DE1207933B

DE1207933B - Verfahren zur Herstellung von kristallwasser-freiem D-alpha-Aminobenzylpenicillin

Info

Publication number: DE1207933B
Application number: DEA44860A
Authority: DE
Inventors: Norman Howard Grant; Harvey Eugene Alburn
Original assignee: American Home Products Corp
Current assignee: Wyeth LLC
Priority date: 1962-12-26
Filing date: 1963-12-20
Publication date: 1965-12-30

Description

Verfahren zur Herstellung von kristallwasserfreiem D-x-Aminobenzylpenicillin Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer neuen Form des D-x-Aminobenzylpenicillin.
Durch die USA.-Patentschrift 2 985 648 ist bereits eine Form dieses Penicillin und seine Herstellung bekanntgeworden. Die bisher bekannte hydratisierte Form des D-x-Aminobenzylpenicillins stellt wegen ihres breiten antibakteriellen Wirkungsspektrums ein nützliches, parenteral oder oral verabreichbares Therapeutikum zur Behandlung von durch grampositive und gramnegative Bakterien hervorgerufenen Krankheiten bei Geflügel und Säugetieren und vor allem beim Menschen dar und wurde auch schon als Nährstoffzusatz für Tierfutter verwendet. Das ebenfalls bekannte L-x-Aminobenzylpenicillin eignet sich wegen seiner geringeren antibiotischen Wirksamkeit weit weniger für die obengenannten Zwecke.
Nach dem in der USA.-Patentschrift 2 985 648 beschriebenen Verfahren kann man das Hydrat von D-a-Aminobenzylpenicillin ganz allgemein durch Umsetzen von 6-Aminopenicillinsäure mit D-x-Aminophenylessigsäurechlorid oder -anhydrid herstellen, dessen Aminogruppe vorher mit einer schützenden Acylgruppe, z. B. der Benzyloxycarbonylgruppe, versehen war. Diese wird danach durch so milde katalytische Hydrierung, daß keine Zerstörung des Penicillinkerns auftritt, wieder entfernt, um das D-x-Aminobenzylpenicillin-Hydrat selbst zu erhalten.
Im Zusammenhang mit den für dieses Verfahren notwendigen milden Bedingungen wird in der Patentschrift ausdrücklich auf die verhältnismäßig geringe Beständigkeit einiger verfahrensgemäß gewonnener Antibiotika hingewiesen, die sich leicht chemisch umwandeln und dabei ihre antibiotische Wirksamkeit verlieren. Man verwendet also zweckmäßigerweise so milde Reaktionsbedingungen, daß diese Zersetzung vermieden wird. Hierzu wird weiterhin festgestellt, daß man bei der Herstellung der Penicilline bei Temperaturen nicht über 30°C und vielfach bei Raumtemperaturen arbeiten soll. Fernerhin ist in allen in dieser Patentschrift angeführten Beispielen angegeben, daß das Endprodukt durch Vakuumverdampfung bei Temperaturen unter 20°C gewonnen wird, und nur beim D-x-Aminobenzylpenicillin-Monohydrat wird eine Vakuumverdampfung bei 32'C für möglich erklärt.
Nach vorstehendem oder sonstwie bekannten Verfahren gewonnenes D-x-Aminobenzylpenicillin-Hydrat enthält gemäß Karl-Fischer-Meßmethode 2,5 bis 10 °/o Wasser, was auf die Form des Halbhydrats oder des Monohydrats, wie in der USA.-Patentschrift 2 995 648 angegeben, oder möglicherweise auch des Dihydrats und sicherlich auch des Trihydrats gemäß eigener Feststellungen schließen läßt. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man D-x-Aminobenzylpenicillin in einer bisher unbekannten kristallwasserfreien Form gewinnen kann, die sich durch fehlenden oder höchstens 2,5 °/o betragenden Wassergehalt und weit geringere Löslichkeit in Wasser oder Dimethylsulfoxyd als die hydratisierte Form auszeichnet. (Das Löslichkeitsverhältnis des kristallwasserfreien Produkts zu dem Hydrat beträgt in Wasser etwa 4:7.) Die andersartige Kristallstruktur des kristallwasserfreien D-x-Aminobenzylpenicillins zeigt sich auch an seinem Spektrogramm gemäß F i g. 1 im Vergleich zu dem des Hydrats gemäß F i g. 2. Darüber hinaus ergab die Röntgenbeugungsanalyse von Einkristallen des kristallwasserfreien D-x-Aminobenzylpenicillins ein Molekulargewicht von 346 -1- 3, wobei das theoretische Molekulargewicht der monomeren wasserfreien Verbindung 349 beträgt, während im Vergleich dazu das auf osmotischem Weg bestimmte Molekulargewicht von Proben einer hydratisierten Form 367 beträgt und damit genau dem theoretischen Gewicht des Monohydrats entspricht.
Das neue Produkt zeichnet sich auch dadurch aus, daß es infolge seiner geringen Löslichkeit in Wasser auch eine höhere Lagerbeständigkeit als die hydratisierte Verbindung besitzt. Infolge dieser Stabilität und seiner Dichte wird die Produktionsleistung bei der Verarbeitung der Verbindung zu Kapseleinheiten erhöht. Seine geringere Wasserlöslichkeit bringt den weiteren Vorteil, daß es im Darm langsamer absorbiert wird, folglich größere Wirksamkeit gegen Krankheitserreger im Darm entfaltet. Im übrigen kommt das kristallwasserfreie D-x-Aminobenzylpenicillin dem Hydrat in seiner therapeutischen Wirkung bei Verabreichung gleicher Gewichtsmengen praktisch gleich. Wenn beispielsweise Mäuse intraperitoneal mit einem penicillinempfindlichen Stamm von Staphylococcus aureus und einem giftigen Stamm von Staphylococcus typhosa infiziert und danach getrennt davon oral beide Arten von D-a-Aminobenzylpenicillin verabreicht bekommen, geben beide Medikamente die gleiche Schutzwirkung.
Wie Versuche zeigten, besitzt das kristallwasserfreie D-a-Aminobenzylpenicillin sehr geringe Affinität zu Wasser. Beispielsweise löste sich 1 g, 3 Tage lang in 10 ml Wasser von O' C suspendiert, zu nur etwa 20 °/o auf, und die restlichen 80 °/o ließen sich wieder leicht bis auf einen Wassergehalt von 0,670/, trocknen und behielten dabei das Infrarotspektrum des kristallwasserfreien D-cc-Aminobenzylpenicillins. Daraus erklärt sich auch offenbar die weitaus höhere Lagerbeständigkeit des Verfahrensproduktes im Vergleich zum Hydrat.

Zum Beweis der Stabilität des Verfahrensprodukts (B) in fester Form im Vergleich zum Hydrat (A) wurde eine Reihe von Proben verschiedenen Bedingungen gemäß Tabelle I unterworfen. Die Angaben beziehen sich auf f-Lactam, ausgehend vom Hydroxamat, und zeigen die prozentuale Abnahme an.

Tabelle 1
Zeit in Prozentuale
Temperatur in 'C Stunden Abnahme
A B
50 240 19 0
70 65 39 0
70 160 61 0
107 18 66 2
107 90 79 1
107 166 94 3
70, 1000/, Feuchtigkeit 18 69 2
120, 100 °/o Feuchtigkeit 1/4 40 6
(im Autoklav)

Nach tatsächlicher Hydratisierung durch Auflösen in Wasser und Auskristallisieren unterhalb von 40'C oder durch Gefriertrocknung scheint sich das Verfahrensprodukt wieder in die bisher bekannte Form zurückzuverwandeln, wie sich aus dem Infrarotspektrum, der Papier- und Dünnschichtchromatographie sowie der Papierelektrophorese ergab. Dagegen war es noch nicht möglich, mit irgendeinem der vielen Trocknungsverfahren die feste Form des hydratisierten D-a-Aminobenzylpenicillins in die kristallwasserfreie Substanz umzuwandeln.

Im allgemeinen besteht das Verfahren zur Herstellung des neuen kristallwasserfreien D-x-Aminobenzylpenicillins darin, daß man D-x-Aminobenzylpenicillin-Hydrat so lange in Gegenwart von freiem Wasser bei einem pH-Wert von etwa 3 bis 7 bei 40 bis .etwa 100'C erhitzt, bis sich kristallwasserfreies D-a-Aminobenzylpenicillin gebildet hat. Vorzugsweise beträgt hierbei die Menge freien Wassers mindestens 50 Gewichtsprozent der Beschickung, und das Erhitzen erfolgt im Vakuum, bis man das kristallwasserfreie D-oc-Aminobenzylpenicillin erhält. Gemäß einer Verfahrensvariante erhitzt man ein wäßriges D-a-AminobenzylpenicilIin enthaltendes Reaktionsgemisch, oder man führt die Bedarfsmengen an Wärme und Wasser durch unmittelbare Dampfbehandlung von D-x-Aminobenzylpenicillin-Hydrat-Kristallen zu. Zwecks leichterer Durchführbarkeit und aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist es am besten, die Entwässerung bei 50 bis 55'C und einem pH-Wert von etwa 5 bis 5,5 im Vakuum durchzuführen.
Die Umsetzung kann mittels Erwärmungsdauer, Wassergehalt und pH-Wert im Rahmen der Erfindung beeinflußt werden, wie sich im folgenden noch näher ergibt.
Das Eintrocknen einer D-a-Aminobenzylpenicillin-Lösung allein ohne Einhaltung der Verfahrensmerkmale bewirkte die gewünschte Umwandlung noch nicht, wie auf verschiedene Weise bewiesen wurde: So erwies es sich als außerordentlich schwierig, vorgetrocknetes D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat mit Hilfe verschiedener bekannter Verfahren, z. B. durch Abderhalden-Trocknung bei 55'C mit Phosphorpentoxyd, durch azeotrope Destillation mit Benzol, durch Umsetzung mit 2,2-Dimethoxypropan und Säure, durch Vakuumofentrocknung über Phosphorpentoxyd bei 55'C oder durch Behandlung seiner Lösung in Dimethylformamid mit einem Linde-»Molekularsieb« und anschließender Kristallisation aus wasserfreiem Äther in seinem Wassergehalt unter 2 °/o herabzudrücken. In allen Fällen blieb immer wieder als Endprodukt lediglich D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat zurück. Andererseits ergab die Extraktion von kristallwasserfreiem D-a-Aminobenzylpenicillin mit Wasser oder verdünnter Säure eine unlösliche Komponente (78 % der Gesamtmenge beim pH-Wert 4 und 20 °/o der Gesamtmenge beim pH-Wert 2 in 10°/oiger Suspension), die selbst dann kristallwasserfreies Produkt blieb, wenn sie unter milden Bedingungen im Vakuum bei Zimmertemperatur über Phosphorpentoxyd getrocknet wurde. Dies ist ein weiterer Beweis für den Unterschied zwischen beiden Formen des D-cx-Aminobenzylpenicillins infolge des Kristallbildungsvorgangs.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, wobei für das Verfahren zur Herstellung von D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat und seinen Lösungen ein Schutz nicht begehrt wird. Beispiel 1 120g 6-Aminopenicillansäure wurden mit 151 kaltem Wasser 27,6m1 8,5n-Kalilauge und 49,5g D-Phenylglycin-N-carboxyanhydrid vermischt. Dann wurde 1 Stunde lang bei 2'C gerührt, filtriert und das Filtrat (vom pH-Wert 5,2) auf 2,91 eingeengt, der ausgefallene Niederschlag abfiltriert und das Filtrat durch eine 3,2 - 55-cm-Dowex-1 - 10-Kolonne (PolystyroI-trimethylbenzylammoniumchlorid) in Acetatform, Korngröße 0,29 bis 0,15 mm, passiert. Der Abfluß aus der Kolonne (3,141) wurde bei 50 bis 55'C auf 275 ml eingeengt und das unlösliche Produkt im Vakuum getrocknet, wobei 41 g D-a-Aminobenzylpenicillin mit einem Wassergehalt von 10/, gewonnen wurden. Die Infrarotanalyse des Produkts ergab das Spektrum des kristallwasserfreien n-x-Aminobenzylpenicillins. Beispiel 2 Es wurde eine 10%ige Lösung von D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat in praktisch reiner Handelsqualität in Wasser mit einem pH-Wert 2,0 hergestellt. Die Lösung wurde auf einen pH-Wert von 3,0 eingestellt und auf 65°C erwärmt. Bei dieser Temperatur wurde der pH-Wert mit verdünnter Natronlauge auf annähernd 4,8 eingestellt, wobei sich rasch körnige Kristalle bildeten, die abfiltriert und getrocknet wurden. Die Infrarotspektren des getrockneten Produkts sowie des Ausgangsmaterials sind in F i g. 1 bzw. 2 wiedergegeben. Beispiel 3 Einzelproben von 10%igen Suspensionen oder Lösungen von D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat in Handelsqualität mit den pH-Werten 2,0, 3,0, 4,8 bzw. 7,0 wurden 10 Minuten lang auf die in nachstehender Tabelle Il angegebenen Temperaturen erwärmt, dann je auf einen pH-Wert von 4,8 eingestellt und weitere 5 Minuten auf der angegebenen Temperatur gehalten, danach rasch abfiltriert, bei Zimmertemperatur getrocknet und die unlösliche Fraktion durch Infrarotanalyse der Kristallform analysiert (A und B siehe Erklärungen zu Tabelle I. Nd = Niederschlag). Tabelle Il gibt die Ergebnisse wieder:

Tabelle Il

250C 1 -300C 1 350C 1 400C 1 45°C 1 50°C 1 55°C 1 70°C 810C

2,0 kein Nd kein Nd B kein Nd

3,0 A A A B B B B B - A A zersetzt

4,8 A A A-B B B B B

7,0 A A B B B B B A zersetzt

Beispiel 4 Wenn 10%ige Lösungen von D-oc-Aminobenzylpenicillin-Hydrat verschieden lange bei einem pH-Wert von 4,8 (isoelektrischer Bereich) auf 55°C erwärmt wurden, machten sich sowohl die Änderung in der Lösungsgeschwindigkeit des D-a-Aminobenzylpenicillins als auch die Zeitabhängigkeit dieser Umwandlung bemerkbar, wie sich aus Tabelle III ergibt (Zeichenerklärung von Tabelle I).

Tabelle III

Erwärmungszeit Unlösliche

Minuten Fraktion

Kristalltyp

in in /o

2 14 A-B

4 31 B

6 36 B

8 37 B

15 44 B

30 50 B

60 44 B

120 44 B

180 42 B

Beispiel s Es wurden nebeneinander 10- bis 20%ige Suspensionen von D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat hergestellt und auf 50°C erwärmt, dann, ohne zu filtrieren, in Petrischalen gegossen und über Nacht bei 52 und 100°C getrocknet, wobei in jeder Schale kristallwasserfreies D-a-Aminobenzylpenicillin erhalten wurde, was die quantitative Umwandlung des Ausgangsstoffes zum gewünschten Produkt beweist.

Beispiel 6 a) In fünf Bechergläser von je 8 cmz Bodenfläche wurde je 1 ml einer 50%igen Suspension von D-CC-Aminobenzylpenicillin-Hydrat-Kristallen eingebracht und je durch stufenmäßige Erwärmung getrocknet, die bei 40°C begann und sich in Zeitabständen von 135, 100, 66 bzw. 60 Minuten um je 3°C erhöhte, wobei nach jeder Erhöhung jeweils das in einem Becherglas befindliche Produkt untersucht wurde, bis in dem zuletzt verbleibenden Becherglas eine Temperatur von 55°C herrschte. In allen Bechergläsern verblieb D-ca-Aminobenzylpenicillin-Hydrat.
b) In einem gleichen Gefäß wurden 2 ml einer 25%igen Suspension von D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat (75 % Wasser) 2 Stunden lang bei 55'C entwässert und hierbei kristallwasserfreies D-ca-Aminobenzylpenicillin erhalten.
Hieraus ergibt sich, daß sowohl genügend Wasser als auch genügend langes Erwärmen zur Bildung des neuen Produkts erforderlich sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von kristallwasserfreiem D-a-Aminobenzylpenicillin, d a d u r c h gekennzeichnet, daß man entweder a) D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat oder ein D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat enthaltendes Reaktionsgemisch in Gegenwart von freiem Wasser bei einem pH-Wert von etwa 3 bis 7 auf 40 bis etwa 100°C erhitzt oder b) D-a-Aminobenzylpenicillin-Hydrat-Kristalle direkter Dampfbehandlung unterwirft und das gebildete kristallwasserfreie D-a-Aminobenzylpenicillin isoliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Entwässerung in einem Gemisch, das mindestens 50 Gewichtsprozent freies Wasser enthält, vornimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB man das Reaktionsgemisch bei einem pH-Wert von etwa 5 bis 5,5 so lange im Vakuum auf 50 bis 55'C erhitzt, bis sich Kristalle von kristallwasserfreiem D-a-Aminobenzylpenicillin gebildet haben. Bei der Bekanntmachung derAnmeldung ist ein Prioritätsbeleg und eine Übertragungserklärung ausgelegt worden.