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Verfahren zur Herstellung von niederen N-Alkylderivaten basischer
Antibiotica [Ausscheidung aus Patent . ... ... (Patentanmeldung R 34 844 IVb/120)]
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von niederen N-Alkylderivaten
von Kanamycinen und Paromomycinen sowie von deren Additionssalzen und quaternären
AmmoniumverbindunSen.
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Das erfindung ;sgemäße Verfahren besteht darin, daß man die basischen
Antibiotica in an sich bekannter Weise entweder nach Leuckart oder durch Umsetzung
mit einem Aldehyd oder Keton in Gegenwart von Wasserstoff und einem Hydrierungskatalysator,
wie platinoxyd, Palladium ode Nickel, bzw. in Gegenwart von naszierendem Wasserstoff
reduktiv alkyliert, wobei die eingeführten Alkylreste geradkettige oder verzwigte
Alkylreste und substituierte Alkylreste mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen in dem Alkylteil
sein
Können, und gegebenenfalls die erhaltenen @erbindungen in an sich bekannter Weise
in Additionssalze @@er @atenäre @@@@-niumverbindungen überführt.
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Als Substituenten für die Alkylreste kommen, @@@ern der Alkylrest
nur ein Kohlen
stoffatom enthält, @@stitulerte Arylgruppen In Frage, wobei die Substituenten der
Arg@@ruppen Hydroxy-, niedere Alkoxy- mit 1 bis @ Kohlenstol@atomen, Trifluormethyl-,
Amino gruppen und niedere Alkylamine @ruppen der allgemeinen Formeln R1-NH- und
und R2 niedere Alkylgruppen mit
sein @@nnen, worin R1 5 Kohlenstoffatomen bedeuten.
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An substituierten Alkylgruppen mit mindestens 2 Komlenstoffatomen
in der Aikyl;ruppe I:o7men insbesondere Allylogruppen mit nachstehenden Substituenten
in Frage: hydroxy-, niedere Alkoxy- mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Aryloxy- und
Trifluormethylgruppen; niedere Alkylaminogruppen der allgemeinen formeln R1-NK-
und
worin R1 und R2 gleiche oder verschiedene niedere Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen
bedeuten, Arylgruppen und substituierte Arylgruppen, @@-Sei die Substitidenten der
Arylgruppen Hydroxy-, alkyoxy- mit 1 bis @ Kohlenstoffatomen, Triflaornetlyl- und
mino gruppen und niedere Alkylaminogruppen der allgeneinen Formeln R2-NH- und
sein @@nnen, @orin R1 @@ R nieuere Alkylgruppen mit 1 @@@ @ @ohlenstoffato@en bedeuten.
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@@ @@de @ber@@ enderweise @efunden, daß die erfindung@emäß @@@@gestellten
neuen @@enischen Verbindungen frei von der Toxi-@@t@t der Aus @an@smaterialien sind;
sie sind entweder von der antibiotisehen Wirksamkeit derAusgangsmaterialien völlig
frei @@er @@@ben eine in V @ liech su den Aus an smaterialien stark herabgestete
antibictiscle Wirksamkeit. Daneben bestizen die erfindung @@@@ er estellten Verbindungen
eine stark senkende Win@@@ auf den olesterinspie el im @@@@@. Da die erfindungs-@@@@@@@@
@@@@@@@ten Verbindungen die Toxizität und die antibl@-@@@@@@ @@@@@@@@ @@@ der Aus@an
@smaterlalien nicht zeigen, können sie @@@ @@@ @@@ @eitspannen verabreicht werden
und sind dadher @@@ @@@@@@@@@ von Arteiosklerose und ve@@andten Enkrankungen, Für
welche bekanntlich die Serumlipide eine ursächliche Rolle spielen, wertvoll.
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Die bisher sur Senkung des Cholesterinspiegels verwendeten Mittel
haben im allgemeinen durch ihre Art der Einwirkung auf den Patienten be@in@te Nachteile,
die besonders gravierend deshalt sind, @eil Bel andlungen zur Senkun des @clesterinspiegels
@@ Blut und sur Hiedrighaltung des Glolesterinspiegels im @lut sie@ @@@ @@@@ @ iträume
erstresken.
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Verschiedene der bekannten Mittel wirken bei der Biosynthese des Cholesterins
im Organismus mit und verursachen die Bildun anderer Verbindungen neben dem Cholesterin
selbst, insbesondere führen sie zu einer Anhäufung des Desmosterins (J.Avigan und
D.Steinberg, Lancet, 1962, Seite 572).
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Andere Mittel führen zu Funktionsstörungen der Leber und des Magendarmtraktes
(K.G.Berge und Mitarbeiter, Am.J. of Med., Bd. 31, 1961, Seite 32-33).
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Wieder andere bekannte Mittel zur Senkung des Cholesterinspiegels
führen zu einer Steigerung des Grundumsatzes (D.O.Mintz und Mitarbeiter, New Engl.J.Med.,
Bd. 266, 1962, Seite 811).
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Schließlich gibt es noch Mittel, die eine übermäßige Herabsetzung
der Blutgerinnung zur Folge haben, wenn gleichzeitig mit ihnen blutgerinnungshemmende
Mittel verabreicht werden, wie sie bei den an überhöhtem Cholesterinspiegel erkrankten
Patienten im allgemeinen notwendig sind (S.D.Roberts J. Ath Res., Bd. 3, 1963, Seite
657); diese zuletzt genannten Mittel fUhren auch zu einer Gewichtszunahme der Patienten,
was gerade bei diesen Patienten meist auch schädlich ist (M.F.Oliver, Practitioner,
1964, Seite 428).
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Die Nebenerscheinungen bekannter Mittel rühren daher, daß diese Mittel
im allgemeinen vom urganismus resorbiert Werden. h's wurde festgestellt, daß die
erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen den Cholesterinspiegel nach einem anderen
Mech@-nismus
senken und die auf die Resorption zurückgehenden Schädhohen
Nebenerscheinungen nicht haben. Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen werden
nämlich nicht resorbiert; sie werden im Darmtrakt wirksam und beeinflussen dort
die Absorption des Cholesterins und der Gallensäure, sei es indem sie die Emulgierung
der Fette verhindern, sei es indem sie die Gallensäuren im Darmtrakt binden (Nature,
Bd. 2o4, Nr. 4965, S. 1306).
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Daß die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen vom Organismus
nicht resorbiert werden, ergibt sich auch daraus, daß diese bei Verabreichung durch
Injektionnicht wirksam werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Weise durchgerUhrt werden,
daß man die Alkylierung reduktiv durch Umsetzung des basischen Antibioticums mit
einem Aldehyd oder Keton in Gegenwart von Ameisensäure nach leuckart erfolgen läßt.
Aldehyde vedienen vor dem Keton den Vorzug in Anbetracht ihrer besseren Reaktionsfähigkeit.
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Eine andere Möglichkeit, zu den erfindungsgemäßen Verfahrensprodukten
zu gelangen, besteht darin, Wasserstoff entweder in Form von naszierendem Wasserstoff,
beispielsweise durch Metall und Saure einzusetzen oder gasförmigen Wasserstoff zuZsmnen
mit einem hydrierungskatalysator anzuwenden, z. B Platinoxyd, Palladium oder Nickel.
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Grundsätzlich bestehen die Verfahren zur reduktiven Alkylierung von
Aminen in der Addition der Aminogruppe an der Carbonylgruppe eines Aldehyds oder
eines Ketons und der Rekduktion der Additionsverbindung oder ihres Dehydratationsderivats.
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Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die nachstehenden
Gleichungen.
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Verfahrensart I
In diesen Formeln bedeuten R und R' gleiche oder voneinander verschiedene Alkyl-
oder substituierte Alkylreste, wie sie oben definiert wurden.
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Die Umsetzung wird in einem Ldiungsmittel bei Zimmertemperatur in
Gegenwart eines Hydrierungskatalysators durchgeführt.
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Palladium, Platinoxid und Nickel sind Beispiele für geeignete Katalysatoren,
doch können auch andere bekannte Katalysatoren gut verwendet werden. Wasser ist
ein geeignetes Lösungsmittel
und wird vorzugsweise mit einer Säure,
beispielsweise Essigsüure, zur vollstädigen Löslichmc ung des Amins verwendet, doc@
sind auch andere Lösungsmittel ebenfalls geeignet.
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Verfa rensart II
In diesem Sc..ema bedeuten R und R' gleiche oder verschiedene Alkyl- oder substituierte
Alkylgruppen, wie sie oben definiert wurden.
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Die Umsetzung wird in einem Lösungsmittel bei der RU¢kflußtemperatur
des Gemischs in Gegenwat von Ameisensäure und dem Aldehyd, beide im Überschuß, durchgeführt.
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Wird Formaldehyd verwendet, so kann das N-Monomethylderivat nioht
isoliert werden. Die entsprechenden Reaktionen verlauten dann unter den gleichen
Arbeitsbedingungen wie folgt.
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Verfahrensart I
In diesen Formeln bedeutet ! einen Alkyl- oder substituierten Alkylrest, wie er
oben definiert wurde.
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Verfahrensart II
In diesen Formeln bedeutet R einen Alkyl- oder substituierten Alkylrest, wie er
oben definiert wurde.
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Aus den obixen Ausführungen ist ersichtlich, daß die reduktive Alkylierung
entweder alle oder zumindest eine der in den Aus-# gengsantibiotica vorhandenen
Aminogruppen angreifen kann. In ähnlicher Weise kann die reduktive Alkylierung jede
primäre
Aminogruppe in eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppen
über-Führen. Diese Modifikationen stellen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
dar.
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Die oblgen erfindungsgemäßen N-alkylierten Verbindungen lassen sich
leicht in die entsprechenden quaternären Ammoniumverbindungen unter Anwendung an
sich bekannter Methoden überführen.
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Zu diesem Zweck wird die R aktion vorzugsweise bei Zimmertemperatur
in einem inerten Läsungsmittel, beispielsweise Acetonitril, durchgeführt. Die Herstellung
der quaternären Ammoniumverbindungen gehört zum Bereich der voriegenden Erfindung.
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Zu Beispielen pharmazeutisch verwendbarer quaternärer Ammoniumverbindungen
gehören Chlor-, Brom- oder Jodmethylter oder -äthylate und Chlor- und Brombenzylate
oder -allylate.
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Zu Beispielen pharmazeutisch verwendbarer Additionssalze gehören die
Hydrochloride, Sulfate, Phosphate, Maleinate, Fumarate, Succinate, Tartrate, Oxalate,
Citrate, Methansulfonate und Äthansulfonate.
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Die erfindungsgemäß hergestellten P odukte wurden Menschen und Tieren
oral mehrere Wochen lang verabreicilt. Während der Versuche wurde eine beträchtliche
Herabsetzung der Cholesterinspiegel ohne @rgendeine Spur von Toxizität ezielt.
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Die tägliche Mindestdosis beträt etwa 1 (als Ge@icht der Base) für
den Mense@en, doch können auch viel @@@ere dosen verabreicht werden. Bevorzugte
Dosen liegen zwisclen 2 und 20 (als Gewicht der Base) je Taä.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen können oral in jeder
für dieser Verabreichung bekannten pharmazeutiseien Form gegeben werden. Zu beispeilen
plarmazeutischer Formen ge@ören Pulver, Kapseln, Tabletten, Sirupe und Präparatfor@en
mit gesteuerter Freisetzung, wobei die Kapselfor@ in der Pra@is bevorzugt wird.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel 1 180 ml Wasser und 23 g 35 @ige Fromaldehydlösung werden
in ein Hydrierungsgefäß eingebracht und 10 g handelsübliches Kanamycinsulfat werden
in dem Gemisch gelöst, 600 m@ Platinoxyd werden dann zugesetzt, und das Gemisch
wird 4 Stunden unter einem Wasserstoffdruck von 3 kg/cm3 geschüttelt. Nach dieser
Reaktionszeit wird der nicht umgesetzte Wasserstoff entfernt und der Katalysator
abfiltriert. Es werden wieder 600 mg PlatinoJyd zugegeben, und das Gemisch wird
Uber Nacitunter einem Wasserstoffdruclc von 3 kg/cm2 geschüttelt. Der nicht umgesetzte
Was@@@@toff
wird @ann @@gelassen, Ger Katalysator durel Filtrieren entfernt und cas Lösungsmittel
unter vermindertem Druck @@@@@@@t.
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Der Rückstand wird mit absolutem Athanol bedeckt. Nach Verreiben @ird
eine Suspension erhalten, und der Nie@erschla@ wird ab-@ltriert und getr@@kent.
Man or @lt 10,5@ - N-methyliertes Kan@@@@einsulfat. @ieses Produkt ist fret von
der antibiotischen Wirksamkeit des als Ausgangsprodukt verwendeten Kanamycinsulfats
@@ en @@@erichia coli und Micrococcus pyo@enes var. aureus (ATCC @@@8P).
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Das er@ altene Produkt wird in 400 ml Wasser (kohlendioxydfrei) gelöst
und die @@@@@; auf eine Säule von 120 ml eines stark basisehen Anionenaustauscherharzes
mit quaternären Ammoniumgruppen mit dem Vernetzungsgrad @ (@@roment @ehalt divinylbenzol
im Hars) aufgebracht. Die Elution wird mit 500 ml Wasser durchgeführt. Das Eluat
wird zur Trockne eingedampft und der Rückstand in absolutem ethanol aufgenommen,
das anschließend verdampft wird. Der Rückstand wird in heißem Aceton gelöst. Durch
Abkühlen erhält man 7,150 g N-methyliertes Kanamycin.
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Wird N-methyliertes Kanamycin durch aufsteigende Papierchromatographis
an Schleicher & Schüll-Papier No. 2043 (mit Säure gewaschenes Papier) in dem
System n-Propanol/Essigsäure/Pyri-
Gin/Wasser (9:1:1:10) und anschließenden
Nachweis mit Ninhydrin @ rüft, so wird ein @leck mit Rf = 0,48 (# 0,03) erhalten.
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@nter den gleichen Medingungen wird mit dem Ausgeangskanamycin (@ase)
ein Fleck mit Rf = 0,42 (# 0,03) erhalten.
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Beispiel 2 150 ml Wasser werden in ein Hydriergerfäß eingebracht und
21,6 g Paromomyeinsulfat werden darin gelöst, 600 mg Platinoxyd und @@ ml 30%ige
F rmaldehydlösung werden zugegeben und das Gemisch .-ird 4 1/2 Stunden unter einem
Wasserstoffdruck von 7 kg/cm2 geschüttelt. Nach dieser Reaktionszeit wird nicht
umgesetzter Wasserstoff entfernt und der Katalysator durch Filtrieren entfernt.
600 mg Platinoxyd werden erneut zugegeben und das Gemisch wird 6 Stunden unter einem
Wasserstoffdruck von 5 kg/cm2 geschüttelt. Der nicht umgesetzte Wasserstoff wird
dann entfernt, der Katalysator abfiltriert und dar, Lösungsmittel unter vermindertem
Druck abgedampft. er Rückstand wird rnit absolutem htiianol bedeckt. Nach Verreiben
wird eine Suspension erhalten und der Niederschlag wird abfiltriert, nut mit lletnanol
gewaschen und getrocknet. Man er-@ält 23 g N-methyliertes Paromomycinsulfat. Das
erhaltene Produkt wird in 1 1 w@sser (kohlendioxydfrei) gelöst und die Lösung auf
eine Säule von 200 ml eines stark basischen Anionenaustauscherharzes
mit
quaternären Ammoniumgruppen und dem Vernetzungsgrad 8 (Prozentgehalt des Divinylbenzol
im Harz) gebracht. Die Elution wird mit 1 1 Wasser vorgenommen. Das Eluat wird ur
Trockne eingedampft und der Riickstand in absolutem Athanol aufgenommen, das anschließend
verdampft wird. Der Rückstand wird in heißem Aceton gelöst. Druch Abkühlen erhält
man 19 g freie N-methylierte Paromomycinbase. Diese beiden Produkte sind frei von
der antibiotischen Wirksamkeit des als Ausgangsmaterial verwendeten Paromomycinsulfats
gegen Escherichia coli und Micrococcus pyogenes var. aureus (ATCC 6538P).
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Beispiel 3 5 g N-Methylierte Kanamycinbase, die wie in Beispiel 1
beschrieben erhalten wurden, werden in heißem Athanol gelöst, aus dem beim Abkühlen
Octa-N-methylkanamycinbase auskristallisiert; [α]D23 = 121° (c = 1 in 0,1
n H2SO4) F. 2o8 bis 210°C.
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Ein 1, g Aliquot Octa-N-methylkanamycinbase werden in 70 ml absolutem
Methanol gelöst. Diese Lösung wird mit 430 ml Acetonitril und 14,6 g Methyljodid
versetzt. Dann wird die Mischung 1 Woche bei Zimmertemperatur stehengelassen und
dann mit weiteren 14,6 g Methyljodid versetzt.
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Nach weiterem 1-wöchigen Stehen be Zimmertemperatur wird die Läsung
unter vermindertem Druck auf ein Endvolumen von 125 ml
eingeengt.
Der Niederschla; wird abfiltriert und mit Methylenchlorid gewaschen, wobei 3,5 @@ta-N-methylkanamyeintetramethjodid
Zers. 214°C erlalten werden.
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Beispiel L 200 ml trockenes Methanol werden in ein Hydriergeräß gebracht
und 8,5 g Tetrabenzylidenkanamyein darin gelöst. Damwerden 300 mg Platinoxyd zugesetzt
und die @@selung 15 Stunden unter einem Wasserstoffdruck von 2 kg/cm2 geschüttelt.
Nach dieser Reaktionszeit wird restlicher Wasserstoff entfernt, der Katalysator
abfiltriert und das Lösungsmittel unter verminderten Druck abgedampft.
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Der Rückstand wird gewonnen und mit absolutem Athanol durchgerieben.
Nach Umkristallisation aus einer 4:1-Mischung von absolutem Athanol und Methanol
erhält man Tetra-N-benzylkanamyeinbase vom F. 197,5 bis 198,5° [#]D23 = + 84°C (c
= 1, 1 % in n/10 H2SO4).
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Das oben verwendete Tetrabenzylidenkanamycin wird wie folgt erhalten:
2C £ handelsübliches Kanamycinsulfat : : erden in 100 ml Wasser gelöst und der pH-Wert
der @ sung wird mit 2.n Natronlauge auf
12 gestellt. Dann werden
17 ml @enzaldelyd unter heftigem Rühren, zugesezt. Das Lühnen wird nach Beendigun
der Zugabe noch 18 Stunden fort @eret@t. Man erhl@lt se ein 01, welches bie Stehen
erstarrt. Das @@@sun s@ittel wird abfiltriert und der Niederschlag wird getrocknet,
wobei man Tetrahenzylidenkanamycin vom Zers.-Punkt 3405C er @lt.
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Beispiel 5 19,3 @ Tetrs-N-benzylkana@ einbase, ler@estellt wie in
Beispiel 4 besclrieben, werden lan @@@ zu einer Mischung von 25, @ ml 99 bis 100
iger @@e@sensäure und 2,4 ml Wasser gegeben. Dann werden @ @,5 ml einer @5%igen
Fer@aldehyddlösung zugesetzt und die Misehung wird 15 Stunden zus Rückflu? erhitzt.
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Danach wird das @sungsmittel unter vermindertem Druck unter Zurücklassung
eines Gels abgenogen. Der Rückstand wird mit 10 ml n Salssäure aufgenommen, die
anschließend wieder verdampft/wird. Der erhaltene Rüclstand wird in Wasser @elöst.
Durch Zugabe von @ n Natronlauge auf einen pH-Wert von etwa @ er@ält man einen Nieders@@la@
der mit Chloroform extrahiert wird. Der organische Extrakt wird dann über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck zur Trockne gebracht. Der
Rückstand wird gewonnen und mit P@troläther K 10 bis 10°C bedeckt und durckgerieben.
Nach Filtration und Trocknen erhält man Tetra-N,N',N",N"' benzyl-tetra-N,H',N",N"'-methylkanamycin
vom F. 118 bis 120°C.