DE1795600C3

DE1795600C3 - Cephalosporinderivate und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1795600C3
Application number: DE19631795600
Authority: DE
Inventors: Vincent Eastcote Pinner; Eardley Stephen Ruislip; Long Alan Gibson Greenford; Middlesex Arkley (Großbritannien)
Original assignee: Ausscheidung aus: 14 45 828 Glaxo Laboratories Ltd., Greenford, Middlesex (Großbritannien)
Priority date: 1962-12-14
Filing date: 1963-12-14
Publication date: 1976-04-29

Description

CH,-CO — NH-CH

O=C

-N CH₂OCOCH.,

CO₂H

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-Thienylacetamido)-cephalosporansäure bekannt. Ferner wird in dieser Literaturstelle allgemein auf die Herstellungsmöglichkeit von Cephalosporinderivaten hingewiesen, die in der 3-Slellung eine Pyridinium- oder substituierte Pyridiniumgruppe tragen. Die Herstellung von Cephalosporinderivaten, die in der 3-Stellung eine Pyridiniumgruppe tragen, ist allgemein auch aus Biochem. J., Bd. 79, 1961, S. 403 bis 407 bekannt.

Es wurde nun gefunden, daß bestimmte Cephalosporinderivate mit einer 2-Thienylacetamidogruppe in 7-Stellung und bestimmten substituierten Pyridiniumgruppen in 3-Stellung ein gutes antibiotisches Spektrum sowohl gegen grampositive als auch gegen gramnegative Organismen aufweisen, wie beispielsweise im Tierversuch nachgewiesen wurde, in ihrer Wirkung der bekannten 7-(2-Thienylacetamido)-cephalosporansäure überlegen sind und außerdem eine allgemeine gute Widerstandsfähigkeit gegen den Angriff durch Pcnicillase erzeugende Staphylococcen aufweisen. Die Verbindungen besitzen auch eine gute In-vivo-Slabilität. Darüber hinaus besitzen einige dieser Derivate eine große Löslichkeit in Wasser.

Die Erfindung betrifft daher neue Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel I

-CH₁- CO — NH -CH — Cl I Cl 1,

CO-N C -CH,- N

COO

in der Z einen 2-Methyl-, 2-Hydioxymethyl-, 3-Carbamoyl-, 3-N.N-Dimethylcarbamoyl-. 3-N-Hydroxymelhylcarbamoyl-, 3-Methoxycarbonyl-. 3-ÄlhoxycarbonyI-. 4-Mclhoxycarbonyl-, 4-N-Hydroxymethyleaibamoyloder4-Carbamoylmethylrcst bedeutet oder für zwei Mclhylrcstc in 2- und 4-Stellui.g steht.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel das dadurcii gekennzeichnet ist, daß eine Verbindung der Formel 11

/'-CH₂-CO-NH-CH i

U = C N

ClUOCOCH,

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

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

Soweit Salze von Verbindungen der Formel 11 verwendet werden, eignen sich z. B. die Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalze. Wasser stellt meistens das geeignetste Medium dar, aber in den Fallen, in denen das Nucleophii in Wasser nicht sehr löslich ist, kann auch ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel wie Ν,Ν-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 Reaktionsteilnehmcr werden vorteilhaft in einem Verhältnis von einem Moläquivalent tier Verbindung II 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 Formell] 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 111 mit der Verbindung der Formel II in Wasser umzusetzen, bis man eine optimale Ausbeute an der gewünschten Verbindung I erzielt hat. überschüssige Verbindung Ul und ein Teil der nicht umgesetzten Verbindung II werden dann mit einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise Methylcnchlorid, extrahiert, und die restliche Lösung wird durch ein Anionenauslauscherharz, z. B. in Form des Acetats, pcrkolierl. um alle Verbindungen mit freier Carboxylgruppe und den Rest der nicht umgesetzten Verbindung II zu entfernen. Die restliche Lösung wird dann konzentriert, ζ. B. in einem Rotationsverdampfer, und gefriergetrocknet. Der Rückstand kann dann aus einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. Methanol, kristallisiert CO₂H

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

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

Eine ernndungsgemäße Verbindung von besonderer Bedeutung ist N-(7,2'-Thicnylacetamidoceph-3-em-3-ylmelhyl)-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 Papierchromatographic wurde auf mittelstarkem Papier, gepuffert mit 0,1-m Natriumacetat pH 5, ausgeführt. Als Lösungsmittelsystem wurde Essigcstern-ButanolO,l-mNatriumacetat 8:1:8 verwendet. Die Chromatographie wurde absteigend durchgeführt.

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

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

84:17: 105Ί495;

b) pH 7: 0,05-m Dinatriumhydrogenphosphal ipH-Wert mit Phosphorsäure eingestellt).

40 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 Elcktrophoresc bei pH 1,9, wurden jedoch bei pH 7 nicht bewegt.

Beispiel 1

N-(7,2'-Thienylacetamidoccph-3-em-3-ylmcthyl)-2"-methylpyridinium-4-carboxylat

10 Äquivalente n-Picolin wurden unter Rühren zu einer Suspension von 5 g 7,2'-Thienylacetamidocephalosporansäurc 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 Mclhytenchlorid extrahiert. Nachdem die Lösung dann in einem Rotationsverdampfer bei weniger als 40' C konzentriert worden war, wurde sie über eine Säule eines stark basischen Anioncnaustauschers gegeben. Die Eluatfraktionen, welche die gewünschten Pyridinderivate enthielten (polarimctrisch 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.

ι c-> /-»no/i - τις hie 9Um₁₁ (F¹ T 2§m, (E- -746? "6?b "Sa m t M 82⁷(_c=(ÖTta Wasser).

Analyse Tür C₀H₁₉N₃O₄S, · 2 5H₂O:

Γ <5Π 6 H5 1 N 89 S 13 5%·
''' C 50 75 H 50 N 9?' S «%

^P "

N-(7,2'-Thienylacetamidoceph-3-em-3-ylmethyl)-

2",4"-dirnethylpyridiniuin-4-carboxylai
Die Verwendung von 2,4-Lutidin, ähnlich Beispiel 1, lieferte934 mg (17%) des gewünschten Derivats.

Sne

enthie.t,

Analyse für C₂₁H₂₁N₃O₄S₂ -2H₂O:

Berechnet C 52 6 H 5,3, N 8,8, S 13,4%;
gefunden .... C 52,4, H 5,5, N 7,9, S 13,9%.

ο .: . _o j _e 1 3

^P
N-(7,2'-Thienylacetamidoceph-3-em-3-ylmethyl)-

3"-carbamoylpyridinium-4-carboxylat

7 1 g Nicotinamid (4,6 Äquivalente) wurden unter Rühren zu einer Suspension von 5 g ^'-Thienylacetamidocephalosporansäure in 45 ml Wasser gegeben. Die Säure löste sich auf und lieferte eine Lösung vom pH 3 8 Diese Lösung wurde 16 Stunden bei 46" C unter Stickstoff stehengelassen und dann viermal mit

20 je 20 ml Methylenchlorid extrahiert. Die Lösung wurde nach Einengen in einem Rotationsverdampfer bei <40 C durch eine Säule aus einem quaternären Ammoniumionenaustauschharz in Acetatfcrm laufenuelassen. Die Eluate, welche das gewünschte Nicoiinamidderivat enthielten (polarimetrisch bestimmt) wurden vereinigt und gefriergetrocknet. 8,17 g gefriergetrockneter Feststoff wurden fünfmal mit je K)OmI Aceton aufgeschlämmt, um Nicotinamid zu entfernen, aber das verbleibende Nicotinamidderivat (2.14 g| enthielt immer noch etwas Nicotinamid. Durch wenere Behandlung mit fünfmal je 100 ml Aceton konnte das Produkt nicht völlig von Nicotinamid gereinigt werden, aber durch dreimaliges Ausreiben mit je 50 ml

ein, fester, we.en StoHes. ^ 235m, jE|J

= 292); [«]_o = +23° (c = 0,86 in Wasser, das eine Spur Dimethylformamid enthielt).

3H₂O:

N 10,9, S 12.5%:
N 11,3. S 12.9",,.

Analyse für C₂₀H₁₈N₄O₅S₂

Berechnet ... C 46,9, H 4.7,
gefunden .... C 46,5, H 4,8.

B e 1 s ρ 1 e 1 c 4 bis 11

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

Tabelle !	Nucleophil	Ausbeute	'■„,«,
Beispiel		(%)	(mn
	{ X-CON HCH₂OH	22	23 f
4	CONHCH₁OH

17 230

COOCHj

8,4 266 (ΓΠμ)

351

261

276 27

342

260-261

284 16**)

448

264 --265

282

CH₂CONH,

8,3 235

253

279

*) Drchwcrlc wurden in etwa 1%ίμοη wiißrigcn Lösungen ycmcsscn. **l 20"/n Dimclhvlforniiimid Wasser.

7 8 O

brtsetzung

eispiel Nucleophil Ausbeute /.,„„, li|,'„ /„,„_Λ l:\\ [n], *)

(%) liTw) (nvi)

^{0 7}^-CON(CHj)₂ 19 235 356 260 253 30

9 /S-COOCH., 23 236-237 315 260 257 30

10 jj V-COOC₂H₅ 21 234 308 261 242 44

Λν

11 ^_nJ-CH₂OH 15 237,5 368 262.5 340 78
') Drehwerte wurden in etwa l%igen wäßrigen Lösungen gemessen.

(Fortsetzung)

Bei- Gefunden (%) Summenformcl

CHNS

Berechnet	(%)	N	S
C	H	10.7	12.2
48,1	4,6	10,5	12.0
47.3	4.7	8,3	12.7
52.3	4.6	10,3	11.8
46,3	5,2	10,8	12.4
51.0	5.0	8.4	12.8
50.4	4.4	8,5'	119
53,2	4.5	8.8	13.4
52.8	4.9

4 48,3 4.5 10.4 12,1 C₂₁H₂₀N₄O₁₁S₂ · 2 H₂O

5 47,55 4.35 10.6 11.6 C₂₁H_2nN₄O₁₁S₂ · 2\₂ H₂O

6 52.1 4,6 8.1 12.8 C₂₁H₁₉N₃O₁₁S₂-CH₃OH

7 46,7 5,2 10,7 12,0 C₂₁H₂₀N₄O₅S₂ · 4 H₂O

8 51.0 5,2 10.8 12.9 C₂₂H₂₂N₄O₅S, · l\₄ H₂O

9 50,3 4,8 8.55 13,0 C₂₁H₁₉N₃O₁₁S₂ ■ I¹.·, H₂O 10 53,1 4,9 8,8 12.4 Q₂H₂₁N₃O₁₁S₂-V₂H₂O U 52,6 4,9 8.6 13,75 C₂₀H₁₉N₃O₅S₂ · CH₃OH

Die Verbindungen der vorliegenden Anmeldung be- mit einem Tropfen Brühe oder Kochszilzlösungssus

sitzen hervorragende antibakterielle Eigenschaften 50 pension derart inokuliert, daß eine Endkonzentratior

sowohl gegen grampositive als auch gegen gramnega- von etwa 0,5 · 10⁶ Organismen/ml erhalten wurde,

tive Mikroorganismen, und zwar sowohl in vitro als Die In-vivo-Tierversuche wurden an Mäusen durch

auch in vivo. Hierin sind sie dem bekannten 7-(2-Thie- geführt, die experimentell mit einer Reihe von gram

nylacetamido)-cephalosporansäure-natriumsalz, das positiven und gramnegativen Mikroorganismen infi

nachstehend mit dem Trivialnamen Cephalothin be- ₅₅ ziert wurden. Die verabreichte Dosis Organism»

zeichnet wird, erheblich überlegen, wie die nach- {ungefähr LD₁₀₀ - 5) war ausreichend, um unbehan

stehend beschriebenen Vergleichsversuche zeigen. delte Mäuse innerhalb von 24 Stunden zu töten, wem

_,.,,.., sie intraperitoneal in 0^1 ml physiologischer Koch

Beschreibung der Versuche salzlösung injiziert wurden. Die zu untersuchende

Die antibakterielle Wirksamkeit in vitro der Ce- 60 Substanzen wurden in 0,2 ml subkutan an Gruppe

phalosporinderivate wurde gegen eine Reihe gram- von je 3 Mäusen m jeder verwendeten Dosierung!

positiver und gramnegativer Mikroorganismen unter höhe ¹I₂,4, 8, 24 und 32 Stunden nach der Infektioi

Verwendung der zweifachen Reihenverdünnungstech- injiziert.

nik in geeignetem Nährmedium untersucht Die Er- In der folgenden Tabellen sind die erhaltene

gebnisse werden als die niedrigste Konzentration in 65 primären In-vitro-und In-vivo-Aktrvitaten, d. h. Akt

ug/ml ausgedrückt, die ein sichtbares Wachstum nach vitäten gegenüber einer repräsentativen Reihe ve

24stündiger Inkubation bei 37° C verhindert. Hierzu grampositiven und gramnegativen Organismen g

werden Reagenzgläser, die 2 ml Nährbrühe enthielten, zeigt.

609618/10

Tabelle!!

10

bindung^ /~^C"> ^CO Ί

von ^ I

Beispiel [~~

'-NH- CH -·" ι
f) -,, C-N

C H, Y

Primär in vitro Primiir in vivo

COO

Cephalo
thin

Acetoxy

«-Picolin

2,4-Lutidin

Nikotinamid

2-Hydroxymethylpvridin Isonikotinsäuremelhylester N-Hydroxymethylnikotin-

amid

N Hydroxyme'hyl-iso-

nikotinamid

Pyridin-4-acetamid

N-Methylnikotinamid

Nikotinsäuremethylester Nikotinsäureäthylester

Slaph.	Slaph.	Slaph.	E. coii	S nphi-	Pr. mira-	Staph.	E. coil
aureus	aureus	aureus	573	murium	bilis	aureus	573
604	663	3452		WM	43'	663

1.25

2.5

0,32

0,08

0.32

0.16

2.5 0.62 0.62 0.3

0.16

0.04 0.08 0.04 0.04 0.25 0.04

0.08

0.08 0.08 0.16 0.08 1.25 125

1,6
1.6
1

<0.5
8

<0,5

2
<0.5

4
1

16
16

<4
4

<4

4
8

<4
8

16

<4
2
8

<4

<4
<4

>25

12.5

2,5

1.5

2.5 10 5

>25

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

Tabelle 111

Untersuchte
Substanz Staph
aureus
Il 092

Sekundäre ln-\no-Akmita! Kl),,, in mg kg

Slaph
aureus

Il 127

Staph aurcii-Il 171

oli

H. c.	>li	A.acro-	Pr. mira-	Pr. mir.i-	Pr mira-	S. typhi-	S. typhi-
4		i;cnes	bilis	bihs	bilis	murium	murnim
		Io	431		14	KlM	47S

Cephalothin
Beispiel
1

>25

1,5
1,5
2,5

<O,75
<0.75
15

- 50 > 200 > 50

1.5
3

1.5
1

2.5
15

6.25

0.75

<0.75

10 10 25 <3 >25

7.5 5 >25

25

Aus der obigen Tabelle 11 ergibt sich, daß die Verbindungen der vorliegenden Anmeldung eine sehr gute Wirksamkeit gegen grampositive und gramnegative Organismen zeigen und im allgemeinen der Vergleichsverbindung Cephalothin hinsichtlich der Wirksamkeit gegen gramnegative Organismen überlegen sind.

Aus Tabelle III geht hervor, daß das Cephalothin hinsichtlich seiner In-vivo-Wirksamkeit den Verbindüngen der vorliegenden Anmeldung erheblich unter35

10

>25

35

>25

10

40

10

20

10 >50 >50

10 25

>25

legen ist. Dieses Ergebnis ist von besonderer Wicht keit. da es für die praktische Wirksamkeit auf < ln-vivo-Aktivität ankommt.

Zu den in Tabelle III aufgeführten Staph.-aurei Stämmen ist zu bemerken, daß sie sämtlich für Mal virulent und gegen Penicillin resistent sind. A Tabelle 11 ist Staph. aureus 604 penicillinresiste ebenso Staph. aureus 3452. Staph. aureus penicillinempfindlich.

Claims

Patentansprüche: 1. Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel

-CH₁-CO-NH-CH-CH CH₂

CO-N C-CH₂-N

COO

inderZeinen2-Methyl-,2-Hydroxymethyl-.3-Carbamoyl-,3-N.N-Dimethylcarbamoyl·.3-N-Hydroxymeth.\!- carbamoyl-, 3-Methoxycarbonyl-, 3-Äthoxycarbonyl-, 4-Methoxycarbonyl-. 4-N-Hydroxymethylcarbamo\]- oder 4-Carbamoylmelhyirest bedeutet oder Tür zwei Methylreste in 2- und 4-Slellunii steht.
2. Verfahren zur Herstellung der Cephalosporinderivate nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, duü eine Verbindung der Formel