JP2006500957A

JP2006500957A - セファレキシンの製造方法

Info

Publication number: JP2006500957A
Application number: JP2004556086A
Authority: JP
Inventors: メンツラーシュテファン; ボラートーマス; ペーテライトハンス−ウルリヒ; マイアークリスティアン
Original assignee: ＲｏｅｈｍＧｍｂＨ; ROEHM GMBH; Evonik Roehm GmbH; Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: ＲｏｅｈｍＧｍｂＨ; ROEHM GMBH; Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2006-01-12
Also published as: US7264943B2; WO2004050893A1; CN1685059A; DE10256656A1; AU2003283271A1; US20050084925A1; EP1466006A1; HK1082000A1; IL161897A0; CN1293200C; KR20050083550A

Abstract

本発明は、求核基を有するリガンドに対して結合活性であり、かつビーズ状である架橋した親水性の混合ポリマー上に固定化されたペニシリンアミダーゼを用いるセファレキシンの製造方法に関する。

Description

酵素ペニシリンアシラーゼ（ペニシリンアミダーゼ）の使用下での活性化側鎖、例えばアミド又はエステルを有するβ−ラクタム残基（β−ラクタム核）のアシル化による半合成β−ラクタム抗生物質の合成方法は、当業者に十分公知である。

その際に、たいてい、酵素は、水に不溶性の固体担体上に結合され、引き続いて水溶液中で、β−ラクタム核及び活性化側鎖と接触される。

これまで開示された方法にとって不利であるのは、酵素による所望の化合物の合成と、利用価値のない側鎖酸への活性化側鎖の加水分解並びにまた所望の生成物の加水分解との比、いわゆるＳ／Ｈ−値がしばしば不都合であり、かつ経済的な生産を困難にするという事実である。

WO 93/12250からは、Ｓ／Ｈ−値が、半合成β−ラクタム−抗生物質、セファドロキシル及びセファレキシンの合成の際に、Eupergit^（Ｒ）（Roehm GmbH & Co. KG、ダルムシュタット、ドイツ連邦共和国、比較例１も参照）上に固定化された大腸菌からのペニシリンアミダーゼにより、反応条件の選択により好都合な影響を受けうることは公知である。担持材料の性質の影響は、これに反して教示されていない。WO 93/12250に教示された方法にとって不利であるのは、特に、β−ナフトールとの錯体中のセファレキシンが反応混合物から単離されるので、次の精製工程が必要であり、かつ生成物損失が生じることである。

故に、最適化された担持材料を開発することが試みられてきた。例えば、W097/04086には、膨潤剤と遊離アミノ基を有するポリマーとからなる担持材料上に固定化されている大腸菌からのペニシリンアミダーゼ並びにβ−ラクタム誘導体の製造のためのその使用が開示されている。しかしながら、開示されたセファレキシンの製造方法は、β−ラクタム核７−アミノデスアセトキシセファロスポラニン酸（７−ＡＤＣＡ）が活性化側鎖Ｄ−フェニルグリシンアミド（ＰＧＡ）に対して３倍のモル過剰量で使用されるという欠点を有する。化学量論的に過剰量のβ−ラクタム核が使用される場合には、経済的に操作できるために、核は工業的規模で再循環されなければならない。このことは、高価であり、かつ収量損失をまねく。そのうえ、この条件は、生成物中の不純物もまねく、それというのも、核が不安定であるからである。

EP 0 730 035は、同様に、受け入れることができる収量での特異的担体上のセファレキシンの製造を教示する。しかしながら、使用される担持材料(Emphaze^ＴＭ)の粒度は６０〜８０μｍであるに過ぎない。これは、技術的適用にとって大きく不利である。例えば、そのような材料が詰められたクロマトグラフィーカラムは、僅かな流速を有するに過ぎない。

酵素のための担持材料は、DE 198 04 518に記載されている。材料がアモキシシリン及びアンピシリンの酵素的合成に使用されることができることが言及されている。固定化されたペニシリンアミダーゼを用いるセファレキシンの合成についての適性は、言及されていない。

故に、上記で論じた技術水準を考慮に入れて、前記の欠点を克服するセファレキシンの合成のための改善された方法を提供するという課題が本発明の基礎をなしていた。

特に、この方法は、好都合なＳ／Ｈ−値の実現を可能にするはずである。さらに、使用される担持材料は、工業的な方法に好都合な１２０〜２５０μｍの粒度を有するべきである。

この課題は、請求項１に定義された方法により解決される。本発明による方法の好ましい実施態様は、請求項１を引用する従属請求項に定義されている。

前記の課題の解決は、モノマー及び希釈剤からなるモノマー相の逆相(inverse)粒状重合により製造可能であって、その際、モノマーとして、
（ａ）室温で少なくとも１０％水溶液を形成し、かつビニル基を有する親水性のラジカル重合性モノマー５〜４０質量％
（ｂ）ポリマー類似反応においてリガンドの求核基と共有結合することができ、かつビニル基及び付加的な官能基を有するラジカル重合性モノマー３０〜５０質量％
（ｃ）２つ又はそれ以上のエチレン系不飽和重合性基を有する架橋性のラジカル重合性モノマー２０〜６０質量％
［但し、ａ）、ｂ）及びｃ）の総計は１００質量％になる］
が含まれており、かつ希釈剤として、メタノール及び水からなる混合物が１：１．０〜１：４．０の比で使用され、その際に、炭素原子５〜７個を有する脂肪族炭化水素からなる有機溶剤からなる連続相中にモノマー相が小滴に分配されており、その際に、モノマー相と連続相との比は１：２．０〜１：４．０であり、かつこの形で、重合開始剤及び保護コロイドの存在で、ラジカル重合される［但し、モノマーと希釈剤との比が１：１．７〜１：２．４である］ことによって製造可能である、
求核基を有するリガンドに対して結合活性であり、かつビーズ状である架橋した親水性の担持ポリマー材料を、ペニシリンアミダーゼで被覆し、かつこの被覆された担体を
（ｉ）７−アミノデスアセトキシセファロスポラニン酸及び
（ｉｉ）Ｄ−フェニルグリシンアミド
と１：２〜２：１、好ましくは１．５：１〜１：１．５の比で、特に好ましくはほぼ等モル比で、すなわち１．２：１〜１：１．２の比で含有する水溶液と接触させることによって、予想不可能でありかつ技術的に単純である方法で、特に成功する。

使用される担持材料及びその製造方法は、DE 198 04 518に記載されている。

担持材料の製造
モノマー
モノマー混合物の親水性を保証するために、これは、主に親水性のモノマーからなっていなければならない。親水性のモノマーは、室温で少なくとも１０％水溶液を形成し、かつ好ましくはイオン性基又は酸又は塩基の添加によりイオン化可能な基を有しないモノマーであると理解される。

モノマーａ）は、室温で少なくとも１０％水溶液を形成し、かつビニル基を有する親水性のラジカル重合性モノマー５〜４０質量％、８〜３５質量％、特に９〜１２質量％である。

モノマーａ）として、特にアクリルアミド及び／又はメタクリルアミドが適しており、その際、メタクリルアミドが好ましい。別の例は、不飽和の重合性のカルボン酸のヒドロキシアルキルエステル、例えばヒドロキシエチルアクリレート及びヒドロキシエチルメタクリレート又はＮ−ビニルピロリドンである。

モノマーｂ）は、ポリマー類似反応においてリガンドの求核基と共有結合することができ、かつビニル基及び付加的な官能基、好ましくはオキシラン基（エポキシ基）を有するラジカル重合性モノマー３０〜５０質量％、好ましくは３５〜４５質量％である。特にオキシラン基は、リガンドを、その生物学的な活性を維持しながら形成するために適している。

好ましいモノマーｂ）は、グリシジルメタクリレート及び／又はアリルグリシジルエーテルである。特に好ましくは、同時に、双方のモノマーはほぼ同じ量で使用される。

モノマーｃ）は、２つ又はそれ以上のエチレン系不飽和重合性基を有する親水性の、架橋性のラジカル重合性モノマー２０〜６０質量％、特に２５〜５５質量％、特に好ましくは４０〜５５質量％である。好ましいモノマーｃ）は、Ｎ，Ｎ′−メチレン−ビス−アクリルアミド又はＮ，Ｎ′−メチレン−ビス−メタクリルアミドである。Ｎ，Ｎ′−メチレン−ビス−メタクリルアミドが特に好ましい。場合により、２つ又はそれ以上のエチレン系不飽和重合性基を有する別の架橋性のラジカル重合性モノマー０〜１０質量％も使用されることができる。親水性のジ（メタ）アクリレート、例えばポリエチレンオキシド−ジ（メタ）アクリレートが適している。

モノマーａ）、ｂ）及びｃ）の総計は、その都度１００質量％になる。
希釈剤
モノマー相は、メタノール及び水からなる混合物が１：１．０〜１：４．０の比でなければならない希釈剤中に、溶解されているモノマーａ）〜ｃ）からなる。メタノール及び水の特に好都合な混合比は、１：１．２〜１：２．５であり、特に１：１．３〜１：１．７である。
モノマーと希釈剤との比
特に重要であるのは、モノマーと希釈剤との比である。これは、１：１．７〜１：２．４の範囲内、特に好ましくは１．９〜２．１の範囲内でなければならない。
連続相
連続相として、炭素原子４〜７個を有する脂肪族炭化水素である有機溶剤が適している。好ましくはｎ−ヘプタンであり、かつ特に好ましくはシクロヘキサンである。
モノマー相／連続相の比
モノマー相と有機溶剤により形成される連続相との比は、１：２．０〜１：４．０、好ましくは１：２．８〜１：３．３でなければならない。
別の処理条件
別の成分として、懸濁させたモノマー相は、本来公知の方法で、重合開始剤、好ましくは硫黄不含の開始剤であり、特に好ましくは４，４′−アゾビス−（４−吉草酸）、並びに保護コロイド（乳化剤）、例えばｎ−ブチルメタクリレート９５部及び２−トリメチルアンモニウムエチルメタクリレート−塩化物５部からなり、３０，０００〜８０，０００の範囲内の分子量（質量平均）を有する混合ポリマーを含有する。

粒状重合（懸濁重合とも呼ばれる）は、それ以外に、例えば連続相及び保護コロイドが装入され、かつ開始剤も存在しているモノマー相が、撹拌しながら例えば４０〜６０℃で有機相中で分配され、引き続いて６０〜７０℃に加熱されることによって、公知方法で実施される。水／メタノール−混合物は、例えば６時間の期間に亘り、ほぼ完全に共沸により除去されることができる。バッチを、約３〜５時間、終了するまで反応させ、引き続いて室温に冷却する。生じたビーズは、吸引ろ過され、かつ例えば１２時間に亘り真空中で乾燥される。その代わりに、ビーズポリマーは、ろ別されてもよく、かつ水で洗浄されてもよい。好ましくは、乾燥は流動層乾燥器中で実施される、それというのも、このようにして溶剤残分は特に有効に除去されうるからである。

得られるポリマービーズ（＝担持ポリマー材料）は、５０〜５００μｍ、特に１２０〜２５０μｍの範囲内の大きさを有する。

結合能は、特定の酵素が担持ポリマー材料に最大で負荷される際に達成されうる酵素的活性であると理解される。結合能は、ペニシリンアミダーゼ−活性として担持ポリマービーズ１ｇ当たりの単位で表現される［Ｕ／ｇ湿量］。本発明による担持ポリマービーズの結合能は、この測定法の場合に、少なくとも２２０［Ｕ／ｇ湿量］である。

水中のポリマービーズの膨潤能は、膨潤数［ｍｌ湿量／ｍｌ乾量］により表現される。本発明による担持ポリマービーズは、１．５以下の膨潤数を有する。
本発明により使用可能な担持材料の被覆
実施例において、担持材料は、ｐＨ７．５でリン酸カリウム緩衝液中で被覆される。しかしながら当業者には、満足すべき被覆が保証される極めて多数の別の方法が与えられることは明白である。
セファレキシンの合成
出発物質（ｉ）７−アミノデスアセトキシセファロスポラニン酸及び（ｉｉ）Ｄ−フェニルグリシンアミドは、１０〜５００ｍＭ、好ましくは５０〜３００ｍＭ、特に好ましくは１５０〜２５０ｍＭの濃度で使用される。
本発明の有利な効果
本発明による方法は、好都合なＳ／Ｈ−比（合成／加水分解）を有するセファレキシンの合成を可能にする。その際、このことが５０〜５００μｍ、特に１２０〜２５０μｍの範囲内の粒度を有する担持材料の使用下で達成されることは有利である。それにより、より良好な応用技術的な性質、例えば固定床反応器中のより高い流速が達成される。より高い流速から、より良好な空時収量が生じる。バッチ法においても、より大きな担持粒子は利点を提供する、それというのも、これらはより迅速にろ別されることができるからである。これは、そしてまた空時収量、ひいては方法の経済性を高める。

（次の測定法は、多孔性担持ポリマー材料の分野の当業者に本来よく知られており、かつ完全性のためにのみ記載される）
大腸菌からのペニシリンアミダーゼ（＝ペニシリンＧ−アシラーゼ）(EC 3.5.1.11)の結合能の測定
ａ）担持ポリマー材料へのペニシリンアミダーゼの共有結合
担持ポリマー材料１ｇを、無菌１Ｍリン酸カリウム−緩衝液、ｐＨ７．５５ｍｌ中のペニシリンアミダーゼ１５３０単位に添加し、２３℃で４８ｈ恒温保持する。

引き続いて、ポリマービーズを、焼結ガラスからなるフリット（多孔度２又は３）上に添加し、脱イオン水で２回、引き続いて０．０５％エチル−４−ヒドロキシベンゾエートを含有している０．１Ｍリン酸カリウム緩衝液、ｐＨ７．５で２回、フリット上で吸引ろ過することにより洗浄する。得られた、ペニシリン−アシラーゼが負荷されたビーズの湿量を測定する。
ｂ）結合能の測定
ペニシリンアミダーゼと結合した担持ポリマー材料（ポリマービーズ）２５０〜３００ｍｇ湿量を、０．０５％エチル−４−ヒドロキシベンゾエートを含有している０．０５Ｍリン酸カリウム緩衝液、ｐＨ７．５中の２％濃度のペニシリン−Ｇ−溶液２０ｍｌ中へ、３７℃で添加する。均一に撹拌しながら、遊離したフェニル酢酸の滴定を、０．５ＭＮａＯＨで、７．８の一定のｐＨ−値で１０分間の期間に亘り行い、その際、ＮａＯＨの消費を記録する。

引き続いて、ポリマービーズを、ａ）と同じように、ガラスフリットを通して０．０５％エチル−４−ヒドロキシベンゾエートを含有している０．０５Ｍリン酸カリウム緩衝液、ｐＨ７．５２０ｍｌの吸引ろ過により取得し、かつ測定を２回繰り返す。
ｃ）結合能の計算
測定曲線の線形領域（通常、１〜５minの範囲）が計算の基礎となっており、かつ１０分間隔で外挿される。結合能は、担持ポリマー材料１ｇ湿量当たりのペニシリンアミダーゼ単位として記載される（Ｕ／ｇ湿量）。１単位は、毎分あたりの加水分解されたペニシリンＧ μmolに相当する（μmol／min）；
０．５ＭＮａＯＨ１ｌは、その際、加水分解されたペニシリンＧ５００μmolに等価である（担持ポリマー材料の含水量は、ほぼ一定であり、故に無視されることができる。）。

比較例１
大腸菌からのペニシリンアミダーゼ１５３０単位を、無菌１Ｍリン酸カリウム緩衝液、ｐＨ７．５６ｍｌ中に溶解させる。溶液を、Eupergit^（Ｒ） C １ｇ(Roehm GmbH & Co. KG, ダルムシュタット、ドイツ連邦共和国)に添加し、得られた懸濁液を２３℃で７２時間恒温保持する。ポリマービーズを、焼結ガラスフィルター上に捕集し、０．１Ｍリン酸カリウム−緩衝液で洗浄する。その後のセファレキシン−合成及びＳ／Ｈ−値の測定は、例５もしくは６に従う。

Eupergit^（Ｒ） C（Ｎ，Ｎ′−メチレンビス−メタクリルアミド、アリルグリシジルエーテル及びメタクリルアミドからなるコポリマー）並びにその製造方法は、DE-C 27 22 751、US-A 4 90 713もしくはUS-A 45 11 694に記載されている。

比較例２
WO 97/04086に従って、そこに開示されたタイプＡ酵素もしくはタイプＢ酵素の使用下にセファレキシン−合成を例６に記載されたように実施する。

比較例３
Sepabeads^（Ｒ） FP-EPもしくはSepabeads^（Ｒ） FP-EP/G (Resindion S.R.I.、ミラノ、イタリア共和国)上に、比較例１に示されたように、大腸菌からのペニシリンアミダーゼを固定化する。その後のセファレキシン−合成及びＳ／Ｈ−値の測定は、例５もしくは６に従う。

Sepabeads^（Ｒ） FP-EPもしくはSepabeads^（Ｒ） FP-EP/Gは、Eupergit^（Ｒ）のようにオキシラン基を有する高分子量の架橋したアクリルコポリマーである。平均粒度は、製造者の情報によれば１５０〜３００μｍである。

比較例４
Emphaze^ＴＭもしくは本発明により使用可能な材料が詰められたクロマトグラフィーカラムの流速の測定。
材料：Emphaze Ultralink^ＴＭ Biosupport Medium、Lot#DC53515、Pierce、製造者の情報による平均粒度５０〜８０μｍ；
本発明により使用可能な材料、平均粒度２０８μｍ。

ガラスフリット底及びポリプロピレンエンドキャップを有するホウケイ酸ガラスからなるクロマトグラフィーカラム（カラムの寸法１×２０ｃｍ）を、比較可能な流出速度で空で試験した。担持材料を、一晩に亘り水中に懸濁させ、引き続いて水でそれぞれのカラム中へすすぎ、沈降及び液体のゆっくりとした流出により、６．５ｃｍの高さを有する詰められた床が得られた。軽く叩くことにより、任意の空洞を除去した。上の開いたカラムは、水供給により、２３ｃｍの一定の水カラムを有していた。流速は、静水圧によってのみ達成された。ストップウォッチ及び１０ｍｌ−メスシリンダーを用いて、流速を測定した。

本発明により使用可能な調製物については、毎分４．２５ｍｌの流速が測定された。Emphaze^ＴＭについては、毎分０．７１ｍｌの流速が測定された。固定床反応器中で運転するための球状の粒子の適性がより良好になればなるほど、流速はより速くなる（より高い空時収量）。固定床反応器中の圧力降下は、数学的にも計算されうる：K. Buchholz及びB. Goedelmann，“Characterization of immobilized biocatalysts”, Dechema Monographien 84巻, 編集者K. Buchholz, VCH Weinheim 1979, 128-129頁)。

固定床反応器中の使用のために、Emphaze^ＴＭに比較して、本発明により使用可能な材料のより良好な応用技術的な性質が明らかに認識される。

例１〜３
例１〜３において一致している試験条件：
温度計、水分離器、還流冷却器、窒素導入管を備えた２ｌ撹拌フラスコ中に、有機溶剤、ｎ−ブチルメタクリレート９５部及び保護コロイドとしての２−トリメチルアンモニウムエチルメタクリレート−塩化物５部からなる混合ポリマー３ｇ及びドライアイス５ｇを装入する。撹拌しかつ窒素を導通しながら、５０℃で、希釈剤としての１：１．５の比での水及びメタノール（例１）もしくはホルムアミド（例２及び３）、並びに
メタクリルアミド１０ｇ、
アリルグリシジルエーテル２０ｇ、
グリシジルメタクリレート２０ｇ及び
メチレン−ビス−メタクリルアミド５０ｇ
並びに４，４′−アゾビス−４−シアノ吉草酸２ｇ（重合開始剤として）
からなっているモノマー相を有機相中へ分配し、引き続いて沸騰するまで６５〜７０℃で加熱する。バッチを、約６ｈ恒温保持し、引き続いて室温に冷却する。生じたポリマービーズを、吸引ろ過し、洗浄し、流動層乾燥器中で乾燥させる。引き続いて、ペニシリンアミダーゼの結合能［Ｕ／ｇ湿量］及び膨潤数［ｍｌ湿量／ｍｌ乾量］を測定する。

本質的な試験パラメーター及び例１〜３の結果は次の表から引き出されうる。

例４
セファレキシンの合成
反応を、２５℃及びｐＨ７．５で固定床反応器中で実施する。０．２Ｍ７−ＡＤＣＡ及び０．２ＭＤ−フェニルグリシンアミドからなる混合物の水溶液１０ｍｌを、固定化されたペニシリンアミダーゼ０．５ｍｌを有するカラムに通す。反応の間に、ｐＨ−値を、ＨＣｌの添加により、接続された撹拌される貯蔵容器中で一定に保持する。特定の時間間隔で試料を取り出し、かつ例５に示されるように、ＨＰＬＣを用いて分析する。

例５
例４並びに比較例１〜３からの反応の生成物を、RP-8カラム(Merck KGaA、ダルムシュタット、ドイツ連邦共和国)の使用下にＨＰＬＣにより分析した。溶離剤として、無菌６７ｍＭリン酸カリウム緩衝液、ｐＨ７．５を使用した。セファレキシンを、３０％濃度（体積／体積）のメタノール−水溶液で溶出した。

ＨＰＬＣ−分析から、セファレキシンの合成速度（Ｖ_Ｃｅｐｈ）並びにＤ−フェニルグリシンの加水分解速度（Ｖ_{Ｄ−ｐｈＧ}）を測定し、それからＳ／Ｈ−値（合成速度／加水分解速度の比（Ｖ_Ｃｅｐｈ／Ｖ_{Ｄ−ｐｈＧ}）を算出した。結果は、次の表中に示されている：

本発明による方法の値は、次のＳ／Ｈ−値：
５．３；４．７；３．６；４．６；４．３；５．２；４．７
となった７つの並行して実施される試験系列から構成される。

比較例に対して顕著に、本発明による方法を用いて達成可能である約３０％改善されたＳ／Ｈ−値が明らかに認識される。

Claims

セファレキシンの製造方法において、
モノマー及び希釈剤からなるモノマー相の逆相粒状重合により製造可能であって、その際に、
モノマーとして、
（ａ）室温で少なくとも１０％水溶液を形成し、かつビニル基を有する親水性のラジカル重合性モノマー５〜４０質量％、
（ｂ）ポリマー類似反応においてリガンドの求核基と共有結合することができ、かつビニル基及び付加的な官能基を有するラジカル重合性モノマー３０〜５０質量％、
（ｃ）２つ又はそれ以上のエチレン系不飽和重合性基を有する架橋性のラジカル重合性モノマー２０〜６０質量％
［但し、ａ）、ｂ）及びｃ）の総計は１００質量％になる］
が含まれており、かつ希釈剤として、メタノール及び水からなる混合物を１：１．０〜１：４．０の比で使用し、その際に、モノマー相が、炭素原子５〜７個を有する脂肪族炭化水素からなる有機溶剤からなる連続相中に小滴に分配されており、その際に、モノマー相と連続相との比が１：２．０〜１：４．０であり、かつこの形で、重合開始剤及び保護コロイドの存在で、ラジカル重合させる［但し、モノマーと希釈剤との比が１：１．７〜１：２．４である］ことによって製造可能である、
求核基を有するリガンドに対して結合活性であり、かつビーズ状である架橋した親水性の担持ポリマー材料を、
ペニシリンアミダーゼで被覆し、かつこれらの被覆された担体を、
（ｉ）７−アミノデスアセトキシセファロスポラニン酸及び
（ｉｉ）Ｄ−フェニルグリシンアミド
を１：２〜２：１の比で含有する水溶液と接触させる
ことを特徴とする、セファレキシンの製造方法。
モノマーとして、
ａ）アクリルアミド及び／又はメタクリルアミド
ｂ）グリシジルメタクリレート及び／又はアリルグリシジルエーテル
ｃ）Ｎ，Ｎ′−メチレン−ビス−アクリルアミド又はＮ，Ｎ′−メチレン−ビス−メタクリルアミドを使用する、請求項１記載の方法。
有機溶剤としてシクロヘキサンを使用する、請求項１又は２記載の方法。
ペニシリンアミダーゼが大腸菌に由来する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
セファレキシンを合成するための、請求項１から４までのいずれか１項記載の担持ポリマー材料の使用。