DK153394B - Fremgangsmaade til fremstilling af alfa-6-deoxy-5-oxytetracyklin-forbindelser - Google Patents

Description

i

DK 153394 B

Denne opfindelsen angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af a-6-deoxy-5-oxytetracyclin-forbindelser ved homogen katalytisk hydrogenering af de tilsvarende é-demethyl-6-deoxy-6-methylen-5-oxytetracyclin-forbindelser, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

Idet der startes udfra 6-demethyl-6-deoxy-6-methylen-5-oxytetracyclin (med det generiske navn methacyclin) eller dets 5-alkanoylestere med formlen /CH3

9¾ J

VvSV^· OH o 0H o hvori R betyder hydrogen eller alkanoyl med 1 - 6 carbon-atomer, eller ud fra salte deraf med mineral- eller organiske syrer, fås den tilsvarende 6-deoxy-5-oxytetra-cyclin i form af α-epimeren (med det generiske navn doxycyclin) eller dens 5-alkanoylestere med formlen h3cs ch3 H\ % (J .OR |Ί (fYYVv» i \λΛΛ> conh2

OH OH °H

0 0 hvori R har den ovenstående betydning.

Fra US patentskrift nr. 3 200 149 er det kendt, at hydrogenering af methacyclin med formlen I (R = H) i nærvær af en ædelmetalkatalysator, såsom rhodium, fører til reduktion af methylengruppen i 6-stillingen til en methyl-

DK 153394 B

2 gruppe. Da methylgruppen kan indtage to stereokemiske orienteringer i rummet, dannes ved hydrogeneringsreaktionen en blanding af to stereoisomere forbindelser (epimere). Det ene af disse produkter, a-epimeren med formlen II (R = H), dvs. doxycyclin, er et værdifuldt antibioticum, medens den anden epimer med det kemiske navn β-6-deoxy-5-oxytetracyclin kun udviser ringe antibiotisk virkning og ikke finder medicinsk anvendelse.

Som følge heraf repræsenterer β-epimeren et uønsket biprodukt, som må skilles fra og smides væk; og i det omfang en væsentlig andel af udgangsforbindelsen omdannes til β-epimeren, opstår altså et tilsvarende tab i udbyttet af det ønskede doxycyclin.

Hidtil har den bedste hydrogeneringsfremgangsmåde til fremstilling af doxycyclin været den, der er beskrevet i US patentskrift nr. 3 444 198 og det tilsvarende danske patentskrift nr. 123 763, som angiver, at den oprindelige hydrogenering af methacyclin over en ædelmetalkatalysator gennemføres i nærvær af en katalysatorgift, hvilket fører til et forbedret forhold mellem doxycyclin og den uønskede β-epimer.

Imidlertid giver fremgangsmåden ifølge opfindelsen doxycyclin næsten uden dets β-epimer og kan betragtes som stereospecifik.

Der kendes ganske vist også stereospecifikke fremgangsmåder til fremstilling af doxycyclin, f.eks. fra US patentskrift nr. 3 163 531 og fra US patentskrift nr. 3 484 483 og det tilsvarende danske patentskrift nr. 119 826.

Men disse er omstændelige flertrins-fremgangsmåder, som er dyre og er miljømæssigt uacceptable på grund af anvendelsen af mercaptaner.

Hydrogeneringen af alkaner over homogene katalysatorer

DK 153394 B

3 omfattende rhodium og triphenylphosphin var også velkendt på den foreliggende ansøgnings prioritetsdato. Den mest relevante teknik er Mitchell, J. Chem. Soc. (B) 1970, side 823 - 825, som beskriver hydrogeneringen af 4-t-bu-ty1-methylencyclohexan (indeholdende en exocyclisk meth-ylengruppe på en 6-leddet ring) over et rhodium-triphe-nylphosphin-kompleks. Imidlertid er den foreliggende opfindelse overraskende i forhold til Mitchell af tre hovedgrunde.

For det første var metalkomplekserende eller -koordinerende forbindelser (herunder overskud af triphenylphosphin selv) kendt for at inhibere hydrogeneringer over komplekser af rhodium-triphenylphosphin-typen. Mitchells substrat indeholder ingen sådanne grupper, medens metha-cyclin indeholder to af dem, nemlig β-diketon-systemer-ne i A-ringen og i B,C-ringene. Således var alene det, at der skete hydrogenering af methacyclin til dannelse af doxycyclin og/eller β-epimeren med denne type katalysator, højst uventet.

For det andet var hydrogeneringen af Mitchells substrat i bedste fald stereoselektiv, f.eks.

/CH2

H

Γ3 H

Η H

cis (69%) trans (31%) 4

DK 153394B

medens hydrogeneringen ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen som før nævnt er i det væsentlige stereospecifik.

For det tredie viser Mitchell, at additionen af hydrogen fortrinsvis skete fra den mindst hindrede side af dobbeltbindingen, også selv om dette resulterede i overvejende dannelse af det termodynamisk mindst stabile produkt, hvori methylgruppen indtager en aksial stilling. En analog tilgang af hydrogen fra den mindst hindrede side af 6-methylengruppen i methacyclin ville give β-epi-meren, lige modsat det der virkelig sker.

Den foreliggende opfindelse er altså baseret på anvendelse af hydrogeneringskatalysatorer, som er opløselige i reaktionsmediet, og som består af koordinationsforbindelser af rhodium med elektrondonorligander omfattende triphenylphosphin. Ligandmolekylerne kan delvis erstattes af molekylerne fra det opløsningsmiddel, hvori omsætningen finder sted. Visse komplekser, hvori opløsningsmidlets molekyler delvis erstatter ligandmolekylerne, er så stabile, at deres isolering er mulig. Her skal særlig anføres rhodiums komplekser med triphenylphosphin af typen RhCl(Ph^P)j, dimeren Rh^C^iPh-jP)^, hydrid- og dihydridderivaterne RhHC^(Ph^P)3, Rhh^Cl(Ph^P)3 og komplekset Rh(Ph^P)^Cl^, som fremstilles i overensstemmelse med fremgangsmåder, der er beskrevet i litteraturen (J. Chem. Soc. (A) (19’66) 1711; og J. Chem.· Soc.

(A) (1966) 1670; og J. Chem. Soc. (1964, 2508)).

I opløsning kan komplekset RhCl(Ph^P)^ delvis dissocieres, og følgende ligevægt kan opnås:

RhCl(Ph3P)3< — — RhCl(Ph3P)2 + Ph?P

Under tilstedeværelse af hydrogen dannes mere komplekse ligevægte: 5

DK 153394B

H2

RhCl (P Ph3) ± Rh II2C1 (P Ph3)3

A A

' PPh3 PPh3

V h2 V

RhCl (PPh3) 2 3=± RhH2Cl (PPh3) 2

Mekanismen ved tilknytningen af hydrogenet og koordineringen af olefinen på metallet kan illustreres på følgende vis:

! RhH2Cl(PPh3)2S

S H2\alken

RhCl(PPh3)3<=± RliCl(PPh3)2S RhH2Cl(PPhJ2 alkeri ”! -¾ X '

RhCl(PPh3)2 (alken) / hurtig / ~ __S__RhCl(PPh3)2 + produkter hvor S betegner et opløsningsmiddelmolekyle.

Molforholdet ligand/metal kan variere fra 1 til 4. Den opløselige katalysator kan også fremstilles direkte i reaktionsmediet ved i et egnet opløsningsmiddel at opløse metalhalogenidet med mere end 1 mol ligander pr. mol metal. I overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen opløses en 6-demethyl-6-deoxy-6-meth-ylen-5-oxytetracyclin-forbindelse med formlen I og en katalytisk mængde af et kompleks af den førnævnte type, som er dannet udfra rhodium og triphenylphosphin, i et egnet opløsningsmiddel og bringes i kontakt med hydro- gen ved en passende temperatur og tryk i et tidsrum, der er tilstrækkeligt til at opnå fuldstændig omdannelse til den hydrogenerede forbindelse.

DK 153394 B

6

Ved omsætningens afslutning kan et meget højt udbytte af a-6-deoxy-5-oxytetracyclin-forbindelsen med formlen II udskilles fra opløsningen gennem udkrystallisation, medens den homogene katalysator forbliver opløst i moder-luden.

Egnede polære opløsningsmidler er f.eks. mono- eller polyhydroxyalkoholer med 1 til 4 carbonatomer, N,N-di-methylformamid, N,N-dimethylacetamid, dioxan, tetra-hydrofuran, methoxyethanol, ethoxyethanol, acetonitril og pyridin. Reaktionshastigheden og omdannelsesgraden afhænger temmelig kritisk af temperaturen: ved temperaturer lavere end 15 °C er omsætningen for langsom, medens temperaturer højere end 80 °C kan bevirke udgangsmaterialernes nedbrydning. Det anvendte temperaturområde er 15 - 80 °C.. Trykkene kan være lavere end 0,1 MPa, men det foretrukne driftsområde er 0,1 - 14,7 MPa.

Reaktionstiden, som er nødvendig for fuldstændig omdannelse, afhænger af temperaturen, trykket og katalysator-typen, der anvendes, men ligger dog i reglen inden for 1-8 timer. Den foretrukne katalysator er RhCl(Ph^P)n, hvori n kan være 2 eller 3, da man med denne katalysator får næsten fuldstændig omdannelse til α-epimeren, hvilket betyder større biologisk aktivitet, medens der kun forekommer ubetydelige mængder β-epimer og ringe spor af nedbrydningsprodukter. Efter hydrogeneringens afslutning viser tyndtlags-chromatografi af den klare, rå reaktionsopløsning, at forholdet mellem en- og β-epimer er lig med eller større end 20:1, og at procentindholdet af nedbrydningsprodukter ikke overstiger 2 - 3 %.

Ud fra færdige rå-opløsninger af denne slags har der 7

DK 153394B

været isoleret produkter af udmærket kvalitet i udbytter højere end 75 %. Som tidligere nævnt kan den homogene katalysator fremstilles direkte i reaktionsmediet ved at opløse rhodiumctiloridet under tilstedeværelse af et tilstrækkeligt antal mol triphenylphosphin. Substratet bringes i opløsning, og hydrogeneringen udføres på den allerede beskrevne vis. Man får f.eks. hvis antallet af ligandmolekyler er mellem 1 og 3 pr. mol metal, samme resultater som med en særskilt fremstillet katalysator. Ligandmængder på mindre end 1 mol pr. mol metal fører til dannelse af metalaflejringer i pulverform, hvilke aflejringer fungerer som heterogene katalysatorer under fortrinsvis dannelse af β-epimeren. Ligandmængder større end 3 mol pr. mol metal fører til homogen katalyse under gradvis faldende udbytter og ufuldstændig omdannelse af udgangsmaterialet; stereopræferencen forbliver høj derved, at der under samtidig tilstedeværelse af uomsat substrat fortrinsvis sker dannelse af ot-epimeren, medens |3-epimermæn:gden forbliver yderst lav.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen belyses nærmere ved de følgende eksempler.

EKSEMPEL 1 10 g 6-demethyl-6-deoxy-6-methylen-5-oxytetracyclin-hydrochlorid opløstes i 1000 ml methanol. 2,2 g af komplekset RhCl(Ph^P)^ sattes til opløsningen. Den fremkomne opløsning anbragtes i en autoklav og hydrogeneredes ved 9,8 MPa og 40 °C i 4 timer. Autoklaven tømtes, og det bemærkedes, at den klare opløsning, som var lysegul i farven, hurtigt blev mørk. Tyndtlags-chromatografi (udført med kiselgurbelagte plader indstillet til pH-værdien 9 og elueret med vand-acetone (1:10) og under anvendelse af ultraviolet lys til bestemmelse) på den rå reaktionsopløsning gav følgende resultat: α-6-deoxy- 5-oxytetracyclin Ci 95 %· p-6-deoxy-5-oxytetracyclin 8

DK 153394B

4.5 “ό; små spor af nedbrydningsprodukter.

Opløsningen blev inddampet i vakuum, og produktet udkrystalliseret med methanol, medens katalysatoren forblev opløst i moderluden. Ved opløsning af det udkrystalliserede HCl-salt i methanol og vand og indstilling af pH-værdien til 5,7 med triethylamin som angivet af Stephens et. al., J. Am. Chem. Soc. Vol. 85, side 2643 - 2656 (1963) blev der opnået et udbytte på 7,1 g α-6-deoxy- 5-oxytetracyclinbase med en spektroskopisk renhed på 99.5 /o. Fra samme kilde er det kendt at isolere sulfo-salicylatsaltet fra en sådan methanolisk reaktionsblanding og derpå omdanne det til den frie base eller HC1-saltet efter ønske.

EKSEMPEL 2 4 g 6-demethyl-6-deoxy-6-methylen-5-oxytetracyclin-hydro-chlorid, 0,5 g triphenylphosphin, 0,2 g RhCl^^h^O opløstes i 500 ml methanol. Idet hydrogeneringen udførtes som beskrevet i eksempel 1, fik man en opløsning, som ved tyndtlags-chromatografi viste sig at have følgende blanding: a-6-deoxy-5-oxytetracyclin 95 %, β-epimer 4.5 %, små spor af nedbrydningsprodukter.

Opløsningen blev inddampet til tørhed, og remanensen omkrystalliseret med methanol til katalysatorens fjernelse, hvorefter basen blev isoleret på samme måde som i eksempel 1. Udbytte: 2,9 g a-6-deoxy-5-oxytetracyclin-base med en spektrofotometrisk renhed på 99,3 %.

EKSEMPEL 3 5 g 6-deoxy-6-demethyl-6-methylen-5-oxytetracyclin-hydro- 9

DK 153394B

chlorid suspenderedes i 150 ml N,N-dimethylacetamid.

Derpå tilsattes 1,1 g af komplekset RhCl(Ph^P)^, og hydrogeneringen udførtes ved 2 MPa og 50 °C i 4 timer.

I løbet af omsætningen blev opløsningen mere klar, og ved afslutningen blev der opnået en klar opløsning, hvorudfra man ved kendte fremgangsmåder som i eksempel 1 isolerede 3,5 g cx-é-deoxy-5-oxytetracyclinbase med en spektrofotometrisk renhed på 99,2 %.

EKSEMPEL 4 2 g 6-deoxy-6-demethyl-6-methylentetracyclin-hydrochlorid blev hydrogeneret 1 overensstemmelse med proceduren, som er beskrevet i eksemplerne 1 og 2, hvorved der blev opnået fuldstændig omdannelse efter 4 timers reaktion ved 40 °C og et tryk på 7,8 MPa.

Chromatografisk analyse viste et a-epimer/Ø-epimer forhold på mere end 20:1.

EKSEMPEL 5 2 g 6-demethyl-6-deoxy-6-methylen-5-acetoxytetracyclin og 0,4 g RhCl(Ph^P)^ blev opløst i dimethylformamid og hydrogeneret ved 35 °C og 2 MPa i 4 timer. Tyndt-lagschromatografi,, som udførtes på opløsningen, der opnåedes ved omsætningens afslutning, viste fuldstændig omdannelse til a-6-deoxy-5-acetoxytetracyclin.

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af a-6-deoxy-5-oxyte-tracyclin-forbindelser med formlen h3cx ch3 H CH3 H /0R p Γ II —c°nh2 OH OH °H 0 0 hvori R betyder hydrogen eller alkanoyl med 1-6 carbon-atomer, ved homogen katalytisk hydrogenering af 6-de-methy1-6-deoxy-6-methylen-5-oxytetracyclin-forbindeIser med formlen /»3 «2 *1 .''OR ΛιίιίΥ'0" γγΥίϊ OH 0 0H o hvori R har den ovenstående betydning, eller salte deraf med mineralsyrer eller organiske syrer, kendetegnet ved, at der anvendes en i reaktionsmediet opløselig hydrogeneringskatalysator bestående af et kompleks omfattende rhodium og triphenylphosphin, og at hydrogene-ringen udføres i et polært opløsningsmiddel af typen mono- eller polyhydroxyalkoholer med 1-4 carbonatomer, N,N-dimethylformamid, N,N-dimethylacetamid, dioxan, DK 153394 B tetrahydrofuran, methoxyethanol, ethoxyethanol, acetoni-tril eller pyridin ved en temperatur mellem 15 og 80 °C og i et tidsrum øg under et hydrogentryk, der er tilstrækkeligt til at opnå omdannelse til den hydrogenerede forbindelse.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hydrogeneringen udføres i et tidsrum på fra 1 til 8 timer.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at hydrogentrykket ligger på 0,1 - 14,7 MPa.

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at der som homogen katalysator anvendes RhCl(Ph^P)^ eller RhCKPh^P)^, dimeren Rh2Cl2 (Ph^P ) ^, hydridderivatet RhHCl2 (Ph^P ) ^, dihydrid-derivatet Rhh^Cl(Ph^P)^ eller et af de solvater, der fås fra de førnævnte komplekser i opløsning i de ifølge krav 1 nævnte opløsningsmidler.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den opløselige katalysator RhCl(Ph^P)^ eller dens derivater ifølge krav 4 er fremstillet in situ i reaktionsmediet ved omsætning af RhCl-j eller RhClj,3H2Q med triphenylphosphin, hvor sidstnævnte anvendes i mængder på 1 - 4 mol :pr. mol metalsalt.