DE1795600B2

DE1795600B2 - Cephalosporinderivate und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1795600B2
Application number: DE1795600*CA
Authority: DE
Inventors: Vincent Eastcote Pinner Arkley; Stephen Ruislip Eardley; Alan Gibson Greenford Long
Original assignee: Glaxo Laboratories Ltd
Current assignee: Glaxo Laboratories Ltd
Priority date: 1962-12-14
Filing date: 1963-12-14
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DK125138C; CH469023A; BR6355431D0; DE1445828A1; NL7304127A; GB1028563A; DK121861B; AT249861B; DE1795600A1; SE320073B; CH442310A; CS158177B2; SE350509B; CS154598B2; DK125138B; MY6800009A; CY415A

Description

C ^Z

coo®

inderZeine^2-Methyl-,2-HydroxymethyK3-CaΓbamoy^,3-N,N-DimethylcaΓbamoyl-,3-N-HydroxymethylcarbamoyK 3-Methoxycarbonyl-, 3-Äthoxycarbonyl-, 4-Methoxycarbonyl-, 4-N-Hydroxymethylearbamoyl- oder 4-Carbamoylmethylrest bedeutet oder iur zwei Methylreste in 2- und 4-Stellung steht.

2 Verfiihren zur Herstellung der Cephalosponndenvate nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der Formel

CH₂-CO —NH-CH

oder ein wasserlösliches Salz derselben in an sich bekannter Weise in stark polarem Medium mit einem Nucleophil der allgemeinen Formel

worin Z die im Anspruch 1 definierte Bedeutung zukommt, umgesetzt wird.

Aus dem belgischen Patent 6 18 663 ist die 7-(2-Thie- trum sowohl gegen grampositive als auch gegen nylacetamido)~cephalosporansäure bekannt. Ferner gramnegative Organismen aufweisen, wie beispielswird in dieser Literaturstelle allgemein auf die Her- weise im Tierversuch nachgewiesen wurde, in ihrer Stellungsmöglichkeit von Cephalosporinderivaten hin- 45 Wirkung der H'^uunten 7-(2-Thienylacetamido)-cegewiesen, die in der 3-Stellung eine Pyridinium- oder phalosporansaure überlegen sind und außerdem eine substituierte Pyridiniumgruppe tragen. Die Herstel- allgemeine gute Widerstandsfähigkeit gegen den Anlung von Cephalosporinderivaten, die in der 3-Stellung griff durch Penicillase erzeugende Staphylococcen aufeine Pyridiniumgruppe tragen, ist allgemein auch aus weisen. Die Verbindungen besitzen auch eine gute Biochem. J., Bd. 79, 1961, S. 403 bis 407 bekannt. 50 In-vivo-Stabilität. Darüber hinaus besitzen einige

Es wurde nun gefunden, daß bestimmte Cephalospo- dieser Derivate eine große Löslichkeit in Wasser,

rinderivate mit einer 2-Thienylacetamidogruppe in Die Erfindung betrifft daher neue Cephalosporin-

7-Stellung und bestimmten substituierten Pyridinium- derivate der allgemeinen Formel I
gruppen in 3-Stellung ein gutes antibiotisches Spek-

COO¹³

in der Z einen 2-Methyl-, 2-Hydroxymethyl-, 3-Carbamoyl-, S-N^-Dimethylcarbamoyl-, 3-N-Hydroxymethylcarbamoyl-, 3-Methoxycarbonyl-, 3-Äthoxycarbonyl-, 4-Methoxycarbonyl-, 4-N-HydroxymethyIcarbamoyl- oder 4-Carbamoyimethylrest bedeutet oder für zwei Methylreste in 2- und 4-Stellung steht.

3 ν-/ 4

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel I, 4as dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Verbindung der Formel II

CH₂-CO-NH-CH

O=C

s ■■■.

CH₂OCOCH₂

©der ein wasserlösliches Salz derselben in an sich bekannter Weise in stark polarem Medium mit einem Nudeophfl der allgemeinen Formel III ,₅

worin Z die im Anspruch 1 definierte Bedeutung zukommt, umgesetzt wird.

Soweit Salze von Verbindungen der Formel II verwendet werden, eignen sich z. B. die Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalze. Wasser stellt meistens das geeignetste Medium dar, aber in den Fällen, in denen das Nucleophil in Wasser nicht sehr löslich ist, kann auch ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel wie N,N-Dimethylformamid oder Aceton zugegeben werden, obwohl hierdurch leicht die Ausbeute verringert wird.

Die Reaktionstemperatur liegt günstig bei mindestens 15 C, im allgemeinen jedoch unter 70° C.

Die Reaktionsdauer hängt von der angewendeten Temperatur ab, läßt sich jedoch durch einen Vorversuch bestimmen.

Die Reaktionsteilnehmer werden vorteilhaft in einem Verhältnis von einem Moläquivalent der Verbindung Π zu 1 bis 10 Moläquivalenten des Nucleophils verwendet. Der pH-Wert der Lösung wird vorteilhaft in den Grenzen von 5 bis 8, vorzugsweise 6 bis 7, gehalten. Falls notwendig, sollte der pH-Wert der Lösung auf den gewünschten Wert durch Zusatz eines Puffers, wie z. B. Ammoniumacetat oder bei Verwendung eines Alkalisalzes der Verbindung der Formel II, durch Zugabe von z. B. Essigsäure, eingestellt werden.

Das Reaktionsprodukt läßt sich aus der Reaktionsmischung, die z. B. nicht umgesetzte Verbindung der Formel II und andere Substanzen enthalten kann, durch übliche Verfahren abtrennen, zu denen Kristallisation, Elektrophorese, Papierchromatographie oder Behandlung mit einem Ionenaustauschharz gehören.

Ein bequemes Verfahren besteht darin, überschüssige Verbindung der allgemeinen Formel III mit der Verbring der Formel II in Wasser umzusetzen, bis man eine optimale Ausbeute an der gewünschten Verbindung I erzielt hat. überschüssige Verbindung III und ein Teil der nicht umgesetzten Verbindung II werden dann mit einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise Methylenchlorid, extrahiert, und die restliche Lösung wird durch ein Anionenaustauscherharz, z. B. in Form des Acetats, perkoliert, um alle Verbindungen mit freier Carboxylgruppe und den Rest der nicht umgesetzten Verbindung 11 zu entfernen. Die restliche Lösung wird dann konzentriert, z.B. in einem Rotationsverdampfer, und gefriergetrocknet. Der Rückstand kann dann aus einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. Methanol, kristallisiert CO,H

oder durch Fällung gereinigt werden, z. B. aus methanolischer Lösung durch Zusatz von Aceton.

Die hier beschriebenen neuen Verbindungen werden unter Bezugnahme auf die Substanz Cepliam (s. J.A.C.S. 1962, 84, 3400) bezeichnet

Eine erfindungsgemäße Verbindung von besonderer Bedeutung ist N-^'-Thienylacetainidoceph-S-em-3-ylmethyl)-2"-methylpyridinium-4-carboxylat

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die folgenden Beispiele angegeben. Die UV-Absorption betrifft Lösungen in Wasser oder wäßrigem Phosphatpuffer von pH 6,0. Die Schmelzpunkte der Verbindungen wurden in Kapillarröhrchen gemessen.

Die Paj.ierchromaiographie wurde auf mittelstarkem Papier, gepuffert mit 0,1-m Natriumacetat pH 5, ausgeführt. Als Lösungsmittelsystem wurde Essigester /n-Butanol,/0,1 -mNatriumacetat 8:1:8 verwendet. Die Chromatographie wurde absteigend durchgeführt.

Die Llektrophorese wurde auf starken Papieren bei einem Gradienten von 30 Volt pro Zentimter ausgeführt. Verwendete Pufferlösungen:

a) pH 1,9: Essigsäure/Ameisensäure/Aceton/Wasser

84.17:105:495;

b) pH 7: 0,05-m Dinatriumhydrogenphosphat (pH-Wert mit Phosphorsäure eingestellt).

Die Fraktionen auf den Papierchromatogrammen und Elektrophoretogrammen wurden bei Bestrahlung der Papiere mit UV-Licht als dunkle Flecken aufgefunden. Zwitterionen liefen als Basen in der Elektrophorese bei pH 1,9, wurden jedoch bei pH 7 nicht bewegt.

Beispiel 1

N-(7,2'-Thienylacetamidoceph-3-em-3-ylmethyl)-2"-methylpyridinium-4-carboxylat

10 Äquivalente a-Picolin wurden unter Rühren zu einer Suspension von 5 g 7,2'-Thienylacetamidocephalosporansäure in 45 ml Wasser gegeben. Die Säure löste sich auf und ergab eine Lösung von pH 6,5. Diese Lösung wurde 16 Stunden bei 46° C unter Stickstoff stehengelassen und dann viermal mit je 20 ml Methylenchlorid extrahiert. Nachdem die Lösung dann in einem Rotationsverdampfer bei weniger als 4O⁰C konzentriert worden war, wurde sie über eine Säule eines stark basischen Anionenaustauschers gegeben. Die Eluatfraktionen, welche die gewünschten Pyridinderivate enthielten (polarimetrisch gemessen), wurden vereinigt und gefriergetrocknet. Der gefriergetrocknete Feststoff wurde in Methanol gelöst und die erhaltene Lösung zu etwa 500 ml Aceton gefügt, wobei man einen weißlichen Niederschlag erhielt.

Ausbeute U3g (29%). ^ 235 bis 237 π* (EJl = 301); L^ 255 mu (EJ* = 246); L·^ 262 bis 263 ηΐμ (EJ* = 254); [a]₀ = +82° (c = 0,93 in Wasser),

Analyse für C₂₀H₁₉N₃O₄S₂ · 2^H₂O:

Berechnet ... C 50,6, H 5,1, N 8Ä S 13,5%; gefunden .... C 50,75, H -i.0, N 9,2, S 144%.

Beispiel 2

, _LJ ίο N-<7^'-1TiienylacetamidocepQ-3-em-3-yhnethyl)- 2'^4"-dimethylpvridiiuum-4-carboxylat

Die Verwendung von 2,4-Lutidm, ähnlich Beispiel 1, lieferte 934 mg (17%) des gewünschten Derivats. λ^ 230πϋι (E* = 326); L*. 254πΐμ (EJ*. = 251); iZ 262 ml fef = 256); [a]„ = +88° (c = 0,95 in Wasser das eine Spur Dimethylformamid enthielt).

Analyse für C₂₁H₂₁N₃O₄S₂ -2H₂O: Berechnet ... C 52,6, H 53, N 8,8, S 13,4%;

gefunden .... C 52,4, H 5,5, N 7$, S 13,9%.

Beispiel 3

N-(7,2'-Tbieny!acetamidoceph-3-em-3-yhnethyl)-3"-carbamoylpyridinium-4-carboxylat

7,1 g Nicotinamid (4.6 Äquivalente) wurden unter Rühren zu einer Suspension von 5 g 7,2'-ThienyIacetamidocephalosporansäure ia 45 ml Wasser gegeben. Die Säure löste sich auf und lieferte eine Lösung vom pH 3,8. Diese Lösung wurde 16 Stunden bei 46^CC unter Stickstoff stehengelassen und dann viermal mit

je 20 ml Metbylenchlorid extrahiert. Die Lösung wurde nach Einengen ei einem Rotationsverdampfer bei <40rC durch eine Saide aus einem quaternären Ammoniumionenaustauschbarz in Acetatform !aufeugelassen. Die Eluate, welche das gewünschte Nicotinamidderivat enthielten (polarimetrisch bestimmt) wurden vereinigt und gefriergetrocknet. 8,17 g gefriergetrockneter Feststoff wurden fünfmal mit je 100 ml Aceton aufgeschlämmt, um Nicotinamid zu entfernen, aber das verbleibende Nicotinamidderivat (2,14 g) enthielt immer noch etwas Nicotinamid. Durch weitere Behandlung mit fünfmal je 100 ml Aceton konnte das Produkt nicht völlig von Nicotinamid gereinigt werden, aber durch dreimaliges Ausreiben mit je 50 ml Methanol wurde dieses vollständig entfernt, und man erhielt 602 mg (10%) des Nicotinamidderivats in Form eines festen weißen Stoffes, A^_x 235mx (E\% = 361): 2^ 254 πΐμ (EJ* = 287); λ_ΜΙ 260 mx (EJ* = 292); [α]₀ = +23° (c = 0,86 in Wasser, das eine Spur Dimethylformamid enthielt).

ZoH₁₈N₄O₅S₂^H₂O:

Berechnet ... C46,9, H4.7, N 10,9, S 12.5%; gefunden .... C 46,5, H 4,8, N 11,3, S 12,9%.

Beispiele4bisll

Die Verbindungen dieser Beispiele wurden durch Umsetzung von 7,2'-Thienylacetamidocephalosporansäure mit dem gewählten Nucleophil in analoger Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Art des Nudeophils und die physikalischen Konstanten der erhaltenen Verbindungen.

Tabelle 1 Beispiel Nudeophil

Ausbeute /_„

E|*

Λ»

CONHCH₂OH 22 235

351

261

276 27*

CONHCH₂OH

Λ V

17

230

342

260—261 284 16^C**)

COOCH,

8,4 266

448

264—265 282

CH₅CONH,

8.3 235—236 356

253

279 —

*) Drehwerte vmrden in etwa J%igen wäßrigen Lösungen gemessen. ·*) 20% Dimethylformamid - Wasser.

Fortsetzung

Beispiel Nucleophil

Ausbeute /.,„

(ηΐμ) E',1

Eil Μ = *)

CON(CHj)₂

19 235

356 260

253 30°

COOCH₃

/V-COOC₂H₅

23

21

236—237

234 315

308

260

261

257

242

30°

44°

11 I_nJ-CH₂OH 15 237,5

*) Drehwerte wurden in etwa l%igen wäßrigen Lösungen gemessen.

368

262,5

340

78°

(Fortsetzung)	Gefunden C	H	N	S	Summenformel	Berechnet (%) C H	4,6	N	S
Bei spiel	48,3	4,5	10,4	12,1	C₂₁H₂₀N₄O₆S₂^H₂O	48.1	4,7	10,7	12,2
4	47,55	4,35	10,6	11,6	C₂₁H₂₀N₄O₆S₂-^₂H₂O	47,3	4,6	10,5	12,0
5	52,1	4,6	8,1	12,8	C₂₁H₁₉N₃O₆S₂ · CH₃OH	52,3	5,2	8,3	12,7
6	46,7	5,2	10,7	12,0	C₂₁H₂₀N₄O₅S₂-4H₂O	46,3	5,0	10,3	11,8
?	51,0	5,2	10,8	12,9	C₂₂H₂₂N₄O₅S₂-IV₄H₂O	51,0	4,4	10,8	12,4
8	50,3	4,8	8,55	13,0	C₂₁H₁₉N₃O₆S₂ ■ l'/₂ H₂O	50,4	4,5	8,4	12,8
9	53,1	4,9	8,8	12,4	C₂₂H₂₁N₃O₆S₂-V₂H₂O	53,2	4,9	8,5'	12,9
10	52,6	4,9	8,6	13,75	C₂₀Hj₉N₃O₅S₂ · CH₃OH	52,8		8,8	13,4
11

Die Verbindungen der vorliegenden Anmeldung besitzen hervorragende antibakterieUe Eigenschaften sowohl gegen grampositive als auch gegen gramnegative Mikroorganismen, und zwar sowohl in vitro als auch in vivo. Hierin sind sie dem bekannten 7-(2-Thienylacetamido) - cephalosporansäure - natriumsalz, das nachstehend mit dem Triviamamen Cephalothin bezeichnet wird, erheblich überlegen, wie die nachstehend beschriebenen Vergleichsversuche zeigen.

Beschreibung der Versuche

Die antibakterielle Wirksamkeit in vitro der Cephalosporinderivate wurde gegen eine Reihe grampositiver und gramnegativer Mikroorganismen unter Verwendung der zweifachen Reihcnverdünnungstechnik in geeignetem Nährmedium untersucht. Die Ergebnisse werden als die niedrigste Konzentration in μ§ ml ausgedrückt, die ein sichtbares Wachstum nach 24stündiger Inkubation bei 37 C verhindert. Hierzu werden Reagenzgläser, die 2 ml Nährbrühe enthielten.

mit einem Tropfen Brühe oder Kochsalzlösungssus pension derart inokuliert, daß eine Endkonzentration von etwa 0,5 · 10⁶ Organismen/ml erhalten wurde.

Die In-vivo-Tierversuche wurden an Mäusen durchgeführt, die experimentell mit einer Reihe von grampositiven und gramnegativen Mikroorganismen infi- ziert wurden. Die verabreichte Dosis Organismer (ungefähr LD₁₀₀ ■ 5) war ausreichend, um unbehan delte Mäuse innerhalb von 24 Stunden zu töten, wem sie intraperitoneal in OJl ml physiologischer Koch Salzlösung injiziert wurden. Die zu untersuchendei

Substanzen wurden in 0,2 ml subkutan an Gntppei

von je 3 Mäusen in jeder verwendeten Dosierung höhe 'j. 4, 8. 24 und 32 Stunden nach der Infektioi injiziert.

In der folgenden Tabelle 11 sind die erhaltene

primären ln-vitro- und in-vivo-Aktivitäten, d h. Akt vitäten gegenüber einer repräsentativen Reihe vo grampositiven und gramnegativen Organismen g< zeigt.

509539/41

ίο

Tabelle II

Verbindung \ „ /~' von ^b

Primär in vitro Primiir in vivo

Beispiel

C-CH-T- >,

O = C-

coo-

Staph. Staph. aureus aureus 604 663

Staph.
aureus
3452

E. coli
S73

S. typhimurium
804

Pr. mira-

WHs

431

Staph. aureus 663

E. coli 573

Ce- Acetoxy

phalo-

1 a-Picolin

2 2,4'Lutidin

3 Nikotinamid

2-Hydroxymethylpyridin

6 Isonikotinsäuremethylester

4 N-Hydroxymethylnikotinamid

5 N-Hydroxymethyl-isonikotinamid

7 Pyridin-4-acetamid

8 N-Methylnikotinamid

9 Nikotinsäuremethylester 10 Nikotinsäureäthylester

1,25 0,16 1,25 125

1,25

2,5

0,32

0,08

0,32

0,16

2,5 0,62 0.62 0,3

0,04 0,08 0,04 0,04 0,25 0,04 1,6
1,6
1
<0,5

16

<4

16

16
16

8
<4

>25 >25

0,08 <0,5 <4 <4

0,08 0,08 0,16 0,08

<0,5
4

<4

<4
<4

16

62

16

31

16

62

31

12,5
2,5

2,5
10
5

10

12,5

15

25

15

10

50 40

In der folgenden Tabelle III wird die sekundäre In-vivo-Aktivität der interessanteren Verbindungen von Tabelle I gezeigt, d. h., es wurde die Aktivität gegenüber einer weiteren Anzahl von Mikroorganismen getestet.

Tabelle III

Untersuchte

Substanz Staph.
aureus
11092

Sekundäre In-vivo-Aktivität ED₅₀ in mg/kg/Dosis

Cepha- > 25

lothin

Beispiel

Siaph.
aureus
11 127

Staph. aureus 11 171

E. coli 086

E. coli 4 A.aero-

genes

- 50 > 200 >

1.5
1.5

2.5 <0,75

1.5
3

1,5
1

10 6,25 0.75 0,75

<0.75 2.5 <0.75

15

10 10 25 <3 >25

7.5

>25

-25

Pt. mira-

bilis

431

35

10
>25

35
>25
>25

10

Pr. mira-

bilis

40

IO

20

Pr. mira- S. typhi- S. typhibilis murium munum

804 478

10

>25

>50

25

>25

>25 >25 >25

Aus der obigen Tabelle II ergibt sich, daß die Verbindungen der vorliegenden Anmeldung eine sehr gute Wirksamkeit gegen grampositive und gramnegative &> Orgnmen zeigen und im allgemeinen der Vergleichsverbindung Cephalothin hinsichtlich der Wirksamkeit gegen gramnegative Organismen überlegen sind.

Aus Tabelle HI geht hervor, daß das Cephalothin hinsichtlich seiner In-vivo-Wirksamkeit den Verbin- 6$ düngen der vorliegenden Anmeldung erheblich unter legen ist. Dieses Ergebnis ist von besonderer Wichti keit. da es für die praktische Wirksamkeit auf c In-vivo-Aktivität ankommt.

Zu den in Tabelle Ul aufgeführten Staph.-aurti Stämmen ist zu bemerken, daß sie sämtlich für Mai virulent und gegen Penicillin resistent sind. A Tabelle 11 ist Staph. aureus 604 peniciUinresiste ebenso Staph. aureus 3452. Staph. aureus peniciHinempfindlich.

Claims

Patentansprüche:
1. Cephalosporuiderivate der allgemeinen Formel

S
C Ji-CH₂-CO-NH-CH-CH CH₂

\/ III _#

^s CO-N C-CH₂-N