DE2756057C2

DE2756057C2 -

Info

Publication number: DE2756057C2
Application number: DE2756057A
Authority: DE
Inventors: Hamao Umezawa; Sumio Tokio/Tokyo Jp Umezawa; Tsutomu Yokohama Kanagawa Jp Tsuchiya
Original assignee: Microbial Chemistry Research Foundation
Current assignee: Microbial Chemistry Research Foundation
Priority date: 1976-12-16
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1988-09-29
Also published as: FR2374332B1; IE45912L; YU298677A; YU40179B; FR2374332A1; AT356815B; SE7714304L; ATA899477A; CH637402A5; US4169939A; HU177398B; JPS5377039A; BE861958A; DE2756057A1; ES474759A1; AU3061077A; AU505974B2; IE45912B1; ES465168A1; CA1095903A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3′,4′-Dideoxykanamycin B, ausgehend von Kanamycin B. 3′,4′-Dideoxykanamycin B ist ein semisynthetisches Antibiotikum mit hoher Aktivität gegen arzneimittelresistente Bakterien und wird vielfach klinisch angewendet (vgl. GB-PS 13 49 302; US-Reissue Patent 28 647; "Journal of Antibiotics", Band 4, S. 485 [1971]).

3′,4′-Dideoxykanamycin B, das nachstehend manchmal als DKB bezeichnet wird, entspricht der folgenden Strukturformel:

Bekannte Verfahren zur Herstellung von 3′,4′-Dideoxykanamycin B sind folgende zwei Verfahren:

1) Man verwendet Kanamycin B als Ausgangsmaterial, setzt es mit einem Alkoxycarbonylhalogenid um, um die fünf Aminogruppen des Kanamycin B Moleküls durch die Alkoxycarbonylgruppe als Aminoschutzgruppe zu schützen, und schützt dann das 3′- und 4′-Hydroxylgruppenpaar sowie das 4′′- und 6′′-Hydroxylgruppenpaar, indem man sie mit einem Alkylidenierungs-, Arylidenierungs-, Cyclohexylidenierungs- oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel umsetzt, wobei man sie in eine Acetal- oder Ketalgruppe überführt. Anschließend wird die 2′′-Hydroxylgruppe mit einer Alkanoyl- oder Aroylgruppe, welche als herkömmliche Hydroxylschutzgruppen bekannt sind, geschützt und anschließend entfernt man das Paar der 3′- und 4′- Hydroxylgruppen selektiv durch Behandeln mit verdünnter Säure. In den nachfolgenden Stufen verfährt man nacheinander wie folgt: Man sulfoniert die so freigesetzten 3′- und 4′-Hydroxylgruppen, knüpft zwischen den 3′- und 4′-Kohlenstoffatomen eine Doppelbindung, indem man das 3′,4′-disulfonierte Produkt mit einem Alkalimetallbromid oder -jodid und Zinkpulver behandelt und anschließend hydriert man die Doppelbindung. Danach wird die Schutzgruppe für das Paar der 4′′- und 6′′-Hydroxylgruppen durch Behandeln mit einer Säure entfernt und schließlich entfernt man dann die verbleibenden Aminoschutzgruppen, wobei man dann DKB erhält (vgl. die oben zitierte GB-PS 13 49 302; US-Reissue-Patent 28 647).
2) Die Aminogruppen des als Ausgangsmaterial verwendeten Kanamycin B werden geschützt, indem man sie in eine Gruppe von der Art einer Schiff'schen Base umwandelt, dann schützt man ein Paar der 3′- und 4′-Hydroxylgruppen sowie ein Paar der 4′′- und 6′′-Hydroxylgruppen, indem man sie in eine Acetal- oder Ketalgruppe überführt. Das auf diese Weise hergestellte geschützte Kanamycin B-Derivat wird dann wie oben beschrieben weiter behandelt, bis man dann DKB erhält (vgl. die obengenannte GB-PS und US-PS).

Die oben beschriebenen bekannten Verfahren enthalten einige komplizierte Verfahrensstufen, bei denen die Amino- und Hydroxylgruppen des als Ausgangsmaterial verwendeten Kanamycin B geschützt werden und diese Schutzgruppen wieder entfernt werden und ergaben daher nur eine geringe Gesamtausbeute von nur 10%.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von 3′,4′-Dideoxykanamycin B zu schaffen, das, ausgehend von Kanamycin B, die gewünschte Verbindung in höherer Ausbeute ergibt als die bekannten Verfahren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von 3′,4′-Dideoxykanamycin B, ausgehend von Kanamycin B, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) Kanamycin B in an sich bekannter Weise mit einem Benzyloxycarbonylhalogenid der Formel R¹X umsetzt, wobei R¹ für eine Gruppe der allgemeinen Formel IV: steht, worinR³ein Wasserstoffatom, eine Aminogruppe, ein Halogenatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe oder eine Aralkylgruppe bedeutet und Xfür ein Chlor- oder Bromatom steht,wobei man das penta-N-benzyloxycarbonylierte Kanamycin B der Formel (V) erhält: worin R¹ die oben angegebene Bedeutung besitzt,
b) die Verbindung der Formel (V) mit einem Alkylidenierungsmittel, Arylidenierungsmittel, Cyclohexylidenierungsmittel oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel in an sich bekannter Weise umsetzt, wobei man dann das 4′′, 6′′-O-geschützte Derivat der Formel (VI) erhält: worinR¹die oben angegebene Bedeutung besitzt und Zfür eine Alkyliden-, Aryliden-, Cyclohexyliden- oder Tetrahydropyranyliden-Gruppe steht,
c) eine Verbindung der Formel (VI) mit einem Sulfonsäurehalogenid der Formel (VII]: R⁴SO₂X (VII]worinR⁴eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe oder eine Aralkylgruppe bedeutet und Xfür ein Chlor- oder Bromatom steht,in an sich bekannter Weise umsetzt,
wobei man das 3′,4′-Di-O-sulfonyl- oder 3′,4′,2′′- Tri-O-sulfonylprodukt der Formel (VIII) erhält: worinR¹ und Zdie obengenannten Bedingungen besitzen, Wfür die Sulfonylgruppe der Formel -SO₂R⁴ steht, worin R⁴ die oben angegebenen Bedeutungen besitzt, und R²für ein Wasserstoffatom steht oder die oben für W angegebenen Bedeutungen besitzt,oder ein Gemisch dieser Verbindungen enthält,
d) das Sulfonylprodukt der Formel (VIII) entweder allein oder in Mischung mit einem Alkalimetallbromid oder -jodid und einem reduzierendem Metall in an sich bekannter Weise umsetzt, wobei man das 3′,4′-ungesättigte Derivat der Formel (IX) erhält: worin
R¹, R² und Z die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
e) aus den Verbindungen der Formel (IX) in an sich bekannter Weise die Gruppe Z entfernt, wobei man das aminogeschützte 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-kanamycin B-Derivat der Formel (II) erhält: worin
R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
f) die Verbindungen der Formel (II) in an sich bekannter Weise mit einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall in Gegenwart von flüssigem Ammoniak umsetzt, wobei man das 3′,4′-Dideoxy-3′-eno- kanamycin B der Formel (III) erhält: und
g) die Verbindung der Formel (III) in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators in an sich bekannter Weise hydriert.

Die in den geschützten 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-kanamycin B-Derivaten enthaltene Gruppe R¹ kann eine unsubstituierte oder substituierte Benzyloxycarbonylgruppe der obigen Formel IV bedeuten. R³ kann dabei u. a. eine Aryl- oder Aralkylgruppe sein, wie eine Phenyl-, Phenoxy- oder Benzylgruppe oder ein Benzolring, der mit der Phenylgruppe, die in der obigen Formel IV dargestellt ist, kondensiert ist und so einen Naphthalinring bildet. Geeignete Beispiele für unsubstituierte oder substituierte Benzyloxycarbonylgruppen als Aminoschutzgruppe R¹ sind die Benzyloxycarbonyl-, p-Chlorbenzyloxycarbonyl-, p-Aminobenzyloxycarbonyl-, m- oder p-Isopropylbenzyloxycarbonyl-, p-Phenylbenzyloxycarbonyl-, p-Phenoxybenzyloxycarbonyl- und a- oder β-Naphthylmethyloxycarbonylgruppe.

Die Hydroxylschutzgruppe R² steht für eine Niedrigalkylsulfonylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methylsulfonyl, Äthylsulfonyl, Propylsulfonyl, Isopropylsulfonyl und Butylsulfonyl; eine Arylsulfonylgruppe, wie Benzolsulfonyl und ein substituiertes Benzolsulfonyl, beispielsweise p-Toluolsulfonyl, o-Nitrobenzolsulfonyl, p-Nitrobenzolsulfonyl, p-Methoxybenzolsulfonyl und 1- oder 2-Naphthalinsulfonyl; oder eine Aralkylsulfonylgruppe, wie Benzylsulfonyl.

Die Umsetzung von Kanamycin B mit dem die Benzyloxycarbonylgruppe einführenden Reagens der Formel (IV) gemäß Stufe a) kann dadurch erfolgen, daß man Kanamycin B und das Reagens (IV) im wesentlichen in einem Molverhältnis von 1 : 5, gelöst in Wasser, einem Niedrigalkanol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Äthanol oder Dioxan, oder einem Lösungsmittelgemisch, bei einer Temperatur von -30°C bis +50°C in Gegenwart eines Alkalimetallhydroxyds oder Alkalimetallcarbonats, wie Natriumcarbonat, umsetzt.

Das so hergestellte penta-N-benzyloxycarbonylierte Kanamycin B (V) wird dann mit einem Alkylidenierungsmittel, Arylidenierungsmittel, Cyclohexylidenierungsmittel oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel umgesetzt, um die 4′′- und 6′′-Hydroxylgruppen in eine Acetal- oder Ketalgruppe zu überführen und damit zu schützen. Man erhält dann ein 4′′,6′′-O-geschütztes Derivat der obigen Formel (VI).

Die Umsetzung der Verbindung (V) mit dem Alkylidenierungs-, Arylidenierungs-, Cyclohexylidenierungs- oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel erfolgt in einem geeigneten, aprotischen, organischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, in Gegenwart einer katalytischen Menge einer Säure, beispielsweise Schwefelsäure oder p-Toluolsulfonsäure, unter wasserfreien Bedingungen bei einer Temperatur von beispielsweise 10-80°C, wie in der US-PS 39 29 762 erwähnt. Geeignete Alkylidenierungs-, Arylidenierungs-, Cyclohexylidenierungs- oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel sind 2,2′-Dimethoxypropan, Anisaldehyd, 1,1-Dimethoxycyclohexan und 1,1-Dimethoxytetrahydropyran. Falls gewünscht, kann man die beiden obengenannten Verfahrensstufen auch in umgekehrter Reihenfolge durchführen, so daß man Kanamycin zuerst mit dem Alkylidenierungs-, Arylidenierungs-, Cyclohexylidenierungs- oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel umsetzt, um die 4′′- und 6′′-Hydroxylgruppen zu schützen und anschließend die Umsetzung mit dem Reagens der Formel (IV) durchführt, wobei die Aminogruppen geschützt werden.

Das wie oben beschrieben erhaltene 4′′,6′′-O-geschützte Derivat (VI) wird dann mit einem Sulfonsäurehalogenid der obigen Formel (VII] umgesetzt, wobei die 3′- und 4′-Hydroxylgruppen und gelegentlich die 2′′-Hydroxylgruppe sulfoniert werden und man so ein 3′,4′-Di- O-sulfonyl- oder 3′,4′,2′′-O-Trisulfonylprodukt der obigen Formel (VIII) oder eine Mischung des 3′,4′-Di-O-Sulfonylprodukts und des 3′,4′,2′′-Tri-O-sulfonylprodukts erhält. Die Verfahrensstufe zur Herstellung des sulfonylierten Produkts (VIII) kann in einem basischen Lösungsmittel, wie Pyridin oder Picolin, bei einer niedrigen Temperatur von beispielsweise -30°C bis 50°C erfolgen.

Das Sulfonylprodukt (VIII) wird dann mit einem Alkalimetalljodid oder -bromid und einem reduzierenden Metall, wie Zinkpulver, umgesetzt, um die Sulfonsäureestergruppen aus den 3′- und 4′-Stellungen zu entfernen, wobei man dann das 3′,4′-ungesättigte Derivat (3′-Eno-derivat) der obigen Formel (IX) erhält.

Diese Reaktionsstufe kann man durchführen, indem man ein Alkalimetalljodid, wie Kaliumjodid oder Natriumjodid, sowie ein reduzierendes Metall, wie Zinkpulver, einer Lösung des Sulfonylprodukts (VIII) in einem inerten organischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, zusetzt und die Reaktion bei einer Temperatur von 50 bis 150°C während 15 Minuten bis 3 Stunden ablaufen läßt. Wenn, wie es im vorliegenden Verfahren der Fall ist, die Aminoschutzgruppe für die Aminogruppen des Kanamycins die Benzyloxycarbonylgruppe ist, ist die gleichzeitige Verwendung eines Alkalimetalljodids oder -bromids und eines reduzierenden Metalls, wie Zinkpulver, notwendig, um das sulfonierte Produkt (VIII) in das entsprechende 3′,4′-ungesättigte Derivat, das 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-derivat (IX) zu überführen.

Das 3′,4′-ungesättigte Derivat (IX) wird dann in an sich bekannter Weise behandelt, um die Alkyliden-, Aryliden-, Cyclohexyliden- oder Tetrahydropyranylidengruppe Z zu entfernen, welche die 4′′- und 6′′-Hydroxylgruppen schützt. Diese Verfahrensweise hängt von der Art der Schutzgruppe -Z- ab und die Entfernung der Isopropyliden-, Benzyliden-, Cyclohexyliden- und Tetrahydropyranylidengruppe als Schutzgruppe -Z- kann mittels milder Hydrolyse unter Verwendung verdünnter Chlorwasserstoffsäure oder wäßriger Essigsäure erfolgen. Entfernung der 4′′,6′′-O-Schutzgruppe -Z- aus dem 3′-Eno-Produkt (IX) ergibt das aminogeschützte 3′,4′-Dideoxy- 3′-eno-kanamycin B-Derivat der obigen Formel (II).

In Stufe f) wird das geschützte 3′,4′-Dideoxy-3′- eno-kanamycin B-Derivat (II) in Anwesenheit von flüssigem Ammoniak mit einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall umgesetzt. Bei dieser Umsetzung werden die Aminoschutzgruppe R¹ und die Hydroxylschutzgruppe R² (falls eine solche anwesend ist) gleichzeitig aus der Verbindung (II) entfernt. Diese Reaktion kann bevorzugt so erfolgen, daß man die Verbindung (II) in flüssigem Ammoniak löst und Stücke eines oder mehrerer Alkalimetalle, wie Lithium, Natrium und Kalium, oder eines Erdalkalimetalles, wie Kalzium, Magnesium oder Barium, zu der Lösung der Verbindung (II) in flüssigem Ammoniak gibt. Wenn man flüssigen Ammoniak verwendet, kann die Reaktionstemperatur im Bereich von -80°C bis -30°C liegen. Die Reaktionszeit kann vorteilhaft im Bereich von 0,2 bis 12 Stunden liegen. Geeignete Mengen an Alkalimetall oder Erdalkalimetall sind von etwa 10 bis 100 Mol pro Mol Verbindung (II). Die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallstücke können auf einmal oder auch portionsweise zugegeben werden.

Wenn die Reaktion vollständig ist, gibt man Wasser, einen Niedrigalkanol, wie Methanol oder Äthanol, oder Ammoniumchlorid zu der Reaktionsmischung, um überschüssiges (nicht umgesetztes) Alkalimetall oder Erdalkalimetall zu entfernen, entfernt dann das Lösungsmittel durch Eindampfen oder Destillieren aus der Reaktionsmischung und nimmt den so erhaltenen Rückstand in Wasser auf. Die erhaltene wäßrige Lösung wird dann gereinigt, beispielsweise durch Säulenchromatographie an einem Kationenaustauscherharz, wie Dowex ® 50W×2 (H cycle), wobei man dann 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-Kanamycin B der Formel (III) in gereinigter Form erhält.

Das so erhaltene 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-kanamycin B wird dann in Stufe g) hydriert, wobei man dann 3′,4′-Dideoxykanamycin B als Endprodukt erhält. Diese Hydrierung kann so durchgeführt werden, daß man gasförmigen Wasserstoff mit einer Lösung der Verbindung (III) in einem inerten Lösungsmittel, vorteilhaft Wasser, einem Alkanol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Äthanol und Isopropanol oder Aceton, Dioxan, Pyridin, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid, Cyclohexan und Äthylacetat, oder in Mischungen von zwei oder mehr dieser Lösungsmittel umsetzt. Die Reaktionsmischung enthält auch einen bekannten Hydrierkatalysator, wie Raney Nickel, Platin, Platinoxyd, Palladium-auf-Aktivkole, Palladiumoxyd, Kobalt, einen Rhodiumkomplex, Kupfer oder Eisen. Die Hydrierung kann bei einer Temperatur von -40°C bis +120°C und bevorzugt bei Umgebungstemperatur oder einer Temperatur bis zu 100°C erfolgen. Obwohl die Hydrierung unter atmosphärischem Druck leicht vonstatten geht, kann sie doch bei einem erhöhten Druck von beispielsweise 5 bis 100 bar leichter durchgeführt werden. Geeignete Reaktionszeiten sind 0,5 bis 48 Stunden. Durch diese Hydrierung wird die Doppelbindung zwischen den 3′- und 4′-Kohlenstoffatomen des 3′,4′-Dideoxy-3′-eno- kanamycin B (III) gesättigt und man erhält das DKB der Formel (I).

Das aminogeschützte 3′,4′-Dideoxy-3′- eno-kanamycin B-Derivat der Formel (II) kann direkt mit Wasserstoff katalytisch hydriert werden, wobei man das aminogeschützte 3′,4′-Dideoxykanamycin B-Derivat der Formel (X)

worin R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen besitzen, und gegebenenfalls ein teilweise nicht mehr geschütztes Produkt davon erhält, welches durch die Entfernung eines Teils der Aminoschutzgruppen (R¹) durch die Hydrierung gebildet wird. Die so erhaltene Verbindung der Formel (X) und das obenerwähnte teilweise nicht mehr geschützte Produkt wird dann mit einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall in Gegenwart von flüssigem Ammoniak, wie oben beschrieben, behandelt, um daraus auf einmal die Schutzgruppen R¹ und R² (wenn letzteres nicht für Wasserstoff steht) zu entfernen. Man erhält dann auch das gewünschte Produkt, 3′,4′-Dideoxykanamycin B.

Bei dieser Variante werden die Hydrierung und die Umsetzung mit dem Alkali- oder Erdalkalimetall unter den gleichen Reaktionsbedingungen und auf die gleiche Weise wie oben beschrieben durchgeführt.

Bei der katalytischen Hydrierung der Verbindung (II) zum aminogeschützten 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-kanamycin B-Derivat (X) wird manchmal, abhängig von der Art des verwendeten Hydrierungskatalysators, ein Teil der Benzyloxycarbonylgruppen (R¹) aus der Verbindung (X) entfernt. Demgemäß verwendet man bei dieser Variante vorzugsweise Platinoxyd oder Palladiumoxyd als Katalysator, da diese Katalysatoren selektiv die 3′,4′-ungesättigte Bindung der Verbindung (X) hydrieren, ohne eine Abspaltung der Benzyloxycarbonylgruppen (R¹) zu bewirken. Die teilweise nicht mehr geschützte Verbindung (X) kann jedoch als solche in der anschließenden Stufe f) verwendet werden, bei der man die Schutzgruppen entfernt, um das gewünschte Produkt, DKB, zu erhalten.

Das so erhaltene DKB kann, falls gewünscht, auf bekannte Weise, beispielsweise durch Säulenchromatographie gereinigt und in seine Säureadditionssalze, wie Sulfat, Hydrochlorid, Methansulfonat und dergleichen überführt werden, indem man es mit einer Säure, wie Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Methansulfonsäure und dergleichen umsetzt. Wenn man DKB mittels Säulenchromatogaphie reinigt, erhält man das Produkt häufig in Form des Carbonats, da während der Chromatographie Kohlendioxyd aus der Atmosphäre absorbiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt folgende Vorteile:

1) Die einzelnen Stufen der Synthese von DKB aus Kanamycin B sind einfach durchzuführen und die Gesamtausbeute an DKB beträgt 50% oder mehr, bezogen auf das eingesetzte Kanamycin B.
2) Die Anzahl der zur Synthese von DKB erforderlichen Verfahrensstufen ist verringert, da eine getrennte Stufe, während der die 2′′-Hydroxylgruppe durch eine Acylgruppe, wie Alkanoyl und Aroyl, geschützt wird, wie dies in den bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik nötig war, unterlassen werden kann, und
3) die Entfernung der Schutzgruppen von den 5 Aminogruppen und der 2′′-Hyydroxylgruppe kann auf einmal erfolgen, wobei keine Nebenreaktionen stattfinden.

Einige der unsubstituierten oder substituierten Benzyloxycarbonylgruppen, welche als Aminoschutzgruppen (R¹) im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, werden allgemein zum Schutz der Aminogruppen von Kanamycin B bei der Synthese eines Kanamycin B-Derivats verwendet (vgl. GB-PS 13 49 303 und US-PS 39 29 762). Die Entfernung der Benzyloxycarbonylgruppe von den Aminogruppen erfolgt nur durch katalytische Hydrogenolyse oder saure Hydrolyse, beispielsweise in wäßriger Essigsäure oder Bromwasserstoffsäure. Im Gegensatz dazu erfolgt erfindungsgemäß die Entfernung der Benzyloxycarbonylgruppe von den Aminogruppen mit einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall in Gegenwart von flüssigem Ammoniak. Bei der Entfernung der aminoschützenden Benzyloxycarbonylgruppen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Hydroxyl-Schutzgruppe (die Niedrigalkylsulfonyl-, Arylsulfonyl- oder Aralkylsulfonylgruppe) gleichzeitig von der 2′′-Hydroxylgruppe entfernt, falls eine solche Hydroxylschutzgruppe vorhanden ist. Andererseits ist bekannt, daß man die Benzyloxycarbonylgruppe von einer Aminogruppe abspalten kann, indem man letztere mit metallischem Natrium in flüssigem Ammoniak behandelt (vgl. beispielsweise Sifferd und Vigneauds Artikel in "J. Biol. Chem.", Band 108, S. 753 [1935]).

Trotzdem wurde dieses bekannte Verfahren zur Entfernung der amino-schützenden Benzyloxycarbonylgruppe nie bei der synthetischen oder semisynthetischen Herstellung von Aminoglycosid-Antibiotika verwendet. Denn es war nicht zu erwarten, daß die komplizierte Struktur von Kanamycin B durch eine Behandlung mit einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall in flüssigem Ammoniak unbeschädigt bleiben würde, und daß man durch die Behandlung mit einem Alkali- oder Erdalkalimetall in flüssigem Ammoniak die gleichzeitige Entfernung der schützenden Sulfonylgruppe von der 2′′-Hydroxylgruppe des Kanamycin B-Moleküls bewirken könne.

Es wurde gefunden, daß die 4′′- und 6′′-Hydroxylgruppen von Kanamycin B selektiv in eine Acetal- oder Ketalgruppe überführt werden können, ohne die 3′- und 4′-Hydroxylgruppen zu maskieren, wenn das Alkylidenierungs-, Arylidenierungs-, Cyclohexylidenierungs- oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel unter den vorstehend beschriebenen Reaktionsbedingungen umgesetzt wird. Die unsubstituierte oder substituierte Benzyloxycarbonylgruppe kann dann anstelle der Niedrigalkylsulfonyl-, Arylsulfonyl- oder Aralkylsulfonylgruppe verwendet werden, um die Aminogruppen zu schützen. Außerdem kann die 2′′-Hydroxylgruppe gleichzeitig mit der Sulfonierung der 3′- und 4′-Hydroxylgruppen sulfoniert werden ohne die anschließenden Verfahrensstufen negativ zu beeinflussen, und es ist sogar vorteilhaft, die Sulfonylgruppe gleichzeitig von der sulfonierten 2′′-Hydroxylgruppe zu entfernen, wenn die amino-schützenden Benzyloxycarbonylgruppen entfernt werden. Die Entfernung der Aminoschutzgruppe und der Hydroxylschutzgruppe von der 2′′-Hydroxylgruppe erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch quantitativ, so daß die Gesamtausbeute an DKB (bezogen auf das eingesetzte Kanamycin B) auf etwa 50% oder mehr erhöht wird.

Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie einzuschränken.

Beispiel 1 1) Herstellung von Penta-N-benzyloxycarbonyl-4′′-6′′-O- cyclohexyliden-Kanamycin B

4,7 g Kanamycin B (freie Base) löst man in 50 ml Wasser und gibt nacheinander 6 g Natriumcarbonat und dann 100 ml Dioxan, gefolgt von 9,0 g Benzyloxycarbonylchlorid zu. Man rührt die so erhaltene Mischung 4 Stunden bei Umgebungstemperatur, konzentriert die Reaktionsmischung und gießt das Konzentrat in Wasser. Die unlöslichen Stoffe werden abfiltriert, mit Wasser gewaschen und gut getrocknet. Dann nimmt man diesen Feststoff in 50 ml Dimethylformamid auf, gibt dann 4 ml Cyclohexanon-dimethylketal (d. h. 1,1-Dimethoxycyclohexan) und eine katalytische Menge (100 mg) wasserfreie p-Toluolsulfonsäure zu. Man läßt die Reaktionsmischung über Nacht stehen, gießt sie dann in ein großes Volumen 8molaren wäßrigen Ammoniaks, entfernt die Feststoffe, die sich abgesetzt haben, durch Filtrieren, wäscht mit Wasser und erhält so das Titelprodukt.
Die Ausbeute beträgt 9,68 g (91%).
[α] +48° (c 1, Pyridin).
Analyse C₆₄H₇₅N₅O₂₀

berechnet:C 62,28, H 6,12, N 5,67% gefunden:C 62,19, H 6,18, N 5,77%

2) Herstellung von Penta-N-benzyloxycarbonyl-3′,4′,2′′- tri-O-benzylsulfonyl-4′′,6′′-O-cyclohexyliden-Kanamycin B

Man löst 200 mg des in Stufe 1) erhaltenen Produkts in 4 ml Pyridin, kühlt die erhaltene Lösung auf -20°C und gibt dann 123 mg Benzylsulfonylchlorid zu. Man läßt die Mischung 4,5 Stunden bei dieser Temperatur stehen, setzt dann 0,1 ml Wasser zu, um das nicht umgesetzte Benzylsulfonylchlorid zu zersetzen, engt die Reaktionsmischung durch Eindampfen des Lösungsmittels ein und gießt die konzentrierte Lösung in eine 0,05%ige wäßrige Natriumcarbonatlösung. Der Niederschlag wird durch Filtrieren gesammelt, mit Wasser gewaschen und getrocknet, wonach man dann das Titelprodukt erhält. Die Ausbeute beträgt 272 mg (99%).
[α] +59° (c 0,8, Dioxan).
Analyse C₈₅H₉₃N₅O₂₆S₃

berechnet:C 60,14, H 5,53, N 4,13, S 5,67% gefunden:C 59,90, H 5,45, N 4,03, S 5,67%

3) Herstellung von Penta-N-benzyloxycarbonyl-2′′-O-benzylsulfonyl- 4′′,6′′-O-cyclohexyliden-3′,4′-dideoxy-3′-eno- kanamycin B

Man suspendiert 169 mg des in Stufe 2) erhaltenen Produkts mit 1,7 g Natriumjodid und 840 mg Zinkpulver in 3,4 ml Dimethylformamid und rührt die so erhaltene Suspension 35 Minuten bei 95°C. Nach dem Abkühlen wird die verfestigte Reaktionsmischung mit Chloroform extrahiert. Der Extrakt in Chloroform wird mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und zu einem Sirup eingeengt. Dann nimmt man diesen Sirup in heißem Chloroform auf und setzt der erhaltenen Lösung Hexan zu, wonach das Titelprodukt als eine feste Substanz ausfällt. Die Ausbeute beträgt 115 mg (86%).
[a] +12,5° (c 0,8, Dioxan).
NMR-Spektrum (in CDCl₃) σ 5,6 (2H AB Quartett, J = ca. 11 Hz, H-3′,4′.
Analyse C₇₁H₇₉N₅O₂₀S

berechnet:C 62,96, H 5,88, N 5,17, S 2,37% gefunden:C 62,73, H 5,96, N 5,04, S 2,32%

4) Herstellung von Penta-N-benzyloxycarbonyl-2′′-O-benzylsulfonyl- 3′,4′-dideoxy-3′-eno-kanamycin B

Man löst 115 mg des in der obigen Stufe 3) erhaltenen Produkts in einer Mischung von 0,25 ml Dioxan, 0,15 ml Wasser und 1,6 ml Essigsäure und erhitzt die erhaltene Lösung 2,5 Stunden bei 80°C. Man engt die Reaktionslösung ein, nimmt den erhaltenen Rückstand in Dioxan auf und gibt dann Wasser zu, worauf das Titelprodukt als Feststoff ausfällt. Dieses wird durch Filtrieren gesammelt und getrocknet. Die Ausbeute beträgt 104 mg (96%).
[α] +10° (c 0,2, Dioxan).
Analyse C₆₅H₇₁N₅O₂₀S

berechnet:C 61,26, H 5,62, N 5,50, S 2,52% gefunden:C 61,35, H 5,63, N 5,22, S 2,89%

5) Herstellung von 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-kanamycin B (gemäß der ersten Ausführungsform)

Man löst 61 mg des in Stufe 4) erhaltenen Penta-N-benzyloxycarbonyl- 2′′-O-benzylsulfonyl-3′,4′-dideoxy-3′-eno-kanamycin B in etwa 18 ml flüssigem Ammoniak bei -50°C und gibt anschließend etwa 120 mg metallisches Natrium zu. Man rührt die Mischung 1 Stunde vorsichtig bei -50°C und gibt dann Methanol zu, um das überschüssige metallische Natrium zu entfernen. Dann läßt man die Reaktionsmischung sich langsam auf Raumtemperatur erwärmen, wobei der Ammoniak verdampft. Der so erhaltene Rückstand wird in Wasser gelöst, die Mischung mit 4 ml eines Kationenaustauscherharzes, Dowex® 50W×2 (H cycle) unter Rühren versetzt. Man gibt die Mischung, die dieses Harz enthält, oben auf eine Säule von 3,5 ml des gleichen Harzes, Dowex® 50W×2, wäscht die gesamte Harzkolonne gründlich mit Wasser und eluiert dann unter Verwendung von 1molaren wäßrigem Ammoniak als Entwicklungsmittel. Man sammelt das Eluat in Fraktionen, vereinigt diejenigen Fraktionen, welche Ninhydrin-positive Reaktionen zeigten, und konzentriert zur Trockne, wobei man dann 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-kanamycin B in Form des Mono-carbonats erhält. Die Ausbeute beträgt 23,8 mg (97%).
[α] 44° (c 0,4, Wasser).
Diese Verbindung zeigt antibakterielle Aktivität.
Analyse C₁₈H₃₅N₅O₈ · H₂CO₃

berechnet:C 44,61, H 7,29, N 13,41% gefunden:C 44,76, H 7,51, N 13,75%

6) Herstellung von 3′,4′-Dideoxykanamycin B

Man löst 12,1 mg des in Stufe 5) erhaltenen Produkts in 0,3 ml Wasser, dem man dann eine katalytische Menge (etwa 5 mg) Platinoxyd zugibt. Dann hydriert man 1,5 Stunden mit Wasserstoff bei einem Druck von 3,5 bar, filtriert die Reaktionslösung ab, um den Katalysator zu entfernen, engt das Filtrat zur Trockne ein, wobei man dann das gewünschte Produkt, 3′,4′-Dideoxykanamycin B in Form des Monocarbonats erhält. Die Ausbeute beträgt 11,5 mg (95%). [α] +110° (c 1, Wasser). Die Gesamtausbeute an 3′,4′-Dideoxykanamycin B, bezogen auf das Ausgangsprodukt, Kanamycin B, beträgt 57%.

Das gemäß diesem Beispiel erhaltene Produkt war hinsichtlich des NMR-Spektrums, IR-Spektrums und antibakteriellen Spektrums in völligem Einklang mit einer zuvor hergestellten authentischen Probe von DKB.
Analyse C₁₈H₃₇N₅O₈ · H₂CO₃

berechnet:C 44,43, H 7,66, N 13,64% gefunden:C 44,91, H 7,96, N 13,63%

Beispiel 2 1) Herstellung von Penta-N-benzyloxycarbonyl-2′′-O-benzylsulfonyl- 3′,4′-dideoxykanamycin B (gemäß der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform)

Man löst 108 mg des in Stufe 4) in Beispiel 1 erhaltenen Penta-N-benzyloxycarbonyl-2′′-O-benzylsulfonyl-3′,4′-dideoxy- 3′-eno-kanamycin B in 3 ml einer Mischung von Wasser und Dioxan (1 : 1, bezogen auf das Volumen) und gibt dann 30 mg Platinoxyd zu. Dann hydriert man wie in Stufe 6) von Beispiel 1 beschrieben und erhält dabei das Titelprodukt in einer Ausbeute von 106 mg (98%).

2) Herstellung von 3′,4′-Dideoxykanamycin B

Das in Stufe 1 dieses Beispiels erhaltene Hydrierungsprodukt löst man bei -50°C in flüssigem Ammoniak und behandelt es dann wie in Stufe 5) in Beispiel 1 beschrieben, um die Schutzgruppen, nämlich die Benzyloxycarbonylgruppen und die Benzylsulfonylgruppe, zu entfernen. Man erhält 3′,4′-Dideoxykanamycin B als Monocarbonat in einer Ausbeute von 39 mg (95%, bezogen auf das Penta-N-benzyloxy-carbonyl-2′′-O- benzylsulfonyl-3′,4′-dideoxy-3′-eno-kanamycin B).
[α] +109° (c 1, Wasser).
Die Gesamtausbeute an DKB betrug in diesem Beispiel 51%, bezogen auf die Ausgangsverbindung Kanamycin B.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 3′,4′-Dideoxykanamycin B, ausgehend von Kanamycin B, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) Kanamycin B in an sich bekannter Weise mit einem Benzyloxycarbonylhalogenid der Formel R¹X, wobei R¹ für eine Gruppe der allgemeinen Formel IV: steht, worinR³ein Wasserstoffatom, eine Aminogruppe, ein Halogenatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe oder eine Aralkylgruppe bedeutet und Xfür ein Chlor- oder Bromatom steht,zu penta-N-benzyloxycarbonyliertem Kanamycin B der Formel (V) umsetzt: worin R¹ die oben angegebene Bedeutung besitzt,
b) die Verbindung der Formel (V) mit einem Alkylidenierungsmittel, Arylidenierungsmittel, Cyclohexylidenierungsmittel oder Tetrahydropyranylidenierungsmittel in an sich bekannter Weise zu dem 4′′,6′′-O-geschützten Derivat der Formel (VI) umsetzt: worinR¹die oben angegebene Bedeutung besitzt und Zfür eine Alkyliden-, Aryliden-, Cyclohexyliden- oder Tetrahydropyranyliden-Gruppe steht,
c) eine Verbindung der Formel (VI) mit einem Sulfonsäurehalogenid der Formel (VII): R⁴SO₂X (VII)worinR⁴eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe oder eine Aralkylgruppe bedeutet und Xfür ein Chlor- oder Bromatom steht,in an sich bekannter Weise zu dem 3′,4′-Di-O-sulfonyl- oder 3′,4′,2′′- Tri-O-sulfonylprodukt der Formel (VIII) umsetzt: worinR¹ und Zdie obengenannten Bedeutungen besitzen, Wfür die Sulfonylgruppe der Formel -SO₂R⁴ steht, worin R⁴ die oben angegebenen Bedeutungen besitzt, und R²für ein Wasserstoffatom steht oder die oben für W angegebenen Bedeutungen besitzt,oder zu einem Gemisch dieser Verbindungen umsetzt,
d) das Sulfonylprodukt der Formel (VIII) entweder allein oder in Mischung mit einem Alkalibromid oder -jodid und einem reduzierendem Metall in an sich bekannter Weise zu dem 3′,4′-ungesättigten Derivat der Formel (IX) umsetzt: worin
R¹, R² und Z die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
e) aus den Verbindungen der Formel (IX) in an sich bekannter Weise die Gruppe Z entfernt, wobei man das aminogeschützte 3′,4′-Dideoxy-3′-eno-kanamycin B-Derivat der Formel (II) erhält: worin
R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
f) die Verbindungen der Formel (II) in an sich bekannter Weise mit einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall in Gegenwart von flüssigem Ammoniak zu 3′,4′-Dideoxy-3′-eno- kanamycin B der Formel (III) umsetzt: und
g) die Verbindung der Formel (III) in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators in an sich bekannter Weise hydriert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Stufe f) die Hydrierung gemäß Stufe g) durchführt.