DE69614711T2

DE69614711T2 - Verfahren zur gewinnung von cephalexin

Info

Publication number: DE69614711T2
Application number: DE69614711T
Authority: DE
Inventors: Hubertus Boesten; Cornelis Roos; Johannes Van Den Tweel
Original assignee: DSM NV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 1995-02-02
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: CN1101395C; CN1179779A; AU4846196A; MX9705917A; KR100439322B1; EP0869961A1; KR19980701852A; ES2163002T3; JPH11503408A; EP0869961B1; CZ241997A3; ATE204580T1; US5874571A; WO1996023796A1; DE69614711D1; PL321626A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Cephalexin aus einer Mischung, die Cephalexin und 7- Aminodesacetoxy-cephalosporansäure (7-ADCA) enthält.
Bei der Herstellung von Cephalexin, wobei 7-ADCA mit einem D-Phenylglycin-Derivat acyliert wird, sind die Gewinnung des Cephalexins und die Aufarbeitung der Reaktionsmischung im Allgemeinen schwierig. So ist in der WO-A-93/12250 beispielsweise beschrieben, dass die Acylierungsreaktion niemals vollständig abläuft und die letzte Reinigung des Endprodukts behindert wird, da die Säure/Basen-Eigenschaften und die Löslichkeiten bestimmter Bestandteile (insbesondere 7-ADCA und Phenylglycin, wie in der US-A-4003896 beschrieben) sich nur wenig von jenen des Endprodukts unterscheiden. Infolgedessen kommt es zu einer Copräzipitation, so dass unreines Cephalexin erhalten wird. In der WO-A-93/12250 und in der US-A-4003896 wird die Verwendung eines Komplexierungsmittels, wie Naphthol, vorgeschlagen. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass eine zusätzliche, dem Verfahren fremde Substanz zugegeben werden muss.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen Verfahrens, das die Reinigung von Cephalexin ohne Benützung von für das Verfahren fremden, organischen Substanzen Ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Mischung, die Cephalexin und 7-ADCA enthält, mit einem pH-Wert von mehr als 7, die abgesehen von jeglichem festen Cephalexin, das vorhanden ist, bei einem pH-Wert zwischen 7 und 8,5 homogen ist, einer pH-Wert-Änderung unterzogen wird, bis ein niedrigerer pH-Wert im Bereich von unter 7,8 erreicht wird, und die vorhandene feste Substanz gewonnen wird.
Ein anderes Verfahren zum Isolieren von Cephalexin in reiner Form aus einer Mischung, die Cephalexin und geringe Mengen von 7-ADCA enthält, ist in JP-A-52111584 beschrieben. Gemäss dem in dieser japanischen Veröffentlichung beschriebenen Verfahren wird die 7-ADCA und Cephalexin enthaltende Mischung einer Umkristallisierung in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise einer Mischung aus Dichlormethan, Dimethylsulfoxid und einem niedrigen Alkohol, in Gegenwart einer alkalischen Komponente, beispielsweise Diisopropylamin, unterzogen. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, dass für das Verfahren fremde Substanzen zugegeben werden müssen. Ausserdem treten Cephalexin-Verluste von 18% bei diesem Reinigungsverfahren auf.
Die Anmelderin stellte nun fest, dass es möglich ist, durch Senken des pH-Werts der Mischung auf einen Wert von unter 7, 8, beispielsweise zwischen 5 und 7,8, insbesondere zwischen 6,0 und 7,6, je nach der Zusammensetzung der Reaktionsmischung, Cephalexin mit einer Reinheit von mehr als 90 Massen-%, insbesondere mehr als 98 Massen-%, auskristallisieren zu lassen, selbst wenn eine grosse Menge an 7-ADCA in der Mischung vorhanden ist, wonach das Cephalexin gewonnen werden kann. Ausser Cephalexin enthält die Reaktionsmischung häufig andere wertvolle Komponenten, wie beispielsweise 7-ADCA. Um ein kommerziell attraktives Verfahren zu erhalten, ist es folglich wichtig, auch die 7-ADCA- und Cephalexin-Verluste zu minimieren. Es stellte sich auch heraus, dass, wenn danach der pH-Wert der Reaktionsmischung auf einen Wert von unter 6,5, insbesondere zwischen 1,5 und 5,5, gesenkt wird, 7-ADCA und das übrige Cephalexin praktisch vollständig auskristallisieren, wonach diese Mischung von 7-ADCA und Cephalexin gewonnen werden kann, z. B. mittels Filtration. Die resultierende Mischung aus 7-ADCA und Cephalexin kann gegebenenfalls wiederverwendet werden, so dass man ein Verfahren erhält, welches reines Cephalexin ohne bedeutende Verluste an 7-ADCA und Cephalexin ergibt.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird der pH-Wert der Mischung zuerst gesenkt, bis ein Wert zwischen 0 und 3,5, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2,5, erreicht wird, wonach er erhöht wird, bis ein Wert zwischen 5 und 7,8, vorzugsweise zwischen 6,0 und 7,6, erreicht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders zur Anwendung bei der Aufarbeitung der Reaktionsmischung, die nach der enzymatischen Acylierungsreaktion erhalten wird, bei welcher 7-ADCA mit D-phenylglycinamid (PGA) oder Estern von D- Phenylglyzin acyliert wird. So kann das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise für eine Ausgangsmischung verwendet werden, die erhalten wird, indem nacheinander filtriert wird, mit einer Isolierung des (immobilisierten) Enzyms, die Reaktionsmischung einer enzymatischen Acylierungsreaktion bei einem relativ hohen pH-Wert, beispielsweise einem pH-Wert von zwischen 8 und 10, durchgeführt und der pH auf einen Wert zwischen 7,0 und 8,5 abgesenkt wird. Je nach der Menge des während der Acylierungsreaktion gebildeten D-Phenylglycins (PG), kann gewünschtenfalls die schliesslich gebildete feste Substanz, die hauptsächlich aus PG besteht, zuerst bei einem höheren pH- Wert zwischen 7 und 8,6 isoliert werden, wobei letzterer pH-Wert in Abhängigkeit von der Mischung so gewählt wird, dass PG auskristallisiert worden ist und Cephalexin noch nicht.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die verwendete Ausgangsmischung die Mischung, die nach einer enzymatischen Acylierungsreaktion erhalten wird, welche Reaktion bei einem relativ niedrigen pH-Wert, beispielsweise einem pH-Wert zwischen 7 und 8,5, endet, und nach der Isolierung der festen Substanz, die hauptsächlich das immobilisierte Enzym und, je nach der Menge des während der Acylierungsreaktion gebildeten PG, D- Phenylglycin enthält.
In der 7-ADCA und Cephalexin enthaltenden Ausgangsmischung kann eine beträchtliche Menge an 7-ADCA vorhanden sein. Die Menge des 7-ADCA ist meist weniger als 75 Mol-% bezogen auf die Gesamtmenge an 7-ADCA plus Cephalexin, vorzugsweise 2-60%, insbesondere 5-50%.
Der pH-Wert kann auf mehrere Weisen im Rahmen der Erfindung gesenkt werden, beispielsweise chemisch, durch Zugabe einer Säure, beispielsweise einer Mineralsäure, insbesondere Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure. Eine andere Möglichkeit ist z. B., wenn FGA als Acylierungsmittel in der Acylierungsreaktion verwendet wurde oder wenn ein Ester von PG verwendet wurde und der pH-Wert durch Titrieren mit Ammoniak während der Acylierungsreaktion konstant gehalten wurde, den pH- Wert durch physikalisches Entfernen von Ammoniak au senken. Geeignete physikalische Entfernungsmethoden sind beispielsweise das Strippen mit Wasserdampf oder mit einem inerten Gas; (Dampf)destillation bei reduziertem Druck, insbesondere Dünnschichtverdampfung; Eindampfung in einem Sprühturm, Gasmembran-Trennung oder Elektrodialyse.
Der optimale pH-Wert, bei welchem Cephalexin gewonnen wird, hängt von der Zusammensetzung der Mischung ab und wird so ausgewählt, dass eine optimale Trennung von 7-ADCA und Cephalexin erreicht wird. In der Praxis ist der optimale pH-Wert ein Kompromiss zwischen einerseits einer hohen Reinheit des gewonnenen Cephalexins, welche erreicht wird, wenn das Cephalexin bei einem relativ hohen pH-Wert gewonnen wird, so dass das Cephalexin teilweise noch in Lösung ist und das 7-ADCA noch vollständig in Lösung ist, und einer höhen Ausbeute anderseits, welche erreicht wird, wenn der pH-Wert, bei welchem das Cephalexin gewonnen wird, relativ niedrig ist, so dass das Cephalexin praktisch vollständig ausgefällt worden ist, während gleichzeitig ein Teil des 7-ADCA auch ausgefällt worden ist. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es einfach, den optimalen pH- Wert in einer bestimmten Situation zu bestimmen.
Die Temperatur, bei welcher die Aufarbeitung stattfindet, ist meist unter 35ºC, vorzugsweise zwischen 0 und 30ºC, insbesondere zwischen 10 und 30ºC.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Gewinnung von reinem Cephalexin in Verbindung mit der Rezirkulation der Mischung von 7-ADCA und Cephalexin, die nach einem weiteren Senken des pH- Werts erhalten wird, angewendet auf die Mischung, die nach der enzymatischen Acylierung von 7-ADCA mit PGA erhalten worden ist, ermöglicht es, gegenüber 7-ADCA eine insgesamt hohe Selektivität zu erreichen, insbesondere höher als 80%. Das verbleibende Filtrat, das hauptsächlich geringe Restmengen an PGA enthält, kann gegebenenfalls weiter aufgearbeitet werden, beispielsweise indem man es auf einen pH-Wert von mehr als 8, insbesondere zwischen 8,5 und 10, bringt, und das ausgefällte PGA gewinnt. Gewünschtenfalls ist es möglich, eine weitere Konzentration und eine Kühlung auf eine Temperatur von weniger als 10ºC, beispielsweise zwischen 0 und 8ºC, vorzunehmen. Auf diese Weise erhält man ein Verfahren, das sowohl für 7-ADCA als auch für GPA sehr wirksam angewendet werden kann. In der enyzmatischen Acylierungsreaktion können PGA oder Ester von PGA beispielsweise als Acylierungsmittel verwendet werden.
Im Prinzip kann jedes Enzym verwendet werden, das sich als Katalysator bei der Kopplungsreaktion eignet. Solche Enzyme sind z. B. die Enzyme, die unter den allgemeinen Bezeichnungen 'Penicillinamidase' und 'Penicillinacylase' bekannt sind. Beispiele für geeignete Enzyme sind Enzyme, die von Acetobacter, Aeromonas, Alcaliaenes, Aphanocladium, Bacillus sp., Cephalosporium, Escherichia, Flavobacterium, Kluyvera, Mycoplana, Protaminobacter, Pseudomonas und Xanthomonas stammen, insbesondere Acetobacter pasteurianum, Alcaliaenes faecalis, Bacillus megaterium, Escherichia coli und Xanthomonas citrii.
Vorzugsweise wird ein immobilisiertes Enzym verwendet, da das Enzym dann leicht isoliert und wieder verwendet werden kann. Immobilisierte Enzyme sind an sich bekannt und im Handel erhältlich. Beispiele für geeignete Enzyme sind das Escherichia coli-Enzym von Boehringer Mannheim GmbH, welches im Handel unter der Bezeichnung 'Enzygel®' erhältlich ist, die immobilisierte Penicillin-G-Acylase von Recordati, die immobilisierte Penicillin-G-Acylase von Pharma Biotechnology Hannover, und eine Escherichia coli-Penicillin-Acylase, die wie in der WO-A- 92/12782 beschrieben isoliert und wie in EP-A-22262 beschrieben immobilisiert wurde.
Die enzymatische Acylierungsreaktion wird meistens bei einer Temperatur von unter 35ºC, vorzugsweise zwischen 0 und 28ºC, durchgeführt. Der pH-Wert, bei welchem die enzymatische Acylierungsreaktion durchgeführt wird, liegt meistens zwischen 6 und 10, vorzugsweise zwischen 5,5 und 9.
In der Praxis werden die enzymatische Acylierungsreaktion und die Aufarbeitung der Reaktionsmischung meistens in Wasser durchgeführt. Gegebenenfalls kann die Reaktionsmischung auch ein organisches Lösungsmittel oder eine Mischung organischer Lösungsmittel, vorzugsweise weniger als 30 Vol.-%, enthalten. Beispiele für organische Lösungsmittel, die verwendet werden können, sind Alkohole mit 1-7 Kohlenstoffatomen, beispielsweise ein Monoalkohol, insbesondere Methanol oder Ethanol; ein Diol, insbesondere Ethylenglykol, oder ein Triol, insbesondere Glyzerin.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die verschiedenen Komponenten in der Reaktionsmischung in der freien Form oder als Salze vorliegen. Die erwähnten pH-Werte sind in allen Fällen die bei Raumtemperatur gemessenen pH-Werte.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.

Abkürzungen:

CEX = Cephalexin
CEX.H&sub2;O = Cephalexin-monohydrat
7-ADCA = 7-Aminodesacetoxycephalosporansäure
PGA = D-Phenylglycinamid
PG = D-Phenylglycin

Beispiel I

Aufarbeitung einer Mischung, die nach enzymatischer Kopplung von 550 mM PGA.1/2H&sub2;SO&sub4; mit 410 mM 7-ADCA bei 5ºC erhalten wurde.
Eine Mischung von 80 g PGA.1/2H&sub2;SO&sub4;, 64,2 g 7-ADCA und 425 ml Wasser wurde auf 5ºC gekühlt, wonach der pH-Wert mit 25 ml von 25 Gew.-% wässerigem NH4OH auf 7,6 gebracht wurde. Die resultierende Suspension (der "Ansatz") wurde zu 190 g nass immobilisierter Penicillin-G-Acylase von Recordati (Mailand) zugegeben. Dieses Enzym ist im Handel in einer Mischung aus Wasser und Glyzerin ('Nassenzym') erhältlich; vor der Verwendung wurde es dreimal mit 100 ml Wasser gewaschen.
Nach zweistündigem Rühren (der pH war nun auf 8,35 angestiegen) wurde die Reaktionsmischung durch ein G-3- Glasfilter filtriert; der Rückstand wurde zweimal mit 50 ml Wasser gewaschen. Dieser Rückstand war eine Mischung aus Enzym und PG, die sich während der Umsetzung gebildet hatte.
Das Filtrat (eine gelbe Lösung) wurde nun mit aonzentrierter Salzsäure (insgesamt 4 ml) vorsichtig auf pH = 7,2 angesäuert. Nach 30 Minuten wurde eine Filtration, Waschen mit 3 · 30 ml Wasser und Trocknen durchgeführt, was 40,8 g CEX.H&sub2;O mit einer chemischen Reinheit (auf wasserfreier Basis) von > 99,5% ergab.
Die Mutterlauge der CEX-Kristallisation wurde wiederum mit konzentrierter Schwefelsäure (insgesamt 3,7 ml) auf pH 4,0 angesäuert. Nach 17stündigem Rühren, wurde eine Filtration und Waschen mit 3 · 20 ml Wasser vorgenommen, was 30,2 g feste Substanz ergab, berechnet auf wasserfreier Basis. Diese feste Substanz enthielt eine Mischung aus CEX und 7-ADCA in einem Molverhältnis von 60 : 40.

Beispiel II

Enzymatische Kopplung von 500 mM PGA und 500 mM 7-ADCA bei 5ºC, gefolgt von einer Aufarbeitung.
Ein Ansatz bestehend aus 75,0 g freiem PGA, 109,2 g 7-ADCA, 10,0 g PG and 750 ml Wasser wurde auf 5ºC gekühlt und danach zu 150 g Nassenzym Penicillin-G-Acylase von Recordati (Mailand) (welches zuerst gewaschen worden war) zugegeben. Nachdem 2 h und 10 min lang bei 5ºC gerührt worden war, wurde die Mischung filtriert (durch ein G-3-Glasfilter) und mit 1 · 100 ml Wasser gewaschen.
Das resultierende Filtrat enthielt die folgenden Komponenten:
CEX = 328 mMol
7-ADCA = 161 mMol
PG = 75 mMol
PGA = 46 mMol
Die Umwandlung in Bezug auf 7-ADCA betrug somit 66%. Diese Mischung wurde wie folgt aufgearbeitet: mittels eines Rotations- Filmverdampfers wurden 360 ml der gesamten Mischung (971,4 g) bei 20ºC (in etwa 45-60 Minuten) abdestilliert, wonach 360 ml frisches Wasser zugegeben wurden. Dieser Vorgang wurde einmal wiederholt. Die resultierende Suspension wurde durch ein G-3- Glasfilter filtriert; der Rückstand wurde mit kaltem Wasser (1 · 50 ml) und Aceton (2 · 30 ml) wieder gewaschen und danach eine Nacht lang getrocknet. Ausbeute: 57,0 g weisse Substanz; der CEX-Gehalt auf wasserfreier Basis betrug > 99%. Das Filtrat aus der CEX-Filtration (inkl. Waschwasser) wurde dann wiederum auf 5ºC gekühlt und mit 12 N wässerigem H&sub2;SO&sub4; auf pH = 4,5 angesäuert. Nach 2stündigern Rühren wurde die Suspension durch ein. G-3-Glasfilter filtriert. Ausbeute: 78,4 g hellgelbe Substanz (berechnet auf wasserfreier Basis); diese Substanz enthielt eine Mischung aus CEX und 7-ADCA in einem Molverhältnis von 75 : 25.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Cephalexin aus einer Mischung, die Cephalexin und 7-Aminodesacetoxy-cephalosporansäüre (7-ADCA) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung, die Cephalexin und 7-ADCA enthält, mit einem pH-Wert von mehr als 7, die abgesehen von jeglichem festen Cephalexin, das vorhanden ist, bei einem pH-Wert zwischen 7 und 8,5 homogen ist, einer pH- Wert-Änderung unterzogen wird, bis ein niedrigerer pH mit einem Wert zwischen 5 und 7,8 erreicht wird, und die vorhandene feste Substanz gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert auf einen Wert zwischen 6 und 7,6 gesenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der pH-Wert gesenkt wird, bis ein Wert zwischen 0 und 3,5 erreicht ist, und danach erhöht wird, bis ein pH-Wert zwischen 5 und 7,5 erreicht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der pH-Wert gesenkt wird, bis ein Wert zwischen 0,5 und 2,5 erreicht ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsmischung 2-60 Mol.-% 7-ADCA, berechnet in Bezug auf die Gesamtmenge an 7-ADCA und Cephalexin, enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende flüssige Phase einer pH- Absenkung auf einen pH-Wert von unter 6,5 unterzogen wird und die vorhandene feste Substanz gewonnen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende flüssige Phase einer pH-Absenkung auf einen pH zwischen 1,5 und 5,5 unterzogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Mischung aus Cephalexin und 7-ADCA aus der Reaktionsmischung einer enzymatischen Acylierungsreaktion, ausgeführt bei einem pH-Wert zwischen 8 und 10, durch Absenken des pH auf einen Wert zwischen 7,0 und 8,5, Isolieren der festen Substanz und gegebenenfalls weiteres Absenken des pH auf einen Wert zwischen 7 und 8,5 hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zuerst die vorhandene feste Substanz aus der Reaktionsmischung, die nach der Acylierungsreaktion erhalten wird, isoliert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Mischung aus Cephalexin und 7-ADCA aus der Reaktionsmischung einer enzymatischen Acylierungsreaktion bei einem pH-Wert zwischen 7 und 8,5 hergestellt wird, wobei die vorhandene feste Substanz isoliert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wert-Änderung bis zu einem niedrigeren pH-Wert durch Zugabe einer Säure bewirkt wird.