vergleich zu den Penicillinen eine niedrige Aktivität besitzt. Es ist jedoch bis zu einem gewissen Grade gegenüber grampositiven und gramnegativen Organismen wirksam, gegenüber Penillinase unempfindlich und säurebeständiger als die Penicilline. Aus diesen Gründen ist es trotz seiner geringen antibiotischen Wirksamkeit für therapeutische Zwecke von beträchtlichem Interesse.
• Die Strukturgruppe der Cephalosporine, die für ihre antibiotische Wirksamkeit verantwortlich zu machen ist, konnte bisher nicht identifiziert werden. Vermutlich handelt es sich um das 7-Aminoderivat des bicyclischen Teils des Moleküls, der zur Bequemlichkeit als der »Kern« bezeichnet wird. Es war daher von Interesse, andere Derivate des Kerns zur Prüfung auf ihre antibiotische Wirksamkeit herzustellen. Für diesen Zweck war ein Verfahren zur Herstellung des Cephalosporinkerns erforderlich, doch konnte bis jetzt kein Weg gefunden werden, den Kern in größeren als Spurenmengen zu erhalten.
• 7-Aminocephalosporansäute ist als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Derivaten mit antibiotischen Eigenschaften brauchbar. Solche Derivate können leicht durch Acylierung der Aminogruppe in 7-Stellung des Moleküls nach bekannten Verfahren hergestellt werden.
• Erfindungsgemäß wird Cephalosporin C oder ein Salz desselben mit einem gegenüber den Reaktionspartnern inerten polaren Lösungsmittel, in dem es wenigstens etwas löslich ist, vermischt; dann wird eine mindestens äquimolare Menge Nitrosylchlorid bei einer Temperatur unter etwa 50°C hinzugefügt. Das Umsetzungsgemisch wird, gegebenenfalls nach Abtrennung von Lösungsmittel und überschüssigem Nitrosylchlorid, mit Wasser vermischt, wobei die 5'-Amino-N'-adipamylgruppe von dem Cephalosporin C abgespalten wird und die 7-Aminocephalosproansäure als Endprodukt entsteht.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird Cephalosporin C in einem inerten, polaren organischen Lösungsmittel (d. h. einem Lösungsmittel für Cephaiosporin C, das unter den Verfahrensbedingungen nicht in schädlicher Weise mit dem Cephalosporin C, den anderen Ausgangsstoffen sowie den Zwischen- und Endprodukten reagiert) suspendiert und die Suspension mit Nitrosylchlorid in solcher Menge versetzt, daß sich die Aminogruppe in 5'-Stellung des Cephalosporin C praktisch vollständig umsetzt. Nach beendeter Umsetzung kann das nicht umgesetzte Nitrosylchlorid gegebenenfalls zerstört oder entfernt werden. Das Reaktionsgemisch wird dann mit verdünntem wäßrigem Alkali auf einen pH-Wert von 2,5 bis 5 eingestellt, was dazu dient, die Abspaltung der Seitenkette vom Rest des Moleküls und die Bildung des inneren Salzes der 7-Aminocephalosporansäure hervorzurufen, das auskristallisiert. Das Produkt wird aus dem Kristallisationsgemisch abgetrennt, gewaschen und getrocknet.
• Nach einer spezifischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Cephalosporin C in wäßriger 98o/oiger Ameisensäure bis zu einer Konzentration von etwa 30 Gewichtsprozent gelöst. Die Lösung wird gerührt und in einem Eisbad auf etwa 10°C gekühlt, während Nitrosykblorid in einem Molverhältnis von etwa 2 : 1 - bezogen auf das Cephalosporin C - zugesetzt wird, wobei das Nitrosylchlorid anteilsweise in Form einer lOgewichtsprozentigen Lösung in wäßriger 98%iger Ameisensäure innerhalb von etwa 1 Minute zugegeben wird. Während der Zugabe wird die Temperatur unterhalb von 50°C gehalten. Nach beendeter Zugabe wird noch etwa 5 Minuten weitergerührt. Das Reaktionsgemisch wird dann unter vermindertem Druck bei Raumtemperatur eingedampft, um die Ameisensäure bis auf einen geringen Rest zu entfernen. Der Rückstand wird mit etwa 5 Volumina Wasser verrührt und die erhaltene Lösung mit verdünnter wäßriger Natronlauge auf einen pH-Wert von etwa 3,5 bis 4 eingestellt, wobei die 7-Aminocephaiosporansäure in Form ihres Zwitterions ausfällt, in welcher Form sie in Wasser am wenigsten löslich ist. Das Produkt wird abfiltriert, mit wäßrigem Aceton gewaschen und getrocknet.
• Das erfindungsgemäß als Ausgangsmaterial verwendete Cephalosporin C kann sowohl in rohem als auch in gereinigtem Zustand sowie - je nach der Löslichkeit in dem jeweiligen Reaktionsmedium -in Form der freien Säure oder in Form eines Salzes verwendet werden. Als Salze sind die Natrium-, Kalium-, Lithium- und andere Metallsalze geeignet-Ammonium- und substituierte Ammoniumsalze können ebenfalls verwendet werden, wie die Ammonium-, Monomethylammonium-, Dimethyiammonium-, Diäthylammonium-, Diisopropylammonium-, Trimethylammonium-, Tetramethylammonium-, Tetraäthylammonium-, Methyldiisopropylammoniumsalze. Dabei werden die tertiären und quaternären Ammoniumsalze bevorzugt, da sie von den verwendeten Reagenzien weniger leicht angegriffen werden.
• Das inerte polare »Lösungsmittel« muß die Cephalosporin-C-Verbindung wenigstens bis zu einem gewissen Grade lösen. Das Lösungsmittel sollte das Cephalosporin C vorzugsweise wenigstens bis zu etwa 0,5 Gewichtsprozent lösen, doch wird eine praktisch vollständige Umsetzung auch in Medien erzielt, in denen die Löslichkeit nur 0,1 Gewichtsprozent beträgt. Das Reaktionsgemisch sollte nicht mehr als etwa 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise nicht mehr als etwa 10 Gewichtsprozent, Wasser enthalten. Ein bevorzugtes Reaktionsmedium ist Ameisensäure. Andere Medien sind Essigsäure, Propionsäure, Trifluoressigsäure, Dimethylsulfoxyd u. dgl. Es können auch Gemische solo; r Substanzen verwendet werden, wie Gemische von Ameisensäure mit Essigsäure, Essigsäure mit Acetanhydrid, Dimethylformamid mit Wasser, Acetonitril mit Wasser, Dimethylsulfoxyd mit Wasser.
• Die Menge des Nitrosylchlorids muß mindestens äquimolar zu der des Cephalosporins C sein, damit sich die Aminogruppe in 5'-Stellung des Cephalosporins C praktisch vollständig umsetzen kann; sie beträgt vorzugsweise etwa 2 Mol pro Mol Cephalosporin C, wenn das Reaktionssystem wasserfrei bzw. praktisch wasserfrei ist. Enthält das Reaktionssystem dagegen wesentliche Mengen Wasser, wird auch der »Kern« angegriffen, d. h., die Aminogruppe in 7-Stellung des »Kerns« reagiert dann in der gleichen Weise mit dem Nitrosylchlorid wie die Aminogruppe in 5'-Stellung des Cephalosporins C, wodurch eine Zerstörung des gewünschten Produktes eintreten würde. In solchen Fällen ist es erwünscht, die Menge an Nitrosylchlorid zu begrenzen, um die Zerstörung des Produktes auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Zwischen den Erfordernissen einer vollständigen Umwandlung der Aminogruppe in 5'-Stellung des Cephalosporins C und den bei höheren Mengen an Nitrosylchlorid gleichmäßig eintretenden Abbaureaktionen muß ein Ausgleich gefunden werden. In einem wäßrigbn System ist es im allgemeinen erwünscht, die molare Menge an Nitrosyichlorid im Verhältnis zu der des Cephalosporins C weit unterhalb von 2 : 1, d. h. bei etwa 1,1 : 1 bis etwa 1,5 : 1, zu halten.
• Die Umwandlung der 5'-Amino-N'-adipamylgruppe wird bequem bei oder nahe Raumtemperatur durchgeführt, z. B. bei etwa 20 bis 30°C. Es kann auch bei niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden, z. B. bei -IO°C oder darunter, solange das Reaktionsgemisch flüssig bleibt. Höhere Temperaturen (oberhalb von etwa 50°C) führen dazu, daß durch Abbaureaktionen niedrigere Ausbeuten erhalten werden können. Eine kurze Reaktionszeit führt zu höheren Ausbeuten, weshalb man die Zugabe des NitrosylchIorids so rasch wie möglich vornimmt, vorzugsweise innerhalb von 1 bis 5 Minuten oder darunter, und das Reaktionsgemisch mit unumgesetztem Nitrosylchlorid nur so kurz wie möglich in Berührung läßt.
• Das primäre Reaktionsprodukt, von dem angenommen wird, daß es ein Elektronendefizit an der 5`-Stellung aufweist, cyclisiert sich wahrscheinlich spontan unter Bildung eines cyclischen Lactons, und zwar unter Beteiligung des Elektronendefizitzentrums und des Sauerstoffatoms der seitenständigen Amidgruppe (zum Unterschied vom Sauerstoffatom des cyclischen ß-Lactams). Enthält das Reaktionsgemisch Wasser, spaltet sich das Lacton hydrolytisch spontan von dem Iminostickstoffatom, mit dem es verbunden ist, ab, wobei die gewünschte 7-Aminocephalosporansäure entsteht. Enthält das Reaktionsgemisch wenig oder kein Wasser, wird die Spaltung durch nachfolgende Zugabe von Wasser herbeigeführt.
• Wenn nach beendeter Umsetzung noch unumgesetztes Nitrosylchlorid im Reaktionsgemisch verbleibt, kann es gegebenenfalls durch Abdestillieren oder durch Zersetzung durch Zugabe einer ausreichenden Menge an Ammoniak, eines primären Amins oder eines primären Harnstoffs zum Reaktionsgemisch entfernt werden. Die Zugabe solcher Stoffe stört die nachfolgende Isolierung des Reaktionsproduktes nicht, falls sie nicht in zu großen Mengen verwendet werden.
• Die Abtrennung der 7-Aminocephalosporansäure aus dem Reaktionsgemisch kann nach einer Reihe von Verfahren leicht erreicht werden.
• Nach dem einen Verfahrep wird das Reaktionsmedium durch Eindampfen unter vermindertem Druck und gewöhnlicher Temperatur zum größten Teil entfernt, wobei die rohe 7-Aminocephalosporansäure bzw. das als Zwischenprodukt auftretende Iminolacton in Form eines Ules, einer gummiartigen Masse, einer Aufschlämmung oder eines Feststoffes zurückbleibt. Dieser Rückstand wird in Wasser gelöst, wobei noch vorhandenes Iminolacton hydrolysiert wird. Zu der Lösung wird wäßrige Natronlauge bzw. eine andere wäßrige Alkalilösung bis zur Erreichung eines pH-Wertes von etwa 2,5 bis 5, vorzugsweise von etwa 3,7, gegeben. Dies führt zur Fällung der 7-Aminocephalosporansäure in Form des Zwitterions. Der Niederschlag wird abfiltriert, nacheinander mit kaltem Wasser und wäßrigem Aceton gewaschen und getrocknet.
• Nach einer Abänderung dieses Verfahrens wird das Reaktionsgemisch nach hydrolytischer Spaltung mit genügend Wasser mit einer ausreichenden Menge eines Fällungsmittels versetzt, um die 7-Aminocephalosporansäure auszufällen. Das rohe, gefällte Material wird abfiltriert bzw. abzentrifugiert und durch Wiederauflösen in Wasser und Fällen bei einem pH-Wert von etwa 2,5 bis 5 gereinigt. Dieses Verfahren wird z. B. so durchgeführt, daß das unter Verwendung von 90%iger Ameisensäure als Reaktionsmedium erhaltene Reaktionsgemisch mit 1 bis 5 Volumina Diäthyläther verdünnt wird, wodurch die rohe 7-Aminocephalosporansäure aus der Lösung ausgefällt wird. Der Niederschlag wird abgetrennt und in Wasser gelöst, der pH-Wert der Lösung auf 3,7 eingestellt und das Verfahrensprodukt auskristallisiert. Der Äther wird von der Ameisensäure abgetrennt, und der Äther und die Ameisensäure werden zurückgeführt.
• Nach einer weiteren Ausführungsform wird die wäßrige Lösung der rohen 7-Aminocephalosporansäure mit Aktivkohle behandelt, wobei die 7-Aminocephalosporansäure adsorbiert wird. Die Kohle wird mit Wasser gewaschen und die 7-Aminocephalosporansäure mit wäßrigem 10- bis 40%igem Aceton eluiert.
• Nach einer weiteren Ausführungsform wird eine wäßrige Lösung der rohen 7-Aminocephalosporansäure bei einem pH-Wert von 6 bis 7 durch eine Säule mit einem starken Anionenaustauscherharz gegeben, das Harz mit Wasser gewaschen und die 7-Aminocephalosporansäure mit wäßriger Essigsäure mit ansteigender Konzentration (bis 1 n-Essigsäure) eluiert.
• Nach einem weiteren Verfahren zur Gewinnung der 7-Aminocephalosporansäure aus dem rohen Reaktionsgemisch wird zu diesem direkt Wasser gegeben, worauf das Reaktionsmedium mit Hilfe des Wassers bei verringertem Druck und gewöhnlicher Temperatur azeotrop abdestilliert wird, wobei eine wäßrige Lösung zurückbleibt, aus der die 7-Aminocephalosporansäure nach den oben angegebenen Verfahren leicht gewonnen werden kann. Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
• Beispiel 1 40 g Cephalosporin C werden in 150 ccm 98%iger Ameisensäure gelöst. Die Lösung wird durch Diatomeenerde filtriert, und das Filter und der Kolben werden mit 20 ccm Ameisensäure gewaschen. Das Filtrat und die Waschflüssigkeit werden vereinigt und unter Rühren in einem Eisbad gekühlt, worauf innerhalb von 2 Minuten -eine kalte Lösung von 11,1g Nitrosylchlorid in 100 ccm 98%iger Ameisensäure zugegeben wird. Das Gemisch wird unter Kühlung weitere 3 Minuten gerührt und wird dann in einem Drehkolbenverdampfer bei Raumtemperatur unter vermindertem Druck bis zu einer dicken Paste eingedampft. Die Paste wurde in 150 ccrn Wasser gelöst. Die Lösung wurde in einem Eisbad gekühlt, worauf tropfenweise unter Rühren konzentriertes Ammoniak bis zu einem pH-Wert von 3,5 zugesetzt wurde, wobei eine feste Substanz ausfiel. Die erhaltene Aufschlämmung wird 1/2 Stunde im Eisbad stehengelassen und dann filtriert. Die feste Substanz wird auf dem Filter zweimal mit geringen Mengen von kaltem Wasser und dann zweimal mit kaltem Aceton gewaschen und getrocknet. Das trockene Produkt wog 6,14 g und zeigte im UV-Bereich ein Maximum bei 264 m#t (E = 7900), entsprechend einer Reinheit von 98,8% und einer Ausbeute von 26,3% der Theorie. Mit Hilfe der Papierchromatographie und der bioautographischen Prüfung konnte gezeigt werden, daß es sich um 7-Aminocephalosporansäure handelt.
• Beispiel 2 5 g Cephalosporin C wurden in 300 ccm Eisessig gelöst, worauf bei Raumtemperatur 1,4g Nitrosylchlorid in etwa 50 ccm Eisessig innerhalb von I Minute zugegeben wurden. Das Gemisch wurde 10 Minuten gerührt und danach bei Raumtemperatur unter verringertem Druck bis fast zur Trockne eingedampft. Es werden etwa 100 ccm destilliertes Wasser zugegeben, wobei eine klare orangerote Lösung erhalten wird. Dann wird bis zur Erreichung eines pH-Wertes von 3,5 verdünnte wäßrige Natronlauge zugegeben. Die Lösung wird bei Raumtemperatur unter verringertem Druck bis auf etwa 20 bis 30 ccm eingedampft, wobei sich ein kristalliner Niederschlag bildete. Der Niederschlag wurde abfiltriert, mit Wasser und anschließend mit Aceton gewaschen und getrocknet. Er wog 194 mg und zeigte im UV-Spektrum ein Maximum bei 263 m#£ = 7820), entsprechend einer Reinheit von 97,8% und einer Ausbeute von 7% der Theorie. Die Papierchromatographie und die bioautographische Prüfung ergab, daß es sich um 7-Aminocephalosporansäure handelt.

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von 7-Aminocephalosporansäure, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß man einer Suspension von Cephalosporin C oder einem Salz desselben in einem für die Reaktionspartner inerten polaren Lösungsmittel Nitrosylchlorid in mindestens äquimolarem Mengenverhältnis bei einer Temperatur unter etwa 50°C zusetzt, das Reaktionsgemisch, gegebenenfalls nach Abtrennung von Lösungsmittel und überschüssigem Nitrosylchlorid, mit Wasser versetzt und die hierbei gebildete 7-Aminocephalosporansäure aus der Lösung abtrennt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch], dadurch gekennzeichnet, daß man als inertes polares Lösungsmittel wasserfreie Ameisensäure verwendet und daß das Molverhältnis von Nitrosylchlorid zu Cephalosporin C etwa 2 : 1 beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als inertes polares Lösungsmittel Ameisensäure verwendet, die eine wesentliche, jedoch etwa 25 Gewichtsprozent nicht übersteigende Menge Wasser enthält, und daß das Molverhältnis von Nitrosylchlorid zu Cephalosporin C zwischen etwa 1.1 : 1 und 1,5 : 1 liegt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit Nitrosylchlorid bei einer Temperatur zwischen etwa 20 und 30'C durchführt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. daß man das inerte Lösungsmittel von dem das Reaktionsprodukt enthaltenden Gemisch abtrennt, das zurückbleibende Gemisch in Wasser löst, die sich ergebende wäßrige Lösung auf einen pH-Wert von 2,5 bis 5 einstellt und die 7-Aminocephalosporansäure aus der Lösung auskristallisieren läßt.