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Spectinomycinderivate und Verfahren zu ihrer Herstellung
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Die Erfindung betrifft neue Spectinomycylaminderivate der allgemeinen
Formel I,
ihre Säureadditionssalze mit anorganischen oder organischen Säuren, falls in den
Verbindungen der allgemeinen Formel I basische Reste enthalten sind, und Verfahren
zu ihrer Herstellung.
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Die Verbindungen der allgemeinen Formel I sind wertvolle Zwischenprodukte
fUr die Herstellung von stark antimikrobiell wirksamem 4-Spectinomycylamin.
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In der obigen allgemeinen Formel I bedeutet X eine aus der Peptidchemie
bekannte, durch Behandeln mit Säuren, Basen oder durch Reduktion leicht abspaltbare
organische Gruppe, wie die Benzyloxycarbonylgruppe, die 4-Brom- oder 4-Nitro- oder
4-Chlor-benzyloxycarbonylgruppe,
die 4-Methoxy- oder 3,4-Dimethoxy-
oder 3,4-Methylen-dihydroxy- oder 3,4,5-Trimethoxy- oder 4-Decyloxy- oder 4-Acetoxy-
oder 4-Äthoxcarbonyloxy-benzyloxyearbonylgruppe, eine gesättigte oder ungesättigte
Alkoxycarbonylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls durch eine
Furyl-(2)-gruppe, eine p-Tolylsulfonylgruppe, ein oder mehrere Halogenatome, eine
Alkoxy- oder Alkoxy-alkoxygruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen im Alkylteil und
1 bis 3 Kohlenstoffatomen im Alkylenteil substituiert sein kann, beispielsweise
die Furyl-(2)-methoxycarbonyl-, Allyloxycarbonyl-, 2-(p-Tolylsulfonyl)-äthoxycarbonyl-,
2-Brom-äthoxycarbony 1-, 2,2,2-Trichlor-äthoxycarbonyl-, 2-(2-Methoxy-äthoxy )&thoxycarbonyl-,
3-Methyl-pentyl- (3) -oxycarbony 1-insbesondere aber die tert.-Butyloxycarbonylgruppe,
eine Cycloalkyloxycarbonylgruppe mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie die Cyclopentyloxycarbonyl-
oder Cyclohexyloxycarbonylgruppe, die beide durch eine Methyl-, Xthyl- oder tert.-Butylgruppe
substituiert sein können, die Isobornyloxyearbonyl- oder die Adamantyl-(1 )-oxycarbonylgruppe,
eine Phenyl- oder Biphenylalkoxycarbonylgruppe, die im Phenylrest durch eine bis
drei Methyl- oder Methoxygruppen substituiert sein kann und deren Alkylengruppe,
die gerade oder verzweigt sein kann, 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, wie zum Beispiel
die Ql -Dimethyl-3,5-dimethoxy-benzyloxycarbonyl- oder 2-Biphenylyl-(47-propyl-(2)-oxycarbonylgruppe,
die Diphenyl-methoxyearbonylgruppe, eine Phenyloxycarbonylgruppe, die gegebenenfalls
durch eine Nitro-, Methoxy oder Methylgruppe substituiert sein kann, eine Dialkylaminooxyearbonylgruppe,
wie die Dimethylaminooxycarbonylgruppe oder die Piperidinooxyearbonylgruppe, eine
Alkylthiocarbonylgruppe mit 1 bis ii Kohlenstoffatomen im Alkylrest, die Benzylthiocarbonylgruppe,
die Formylgruppe oder eine sonstige aliphatische Acylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen,
welche gegebenenfalls noch durch 1 bis 3 Halogenatome, Hydroxygruppen, Acylreste,
oder durch eine Nitrogruppe substituiert sein kann, wie die Trifluoracetyl-, Acetoacetyl-,
2-Nitro-phenoxyacetyl
-, Monochloracetyl-, 3-Chlor-butyroyl-, 3-Hydroxyisocaproylgruppe,
desweiteren kann X eine Benzoyl-, 2-Nitrobenzoyl-, 4-Toluolsulfonyl-, Benzylsulfonyl-
oder p-Methoxybenzolsulfonylgruppe oder auch eine Benzyl- oder Tritylgruppe sein.
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Die Verbindungen der allgemeinen Formel I können wie folgt hergestellt
werden: 1) Aus Verbindungen der allgemeinen Formel
in der X die oben genannten Bedeutungen besitzt, durch Umsetzung mit Ammoniumsalzen
in Gegenwart von Metallborhydriden.
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Die Umsetzung wird in Wasser oder in organischen Lösungsmitteln,
vorzugsweise in Alkoholen, oder in Gemischen der angegebenen Lösungsmitteln, bei
Temperaturen zwischen 00 und 1000C, vorzugsweise zwischen 0° und 500C, durchgeführt.
Als Ammoniumsalze kommen beispielsweise die Salze des Ammoniaks mit Halogenwasserstoffsäuren,
Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure, als Metallborhydride vorzugsweise
die Alkalicyanborhydride in Betracht.
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2) Durch Reduktion von Verbindungen der allgemeinen Formel
in der X wie oben definiert ist und Y eine Hydroxygruppe, Alkoxygruppe
mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Phenalkoxygruppe mit insgesamt 7 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder die Gruppe der Formel
in der R1 und R2 Wasserstoffatome, Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Phenalkylgruppen
mit insgesamt 7 bis 10 Kohlenstoffatomen oder die Phenylgruppe darstellen, wobei
R1 auch eine aliphatische Acylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder die Benzoylgruppe
sein kann, sofern dann R2 die anderen vorstehend genannten Bedeutungen innehat,
oder eine Gruppe der Formel
in der R3 und R4 Wasserstoffatome, Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Phenalkylgruppen
mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen oder die Phenylgruppe darstellen, wobei R3 und R4
zusammen mit dem dazwischenliegenden Kohlenstoffatom auch einen 5- bis 8- gliedri
gen carbocyclischen Ring bilden kann, bedeutet.
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Zur Reduktion eignet sich besonders die katalytische Hydrierung in
Gegenwart von Metallkatalysatoren, wie beispielsweise Platin-, Palladium-, oder
Platindioxid-Katalysatoren. Die Hydrierung wird in Wasser, in organischen Lösungsmitteln,
wie Alkoholen, Carbonsäuren, Dioxan, Tetrahydrofuran, oder in Gemischen der angegebenen
Lösungsmitteln bei Temperaturen zwischen Oo und 100 C, vorzugsweise 20 und 500C,
und bei Drucken zwischen 1 und lOOat durchgerührt.
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Vorteilhafterweise wird die Hydrierung in Gegenwart einer anorganischen
oder organischen Säure, wie chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Trifluoressigsäure,
Methansulfonsäure oder Trichlormethansulftnsäure durchgerUhrt.
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Die Verbindungen der allgemeinen Formel I, sofern diese einen basischen
Rest aufweisen, können anschließend in ihre Säuren additionssalze mit anorganischen
oder organischen Säuren mittels bekannter Verfahren Ubergerührt werden. Als Säuren
eignen sich beispielsweise Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphoräsure,
Maleinsäure, Fumarsäure, Zitronensäure oder Weinsäure.
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Die Ausgangsverbindungen der allgemeinen Formel II sind literaturbekannt
(vgl. P.F. Wiley, A.D. Argoudelis und H. Hoeksema, J. Am. chem. Soc. 85, 2652-2659
/1963/) oder lassen sich in Anlehnung an bekannte Verfahren herstellen.
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Die Ausgangsverbindungen der allgemeinen Formel III werden dadurch
erhalten, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel II mit Verbindungen der allgemeinen
Formel NH2-Y, in der Y wie oben definiert ist, umsetzt. Die Umsetzungen werden in
Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel, wie Methanol, Methanol, Isopropanol,
Eisessig, verschiedenen Estern oder Ethern, wie Dioxan, oder in Gemischen solcher
Lösungsmittel bei Temperaturen zwischen 0° und 1000C durchgeführt.
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Die Spectinomycinderivate der allgemeinen Formel I sind Zwischenprodukte
für die Synthese von Verbindungen mit wertvollen biologischen Eigenschaften. So
lassen sich die Verbindungen der allgemeinen Formel I durch Abspaltung der Reste
X beispielsweise in das 4-Spectinomycylamin der Formel
umwandeln. Diese Verbindung besitzt ausgezeichnete antimikrobielle
Eigenschaften.
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Es wurde das 4R-Spectinomycylamin der Formel IV vergleichend mit dem
bekannten Spectinomycin bezüglich der Wirkung gegen Staphylococcus aure,.us SG 511,
Streptococcus Aronson, Escherichia Coli ATCC 9637, Pseudomonas aeruginosa, Serratia
marcescens ATCC 13880, Klebsiella pneumoniae ATCC 10031, Proteus mirabilis und Proteus
vulgaris und bezüglich der akuten Toxizitflt untersucht.
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Fur die Untersuchungen wurde die Methodik des ReihenverdUnnungstestes
im Mikrotitersystem angewandt. Die Prüfung der Substanzen auf Bakteriostase erfolgte
in flüssigem Medium. Es wurde die Bakteriostasewirkung bei folgenden Konzentrationen
untersucht: 80; 40; 20; 10; 5; 2,5; 1,25; o,6 und 0,3 tg/ml. Als Nährmedium diente
eine Bouillon aus 5 g Pepton, 3 g Fleischextrakt, aufgefUllt mit destilliertem Wasser
auf ein Volumen von lOOOml; pH-Wert 6,7. Das Alter der Primärkulturen betrug 24
Stunden. Die Einstellung der Keimssuspension erfolgte am Photometer (nach "Eppendorr")
(Reagenzglas-Durchmesser 14 mm, Filter 546 nm) an Hand der TrUbung einer Bariumsulfat-Vergleichssuspension,
die durch eine Bariumsulfat-Auischwemmung erzeugt wurde, welche durch die Zugabe
von 3,0 ml 1%ige Bariumchloridlösung in 97 ml 1%ige Schwefelsäure entstand. Nach
der Einstellung wurden Streptococcus Aronson im Verhältnis 1:150 und die Ubrigen
Testkeime im Verhältnis 1:1500 mit einer Kochsalzlösung weiterverdUnnt.
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16 mg der jeweiligen Substanz wurden in 10 ml-Meßkolben eingewogen
und mit dem Lösungsmittel bis zur Marke aufgefnllt. Die weitere Verdtlnnungsreihe
wurde mit destilliertem Wasser oder dem jeweiligen Lösungsmittel hergestellt.
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Die Vertiefungen der Mikrotiterplatten wurden mit 0,2 ml NShrmedium,
0,01 ml der entsprechenden SubstanzverdUnnung und mit einem Tropfen Keimsuspension
beschickt und 18 bis 20 Stunden bei 370C bebrUtet. Eine Lösungsmittelkontrolle wurde
stets mitgeführt.
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Die Ablesung wurde makroskopisch vorgenommen, wobei die jeweilige
Grenzkonzentration (= niedrigste noch bakteriostatisch wirksame Konzentration) ermittelt
wurde.
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In der folgenden Tabelle sind die ermittelten Konzentrationen bzw.
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minimale Hemmkonzentrationen für die beiden obengenannten Substanzen
(4R-Spectinomycylamin und Spectinomycin) angegeben:
| Minimale Hemmkonzentration in pg/ml |
| der Substanz |
| Keime 4R-Spectinomycylamin Spectinomycin |
| Staphylococcus aureus |
| SG 511 5 (2,5) 20 (10) |
| Streptococcus Aronson 5 10 |
| Escherichia Coli |
| ATCC 9637 20 (10) 40 (20) |
| Pseudomonas aeruginosa 40 (20) 160 (80) |
| Serratia marcescens |
| ATCC 13 880 10 20 |
| Klebsiella |
| pneumoniae ATCC 10 031 10 (5) 20 (10) |
| Proteus mirabilis 10 10 |
| Proteus vulgaris 5 10 |
Die Werte in Klammern bedeuten die Konzentration, bei denen Wachstumsminderung,
aber noch kein völliger Wachstumsstillstand erkennbar ist.
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Die akute Toxizität wurde durch perorale und subcutane Verabreichung
beider Substanzen an weiße Laboratoriumsmäuse in steigenden Dosen bestimmt. Die
LD50 ist die Dosis, nach deren Verabreichung 50 fi der Tiere innerhalb von 8 Tagen
verstarben. Die beiden Substanzen zeigten dabei eine LD50 von Uber 5 g/kg; bei 5
g/kg verstarben bei beiden Substanzen keine Tiere. Nach subcutaner Injektion besitzen
beide Substanzen eine LD50 von über 1000 mg/kg;
sie sind damit
für die Praxis völlig untoxisch.
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Beispiel zur Herstellung der Ausgangsprodukte: 6.8-Bis-ß,ßsB-trichlorãthoxyearbonylspectinomycin-benzyloxim
6 g (0,008 Mol) 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonyl-spectinomycin und 1,5 g (0,01
Mol) 0-Benzylhydroxylamin-hydrochlorid werden in 40 ml Dioxan und 40 ml Wasser gelöst.
Durch Zugabe von 4n-Natronlauge wird ein pH-Wert von 3 bis 4 eingestellt. Nach 18-stUndigem
Rühren bei Raumtemperatur wird in 150 ml Wasser eingerührt und mit Essigester extrahiert.
Die organische Phase wird getrocknet und eingedampft. Man erhält 6 g farbloses Produkt
(93 % der Theorie).
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Rf: 0,30 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 9:1) NMR (Lösungsmittel:
Deuterochloroform) ppm: 1,35 Dublett 2H (2-CH3) 3,15 Dublett 6H (-N-CH3) 4,7 Singlett
IH (lOaH) 4,8 verbr. Singlett (-CH2-CC13) 5.2 Singlett 2H (Benzyl-CH2) 7.4 Singlett
5H (Phenyl) Das Ausgangsmaterial 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxy-carbonylspectinomycin
läßt sich nach der in J, Antibiotics XXVIII, S. 140 (1975) für das 6,8-Bisbenzyloxycarbonyl-4-dihydrospectinomycin
angegebenen Methode aus Spectinomycin und Chlorameisensäure-ß,ß,ß-trichlorãthylester
darstellen.
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Rf: 0,26 (Kieselgel, Chloroform/Methanol (11:1).
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Auf dieselbe Weise wurden die folgenden Verbindungen erhalten: a)
6,8-Bis-p-methoxybenzolsulfonylspectinomycin-oxim aus 6, 8-Bis-p-methoxybenzolsulfonylspectinomycin
und Hydroxy lami n.
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Rf: 0,32 (Kieselgel, Chloroform/Methanol : 11:1)
Das
Ausgangsmaterial 6,8-Bis-p-methoxybenzolsulfonylspectinomycin wurde, wie oben angegeben,
aus p-Methoxybenzolsulfochlorid und Spectinomycin erhalten.
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Rf: 0,40 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 9:1) b) 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin-methyloxim
aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin und 0-Methylhydroxylamin,
Rf: 0,27 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 11:1) c) 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin-benzhydrazon
aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin und Benzhydrazid.
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Rf: 0,26 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 11:1) d) 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin-acethydrazon
aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin und Acethydrazid.
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Rf: 0,24 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 11:1) e) 6,8-Bis-isobornyloxycarbonylspectinomycin-benzyloxim
aus 6,8-Bis-isobornyloxycarbonylspectinomycin und 0-Benzylhydroxylamin Rf: 0,55
(Kieselgel, Chloroform/Methanol = 10:1), Schmelzpunkt: 1200C (Zersetzung).
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Das Ausgangsmaterial wurde, wie oben angegeben, aus Spectinomycin
und Isobornyloxycarbonylchlorid hergestellt.
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Rf: 0,42 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 10:1).
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Beispiele zur Herstellung der Endprodukte: Beispiel 1 6 ,8-Bis-benzyloxycarbonylspectinomycylamin
1,85 g (0,003 Mol) 6,8-Bis-benzyloxycarbonylspectinomycin und 2,4g Ammoniumnitrat
werden in 15 ml absolutem Methanol gelöst und 15 Minuten bei 400C gerührt. Anschließend
werden innerhalb von 3 Minuten bei 200 C 0,131 g Natriumcyanborhydrid portionsweise
zugegeben. Nach 30 Minuten bei Raumtemperatur wird abgesaugt, das Filtrat in 70
ml einer gesättigten Kochsalz-Lösung eingerührt, mit Essigester extrahiert, der
Extrakt getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird mit Äther verrieben und abgesaugt.
Dieser Rückstand (1,2 g) wird an Kieselgel chromatographiert (Chloroform/Metanol
= 5:1). Man erhält 0,6 g eines farblosen Pulvers vom Zersetzungsbereich 110 - 1300C.
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30 39 3 10 Mol.gewicht 601,66 Ber.: C 58,89 H 6,53 N 6,57 Gef.: 59,10
6,99 6,76 Massenspektrum der silylierten Substanz M : 817 = 601 + 3X72 (3 Silylreste)
745 = 601 + 2X72 (2 Silylreste) Rf: 0,47 (Kieselgel, Chloroform/Methanol - 5:1)
Auf dieselbe Weise wurden dargestellt: a) 6,8-Bis-p-methoxybenzolsulfonylspectinomycylamin
aus 6,8-Bis-p.methoxybenzolsulfonylspectinomycin, Ammoniumnitrat und Natriumcyanborhydrid.
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Rf: 0,55 (Kieselgel, Chloroform/Methanol : 9:1)
b)
6 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxyearbonylspectinomycylamin aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin,
Ammoniumnitrat und Natriumcyanborhydrid.
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Rf: 0,41 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 9:2) Massenspektrum der
silylierten Verbindung M+: 969 = 681 + 4X72 (4 Silylreste) Berechnetes Molekulargewicht:
684.18.
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c) 6,8-Bis-isobornyloxycarbonylspectinomycylamin aus 6,8-Bis-isobornyloxycarbonylspectinomycin,
Ammoniumnitrat und Natriumcyanborhydrid.
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Massenspektrum der silylierten Substanz M : 909 909 = 693 + 3X72
(3 Silylreste) 837 = 693 + 2X72 (2 Silylreste) 693 = ber. Molekulargewicht Schmelzpunkt:
1600C (Zersetzung) Beispiel 2 6,8-Bis-isobornyloxyearbonyl-spectinomycylamin 7,98
g (0,01 Mol) 6,8-Bis-isobornyloxycarbonyl-spectinomycylbenzyloxim, gelöst in 150
ml 3%iger äthanolischer Salzsäure, werden in Gegenwart von 8 g Platinoxid mit Wasserstoff
bei 25 0C reduziert.
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(Wasserstoffdruck: 5 Atmosphären; Reaktionszeit: 62 Stunden oder 50
Atmosphären bei einer Reaktionszeit von 30 Stunden).
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Nach beendeter Reduktion wird vom Katalysator abgesaugt und das Xthanol
im Vakuum abdestilliert.
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Man löst den verbleibenden festen RUckstand in Wasser, stellt den
pH-Wert der Lösung auf 3,5 ein und trennt durch Extraktion mit Äther die Nebenprodukte
ab. Anschließend wird der pH-Wort der Lasung auf 7,0 erhöht und erneut mit ether
extrahiert.
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Nach Trocknen mit Natriumsulfat und Abziehen des ethers wird das gewünschte
Produkt in Form eines weißen Pulvers erhalten.
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Ausbeute: 4,1 g (59 % der Theorie) F.: 1600C (Zersetzung) C36H59N3°10
(695,97) Ber.: C 49,41 H 6,12 N 8,23 Gef.: 49,29 6,25 8,37 Das Hydrochlorid läßt
sich darstellen, indem man die äthanolische Lösung der freien Base mit ätherischer
Salzsäure behandelt.
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Schmelzpunkt: 182 - 1850C (Zersetzung).
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Auf dieselbe Weise wurde erhalten: a) 6,8-Bis-ß,ß,B-trichloräthoxyearbonylspectinomycylamin
aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin-benzyloxim und Platindioxid
Rf: 0,41 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 9:2) Massenspektrum der silylierten Verbindung:
M 969 t 681 + 4X72 (4 Silyl-Reste) 897 = 681 + 3X72 (3 Silyl-Reste) 825 = 681 +
2X72 (2 Silyl-Reste) Ber. Molekulargewicht: 684,18.
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b) 6, 8-Bis-p-methoxybenzolsulfonylspectinomycylamin aus 6, 8-Bis-p-methoxybenzolsulfonylspectinomycin-oxim
und Platindioxid.
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Rf: 0,55 (Kieselgel, Chloroform/Methanol = 9:1) c) 6, 8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycylamin
aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin-methyloxim und Platindioxid.
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Nach Mischchromatogramm identisch mit dem unter a) erhaltenen Produkt.
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d) 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycylamin aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxyearbonylspectinomycin-benzhydrazon
und Platindioxid.
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Nach Mischchromatogramm identisch mit dem unter a) erhaltenen Produkt.
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e) 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycylamin aus 6,8-Bis-ß,ß,ß-trichloräthoxycarbonylspectinomycin-acethydrazon
und Platindioxid.
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Nach Mischchromatogramm identisch mit dem unter a) erhaltenen Produkt.
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Beispiele für die Herstellung pharmakologisch wertvoller Folgeprodukte:
Beispiel 3 4-R-Spectinomycylamin-trihydrochlorid 500 mg 6,8-Bisbenzyloxycarbonylspectinomycylamin
(R-Form) werden in 25 ml 3,4einer äthanolischer Salzsäure mit 500 mg 20%iger Palladiumkohle
zwei Stunden bei Raumtemperatur in einer Schüttelente hydriert. Der Katalysator
wird abfiltriert, das Filtrat auf 5 ml eingeengt und der Rückstand mit 100 ml Xther
versetzt. Man erhält 230 mg (65 a der Theorie) farbloses Pulver vom Schmelzpunkt
189 - 1940C.
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Rf: 0,5 (Kieselgel, Chloroform/Methanol/konz. Ammoniak = 40/40/15)
Massenspektrum der silylierten Verbindung: M+ 693 = 333 + 5X72 (5 Silylreste) 621
= 333 + 4X72 (4 Silylreste) 549 = 333 + 3X72 (3 Silylreste) 477 = 333 + 2X72 (2
Silylreste) Berechnetes Molekulargewicht der freien Base 333.