DE69104092T2

DE69104092T2 - Verfahren zur Herstellung von Amikacin-Vorläufern.

Info

Publication number: DE69104092T2
Application number: DE69104092T
Authority: DE
Inventors: Asta Leone Dall; Eugenio Garegnani
Original assignee: Biochimica Opos SpA
Current assignee: Biochimica Opos SpA
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: ATE111917T1; JP2502412B2; US5656735A; US5621085A; PT96973A; EP0446670A1; BR9100921A; PT96973B; EP0446670B1; DE69104092D1; JPH04211696A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vorlaufern von O-3-Amino-3-deoxy-α-D- glucopyranosyl-(1T6)-O-[6-amino-6-deoxy-α-D- glucopyranosyl-(1T4)]-N¹-(4-amino-2-hydroxy-1-oxobutyl)-2- deoxy-D-streptamin mit der Formel (A)
Die Verbindung der Formel (A) ist ein halbsynthetisches Antibiotikum, das in US-PS 3 781 268 beschrieben ist und nachstehend durch seinen internationalen Freinamen "Amikacin" bezeichnet wird.
Amikacin ist das Produkt einer Acylierung der Aminogruppe in der 1-Position von O-3-Amino-3-deoxy-α-D- glucopyranosyl-(1T6)-O-[6-amino-6-deoxy-α-D- glucopyranosyl-(1T4)]-2-deoxy-D-streptamin mit der Formel
das nachstehend durch seinen generischen Namen "Kanamycin A" bezeichnet wird, mit L-(-)-4-Amino-2-hydroxybuttersäure der Formel (C)
L-(-) HOCC- -CH&sub2;CH&sub2;NH&sub2; (C)
Nach dem obigen US-Patent wird Amikacin durch Behandlung von 6'-N-Monobenzyloxycarbonylkanamycin A mit einem aktiven Ester der L-(-)-N-Benzyloxycarbonyl-4-amino-2- hydroxybuttersäure, vorzugsweise deren N-Hydroxysuccinimidester der Formel (D)
und durch anschliessende Hydrogenolyse des so erhaltenen 1-N-[L-(-)-4-Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybutyryl]-6'- N-benzyloxycarbonylkanamycin A hergestellt.
Darüber hinaus wurden andere und vorteilhaftere Herstellungsverfahren für Amikacin vorgeschlagen; solche Verfahren sehen den Schutz der anderen reaktiven Gruppen, die in Kanamycin A vorliegen, vor, da der Schutz von nur der 6'-NH&sub2;-Gruppe, der in US-PS 3 781 268 offenbart ist, nicht ausreicht, um den Erhalt von Amikacin in guten Ausbeuten zu garantieren. So sieht US-PS 3 974 137 den Schutz der Aminogruppen mit Aldehyden vor; US-PSen 4 347 354 und 4 424 343 sehen einen Schutz durch Totalsilylierung und partielle Desilylierung vor.
US-PSen 4 136 254 und 4 230 847 offenbaren den Schutz der Aminogruppen in der 3- und 6'-Position von Kanamycin A durch vorherige Blockierung der anderen Aminogruppen durch Komplexierung mit einem zweiwertigen Übergangsmetall, ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Kobalt und Cadmium, Einführung einer N-Schutzgruppe in sowohl die Position 3 wie auch 6' und Entfernung des komplexierenden Metalls. Analog offenbart US-PS 4 297 485 denselben Schutz in sowohl den Positionen 3 wie auch 6' von Kanamycin A durch vorherige Komplexierung mit Zink, Einführung der Schutzgruppe und Entfernung des komplexierenden Metalls.
Nach diesen Dokumenten wird ein 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A erhalten, das entweder durch direkte Acylierung der 1-NH&sub2;- Gruppe mit dem reaktiven Derivat (D), was den unmittelbaren Vorläufer von Amikacin ergibt, und Entfernung der Schutzgruppen (US-PSen 4 136 254 und 4 230 847) oder durch vorherigen Schutz der 3"-NH&sub2;-Gruppe mit einer Trifluoracetylgruppe, Acylierung in 1-Position und Entfernung der Trifluoracetyl- und Benzyloxycarbonylgruppen (US-PS 4 297 485) zu Amikacin umgewandelt wird. Im ersten Fall führt die Gegenwart der freien Aminogruppe in der 3"-Position zu unerwünschten Nebenreaktionen während der direkten Acylierung; im zweiten Fall macht die Verwendung von Ethyltrifluoracetat das Verfahren schwierig.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 218 292 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Amikacin, das die Komplexierung von Kanamycin A, das in seinen 3- und 6'-Positionen mit einem metallischen Kation, ausgewählt aus Zink, Nickel, Eisen, Cobalt, Mangan, Kupfer und Cadmium, geschützt ist, und Umsetzung des so erhaltenen Komplexes mit einem reaktiven Derivat der N-geschützten Säure (C) umfasst. Nach diesem Dokument kann die Menge des zweiwertigen Metallsalzes bezogen auf das Ausgangssubstrat in einem Molverhältnis liegen, das von 1:1 bis 10:1, vorzugsweise von 2:1 bis 6:1, variiert, aber im spezifisch beschriebenen Verfahren beträgt das obige Verhältnis etwa 1:3,5.
Eines der wichtigsten Verfahren zur Herstellung von Amikacin beinhaltet die Verwendung von 3,6'-Di-N-acylkanamycin A, vorzugsweise 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A. Ein verbessertes Verfahren zur Herstellung dieser Zwischenprodukte ist daher sehr wünschenswert. In der Tat verwenden einerseits die Verfahren der US-PSen 4 136 254 und 4 230 847 und andererseits das von US-PS 4 297 485 komplexierende Metalle, die ziemlich umweltverschmutzend sind. Selbst Zink, das in US-PS 4 297 485 verwendet wird, erfordert spezielle Behandlungen, um es wiederzugewinnen.
Nach US-PS 4 297 485 ist das beste Molverhältnis von Kanamycin A/Zink 1,03:4,55, doch in einem Vergleichstest ergaben 1,03 mMol Kanamycin A und 1,24 mMol Zinkacetatdihydrat eine 51 %-ige Ausbeute von 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A gegenüber einer Ausbeute von 7,3 % unter Verwendung von Nickel(II)acetattetrahydrat (US-PS 4 136 254 und 4 230 847) als Komplexierungsmittel.
Es wurde nun gefunden, dass ein 3,6'-Di-N-Acylkanamycin A auf äusserst einfache Weise hergestellt werden kann, indem man Kanamycin A mit Aluminium, nämlich mit einem dreiwertigen und nur dreiwertigen Metall komplexiert, dann die Aminogruppen in den Positionen 3 und 6' Di-N-acyliert und schliesslich den Komplex zersetzt.
Es wurde auch überraschend gefunden, dass das Verhältnis von Substrat/Aluminiumsalz bei der Bildung des Komplexes 1:1 bis 1:4 sein kann und dass grössere Verhältnisse nicht erforderlich sind. Ausserdem wurde gefunden, dass die 3,6'-Di-N-acylierung des Komplexes mit Aluminium in sehr hohen Ausbeuten abläuft und dass die Zersetzung des Komplexes in einem basischen Medium keine Schwierigkeit darstellt und reines 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A in ausgezeichneten Gesamt ausbeuten ergibt.
Darüber hinaus wurde gefunden, dass nach der Komplexierung, der 3,6'-Di-N-acylierung und Zersetzung des Aluminiumkomplexes ein sehr geringer Rest von unumgesetzter Kanamycin-Ausgangsverbindung erhalten wird. Ausserdem wurde überraschend gefunden, das Amikacin auf äusserst leichte Weise durch Ansäuern einer wässrigen Suspension eines 3,6'-Di-N-geschützten Kanamycins A, bis eine vollständige Lösung erhalten wird, dann Acylierung der Aminogruppe in der 1-Position und selektive Entfernung der Schutzgruppen in der 3,6'-Position des so erhaltenen triacylierten Vorläufers hergestellt werden kann.
Weiterhin wurde gefunden, dass die N-Acylierung in Position 1 des so protonierten 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A in sehr hohen Ausbeuten verläuft und dass, wenn die Reaktion vorbei ist, der Amikacinvorläufer in einer hinreichend reinen Form und in ausgezeichneten Gesamtausbeuten durch einfache Einstellung des pH's mit einer Base erhalten wird.
Schliesslich wurde gefunden, dass die Gesamtsynthese der Amikacinvorläufer, ausgehend von Kanamycin A, ausgeführt werden kann, ohne das 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A zu isolieren, indem man den Aluminiumkomplex, der am Ende der 3,6'-Di-N-acylierung des Aluminiumkomplexes von Kanamycin A erhalten wird, einer Behandlung mit einer Säure unterwirft, um ein Salz des 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A an den Aminogruppen in den 3"- und 1-Positionen zu erhalten.
Dieser Befund ist überraschend, da der selektive Schutz der 3"-Aminogruppe selbst in Gegenwart eines 1,3"- diprotonierten Produkts unerwartet war.
Somit betrifft insgesamt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Amikacinvorläufern, ausgehend von Kanamycin A, bei dem die beiden Hauptschritte, nämlich
- die Herstellung von 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A durch einen Aluminiumkomplex, und
- die 1-Acylierung des 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A durch einen 3"-N-Schutz durch Protonierung
neu sind, und bei dem Salze von 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A an den 1- und 3"-Aminogruppen als nützliche Zwischenprodukte in diesem Verfahren verwendet werden.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Amikacinvorläufers der Formel (I)
worin Acyl eine acylierende N-Schutzgruppe ist, welches umfasst:
(a) Umsetzung von Kanamycin A mit einem Aluminiumsalz in einem wässrig-organischen Medium;
(b) Umsetzung des so erhaltenen Aluminiumkomplexes von Kanamycin A mit einem reaktiven Säurederivat der Formel (II)
Acyl-OH (II)
worin Acyl wie oben definiert ist;
(c) Behandlung des Aluminiumkomplexes des 3,6'-Di-N- acyl-kanamycin A als solchen oder nach Zersetzung in einem basischem Medium mit einem Protonendonor, bis ein pH-Wert von etwa 6 erhalten wird;
(d) Behandlung des so erhaltenen protonierten 3,6'- Di-N-acyl-kanamycin A mit einem reaktiven Derivat einer N-geschützten L-(-)-4-Amino-2-hydroxybuttersäure der Formel (III)
L-(-)-Acyl-NH-CH&sub2;CH&sub2;- -COOH (III)
worin Acyl wie oben definiert ist, und schliesslich Isolierung des so erhaltenen 1-N-acylierten Produkts der Formel (I).
In Schritt (a) wird die Kanamycin A-Ausgangsverbindung vorzugsweise als freie Base, gelöst oder suspendiert in einem inerten organischen Lösungsmittel, vorzugsweise einem wassermischbaren Lösungsmittel, verwendet. Besonders bevorzugte organische Lösungsmittel sind polare aprotische Verbindungen, wie Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid oder Dimethylacetamid.
Als Aluminiumsalz wird ein Salz des Aluminiums mit einer schwachen Säure mit einem pKa im Bereich von etwa 3 bis etwa 5 verwendet, vorzugsweise das basische Acetat, vorteilhaft in einer durch Umsetzung von Aluminiumchlorid und Natriumacetat frisch hergestellten wässrigen Lösung. Die Menge des für diese Reaktion verwendeten Aluminiumsalzes beträgt mindestens 1 Mol pro Mol der Ausgangsverbindung Kanamycin A und unter diesen Bedingungen werden gute Ausbeuten des Endprodukts erhalten, aber das Molverhältnis Kanamycin A/Aluminium kann von 1:1 bis 1:4, vorzugsweise von 1:1,5 bis 1:4, besser von 1:2 bis 1:3, variieren. Grössere Mengen an Aluminiumsalz sind nicht notwendig. Die Reaktion wird bei einer Temperatur von etwa 10ºC bis etwa 55ºC, vorzugsweise bei 15 bis 45ºC während 2 bis 4 Stunden ausgeführt.
In Schritt (b) wird die Reaktionsmischung, die den Aluminiumkomplex von Kanamycin A enthält, mit dem reaktiven Derivat der Säure (II) behandelt. In Formel (II) ist Acyl die acylierende N-Schutzgruppe, die in die 3- und 6'-Positionen von Kanamycin A eingeführt werden muss. Die Schutzgruppen schliessen die gewöhnlichen Blockiergruppen für den Schutz von primären Aminogruppen, die auf diesem Gebiet wohlbekannt sind, ein, nämlich Acylgruppen, die durch milde saure Hydrolyse oder katalytische Hydrierung entfernt werden können.
Besonders geeignete N-Schutzgruppen schliessen Alkoxycarbonylgruppen, wie t-Butoxycarbonyl und t-Amyloxycarbonyl; Aralkoxycarbonylgruppen, wie Benzyloxycarbonyl; Cycloalkyloxycarbonylgruppen, wie Cyclohexyloxycarbonyl; Haloalkoxycarbonylgruppen, wie Trichlorethoxycarbonyl; Acylgruppen, wie Phthaloyl und o-Nitrophenoxyacetyl, ein.
Die bevorzugte N-schützende Acylgruppe ist Benzyloxycarbonyl.
Als reaktives Derivat der Säure Acyl-OH kann ein beliebiges funktionelles Derivat, das imstande ist, primäre Amine zu acylieren, wie beispielsweise die mit Dicyclohexylcarbodiimid geeignet aktivierte Säure selbst oder das Säurechlorid, ihr Anhydrid oder ein gemischtes Anhydrid, ein aktiver Ester, wie der 4-Nitrophenylester, oder vorzugsweise der N-Hydroxysuccinimidester, verwendet werden. Das bevorzugte Produkt ist das N-Benzyloxycarbonyloxysuccinimid der Formel (E)
das nachstehend als "N-BCS" bezeichnet wird.
Die 3,6'-Di-N-acylierung wird nach bekannten Verfahren ausgeführt. Vorzugsweise wird die Reaktion im selben Lösungsmittel, das auch in Schritt (a) verwendet wurde, ausgeführt. Praktisch wird eine Lösung des reaktiven Derivats der Säure (II) in dem inerten organischen Lösungsmittel, das in Schritt (a) verwendet wird, zu der am Ende von Schritt (a) erhaltenen Reaktionsmischung zugesetzt. Nach 2 bis 4 Stunden bei Raumtemperatur ist die 3,6'-Di-N-acylierung vorbei und der Aluminiumkomplex des 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A wird dem folgenden Schritt unterworfen.
So kann in Schritt (c) die Reaktionsmischung mit einer wässrigen Lösung einer Base bis zu einem pH zwischen 9 und 11, vorzugsweise, zwischen 9,5 und 10,5, behandelt werden.
Es wird so die Zersetzung des Aluminiumkomplexes erzielt und ein 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A wird durch einfache Filtration isoliert. Ein alkalisches Hydroxid oder Carbonat oder Ammoniumhydroxid können als Base verwendet werden.
Das so isolierte 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A der Formel
worin Acyl wie oben definiert ist, wird in Wasser suspendiert und die so erhaltene Suspension angesäuert bis zur vollständigen Auflösung. Die Säure, die zur obigen Ansäuerung verwendet wird, ist ein Protonendonor, der stark oder schwach sein kann, vorausgesetzt, dass er in einer Menge zugesetzt wird, die gestattet, dass die Lösung einen pH von etwa 6 erreicht. Bei einem solchen pH-Wert geht alles Ausgangsmaterial in Lösung, selbst obwohl eine solche Lösung opaleszent erscheinen mag.
Als Säure kann ein organischer Protonendonor verwendet werden, wie Phenol, Resorcinol oder Thiophenol, oder eine Mono-, Di- oder Polycarbonsäure, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Trimethylessigsäure, Benzoesäure, Salicylsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Äpfelsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure oder Zitronensäure, eine Sulfonsäure, wie Methan- oder p-Toluolsulfonsäure, eine Phosphonsäure oder ein Mono(C&sub1;&submin;&sub4;)alkylester davon. Eine Mineralsäure, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder ein Mono(C&sub1;&submin;&sub4;)alkylester davon, Phosphorsäure oder ein Mono- oder Di(C&sub1;&submin;&sub4;)alkylester davon, Pyrophosphorsäure, Borsäure, können ebenfalls verwendet werden. Ein Salz einer starken Säure mit einer organischen Base, wie Pyridin- oder Triethylamin-hydrochlorid oder -Tosylat, kann ebenfalls als Protonierungsmittel verwendet werden. Eine starke Säure wird vorzugsweise verwendet.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird der wässrigen Suspension der Verbindung (IV) eine Säure zugegeben, bis diese Verbindung vollständig gelöst ist.
Die Ansäuerung der wässrigen Suspension der Verbindung (IV) kann bei Raumtemperatur, vorzugsweise bei 18 bis 25ºC, durchgeführt werden.
Geeigneterweise wird die pH-Veränderung während der Ansäuerung mitverfolgt, um die Zugabe der Säure zu beenden, wenn der pH den gewünschten Wert erreicht hat.
Selbstverständlich ist, wenn die Betriebsbedingungen standardisiert worden sind, eine solche Kontrolle nicht länger für den Fachmann erforderlich, der eine wohl definierte Menge Säure verwenden wird.
Die wässrige Lösung bei pH 6 enthält das zweifach geschützte Kanamycin A der Formel (IV) mit dessen freien Aminogruppen in protonierter Form. Wie oben angegeben, beträgt die Menge der verwendeten Säure etwa 2 Mol pro Mol der Verbindung (IV).
Da der Ausgangs-pH der wässrigen Lösung der Verbindung (IV) etwa 6 betragen muss und da beobachtet wurde, dass ein niedrigerer pH zu einer Verringerung der Ausbeute des 1 N-acylierten Produkts führt, wird angenommen, dass bei einem solchen pH die Aminogruppe in der 3"-Position protoniert wird.
Da ausserdem etwa 2 Mol Säure verwendet werden, wird auch angenommen, dass eine zweite Protonierung an der Aminogruppe in 1-Position auftritt, wobei eine solche zweite Protonierung keine Schutzwirkung für die weitere 1-N-Acylierungsreaktion hat. Diese Tatsache ist überraschend.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist es, wenn die anfängliche Ansäuerung mit einer starken Säure, wie Methansulfonsäure, ausgeführt wird, geeignet, den pH während der 1 N-Acylierungsreaktion einzustellen, um ihn höher als 4 zu halten.
Die Verwendung einer Pufferlösung kann insbesondere nützlich sein, wenn eine starke Säure zur anfänglichen Solubilisierung verwendet wird.
Wenn die anfängliche Ansäuerung unter Verwendung einer schwachen Säure, wie Essigsäure, ausgeführt wird, ist eine solche Korrektur des pH während der 1 N- Acylierungsreaktion nicht mehr erforderlich.
Wenn beispielsweise 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A als Ausgangsmaterial verwendet wird, hat die Struktur der protonierten Verbindung die Formel (V)
worin nur das wirklich schützende Proton in 3"-Position dargestellt wird, selbst wenn die Verbindung tatsächlich in Form ihres Di-Salzes isoliert wird. Das so erhaltene protonierte Produkt bleibt in Lösung und eine solche Lösung wird direkt für den folgenden Schritt verwendet.
Ein Di-Salz des protonierten 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A kann jedoch isoliert und charakterisiert werden.
Alternativ kann Schritt (c) ausgeführt werden, indem man die Reaktionsmischung, die am Ende von Schritt (b) erhalten wird und die den Aluminiumkomplex des 3,6'-Di-N- acyl-kanamycin A enthält, der Wirkung eines Protonendonors wie oben ausgeführt unterwirft.
So wird das protonierte 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A erhalten, ohne das 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A der Formel (IV) zu isolieren.
In Schritt (d) wurde die am Ende von Schritt (c) erhaltene Lösung, die das protonierte 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A oder alternativ das isolierte Salz enthält, mit einem reaktiven Derivat der N-geschützten L-(-)-4-Amino-2- hydroxybuttersäure, vorzugsweise mit der Verbindung der obigen Formel (D) behandelt.
Als reaktives Derivat der L-(-)-4-Acylamino-2- hydroxybuttersäure kann ein beliebiges funktionelles Derivat verwendet werden, das in der Lage ist, primäre Amine zu acylieren, wie beispielsweise die Säure selbst, die geeignet mit Dicyclohexylcarbodiimid aktiviert wird, oder das Säurechlorid, ihr Anhydrid oder ein gemischtes Anhydrid, aktive Ester, wie der 4-Nitrophenylester oder vorzugsweise der N-Hydroxysuccinimidester. Das bevorzugte Produkt ist das durch die obige Formel (D) bezeichnete.
Die Reaktion wird vorzugsweise in einem wasserunmischbaren organischen Lösungsmittel, vorzugsweise in Methylenchlorid, in 1,2-Dichlorethan oder in 1,1,1-Trichlorethan bei einer Temperatur von 10 bis 30ºC, vorzugsweise von 15 bis 25ºC, ausgeführt und zu der wässrigen Lösung des protonierten und 3,6'-Di-N- geschützten Kanamycin A zugegeben; nach 2 bis 3 Stunden wird das 3,6'-Di-N-digeschützte und 1 N-acylierte Kanamycin A aus der Reaktionsmischung nach gewöhnlichen Verfahren isoliert.
Beispielsweise wird die Reaktionsmischung mit einer wässrigen Lösung einer Base bis zu einem pH zwischen 6,5 und 7,0, vorzugsweise 6,8, behandelt. Somit wird die Deprotonierung erzielt und das Endprodukt der Formel (I) durch einfache Filtration isoliert.
Ein Alkalihydroxid oder -carbonat oder Ammoniumhydroxid kann als Base verwendet werden.
Das Produkt der Formel (I) wird in hinreichend reiner Form in Gesamtausbeuten von 58-60 bis 80 %, ausgehend von 3,6'- Di-N-acyl-kanamycin A, isoliert und kann zu Amikacin nach fachbekannten Verfahren umgewandelt werden, indem man die acylierenden N-Schutzgruppen durch Säurehydrolyse oder Hydrogenolyse entfernt. Die katalytische Hydrierung der Verbindung der Formel (I), worin Acyl Benzyloxycarbonyl ist, wird in den US-PSen 4 136 254 und 4 230 847 beschrieben.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird das 3,6'-Di-N- acyl-kanamycin A der Formel (TV) wiederum in einer sehr reinen Form und in einer sehr zufriedenstellenden Gesamtausbeute, ausgehend von Kanamycin A, erhalten. Insbesondere ist unter Verwendung eines Kanamycin A/Aluminium-Verhältnisses von 1:1 die Gesamtausbeute des Endprodukts mindestens bei 60 %, d.h. höher als die, die unter Verwendung eines Kanamycin A/Zink-Verhältnisses von 1:1,2, beschrieben in US-PS 4 297 485, erhalten wurde. Darüber hinaus werden Ausbeuten von etwa 90 % erhalten, wenn ein Kanamycin A/Aluminium-Verhältnis von 1:2 verwendet wird, und es ist somit möglich, sehr gute Ausbeuten unter Verwendung von niedrigen Aluminiummengen zu erhalten.
Ausserdem ist nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die am Ende der Schritte (a), (b) und der Isolierung von 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A gewonnene Menge an unumgesetztem Kanamycin A sehr niedrig. Normalerweise werden etwa 5 % Kanamycin A oder sogar weniger am Ende dieser Schritte wiedergewonnen.
Schliesslich ist es nach dem erfindungsgemässen Verfahren möglich, Amikacin, ausgehend von Kanamycin A, selbst ohne Isolierung von 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A zu synthetisieren. Dieses Merkmal wird durch die Herstellung eines protonierten 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A direkt aus dem Aluminiumkomplex des 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A ermöglicht.
Somit ist das protonierte 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A der Formel (VI) ein Schlüssel-Zwischenprodukt bei der Synthese von Amikacinvorläufern
wobei das entsprechende Anion der Rest eines organischen Protonendonors oder einer Mineralsäure ist.
Bevorzugte Anionen sind die Reste von Monocarbonsäuren, insbesondere die Acetat- und Propionatanionen, und die Reste von Sulfonsäuren, insbesondere die Methansulfonat- (mesylat)- und die p-Toluolsulfonat-(tosylat)-anionen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch zu beschränken.

BEISPIEL 1

Zu einer Suspension von 24,2 g (50 mMol) Kanamycin A-Base in 200 ml Dimethylsulfoxid wird eine Lösung von 12,07 g Aluminiumchloridhexahydrat (50 mMol) und 4,1 g wasserfreies Natriumacetat (50 mMol) in 40 ml Wasser gegeben. Nach 2-stündigem Rühren bei Raumtemperatur wird eine Lösung von 25 g (100 mMol) N-BCS in 150 ml Dimethylsulfoxid zugegeben. Die Mischung wird 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, dann in Ammoniumhydroxid bei pH 10 gegossen. Der Niederschlag wird abfiltriert und getrocknet. Erhalten werden 28,3 g 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A.

BEISPIEL 2

Zu einer Suspension von 24,2 g (50 mMol) Kanamycin A-Base in 200 ml Dimethylacetamid wird eine Lösung von 24,14 g (100 mMol) Aluminiumchloridhexahydrat und 27,20 g (200 mMol) Natriumacetattrihydrat in 80 ml Wasser gegeben. Die Temperatur steigt auf 45ºC. Nach 2-stündigem Rühren bei 40 bis 45ºC lässt man die Temperatur der Mischung auf Raumtemperatur absinken. Eine Lösung von 25 g (100 mMol) N-BCS in 150 ml Dimethylacetamid wird zu der Reaktionsmischung zugegeben und das Ganze 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wird in eine wässrige Ammoniumhydroxidlösung bei pH 10,5 eingegossen, und nach 2-stündigem Rühren bei Raumtemperatur wird der Niederschlag abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Erhalten werden 38,2 g 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A.

BEISPIEL 3

Zu einer Suspension von 24,2 g (50 mMol) Kanamycin A-Base in 200 ml Dimethylsulfoxid wird eine Lösung von 48,28 g (200 mMol) Aluminiumchloridhexahydrat und 27,20 g (200 mMol) Natriumacetattrihydrat in 160 ml Wasser gegeben. Die Temperatur steigt auf 45ºC. Die Reaktionsmischung wird unter Rühren 2 Stunden bei 40 bis 45ºC gehalten. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird eine Lösung von 25 g (100 mMol) N-BCS in 150 ml Dimethylsulfoxid zugegeben und die Mischung 3 Stunden bei Raumtemperatur unter Rühren gehalten. Dann wird sie in Ammoniumhydroxid bei pH 10,5 eingegossen und die ganze Mischung 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Der Niederschlag wird abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet, was 33,1 g 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A ergibt.

BEISPIEL 4

Zu einer Suspension von 24,2 g (50 mMol) Kanamycin A-Base in 200 ml Dimethylformamid wird eine Lösung von 24,14 g (100 mMol) Aluminiumchloridhexahydrat und 27,20 g (200 mMol) Natriumacetattrihydrat in 80 ml Wasser gegeben. Die Temperatur steigt spontan auf 45ºC an. Die Mischung wird 2 Stunden bei 40 bis 45ºC gerührt, und dann lässt man sie auf Raumtemperatur abkühlen und eine Lösung von 25 g (100 mMol) N-BCS in 150 ml Dimethylformamid wird zugegeben. Nach 3 Stunden bei Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung in eine wässrige Ammoniumhydroxidlösung bei pH 10,5 gegossen. Die Mischung wird 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, dann wird der Niederschlag abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. So werden 36,8 g 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A erhalten.

BEISPIEL 5

Zu einer Suspension von 6 g 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A mit einer Reinheit von 85 % (HPLC) in 50 ml entionisiertem Wasser wird Essigsäure bei Raumtemperatur (etwa 20ºC) unter Rühren auf pH 6 zugegeben. Die so erhaltene Lösung wird auf 15ºC abgekühlt, dann werden 87,5 ml Methylenchlorid, die 4,3 g des N-Hydroxysuccinimidesters von L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure enthalten, dazu während 30 Minuten zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 60 Minuten gerührt, wodurch die Temperatur auf etwa 18ºC ansteigt, während der pH auf 4,7 abnimmt. Nach 10 bis 15 Minuten wird eine Verdickung der Reaktionsmischung beobachtet; das Rühren wird 60 weitere Minuten fortgesetzt, wodurch die Temperatur auf 20ºC ansteigt. Eine dichte Suspension, die ein hinreichend reines 3,6'- Di-N-benzyloxycarbonyl-l-N-[L-(-)-4- benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybutyryl]kanamycin A enthält und fertig zur Verwendung als Amikacinvorläufer ist, wird erhalten.

BEISPIEL 6

Das Verfahren wird exakt wie in Beispiel 5 ausgeführt. Die am Ende der Acylierung erhaltene dichte Suspension wird zur Entfernung des Lösungsmittels konzentriert und der Rückstand mit 40 ml Wasser aufgenommen und mit Ammoniumhydroxid behandelt, so dass ein pH von 6,85 erhalten wird. Das Produkt wird filtriert, mit Wasser gewaschen und unter Vakuum bei 35 bis 40ºC auf ein konstantes Gewicht getrocknet. So werden 8,85 g 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonyl-1-N-[L-(-)-4-benzyloxycarbonylamino-2- hydroxybutyryl]kanamycin A mit einer Reinheit von 55,97 % (HPLC) erhalten. Ausbeute: 72,2 %.

BEISPIEL 7

Zu einer Suspension von 60 g 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A (Reinheit: 87,11 %) in 500 ml Wasser werden 8,75 ml Methansulfonsäure zugegeben, so dass ein pH von 6 erhalten wird, dann wird die so erhaltene Lösung auf +15ºC abgekühlt und 860 ml einer Lösung des N-Hydroxysuccinimidesters der L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure (erhalten durch Umsetzung von 37,5 g von L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure mit 16,25 g N-Hydroxysuccinimid in 750 ml Methylenchlorid bei Raumtemperatur und in Gegenwart von 28,4 g Dicyclohexylcarbodiimid, gelöst in 80 ml Methylenchlorid) wird im Verlaufe von 30 Minuten zugegeben. Durch Verfahrensschritte wie in den Beispielen 5 und 6 werden 87,7 g 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonyl-1-N-[L-(-)-4- benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybutyryl]kanamycin A mit einer Reinheit von 46,5 % (HPLC) erhalten. Ausbeute: 59,3 %.

BEISPIEL 8

Zu einer Suspension von 60 g 3,6'-Di-N-benzyloxykanamycin A (Reinheit: 87,11 %) in 500 ml Wasser werden 8,75 ml Methansulfonsäure zugegeben, so dass ein pH von 6 erhalten wird, dann wird die so erhaltene Lösung auf +15ºC abgekühlt und 860 ml einer Lösung des N-Hydroxysucclnimidesters von L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure, hergestellt wie in Beispiel 7 beschrieben, in Methylenchlorid, werden im Verlauf von 30 Minuten zugegeben. Die Mischung wird 60 Minuten gerührt, wodurch die Temperatur auf etwa 18ºC ansteigt und der pH zwischen 4,5 und 5,0 durch Zugabe von Ammoniumhydroxid gehalten wird.
Das Rühren wird 60 Minuten fortgesetzt, wobei sich die Temperatur auf 20ºC erhöht, und der pH wird in dem oben angegebenen Bereich gehalten. Eine dichte Suspension wird erhalten, die unter reduziertem Druck zur Entfernung des Lösungsmittels konzentriert wird; dann wird der Rückstand mit 500 ml Wasser aufgenommen und die Mischung mit Ammoniumhydroxid auf pH 6,85 behandelt. Das Produkt wird filtriert, mit Wasser gewaschen und unter Vakuum bei 35 bis 40ºC auf ein konstantes Gewicht getrocknet. So werden 89,25 g 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonyl-1-N-[L-(-)-4- benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybutyryl]kanamycin A mit einer Reinheit von 58,23 % (HPLC) erhalten. Ausbeute: 75,7 %.

BEISPIEL 9

(a) Protoniertes 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonyl kanamycin A:

Zu einer Suspension von 6,42 g (7,6 mMol) 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A mit einem Titer von 89,5 % (HPLC) in 50 ml entionisiertem Wasser werden 1,14 ml (15,3 mMol) Propionsäure bei 20 bis 22ºC zugegeben und so ein pH von 6 erhalten. Die Lösung wird unter Vakuum eingedampft und der so erhaltene Rückstand mit 30 ml Isopropanol behandelt, filtriert und unter Vakuum bei 35ºC getrocknet, so dass 6,5 g 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A-dipropionat entstehen.
(b) 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonyl-1-N-[L-(-)-4- benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybutyryl]- kanamycin A:
Zu einer Lösung von 6,5 g des Zwischenprodukts (a), gekühlt auf 15ºC, wird im Verlauf von 30 Minuten eine Lösung von 4,3 g des Hydroxysuccinimidesters von L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure in 80 ml Methylenchlorid zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 60 Minuten gerührt und eine dichte Suspension erhalten. Das Produkt wird filtriert, mit Wasser gewaschen und unter Vakuum bei 35 bis 40ºC getrocknet. So werden 8,4 g 3,6'- Di-N-benzyloxycarbonyl-1-N-[L-(-)-4- benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybutyryl]kanamycin A, verwendungsfertig als Vorläufer von Amikacin, erhalten.

BEISPIELE 10 BIS 13

Durch ein Verfahren wie in Schritt (a) von Beispiel 9 und Ersetzung der Propionsäure durch den geeigneten Protonendonor werden die folgenden 3,6'-Di-N- benzyloxycarbonylkanamycin A-Salze erhalten:
- 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A-diacetat (Beispiel 10);
- 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A-dimethansulfonat (Beispiel 11);
- 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A-oxalat (Beispiel 12);
- 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A-hydrogencitrat (Beispiel 13).

BEISPIEL 14

Zu einer Suspension von 24,2 g (50 mMol) Kanamycin A-Base in 200 ml Dimethylsulfoxid wird eine Lösung von 24,14 g (100 mMol) Aluminiumchloridhexahydrat und 27,20 g (200 mMol) Natriumacetattrihydrat in 80 ml Wasser gegeben. Die Temperatur steigt auf 45ºC und die Reaktionsmischung wird unter Rühren 2 Stunden auf 40 bis 45ºC gehalten. Nach Abkühlung auf 18 bis 20ºC wird eine Lösung von 25 g (100 mMol) N-BCS und 150 ml Dimethylsulfoxid zugegeben und die Mischung 3 Stunden unter Rühren bei 18 bis 20ºC gehalten. Zu dieser Zeit sind in Lösung der Aluminiumkomplex des 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A. Nach Abkühlung auf 10 bis 12ºC werden 250 ml Wasser und anschliessend 15 ml Propionsäure zum Erhalt eines pH von 6 zugegeben. Die so erhaltene Lösung enthält das protonierte 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A. Die Lösung wird auf 15ºC abgekühlt und 547 ml einer Methylenchloridlösung des N-Hydroxysuccinimidesters der L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure (erhalten durch Umsetzung von 23,85 g L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure mit 10,33 g N-Hydroxysuccinimid in 40 ml Methylenchlorid bei 20 bis 25ºC und in Gegenwart von 18,6 g Dicyclohexylcarbodiimid) werden zugegeben. Die Mischung wird 60 Minuten gerührt und die Temperatur steigt auf 18ºC. Das Rühren wird 60 Minuten fortgesetzt, wodurch die Temperatur auf 20ºC ansteigt. Eine dichte Suspension wird erhalten und zur Entfernung des Methylenchlorids konzentriert; der Rückstand wird mit 110 ml Wasser aufgenommen und mit Ammoniumhydroxid auf einen pH-Wert von 6,85 gebracht.
Das Produkt wird filtriert, mit Wasser gewaschen und unter Vakuum bei 35 bis 40ºC getrocknet.
So werden 55,78 g 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonyl-l-N [L-(-)- 4-benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybutyryl]kanamycin A mit einer Reinheit von 79 % (HPLC), verwendungsfertig als Vorläufer von Amikacin, erhalten.

BEISPIEL 15

Herstellung von Amikacin:

(i) Zu einer Lösung von 25 g 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonyl- 1-N-[L-(-)-4-benzyloxycarbonylamino-2- hydroxybutyryl]kanamycin A (Reinheit: 64,5 %, 16,3 mMol) in 125 ml wässrigem Aceton werden 13,5 g 5 % Pd/C (50 % nass) und 16,5 ml 85 %-ige Ameisensäure gegeben. Wenn die Hydrogenolyse über dem Katalysator entfernt wird, wird das Aceton abgedampft und die Lösung durch eine Säule eines leicht sauren Harzes in seiner Ammoniumform durchgeleitet. Die amikacinhaltige Fraktion wird mit Ethanol bei 50ºC behandelt und die Amikacin-Base in 88 %-iger Ausbeute erhalten. Ein solches Produkt genügt den USP- Standardcharakteristika.
Aus den Fraktionen, die unumgesetztes Kanamycin A enthalten, wird dieses Produkt als Sulfat durch Verdampfung, Behandlung mit 50 %-iger Schwefelsäure und dann mit Methanol gewonnen.
(ii) Bei einem anderen Präparat werden die Benzyloxycarbonylgruppen in den 3- und 6'-Positionen nach dem folgenden Verfahren abgespalten.
Das obige Ausgangsmaterial (2,6 g) wird in 40 ml einer Mischung Wasser/Methanol 1:1 gelöst und 3 Stunden in Gegenwart von 0,2 g 5 % Pd/c hydriert. Dann wird der Katalysator durch Filtration entfernt und das Filtrat unter reduziertem Druck eingedampft. Der so erhaltene Rückstand besteht aus Amikacin in quantitativer Ausbeute.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Amikacinvorläufers der Formel (T)

worin Acyl eine acylierende N-Schutzgruppe ist, welches umfasst:

(a) Umsetzung von Kanamycin A mit einem Aluminiumsalz in einem wässrig-organischen Medium;

(b) Umsetzung des so erhaltenen Aluminiumkomplexes von Kanamycin A mit einem reaktiven Derivat einer Säure der Formel (II)

Acyl-OH (II)

worin Acyl wie oben definiert ist;

(c) Behandlung des so erhaltenen Aluminiumkomplexes des 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A als solchen oder nach Zersetzung in basischem Medium mit einem Protonendonor bei einem pH von etwa 6;

(d) Behandlung der so erhaltenen Lösung mit einem reaktiven Derivat einer N-geschützten L-(-)-4- Amino-2-hydroxybuttersäure der Formel (III)

L-(-)-Acyl-NH-CH&sub2;CH&sub2;- -COOH (III)

worin Acyl die oben angegebene Bedeutung hat, und Isolierung des so erhaltenen 1-N-acylierten Produkts der Formel (I).

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (a) ein Salz des Aluminiums mit einer schwachen Säure mit einem pKa von etwa 3 bis etwa 5 als Aluminiumsalz verwendet wird.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, bei dem dieses Aluminiumsalz das basische Acetat ist.

4. Verfahren gemäss Anspruch 3, bei dem das basische Aluminiumacetat in Form einer frisch aus Aluminiumchlorid und Natriumacetat hergestellten wässrigen Lösung verwendet wird.

5. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 bis 4, bei dem in Schritt (a) das Molverhältnis von Kanamycin A/Aluminium von 1:1 bis 1:4 beträgt.

6. Verfahren gemäss Anspruch 5, bei dem dieses Verhältnis von 1:1,5 bis 1:4 beträgt.

7. Verfahren gemäss Anspruch 5, bei dem dieses Verhältnis von 1:2 bis 1:3 beträgt.

8. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (b) ein reaktives Derivat einer Säure der Formel Acyl-OH verwendet wird, wobei Acyl Benzyloxycarbonyl ist.

9. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (b) als reaktives Säurederivat der Formel Acyl-OH deren Ester mit N-Hydroxysuccinimid verwendet wird.

10. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1, 8 und 9, bei dem das reaktive Säurederivat der Formel Acyl-OH das N-Benzyloxycarbonyloxysuccinimid ist.

11. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (c) eine Mono-, Di- oder Polycarbonsäure als Protonendonor verwendet wird.

12. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (c) Essigsäure oder Propionsäure als Protonendonor verwendet wird.

13. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (c) eine starke Säure als Protonendonor verwendet wird.

14. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (c) eine Sulfonsäure als Protonendonor verwendet wird.

15. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (c) Methansulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure als Protonendonor verwendet wird.

16. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem am Ende der Protonierungsreaktion von Schritt (c) der pH 6 beträgt.

17. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Schritt (c) der Aluminiumkomplex des 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A in Ammoniumhydroxid zersetzt wird und das 3,6'-Di-N- acyl-kanamycin A vor der Reaktion mit diesem Protonendonor isoliert wird.

18. Verfahren gemäss Anspruch 17, bei dem diese Zersetzung bei einem pH von 9 bis 11 ausgeführt wird.

19. Verfahren gemäss Anspruch 18, bei dem der pH 9,5 bis 10,5 beträgt.

20. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem in Stufe (c) die Behandlung mit dem Protonendonor mit der Reaktionsmischung erfolgt, die den Aluminiumkomplex des 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A enthält.

21. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem das protonierte 3,6'-Di-N-acyl-kanamycin A am Ende von Schritt (c) isoliert wird.

22. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem am Ende der 1-N-Acylierungsreaktion von Schritt (d) der pH durch Zugabe einer Base auf mehr als 4 gehalten wird.

23. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem am Ende der 1-N-Acylierungsreaktion von Schritt (d) eine Base zugegeben wird, um einen pH von 6,5 bis 7,0 zu erzielen und das 1-N-acylierte Produkt der Formel (I) zu isolieren.

24. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem 3,6'-Di-N-benzyloxycarbonylkanamycin A und der N-Hydroxysuccinimidester von L-(-)-4- Benzyloxycarbonylamino-2-hydroxybuttersäure als 3,6'- Di-N-acyl-kanamycin A bzw. reaktives Derivat einer N-geschützten L-(-)-4-Amino-2-hydroxybuttersäure verwendet werden.