DE2221070C2

DE2221070C2 - Verfahren zur Herstellung von 7-Amino-cheph-3-em-4-carbonsäure

Info

Publication number: DE2221070C2
Application number: DE19722221070
Authority: DE
Inventors: John Chalfont St. Giles Buckinghamshire Cooper; David Cedric Greenford Middlesex Humber
Original assignee: Glaxo Laboratories Ltd
Current assignee: Glaxo Laboratories Ltd
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1972-04-28
Publication date: 1982-04-15
Also published as: CH576981A5; AT326815B; FR2136786A5; ATA375572A; BE782807A; GB1391271A; JPS558987B1; DE2221070A1; NL7205789A

Description

durch Schutz der Carboxylgruppen von 7-(4'-Carboxybutan-amido)-ceph-3-em-4-carbonsäure, Umsetzung mit Phosphorpentachlorid in Gegenwart einer Base in einem inerten organischen Lösungsmittel, anschließende Zugabe eines Alkanols mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Alkandiols mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und Behandlung der Reaktionsmischung unter sauren Bedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Carboxylgruppen durch Bildung eines gemischten Anhydrids mit Essigsäure, Chloressigsäure, Dichloressigsäure, Methyl- oder Äthyloxalsäure schützt.

Die Erfindung betrifft das durch den Anspruch gekennzeichnete Verfahren.

Cephalosporin C [(6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-(D-5-amino-5-carboxypentanamido)-ceph-3-em-4-carbon-
säure] kann durch verschiedene Verfahren mit verschiedenen Erfolgsgraden und verschiedenem Nutzen zu dem entsprechenden 7-Aminocephalosporin N-entacy-Iiert werden; jedoch hat die N-Entacylierung viele Schwierigkeiten mit sich gebracht, und es besteht ein Bedürfnis nach alternativen Methoden, die Vorteile mit sich bringen. Die Cephalosporin-Verbindung mit einer 7-(4-Carboxybutanamido)-Gruppe kann leicht aus Cephalosporin-C nach der Methode der belgischen Patentschrift 7 36 934 erhalten werden, und diese Verbindung besitzt ein angenehmes Merkmal. Während Cephalosporin C sowohl saure (Carboxyl) und basische (Amin) funktionell Gruppen aufweist, besitzt die entsprechende Verbindung mit einer 7-(4-Carboxybutanamido)-Gruppe nur saure Funktionen.

Ein Verfahren zur N-Entacylierung einer 7-Acylamidocephalosporin-Verbindung ist die sogenannte Imidhalogenidtechnik, die darin besteht, die 7-Acylamido-Verbindung mit einem Agens, ζ Β. Phosphorpentachlorid, von dem man annimmt, daß es ein Imidhalogenid bildet, umsetzt, das Produkt dieser Reaktion durch Reaktion ■Riit einem Alkohol in ein Produkt umwandelt, von dem man annimmt, daß es ein Iminoäther ist, und letzteres spaltet, z. B. durch Hydrolyse, zur Bildung der gewünschten 7-Amino-Verbindung. Obwohl die genaue Natur der Zwischenprodukte nicht bekannt ist, werden sie hierin, zur Vereinfachung, als Imidhalogenide und Iminoäther bezeichnet.

Um eine derartige Methode erfolgreich an der Cephalosporin-Verbindung mit einer 7-(4-Carboxybutanamido)-Gruppe durchzuführen, ist es notwendig, zuerst die Carboxylgruppe in der 4-Stellung und die Carboxylgruppe in der 7-Seitenkette zu schützen, da sonst diese mit der Imidhalogenid-bildenden Verbindung reagieren können. Im allgemeinen erfordert ein derart.ger Vorgang zumindest einen getrennten Schritt zur Entfernung der Schutzgruppe für die Carboxylgruppe am Ende der Reaktionsfolge, und es besteht das Risiko, daß andere Teile des Cephalosporins, wie der 0-Lactamring, geschädigt werden.

Es wurde nun gefunden, daß beide vorstehend erwähnten Carboxylgruppen wirksam durch Bildung eines doppelten Anhydrids durch Umsetzung von 2 Molekülen Essigsäure, Chloressigsäure, Dichloressig-

säure, Methyl- oder Äthyloxalsäure mit einem Molekül des Cephalosporins geschützt werden können. Der Schutz der Carboxylgruppen wird auf diese VVt ise nicht nur in wirtschaftlicher Form erzielt, sondern hat den zusätzlichen wichtigen Vorteil, daß kein abschließender Schritt zur Abspaltung der 4-Carboxylgruppe am Ende des Iminohalogenid-Verfahrens notwendig ist, da die gewünschte 4-Carboxylgruppe des 7-Aminocephalosporins bequem durch die Alkoholyse- und/oder Hydrolyseschritte regeneriert wird. Diese Methode besitzt einen bedeutenden Vorteil gegenüber der Verwendung von Silylderivaten, der darin besteht, daß silylierende Mittel teuer sind im Vergleich mit etwa Acetylchlorid, das zur Bildung des doppelten gemischten Essigsäure-Cephalosporin-Anhydrids verwendet werden kann.

Die Bildung des doppelten gemischten Anhydrids kann durch Reaktion der Cephalosporin-Verbindung mit dem entsprechenden Säurehalogenid erzielt werden.

Die Bildung des doppelten gemischten Anhydrids kann leicht in einem inerten Lösungsmittel unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen (z. B. weniger als 0,02% H₂O) erzielt werden, durch Umsetzung der 7-(4-Carboxybutanamido)-cephalosporansäure mit dem Säurehalogenid in Anwesenheit einer Base. Die Base wird vorzugsweise in Oberschuß angewendet. Geeignete Basen umfassen tertiäre Amine, wie Chinolin, Pyridin; N,N-Dimethylanilin, Ν,Ν-Diäthylanilin oder Triäthylamin. Es kann auch von einem Salz des Cephalosporins ausgegangen werden.

Wenn keine im wesentlichen wasserfreien Bedingungen eingehalten werden, so ist überschüssiges Säurehalogenid erforderlich, um mit dem enthaltenen Wasser zu reagieren.

Basen, die zu den Imidhalogenid- und Iminoäther-bildenden Schritten erforderlich sind, können zweckmäßig in der vollen Menge zu diesem Zeitpunkt zugesetzt werden, und es können auf diese Weise bis m 15 molare Äquivalente pro Äquivalent Cephalosporin verwendet werden.

Das Lösungsmittel sollte vorzugsweise so gewählt werden, daß es auch zur nachfolgenden Durchführung der Iminohalogenidreaktionen geeignet ist. Geeignete Lösungsmittel, die vorzugsweise frei von Alkohol sind, umfassen so halogenierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Methylenchlorid, 1,2-Dichloräthan oder Chloroform oder cyclische oder acyclische Äther, z. B. Tetrahydrofuran, Dioxan, Diäthyläther oder Diisopropyläther oder aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Benzol oder Toluol. Chloroform und Methylenchlorid sind besonders bevorzugt, entweder allein oder vermischt mit anderen Lösungsmitteln.

Die Anhydridbildung kann bei einer Temperatur über -100°C, vorzugsweise -50 bis +4O⁰C₁ z.B. bei von —10° bis +20⁰C, vorzugsweise bei Raumtemperatur durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anschließend genauer unter Bezugnahme auf die Imidhalogenidtechnik beschrieben.

Imidhalogenid-bildende Verbindung

Als Imidhalogenid-bildende Verbindung wird Phosphorpentachlorid verwendet, zweckmäßig in feinverteilter Form, ζ. B. mit einer Korngröße von 1,68 mm.

A) Reaktion von Phosphorpentachlorid mit
dem doppelten Anhydrid

Diese Umsetzung sollte in Anwesenheit einer Base, vorzugsweise einer organischen Base, durchgeführt werden. Geeignete organische Basen, die vorzugsweise einen pKa von 4 bis 6 haben, umfassen tertäre Amine, wie Pyridin, N,N-Dimethylanilin, Ν,Ν-Diäthylanilin, Chino-Hn, Dimethylacetamid oder Dimethylformamid oder deren Mischungen. Wenn in der vorausgehenden Umsetzung ein Überschuß an Base verwendet wird, so ist es normalerweise nicht notwendig, weitere Base bei der vorliegenden Umsetzung zu verwenden.

Eine Mischung von Phosphorpentachlorid und der Base kann, falls gewünscht, mit dem Anhydrid in Kontakt gebracht werden. Die Reaktion wird vorzugsweise in einem inerten organischen Lösungsmittel, wie es vorstehend beschrieben wurde, durchgeführt.

Phosphorpentachlorid kann zu dem Anhydrid in molarem Überschuß zugesetzt werden, und es können bis zu 10 Mol Überschuß verwendet werden. Es ist nicht wirtschaftlich, einen großen Überschuß anzuwenden, und es wird bevorzugt in molaren Anteilen von 1 :1 bis 1 :3 gearbeitet.

Die Temperatur zur Umsetzung des Phosphorpentachlorids mit dem Anhydrid kann über -100°, z.B. -50° bis +50⁰C, liegen. Es kann vorteilhaft sein, bei Temperaturen von —30 bis +30⁰C zu arbeiten, und es wird bevorzugt bei -30° bis +10⁰C gearbeitet.

Iminoäther-bildende Verbindung

10

15

20

30

45

50

Die Iminoäther-bildende Verbindung ist ein Alkanol mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Methanol, Äthanol, n-Propanol, n-Butanol, Isopropanol oder Isobutanol, vorzugsweise Methanol oder ein Diol der allgemeinen Formel

HO-R²-OH

(worin R² eine zweiwertige Alkylengruppe mit 2,3 oder 4 Kohlenstoffatomen in der die zwei Sauerstoffatome verbindenen Kohlenstoffkette ist). Geeignete Diole umfassen Äthylenglykol, Propan-1,2- und -1,3-diol, Butan-1,2-; -1,3-; -1,4- und -2,3-diol. Ein bevorzugtes Diol ist Butan-1,3-diol.

B) Umsetzung mit der Iminoäther-bildenden
Verbindung

Das Produkt von Stufe A kann mit der Iminoäther-bildenden Verbindung umgesetzt werden, wobei der Verlauf der Reaktion beispielsweise durch Dünnschichtoder Papierchromatographie oder Polarimetrie verfolgt wird.

Die Iminoäther-bildende Verbindung kann in im wesentlichen molaren Überschuß, ζ. B. bis zu 75 und sogar 100 Mol über die Cephalosporin-Verbindung verwendet werden. Obwohl die Iminoäther-bildende Verbindung zu der Reaktionslösung zugesetzt werden kann, ist es bevorzugt, die Reaktionslösung zu der Iminoäther-bildenden Verbindung zu fügen, da dies eine bessere Steuerung des Reaktionssystems ermöglicht.

Die Temperatur zur Umsetzung mit der Iminoätherbildenden Verbindung kann über —100°, z. B. —50° bis + 20⁰C, betragen. Die optimale Temperatur wird zumindest bis zu einem gewissen Ausmaß von den verwendeten Reaktionskomponenten abhängig sein, und es wird im allgemeinen bevorzugt, diesen Schritt bei Temperaturen von —50° bis —10° C durchzuführen.

C) Wäßrige Behandlung

Zur Vervollständigung von Stufe B wird die Reaktionsmischung vorzugsweise mit Wasser oder mit einem wäßrigen Medium in Kontakt gebracht, gegebenenfalls mit einer wäßrigen Lösung einer Säure. Dieser Schritt ist nicht wesentlich, da die Anhydridgruppe auch alkoholysiert werden kann, z. B. mit Methanol.

Die Umsetzung mit Wasser kann bei einer Temperatur von -25° bis +50⁰C, vorzugsweise -13° bis + 30° C durchgeführt werden.

Unter den sauren Bedingungen, die in beiden Stufen B und C herrschen, werden die Alkoholyse oder Hydrolyse des Anhydrids und Iminoäthers zur Vollendung gebracht, und die 7-Aminocephalosporin-4-carbonsäure wird gebildet. Die Aminoverbindung kann bequem durch Änderung des pH-Werts auf ihren isoelektrischen Punkt, d. h. etwa 3,5, gewonnen werden. Dies kann durch Titration mit wäßrigem Ammoniak erzielt werden.

Die 7-Aminoverb;ndung kann als ein Säureadditionssalz isoliert werden, z. B. als Hydronitrat oder Kohlenwasserstoffsulfonat, wie p-Toluolsulfonat oder Methansulfonat.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Wenn nicht anders angegeben, so wurden Lösungen über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und im Vakuum eingedampft. Feststoffe wurden in Gegenwart von Phosphorpentoxid bei 20 bis 30° bei 1 mm getrocknet. Drehwerte wurden bei Temperaturen zwischen 18° und 23° gemessen. Die trockenen Chloroform- und Methylenchlorid-Lösungsmittel wurden durch Destillation über Phosphorpentoxid gewonnen. Die protonenmagnetischen Resonanzspektren wurden an einem Varian HAlOO bei 100 MHz aufgenommen. Die Werte für die Kopplungskonstanten sind nicht aufgeführt. Die Ausbeuten von (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-aminoceph-3-em-4-carbonsäure wurden auf der Basis korrigiert, daß reines Material ein X_m!ix von 264 nm (E \"°_m 302) in wäßriger Lösung vom pH 6-7 besitzt.

Beispiel 1

a) Bis-(acetylanhydrid) von (6R,7R)-3-Acetoxy-

methyl-7-(4-carboxybutanamido)-ceph-3-em-

4-carbonsäure

Eine Suspension von 3,86 g (10 mMol) (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-(4-carboxybutanamido)-ceph-3-em-4-car- bonsäure in 50 ml trockenem Chloroform wurde mit 2,8 ml (20 mMol) Triäthylamin unter Bildung einer klaren Lösung behandelt, die auf 0 bis 5° gekühlt wurde. 1,43 ml (20 mMol) Acetylchlord wurden vorsichtig zugefügt und die Lösung 1 Stunde in einem Eisbad gerührt. Die blaß-gelbe Lösung wurde mit 2 χ 50 ml kaltem Puffer, pH 7,3, und mit 50 ml Wasser gewaschen, anschließend getrocknet und eingedampft unter Bildung von 4,36 g (93%) der Titelverbindung in Form eines weißen Feststoffs vom Fp. 92 bis 93°; [<x]_D +68,2° (c 1,07;

CHCI3), K_max. 267 nm (E ]* 142), v_max. (CHBr₃) 3415 (NH), 1818 und 1740 (Anhydrid), 1782 (Azetidin-2-on), 1740 (Acetat), 1687 und 1502 cm-' (Amid), v (CDCl₃) 3,26 (1-Protonen-Doublett, J 10 Hz; NH), 4,10 (1-Proto-

35

nen-doppel-Doublett, | 10 und 5 Hz; C₇-H), 4,79 und 5,10 (2-Protonen-AB-Quartett, J 14 Hz; C₃-CH₂OAc), 4,99 (1-Protonen-Doublett, J 5 Hz; C₆-H), 6,33 und 6,55 (2-Protonen-AB-Quartett, ] 18 Hz; C₂-CH₂), 7,42 und 7,59 (zwei 2-Protonen-MultipIetts; C₂' und C₄' CH₂), 7,70 und 7,78 (zwei 3-Protonen-Singletts; Anhydridacety] CH₃), 7,90 (3-Protonen-Singlett; C-Acetoxy) und 792 (2-Protonen-Multiplett;C₃'—CH₂)-

b)(6R,7R)-3-Acetoxymethy]-7-aminoceph-3-em-4-carbonsäure

2,35 g (5 mMol) des Bis-(acetylanhydrids) von (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-(4'-carboxybutanamido)-ceph-3-em-4-carbonsäure wurden in 60 ml trockenem Methylenchlorid unter einer Stickstoffatmosphäre auf - 15°C gekühlt; 1,43 ml (12 mMol) Chinolin, gefolgt von 2,4 g (12 mMol) Phosphorpentachlond wurden zugefügt. Die erhaltene Suspension wurde 2 Stunden bei —15° gerührt, anschließend wurde sie mit 12 ml Methanol versetzt, wodurch die Temperatur auf + 10° anstieg. Die Lösung wurde 30 Minuten bei — 15° .gerührt, und 20 ml Wasser wurden zugesetzt. Die Mischung konnte sich auf + 20° während 30minütigem Rühren erwärmen. Die Phasen wurden getrennt und die Chloroformphase 2mal mit Wasser (2x5 ml) rückextrahiert. Die wäßrigen Phasen wurden vereint und der pH mit Ammoniak (0,880) von 0,8 auf 3,6 eingestellt. Nach 30minütigem Kühlen der Suspension wurde der Feststoff abfiltriert, mit 5 ml Wasser, 5 ml Methanol und 10 ml Methylenchlorid gewaschen und im Vakuum getrocknet, wobei sich 0,843 g (62%) (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-aminoceph-3-em-4-carbonsäure ergaben; X_max. 264 nm (E !1302).

Beispiel 2

Die nachfolgende Tabelle 1 enthält verschiedene bei der Bildung von (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-aminoceph-3-em-4-carbonsäure aus (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-(4'-carboxybutanamido)-ceph-3-em-4-carbonsäure über das in situ hergestellte Bis-(acetylanhydrid) angewendete Bedingungen.

ίο Die Umsetzungen wurden nach der folgenden allgemeinen Methode durchgeführt

Bei der Bildung des gemischten Anhydrids wurden 4 Tropfen Dimethylformamid zu Reaktionen gefügt, die in einem 5-mMol-Maßstab durchgeführt wurden und 8 Tropfen bei einem 10-mMol-Maßstab. Die gesamte Reaktion wurde unter einer Atmosphäre von trockenem Stickstoff durchgeführt.

Nach Zusatz des Phosphorpentachlorids (das wahrscheinlich ein Iminochlorid bildet), wurde die Lösung mit einem Alkohol versetzt Das Produkt wurde durch Abtrennen der wäßrigen Phase, Rückextraktion der organischen Phase mit Wasser und Vereinigung der wäßrigen Phasen isoliert. Der pH wurde mit 0,880 Ammoniak vom End-pH auf 3,6 eingestellt. Die erhaltene Suspension wurde 30 Minuten auf etwa 5° gekühlt und filtriert. Der Feststoff wurde mit Wasser, Methanol und Methylenchlorid gewaschen und im Vakuum getrocknet unter Bildung von (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-aminoceph-3-em-4-carbonsäure. Die Ausbeuten wurden korrigiert unter der Voraussetzung, daß in einem Puffer vom pH 6, E \°"_m bei 264 nm von authentischem Material 302 beträgt.

1 1 S	Tabollo	g	Base	Acetyl-	Lösungs	Zelt	Iminochlorid	bei - 15°	Zeit	Iminoather bei	-15°	Hydrolyse	Zeit	End-pH	Korrigierte	E\	K)	OO	*¹"S
ti		UI		ühlofitl	mittel								-20°		Ausbeute		K)
		S	CmMoI)	CmMoI)	(ml)	(MIn.)	PGl₅	Base	(Min.)	Alkohol	Zeit	H₂O	(Min.)		%		K)
f	Anhydridbildung bei 20°																"-⁴^
Jj;		Chlnolln	44	CHCl,	60	CmMoI)	CmMoI)	120	(ml)	(Min.)	(ml)	30	0,5		288	O
	Maßstab	(34)		(120)
		Chinolin	22	CH₂CI₂	30	23,2	Chinolin	120	MeOH	30	40	30	0,5	67,3	296	O
	CmMoI)	(17)		(38)			(34)		(24)
k		PhNMe₂	22	CHCl,	45	11,6	Chinolin	120	MeOH	30	20	30	0,3	69,3	302
f	to	(17)		(38)			(17)		(12)
f		Chlnolln	22	CHCl)	30	11,6	PhNMe₂	120	MeOH	30	20	30	0,7	59,1	285
y	5	(17)		(38)			(17)		(12)
j		Chinolin	22	CHCl,	30	11,6	Chinolin	120	PrOH	130	20	30	0,5	38,7	275
i	5						(17)		(12)
		(17)		(38)		11,6	Chinolin		Butan-	30	20			50,0
i	S	Chinolin	22	CHCl)	30			60	1,3-diol			30	0,5		282
t		(17)		(38)			(17)		(12)
	5					11,6	Chinolin		MeOH	30	20			50,2
F							(17)		(12)
i;
I t f.	5
ι ( (
									ssssas

Beispiel 3

Zu einer gerührten Suspension von 7,73 g (20 mMol) (6R,7R)-3-Acetoxymethyl-7-(4'-carboxybutanamido)-ceph-3-em-4-carbonsäure in 77 ml trockenem Methylenchlorid wurden 7,3 ml (60 mMol) N,N-Dimethylanilin und 4,2 ml (60 mMol) Acetylchlorid gefügt, wobei die Temperatur durch äußere Kühlung auf 25° gehalten wurde. Nach einer Zeit von 75 Minuten wurde die erhaltene blaß-gelbe Lösung auf —17° gekühlt, und 3,6 ml (30 mMol) Ν,Ν-Dimethylanilin wurden zugesetzt, gefolgt von 6,6 g (31 mMol) Phosphorpentachlorid. Die Mischung wurde anschließend 90 Minuten bei —17° bis -8° gerührt. 9,0 ml (100 mMol) Butan-1,3-diol wurden anschließend zugefügt, der erste 1 ml tropfenweise und der Rest während 1 Minute. Die erhaltene gelbe Lösung wurde 20 Minuten bei -15° bis —7° gehalten. 80 ml Wasser wurden anschließend zugefügt und die Mi-

schung 20 Minuten heftig gerührt, wobei die Temperatur von +5° auf +16° anstieg. Die Mischung wurde getrennt und die wäßrige Schicht mit 100 ml Methylenchlorid und 100 ml Äthylacetat gewaschen. Die organischen Lösungen wurden nacheinander mit 2 χ 100 ml Wasser zurückgewaschen. Die vereinigten wäßrigen Lösungen wurden gerührt und mit 6,5 ml wäßrigem Ammoniak (spezifische Dichte 0,880) auf den pH 3,2 neutralisiert, mit einer kurzen Pause bei pH 1,5, um eine langsame Kristallisation des Produkts zu ermöglichen. Die Suspension wurde 30 Minuten bei 5° gerührt und das Produkt abfiltriert, in Aufschlämmung mit 2 χ 20 ml Wasser, 2 χ 10 ml Aceton und abschließend unter Ersatz mit 20 ml Aceton gewaschen und an der Luft getrocknet, wobei sich 4,23 g (6R,7R)-3-Acetoxymethyl^-amirioceph-S-em^-carbonsäure ergaben; 01!"+93,S⁰ (c, 0,9 in pH-7-Puffer); X_max. 264 ηm (E Il 297); 76% Ausbeute.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von 7-Amino-ceph-3-em-4-carbonsäure de^r Formel I

H₂N-

) N J-CH₁OCOCH₃

COOH