DE1804983A1 - Verfahren zur Herstellung von Cephalosporansaeurederivaten - Google Patents

Description

CIBA AKTIENGESELLSCHAFT, BASEL (SCHWEIZ)

Case β3Ο2/Ε Deutschland

Verfahren zur Herstellung von Cephalosporansäurederivaten.

Gegenstand der Anmeldung ist ein neues Verfahren zur Herstellung von Cephalosporansäurederivaten, nämlich von 3-D^esacetoxymethyl-3-formyl-7-ajnino-isocephalosporansäure (3-Formyl-7-amino-ceph-2-em-4-carbonsäure) und ihren 7-Acylderivaten der Formel I

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X—HH- CH CH σΗ-Ι I Il

σ ν σ—CHO

CH

COOH

worin X ein Wasserstoffatom oder einen Acylrest bedeutet, und ihren Salzen.

Es ist bekannt,-diese Verbindungen durch Totalsynthese herzustellen (vgl. belg« Patent 686 670). Ferner ist es bekannt, O-Desacetyl-T-acylamino-cephalosporansäureester zu den entsprechenden 3-Formyl-Verbindungen zu oxydieren (vgl. Chamberlin et al., J. Med. Chem.lO,, 967 (1967)), jedoch gelingt es nicht, auf diesem Wege- die freien 4-Carbonsäuren herzustellen, und man kann die Egter auch nicht nachträglich in die freien 4--Carbonsäuren überführen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass man

| die Verbindungen der Formel I direkt durch Oxydation von Verbindungen der Formel II

X—NH- CH CH CH

I I Il

C N C-CH OH II ,

σ gh I

COOH

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worin X die angegebene Bedeutung hat, herstellen kann. Das erfindungsgemasse Verfahren ist daher dadurch gekennzeichnet, dass man in Verbindungen der Formel II die Oxymethylgruppe zur Formylgruppe oxydiert und, wenn erwünscht, erhaltene Verbindungen der Formel I, worin X für Wasserstoff steht, acyliert.

Die erfindungsgemasse Oxydation wird zweckmässig mit Hilfe von das Schwefelatom des Dihydrothiazinrlnges nicht oxidierenden, für die Oxydation primärer Alkohole, besonders α,β-ungesättigter Alkohole zu Aldehyden geeigneter Oxydationsmittel durchgeführt. In Betracht kommen z.B. die für diesen Zweck vorzugsweise verwendeten Mittel wie Chromsäure, Mangandioxid, Nickelperoxid, Silbercarbonat auf inerten Träger, z.B. Kieselgur, N-Bromacetamid, N-Bromsuccinimid, 2,3,5,6-Tetrachlor-l,4-benzochinon und vor allem 2,3-Dichlor-5,6-dicyan-l,4-benzochinon.

Die Reaktion wird in einem inerten Lösungsmittel, z.B. Dioxan, Tetrahydrofuran, Dimethylsulfoxid, Essigester, chlorierten Kohlenwasserstoffen wie Chloroform oder Methylenchlorid, vorzugsweise bei Raumtemperatur oder leidet erhöhter Temperatur (bis 10O⁰C) vorgenommen.

Die als Ausgangsmaterial verwendeten Verbindungen der Formel II werden in sehr guter Ausbeute durch mikrobiologische Desacetylierung der entsprechenden Isocephalosporansäuren mit den für die Dosacetylierung der Cephalosporansäuren bekannten Mikroorganismen, wie den im englischen Pa-

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tent 1 O8O 904 genannten, z.B. Bac. subtilis ATCC 6633, erhalten. Dass, die Mikroorganismen auch zur Desacetylierung der Isocephalösporansauren befähigt sind, obwohl dieses-^;,wahrscheinlich eine von den Cephalosporansäuren wesentlich verschiedene Konformation aufweisen (vgl. Abraham, Quarterly Rev. 21^ 239 (1967))# ist überraschend. Die Herstellung der Verbindungen der Formel II mittels der genannten Mikroorganismen bildet ebenfalls Gegenstand des vorliegenden Schutzbegehrens. w In den als Ausgangsmaterial verwendeten Verbindungen der Formel II bedeutet der Acylrest X einen aliphatischen, aromatischen, heterocyclischen, araliphatischen oder heterocyclisch-aliphatischen Carbonsäurerest oder einen von der Kohlensäure sich ableitenden Rest, z.B. den tert.-Butyloxycarbonylrest. X ist insbesondere der Acylrest von als wirksam bekannten 7-Acylamino-cephalosporansäuren, wie ein Rest der Formel

worin η für eine ganze Zahl von 0 bis 4, vorzugsweise 1, steht und eine CHp-Gruppe gegebenenfalls durch eine Amino-, Cyano-, freie oder veresterte Carboxylgruppe, veresterte Hydroxylgruppe oder Carbamoylgruppe substituiert ist und worin Rp ein un'substituierter oder substituier-r ter Aryl-, Aryloxy-, Arylthio-, Cycloalkyl-, Cycloalkoxy-, Heterocyclyl-, Heterocyclyloxy- oder Heterocyclylthiorest ist, z.B.-2,6-Dimethoxybenzoyl, Tetrahydronaphthoyl, 2-Methoxy-

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naphthoyl, 2-Aethoxynaphthoyl, Phenylacetyl, Phenoxyacetyl,

S-Phenylthioacetyl, S-Bromphenylthioacetyl, a-Phenoxypropionyl, a-Phenoxy-phenylacetyl, a-Methoxy-phenylacetyl, a-Methoxy-3»^- dichlor-phenylacetyl, a-Cyano-phenylacetyl, Benzyloxycarbonyl, S-Benzylthioacetyl, S-Benzylthiopropionyl, Hexahydrobenzyloxycarbonyl, Cyclopentanoyl, 2-Thienylacetyl, a-Cyano-2-thienylacetyl, 3-Thlenylacetyl, 2-Purylacetyl, 2-Phenyl-5-methyl-isoxazolyl-carbonyl, 2-(2'-Chlorphenyl)-5-methylisoxazolyl-carbonyl, oder ein Rest der Formel

°n^H2n₊l^{C0 oder} °n^H2n-l⁰⁰ '

worin η für eine ganze Zahl von 1 bis 7 steht und die Kette gerade oder verzweigt und gegebenenfalls von einem Sauerstoffoder Schwefelatom unterbrochen oder durch Halogen, Trifluormethyl, Cyan, Amino, Nitro, Carboxyl -substituiert ist, z.B. Propionyl, Butyryl, Hexanoyl, Octanoyl, Butylthioacetyl, Acrylyl, Crotonyl, 2-Pentenoyl, Allylthioacetyl, Chloracetyl, ß-Brompropionyl, Aminoacetyl, a-Carboxypropionyl, Cyanoacetyl, a-Cyano-ß-dimethyl-acroyl, oder ein Rest ■ der Formel

R-NH-CO- ,

worin R ein gegebenenfalls substituierter aromatischer oder aliphatischer Kohlenwasserstoffrest, insbesondere ein durch Niederalkoxygruppen und/oder Halogenatome substituierter Niederalkylrest ist.

Die freien Säuren können in bekannter Weise in 909820/1344

entsprechende Salze übergeführt werden. Diese sind entweder Metallsalze, vor allem solche von therapeutisch anwendbaren Alkali- oder Erdalkalimetallen, wie Natrium, Kalium oder Calcium, oder Salze mit organischen Basen, z.B. mit Triä'thylamin, N-Aethylpiperidin, Dibenzyläthylendiamin, Procain.

Die Endprodukte der Formel I weisen eine antibakterlelle Wirkung auf, wie sich".z,B. bei in vitro-Versuchen zeigt. So sind sie z.B. wi-rksam gegen Staphylococcus aureus. Sie können daher zur Bekämpfung von Infektionen, die durch solche Mikroorganismen hervorgerufen werden, verwendet werden, ferner als Futtermittelzusätze, zur Konservierung von Nahrungsmitteln oder als Desinfektionsmittel_o Sie können auch als Zwischenprodukte zur Herstellung anderer Derivate der Isocephalosporansäure, wie sie z.B. in den Anmeldungen G.Nr. 14 008/67 (Case Wo 23), l4009/67 (Case Wo 24) oder l4010/67 (Case Wo 25) oder im französischen Patent 1 495 beschrieben sind, und entsprechender Derivate der Cephalo*-· sporansäure verwendet werden. Die Isomerisierung zu den Cephalosporansäurederivaten erfolgt z.B. nach dem iifl französischen Patent 1 495 049 beschriebenen Verfahren durch Behandlung mit schwach basischen Mitteln.

Die neuen Säuren und ihre Salze können als Heilmittel, z.B. in Form pharmazeutischer Präparate, Verwendung finden. Diese enthalten die Verbindungen in Mischung mit einem für die enterale, topicale oder parenterale Applikation geeig-

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neten pharmazeutischen organischen oder anorganischen, festen oder flüssigen Trägermaterial. Für die Bildung desselben kommen solche Stoffe in Frage, die mit den neuen Verbindungen nicht reagieren, wie z.B. Wasser, Gelatine, Lactose, Stärke, Stearylalkohol, Magnesiumstearat, Talk, pflanzliche OeIe, Benzylalkohol, Gummi, Propylenglykol, Polyalkylenglykole, Vaseline, Cholesterin oder andere bekannte Arzneimittelträger. Die pharmazeutischen Präparate können z.B. als Tabletten, Dragees, Salben, Creams, Kapseln oder in flüssiger Form als Lösungen,. Suspensionen oder Emulsionen vorliegen. Gegebenenfalls sind sie sterilisiert und/oder enthalten Hilfsstoffe, wie Konservierungs-, Stabilisierungs-, Netzoder Emulgiermittel, Lösungsvermittler oder Salze zur Veränderung des osmotischen Drucks oder Puffer. Sie können auch andere therapeutisch wertvolle Substanzen enthalten. Die Präparate werden nach üblichen Methoden erhalten.

Das folgende Beispiel soll die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch einzuschränken. Die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben. In der Dünnschichtchromatographie an Silicagel werden die folgenden Lösungsmittelsysteme verwendet:

System 52 : n-Butanol-Eisessig-Wasser (75:7,5:21) System 67 ·' n-Butanol-Aethanol-Wasser (40:10:50) System 92 : n-Butanol-Eisessig-Wasser (40:10:40).

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Beispiel :

2*79 g J-Hydroxymethyl-Y-phenylacetylamino-ceph-2-em-4-carbonsäure (8,0 mMol) werden in 85 ml absolutem Dioxan gelöst und mit 2,29 E 2,3-Dichlor-5,6-dicyan-l,4-benzochinon (10,0 mMol) versetzt. Das klare Reaktionsgemisch wird 20 Stunden bei 45° stehengelassen und hierauf 2 Stunden bei ca. 5° aufbewahrt. Das in kristallinen Plättchen ausgefallene 2,3-Dichlor-5,6-dicyan-hydrochinon wird abfiltriert,' das Piltrat am Vakuum zur Trockne eingedampft, der Rückstand in wenig Essigester aufgenommen und die Lösung filtriert.

Die auf 240 ml verdünnte Essigesterlösung wird unter Kühlung einmal mit 120 ml und ziveimal mit je ^Q ml . 0,5 M Dikaliumhydrogenphasphat extrahiert. Man wäscht die wässrigen Phasen mit¹ 2 Portionen zu 150 ml Essigester nach, überschichtet sie mit 250 ml eiskaltem Essigester und stellt das pH unter gutem Rühren mit konzentrierter Phosphorsäure auf 2,1 ein. Die wässrige Phase wird abgetrennt, mit Kochsalz gesättigt und mit 2 Portionen Essigester (150 ml^ 13O ml) nachgewaschen. Die organischen Extrakte werden 4 mal mit je 70 ml gesättigter Kochsalzlösung gewaschen. Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat und Abdampfen des Lösungsmittels bleiben 3*76 g dünnschichtchromatographisch fast einheitliches amorphes Produkt zurück. Dieser Rückstand wird an I80 g SiIicagel G (Merck) chromatographiert. Mit Methylenchlorid/Essig- ■

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ester (4:1, v/v) werden 1,5 g dünnschichtchromatographisch reine 3-Formyl-7~phenylacetylamino-G£ph-2-em-4-carbonsäure isoliert. Rf₅₂ :: = 0,39; Rf₆₇ = 0,27; Rf gg- = 0,53· Aus den unreinen Fraktionen werden durch wiederholte Säulenchromatographie weitere 0,663 g reines Produkt isoliert. Die Sub-

stanz kristallisiert aus Methanol/Methylenchlorid unter ; Einschluss von Methanol !{iriaoh "AequiV.arentgewichf. ,jv ... I.

und Kernresonanzspektrum); F. 137*5 - 138*5 ·

U.V.-Spektrum in 95 % Aethanol: λ = 288 πιμ (E = l8'85O) *

ίΤία,Χ

Anin.= ^{246 m}^ ® = ²'⁰⁷⁵⁾'

(Die c-Werte sind auf das Aequlvalentgewicht von 389*09 umgerechnet);
opt. Drehung: [α]²⁰ =+580+ 1° (c = 1,168 % in Dioxan).

Das Ausgangematerial kann wie folgt hergestellt werden:

3,40 g (8,7 mMol).3-Acetoxymethyl-7-phenylacetyl- _; amino-ceph-2-em-4-carbonsäure werden in 70 ml destilliertem ''-■ Wasser aufgeschlämmt. Unter Rühren mit dem Vibromischer wird das pH durch Zugabe von 1-n. Natronlauge auf 7*3 eingestellt. Die Lösung wird im Thermostatenbad auf 35° erwärmt und mit 400 mg Zell-Lyophilisat aus Bacillus subtilis ATCC 6633 in 3 ml Wasser versetzt. Das pH wird durch Zugabe von 1-n. Natronlauge konstant auf 7*4 gehalten und der Laugenverbrauch periodisch abgelesen. Nach. ca. 2.1/2 Stunden ist die : . ': - des theoretischen Laugenverbrauchs erreicht. Man

lässt ausreagieren, bis keine Lauge mehr verbraucht und das

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- ίο -

pH der Reaktionslöung auch bei mehrstündigem Stehenlassen bei Raumtemperatur nicht mehr verändert wird.

Zur Aufarbeitung wird mit 300 ml gekühltem Essigester überschichtet und unter gutem Rühren auf pH 2,0 angesäuert. Die wässrige Phase wird nach der Trennung der Schichten mit Kochsalz gesättigt und mit zwei weiteren Portionen von je 250 ml kaltem Essigester extrahiert» Die,organischen Phasen werden 5 mal mit je 60 ml gesättigter Kochsalslösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und vom Lösungsmittel befreit. Der Rückstand von 2,97^·^/Ίδ chromatographisch einheitlichem Rohprodukt entspricht einer Ausbeute von 98,3 %* Mehrmalige Kristallisation aus Essigester/Cyclohexan ergibt 2,884 g weisse nadeiförmige Kristalle (95,3 %), welche bei 156 - 156,5 schmelzen.

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Claims (12)

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von 3-Desacetoxymethyl ^-formyl-T-amino-isocephalosporansäuren der Formel I

s !

X—NH-OH GH GH

I I Il

_{c N} C-CHO

^ \ / 0 CH

COOH

worin X ein Wasserstoffatom oder einen Acylrest bedeutet, und ihrer Salze, dadurch gekennzeichnet, dass man in Verbindungen der Formel II

X-NH— CH CH CH

I I Il .C -Έ C—CH₂OH II

GH

I COOH

wprin X die angegebene Bedeutung hat, die Hydroxymethylgruppe zur Formyigruppe oxydiert und, wenn erwünscht, erhaltene Verbindungen der Formel I, worin X für Wasserstoff steht, acyliert und, wenn erwünscht, erhaltene Säuren in ihre Salze oder Salze in die freien Säuren überführt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oxydation mit für die Oxydation primärer Alkohole zu Aldehyden geeigneter Oxydationsmittel durchführt, welche das Schwefelatom des Dihydrothiazinringes nicht oxidieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass man die Oxydatiorrinit fUr die Oxydation von α, ßungesättigten Alkoholen zu Aldehyden bekannten Oxydationsmitteln durchführt,

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oxydation mit 2,3-Dichlor-5,6-dlcyan-1,4-benzochinon durchführt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in einem inerten Lösungsmittel durchführt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5* dadurch gekennzeichnet, dass man von Verbindungen der Formel II ausgeht, worin X für den Rest einer Carbonsäure steht.

7« Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass man von Verbindungen der For-

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mel II ausgeht, worin X für den Phenylacetylrest steht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - ¹J, dadurch-gekennzeichnet, dass man die als Ausgangsmaterial verwendeten Verbindungen der Formel II dadurch herstellt, dass man entsprechende Isocephalosporansäureyerbindungen, welche statt der Hydroxymethylgruppe eine Acetoxygruppe. aufweisen, mittels Mikroorganismen desacetyliert. ä

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Desacetylierung mittels Bacillus subtilis ATCC 6633 vornimmt.

10. Verfahren zur Herstellung von 3-Desacetoxymethyl-3-formyl-7-amino-isocephalosporansäuren wie im Beispiel beschrieben, :

11.* Die nach dem Verfahren der Ansprüche 1-10 erhaltenen 3-Desacetoxymethyl-3-formyl-7-amino-isocephalospo- ' ransäuren der Formel I, worin X ein Wasserstoff oder einen Acylrest bedeutet, und ihre Salze.

12. 3-Desacetoxymethyl-3-formyl-7-phenylacetylaminoisocephalosporansäure und ihre Salze.

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