DE2550429A1

DE2550429A1 - Antibiotika und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE2550429A1
Application number: DE19752550429
Authority: DE
Inventors: John Carl Godfrey
Original assignee: Bristol Myers Co
Current assignee: Bristol Myers Co
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1975-11-10
Publication date: 1976-05-20
Also published as: IE42175B1; DK508075A; FR2290910B1; FR2290910A1; ZA757044B; NL165754C; SE7512598L; AU8620375A; JPS5170751A; NL7513133A; CH621797A5; GB1523634A; CA1053666A; BE835328A; NL165754B; LU73790A1; YU287675A; IE42175L

Description

PATENTANWÄLTE Λ ρ Γ Λ / OQ

PROF. DR. DR. J. RE1TSTÖTTER Z D D U 4 Z

DR.-ING. WOLFRAM BUNTE DR. WERNER KlNZEBACH

Ο-βΟΟΟ MÜNCHEN 4O₁ BAUERSTRASSE 22 · FERNRUF (O8S) 37 05 83 · TELEX B21S2O8 ISAR D POSTANSCHRIFT: D-βΟΟΟ MÜNCHEN 43. POSTFACH 7βΟ

München, den Io. November 1975 M/16 286

BRISTOL-MYERS COMPANY 345, Park Avenue, New York 10022 U.S.A.

Antibiotika und Verfahren zur Herstellung

Die Erfindung "betrifft zwei neue halbsynthetische Derivate von Kanamycin B, nämlich 6"-Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin, bei denen es sich um hochaktive Antibiotika mit breitem Wirkungsspektrum handelt. Diese Verbindungen werden durch Dehydroxylierung der 6"- und 3',6"-Positionen des Kanamycin B hergestellt.

Kanamycin B ist ein bekanntes Antibiotikum, das im Merck Index, Ö.Ausgabe, Seiten 597-598 beschrieben ist. Kana-

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mycin B ist eine Verbindung der Formel:

2 5 5 ü A 2

[_?NH₂

NH.

Tobramycin ist ebenfalls ein bekanntes Antibiotikum, das chemisch als 3'-Desoxykanamycin B bekannt ist. Diese Verbindung ist von K.P. Koch und J.A. Rhoades in Antimicrobial Agents And Chemotherapy, Seiten 309-313 (1970) als der Formel entsprechend:

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255CK29

SIH

beschrieben.

Die Verbindungen der Formel:

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2 5 5 U A 2

H₂N

NH.

worin R für Wasserstoff oder OH steht, oder die nichttoxischen pharmazeutisch verträglichen Säureadditionssalze davon, sind wertvolle antibakterielle Mittel.

Die Erfindung betrifft halbsynthetische Derivate von Kanamycin B, wobei diese Verbindungen als 6"-Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin bezeichnet werden und der Formel:

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2 b b U 4 2 S

6'

CH₂NH₂

SIH.

entsprechen, -worin R für Wasserstoff oder OH steht, sowie nicht-toxische, pharmazeutisch verträgliche Säureadditionssalze davon.

In der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Begriff "nichttoxische, pharmazeutisch verträgliche Säureadditionssalze" ein Mono-, Di-, Tri-, Tetra- oder Pentasalz, das durch Reaktion von 1 Molekül 6"-Desoxykanamycin B oder 6"-Desoxytobramycin mit 1 bis 5 Mol einer nicht-toxischen, pharmazeutisch verträglichen Säure gebildet ist. Zu diesen Säuren gehören Essigsäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Maleinsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, Bromwasserstoff säure, Ascorbinsäure, Äpfelsäure und Zitronensäure, sowie alle anderen Säuren, die üblicherweise zur Bildung von Salzen aminenthaltender Phannazeutika verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen werden gemäß dem nachfolgenden schematischen Diagramm hergestellt:

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CH₂NH₂ NH

NH

(Kanamycin B)

,NHAc NHAc

HAc;

AcNH

(2) Verbindung p-ToluolBulfonylchlorid

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2 b 5 L! 4 2

CHoNHAc

NHAc

(3) Verbindung 3 Natriumiodid

CH₂NHAC NHAc

NHAC

Ac (4) Verbindung 4 H₂/Ni

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255Ü4/S

CH₂NHAc

AcN

(5) Verbindung 5 NHAc

NHAc

Ba (OH)₂- 8H₂O

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AcN

255ÜA29

und

;h₂nh₂

NH.

S098?f/Q899

Es ist zu bemerken, daß im schematischen Diagramm die Stufe 5 die Herstellung von 6"-Desoxykanamycin B sowie von 6"-Desoxytobramycin zeigt. Der exakte Mechanismus, nach dem 6"-Kanamycin B erhalten wird, ist nicht bekannt, da man aus den vorhergehenden Stufen erwarten würde, daß man nur 6"-Desoxytobramycin erhielte. Es wird jedoch die Hypothese aufgestellt, daß in Stufe 2 etwas 6"-Monotosylat von Penta-N-acetylkanamycin B erhalten werden kann, wobei in diesem EaIl etwas 6"-Jodpenta-N-acetylkanamycin B in Stufe 3 und etwas Penta-N-acetyl-6"-desoxykanamycin B in Stufe 4 erhalten würde. Jedoch bestätigen die analytischen Daten nicht die Anwesenheit derartiger Derivate in diesen Stufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die erfindungsgemäße Schaffung des Verfahrens zur Herstellung von 6"-Desoxytobramycin und 6"-Desoxykanamycin B oder eines nicht-toxischen, pharmazeutisch verträglichen Säureadditionssalzes davon gelöst; das Verfahren umfaßt die nachstehenden, aufeinanderfolgenden Stufen:

(A) Man behandelt Kanamycin B mit einem großen molaren Überschuß eines Acetylierungsmittels, beispielsweise Acetanhydrid in einem niedrigen Alkanol oder mit Acetylchlorid in Verbindung mit einer Base, um die freiß HCl aufzunehmen, wie Triäthylamin oder Pyridin. Mit dem, Begriff "niedriges Alkanol" ist ein Alkanol mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen gemeint, beispielsweise Methanol, Äthanol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sek.-Butylalkohol, Isobutylalkohal und tert.-Butylalkohol.

Vorzugsweise verwendet man mindestens 5,'1 Mol Acetylierungsmittel pro Mol Kanamycin B und führt die Reaktion bei einer Temperatur unterhalb 25⁰C, und bevorzugt bei ungefähr Raumtemperatur durch. Das durch Behandeln

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S09B21/0899

von Kanamycin B mit dem Acetylierung3initte3 erhaltene Produkt ist das Penta-N-acetylkanamycin B.

(B) Man behandelt Penta-N-acetylkanamycin B mit p-ToluolsulfonylChlorid in Gegenwart eines tertiären Amins, wie Pyridin, Triäthylamin oder Dimethylanilin. Vorzugsweise verwendet man mindestens 2,0 Mol p-Toluolsulfonylchlorid pro Mol Penta-N-acetylkanamycin B und führt die Reaktion bei einer Temperatur unterhalb 25 C und bevorzugter bei ungefähr Raumtemperatur durch.

(C) Das in Stufe (B) erhaltene Tosylatderivatprodukt wird mit einem Halogenid, das ausgewählt ist unter Natriumiodid, lithiumiodid, Natriumbromid oder lithiumbromid, in einem geeigneten Lösungsmittelsystem, umgesetzt. Bei dem Lösungsmittel kann es sich um eine Verbindung handeln, die ausgewählt ist unter N,N-Dimethylformamid, oder einem Keton der Formel

Ri-C-R"

worin R¹ und R" gleich oder verschieden sind und jeweils eine Alkylgruppe darstellen, die bis zu 6 Kohlenstoffatome enthält. Zu Beispielen für derartige Ketone gehören Aceton, Methylisobutylketon und Methyläthylketon. Ein alternatives Lösungsmittelsystem ist Hexainethylphosphortriamid in einem aromatischen Kohlenwasserstoff, der ausgewählt ist unter Toluol, Benzol, Xylol oder Mischungen davon, wobei man Rückflußtemperaturen anwendet. Man sollte ungefähr 1,1 Mol Hexamethylphosphörtriamid pro Mol Natriumiodid, Lithiumiodid, Natriumbromid oder Lithiumbromid in diesem System verwenden. Vorzugsweise werden mindestens 6 Mol Halogenid pro Mol Tosylat-

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derivat verwendet und die Reaktion wird "bei einer Temperatur oberhalb 80⁰C und bevorzugter bei einer Temperatur von 100 bis 125°C durchgeführt.

(D) Man hydriert eine wäßrige Lösung des in Stufe (C) erhaltenen Produkts in Gegenwart eines bekannten Hydrierkatalysators, beispielsweise Raney-Mcke'l, Palladium, Platin, Rhodium oder Ruthenium. Die Hydrierungsreaktion wird vorzugsweise bei ungefähr Raumtemperatur durchgeführt.

(E) Eine wäßrige Lösung des in Stufe (i3) erhaltenen Produkts wird in Gegenwart einer starken Base, beispielsweise Natriumhydroxyd, Lithiumhydroxyd, Kaliumhydroxyd oder Bariumhydroxyd erhitzt, um die Acetylgruppen zu hydrolysieren, wobei eine Mischung von 6"-Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin geliefert wird.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind wertvoll als antibakterielle Mittel, Beifuttermittel in Tierfutter, therapeutische Mittel für Geflügel und Tiere sowie den Menschen, und sie sind besonders wertvoll bei der Behandlung infektiöser Erkrankungen, die durch gram-negative Bakterien verursacht sind. Sie sind bei der Behandlung systemischer bak-

terieller Infektionen bei einer parenteralen Verabreichung im Dosisbereich von ungefähr 250 mg bis ungefähr 3000 mg pro Tag in aufgeteilten Dosen drei- oder viermal täglich, wirksam. Im allgemeinen sind die Verbindungen wirksam, wenn sie in einer Dosis von ungefähr 5,0 bis 7,5 mg/kg Körpergewicht alle 12 Std. verabreicht werden.

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255Ü429

Beispiel 1_ Penta-N-acetylkanamycin B (2)

Zu einer gerührten Suspension von 40,0 g (0,0827 Mol) Kanamycin B in 800 ml Methanol gibt man tropfenweise 117,2 ml (1,24 Mol) Acetanhydrid. Bevor alles Acetanhydrid zugesetzt ist, erhält man eine klare Lösung, jedoch beginnt beinahe unmittelbar danach die Bildung eines Niederschlags. Nach beendeter Zugabe des Acetanhydrids rührt man noch 16 Std. Während dieser Zeit verfestigt sich die Reaktionsmischung und man gibt mehrere 100 ml Methanol zu, um eine filtrierbare Mischung zu erhalten. Die feuchten Feststoffe werden in 800 ml frischem Methanol suspendiert, und man rührt die Suspension 1 Std. Man sammelt die Feststoffe durch Filtrieren und rührt dann 1,5 Std. mit 800 ml Methylenchlorid. Dann sammelt man das Produkt durch Filtrieren, spült mit Methylenchlorid und trocknet gründlich, wobei man 44,4 g (Ausbeute 77,4 fi) Verbindung (2) in Form eines kristallinen Feststoffs mit einem Schmelzpunkt von 340 bis 343°C erhält.

Analyse ^C2Q^H47^N5°15^:

C HN

ber.: 48,87 6,84 10,09 #

gef. (bezüglich 1,37 % gefundenem

Wasser korigiert): 48,62 6,83 10,13 #

Die Infrarot- und NMR-Spektren stehen in Einklang mit der Struktur 2.

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Beispiel 2

Penta-N-acetylkanamycin B-3¹,6"-ditosylat (3)

Eine Mischung von 1,000 g Penta-N-acetylkanamycin B (1,442 mMol) und 1,645 g p-Toluolsulfonylchlorid (8,649 mMol) in 10 ml wasserfreiem Pyridin wird bei Raumtemperatur 23 1/4 Std. gerührt. Die Reaktionsteilnehmer lösen sich langsam und sind nach 5 Std. vollständig gelöst. Nach 5 Std. weist die lösung eine orange Farbe auf und diese Farbe ändert sich nicht während der weiteren Reaktion. Man gießt die Reaktionsmischung in 200 ml Methylenchlorid und trocknet das erhaltene, ausgefällte creme-weiße Produkt gründlich. Dann wird es in 30 ml Methylenchlorid suspendiert und 2 Min. zum Rückfluß erhitzt. Der unlösliche Feststoff wird durch Filtrieren aus dem heißen Lösungsmittel gewonnen und über P₂Oc gründlich getrocknet, wobei man 1,043 g (Ausbeute 72,2 io) Verbindung 3 erhält. Das Infrarotspektrum zeigt typische Tosylatbanden bei 1180 und 1220 cm" . Man unterwirft eine Probe des Produkts der Flüssigchromatographie durch Injizieren von 35 Mikroliter einer Suspension von 1 ml des Produkts pro ml einer Lösung, die aus 30 i> Wasser und 70 io Methanol besteht, auf eine hintereinander angeordnete Gruppe von vier Säulen zu 0,38 cm (1/8 in.) χ 60,96 cm (2 ft.). Die Säulen sind mit C.g/CORASIL I, einer monomolekularen Schicht von Octadecyl-trichlor-silan, das chemisch an eine poröse Siliziumdioxydschicht auf einem festen Kern aus Glasperlen gebunden ist, beladen. Man stellt fest, daß das Produkt aus einer sehr geringfügigen Komponente mit einer Retentionszeit von 16 1/2 Min. und einer Hauptkomponente mit einer Retentionszeit von 19 3/4 Min. besteht.

Analyse C₄₂H₅₉N₅O₁₉S₂: ber.:

gef. (bezüglich 2,66 56 gefundener Feuchtigkeit korrigiert):

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	50,	C	5,	H	6	N	6,	S
	48,	34	5,	93	6	,99	5,	40
t):		67		64		,83		87
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M/16 286 -Jf 2bbü42B

Beispiel 3

Penta-N-acetyl-3¹f6"-dijodkanamycin B (4)

Eine Mischung von 834 mg des in Beispiel 2 erhaltenen Produkts (0,832 mMol), das im Vakuum über PoOc ^^ei Raumtemperatur getrocknet wurde und 1,998 g Natriumiodid (13,3 mMol), das in einem Ofen 20 Std. hei 110⁰C an der Luft getrocknet wurde, in 1,5 ml N,N-Dimethylformamid wird in eine 60 ml dickwandige Glasampulle gegeben, die mit Np gespült und 23 Std. auf 100⁰C erhitzt wird. Dann öffnet man die Ampulle, kühlt und füllt mit Äther. Nach mehreren Stunden wird der Äther dekantiert und der Rückstand auf einem Dampfbad erhitzt, bis sich ein dicker Sirup gebildet hat. Dann füllt man die Ampulle mit Dioxan, erhitzt auf 90⁰C und sammelt die unlöslichen Peststoffe, die das gewünschte Produkt einschließen, durch Filtrieren, spült mit Äther und trocknet im Vakuum über PpO₁-. Man entsalzt die gewonnenen Feststoffe, indem man sie in 15 ml Wasser dispergiert und dann die wasserunlöslichen Feststoffe durch Filtrieren über ein Bett aus Diatomeenerde entfernt. Das Filtrat gibt man über eine 800 ml Säule mit Sephadex G10, einem vernetzten Dextran mit einer Molekulargewichtsretention von bis zu ungefähr 700. Die Säule wird zu 1 ml/min abgezapft (pumped) und man sammelt 27 ml Fraktionen. Man stellt fest, daß sich das Produkt in den Rohren 11 bi3 21 befindet. Die Komponenten dieser Köhrenwerden vereinigt, durch Eindampfen bei 50⁰C auf ein Volumen von 20 ml vermindert und das Produkt, 504 mg Verbindung 4 (Ausbeute 66,3 %), wird hieraus durch. Lyophylisieren gewonnen. Dieses Produkt wird direkt ohne weitere Reinigung beim nachfolgenden Beispiel verwendet.

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Beispiel 4
Penta-N-acetyl-6"-desoxytobramycin (5)

Eine wäßrige Lösung von 388 mg des in Beispiel 3 erhaltenen Produkts (0,425 mMol) in 60 ml Wasser wird 21 Std. in Gegenwart von ungefähr 4 g Raney-Nickelkatalysator "bei Raumtemperatur und einem Wasserstoffdruck von 3,09 kg/cm (44 psi) hydriert. Dann filtriert man den Katalysator ab und wäscht gründlich mit Wasser. Die vereinigten Filtrate werden bei 50⁰C zur Trockene eingedampft und über P₂O,- ^^m Vakuum getrocknet, wobei man 180 mg (Ausbeute 63,1 %) Verbindung 5 erhält.

Beispiel 5

6"-Deso3cytobramycin (6) und 6"-Desoyykanamycin B (7)

Eine Mischung von 180 mg des in Beispiel 4 erhaltenen Produkts (0,272 mMol), 2,55 g Ba(OH^-SH₂O (8,08 mMol) und 10,2 ml Wasser wird 17 Std. zum Rückfluß erhitzt. Dann verdünnt man die Reaktionsmischung durch Zugabe von Wasser auf 35 ml und gibt festes Kohlendioxyd zu, bis der pH auf 7,0 gefallen ist. Das erhaltene BaCO^ wird durch Filtrieren über ein feines Filterpapier entfernt und mit wenigen ml! Wasser gewaschen. Die vereinigten Filtrate werden auf 10 ml eingedampft und dann lyophylisiert. Das Rohprodukt wiegt 170 mg. Man löst das Produ*kt in 2,00 ml Wasser zur Analyse durch Dünnschichtchromatographie auf einer Säule mit Silikagel S110 unter Verwendung des Lösungsmittelsystems H₂O:CH₅OH:konz. NH₄OHiCHCl₃ (1:4:2:1). Die Analyse zeigt, ' daß Kanamycin B einen R~-Wert von 0,52 aufweist, während die beiden hauptsächlichen Ninhydrin-positiven Komponenten der Produktmischung einen R_f von 0,47 und einen R_f von 0,61 auf-

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^M/16286 η 25bU423

weisen. Wenn man eine entsprechende Platte mit einer Agarplatte, die mit Bacillus subtilis gesät ist, "bei einem pH von 8 bedeckt und über Nacht bei 37⁰C inkubiert, so erhält man große Inhibierungszonen bei R- = 0,47 und R_f = 0,61. Ein 0,100 ml Aliquot der 2,00 ml Lösung des rohen Produkts wird mit 0,1n Phosphatpuffer mit einem pH von 8,0 auf 5,00 ml verdünnt und einer differentiellen Biountersuchung auf tobramycinartige und kanamycin-B-artige Aktivitäten unterworfen. Aus den Biountersuchungsdaten ergibt sich, daß die Ausbeute an 6"-Desoxytobramycin ungefähr 7,1 $ beträgt und die Ausbeute an 6"-Desoxykanamycin B wird aus den Biountersuchungsdaten zu ungefähr 1,5 ^ berechnet.

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Claims

M/16 286 2550423 PATENTANSPRÜCHE

1. Verbindungen der Formel;

NH.

HO·

worin It für Wasserstoff oder OH steht, oder nicht-toxische, pharmazeutisch verträgliche Säureadditionssalze davon.

2. Verbindung gemäß Anspruch 1, worin E für Wasserstoff

steht.

3. Verbindung gemäß Anspruch 1, worin E für OH steht.

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2SbÜ429

4. Verfahren zur Herstellung von 6"-Desoxykanamycin B und 6"-Desoxytobramycin aus Kanamycin B, dadurch gekennzeichnet, daß man in aufeinanderfolgenden Stufen:

(A) Kanamycin J3 mit einem großen molaren Überschuß eines Acetylierungsmittels, dao ausgewählt ist unter Acetanhydrid in einem niedrigen Alkanol oder Acetylchlorid in Verbindung mit einer Base zur Aufnahme der freien HCl, behandelt, wobei sich Penta-N-acetylkanamycin B bildet;

(B) das Penta-N-acetylkanamycin B mit p-Toluolsulfonylchlorid in Gegenwart eines tertiären Amins, das ausgewählt ist unter Pyridin, Triäthylamin oder Dimethyl anil in, behandelt, wobei sich das 3',6"-Ditosylatderivat davon bildet;

(C) das Ditosylatderivat mit einer Verbindung, ausgewählt unter Natriumiodid, Lithiumiodid, Natriumbromid oder Lithiumbromid in einem Lösungsmittelsystem, bestehend aus:

(I) einer Verbindung, ausgewählt unter N,N-Dimethylformamid oder einem Keton der Formel

R'-C-R"

worin R¹ und R" gleich oder verschieden s"ind, und jeweils für eine Alkylgruppe stehen, die bis zu 6 Kohlenstoffatome enthält, oder

(II) Hexamethylphosphortriamid in einem aromatischen Kohlenwasserstoff, der ausgewählt ist unter Toluol, Benzol, Xylol oder Mischungen davon,

bei Rückflußtermperatur umsetzt;

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(D) das in Stufe (C) erhaltene 3',6"-DiJOd- oder

3',6"-Di"bromderivat in Gegenwart eines Hydrierkatalysators hydriert; und

(E) das in Stufe (D) erhaltene Produkt zur Entfernung der Acetylgruppen und zur Bildung von 6"-Desoxykanarnycin B und 6"-Desoxytobramycin hydrolysiert.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Base zur Aufnahme der freien HCl in Stufe (A) Triäthylamin oder Pyridin verwendet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (A) ein niedriges Alkanol verwendet, das ausgewählt ist unter Methanol, Äthanol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, η-Butylalkohol, sek.-Butylalkohol, Isobutylalkohol und tert.-Butylalkohol.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß man in Stufe C) ein Keton verwendet, das ausgewählt ist unter Aceton, Methylisobutylketon oder Methyläthylketon.

8. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,; daß das Hexamethylphosphortriamid in Stufe (C) in einer Menge von ungefähr 1,1 Mol pro Mol Natriumiodid, lithiumiodid, Natriumbromid oder lithiumbromid, vorliegt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das in Stufe (C) erhaltene 3',6".-DiJOdId öder 3¹,6"-Dibromid in Form einer wäßrigen Lösung isoliert.

10. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Hydrierkatalysator verwendet, der ausge—

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wählt ist unter Raney-Nickel, Palladium, Platin, Rhodium oder Ruthenium.

11. Arzneimittel, bestehend aus mindestens einer Verbindung gemäß Anspruch 1 zusammen mit pharmazeutisch verträglichen Trägern und/oder üblichen Hilfsmitteln.

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