DK152504B - 3-exomethylencephalosporin-forbindelser til anvendelse som mellemprodukter - Google Patents

Description

DK 152504B

Den foreliggende opfindelse angår hidtil ukendte 3-exomethylen-cephalosporin-forbindelser til anvendelse som mellemprodukter.

De omhandlede 3-exomethylencephalosporin-forbindelser .har: nedennævnte formel: η2νί—n 0J-NY= CH2 COOR1

2 DK 152504 B

hvor R^ er hydrogen, C^-C^-alkyl, 4-nitrobenzyl, 4-methoxy-henzyl, 2,2,2-trichlorethyl, trimethylsilyl eller en farmaceutisk acceptabel kation.

I henhold til cephem-nomehklatur-systemet af cephalosporin-anti- biotiske stoffer har Morin, et al., J. Am. Chem. Soc., 84, 3400 (1962), betegnet 7-ADCA som 3-methyl-7-amino-A -cephem-4-carb- 3 oxylsyre, hvori a refererer til den endocycliske position af carbon til carbon dobbeltbindingen. 7-aminodesacetoxycephalo-sporansyre er et værdifuldt mellemprodukt til fremstilling af de antibiotiske desacetoxycephalosporansyrer. For eksempel vil acy-lering af 7-ADCA i et blandet anhydrid med tert.-butyloxycarbonyl (t-BOC) beskyttet D-phenylglycin under anvendelse af methylchlor-formiat efterfulgt af fjernelse af t-BOC-gruppen give 7-(ct-D-aminophenylacetamido)-desacetoxycephalosporansyre, almindelig kendt som cephalexin. Der kendes andre egnede cephalosporin-mellemprodukter, hvori carbon til-carbon dobbeltbindingen findes i 2-position (δ ) af cephem-ringen, for eksempel de 7-acyl-A -cephem-4-carboxylsyreestere, der er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3 536 705 og J. Org. Chem. 35, 2429 (1970). Derimod er forbindelser med cepham-strukturen og indeholdende en exocyclisk dobbeltbinding som vist i efterfølgende formel ikke tidligere beskrevet .

71—Kh2 /¾ V^/3 CH2 4 "Farmaceutisk acceptabel kation" refererer til alkalimetalkatio-ner, såsom lithium-, natrium- eller kaliumkationer og jordalkali-metal-kationer, såsom calcium-, magnesium- eller zinkioner.

De hidtil ukendte forbindelser med ovennævnte formel I, hvori R^· er hydrogen, kan eksistere i form af en zwitter-ion.

3 DK 152504B

De omhandlede 3-methylencepham-4-carboxylsyrer er sædvanligvis velkrystalliserende forbindelser, der i mange tilfælde udviser forbedret vandopløselighed i sammenligning med de tilsvarende substituerede 3-methyl-^-cephem-4-carboxylsyrer (desacetoxycephalo-

Z

sporansyrer). I modsætning til 3-methyl-^ -cephem-4-carboxylsy-rer udviser 3-methylencepham-forbindelserne ikke absorption i 260 ιπμ-området af det ultraviolette spektrum, men ligesom 3-methyl-Δ^-cephem-forbinde1serne udviser de absorption ved ca. 1790 cm“^ i det infrarøde område af spektret, som er karakteristisk for β-lactam-carbonylgruppen. Det kernemagnetiske resonansspektrum af 3-methylen-cepham-forbindelserne viser tilstedeværelsen af et allylhydrogenatom i 4-stillingen og 2-vinyl-hydrogenatomer knyttet til carbonsubstituenten i 3-stillingen, hvilket er i overensstemmelse med strukturen for 3-methylencepham-4-carboxyl-syre af den omhandlede art.

De hidtil ukendte 3-exomethylencephalosporin-forbindelser·' fremstilles ved omsætning under reducerende betingelser af en 7-amino- eller * 7-acylamido-^ -cephem-4-carboxylsyre eller ester, der er substitueret i 3-positionen af cephem-kernen med en substituent med 2 2 - + formlen -CI^-S-R , hvori R er en organisk gruppe, eller S0^ M , hvor M+ er en metallisk kation.

3-Methylencephalosporiner med formlen I fremstilles ud fra en 3-substitueret methylcephalosporin, der kan fremstilles ved fremgangsmåden ifølge dansk patentansøgning nr. 859/72.

De omhandlede forbindelser fremstilles ved omsætning af en forbindelse med formlen II med hydrogen under reducerende betingelser, såsom ved katalytisk hydrogenering eller ved kemisk reduktion, til dannelse af en 3-exomethylencephalosporin med formlen- I. Den reduktive udskiftningsreaktion illustreres i efterfølgende skema: H2N-i-S' \ ^ ? H2N-1- f-*-γ^-0Η2-3-Η2 J-Jr ^J=ch2 nODRl nnntal

4 DK 152504B

1 2 hvor R og R har den ovennævnte betydning. Reaktionen karakteriseres som en reduktiv udskiftningsreaktion, idet der under de anvendte reduktionsbetingelser sker en udskiftning af gruppen 2 S-R under dannelse af en exocyclisk dobbeltbinding i 3-stillin- 2 gen af cepham-ringen. Gruppen SR er en labil gruppe, der fjernes under de reducerende betingelser.

Den ovennævnte reduktive udskiftningsreaktion udføres med molekylær hydrogen i nærværelse af en metallisk hydrogeneringskatalysator eller med nascent hydrogen, som dannes ved omsætning af et reaktivt metalpar, et amalgameret metal eller en kombination af metal og en syre i nærværelse af dimethylformamid. Den reduktive udskiftningsreaktion kan også udføres med chromsalte i valenstrinnet +2.

Den reduktive udskiftningsreaktion udføres under katalytiske hydrogeneringsbetingelser ved opløsning af en 3-substitueret methylcephalosporansyre eller en ester eller et kationisk salt deraf i et egnet opløsningsmiddel, hvorefter opløsningen hydrogeneres i en hydrogenatmosfære, der opretholdes ved et tryk mellem 1 og 35 atmosfærer. Hydrogeneringen kan udføres ved en temperatur mellem 5 og 65°C, fortrinsvis mellem 25 og 45°C. Eksempler på effektive hydrogeneringskatalysatorer er metaller, såsom nikkel og cobalt, fortrinsvis aktiverede katalysatorer af Raney-typen, såsom Raney-nikkel og Raney-cobalt, samt ædelmetalkatalysatorer, såsom platin, palladium eller rhodium. Den foretrukne hydrogeneringskatalysator er Raney-nikkel.

Den katalytiske reduktion udføres i forskellige opløsningsmidler. Sædvanligvis anvendes vandige eller vandfrie opløsningsmidler, der er inaktive med hensyn til udgangsmaterialet, og som fortrinsvis ikke selv kan reduceres. Eksempler herpå er methanol, ethanol, isopropanol, dimethylformamid, dioxan og tetrahydrofuran, der enten kan anvendes alene eller i blanding med vand. Når 3-sub-stituerede methylcephalosporin-forbindelser anvendes på saltform, kan vand alene anvendes som opløsningsmiddel.

Hydrogeneringen gennemføres sædvanligvis i løbet af ca. 24 timer ved den foretrukne temperatur, selv om der kan anvendes en noget lavere temperatur, hvorved reaktionshastigheden forøges.

5 DK 152504 B

Den reduktive udskiftningsreaktion kan også udføres med et kemisk reduktionsmiddel, hvorved nascent hydrogen dannes,' eller hvor et let oxiderbart metalsalt fungerer som reduktionsmiddel. Eksempler på kemiske reduktionsmidler, der kan anvendes til dette formål, er metallisk zink i nærværelse af en egnet syre, amalgameret metal, såsom zinkamalgam eller aluminiumamalgam, bimetalliske legeringer, såsom zink-kobber, og salte af oxiderbare metaller, f.eks. chromchlorid, chrombromid og chromacetat.

Den kemiske reduktion udføres i vandigt medium indeholdende di-methylformamid (DMF) eller dimethylacetamid (DM) og om nødvendigt ved anvendelse af et opløsningshjælpemiddel for den pågældende 3-substituerede methylcephalosporin-forbindelse, såsom en i vand blandbar ether. Egnede opløsningshjælpemidler er tetra-hydrofuran og dioxan.

Reduktionen udføres med et vilkårligt af de ovennævnte reduktionsmidler i 6-24 timer ved en temperatur mellem O og 60°C.

Den foretrukne reaktionstemperatur ligger mellem 15 og 45°C.

Når der anvendes et amalgameret metal til den.nævnte reduktive udskiftningsreaktion, anvendes et opløsningsmiddel bestående af vand, en alkohol, såsom ethanol, og dimethylformamid. Når der anvendes zink eller en metallisk legering, er det hensigtsmæssigt som opløsningsmiddel at anvende en blanding af vand, et hermed blandbart opløsningshjælpemiddel, såsom tetrahydrofuran eller dimethylformamid, og syre, såsom myresyre.

Det foretrukne kemiske reduktionsmiddel er zink i nærværelse af en syre. Syrer, der kan anvendes i kombination med zink, omfatter fortyndede vandige mineralsyrer, såsom saltsyre eller svovlsyre, i en koncentration på 0,5 - 5%, eller en carboxylsyre med pK-værdi på mindre end 4,0, såsom myresyre, chlorerede eddikesyrer, såsom mono-, di- eller trichloreddikesyre. En foretrukken syre er myresyre.

Som ovenfor nævnt kan den kemiske reduktion udføres i nærværelse af dimethylformamid eller dimethylacetamid. Mængden af DMF eller DM er ikke kritisk, forudsat at der findes en katalytisk mængde på mindst 1% efter vægt af reduktionsmidlet. Det foretrækkes dog

6 DK 152504B

at anvende en større mængde DMF eller DMA. til at forøge opløseligheden af udgangsmaterialet.

Det kemiske reduktionsmiddel anvendes fortrinsvis i overskud. Det foretrukne reduktionsmiddel, nemlig zink, anvendes fortrinsvis i en mængde svarende til 2-10 gramatomer zink pr. gram 3-substi-tueret methyl-cephalosporin-forbindelse.

Endvidere er det hensigtsmæssigt at anvende overskud af den syre, der anvendes i kombination med reduktionsmidlet.

Den reduktive udskiftningsreaktion kan udføres på en 3-substi-tueret methyl-cephalosporin i form af den frie syre eller et salt eller en ester deraf. Når den carboxylsyre-beskyttende gruppe er en labil ester af et anhydrid, og når der anvendes zink i nærværelse af myresyre som reduktionsmiddel, kan den labile ester spaltes til dannelse af 3-methyleh-cepham-forbindelsen med formel I i form af den frie syre.

Når R·*" i formel II repræsenterer en carboxylsyre-beskyttende estergruppe, såsom benzyl, benzhydryl eller p-methoxybenzyl, og hvis hydrogeneringen udføres med Raney-nikkel, vil estergruppen opretholdes i det væsentlige uberørt under den reduktive udskiftningsreaktion. Et tilsvarende resultat opnås, når man anvender zink i nærværelse af myresyre. Når palladium eller palladium på en bærer anvendes som hydrogeneringskatalysator sammen med en benzyl-, substitueret benzyl- eller benzhydrylester, kan der foregå en betydelig hydrogenolyse af estergruppen, især når den reduktive udskiftningsreduktion udføres ved højere temperatur.

Når man ønsker at omsætte et 3-methylencepham-4-carboxylat med formel I, hvor R^ er en carboxylsyre-beskyttende gruppe, som kan undergå spaltning under reaktionsbetingelserne, bør den ubeskyttede 3-methylencepham-4-carboxylsyre fremstilles først. Efter den reduktive udskiftningsreaktion kan den dannede 3-methylen-cepham-4-carboxylsyre isoleres og derefter beskyttes med den ønskede estergruppe ved esterifikation, eller det blandede anhydrid deraf med eddikesyre eller propionsyre kan fremstilles på i og for sig kendt måde. For eksempel kan 3-ethoxythionocarbo-nylthiomethyl-7-amino-A -cephem-4-carboxylsyre, der er dannet

7 DK 152504 B

ved reaktion af 7-amino-cephalosporansyre (7-ACA) med ethylxan-that, hydrogeneres i nærværelse af Raney-nikkel til dannelse af methylen-7-aminocepham-4-carboxylsyre. Cephamsyren acyleres og esterificeres derefter på kendt måde til dannelse af den ønskede ester med formlen i.

Hvis i formel II betyder .gruppen -SO^ M+, kan de pågældende forbindelser undergå den reduktive udskiftningsreaktion under katalytiskehydrogeneringsbetingelser, fortrinsvis i nærværelse af en Raney-nikkel-katalysator, hvorved fås 3-methylen-cepham-forbindelsen med formlen I i tilfredsstillende udbytte- Hvis den reduktive udskiftningsreaktion imidlertid udføres under sure betingelser, f.eks. med zink i nærværelse af myresyre og DMF, dannes kun mindre mængder 3-methylen-cepham-4-carboxylsyre eller ester deraf.

Fremstilling af 3-methylen-7-amino-cepham-4-carboxylsyre, estere og salte med formlen i ved den ovenfor beskrevne reduktive udskiftningsreaktion udføres generelt ved fremstilling af den tilsvarende isomere 3-methyl-7-amino-^-cephem-4-carboxylsyre, estere eller salte, og i nogle tilfælde er iagttaget den tilsvarende ? 3-methyl-A -cephem-isomere.

Reduktionsblandingen, omfattende 3-methylen-cepham- og 3-methyl-3 2 A- og Δ -cephem-syrer, estere eller salte, kan adskilles ved chromatografi over et egnet adsorptionsmiddel til dannelse af de enkelte isomere reduktionsprodukter. Hertil kan benyttes de sædvanlige chromatografiske absorptionsmidler, såsom silica-gel eller aluminiumoxid. I stedet kan reduktionsproduktet skilles i de respektive isomere forbindelser ved fraktioneret omkrystal-lisation eller ved præparativ tyndtlagskromatografi på i og for sig kendt måde.

De omhandlede 3-exomethylencephalo,sporin-forbindelser udviser kun en forholdsvis ringe antimikrobiel aktivitet. De er imidlertid værdifulde mellemprodukter ved syntese af desacetoxycephalo-sporin-forbindelser med høj antibiotisk aktivitet.

8 DK 152504B

Omdannelsen af 3-methylen-cephalosporin-forbindelser ved en iso- 3 merisationsproces til dannelse af 3-methyl-7-acylamido-A -cephem- 4-carboxylsyrer er illustreret i efterfølgende forenklede reaktionsskema:

/S S

H2N I-Γ I H-N-i-f N

C00Rl coor1 hvori R1 har den ovennævnte betydning.

I s omer isat ionen udføres ved blanding af en 3-methylencephamsyre eller -ester, der er dannet ved reduktion af en 3-substitueret methylcephalosporinsyre eller -ester, med et aprotisk opløsningsmiddel med en høj dielektricitetskonstant og en kraftig basisk tertiær organisk amin. Som eksempler på aprotiske opløsningsmidler kan nævnes dimethylsulfoxid, dimethylacetamid og dimethylformamid.

Det foretrukne opløsningsmiddel er dimethylacetamid (DMA).

Aminen anvendes fortrinsvis i overskud i forhold til mængden af 3-methylencepham-forbindelsen, men der kan også opnås en væsentlig isomerisation med mindre mængder amin. I mange tilfælde forløber isomerisationen tilfredsstillende, når der anvendes nogle få dråber af aminen, der virker katalytisk.

Isomerisationen udføres hensigtsmæssigt ved stuetemperatur, idet den optimale reaktionstemperatur ligger mellem 20 og 35°C. Iso-merisationsblandingen omrøres hensigtsmæssigt ved stuetemperatur i 12 timer til at sikre fuldstændig isomerisation af exo-dobbelt-bindingen ved endo-positionen.

Typiske eksempler på forbindelser med formel I er:

DK 152504 B

9

Typiske eksempler på forbindelser med formel I er: p-Methoxybenzyl-7-amino-3-exomethylencepham-4-carboxylat-p- toluensulfonat.

Udkrystalliseret fra ethylacetat og fra ethanol og diethylether.

NMR (A60 Mc, DMSO-d6) tau 7,69 (s, 3H, p-CH3), 6,41 (2d, 2H, C-2H2), 6,23 (s, 3H, p-OCH3), 5,0 (d, IH, C-6H), 4,85 - 4,55 (m, 6H, C-4H, ester CH2, C-3CH2, C-7H) og 3,2 - 2,2 (2q, 8H, aromatisk H).

Elementaranalyse beregnet for C23H2gN20yS2:

Teoretisk: C 54,53 - H 5,17 - N 5,53

Fundet : C 54,33 - H 5,05 - N 5,47.

p-Methoxybenzyl-7-amino-3-exomethylencepham-4-carboxylat-hydro- chlorid.

Udkrystalliseret fra methylenchlorid og fra ethanol/diethyl-ether, smp. ^165 °C.

NMR (T60 Mc, DMSO-dg) tau 6,47 (s, 2H, C-2H2), 6,23 (s, 3H, p-OCH3), 5,12 (d, IH, C-6H), 4,9 - 4,6 (m, 6H, C-4H, ester CH2, C-3CH2 og C-7H) og 2,86 (q, 4H, aromatisk H).

Elementaranalyse beregnet for C16H19N2°4SC1:

Teoretisk: C 51,82 - H 5,16 - N 7,55

Fundet : C 51,65 - H 5,04 - N 7,72.

p-Nitrobenzyl-7-amino-3-exomethylencepham-4-carboxylat-p-toluen-sulfonat.

Udkrystalliseret fra ethylacetat og fra ethanol/diethylether, 10

DK 152504B

smp. 145 - 182 °C (dek.).

NMR (T60 Mc, DMSO-dg) tau 7,70 (s, 3H, p-CH3), 6,39 (s, 2H, C-2H2), 4,98 (d, IH, C-6H), 4,7 - 4,3 (m, 6H, C-4H, ester CH2, C-3CH2 og C-7H) og 2,95 - 1,68 (2q, 8H, aromatisk H).

Elementaranalyse beregnet for C22H23N3°8S2:

Teoretisk: C 50,66 - H 4,45 - N 8,06

Fundet : C 50,41 - H 4,51 - N 7,86.

P-Nitrobenzyl-7-amino-3-exomethylencepham-4-carboxylat-hydro- chlorid.

Der udkrystalliseres fra methylenchlorid og fra ethanol/diethyl-ether, smp. 160 - 176 °C (dek.).

NMR (A60 Mc, DMSO-dg) tau 6,34 (ABq, 2H, C-2H2), 4,98 (d, IH, C-6H), 4,7 - 4,4 (m, 6H, C-4H, ester CH2, C-3CH2 og C-7H) og 2,0 (q, 4H, aromatisk H).

Elementaranalyse beregnet for C^^H^gN^O^SCl:

Teoretisk: C 46,69 - H 4,18 - N 10,89

Fundet : C 46,40 - H 4,20 - N 10,62.

Forbindelserne med ovennævnte formel I er værdifulde mellemprodukter ved fremstillingen af antibiotiske desacetoxycephalospo-rin-forbindelser, f.eks. cephalexin. De fremstilles ved en reduktiv udskiftningsreaktion og undergår isomerisation til dan- z nelse af 3-methyl-7-amino-i3 -cephem-4-carboxylsyre og estere deraf.

En særlig værdifuld forbindelse med ovennævnte formel I til fremstilling af 7-aminodesacetoxycephalosporansyre-kernen er tri-methylsilylesteren af 3-methylen-7-aminocepham-4-carboxylsyre

DK 152504B

11 (R·*· = trimethylsilyl). I overensstemmelse hermed sættes til en suspension af 3-methylen-7-aminocepham-4-carboxylsyre i aceto-nitril under omrøring et trimethylsilyleringsmiddel, såsom N-(trimetylsilyl)-acetamid eller bis-trimethylsilylacetamid til dannelse af trimethylsilylesteren. Efterhånden som esteren dannes, fås en opløsning. Derefter tilsættes en tertiær organisk amin, såsom triethylamin, til opnåelse af isomerisationen af exo-dobbeltbindingen til endo-positionen og til dannelse af trimethylsilylesteren af 7-ADCA i opløsningen. Opløsningen fortyndes med vand, og pH-værdien indstilles på ca. 3,5 til opnåelse af hydrolyse af trimethylsilylesteren af 7-ADCA under dannelse af et krystallinsk bundfald af 7-ADCA.

Stoffet 7-ADCA filtreres fra og kan derefter acyleres med den ønskede acylgruppe, for' eksempel med den aminobeskyttede phenyl-glycinacylgruppe, til dannelse af det antibiotiske stof cephalexin.

I stedet kan acyleringen udføres på trimethylsilylesteren af 7-ADCA, der er fremstillet in situ, hvorefter trimethylsilylesteren af cephalexinet udvindes. Ved hydrolyse af cephalexinesteren med vand fås derefter cephalexin. Acyleringen af 7-ADCA med en ami-nobeskyttet phenylglycin, f.eks. N-(t-butyloxycarbonyl)-beskyttet phenylglycin, kan udføres i overensstemmelse med kendte acy-leringsprocesser.

Tilsvarende kan hydrolysen af trimethylsilylestrene af 7-ADCA og cephalexin udføres på i og for sig kendt måde.

Opfindelsen illustreres ved efterfølgende eksempler, idet eksempel 1 angår fremstillingen af et mellemprodukt ifølge opfindelsen, medens eksempel 2 viser anvendelsen af mellemproduktet.

EKSEMPEL 1

En opløsning af 11 g (31 mmol) 3-ethoxythionylcarbonylthiomethyl- 7-amino-A^-cephem-4-carboxylsyre-natriumsalt i 260 ml 5% opløs- 12

DK 152504B

ning af natriumbicarbonat indeholdende 40 ml ethanol hydrogeneres i 12 timer med hydrogen under et tryk på 3,2 atmosfære ved stuetemperatur i nærværelse af 66 g Raney-nikkel. Reaktionsblandingen filtreres til fjernelse af katalysatoren, og filtratet afkøles på isbad og gøres sur til en pH-værdi på 3,5 med koncentreret saltsyre. Et bundfald af ikke-omsat udgangsmateriale (ca.

2,2 g) frafiltreres, og filtratet inddampes i vakuum til et lille rumfang. Det urene reaktionsprodukt udfældes af koncentratet og frafiltreres. Det urene reaktionsprodukt omkrystalliseres af vand, hvorved fås 4,5 g (85 % udbytte) ren 3-methylen-7-amino-. cepham-4-carboxylsyre.

Kernemagnetisk resonansspektrum af produktet i DMSO dg gav følgende signaler ved de angivne tau-værdier: 6,49 (g, 2H, C2H2) 5,46 (d, IH, CgH) 5,07 (s, IH, C4H) 4,80 (bredt s, 3H C3CH2 og CyH) 4,13 (bredt s, udvasket med D20).

Massespektret gav et maksimum ved 214 m/e svarende til CgH-^NgO^S med den beregnede molekylvægt på 214,2.

Det infrarøde spektrum udviste bånd ved 5,65 (β-lactam) og 6,1 (carboxylat) mikron.

Elementaranalyse beregnet for CgH-^øNgO^S:

Teoretisk: C 44,85 - H 4,70 - N 13,08

Fundet : C 45,12 - H 4,73 - N 13,11.

Claims (3)

1. DK 152504B EKSEMPEL 2 Til en suspension af 1 gram 3-methylen-7-aminocepham-4-carboxyl-syre i 20 ml acetonitril sættes under omrøring 3 g N-(trimethyl-silyl)acetamid. Til den dannede opløsning sættes 3 dråber tri-ethylamin, og reaktionsblandingen omrøres ved stuetemperatur i 2 timer. Reaktionsopløsningen fortyndes med vand, og opløsningens pH-værdi indstilles på 3,5 med saltsyre. Reaktionsproduktet, der er 3-methyl-7-amino-A^-cepham-4-carboxylsyre (7-ÆDCA), danner et krystallinsk bundfald, der udfældes af den sure reaktionsopløsning. Patentkrav : 1. 3-Exomethylencephalosporin-forbindelser til anvendelse som mellemprodukter ved fremstilling af desacetoxycephalosporin-for-bindelser, kendetegnet ved, at de har den almene formel: "V-I- C00R1 hvor R1 er hydrogen, C^-C^-alkyl, 4-nitrobenzyl, 4-methoxybenzyl, 2,2,2-trichlorethyl, trimethylsilyl eller en pharmaceutisk acceptabel kation.
2. 2.
3. 3-Exomethylencephalosporin-forbindelse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den er 3-methyl-7-aminocepham-4-carb-oxylsyre.