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Verfahren zur Herstellung reiner, kristallisierter, in Wasser schwer
löslicher Penicillinsalze organischer Basen Die Darstellung von kristallisierten
Penicillinsalzen organischer Basen wurde bisher meist auf zweierlei Wegen vorgenommen.
Bei der einen Arbeitsweise, die nur für die Darstellung mehr oder weniger schwer
in Wasser löslicher Basensalze des Penicillins geeignet ist, werden die Alkali-oder
Erdalkalisalze des Penicillins oder die wasserlöslichen Basensalze des Penicillins,
z. B. Triäthylamin-Penicillin, mit wasserlöslichen Rasensalzen anorganischer oder
organischer Säuren, z. B. p - Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylesterhydrochlorid
oder Chininhydrochlorid, in wäßriger oder wäßrig alkoholischer Lösung umgesetzt,
während man nach der zweiten Arbeitsweise, die auch für die Darstellung wasserlöslicher
Basensalze des Penicillins anwendbar ist, die freie organische Base auf das als
freie Säure vorliegende Penicillin in wasserfreien organischen Lösungsmitteln einwirken
läßt.
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Das erstere Verfahren führt nur dann zu schön kristallisierten und
reinen Basensalzen des Penicillins, wenn die Alkali- oder Erdalkalisalze bzw. Basensalze
selbst große Reinheit aufweisen; bei der Herstellung besonders schwer wasserlöslicher
Penicillinsalze ist diese Arbeitsweise überdies nur auf umständliche Art durchzuführen
und gibt geringe
Ausbeuten. Im Falle geringer Reinheit der Penicillinkomponenten
fallen nämlich die besonders schwer löslichen Basensalze des Penicillins, z. B.
das Chinin-Penicillin, schlecht und oft amorph oder öligharzig aus, weil die Abscheidung
des Reaktionsproduktes aus der wäßrigen Lösung wegen des geringen Löslichkeitsproduktes
mit solcher Schnelligkeit erfolgt, daß es an der erforderlichen Zeit zur Ausbildung
von Kristallen fehlt. Zwar kann man durch Anwendung größerer Wassermengen, also
beim Arbeiten in sehr verdünnter Lösung und durch Zugabe kristallisationsfördernder
Stoffe, sowie durch besonders langsamen, unter Rühren erfolgenden Zusatz der Basensalzlösung
zur Alkalipenicillinlösung oder umgekehrt eine Verbesserung der Fällungsbedingungen
und eine Erhöhung der Ausbeuten erzielen. Bei der Darstellung von praktisch wasserunlöslichen
Basensalzen des Penicillins führen aber auch diese Maßnahmen nicht immer zu vollkommen
befriedigenden Ergebnissen.
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Die Darstellung der Basensalze des Penicillins nach der zweiten Methode,
also durch Neutralisation des Penicillins (Säureform) mit der freien organischen
Base in wasserfreien organischen Lösungsmitteln, gelingt nur dann mit brauchbarer
Ausbeute, wenn die Basensalze des Penicillins auch in dem als Reaktionsmedium angewendeten
organischen Lösungsmittel praktisch unlöslich sind; aus diesem Erfordernis ergeben
sich für die Darstellung vieler Basensalze des Penicillins, z. B. der Penicillinsalze
des Chinins oder Acridins und deren Derivate, Schwierigkeiten, da diese Basensalze
des Penicillins in vielen organischen Lösungsmitteln, wie Estern (Butyl- und Amylacetat),
Aceton, Chloroform usw. mehr oder minder leicht löslich sind. Überdies ist die Überführung
des Penicillins aus den wäßrigen Lösungen seiner Alkali- oder Erdalkalisalze in
das organische Lösungsmittel, das vor der Fällung mit den freien Basen sorgfältigst
entwässert werden muß, umständlich, zeitraubend und verursacht immer gewisse Penicillinverluste.
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Es wurde nun gefunden, daß es auf eine neue und einfache Weise gelingt,
die in Wasser sehr schwer löslichen bzw. praktisch unlöslichen Rasensalze des Penicillins
in bester Ausbeute und reinster, schön kristallisierter Form zu erhalten, wobei
gewisse Schwierigkeiten (z. B. öliges Ausfallen u. dgl.) bei den bisher angewandten
Methoden umgangen werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Darstellung kristallisierter,
schwer wasserlöslicher Penicillinsalze organischer Basen besteht nach einer Ausführungsform
darin, daß man von solchen Basensalzen des Penicillins ausgeht, die in Wasser schwer
löslich sind, und diese mit wasserlöslichen Basensalzen anorganischer oder organischer
Säuren umsetzt, deren Base von der des angewendeten Basensalzes des Penicillins
verschieden ist und welche Rasensalze des Penicillins bilden, die im wäßrigen Reaktionsmedium
noch schwerer löslich sind als die Basensalze des Penicillins, von welchen ausgegangen
wird. Die Reaktion verläuft hierbei im wäßrigen oder vorwiegend wäßrigen Mittel.
Diese erfindungsgemäße Herstellungsart beruht somit auf der doppelten Umsetzung
zwischen schwer wasserlöslichen Basensalzen des Penicillins mit Salzen anderer Basen
von starken anorganischen oder schwachen organischen Säuren, wobei Penicillinsalze
gebildet werden, die eine noch geringere Wasserlöslichkeit besitzen als die Basensalze
des Penicillins, von denen ausgegangen wird. Als Typus hierfür sei die Reaktion
Salz aus p-Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylester und Penicillin -E- Äthoxydiaminoacridinlactat
= Äthoxydiaminoacridin - Penicillin -I- p - Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylesterlactat
angeben (Typus I).
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Die treibende Kraft dieser Reaktion beruht hierbei vornehmlich auf
der Differenz der Löslichkeitsprodukte beider Basensalze des Penicillins und ist
daher um so geringer, je kleiner der Unterschied in der Wasserlöslichkeit der beiden
Salze, also des gebildeten und des umgesetzten Basenpenicillins ist.
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Wenn das darzustellende Basensalz des Penicillins noch schwerer wasserlöslich
als das Salz aus p-Aminobenzoesäurediäthylaminoäthy lester und Penicillin ist, wie
es z. B. bei den Penicillinsalzen der Chinine und Acridine der Fall ist, erhält
man schön kristallisierende Salze, wenn man als Reaktionskomponenten Basensalze
anorganischer oder organischer Säuren verwendet, die, wie z. B. Chininsulfat, selbst
eine an sich geringe Wasserlöslichkeit, aber dennoch eine größere als die der gewünschten
Penicillinsalzebesitzen.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man
beispielsweise von einem wasserlöslichen Basensalz des Penicillins aus und führt
dieses mittels des schwer wasserlöslichen Basensalzes der anorganischen oder organischen
Säure in das schwer wasserlösliche Basenpenicillin über. Man arbeitet wieder im
wäßrigen oder vorwiegend wäßrigen Mittel. Als Typus gilt hier die Reaktion: N-Äthylpiperidin-Penicillin
-I- Chininsulfat = Chinin-Penicillin -f- N-Äthylpiperidinsulfat (Typus 1I).
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Meist sind aber die Reaktionen nach Typus I denen nach Typus II vorzuziehen,
so daß es z. B. besser ist, das Chinin-Penicillin aus dem Salz aus p - Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylester
und Penicillin -I- Chininhydrochlorid herzustellen.
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Während nun bei diesen so beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrensarten
immer nur einer der beiden Ausgangsstoffe in Wasser schwer löslich ist, können nach
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsart auch beide Ausgangspartner in Wasser
schwer löslich sein; es muß nur das entstehende Basenpenicillin noch schwerer löslich
sein als das, von dem man ausging. Als Typus sei hier angeführt: Salz aus p-Aminobenzoesäurediätliylaminoäthylester
und Penicillin -f- Chininsulfat = Chinin-Penicillin -h p-Aininol)enzoesäurediäthylaminoäthylestersulfat
(Typus III).
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Voraussetzung für die Vollständigkeit der Reaktion nach Typus III
ist nur, daß die Löslichkeit beider Reaktionspartner so roß ist, daß das Lös-Z>
lichkeitsprodukt
des entstehenden Penicillinsalzes auch gegen Ende der Reaktion noch überschritten
ist.
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Schließlich ist es auch möglich, daß von den beiden Reaktionsprodukten
nicht nur das Basenpenieillin, sondern auch das entstehende Basensalz der anorganischen
oder organischen Säure schwer wasserlöslich ist, obwohl man meist trachten wird,
die Reaktionskomponenten so zu wählen, daß neben dem wasserunlöslichen Basenpenicillin
ein wasserlösliches Basensalz der anorganischen oder organischen Säure erhalten
wird. Hier muß dann eine Trennung mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels vorgenommen
werden, in welchem eines der beiden Reaktionsprodukte, z. B. das entstandene Basensalz
des Penicillins, unlöslich, das begleitende Basensalz der anorganischen oder organischen
Säure aber löslich ist.
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Bei all diesen Reaktionen, die stets in wäßrigem oder vorwiegend wäßrigem
Mittel verlaufen, ist die treibende Kraft der Reaktion bzw. die Reaktionsgeschwindigkeit
immer der jeweiligen Differenz zwischen dem Produkt der Ionenkonzentrationen z.
B. des Penicillinations und des Ions der Base (z. B. Chinin-Ion) und dem Löslichkeitsprodukt
des gebildeten schwer wasserlöslichen Basensalzes des Penicillins, z. B. Chinin-Penicillin,
proportional.
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Da diese Differenz meist nicht sehr groß ist, verlaufen alle diese
Reaktionen bei gewöhnlicher Temperatur meist viel zu langsam und oft nur unvollständig,
so daß z. B. neben dem gebildeten Basenpenicillin auch noch das Ausgangsbasenpenicillin
vorhanden ist. Es stellt nun das Wesen der Erfindung dar, daß erkannt wurde, daß
diese Reaktionen, trotzdem sie in wäßrigem oder vorwiegend wäßrigem Mittel verlaufen,
bei erhöhter Temperatur (bis 6o°) zur Durchführung gebracht werden können bzw. müssen,
wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit so erhöht wird, daß meist in wenigen Minuten
die Reaktion in den vorstehend aufgeführten Reaktionsschemen praktisch vollständig
von links nach rechts verläuft. Lediglich bei den Reaktionen nach Typus III muß
zum vollständigen Ablauf der Reaktion etwas länger, z. B. io bis 20 Minuten, erwärmt
werden. Eine Zerstörung am Penicillin tritt dabei trotz der Anwesenheit von Wasser
und der erhöhten Temperatur nicht auf, so daß beste Ausbeuten an reinsten Basensalzen
des Penicillins erzielt werden. Eine Erklärung dafür, beispielsweise bei der Reaktion
gemäß Typus I, bei welcher sich laufend das Salz aus p-Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylester
und Penicillin in Wasser löst und nach Maßgabe dieser Löung sofort das besonders
schwer wasserlösliche Acridin-Penicillin ausfällt, ist wohl darin zu sehen, daß
hier die jeweilige Konzentration des Penicilfinations in der Lösung nur sehr gering
ist. Da die Verweilzeit des Penicillinations in der wäßrigen Lösung nur sehr kurz
ist, da es nach der Lösung sofort wieder unter Bildung des praktisch unlöslichen
Acridin-Penicillins ausgefällt wird, tritt eine hydrolytische Zerstörung des Penicillinmoleküls,
die sich ausbeutemindernd auswirken würde, praktisch nicht ein. Man kann also bei
diesen Reaktionen gemäß Typus I ohne weiteres Temperaturen zwischen 40 und 6o° anwenden
und erhält trotzdem annähernd theoretische Ausbeuten. Jedenfalls aber ist es in
Anbetracht der Empfindlichkeit des Penicillinmoleküls äußerst überraschend, daß
es auf diese Weise gelingt, viele schwer wasserlösliche Basensalze des Penicillins
in wäßriger Phase bei erhöhter Temperatur ohne Schädigung des Penicillins darstellen
zu können.
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Bei den Reaktionen gemäß Typus II muß die Temperatur meist etwas tiefer
gewählt werden als bei denen nach Typus I, da das Penicillination entsprechend dem
wasserlöslichen Ausgangssalz des Penicillins bei Reaktionsbeginn in hoher Konzentration
vorhanden ist, so daß bei zu hoher Temperatur eine hydrolytische Zerstörung des
Penicillins in der wäßrigen Phase eintreten könnte. Man wendet daher hier vorzugsweise
Temperaturen zwischen 30 und 5o° an, wobei man gute Ausbeuten und reinste
Produkte erhält.
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Bei allen doppelten Umsetzungen im Rahmen des Verfahrens gemäß der
Erfindung kann man die Ausgangsstoffe, also das umzusetzende Basensalz des Penicillins
und das Salz der anderen Basen mit anorganischen oder organischen Säuren, im stöchiometrischen
Verhältnis aufeinander einwirken lassen. Zur Verbesserung der Ausbeute ist es jedoch
vorzuziehen, mit einem kleinen überschuß des Nichtpenicillinsalzes zu arbeiten.
Im allgemeinen ist die Anwendung eines Überschusses des Nichtpenicillinsalzes von
io bis 30°/o zu empfehlen. Ein größerer Überschuß ist nicht von Vorteil, weil hierdurch
die Löslichkeit des herzustellenden Penicillinsalzes nicht mehr weiter herabgedrückt
werden kann, sondern sogar unter Umständen wieder steigt. Bei solchen Umsetzungen,
bei welchen schwer lösliche Basensalze, z. B. vom Typhus des Chininsulfates, beteiligt
sind, wendet man zweckmäßig diese Salze nur mit einem etwa 5°/oigem Überschuß an,
um zu vermeiden, daß der nach der Reaktion verbleibende Überschuß sich dem entstandenen
Penicillinsalz beimengt und hierdurch dessen Reinheit und Milligrammaktivität vermindert.
Die Wassermenge wird daher zweckmäßig so bemessen werden, daß dieser Überschuß auch
bei den tieferen Filtrationstemperaturen gelöst bleibt. Die Wassermenge hat, sofern
nicht extrem hohe oder extrem kleine Mengen angewendet werden, im übrigen keinen
großen Einfluß auf die Reaktion und die erhaltenen Ausbeuten. Am besten verwendet
man etwa die io- bis 3ofache Wassermenge des der Umsetzung zugeführten Penicillinsalzes.
Die Umsetzung selbst wird durch Rühren oder Schütteln unterstützt. Die mikroskopische
Beobachtung von zeitweise entnommenen Proben läßt leicht die Umsetzung verfolgen.
In der Regel werden die Kristalle um so größer, je höher die Umsetzungstemperatur
gewählt wird. Nach Beendigung der Reaktion wird, wenn diese bei erhöhter Temperatur
durchgeführt wurde, auf Raumtemperatur (io bis 2o°) abgekühlt und dann filtriert.
Das Waschen kann mit gekühltem, destilliertem
Wasser erfolgen.
Die anschließende Trocknung wird im Vakuum, allenfalls bei Anwesenheit wasseranziehender
Stoffe (Calciumchlorid, Silikagel, Schwefelsäure, Phosphorpentoxyd) vorgenommen.
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Der wäßrigen Phase, in welcher die doppelte Umsetzung gemäß der Erfindung
ausgeführt wird, können wasserlösliche, organische Lösungsmittel, wie Alkohol, Aceton,
in beschränkten Mengen zugesetzt werden, um Kristallgröße, Reaktionsgeschwindigkeit
und Hydrolysengeschwindigkeit zu regeln. Solche mit wasserlöslichen Lösungsmitteln
versetzte Reaktionsmittel werden als »vorwiegend wäßrige Reaktionsmittel« bezeichnet.
Die Mengen der organischen Lösungsmittel, die zur Bildung der vorwiegend wäßrigen
Reaktionsmittel herangezogen werden können, sind dadurch begrenzt, daß die Löslichkeit
des entstehenden schwer wasserlöslichen Basensalzes des Penicillins durch den Zusatz
der organischen Lösungsmittel nicht merklich erhöht werden darf, da ansonsten die
Ausbeute zu stark sinken würde. Aus diesen Gründen wird man z. B. bei der Darstellung
von Chinin-oder Acridinsalzen des Penicillins von solchen Zusätzen ganz absehen
oder diese doch nur in geringen Mengen anwenden. Je nach den Ausgangskomponenten
und dem angestrebten Reaktionsprodukt lassen sich auf Grund der Löslichkeitsverhältnisse
der verwendeten Substanzen die geeigneten Reaktionsmittel leicht feststellen.
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Die erfindungsgemäß erhaltenen, besonders schwer wasserlöslichen Basensalze
des Penicillins, die ausnahmslos schön kristallisieren, können entsprechend ihrer
Reinheit unmittelbar therapeutisch, z. B. als Depotpenicilline, Verwendung finden.
Zufolge ihrer Wasserlöslichkeit geben sie besonders lang wirkende Blutspiegelwerte.
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Durch Variation der Konzentrationen und Temperaturen bei der doppelten
Umsetzung gemäß der Erfindung können größere oder kleinere Kristalle und entsprechend
veränderte Depotwirkungen erzielt werden. Das mit dem Penicillination verbundene
Kation wirkt bei verschiedenen dieser Salze, z. B. dem Chinin- oder Acridin-Penicillin
selbst spezifisch therapeutisch, bzw. unterstützt die Wirkung des Penicillins im
additiven oder potenzierten Ausmaß.
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Die erhaltenen Basensalze des Penicillins können ferner auf übliche
Weise wieder in andere Penicillinverbindungen, z. B. in Alkali- oder Erdalkalipenicillin,
übergeführt werden, die sich durch ihre große Reinheit und schöne Kristallausbildung
auszeichnen. Als Penicillinsalze der verschiedenen Basen werden in der Regel solche
des Penicillins G verwendet. Das Verfahren kann aber auch mit den Basensalzen der
anderen Penicilline, z. B. X, F usw., durchgeführt werden. Ausführungsbeispiele
i . o,5 g Salz aus p-Aminobenzoesäurediäthylaminoäthyleester und Penicillin (982
E/mg) werden in 8 em3 Wasser suspendiert und dann 0,40 g Chininhydrochlorid (entsprechend
2o % Überschuß) zugefügt. Es wird. auf 55° erwärmt und bei dieser Temperatur unter
laufendem Schütteln io Minuten gehalten. Hierauf wird unter weiterem Schütteln (etwa
io Minuten) abgekühlt und i Stunde bei Raumtemperatur stehengelassen. Nach dem Filtrieren
wird dreimal mit je 3 cm3 kaltem Wasser gewaschen, trockengesaugt und im Vakuum
zu Ende getrocknet. Ausbeute = 0,570 g in derbstrahligen Aggregaten kristallisierendes
Chinin-Penicillin von 830 E/mg (theoretischer Wert für das Trihydrat = 834
E/mg) = 96,4% der Theorie. Bei der Elementaranalyse wurden 60,3i % C, 6,87% H und
7,870/0N gefunden; die diesbezüglichen Werte für C30 H4, N4 00 S ' 3 H, O betragen
6o,66 % C, 6,74% H und 7,86% N.
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Das Chinin-Penicillin zeigt bei 2o° eine etwa zweimal so geringe Löslichkeit
wie das Salz aus p - Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylester und Penicillin.
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2. 2,85 g Salz aus p-Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylester und Penicillin
(925 E/mg) werden in eine Lösung von i,96 g 2-Äthoxy-6, 9-diaminoacridinlactat (entsprechend
200/0 1;Yberschuß in ioo cm3 Wasser eingetragen, und das Ganze wird unter kräftigem
Rühren 5 Minuten in einem Wasserbad von 50° gehalten. Nach dieser Zeit ergibt die
mikroskopische Kontrolle eine restlose Umwandlung der p-Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylester-PenicillinkristalleindrusenartigeKristallbüschel
und einzelne Nädelchen von gelber Farbe. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird
abfiltriert, dreimal mit je io cm3 Wasser gewaschen, trockengesaugt und im Vakuumexsiccator
zu Ende getrocknet. Ausbeute = 2,736g 2-Äthoxy-6, 9-diaminoacridin-Penicillin von
9i0 E`mg (theoretischer Wert für das Trihydrat = 925 E/mg) = 94,5 % der Theorie.
Bei der Elementaranalyse wurden 58,i 5 % C, 6,030/011 und I I ,38 0/a N gefunden
; diediesbezüglichenWerte für C31 H33 N505s. 3H,0 sind 58,o6 0/a C, 6, io % H und
i0,92 % ?\T.
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Das 2-Äthoxy-6, 9-diaminoacridin-Penicillin zeigt bei 2o° eine fünfundreißigmal
geringere Wasserlöslichkeit als das Salz aus p-Aminobenzoesäurediäthylaminoäthylester
und Penicillin.
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3. 0,45 I g N-Äthylpiperidin-Penicillin (I3I5 E/mg) werden in 15 cm3
Wasser gelöst und 0,443 g Chininmonosulfat (entsprechend 5% Überschuß) zugesetzt.
Die Mischung wird auf 35° erwärmt und unter Schütteln 5 Minuten bei dieser Temperatur
belassen.@Dann wird unter zeitweiligem Schütteln auf Raumtemperatur abgekühlt und
i Stunde stehengelassen. Es wird nun das Chinin-Penicillin abfiltriert, und nach
Waschen mit etwas kaltem Wasser wird im Vakuum getrocknet.
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Ausbeute o,61 g schön kristallisiertes Chininpenicillin von 810 E/mg
= 83,3'/ü, der Theorie. Wird die Umsetzung bei 5o° durchgeführt, beträgt die Ausbeute
8o %. Man erhält hierbei etwas größere Kristalle als bei 35o.