DK147075B

DK147075B - Analogifremgangsmaade til fremstilling af kanamycin a eller kanamycin b derivater eller salte deraf

Info

Publication number: DK147075B
Application number: DK481175AA
Authority: DK
Inventors: James William Moore
Original assignee: Pfizer
Priority date: 1974-10-26
Filing date: 1975-10-24
Publication date: 1984-04-02
Also published as: DK147075C; NL7512465A; RO72878A; IL48263A0; GB1464401A; ES442051A1; HU172060B; BE834864A; FR2289202B1; SE7511945L; NL162081B; PL99933B1; NL162081C; AR205593A1; IE42452L; NZ179050A; DE2547738A1; CA1039275A; ATA809575A; DE2547738C3

Description

(19) DANMARK

|j| da) FREMLÆGGELSESSKRIFT (i1) 147075 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Patentansøgning nr.: 4811/75 (51) Int.CI.3: C07H 15/22 (22) Indleveringsdag: 24 okt 1975 (41) Alm. tilgængelig: 27 apr 1976 (44) Fremlagt: 02 apr 1984 (86) International ansøgning .nr.:-(30) Prioritet: 26 okt 1974 GB 46412/74 (71) Ansøger: ‘PFIZER CORPORATION; Colon, PA.

(72) Opfinder: James William *Moore; GB.

(74) Fuldmægtig: Internationalt Patent-Bureau (54) Analogifremgangsmåde til fremstilling af kana-mycin A eller kanamycin B derivater eller salte deraf

Opfindelsen-angår en analogifremgangsmåde til fremstilling af hidtil ukendte kanamycin A eller kanamycin B derivater med den almene formel I

CH.NHR

HO-- HO—NH2 i

R, * ' OH

i

CH2OH

1 ’^τή/ N HO I / * O 7 r- *

O

2 147075 hvori R.| betegner H eller CH^, R2 betegner NH2 eller OH, og n er 1, 2 eller 3, eller farmaceutisk acceptable salte deraf.

Mange naturligt forekommende 2-oxystreptamin-aminoglycosider har til fælles en ringstruktur, der kan gengives med den almene formel

Vv _A.

4»^ A y-°~4\ B / NH2 3· 2* 5|

O O

K J

---

-©, H

hvori ringen A er skelettet af en hexapyranosegruppe med en aminogruppe i 2'-og/eller 6’-stillingeme, ringen B er 2-deoxystreptamingruppen og ringen C betegner en glycosylgruppe knyttet med en glycosidbinding til enten 5- eller 6-stil-lingen i streptaminringen, idet den anden stilling optages af en hydroxylgruppe.

Forbindelserne med formlen I og deres salte har antibakterielle egenskaber og er effektive til behandling af infektioner af grampositive eller gramnegative bakterier, omfattende urinvejsinfektioner, hos dyr, omfattende mennesker, og har fordele ved anvendelse i forhold til 2-deoxystreptamin-aminoglycosider med en-usubstitueret aminogruppe i 1-stillingen i 2-deoxystreptaminringen B, såsom de naturligt forekommende forbindelser kanacycin A og B, neomyciner og ribostamycin.

En speciel gruppe forbindelser fremstillet ifølge opfindelsen omfatter sådanne, hvori R er et hydrogenatom og n er 1 eller 2.

Også foretrukne er forbindelser, hvori 3~hydroxy-u-aminoalkylgruppen i 1-N-stillingen har (S)-konfiguration, og n er 2 eller 3.

Specielt foretrukne enkelte forbindelser fremstillet ifølge opfindelsen omfatter l-N-[j(S)-4-amino-2-hydroxy-butyl]-kanamycin A og l-N-[(S)-5-amino-2-hydroxy-pen-tyl]-kanamycin A.

Farmaceutisk acceptable syreadditionssalte af de omhandlede forbindelser er sådanne, der dannes med syrer,som danner ikke-toxiske syreadditionssalte indeholdende farmaceutisk acceptable anioner såsom hydrochlorid, hydrobromid, hydro-iodid, sulfat eller bisulfat, phosphat eller surt phosphat, acetat, maleat, fumarat, oxalat, lactat, tartrat, citrat, gluconat, saccharat, p-toluensulfonat og carbonat.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at man reducerer en forbindelse med formlen II

, 147075 3 CH^HRj B0—^L° ΗΟ-^Τή ' NH2

R2 II

c„2oh °·—fJ-Λ °™ H° - "BC CH|CH2>n ™2

O

hvori .R^g nhar ovennævnte betydning, eller et syreadditionssalt deraf, og isolerer forbindelsen med formlen I, idet denne om ønsket før eller efter isolering overføres i et farmaceutisk acceptabelt salt.

Fremgangsmåden omfatter, som et valgfrit initialt trin, dannelse af et passende syreadditionssalt med henblik på at gøre forbindelserne med formlen II opløselige i organiske opløsningsmidler. En sådan reaktion kan f.eks. udføres ved at opløse forbindelsen med formlen II i vandfri trifluoreddikesyre, idet sidstnævnte anvendes i overskud ved en temperatur, der sædvanligvis andrager mellem stuetemperatur og 0°C. Overskydende syre fjernes ved inddampning til tørhed i vakuum. Saltet opløses derpå i et vandfrit, for reaktionen indifferent organisk opløsningsmiddel, f.eks. tetrahydrofuran eller dimethoxyethan og behandles med reduktionsmidlet, f.eks. diboran, som bekvemt tilsættes som en opløsning af diboran i tetrahydrofuran, sædvanligvis i overskud ved en temperatur, der almindeligvis andrager mellem stuetemperatur og tilbagesvalingstemperatur, afhængigt af naturen af de specielle reaktanter og det specielle opløsningemiddel, der anvendes. Reaktionen er praktisk taget afsluttet i løbet af 24 timer, hvis den udføres i tetrahydrofuran ved 50°C med et overskud af diboran. Produktet isoleres derpå bekvemt ved tilsætning af vand til nedbrydning af ikke-omsat diboran og fjernelse af det organiske opløsningsmiddel ved inddampning under vakuum. pH-værdien af den tilbageværende vandige opløsning indstilles til pH 5, og det rå produkt kan derpå renses for ikke-omsat udgangsmateriale og biprodukter ved sædvanlig chromatografiteknik.

Mange af forbindelserne med formlen II er kendte antibiotika, f. eks.

N-1-(4-amino-2-hydroxy-butyry1)kanamyc in A, der også betegnes BB-K8, er beskrevet i USA-patentskrifterne nr. 3.781.268, 3.541.078 og 3.860.574 og i de of fentliggjorte vesttyske patentansøgninger nr. 2.350.203 og 2.322.576. 1-N-(5-Amino-2-hydroxy-valeryl)- og 1-N-(3-amino-2-hydroxy-propionyl)-derivaterne af kanamycin A og B er beskrevet i vesttysk patentansøgning nr. 2.408666 og i J. Antibiotics 1974, 2ί7, 851. 6'-N-Alkylderivaterne er beskrevet i offentliggjort 4 147075 vesttysk patentansøgning nr. 2.350.169 og i J. Antibiotics, 1975, 28_, 483.

I forhold til disse kendte forbindelser har forbindelserne med formlen I en overlegen antibakteriel virkning, som det antydes af de nedenfor anførte forsøgsresultater .

Forbindelserne med formlen I kan eksistere i forskellige konformationer, således kan 8-hydroxy-(d-aminoalkylgruppen ved N-1 findes i S- eller R-konfigu-rationerne eller der kan foreligge en blanding af begge optiske isomere.

In vitro vurdering af de omhandlede forbindelser som antibakterielle midler er udført ved bestemmelse af den minimale hæmningskoncentration (M.I.C.) af prøveforbindelsen i et passende medium, hvori væksten af den specielle mikroorganisme netop ikke finder sted. I praksis inokuleres agarplader,i hvilke der i hver er inkorporeret prøveforbindelse i en bestemt koncentration, med et standardantal celler af prøvemikroorganismen, og hver plade inkuberes derpå i 24 timer ved 37°C. Pladerne undersøges derpå for tilstedeværelse eller fravær af bakterievækst, og den tilhørende M.I.C.-værdi fastlægges. Mikroorganismer, der er anvendt i sådanne forsøg har omfattet stammer af Escherichia coli, Klebsielle pneumoniae, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus og Streptococcus faecalis.

In vivo vurdering af forbindelserne er også udført for de mere aktive forbindelsers vedkommende, ved at administrere forbindelserne subkutant til mus, der er udsat for stammen Escherichia coli. Hver forbindelse administreres i en serie af forskellige doser til grupper af mus, og forbindelsens aktivitet bestemmes som den dosis, der giver 50%'s beskyttelse mod den lethale virkning af Escherichia coli organismen i løbet af 72 timer.

Til human anvendelse kan de omhandlede antibakterielle forbindelser administreres f.eks. oralt eller parenteralt, f.eks. intravenøst, intramuskulært eller subkutant.

Til administrering til mennesker antages det, at den daglige dosis af de omhandlede antibakterielle forbindelser vil være af samme størrelsesorden som den dosis, der sædvanligvis anvendes af antibakterielle aminoglycosid-midler, f.eks. fra 0,1-50 mg/kg (i opdelte doser) ved administrering ad parenteral vej eller fra 10-100 mg/kg (i opdelte doser) ved administrering ad oral vej.

Fremstillingen af de omhandlede forbindelser illustreres nærmere ved hjælp af nedenstående eksempler, hvori temperaturerne er anført i °C.

Eksempel 1 150 mg l-N-[(S)-4-amino-2-hydroxybutyryl]-kanamycin A (BB-K8, fremstillet som beskrevet i USA-patentskrift nr. 3781268) blev opløst i 10 ml vandfri tri-fluoreddikesyre ved 0°C. Opløsningen blev inddampet til tørhed i vakuum og tørret under højvakuum ved 20°G i 15 minutter til opnåelse af et glasagtigt fast 147075 5 stof. Dette blev optaget i 5 ml tør tetrahydrofuran og 20 ml af en 1-N-opløsning af diboran i tetrahydrofuran blev tilsat portionsvis under en atmosfære af nitrogen. Den resulterende klare opløsning blev opvarmet til 50°C i 3 timer, henstillet ved stuetemperatur i 16 timer og opvarmet i yderligere 3 timer til 50°C. Overskydende diboran blev nedbrudt for forsigtig tilsætning af nogle få dråber vand, og det organiske opløsningsmiddel blev derpå fjernet ved afdampning under reduceret tryk. Remanensen blev optaget i 10 ml vand og gjort sur med 1/10 N vandig natriumhydroxidopløsning. pH-Værdien af den resulterende opløsning blev indstillet til 5 ved tilsætning af 2 N saltsyre. Opløsningen blev derpå chromato-graferet på en søjle indeholdende "Amberlite'®'CG 50 ionbytterharpiks (50 ml) i ammoniumionformen, idet der blev elueret først med destilleret vand til fjernelse af uorganiske salte og derpå med vandig ammoniumhydroxidopløsning med gradvis stigende koncentration fra 0,1 til 1,0 N. De fraktioner, som indeholdt produktet (bestemt ved tyndtlagschromatografi) blev forenet og inddampet i vakuum til opnåelse af l-N-[(S)-4-amino-2-hydroxybutyl]-kanamycin A (75 mg, 50%'s udbytte).

Tyndtlagselektroforese. Rf = 0,6 (Elektrolyten var en blanding af lige dele eddikesyre og myresyre med en pH-værdi på 2, og der blev påtrykt en potentialforskel på 900 volt over enderne af den 20 cm lange plade overtrukket med silicagel, i 40 minutter. Påvisningen skete ved at tørre pladen, sprøjte den med en cyclohexanopløsning af tertiær butylhypochlorit og påfølgende tørring, afkøling og fremkaldning af pladen med stivelse-kaliumiodidopløsning. Under disse betingelser gav reference-standard BB-K8 en Rf-værdi på 1,0 og kanamycin A en Rf-værdi på 0,9).

Infrarød spektrografi viste, at amid-carbonyl-absorptionsbåndet, der blev iagttaget i BB-K8 ved 1635 cm-'1' forsvandt.

Optisk drejning [a]^5 + 73° (c 1,0, H20).

Massespektrometri (field desorption) viste en kraftig P+l spids ved m/e 572.

En prøve blev omdannet til det flygtige penta-N-acetyl-octa-O-trimethyl-silylderivat ved en behandling med eddikesyreanhydrid i methanol ved stuetemperatur i 24 timer efterfulgt af omsætning med en 2:l-blanding af hexamethyldisila-zan og trimethylchlorsilan ved stuetemperatur i 24 timer. M+ bestemt til 1357.

C56H119N5°17Si8 svarer t:L^ M+ l357·

Analyse:

Fundet: C 40,1 H 6,7 N 9,6% C22H45N5012,2 1/2H2C03 beregnet: C 40,5 H 6,9 N 9,6% 6 147075

Eksempel 2 0,35 g l-N-f(S)-5-amino-2-hydroxyl-valeryl]-kanamycin A blev omdannet til trifluoracetatsaltet, reduceret og chromatograferet som beskrevet i eksempel 1 til opnåelse af 0,12 g, 30%'s udbytte, l-N-[(S)-5-amino-2-hydroxy-pentyl]-kana-mycin A.

Tyndtlagselektroforese. Rf = 0,7 (Betingelserne som beskrevet i eksempel 1, udgangsmateriale blev anvendt s cm referencestandard med en Rf-værdi på 1,0).

Eksempel 3 0,15 g 1-N-(3-amino-2-hydr oxy-pr op iony1)-kanamyc in A blev reduceret på lignende måde som beskrevet i eksempel 1 til opnåelse af 0,04 g, 277»'s udbytte, 1- N-(3-amino-2-hydroxy-propy1)-kanamycin A.

Tyndtlagselektroforese. Rf = 0,6 (Betingelserne som beskrevet i eksempel 1, udgangsmateriale blev anvendt som referencestandard med en Rf-værdi på 1,0).

Eksempe1 4 1-N - (S)-4-Amino-2-hydroxy-butyry1]-kanamycin B blev reduceret på lignende måde som beskrevet i eksempel 1 til opnåelse af l-N-[(S)-4-amino-2-hydroxy-butyl]-kanamycin B.

Eksempe1 5 6’-N-Methyl-l-N-[(S)-4-amino-2-hydroxy-butyryl]~kanamycin A (fremstillet som beskrevet af H. Umezawa et. al. i J. Antibiotics, 1975, 28, 483) blev reduceret som beskrevet i eksempel 1 til opnåelse af 6'-N-methyl-l-N-f(S)-4-amino- 2- hydroxy-butyl]-kanamycin A.

Tyndtlagselektroforese. Rf = 0,7 (Betingelserne som beskrevet i eksempel 1, udgangsmateriale blev anvendt som referencestandard med en Rf-værdi på 1,0, og kanamycin A gav en Rf-værdi på 1,03).

Resultater af prøvningen af de ifølge eksemplerne fremstillede forbindelser med henblik på antibakterie1 virkning in vitro ved de tidligere beskrevne metoder er angivet i nedenstående tabel I: 147075- 7

Tabel I

In vitro aktivitet.

Eksempel _ M.I.C. /g/ml___ nr* E. coli Klebsiella Proteus Pseudomonas Staphylococcus pneumoniae mirabilis aeruginosa aureus_ 1 6,2 3,1 3,1 1,6 1,6 2 6’2 3,1 12,5 3,1 1,6 3 12,5 6,2 12,5 : 3,1 3,1 l ----- i «— - - — — * —

Endvidere er forbindelsen fremstillet ifølge eksempel 1 blevet prøvetfor in vivo aktivitet efter de tidligere beskrevne metoder. PDjq mod E. coli hos mus var 3,8 mg/kg.

I nedenstående tabel II er anført resultater af sammenligningsforsøg, hvorved blev bestemt den antibakterielle virkning af forbindelser fremstillet ifølge opfindelsen og tilsvarende virkninger af kendte derivater af kanamycin A eller kanamycin B. De i denne tabel II med betegnelserne 26-30 anførte mikroorga-* nismer er resistente mikroorganismer.

I tabel II er aktiviteten ligeledes anført i MlC-værdier. De resultater, ved hvilke forbindelserne der fremstilles efter fremgangsmåden ifølge opfindelsen, var mere virksomme end sammenligningsforbindelserne, er betegnet med en stjerne (*). Det fremgår at forbindelserne navnlig er aktive mod Pseudomonas-stammer.

147075 8

Tabel II

In vitro-aktivitet ________

Mikroorganisme Beteg- MIC (ig/ml

nelse Forbindelse 1-H-HABA Forbin- 1-N-HAVA

ifølge Kanamycin A delse Kanamycin A

eksempel 1 (sammen- ifølge (sammen- _ligning) eks. 1 ligning) ___ 1 Escherichia coli E104 3,1 3,1 6,2 6,2 2 Escherichia coli 110 3,1 3,1 6,2 3,1 3 Escherichia coli 116 1,6 1,6 3,1 3,1 4 Escherichia coli E 172 1,6 1,6 6,2 6,2 5 Escherichia coli 10 3,1 1,6 6,2*) 12,5 6 Escherichia coli 36 3,1 3,1 6,2 6,2 7 Escherichia coli 51 3,1 3,1 12,5*) 25 8 Escherichia coli E 173 0,8*) 1,6 3,1 3,1 9 Proteus mirabilis P 133 3,1 3,1 12,5 6,2 10 Proteus mirabilis 8 1,6 1,6 3,1*) 6,2 11 Proteus vulgaris P 136 3,1 1,6 1,6*) 6,2 12 Proteus vulgaris P 124 0,8 0,8 6,2 3,1 13 Pseudomonas aeruginosa Ps 56 0,8 0,8 3,1 3,1 14 Pseudomonas aeruginosa Ps 52 0,8 0,8 1,6") 3,1 15 Pseudomonas aeruginosa Ps 48 0,8") 1,6 1,6 1,6 16 Pseudomonas aeruginosa Ps 169 1,6; 3,1 6,2 6,2 17 Klebsiella/Aerobacter K37 1,6 1,6 3,1 3,1 18 Klebsiella/Aerobacter K 38 0,8 0,4 1,6") 3,1 19 Klebsiella/Aerobacter K 33 1,6 1,6 3,1 3,1 20 Klebsiella/Aerobacter A 39 1,6 1,6 6,2 3,1 21 Klebsiella/Aerobacter A 40 1,6 1,6 3,1 3,1 22 Staphylococcus aureus S 223 0,4") 0,8 1,6 1,6 23 Staphylococcus aureus S 222 0,4 .0,4 0,8") 1,6 24 Staphylococcus aureus S 202 3,1 3,1 6,2 6,2 25 Staphylococcus aureus S 228 0,8 0,8 1,6 1,6 26 P.seudumonas aeruginosa Ps 53 1,6 1,6 3,1") 6,2 (GAcT) 27 Pseudomonas aeruginosa Ps 54 1,6 1,6 6,2 6,2 (GAcT, KPT) 28 Escherichia coli (KPT) E 174 3,1 3,1 12,5*) 25 29 Escherichia coli E 175 3,1 3,1 12,5 12,5 (KAdT, KPT) 30 Escherichia coli (KAcT) E 176 50 12,5 100 50 HAVA = 2-hydroxy-5-amino-valeroyl HABA = 2-hydroxy-4-amino-butyryl 9 147075

Tabel II (fortsættelse)

In vitro-aktivitet_ ...___ _r-- ——-- MIC jlg/ml

Mikroorganisme Beteg- 1-N-HABA- Forbin- 6'-N-Methyl- nelse Forbindelse Kanamycin B delse 1-HABA-

ifølge (sammen- ifølge kanamycin A

eksempel 4 ligning) eks. 5 (sammen- ____ligning) 1 Escherichia coli E 104 6,2 6,2 6,2 6,2 2 Escherichia coli 110 3,1 3,1 6,2 6,2 3 Eschirichia coli 116 3,1 3,1 6,2 3,1 4 Escherichia coli E 172 3,1 3,1 6,2 6,2 5 Escherichia coli 10 6,2*) 12,5 12,5 12,5 6 Escherichia coli 36 3,1 3,1 6,2 6,2 7 Escherichia coli 51 6,2*) 12,5 12,5 12,5 8 Escherichia coli E173 3,1 1,6 3,1 3,1 9 Proteus mirabilis P 133 1,6*) 6,2 12,5 12,5 10 Proteus mirabilis 8 3,1 3,1 3,1 3,1 11 Proteus vulgaris P 136 3,1 3,1 3,1*) 6,2 12 Proteus vulgaris 124 3,1 1,6 3,1 1,6 13 Pseudomonas aeruginosa Ps 56 1,6*) 3,1 3,1*) 6,2 14 Pseudomonas aeruginosa Ps 52 1,6 1,6 3,1 3,1 15 Pseudomonas aeruginosa Ps 48 3,1 1,6 3,1 3,1 16 Pseudomonas aeruginosa Ps169 3,1*) 6,2 6,2*) 12,5 17 Klebsiella/Aerobacter K 37 3,1 3,1 6,2 6,2 18 Klebsiella/Aerobacter K 38 0,8 0,8 3,1 1,6 19 Klebsiella/Aerobacter K 33 1,6*) 3,1 3,1 3,1 20 Klebsiella/Aerobacter A 39 3,1 3,1 6,2*) 12,5 21 Klebsiella/Aerobacter A 40 3,1 3,1 3,1 3,1 22 Staphylococcus aureus S 223 0,4*) 1,6 1,6 1,6 23 Staphylococcus aureus S 322 0,2*) 0,4 1,6 1,6 24 Staphylococcus aureus S 202 3,1*) 6,2 6,2*) 12,5 25 Staphylococcus aureus S 228 0,4*) 1,6 1,6*) 3,1 26 Pseudomonas aeruginosa Ps 53 1,6*) 6,2 6,2 6,2 (GAcT) 27 Pseudomonas aeruginosa Ps 54 1,6”) 6,2 6,2 6,2 (GAcT, KPT) 28 Escherichia coli (KPT) E 174 6,2 6,2 12,5 12,5 29 Escherichia coli (KAdT, KPT) E 175 25 12,5 12,5 12,5 30 Escherichia coli (KAcT) E 176 25 12,5 12,5 6,2 GAcT = Gentamicin-acetyl-transferase KPT = Kanamycin-phospho-transferase KAdT = Kanamycin-adenyl-transferase KAcT = Kanamycin-acetyl-transferase 147075 10 I nedenstående tabel III er anført resultaterne af yderligere sammenlig-ningsforsøg med et antal aminoglycosidresistente mikroorganismer. I denne tabel III er anført den geometriske middelværdi for de opnåede Μ.I.C.-værdier for forbindelserne fra eksempel 1 og 2 sammenholdt med Μ.I.C.-værdierne for udgangsmaterialet for forbindelsen fremstillet ifølge eksempel 1, nemlig 1-N- £(S )-4-amino-2-hydroxy-butyryl 3-kanamycin-Δ(BB-K 8 eller Amikacin).

Tabel III

Geometrisk middelværdi for MIC-værdierne i μg/ml hos aminoglycosidresistente bakterier.

Art undersøgt Forbindelse Forbindelse BB-K8 antal fra eks. 1 fra eks. 2 Sammenligning)

Ps. aeruginosa 23 1,4*) 1,9*) 2,2

Klebsiella 22 1,6 1,5 1,7

Citrobacter 5 1,4 1,4 1,6 S. aureus 3 1,2**) 1,2*) 2,0

Disse resultater viser den overlegne virkning af forbindelserne fra eksempel 1 og 2 mod Pseudomonas aeruginosa og S. aureus i forhold til virkningen af den kendte forbindelse BB-K 8.

Der er udført yderligere undersøgelser af in vitro-aktiviteten af forbindelsen, der fremstilles i eksempel 1 og af den kendte forbindelse BB-K 8 såvel med aminoglykosidfølsomme som med aminoglykosidresistente, isolerede former af Pseudomonas sp. De herved opnåede resultater er anført i nedenstående tabel IV.

__Tabel IV __

Pseudomonasart Antal af isole- Geometrisk middelværdi af Μ.I.C.-værdlerne rede former i l-'g/ml

Forbindelse fra BB-K8 eksempel 1 (sammenligning)

Aminoglyko sidfølsom 35 1,6 2,1

Aminoglykosid- resistent ‘18 2,2 3,3

Det fremgår af tabel IV, at forbindelsen der fremstilles i eksempel 1 har en tydeligt større aktivitet end den kendte sammenligningsforbindelse BB-K8 over- 147075 11 for Pseudomonas sp., og det bemærkes i denne forbindelse, at Pseudomonas-infek-tioner er en hovedindikation for aminoglykosidterapi.