DE1593321A1 - Verfahren zur Herstellung von niederen N-Alkylderivaten basischer Antibiotica - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von niederen N-Alkylderivaten basischer Antibiotica [Ausscheidung aus Patent . ... ... (Patentanmeldung R 34 844 IVb/120)] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von niederen N-Alkylderivaten von Kanamycinen und Paromomycinen sowie von deren Additionssalzen und quaternären AmmoniumverbindunSen.
• Das erfindung ;sgemäße Verfahren besteht darin, daß man die basischen Antibiotica in an sich bekannter Weise entweder nach Leuckart oder durch Umsetzung mit einem Aldehyd oder Keton in Gegenwart von Wasserstoff und einem Hydrierungskatalysator, wie platinoxyd, Palladium ode Nickel, bzw. in Gegenwart von naszierendem Wasserstoff reduktiv alkyliert, wobei die eingeführten Alkylreste geradkettige oder verzwigte Alkylreste und substituierte Alkylreste mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen in dem Alkylteil sein Können, und gegebenenfalls die erhaltenen @erbindungen in an sich bekannter Weise in Additionssalze @@er @atenäre @@@@-niumverbindungen überführt.
• Als Substituenten für die Alkylreste kommen, @@@ern der Alkylrest nur ein Kohlen stoffatom enthält, @@stitulerte Arylgruppen In Frage, wobei die Substituenten der Arg@@ruppen Hydroxy-, niedere Alkoxy- mit 1 bis @ Kohlenstol@atomen, Trifluormethyl-, Amino gruppen und niedere Alkylamine @ruppen der allgemeinen Formeln R1-NH- und und R2 niedere Alkylgruppen mit sein @@nnen, worin R1 5 Kohlenstoffatomen bedeuten.
• An substituierten Alkylgruppen mit mindestens 2 Komlenstoffatomen in der Aikyl;ruppe I:o7men insbesondere Allylogruppen mit nachstehenden Substituenten in Frage: hydroxy-, niedere Alkoxy- mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Aryloxy- und Trifluormethylgruppen; niedere Alkylaminogruppen der allgemeinen formeln R1-NK- und worin R1 und R2 gleiche oder verschiedene niedere Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen bedeuten, Arylgruppen und substituierte Arylgruppen, @@-Sei die Substitidenten der Arylgruppen Hydroxy-, alkyoxy- mit 1 bis @ Kohlenstoffatomen, Triflaornetlyl- und mino gruppen und niedere Alkylaminogruppen der allgeneinen Formeln R2-NH- und sein @@nnen, @orin R1 @@ R nieuere Alkylgruppen mit 1 @@@ @ @ohlenstoffato@en bedeuten.
• @@ @@de @ber@@ enderweise @efunden, daß die erfindung@emäß @@@@gestellten neuen @@enischen Verbindungen frei von der Toxi-@@t@t der Aus @an@smaterialien sind; sie sind entweder von der antibiotisehen Wirksamkeit derAusgangsmaterialien völlig frei @@er @@@ben eine in V @ liech su den Aus an smaterialien stark herabgestete antibictiscle Wirksamkeit. Daneben bestizen die erfindung @@@@ er estellten Verbindungen eine stark senkende Win@@@ auf den olesterinspie el im @@@@@. Da die erfindungs-@@@@@@@@ @@@@@@@ten Verbindungen die Toxizität und die antibl@-@@@@@@ @@@@@@@@ @@@ der Aus@an @smaterlalien nicht zeigen, können sie @@@ @@@ @@@ @eitspannen verabreicht werden und sind dadher @@@ @@@@@@@@@ von Arteiosklerose und ve@@andten Enkrankungen, Für welche bekanntlich die Serumlipide eine ursächliche Rolle spielen, wertvoll.
• Die bisher sur Senkung des Cholesterinspiegels verwendeten Mittel haben im allgemeinen durch ihre Art der Einwirkung auf den Patienten be@in@te Nachteile, die besonders gravierend deshalt sind, @eil Bel andlungen zur Senkun des @clesterinspiegels @@ Blut und sur Hiedrighaltung des Glolesterinspiegels im @lut sie@ @@@ @@@@ @ iträume erstresken.
• Verschiedene der bekannten Mittel wirken bei der Biosynthese des Cholesterins im Organismus mit und verursachen die Bildun anderer Verbindungen neben dem Cholesterin selbst, insbesondere führen sie zu einer Anhäufung des Desmosterins (J.Avigan und D.Steinberg, Lancet, 1962, Seite 572).
• Andere Mittel führen zu Funktionsstörungen der Leber und des Magendarmtraktes (K.G.Berge und Mitarbeiter, Am.J. of Med., Bd. 31, 1961, Seite 32-33).
• Wieder andere bekannte Mittel zur Senkung des Cholesterinspiegels führen zu einer Steigerung des Grundumsatzes (D.O.Mintz und Mitarbeiter, New Engl.J.Med., Bd. 266, 1962, Seite 811).
• Schließlich gibt es noch Mittel, die eine übermäßige Herabsetzung der Blutgerinnung zur Folge haben, wenn gleichzeitig mit ihnen blutgerinnungshemmende Mittel verabreicht werden, wie sie bei den an überhöhtem Cholesterinspiegel erkrankten Patienten im allgemeinen notwendig sind (S.D.Roberts J. Ath Res., Bd. 3, 1963, Seite 657); diese zuletzt genannten Mittel fUhren auch zu einer Gewichtszunahme der Patienten, was gerade bei diesen Patienten meist auch schädlich ist (M.F.Oliver, Practitioner, 1964, Seite 428).
• Die Nebenerscheinungen bekannter Mittel rühren daher, daß diese Mittel im allgemeinen vom urganismus resorbiert Werden. h's wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen den Cholesterinspiegel nach einem anderen Mech@-nismus senken und die auf die Resorption zurückgehenden Schädhohen Nebenerscheinungen nicht haben. Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen werden nämlich nicht resorbiert; sie werden im Darmtrakt wirksam und beeinflussen dort die Absorption des Cholesterins und der Gallensäure, sei es indem sie die Emulgierung der Fette verhindern, sei es indem sie die Gallensäuren im Darmtrakt binden (Nature, Bd. 2o4, Nr. 4965, S. 1306).
• Daß die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen vom Organismus nicht resorbiert werden, ergibt sich auch daraus, daß diese bei Verabreichung durch Injektionnicht wirksam werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Weise durchgerUhrt werden, daß man die Alkylierung reduktiv durch Umsetzung des basischen Antibioticums mit einem Aldehyd oder Keton in Gegenwart von Ameisensäure nach leuckart erfolgen läßt. Aldehyde vedienen vor dem Keton den Vorzug in Anbetracht ihrer besseren Reaktionsfähigkeit.
• Eine andere Möglichkeit, zu den erfindungsgemäßen Verfahrensprodukten zu gelangen, besteht darin, Wasserstoff entweder in Form von naszierendem Wasserstoff, beispielsweise durch Metall und Saure einzusetzen oder gasförmigen Wasserstoff zuZsmnen mit einem hydrierungskatalysator anzuwenden, z. B Platinoxyd, Palladium oder Nickel.
• Grundsätzlich bestehen die Verfahren zur reduktiven Alkylierung von Aminen in der Addition der Aminogruppe an der Carbonylgruppe eines Aldehyds oder eines Ketons und der Rekduktion der Additionsverbindung oder ihres Dehydratationsderivats.
• Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die nachstehenden Gleichungen.
• Verfahrensart I In diesen Formeln bedeuten R und R' gleiche oder voneinander verschiedene Alkyl- oder substituierte Alkylreste, wie sie oben definiert wurden.
• Die Umsetzung wird in einem Ldiungsmittel bei Zimmertemperatur in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators durchgeführt.
• Palladium, Platinoxid und Nickel sind Beispiele für geeignete Katalysatoren, doch können auch andere bekannte Katalysatoren gut verwendet werden. Wasser ist ein geeignetes Lösungsmittel und wird vorzugsweise mit einer Säure, beispielsweise Essigsüure, zur vollstädigen Löslichmc ung des Amins verwendet, doc@ sind auch andere Lösungsmittel ebenfalls geeignet.
• Verfa rensart II In diesem Sc..ema bedeuten R und R' gleiche oder verschiedene Alkyl- oder substituierte Alkylgruppen, wie sie oben definiert wurden.
• Die Umsetzung wird in einem Lösungsmittel bei der RU¢kflußtemperatur des Gemischs in Gegenwat von Ameisensäure und dem Aldehyd, beide im Überschuß, durchgeführt.
• Wird Formaldehyd verwendet, so kann das N-Monomethylderivat nioht isoliert werden. Die entsprechenden Reaktionen verlauten dann unter den gleichen Arbeitsbedingungen wie folgt.
• Verfahrensart I In diesen Formeln bedeutet ! einen Alkyl- oder substituierten Alkylrest, wie er oben definiert wurde.
• Verfahrensart II In diesen Formeln bedeutet R einen Alkyl- oder substituierten Alkylrest, wie er oben definiert wurde.
• Aus den obixen Ausführungen ist ersichtlich, daß die reduktive Alkylierung entweder alle oder zumindest eine der in den Aus-# gengsantibiotica vorhandenen Aminogruppen angreifen kann. In ähnlicher Weise kann die reduktive Alkylierung jede primäre Aminogruppe in eine sekundäre oder tertiäre Aminogruppen über-Führen. Diese Modifikationen stellen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dar.
• Die oblgen erfindungsgemäßen N-alkylierten Verbindungen lassen sich leicht in die entsprechenden quaternären Ammoniumverbindungen unter Anwendung an sich bekannter Methoden überführen.
• Zu diesem Zweck wird die R aktion vorzugsweise bei Zimmertemperatur in einem inerten Läsungsmittel, beispielsweise Acetonitril, durchgeführt. Die Herstellung der quaternären Ammoniumverbindungen gehört zum Bereich der voriegenden Erfindung.
• Zu Beispielen pharmazeutisch verwendbarer quaternärer Ammoniumverbindungen gehören Chlor-, Brom- oder Jodmethylter oder -äthylate und Chlor- und Brombenzylate oder -allylate.
• Zu Beispielen pharmazeutisch verwendbarer Additionssalze gehören die Hydrochloride, Sulfate, Phosphate, Maleinate, Fumarate, Succinate, Tartrate, Oxalate, Citrate, Methansulfonate und Äthansulfonate.
• Die erfindungsgemäß hergestellten P odukte wurden Menschen und Tieren oral mehrere Wochen lang verabreicilt. Während der Versuche wurde eine beträchtliche Herabsetzung der Cholesterinspiegel ohne @rgendeine Spur von Toxizität ezielt.
• Die tägliche Mindestdosis beträt etwa 1 (als Ge@icht der Base) für den Mense@en, doch können auch viel @@@ere dosen verabreicht werden. Bevorzugte Dosen liegen zwisclen 2 und 20 (als Gewicht der Base) je Taä.
• Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen können oral in jeder für dieser Verabreichung bekannten pharmazeutiseien Form gegeben werden. Zu beispeilen plarmazeutischer Formen ge@ören Pulver, Kapseln, Tabletten, Sirupe und Präparatfor@en mit gesteuerter Freisetzung, wobei die Kapselfor@ in der Pra@is bevorzugt wird.
• Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
• Beispiel 1 180 ml Wasser und 23 g 35 @ige Fromaldehydlösung werden in ein Hydrierungsgefäß eingebracht und 10 g handelsübliches Kanamycinsulfat werden in dem Gemisch gelöst, 600 m@ Platinoxyd werden dann zugesetzt, und das Gemisch wird 4 Stunden unter einem Wasserstoffdruck von 3 kg/cm3 geschüttelt. Nach dieser Reaktionszeit wird der nicht umgesetzte Wasserstoff entfernt und der Katalysator abfiltriert. Es werden wieder 600 mg PlatinoJyd zugegeben, und das Gemisch wird Uber Nacitunter einem Wasserstoffdruclc von 3 kg/cm2 geschüttelt. Der nicht umgesetzte Was@@@@toff wird @ann @@gelassen, Ger Katalysator durel Filtrieren entfernt und cas Lösungsmittel unter vermindertem Druck @@@@@@@t.
• Der Rückstand wird mit absolutem Athanol bedeckt. Nach Verreiben @ird eine Suspension erhalten, und der Nie@erschla@ wird ab-@ltriert und getr@@kent. Man or @lt 10,5@ - N-methyliertes Kan@@@@einsulfat. @ieses Produkt ist fret von der antibiotischen Wirksamkeit des als Ausgangsprodukt verwendeten Kanamycinsulfats @@ en @@@erichia coli und Micrococcus pyo@enes var. aureus (ATCC @@@8P).
• Das er@ altene Produkt wird in 400 ml Wasser (kohlendioxydfrei) gelöst und die @@@@@; auf eine Säule von 120 ml eines stark basisehen Anionenaustauscherharzes mit quaternären Ammoniumgruppen mit dem Vernetzungsgrad @ (@@roment @ehalt divinylbenzol im Hars) aufgebracht. Die Elution wird mit 500 ml Wasser durchgeführt. Das Eluat wird zur Trockne eingedampft und der Rückstand in absolutem ethanol aufgenommen, das anschließend verdampft wird. Der Rückstand wird in heißem Aceton gelöst. Durch Abkühlen erhält man 7,150 g N-methyliertes Kanamycin.
• Wird N-methyliertes Kanamycin durch aufsteigende Papierchromatographis an Schleicher & Schüll-Papier No. 2043 (mit Säure gewaschenes Papier) in dem System n-Propanol/Essigsäure/Pyri- Gin/Wasser (9:1:1:10) und anschließenden Nachweis mit Ninhydrin @ rüft, so wird ein @leck mit Rf = 0,48 (# 0,03) erhalten.
• @nter den gleichen Medingungen wird mit dem Ausgeangskanamycin (@ase) ein Fleck mit Rf = 0,42 (# 0,03) erhalten.
• Beispiel 2 150 ml Wasser werden in ein Hydriergerfäß eingebracht und 21,6 g Paromomyeinsulfat werden darin gelöst, 600 mg Platinoxyd und @@ ml 30%ige F rmaldehydlösung werden zugegeben und das Gemisch .-ird 4 1/2 Stunden unter einem Wasserstoffdruck von 7 kg/cm2 geschüttelt. Nach dieser Reaktionszeit wird nicht umgesetzter Wasserstoff entfernt und der Katalysator durch Filtrieren entfernt. 600 mg Platinoxyd werden erneut zugegeben und das Gemisch wird 6 Stunden unter einem Wasserstoffdruck von 5 kg/cm2 geschüttelt. Der nicht umgesetzte Wasserstoff wird dann entfernt, der Katalysator abfiltriert und dar, Lösungsmittel unter vermindertem Druck abgedampft. er Rückstand wird rnit absolutem htiianol bedeckt. Nach Verreiben wird eine Suspension erhalten und der Niederschlag wird abfiltriert, nut mit lletnanol gewaschen und getrocknet. Man er-@ält 23 g N-methyliertes Paromomycinsulfat. Das erhaltene Produkt wird in 1 1 w@sser (kohlendioxydfrei) gelöst und die Lösung auf eine Säule von 200 ml eines stark basischen Anionenaustauscherharzes mit quaternären Ammoniumgruppen und dem Vernetzungsgrad 8 (Prozentgehalt des Divinylbenzol im Harz) gebracht. Die Elution wird mit 1 1 Wasser vorgenommen. Das Eluat wird ur Trockne eingedampft und der Riickstand in absolutem Athanol aufgenommen, das anschließend verdampft wird. Der Rückstand wird in heißem Aceton gelöst. Druch Abkühlen erhält man 19 g freie N-methylierte Paromomycinbase. Diese beiden Produkte sind frei von der antibiotischen Wirksamkeit des als Ausgangsmaterial verwendeten Paromomycinsulfats gegen Escherichia coli und Micrococcus pyogenes var. aureus (ATCC 6538P).
• Beispiel 3 5 g N-Methylierte Kanamycinbase, die wie in Beispiel 1 beschrieben erhalten wurden, werden in heißem Athanol gelöst, aus dem beim Abkühlen Octa-N-methylkanamycinbase auskristallisiert; [α]D23 = 121° (c = 1 in 0,1 n H2SO4) F. 2o8 bis 210°C.
• Ein 1, g Aliquot Octa-N-methylkanamycinbase werden in 70 ml absolutem Methanol gelöst. Diese Lösung wird mit 430 ml Acetonitril und 14,6 g Methyljodid versetzt. Dann wird die Mischung 1 Woche bei Zimmertemperatur stehengelassen und dann mit weiteren 14,6 g Methyljodid versetzt.
• Nach weiterem 1-wöchigen Stehen be Zimmertemperatur wird die Läsung unter vermindertem Druck auf ein Endvolumen von 125 ml eingeengt. Der Niederschla; wird abfiltriert und mit Methylenchlorid gewaschen, wobei 3,5 @@ta-N-methylkanamyeintetramethjodid Zers. 214°C erlalten werden.
• Beispiel L 200 ml trockenes Methanol werden in ein Hydriergeräß gebracht und 8,5 g Tetrabenzylidenkanamyein darin gelöst. Damwerden 300 mg Platinoxyd zugesetzt und die @@selung 15 Stunden unter einem Wasserstoffdruck von 2 kg/cm2 geschüttelt. Nach dieser Reaktionszeit wird restlicher Wasserstoff entfernt, der Katalysator abfiltriert und das Lösungsmittel unter verminderten Druck abgedampft.
• Der Rückstand wird gewonnen und mit absolutem Athanol durchgerieben. Nach Umkristallisation aus einer 4:1-Mischung von absolutem Athanol und Methanol erhält man Tetra-N-benzylkanamyeinbase vom F. 197,5 bis 198,5° [#]D23 = + 84°C (c = 1, 1 % in n/10 H2SO4).
• Das oben verwendete Tetrabenzylidenkanamycin wird wie folgt erhalten: 2C £ handelsübliches Kanamycinsulfat : : erden in 100 ml Wasser gelöst und der pH-Wert der @ sung wird mit 2.n Natronlauge auf 12 gestellt. Dann werden 17 ml @enzaldelyd unter heftigem Rühren, zugesezt. Das Lühnen wird nach Beendigun der Zugabe noch 18 Stunden fort @eret@t. Man erhl@lt se ein 01, welches bie Stehen erstarrt. Das @@@sun s@ittel wird abfiltriert und der Niederschlag wird getrocknet, wobei man Tetrahenzylidenkanamycin vom Zers.-Punkt 3405C er @lt.
• Beispiel 5 19,3 @ Tetrs-N-benzylkana@ einbase, ler@estellt wie in Beispiel 4 besclrieben, werden lan @@@ zu einer Mischung von 25, @ ml 99 bis 100 iger @@e@sensäure und 2,4 ml Wasser gegeben. Dann werden @ @,5 ml einer @5%igen Fer@aldehyddlösung zugesetzt und die Misehung wird 15 Stunden zus Rückflu? erhitzt.
• Danach wird das @sungsmittel unter vermindertem Druck unter Zurücklassung eines Gels abgenogen. Der Rückstand wird mit 10 ml n Salssäure aufgenommen, die anschließend wieder verdampft/wird. Der erhaltene Rüclstand wird in Wasser @elöst. Durch Zugabe von @ n Natronlauge auf einen pH-Wert von etwa @ er@ält man einen Nieders@@la@ der mit Chloroform extrahiert wird. Der organische Extrakt wird dann über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck zur Trockne gebracht. Der Rückstand wird gewonnen und mit P@troläther K 10 bis 10°C bedeckt und durckgerieben. Nach Filtration und Trocknen erhält man Tetra-N,N',N",N"' benzyl-tetra-N,H',N",N"'-methylkanamycin vom F. 118 bis 120°C.

Claims (3)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung von niederen N-Alkyl@erivaten von Kanamycinen and Paromomycinen und deren Additionssalzen und quaternären Ammoniumver@indun@ dadurch gekennzeichnet, @@@ man die verste end genannten basisenen Antibiotiea in an sie bekannter Weise entweder na@ euckart oder dure Umsetzun ; mit eine@ Aldehyd oder Keten in Cegenwart von Wasserstoff und einem Hydrierungskatalysator, wie P@@tinoxyd, Palladiu@ oder Nickel, bzw. in Gegenwart von nasgierendem Wsserstoff red@tiv alkyliert, wobei die eingeführten Alkylreste geradkettige oder verzwei @te Allylreste und @@bstituie@te alkylreste @it 1 bis 5 Mohlentstoffatomen in dem A kylteil sein können, und gegebenenfalls die er altenen Verbindungen in Additionssalze oder quaternäre Ammojiumverbindungen nach an sich bekannten Methoden überfü@rt.
2. 2. Verfahren nacl Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Alkylgruppen mit einem Kohlenstoffatom einführt, die durch substituierte Arylgruppen substituiert sind, wobei die Substituenten der Arylgruppen Hydroxy-, alkoxy- mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, trifluormethyl- und Aminogruppen und niedere Alkylaminogruppen der allgemeinen Formeln R1-NH- und sein können, worin R1 und R2 niedere Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kchlenstoffatomen bedeuten.
3. 3. Verfahren nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Alkylgruppen mit @indestens zwei Kohlenstoffatomen einführt, die durch nac@fol, ende Substituenten substituiert sein kännen: Hydroxy-, niedere Alkoxy mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Aryloxy-und Trifluormethylgr@@en; niedere Alkylaminogruppen der allgemeinen Formeln R1-NH- und worin R1 und R2 niedere Alkylgruppen mit 1 bis zur Kohlenstoffatomen bedeuten; Arylgruppen und substituierte Arylgruppen, wobei die Substituenten der Arylgruppen Hydroxy-, Alkoxy-mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Trifluormethyl-und Aminogruppen und niedere Alkylaminogruppen der allgemeinen Fermeln R1-NH- und sein können, worin R1 und R2 niedere Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen bedeuten.