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Verfahren zur Herstellung von Penicillinalkalisalzen Für die Herstellung
von Penicillinalkalisalzen (Penicillin = Penicillin G, gegebenenfalls in Mischung
mit anderen aus Penicilliumarten gewonnenen Penicillinen) benutzt man entweder die
Säureform des Penicillins, gelöst in einem organischen Lösungsmittel, oder Penicillinsalze,
etwa solche von organischen Stickstoffbasen, die durch doppelte Umsetzung mit einem
geeigneten Alkalisalz das betreffende Penicillinalkalisalz ergeben.
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Liegt Penicillin als Salz einer Stickstoffbase vor, wie es beispielsweise
bei der technischen Penicillinherstellung zumeist anfällt, so bedeutet die Herstellung
des freien Penicillins eigens für die Gewinnung des Alkalisalzes einen zusätzlichen
Arbeits-und Materialaufwand und birgt die Gefahr von Penicillinverlusten in sich,
da bekanntlich die Säureform des Penicillins nicht sehr beständig ist. Bei der Umsetzung
des freien Penicillins zum Alkalisalz mit wäßrigen Alkalilösungen ist die Abscheidung
des Alkalisalzes wegen seiner großen Wasserlöslichkeit und Unbeständigkeit in der
Wärme umständlich und erfordert beispielsweise eine Vakuumdestillation unter Zugabe
von organischen Siedehilfsmitteln.
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Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten wurden Verfahren vorgeschlagen,
die nicht vom freien Penicillin ausgehen, sondern von seinen Salzen mit organischen
Basen, wie sie bei der technischen Gewinnung anfallen. Für diese Verfahren ist aber
bezeichnend, daß sie in Abwesenheit von Wasser durchgeführt werden und daß dieser
Umstand für die Erfassung des gebildeten Penicillinalkalisalzes als notwendig erachtet
wird.
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Es wurde nun gefunden, daß man in einfacher und technisch leicht durchführbarer
Weise zu den
Penicillinalkalisalzen gelangen kann, wenn man zu Penicillinsalzen
von vorzugsweise organischen Stickstoffbasen, die in einem geeigneten Verdünnungsmittel
etwa durch Rühren verteilt sind, eine wäßrige Lösung von Alkalihydroxyd und/oder
Aikalisalze oder geeignete andere Stoffe zusetzt, die mit Schwermetallen oder anderen
Penicillin zersetzenden Metallen schwerlösliche oder nur in geringem Betrag Schwermetallionen
abgebende Verbindungen eingehen. Vorzugsweise sollen es solche sein, deren Säureanteil
mit einem weiteren, in der Reaktionsflüssigkeit anwesenden Stoff, z. B. dem angewandten
Verdünnungs-oder Fällungsmittel, eine Verbindung bilden.
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Die folgenden Abschnitte erläutern und veranschaulichen im einzelnen
diese Verfahrensschritte. Das anfangs ungelöste und in der Reaktionsflüssigkeit
nur verteilte Penicillinbasensalz geht bei Zugabe einer wäßrigen Alkalihydroxydlösung
nach kurzer Zeit unter Bildung des Penicillinalkalisalzes und der freien Base in
Lösung. Aus der klaren Lösung kann dann das gebildete Penicillinalkalisalz in guter
Ausbeute und reiner Form durch Zusatz eines Fällungsmittels kristallisiert abgeschieden
werden.
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Die Umsetzung vollzieht sich schnell bei niederer Temperatur, am besten
bei Eiskühlung.
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Als Verdünnungsmittel und auch als Fällungsmittel für das gebildete
Penicillinalkalisalz eignen sich verschiedene organische Lösungsmittel, beispielsweise
niedere aliphatische Ketone und Alkohole, etwa Aceton oder Butanol.
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Dieses Ergebnis bei Verwendung einer Alkalihydroxydlösung war nicht
vorauszusehen. Es war vielmehr anzunehmen, daß das Penicillin durch das wäßrige
Alkali in bekannter Weise unter Aufspaltung des im Penicillinmolekül enthaltenen
Viererringes Penicillioesäurealkalisalze ergeben würde (vgl. The Chemistry of Penicillin,
S. 537 ff .) .
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Bei der Zersetzung des Penicillins spielen bekanntlich oft Spuren
von Schwermetallen eine wesentliche Rolle. Es ist anzunehmen, daß bei vorstehend
beschriebener Umsetzung gerade durch die frei gewordene Base des Penicillinbasensalzes
die zersetzungsfördernde Wirkung der Schwermetallspuren unterdrückt wurde.
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Es hat sich ferner als zweckmäßig für einen glatten Reaktionsablauf
erwiesen, der benutzten Alkalihydroxydlösung von vornherein Stoffe zuzusetzen, die
mit Schwermetallen zu schlecht löslichen oder nur in geringem Betrage Metallionen
abgebenden Verbindungen zusammentreten. Geeignet sind z. B. Alkalicyanide, Sulfide,
Merkaptoverbindungen u. a.
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Man kann diese Stoffe, wenn es sich um Alkalisalze handelt, auch für
sich allein, also ganz ohne Alkalihydroxyd, zur Umsetzung mit Penicillinbasensalzen
benutzen. Die Bildung der Penicillinbasensalze vollzieht sich dann im Sinne einer
doppelten Umsetzung. Das eine Reaktionsprodukt ist das Penicillinalkalisalz, das
mit einem geeigneten organischen Fällungsmittel aus der Reaktionsflüssigkeit ausgefällt
wird, das andere Umsetzungsprodukt ist das Basensalz, das in Lösung bleibt.
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Auch das Gelingen einer solcher Umsetzung war nicht vorauszusehen.
Man konnte nicht wissen, ob sich aus beiden Salzen das Penicillinalkalisalz so vollständig
bilden würde, daß es aus dem wasserhaltigen Reaktionsgemisch mit einem Fällungsmittel
zur Abscheidung zu bringen sei.
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Da nach der oben beschriebenen Umsetzung aus Penicillinbasensalzen
und wäßrigen Lösungen von Alkalihydroxyd sich das Penicillinalkalisalz auch bildet,
wenn gleichzeitig dabei die Base des Penicillinsalzes in freier Form entsteht, so
kann man für die Herstellung der Penicillinalkalisalze auch Alkalisalze benutzen,
deren saurer Anteil nicht allein mit der aus dem Penicillinsalz stammenden Base
ein Salz bildet, sondern die auch mit anderen in der Reaktionsflüssigkeit anwesenden
Stoffen, etwa dem Fällungsmittel, eine Verbindung eingehen können. Ein solcher Fall
tritt ein bei der Verwendung von beispielsweise Alkalicyanid und Aceton als Verdünnungs-
oder als Fällungsmittel und einem Alkylaminsalz des Penicillins.
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Hierbei kann Salzbildung zwischen dem Alkylamin und Blausäure, aber
auch eine Anlagerung der Blausäure an das Aceton unter Bildung des Acetoncyanhydrins
angenommen werden.
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Ähnliche Umsetzungsmöglichkeiten sind für die Alkaliverbindungen Natriumsulfid,
Kaliumnitrit unter anderem und die Ketone anzunehmen.
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Das gefundene Verfahren bedeutet gegenüber den bekannten Verfahren
zur Herstellung der Alkalisalze des Penicillins einen technischen Fortschritt, da
es für die Umsetzung kein freies Penicillin benötigt und nicht in Abwesenheit von
Wasser arbeitet, was gegenüber Verfahren, die einen Ausschluß von Wasser fordern,
einen großen Vorteil bedeutet.
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Beispiel x 4,47 g N-Äthylpiperidin-Penicillin G werden mit 40 ccm
Aceton und 5 ccm Chloroform verrührt und unter Eiskühlung o,425 g Ätznatron, die
in 4 ccm Wasser gelöst sind, zugegeben. Nach kurzer Zeit erfolgt klare Lösung. Man
gibt 6oo ccm Aceton zu und impft mit Spuren Penicillin-G-Natriumsalz an. Nach x
bis 2 Stunden ist die Kristallisation beendet. Man saugt die Kristalle ab, wäscht
mit etwas Aceton und trocknet.
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Die Ausbeute beträgt 2,51 g; Schmp. = 22z°; berechnet: Na = 6,460/0,
S = 8,980/0; gefunden: Na = 6,4=%, S = 8,650/0. Die Analysenwerte sind, wie auch
im folgenden, für das Penicillin G berechnet.
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Mit Butanol als Reaktionsmedium und Fällungsmittel wurde ein Natriumsalz
vom Schmelzpunkt 224° erhalten. Test: Moo E/mg; Soll: 165o; berechnet: Na = 6,46
0/0, S = 8,98 0/0; gefunden: Na = 6,5 0/0, S -= 8,62 0/0. Der Test wurde wie bei
den folgenden Beispielen biologisch bestimmt.
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Beispiel 2 4,47 g N-Äthylpiperidin-Penicillin-G-Salz werden unter
Rühren und Eiskühlung in 40 ccm Butanol verteilt. Man gibt unter Rühren eine Lösung
von 0,59 g Ätzkali in 2,5 ccm Wasser hinzu. Nach kurzer Zeit erfolgt klare
Lösung. Durch Zusatz von 25o ccm Butanol erfolgt Kristallisation bzw. Ausfällung
des Kaliumpenicillins, das in üblicher Weise isoliert, gewaschen und getrocknet
wird.
Die Ausbeute beträgt 2,13 g. Test: 160o E/mg; Soll: 1574;
berechnet: K = 10,49 0/0. S = 8,56 0/0; gefunden: K = 10,38 0;!o, S = 8,6o 0,/0;
Schmp. 228 bis 233°.
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Beispiel 3 4,47 g N-Äthylpiperidin-Penicillinsalz werden mit 40 ccm
Butanol verrührt und sodann eine Lösung von 0,345 g Kaliumcarbonat und
0,325 g Kaliumcyanid in 6 ccm Wasser zugegeben. In kurzer Zeit tritt klare
Lösung ein. Das gebildete Penicillinkaliumsalz wird mit 400 ccm Aceton ausgefällt
und wird nach etwa 8 Stunden Stehen von der Reaktionsflüssigkeit durch Absaugen
getrennt.
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Nach dem Waschen mit Aceton und Trocknen beträgt die Ausbeute 2,4
g. Test: 160o E/mg; Schmp. = 233°; berechnet: K = 10,49 0/0, S = 8,56 0/0; gefunden:
K = 9,64 %, S = ß,oo 0/0. Beispiel 4 4,47 g N-Äthylpiperidin-Penicillinsalz werden
in 40 ccm Butanol verrührt und wie oben unter Eiskühlung 0,26o g Natriumcyanid und
0,200 g Natriumhydroxyd, gelöst in 2 ccm Wasser, zugegeben.
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Nach kurzer Zeit geht alles klar in Lösung. Nach Zusatz von
250 ccm Butanol beginnt nach etwa 15 Minuten die Kristallisation des Natriumpenicillins.
Nach 1 Stunde wird abgesaugt, gewaschen und getrocknet.
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Die Ausbeute beträgt 1,84 g. Test: 160o E/mg; Schmp. = 225°; berechnet:
Na = 7,47%, S = 8,41010; gefunden: Na = 6,44 0/0,S = 8,410/0.
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Beispiel 5 4,47 g N-Athylpiperidinsalz von Penicillin G werden in
40 ccm Aceton unter Eiskühlung verrührt und eine Auflösung von 1,2 g kristallisiertem
Natriumsulfid in 4 ccm Wasser zugegeben. Schon nach wenigen Minuten tritt klare
Lösung des Reaktionsgemisches ein. Das gebildete Penicillinnatriumsalz wird mit
50o ccm Aceton ausgefällt und nach etwa 8 Stunden Stehen im Kühlschrank abgesaugt,
gewaschen und getrocknet.
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Die Ausbeute beträgt 2,4 g. Test: 1672 E ,/mg; Schmp. = 224°; berechnet:
Na = 6,460/0, S = 8,980/0; gefunden: Na = 7,o2 0j0, S = 8,98 %.
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Mit Butanol als Verteilungs- bzw. Fällungsmittel wurde ein Natriumpenicillinsalz
erhalten, dessen Schmp. 225° beträgt. Berechnet: Na = 6,46%, S = 8,980/0; gefunden:
Na = 6,710;0, S = 9,270;0. Beispiel 6 4,47 g N-Äthylpiperidin-Penicillin G werden
in 40 ccm Aceton und 5 ccm Äthyläther oder Chloroform aufgeschlämmt und
0,85 g Kaliumnitrit in 7 ccm Wasser gelöst eingerührt. Nach kurzer Zeit bildet
sich eine klare Lösung. Das gebildete Penicillin-G-Kaliumsalz wird mit 55 ccm Aceton
oder Methyläthylketon zum Auskristallisieren gebracht. Nach 8 Stunden Stehen zur
Vervollständigung der Abscheidung wird das Produkt abgesaugt, mit dem Fällungsmittel
nachgewaschen und getrocknet. Die Ausbeute beträgt 2,42n. Test biol. gefunden: 1568
E/mg; Schmp. = 241°; berechnet: K = 1o,40/0, S = 8,56 0/0; gefunden: K = 1o,58 0/0,
S = 8,58 0/0.
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Mit Butanol als Fällungsmittel wurde mit praktisch gleicher Ausbeute
ein Penicillin-G-Natriumsalz vom Schmp. 241° erhalten.
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Beispiel 7 5,212 g dl-Leucin-n-butylester-Penicillin G werden in 40
ccm Aceton und 5 ccm Chloroform verteilt und bei Eiskühlung, wie üblich, eine Lösung
von 0,52 g Natriumcyanid in i ccm Wasser zugegeben. Es erfolgt sofort klare
Lösung. Man gibt 60o ccm Aceton zu, impft mit Spuren von Penicillinnatriumsalz an
und läßt die einsetzende Kristallisation im Kühlschrank zu Ende gehen. Nach etwa
8 Stunden saugt man die Kristalle ab, wäscht mit Aceton nach und trocknet.
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Die Ausbeute beträgt 2,16 g. Schmp. = 23o°; berechnet: Na = 6,46 0/0,
S = 8,98 0/0; gefunden: Na = 6,44 01`o, S = 9,02 0/0.
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Bei Verwendung von 0,4 g Ätznatron und 0,o5 g Natriumcyanid, in 2
ccm Wasser gelöst, tritt ebenfalls sofortige Lösung des Penicillinbasensalzes ein.
Das wie oben erhaltene Natriumsalz zeigte einen Test von 152o E;'mg; Schmp. = 23o°;
berechnet: Na = 6,46 0/0,S = 8,98 0/0; gefunden: Na = 6,39 0/0S = 8,59 0/0.
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Verwendet man für die Umsetzung der oben benutzten Menge dl-Leucinbutylester
o,811 g Kaliumcyanat, gelöst in 3,6 ccm Wasser, so geht das Estersalz fast sofort
in Lösung. Das Kaliumsalz wird mit 50o ccm Aceton kristallisiert abgeschieden.
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Der biol. Test ergibt 1472 E/mg; Schmp. = 236°; berechnet: K = 10,49
0/0, S = 8,56 0/0; gefunden K = 10,95 0,,'0. S = 8,410/0. Beispiel 8 4,851 g Kampheriminpenicillin
G werden in 40 ccm Aceton verrührt und sodann eine Lösung von 0,4 g Ätznatron und
0,o5 g Cyannatrium in 3 ccm Wasser unter Rühren eingetragen. Nach wenigen Minuten
bildet sich eine klare Lösung. Dieser werden 60o ccm Aceton zugegeben und i Stunde
nachgerührt. Die Kristallisation des Penicillinnatriumsalzes beginnt sogleich nach
dem Zusatz des Acetons. Man läßt das Reaktionsgemisch einige Stunden im Kühlschrank
stehen, bevor man es absaugt. Das Penicillinnatrium wiegt getrocknet 2,65 g. Es
hat einen Test von 1568 E/mg; berechnet: Na = 6,46 0/0, S = 8,98 0/0; gefunden:
Na = 6,37 0/0,S = 8,42 0/0.
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Bei der Verwendung von o,52 g Natriumcyanid an Stelle des Gemisches
von Ätznatron und Natriumcyanid, gelöst in 2,5 ccm Wasser, beträgt die Ausbeute
2,8 g Penicillinnatrium vom Schmp. 22o bis 221°. Beispiel 9 4,851 g Kampheriminpenicillin
wurden in 40 ccm Aceton aufgeschlämmt und unter Rühren und Eiskühlung 0,345 g Kaliumcarbonat
und 0,325 g Kaliumcyanid zugegeben. Dabei bildete sich sogleich eine klare
Lösung. Durch Zusatz von 55o ccm Aceton wird das gebildete Penicillinkalium ausgefällt.
Nach
dem Absaugen, Waschen und Trocknen erhält man 2,88 g Penicillinkalium
G. Test = 1568 E/mg.
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Beispiel =o 4,851 g Kampheriminpenicillin G werden in 5o ccm Butanol
verrührt und sodann o,52o g Cyannatrium, gelöst in 5,2 ccm Wasser, zugegeben. Nach
kurzem Rühren bildet sich eine klare Lösung, aus der sich nach Zusatz von 25o ccm
Butanol das Penicillin-G-Natrium kristallisiert abscheidet. Nach 3 Stunden Stehen
wird abgesaugt, gewaschen und getrocknet.
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Die Ausbeute beträgt 2,= g. Test gefunden zu 1648 E/mg; berechnet:
Na = 6,460/0, S = 8,98%; gefunden: Na = 6,62 0/0,S = 8,8o 0/0.
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Verwendet man an Stelle des Natriumcyanides o,681 g Kaliumcyanid,
gelöst in 3 ccm Wasser, so erhält man bei gleichen Arbeitsbedingungen 2,7 g Penicillin-G-Kaliumsalz
von Test 16oo E/mg. Beispiel =i 5,7 g p-Aminobenzoyldiäthylaminoäthanolpenicillin
werden in 40 ccm Butanol unter Eiskühlung verrührt, o,681 g Kaliumcyanid in 2 ccm
Wasser gelöst und unter Rühren zu der Aufschlämmung zugefügt. Es tritt nach kurzer
Zeit Lösung ein. Beim Zugeben von 25o ccm Butanol kristallisiert das gebildete Kaliumsalz
aus. Nach dem Stehen über Nacht wird es abgesaugt, gewaschen und getrocknet.
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Die Ausbeute beträgt 3,35 g. Test: 16oo E/mg; berechnet: Kalium =
1o,49 0/0, Schwefel = 8,69 0/0; gefunden: Kalium = 10,85 0/0, Schwefel = 8,310/0.
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An Stelle von Butanol kann auch Methyläthylketon mit praktisch gleichem
Ergebnis benutzt werden. Beispiel =2 4,47 g N-Äthylpiperidin-Penicillin G werden
in 40 ccm Aceton und 5 ccm Essigester unter Rühren verteilt und unter Eiskühlung
mit o,68 g Kaliumcyanid, aufgelöst in 2,5 ccm Wasser, versetzt. Es erfolgt in kurzer
Zeit Lösung, und bei Zusatz von 15o ccm Aceton kristallisiert das gebildete Penicillin-K-Salz
aus. Es wird abgesaugt, gewaschen und getrocknet.
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Die Ausbeute beträgt 3,5 g. Test: 16oo E/mg; Schmp. 235°; berechnet:
K = 10,49 %, S = 8,69 0/0; gefunden: K = 10,23 0/0,S = 8,68 0/0.
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Benutzt man an Stelle des Acetons 4o ccm Butanol, dem man i g frisch
destillierten Benzaldehyd zugegeben hat, so ist es zweckmäßig, das Cyankali in 4
ccm Wasser zu lösen, um bei der Umsetzung eine klare Reaktionsflüssigkeit zu erzielen.
Das Kaliumsalz des Penicillins scheidet sich bei Zugabe von 25o ccm Butanol in kurzer
Zeit kristallisiert aus und bildet feine Nädelchen. Ausbeute, Test und Zusammensetzung
entsprechen dem mit Aceton erzielten Ergebnis.