DK153839B - Fremgangsmaade til fremstilling af 5-((1-hydroxy-1-metyl)-aetyl)-1-metyl-2-nitroimidazol - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af den hidtil ukendte 5-[(1-hydroxy-1-metyl)-ætyl]-1-metyl-2-nitroimidazol med formlen

der er fremragende som antibakterielt middel, især nyttig til bekæmpelse af infektioner hos pattedyr forårsaget af Trichomonas vaginalis.

2-Nitroimidazolerne er en gruppe forbindelser som har været og stadig bliver undersøgt i stort omfang både set fra et kemisk synspunkt på grund af de nødvendige nye syntetiske muligheder for deres fremstilling (G.C. Lancini og Lazzari, Experientia, 21, 83, 1965), og fra et farmakologisk synspunkt på grund af deres yderst interessante antimikrobiotiske egenskaber, navnlig med hensyn til deres bemærkelsesværdige aktivitet mod eksperimental infektion af Trichomonas vaginalis (G.C. Lancini et al., J. Med. Chem., 12, 775, 1969).

Imidlertid er forbindelsen med den almene formel I, skønt den strukturelt set ligner kendte 2-nitroimida-zoler,i sig selv hidtil ukendt, idet der ikke er rapporteret konkrete eksempler på 2-nitroimidazoler substitueret i 5-stillingen med en hydroxyalkylgruppe hvor hydroxygrup-pen er bundet til et tertiært kulstofatom direkte forbundet med imidazolkernen. Fx er alkylsubstituerede 2-nitroimidazoler beskrevet i USA-patentskrifterne nr. 3.420.842 og nr. 3.449.967. I sidstnævnte patentskrift nævnes også den til den ovenfor viste forbindelse med formel I svarende deoxyforbindelse, nemlig 5-isopropyl-1-metyl-2-nitro-imidazol. Det sydafrikanske patentskrift nr. 4723 beskriver blandt andre 5-hydroxymetyl-1-metyl-2-nitroimidazol, hvori det kulstofatom der bærer hydroxygruppen tydeligt er et primært kulstofatom, mens det belgiske patentskrift nr. 741.692 omfatter en generel gruppe af forbindelser repræsenteret med følgende formel

A

1 2 hvor substituenterne R og R er defineret på en sådan måde at når den ene af disse er en lavalkylgruppe er den anden en hydroxylavalkylgruppe.

Den ifølge den foreliggende opfindelse fremstillede forbindelse er formelt omfattet af formel A, men i det belgiske patentskrift er der kun rapporteret konkrete eksempler på 5-hydroxylavalkylsubstituenter, hvori hydroxy-lavalkylgrupperne er 2-hydroxyætyl eller 2-hydroxypropyl, dvs der beskrives kun primære eller sekundære alkoholer. Den her omhandlede forbindelse udviser yderst interessante antibakterielle egenskaber som kan eftervises ved de almindelige prøver in vitro. In vivo har den fremragende aktivitet mod eksperimental infektion fremkaldt hos mus med Trichomonas vaginalis, en protozo som er ansvarlig for kløe og andre smertefulde og besværlige sygdomme i vaginalområdet .

Denne virkning, udtrykt som ED^Q-værdi, er desuden forbundet med en meget lav toxicitet, udtrykt som LD^-q-værdi, som i det væsentlige bestemtes ifølge den metode der er beskrevet af Lichtfield og Wilcoxon, Journ. Pharm. Exp. Ther., 96, 99, 1949. Ved repræsentative forsøg er følgende resultater opnået:

Forbindelse ED50' mg/kg' LD50' m9/k9' mus, pr os mus, pr os 5-[(1-hydroxy-1-metyl)-ætyl]- 1-metyl-2-nitroimidazol 2,3 730

Disse resultater viser at den omhandlede forbindelse er et yderst nyttigt og lovende anti-Trichomonas-middel. Det- te bliver endnu mere tydeligt hvis man betragter forbindelsens terapeutiske indeks (TI). Denne parameter, som matematisk udtrykkes med forholdet

giver en pålidelig idé om et lægemiddels sikkerhed, og når man betragter hvorledes den beregnes, er det klart at jo højere TI er, jo mere sikker er lægemidlet, idet en høj værdi for den terapeutiske indeks betyder en lav effektiv dosis (ED^q) i sammenligning med den letale dosis (LD^q). For forbindelsen I er den terapeutiske indeks 317, hvilket er betydeligt mere end for det bedste af de hidtil kendte 2-nitro-imidazoler. Som eksempel kan nævnes at 2-isopropyl-1-me-tyl-2-nitroimidazol, der er beskrevet i USA patentskrift nr. 3.499.967 og som der er nævnt som en af de 2-nitro-imidazoler der er mest aktive in vivo mod Trichomonas vaginalis, har en terapeutisk indeks på 102.

De farmakologiske resultater der er vundet ved undersøgelse in vivo af anti-Trichomonas-virkningen hos forbindelsen I er fuldstændigt overraskende og kunne ikke forudses på grundlag af det der er beskrevet tidligere på 2-nitroimidazol-området. De farmaceutiske resultater skyldes navnlig den særlige (1-hydroxy-1-metyl)-ætyl-del der er til stede i imidazolkernens 5-stilling, hvilken del har hydroxygruppen bundet til et tertiært kulstofatom, som igen er forbundet direkte med den heterocykliske ring. Betydningen af den ovenfor beskrevne struktur, og dermed de overraskende gode terapeutiske virkninger der opnås fremgår tydeligt at følgende serie af sammenligningsforsøg.

1) I dette forsøg sammenlignes anti-Trichomonas-virk-ningerne in vivo og de terapeutiske indices (TI) for forbindelsen I og fire 5-hydroxyalkyl-2-nitroimidazoler der er beskrevet i eller falder inden for rammerne af de tidligere omtalte patentskrifter. I disse fire forbindelser er hydroxygruppen bundet til et primært eller et sekundært kulstofatom som ikke nødvendigvis er bundet til imidazol-kernen. De nedenfor viste resultater viser tydeligt at forbindelse I, med sin specielle gruppe i 5-stillingen, har den allerhøjeste virkning in vivo og den højeste terapeutiske indeks.

Tabel 1

Forbindelse ED50' m9/kg LD50' TI

pr os mus pr os mus

Forbindelse B) er beskrevet i sydafrikansk patentskrift nr. 4723.

Forbindelserne C) og D) er beskrevet i belgisk patentskrift nr. 741.692.

Forbindelse E) er omfattet af den almene formel i belgisk patentskrift nr. 741.692.

Særligt bemærkelsesværdigt er forskellen mellem de terapeutiske indices for forbindelserne I og B hvori hy-droxygruppen sidder på et kulstofatom der er direkte forbundet med imidazolkernen. Det at det kulstofatom der bærer hydroxygruppen er et primært kulstofatom i forbindelse B

medfører at den terapeutiske indeks for denne forbindelse er betydeligt lavere end for den ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede forbindelse I.

2) I en følgende forsøgsserie bestemmes variationerne af den terapeutiske indeks (positive eller negative) der iagttages når nogle kendte 5-alkyl-2-nitroimidazoler sammenlignes med de tilsvarende 5-hydroxyalkyl-2-nitroimidazoler, incl. den hidtil ukendte forbindelse I. Naturligvis afprøves alle forbindelserne med hensyn til deres virkning in vivo mod Trichomonas vaginalis. Formålet er atter at fremhæve de overraskende gode terapeutiske resultater der opnås med forbindelse I, og desuden at fremhæve at der i litteraturen ikke findes nogen lære, på grundlag af hvilken fagmanden ville kunne forudse disse udmærkede terapeutiske resultater. Under henvisning til de første fire forbindelses-par i omstående tabel 2 ses det at resultaterne tydeligt viser at de iagttagne variationer af den terapeutiske indeks er svagt positiv eller endog negativ, dvs at den terapeutiske indeks for kendte 5-hydroxyalkyl-2-nitroimida-zoler er enten dårligere end eller i det væsentlige den samme som for de tilsvarende 5-alkylforbindelser. Dette betyder i praksis at ingen gunstige terapeutiske resultater er opnået, og med hensyn til det sidste par af forbindelser, dvs forbindelse K og forbindelse I ville man også have forventet en irrelevant og ugunstig variation af den terapeutiske indeks. I modsætning hertil iagttages en meget gunstig og uforudseelig variation af denne parameter, og denne virkning kan tydeligvis tolkes som en bemærkelsesværdig forbedring af de terapeutiske (anti-Trichomonas) egenskaber.

Forbindelserne F, G, H og K er beskrevet i USA patentskrift nr. 3.499.967.

Forbindelse I er forbindelsen fremstillet ifølge opfindelsen.

Med hensyn til forbindelse B-E se tabel 1 (fodnote).

TI er terapeutisk indeks.

ΔΤΙ er forskellen mellem den terapeutiske indeks af 5-hydroxylforbindelsen og den tilsvarende 5-alkylforbindelse.

3) I det tredie forsøg bestemmes virkningerne på den terapeutiske indeks når man med to metylgrupper substituerer to hydrogenatomer i metylgruppen i 5-stillingen i forbindelse F der har den i tabel 2 viste formel, sammenlignet med virkningen af den samme parameter fremkaldt ved substitution med to metylgrupper af hydrogenatomerne i hy-droxymetylgruppen i forbindelse Bf der har den i tabel 1 og 2 viste formel. Forbindelserne afprøves naturligvis med hensyn til deres anti-Trichomonas-in vivo-egenskaber.

Når denne substitution gennemføres med forbindelse F vindes forbindelsen K med den i tabel 2 viste formel, og når den udføres på forbindelse B vindes den omhandlede forbindelse I. Som nævnt tidligere er forbindelserne F og K beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.499.967 og forbindelse B i det sydafrikanske patentskrift nr. 4723. De vundne resultater, der er opstillet i tabel 3, fastslår yderligere den vigtige betydning af gruppen i 5-stillingen i forbindelse I og den kendsgerning at dette giver udmærkede og uventede terapeutiske resultater. Ved at betragte variationen af den terapeutiske indeks mellem forbindelse F og forbindelse K ville man kunne forudse at der tilnærmelsesvis ville fremkomme samme grad af variation mellem forbindelse B og forbindelse I. I modsætning hertil er variationen af den terapeutiske indeks betydeligt mere gunstig end man kunne have forudset.

Forbindelse F) og K) er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.499.967. Forbindelse B) er beskrevet i det sydafrikanske patentskrift nr. 4723. Forbindelse I er den ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede. TI betyder terapeutisk indeks.

ATI er forskellen mellem de terapeutiske indices af forbindelse K) og I) og mellem forbindelse F) og B).

Den effektive dosis af forbindelsen med formel I til bekæmpelse af infektion med Trichomonas vaginalis varierer inden for vide grænser. Sædvanligvis opnås de bedste resultater når forbindelsen I indgives en gang om dagen i en dosis på mellem ca. 35 og ca. 100 mg i ti eller flere dage i afhængighed af infektionens styrke.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i patentkravets kendetegnende del anførte.

Den første del af denne reaktionsfølge, den selektive hydrogenering af en α-aminonitril med formlen III til et a-ami-noaldehyd med formlen VI og dettes direkte kondensation med cyanamid til en 2-aminoimidazol med formlen IV er overraskende; med Pd son katalysator for reduktionen er dette reaktionsforløb:

Det vides nemlig fra P. Rylander: "Catalytic Hydrogenation over Platinum Metals", side 213-215, Acad. Press, New York og London, 1967, at man ved katalytisk hydrogenering af a-aminonitriler, selv under forskellige reaktionsbetingelser, kan forvente et reduktionsprodukt i form af en α,β-diamin eller et i tilsvarende grad reduceret produkt, fx en a,β-diacetamidoforbindelse (side 214, linie 3) som normalt vil kunne omdannes til diaminen ved hydrolyse.

Det er på baggrund af det kendte overraskende at · man ved katalytisk reduktion af a-aminonitrilen med formel III kan stoppe på halvvejen, dvs ved en α-aminoimin der ved hydrolyse giver a-aminoaldehydet med den ovenfor viste formel VI.

Udgangsforbindelsen III fremstiller man ved at omsætte en molær mængde af et aldehyd med formel II

II

som igen fremstilles ud fra isobutyraldehyd ved den metode der er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.652.579, ved en temperatur på ca. 5°C med ca. 2-ca. 3 molækvivalenter metylamin i nærværelse af vand som reaktionsopløsningsmiddel, hvorpå der efter omrøring ca. 1 time ved ca. samme temperatur tilsættes en molækvivalent af et alkalimetalcyanid, fx kaliumcyanid. Der gennemføres omrøring i yderligere ca. 2 timer mens temperaturen holdes mellem ca. 10 og ca. 15°C, selv om dette område absolut ikke er kritisk. Reaktionsblandingen oparbejdes til sidst ifølge kendte metoder hvorved forbindelsen med formel III, 3-metoxy-3-metyl-2-metylaminobu~ tyronitril, vindes som en olieagtig forbindelse. Denne forbindelse hydrogeneres ifølge opfindelsen katalytisk i et stærkt surt medium ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk. Blandt de almindeligt anvendte hydrogeneringskatalysatorer foretrækkes 10%s palladium på kul, mens koncentreret saltsyre hensigtsmæssigt anvendes som den sure reaktionspartner. Hydrogeneringsreaktionen gennemføres indtil en molær mængde hydrogen er forbrugt (og forbindelsen VI dermed dannet), og efter frafiltrering af katalysatoren og indstilling af reaktionsmediets pH-værdi på ca. 4,5-ca. 5,0 sættes et svagt molært overskud af cyanamid til reaktionsblandingen som opvarmes i ca. 2 timer ved en temperatur på mellem ca. 30 og ca. 60°C.

Reaktionsblandingen oparbejdes ifølge kendte metoder og der vindes en rå olieagtig remanens der anvendes som sådan i det efterfølgende trin. Denne rå remanens består i det væsentlige af forbindelsen med formel IV, dvs 2-amino-5-[(1-metoxy-1-metyl)-ætyl]-1-metylimidazol, og syreadditionssalte deraf, fx hydrokloridet hvis saltsyre har været anvendt som den sure reaktionspartner, og af urenheder som absolut ingen indflydelse har på det gunstige forløb af de efterfølgende trin. Imidlertid kan forbindelsen med formel IV om ønsket karakteriseres ved at man omdanner den til et passende derivat, fx et indre salt med pikrinsyre, trinitrobenzoesyre eller styfninsyre.

Forbindelsen med formel IV omdannes til sidst til slutforbindelsen med formel I i det væsentlige ifølge den metode der er beskrevet i det britiske patentskrift nr. 1.114.154. Denne procedure omfatter først diazotering af den ovenfor beskrevne 2-aminoimidazol med formel IV med et alkalimetalnitrit i koncentreret fluorborsyre ved en temperatur på mellem ca. -10°C og ca. -20°C i alkalisk medium, hvorpå det vundne diazoderivat bringes i kontakt med et alkalimetalnitrit i et vandigt medium i nærværelse af kobberpulver som katalysator. Reaktionen gennemføres ved en temperatur på mellem ca. -20 og ca. -10°C og fuldføres inden for ca. fire timer.

Derefter oparbejdes blandingen ved metoder som fagmanden sædvanligvis anvender til udvinding af et produkt fra en reaktionsblanding. Disse metoder omfatter ekstraktion med organiske opløsningsmidler, rensning ved søjlekromatografi og omkrystallisation fra passende opløsningsmidler eller opløsningsmiddelsystemer, hvorved forbindelsen med formel I udvindes i ren form.

Det bemærkes at fraspaltningen af æterfunktionen kan være ufuldstændig og derfor kan der sammen med forbindelsen med formel I, også dannes en lille mængde af en forbindelse med formlen

V

nemlig 5-[(1-metoxy-1-metyl)-ætyl]-1-metyl-2-nitroimidazol, der omdannes til den ønskede forbindelse med formel I ved sur hydrolyse.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen belyses nærmere i det følgende ved hjælp af et eksempel.

Eksempel 5-[(1-Hydroxy-1-metyl)-ætyl]-1-metyl-2-nitroimidazol A) 3-Metoxy-3-metyl-2-metylaminobutyronitril (udgangsmate- rial§2________________________________________________ 149,7 g (1,465 mol) α-metoxyisobutyraldehyd (kogepunkt 95-100°C) sættes dråbevis til en opløsning af 65 g natriummetabisulfit i 150 ml vand ved en temperatur mellem -2 og 0°C. Den resulterende blanding omrøres en time hvorefter der tilsættes 314 ml af en vandig opløsning indeholdende 35 vægt% metylamin (3,25 mol). Under tilsætningen af den vandige opløsning af metylamin stiger temperaturen og holdes på ca. 5°C med cirkulerende koldt vand. Efter omrøring i ca. 1 time ved denne temperatur tilsættes 94,9 g (1,46 mol) kaliumcyanid i små portioner og den resulterende blanding holdes yderligere under omrøring i ca. to timer ved 10-15°C og det dannede faste stof fjernes derefter ved filtrering. Det vandige filtrat ekstraheres gentagne gange med diætylæter, hvorefter de organiske ekstrakter opsamles og tørres over natriumsulfat. Efter afdampning af opløsningsmidlet renses den vundne remanens ved destillation under nedsat tryk hvorved der vindes 118 g 3-metoxy-3-metyl-2-metylaminobutyronitril III med kogepunkt 98-101°C/20 mmHg. Hydrokloridet smelter ved 198-200°C (fra isopropanol).

B) 2-Amino-5-[(1-metoxy-1-metyl)-ætyl]-1-metylimidazol ί£ϊ®52§2255ί2£!!2_ί£2ΐ2§_2Ε£ΐ2§®1§βη2_________________ 25,3 g (0,178 mol) af den under A) vundne forbindelse hydrogeneres katalytisk i et lukket system ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk i nærværelse af 380 ml 1N HC1 og 3 g 10%s palladium på trækul. Hydrogeneringen gennemføres i ca. to timer (der forbruges en molær mængde hydrogen i løbet af denne periode) hvorefter katalysatoren fjernes ved filtrering. Det dannede 3-metoxy-3-metyl-2-metylaminobutyraldehyd VI isoleres ikke, men viderebe-handles straks i den opløsning hvori det er dannet. Opløsningens pH-værdi indstilles til ca. 4,6 ved hjælp af 10% vandigt natriumhydroxyd, hvorefter der tilsættes 11,5 g (0,274 mol) cyanamid. Den resulterende blanding opvarmes i to timer til ca. 60°C under kraftig omrøring hvorefter den inddampes til tørhed og den vundne remanens ekstrahe-res først med varm diætylæter og derpå med kold absolut ætanol. Æterfasen bortkastes. Efter afdampning af ætanolen under vakuum udvindes et olieagtigt produkt som i det væsentlige består af forbindelsen med formel IV, dvs 2-amino-5-[(1-metoxy-1-metyl)-ætyl]-1-metylimidazol i form af hy-drokloridet. Denne forbindelse anvendes som sådan i det efterfølgende trin. Pikratet af forbindelsen med formel IV sintrer ved 169-170°C og smelter ved 198-200°C.

C) 5-[(1-Hydroxy-1-metyl)-ætyl]-1-metyl-2-nitroimidazol X§iiitomsætning2______________________________________ 35 g af den under B) vundne forbindelse opløses i 75 ml vand hvorpå der tilsættes 120 ml 40%s (dvs koncentreret) vandig fluorborsyre. Blandingen afkøles til -20°C hvorpå der langsomt i løbet af 15 minutter og under omrøring tilsættes en opløsning af 10 g natriumnitrit i 40 ml vand. Efter henstand i 15 minutter ved mellem -10°C og -20°C udhældes væsken i en blanding af 29 g kobberpulver, 95,2 g natriumnitrit og 1400 ml vand under kraftig omrøring som fortsættes i 1½ time. Under denne fase bobles nitrogengas ind i reaktionsopløsningen. Efter filtrering indstilles pH-værdien på 2,5 med 10% saltsyre, nitrogengennem-boblingen fortsættes i yderligere 30 minutter hvorpå opløsningen ekstraheres med ætylacetat.

De organiske ekstrakter vaskes med 10%s vandig natriumbikarbonat og derefter med vand hvorpå der tørres over natriumsulfat. Efter afdampning af opløsningsmidlet vindes en remanens som først krystalliseres fra benzen og derpå renses ved søjlekromatografi. Der vindes 5,9 g af forbindelsen I, dvs 5-[(1-hydroxy-1-metyl)-ætyl]-1-metyl-2-nitroimidazol med smeltepunkt 160-162°C.

Benzenmodervæskerne bringes til tørhed og den vund-ne remanens kromatograferes gennem silikagel ved eluering med benzen indeholdende 5 rumfangs% ætylacetat. De vundne fraktioner undersøges ved tyndlagskromatografi på silikagel. Fraktionerne med en R^-værdi på 0,70 opsamles, opløsningsmidlet afdampes og remanensen omkrystalliseres fra diætylæter/petroleumsæter. Der vindes 0,6 g af forbindelsen med formel V, dvs 5-[(1-metoxy-1-metyl)-ætyl]-1-metyl-2-nitroimidazol med smeltepunkt 120-121°C. Fraktionerne med en R^-værdi på 0,43 opsamles, opløsningsmidlet afdampes og remanensen omkrystalliseres fra benzen. Der vindes 2,03 g af den i overskriften angivne forbindelse med smeltepunkt 160-162°C. Det vundne 0,6 g af forbindelsen med formel V sættes til 60 ml 1N saltsyre og den resulterende blanding opvarmes til ca. 80°C indtil der iagttages fuldstændig opløsning. Efter omrøring i 10 minutter afdampes opløsningsmidlet under vakuum og der udvindes et fast stof som omkrystalliseres fra benzen. Udbytte 0,35 g af den i overskriften angivne forbindelse med smeltepunkt 160-162°C.

Claims (2)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af 5-[(1-hydroxy-1-metyl)-ætyl]-1-metyl-2-nitroimidazol med formlen

   I kendetegnet ved at man underkaster en a-amino-nitril med formlen III

   III selektiv katalytisk hydrogenering i stærkt surt medium ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk i ca.
2. 2 timer til dannelse af et a-aminoaldehyd med formlen VI

   VI der derpå uden isolering kondenseres direkte med cyanamid i en mængde på ca. én til ca. to molækvivalenter i forhold til forbindelsen III under opvarmning i ca. to timer til en temperatur mellem ca. 30°C og ca. 60°C til dannelse af en 2-aminoimidazol med formlen IV

   IV der derefter på i og for sig kendt måde behandles med alka-limetalnitrit og koncentreret fluorborsyre ved en temperatur mellem ca. -10 og ca. -20°C i alkalisk medium, hvorpå det vundne diazoderivat bringes i kontakt med et alkali-metalnitrit og kobberpulver i vandigt medium ved ca. -10°C til ca. -20°C i ca. 1|-ca. 4 timer til dannelse af en blanding af den ønskede forbindelse med formel I og 5-[(1-metoxy-1-metyl)-ætyl]-metyl-2-nitroimidazol med formlen

   V der omdannes til forbindelsen med formel I ved sur hydrolyse.