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Verfahren zur Herstellung von 3-Thiomethylcephalosporinverbindungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Verbindungen
der allgemeinen Formel
worin bedeuten: R C1-C6-Alkyl,
oder Z-(CH2)mA-(CH2)n- ; Z Thienyl, Furyl oder
Y eine geschützte Hydroxylgruppe oder eine geschützte Aminogruppe; A Sauerstoff,
Schwefel oder eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung; m eine ganze Zahl von 0 bis
4; n eine ganze Zahl von 1 bis 4; Q Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, eine Cl-C6-Alkyl-,
C 1-C2-Alkoxy-, Nitro-, Cyan-, Hydroxyl- oder Trifluormethylgruppe; R1 Wasserstoff,
eine C1 -C 6-Alkyl-, Halogen-C1 -C -Alkyl-, 6 C3-C8-Alkenyl-, C3-C8-Alkinyl-, Benzyl-,
Methoxybenzyl-, Nitrobenzyl-, Benzhydryl-, Trityl-, Phthalimidomethyl-, Succinimidomethyl-,
Phenacyl- oder Trimethylsilylgruppe; R2 eine C1-C 6-Alkylgruppe, eine hydroxy-,
nitro-, di(Cl-C4-alkyl)amino-, cyan- oder halogensubstituierte C2-C6-Alkylgruppe
oder eine C3-C6-Alkenyl-, Benzyl-, Phenyl-, Pyridyl-, Thienyl-, Furyl-, Thiadiazyl-
oder Tetrazylgruppe oder die Gruppe
die Gruppe -oR4 oder -N(R4)2 und 4 R Wasserstoff oder eine Cl-C4-Alkylgruppe,
sowie der Sulfoxide dieser Verbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
ein Mercaptan der Formel R2SH mit einem 3-Halogenmethylcephalosporin der Formel
worin X Chlor, Brom oder Jod bedeutet und R, R1 und R2 die oben angegebenen Bedeutungen
haben, oder dem entsprechenden Sulfoxid umsetzt. Die Reste R und R1 des Produkts
stammen somit aus dem als Ausgangsmaterial verwendeten Halogenmethylcephalosporin,
während R2 aus dem eingesetzten Mercaptan stammt.
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Die als Ausgangsstoffe für das verbesserte Verfahren verwendeten 3-Halogenmethylcephalosporinverbindungen
können nach jeder beliebigen hierfür geeigneten Methode hergestellt werden. Beispielsweise
kann man sie aus einem 3-Methylcephalosporin durch eine Reihe von Umsetzungen erhalten,
nämlich Verschiebung der Doppelbindung des
3-Methylcephalosporins
von der 3-Stellung in die 2-Stellung, Halogenieren der 3-Methylgruppe des Delta²-Cephalosporins
mit einem Halogenierungsmittel wie N-Bromsuccinimid und Verschiebung der Doppelbindung
von der 2- in die 3-Stellung des 3-Halogenmethylcephalosporins. Das 3-Methylcephalosporin
seinerseits kann nach dem Verfahren der US-PS 3 275 626 aus einem Penicillin erhalten
werden.
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Wenn das als Ausgangsmaterial verwendete 3-Halogenmethylcephalosporin
nach einem derartigen Verfahren aus einem Penicillin hergestellt worden ist, dann
bedeutet in der Formel R vorzugsweise den Rest einer in der 6-Stellung des Penicillins
vorliegenden Acylgruppe, zum Beispiel eine Benzylgruppe oder eine Phenoxymethylgruppe.
Die Entfernung einer solchen Acylgruppe aus Cephalosporinen zur Herstellung von
7-Aminocephalosporinen ist genauso wie die anschließende erneute Acylierung der
7-Aminogruppe des Cephalosporins zur Erzielung von Cephalosporinverbindungen mit
der gewünschten biologischen Aktivität allgemein bekannt. Deshalb kann R selbstverständlich
der Rest jeder beliebigen der Acylgruppen sein, die in der Penicillin- oder Cephalosporin-Chemie
üblicherweise zum Acylieren der 6-Amino- bzw. 7-Aminogruppe solcher Verbindungen
verwendet werden.
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In den Formeln kann also R beispielsweise eine Methyl-, t.-Butyl-,
alpha-Formyloxybenzyl-, Phenylthiomethyl-, Benzyloxymethyl-, alpha-(N-Benzyloxycarbonyl)amino-mhydroxybenzyl-,
Thienylmethyl-, Furylmethyl-, p-Chlorphenoxymethyl-, p-Trifluormethylbenzyl- oder
o-Methoxybenzyloxyäthylgruppe sein. Reste R, die den vorstehend definierten und
genannten äquivalent sind, ergeben sich für den Fachmann von selbst.
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Wie bereits erwähnt wird Y in der Formel, wenn es eine Hydroxyl- oder
ASminogruppe bedeutet, während der Umsetzung mit einer Schutzgruppe versehen, die
näch allgemein bekannt ten Methoden eingeführt wird. So werden beispielsweise Hydroxylgruppen
im allgemeinen durch überführen in Ester, zum Beispiel den Formyl-, Acetyl- oder
Trifluoracetylester, geschützt. Aminogruppen schützt man durch Acylierung mit beispielsweise
Acetyl- oder Chloracetylgruppen oder mit noch leichter entfernbaren Gruppe, wie
der Trichloräthoxycarbonyl-, Benzyloxycarbonyl oder t.-Butoxycarbonylgruppe.
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Außerdem werden Aminogruppen häufig durch Überführung in ein Enamin
durch Umsetzung mit einer aktiven Methylenverbindung, zum Beispiel Methylacetoacetat,
geschützt.
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R1 kann zwar Wasserstoff bedeuten" so daß eine freie Carboxylgruppe
vorliegt, doch ist es in der organischen Chemie bleich, Carboxylgruppen durch Vermsterung
zu schützen. Da die Cephalosporansäuren im allgemeinen eine größere biologische
Aktivität als die Ester haben, ist es gewöhnlich zweckmäßig, nach dem Ende der Umsetzung
den Ester ieder in die freie Säure überzuführen. Aus diesem Grund sind die bevorzugten
Ester solche, aus denen sich die veresternden Gruppen leicht wieder entfernen lassen,
zum Beispiel die t.-Butyl-, Trichloräthyl-, Benzyl-, Benzhydryl- oder p-Nitroberzylester.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung eines leicht
spaltbaren Esters nicht unbedingt erforderlich, so daß auch andere Ester, zum Beispiel
die Methyl-, Hexyl-, 2-Chlorbutyl-, Allyl- oder 3-Butinylester verwendet werden
können.
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Mit dem 3-Halogenmethylcephalosporin kann man praktisch jedes beliebige
Mercaptan umsetzen, solange es keine weitere funktionelle Gruppe eng Die die Umsetzung
stört. Beispiele für die Mercaptane der angegebenen
Formel sind
Methylmercaptan, Äthylmercaptan, Butylmercaptan, 2-Mercapto-5-methyl-1,3,4-thiadiazol,
2-Mercaptopyridin, Thiophenol, ß-Mercaptoäthanol, Benzylmercaptan, Methyl-2-mercaptoacetat,
N,N-Diäthyl-2-mercaptoacetamid, 5-Mercaptotetrazol, 2-Furylmercaptan, 3-Thienylmercaptan,
Allylmercaptan, 2,3-Dihydroxypropylmercaptan, 4- (Dimethylamino) -n-butylmercaptan,
3-Cyan-n-propylmercaptan, 3-Chlor-2-methylbutylmercaptan und 5-Nitropentylmercaptan.
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Als 3-Halogenmethylcephalosporinausgangsstoff kann die Chlor-, Brom-
oder Jodverbindung verwendet werden.
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Die 3-Brommethylcephalosporinverbindungen sind bevorzugt.
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Die Reaktion des Mercaptans mit der 3-Halogenmethylcephalosporinverbindung
verläuft glatt bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 50 °C. Der bevorzugten Temperaturbereich
ist 20 bis 30 0C. Die beiden Verbindungen werden in Dimethylformamid, Dimethylacetamid
oder Hexamethylphosphoramid als Lösungsmittel vermischt. Dimethylformamid wird bevorzugt.
Vorzugsweise werden keine weiteren Reaktionsteilnehmer für die vollständige Umsetzung
des Halogenmethylcephalosporins verwendet.
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Die angewandten Bedingungen sind ganz allgemein die gleichen, wie
sie in der Literatur beschrieben werden, mit Ausnahme der Verwendung eines der Lösungsmittel,
die sich als für die Umsetzung besonders günstig erwiesen haben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur auf die 3-Halogenmethylcephalosporinverbindungen
angewandt werden, sondern auch auf die entsprechenden Sulfoxide.
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Cephalosporinsulfoxide sind allgemein bekannt und brauchen nicht näher
erläutert zu werden. Die Verbesserung durch das erfindungsgemäße Verfahren wird
mit
den Cephalosporinsulfoxiden und den Cephalosporinsulfiden in
gleicher Weise erzielt Die durch das verbesserte Verfahren nach der Erfindung erhaltenen
Thiomethylcephalosporin@ können weiteren Reaktionen unterworfen werden, wie sie
in der Cephalosporin-Chemie allgemein bekannt sind. Beispielsweise kann die Acylgruppe
in 7-St@@lung durch bekannte Spaltungsreaktionen entfernt werden, und die 7-Aminoverbindung
kann dann mit jeder gew@nschten Acylgruppe wieder acyliert werden, und anschließend
kann der Ester gespalten werden, wodurch man das jeweils gew@nschte Cephalosporinantibioticum
erhält. Wenn das Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits die gew@nschte
Acylgruppe enthält, kann die biologisch aktive Verbindung durch Entfernen der veresternden
Gruppe unter Ausbildung der freien Säure erhalten werden. Die Durch@@hrung von Reaktionen
dieser Art ist in der Cephalosporin-Chemie allgemein bekannt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren durch die Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1 Eine Lösung von 5,70 g p-Nitrobenzyl-7-phenoxyacetamido-3-brommethyl-Delta³-cephem-4-carboxylat
in 30 ml Dimethylformamid wird mit 20 ml Methylmercaptan versetzt und in einem Druckgefäß
16 Stunden bei 25 °C gerührt. Das überschüssige Methylmercaptan wird a@destilliert,
und der Rückstand wird in 700 ml einer 1@-prozentigen Natriumchloridlösung, die
mit 200 ml Be@zol überschichtst ist, gegossen. Die Benzollösung wird abgetrennt,
dreimal mit 3-prozentiger Salzsäure und einmal mit @-prosentiger
Natriumbicarbonatlösung
gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und zur Trockne eingedampft. Man erhält
5,21 g Produkt, dessen magnetisches Kernresonanzspektrum zeigt, daß es bereits ziemlich
rein ist. Es wird an 250 g Kieselsäuregel mit einem Wassergehalt von 15 % chromatographiert,
wobei als Eluiermittel eine Mischung aus 8 * Athylacetat und 92 z Benzol verwendet
wird. Man erhält so 3,01 g reines p-Nitrobenzyl-7-phenoxyacetamido-3-methylthiomethyl-Delta3-cephem-4-carboxylat.
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Beispiel 2 Eine Lösung von t. -Butyl-7-phenoxyacetamido-3-bro-ethyl-Delta3-cephem-4-carboxylat-1-oxid
(hergestellt aus 10 mMol t.-Butyl-7-phenoxyacetamido-3-methyl-Delta²-cephem-4-carboxylat
durch Bromierung, Oxydation und Verschiebung der Doppelbindung) in 20 ml Dimethylformamid
wird in einem Druckgefäß 16 Stunden mit 20 ml Methylmercaptan bei 25 °C gerührt.
Das überschüssige Methylmercaptan wird abdestilliert, und die Mischung wird in ein
Gemisch aus Wasser und Äthylacetat gegossen. Die Äthylacetatchicht wird abgetrennt,
dreimal mit 3-prozentiger Salzsäure und einmal mit gesättigter Natriumbicarbonatlösung
gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und zur Trockne eingedampft. Der Rückstand
wird an 300 g Kieselsäuregel mit einem Wassergehalt von 15 % unter Verwendung von
20 bis 30 % Äthylacetat in Benzol als Eluiermittel chromatographiert. Die Ausbeute
an t. -Butyl-7-phenoxyacetamido-3-methylthiomethyl-Delta3-cephem-4-carboxylat-1-oxid
beträgt 2,60 g.
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Das NMR-Spektrum zeigt, daß das Produkt rein ist.
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B e i s p i e l 3 Eine Lösung von 4,83 g t.-Butoxy-7-phenoxyacetamido-3-brommethyl-Delta³-cephem-4-carboxylat
in 20 ml Dimethylformamid wird mit 3,30 g Thiophenol versetzt und 16 Stunden bei
25 0C gerührt Das Reaktionsgemisch wird in 3-prozentige Salzsäure gegossen und mit
Benzol extrahiert.
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Die Benzollösung wird zweimal mit 3-prozentiger Salzsäure, zweimal
mit 5-prozentiger Natriumbicarbonatlösung und einmal mit 10-prozentiger Natriumbicarbonatlösung
gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und zur Trockne eingedampft.
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Man erhält 3,7 g rohes t.-Butoxy-7-phenoxyacetamido-3-phenylthiomethyl-Delta³-cephem-4-carboxylat.
Diesem Rohprodukt wird in Äthylacetat gelöst und mit Aktivkohle erwärmt. Die Suspension
wird abfiltriert, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt, Dadurch werden
2,8 g festes Produkt erhalten, das an 200 g Kieselsäuregel mit einem Wassergehalt
von 15 % unter Verwendung von 2 bis 4 E Äthylacetat in Benzol als Eluiermittel chromatographiert
wird. Es werden 1,1 g Produkt, dessen Reinheit durch NMR-Spektrum nachgewiesen wir
, erhalten.
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B e i s p i e l 4 Eine Lösung von 4,8 g t.-Butyl-7-phenoxyacetamido-3
brommethyl-Delta³-cephem-4-carboxylat in 20 ml Dimethylformamid wird 17 Stunden
mit 3 ,9G g 2-Mercapto-5-methyl-1,3,4-thiadiazol gerührt. Durch Isolierung der Produkte
nach der in Beispiel 3 beschriebenen Arbeitsweise erhält man 3,4 g rohes t.-Butyl-7-phenoxyacetamido-3-(5-methyl-1,3,4-thiadiazol-2-thio)methyl-Delta³-cephem-4-carboxylat.
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Dieses Produkt wird unter Verwendung von 5 bis 10 % Äthylacetat in
Benzol durch 200 g Kieselsäuregel mit einem Wassergehalt von 15 % geleitet und ergibt
insgesamt 1,86 g
einer Substanz, die aus Äthylacetat als Prismen
kristallisiert, die bei 145 bis 147 °C schmelzen. Die Struktur wird durch ein NMR-Spektrum
bestätigt.
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Analyse C23H26N4O5S3: ber.: C 51,66; H 4,90; N 10,45; S 17,99 gef.:
C 51,87; H 5,09; N 10,33; S 17,74.
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Beispiel 5 Eine Lösung von 5 g t.-Butyl-7-phenoxyacetamido-3-brommethyl--Delta³-cephem-4-carboxylat-1-oxid
in 20 ml Dimethylformamid wird 16 Stunden mit 20 ml Äthylmercaptan gerührt.
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Das überschüssige Xthyimercaptan wird im Vakuum entfernt, und die
hinterbleibende Lösung wird in eine Mischung aus 150 ml Äthylacetat und 300 ml Wasser
gegossen. Die Äthylacetatschicht wird abgetrennt, dreimal mit 10-prozentiger Natriumchloridlösung
und einmal mit gesättigter Natriumbicarbonatlösung gewaschen, über Natriumsulfat
getrocknet und zur Trockne eingedampft. Das in einer Menge von 4,5 g erhaltene Rohprodukt
wird unter Verwendung von 40 bis 60 % Xthylacetat in Benzol an 400 g Kieselsäuregel
mit einem Wassergehalt von 15 % chromatographiert. Man erhält 3,30 g einer Mischung
des alpha- und ß-Sulfoxids.
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Struktur und Reinheit werden durch NMR-Spektren bestätigt.
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Nach den in den Beispielen 1 bis 5 beschriebenen Arbeitsweisen werden
durch Umsetzung des entsprechenden Mercaptans mit dem entsprechenden Cephalosporin
oder Cephalosporinsulfoxid die in der folgenden Tabelle I aufgeführten Verbindungen
erhalten.
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Tabelle 1
R1 R2
-CH(CH3)2 -CH2C6H5 -CH2CH2OH -CH2-CH=CH2
-CH3 -C2H5
1) -CH2CHOHCH2OH -CH2CO2CH3 -CH2CO2C(CH3)3 -CH2CCl3 -CH3 1)Sulfoxid
Falls
erwünscht, kann die Acylgruppe in 7-Stellung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
erhaltenen Produkte zur Erzielung der 7-Aminoverbindungen nach an sich bekannten
Verfahren entfernt werden. Die 7-Aminoverbindungen können dann ihrerseits zur Erzielung
von Verbindungen mit einer spezifischen antibiotischen Aktivität mit jeder im Einzelfall
erwünschen Acylgruppe erneut acyliert werden. Sulfoxide werden im allgemeinen vor
der Spaltungsreaktion zu den Sulfiden reduziert. Diese Reduktion und Spaltung wird
im folgenden Beispiel näher erläutert.
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Beispiel 6 Eine Lösung von 0,932 g des nach Beispiel 2 erhaltenen
Produkts in 80 ml trockenem Benzol wird bei 45 OC unter Stickstoff mit 0,17 ml Pyridin
und 0,20 ml Phosphortrichlorid versetzt. Nach 90 Minuten zeigt ein Dünnschichtchromatograriin
an, daß die Reduktion stattgefunden hat. Nach Zugabe von 0,833 g Phosphorpentachlorid
und 0,17 ml Pyridin wird das Reaktionsgemisch unter Stickstoff bei 45 OC etwa 1
Stunde lang gerührt, wonach ein Dünnschichtchromatogramm zeigt, daß kein Ausgangsmaterial
mehr vorliegt. Das Reaktionsgemisch wird auf 25 0C abgekühlt und filtriert, und
das Filtrat wird zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird in 50 ml Methanol gelöst
und eine Stunde lang gerührt. Das Methanol wird im Vakuum verdampft, und der Rückstand
wird in einer Mischung aus 30 ml Tetrahydrofuran und 30 ml Wasser gelöst. Nach einstündigem
Stehenlassen bei 25 OC wird das Tetrahydrofuran im Vakuum verdampft, und die wässrige
Lösung wird auf pH 1 eingestellt und mit Benzol gewaschen. Dann wird die wässrige
saure Lösung auf pH 8 eingestellt und zweimal mit Äthylacetat extrahiert.
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Die Äthylacetatlösung wird über Natriumsulfat getrocknet und zur Trockne
eingedampft. Man erhält 0,204 g t.-Butyl-7-amino-3-methylthiomethyl-Delta3-cephem-4-carboxylat,
das in das Toluolsulfonsäuresalz übergeführt wird, das sich aufgrund seines Schmelzpunkt
und des Mischschmelzpunkts als mit einer authentischen Probe identisch erweist.
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Beispiel 7 Eine Lösung von 1,20 g des nach Beispiel 5 erhaltenen
Produkts in 100 ml trockenem Benzol wird 2 Stunden bei 45 0C unter Stickstoff mit
0,506 g Phcsphortrichlorid und 0,296 g Pyridin gerührt. Die Reduktion des Sulfoxide
wird durch ein Dünnschichtchromatogramm nachgewiesen. Nach Zugabe von 1,O1 g Phosphorpentachlorid
und 0,0 ml Pyridin wird das Reaktionsgemisch eine Stunde bei 45 °C gehalten, abgekühlt
und fil triert. Das Filtrat wird zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird in
kaltem Methanol gelöst und eine Stunde stehengelassen. Das Methanol wird im Vakuum
entfernt, und die erhaltene schmierige Substanz wird in 100 ml einer l:l-Miochung
aus Tetrahydrofuran und Wasser gelöst. Die Lösung wird eine Stunde stehengelassen
und dann in Vakuum vom Tetrahydrofuran befreit. Die wässrige Lösung wird mit 3-prozentiger
Salzsäure und Äthylacetat verdünnt. Die Äthylacetatschicht wird abgetrennt und viermal
mit 3-prozentiger Salzsäure gewaschen. De wässrige saure Lösung wird mit Natriumbicarbonat
alkalisch gemacht und dreimal mit Äthylacetat extrahiert Der AUWlacetatextrakt wird
über Natriumsulfat getrocknet und zur Trockne eingedampft. Man erhält 0,320 g t.-Butyl-7-amino-3-äthylthiomethyl-Delta³-cephem-4-carboxylat.
Die Struktur des Amins wird durch ein NMR-Spektrum bestätigt.
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Die Estergruppen könnten durch für die Freisetzung der Carboxylgruppe
in 4-Stellung bekannte Maßnahmen gespalten werden. Beispielsweise kann man einen
t.-Butylester durch Behandlung mit Ameisensäure und einen p-Nitrobenzylester durch
Hydrierung spalten. Nach einer dieser Arbeitsweisen werden aus dfN Produkten des
erfindungsgemäßen Verfahrens die in Tabelle XI aufgeführten Säuren erhalten
T
a b e l l e II
Analyse berechnet gefunden
R2 C H N C H N |
-CH3 1) 59,65 7,33 7,45 59,87 7,42 7,28 |
-C2H51) 60,29 7,50 7,27 60,53 7,51 7,03 |
-CH 2C6H5 6 5 64,50 6,96 6,45 64,30 6,91 6,46 |
1) |
-CH2C02CH3 58,74 6,84 6,63 58,96 7,10 6,69 |
-CH2CHOHCH20H ) 50,21 4,88 6,16 50,47 5,05 6,18 |
-CH2C02C(CH3)3 ) 60,42 7,31 6,22 60,27 7,03 ' 6,39 |
-CH2CH=CH21) 61,88 7,20 6,98 61,59 7,36 7,17 |
-CH2CH20H 59,49 7,16 6,94 59,38 7,39 7,00 |
-C6H51) 64,03 6,80 6,59 64,05 7,02 6,51 |
N-N |
n n |
-C /C-CH3 47,68 3,79 11,71 47,72 3,81 11,61 |
1)Dicyclohexylaminsalz
Außerdem wurde aus der Verbindung, für die
R2 eine Methylgruppe bedeutet, die Phenoxyacetylgruppe entfernt, und anschließend
wurde das Amin mit einer Hydroxyphenylacetylgruppe erneut acyliert. Die Elementaranalyse
bestätigt die erwartete Struktur. In allen Fällen liefern die bei der Elementaranalyse
der freien Säuren oder der Dicyclohexylaminsalze erhaltenen Werte eine zusätzliche
Bestätigung dafür, daß bei der Umsetzung des 3-Brommethylcephalosporins mit dem
Mercaptan die gewünschte Thiomethylverbindung erhalten wurde.