DE3050399C2

DE3050399C2 - Verfahren zur Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A und hierbei eingesetzte Zwischenprodukte

Info

Publication number: DE3050399C2
Application number: DE3050399A
Authority: DE
Inventors: Tomo Kawasaki Kanagawa Jikihara; Tsutomu Yokohama Kanagawa Tsuchiya; Hamao Umezawa; Sumio Tokyo Umezawa
Original assignee: Microbial Chemistry Research Foundation
Current assignee: Microbial Chemistry Research Foundation
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1983-08-25
Also published as: GB2081718A; IT8009573A0; GB2081718B; US4357466A; FR2468615A1; DE3040968A1; GB2064518B; JPS631953B2; IT8009573A1; DE3040968C2; GB2064518A; JPS5668698A; IT1154881B; DE3050399A1; FR2468615B1

Description

mit Acetylchlorid in einem Mengenverhältnis von 1 bis 4 Mol pro Mol Kanamycin Α-Derivat in Pyridin bei einer Temperatur von -2ü°C bis Raumtemperatur umsetzt,

b) das gemäß Verfahrensstufe a) erhaltene 2"-O-Acetyl-4'-O,6'-N-carbonyl-4",6"-O-cycIohexyIiden-5,2'-O-isopropyliden-l,3,3"-tri-N-tosyl-kanamycin A mit Trifluormethansulfonsäureanhydrid in Pyridin bei einer Temperatur von -20⁰C bis +50⁰C umsetzt,

c) das gemäß Verfahrensstufe b) erhaltene 2"-O-Acetyi-4-O.o^N-carbonyWro^
propyliden-l^^-tri-N-tosylOMD-trifluormethansulfonyl-kanamycin A der Formel III

O = C

NHTs

in der Ts die angegebene Bedeutung hat, bei einer Temperatur von -80⁰C bis 0⁰C mit einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall in flüssigem Ammoniak umsetzt,

d) das erhaltene 2"-O-Acetyl-4'-0,6'-N-carbonyl-4",6"-0-cyclohexyliden-5₁2'-0-isopropyliden-3'-desoxykanamycin A unter alkalischen Bedingungen hydrolysiert und

e) das so entstandene 4",6"-O-Cyclohexyliden-5,2'-O-isopropyliden-3'-dcsoxykanamycin Λ sauer hydrolysiert.

2. 2"-O-Acetyl-4'-O,6'-N-carbonyl-4",6-O-cyclohexyliden-5,2'-O-isopropyliden-l,3,3"-tri-N-tosylkanamycin A.

3. 2"-O-AcetyW-O,6'-N-carbonyl-4"-6-O-cyclohexyliden-5,2'-O-isopΓopyliden-l,3,3"-tri-N-tosyl-3'-O-trinuoΓ-mcthansulfonyl-kanamycin A.'

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A und hierbei eingesetzte Zwischenprodukte.

3'-Dcsoxykanumycin Λ zeichnet sich durch eine Wirkung gegenüber Bakterien, die gegen Kanamycin A rcsistcnt sind aus. wie dies in der japanischen

Patentschrift Nr. 33 109/76 oder US-PS 39 29 761 beschrieben ist. Das l-N-A-Hydroxy-w-aminoacyl-Derivai des 3'-Desoxykanamycins A besitzt eine verbesserte antibakterielle Wirksamkeit gegenüber Kanamycin A-resistenten Bakterien (vgl. japanische Patentanmeldung »Kokai« Nr. 127 045/76 oder US-PS 4104 372).

Insbesondere zeigt ein Derivat des 3'-Desoxykanamycins A, dessen 1-Aminogruppe durch die (S)-4-Amino-2-hydroxybutyryl-Gruppe acyliert worden ist, d. h. 3'-Desoxyamikacin, eine höhere antibakterielle Wirksamkeit gegenüber Kanamycin-resistenten Bakterien als Amikacin, d.h. l-N-[(S)-4-Amino-2-hydroxybulvryri-kanamycin A. Die Herstellung von 3'-Desoxyamikacin erfordert zuvor die Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A. Bisher kann jedoch 3'-Desoxykanamycin A nur nach einem sehr unzulänglichen Verfahren hergestellt werden, das in der US-PS 39 29 761 oder der japanischen Patentschrift Nr. 33109/76 beschrieben ist, wobei e-Azido-Z^di-O-benzyl-S.ö-didesoxy-a-D-ribohexopyranosylchlorid mit 6-O-(2-O-Benzyl-3-desoxy-3-ätlfioxy-

carbonyl-amino-4,6-0-isopropyliden)-N,N'-diäthoxycarbonyl-2-desoxy-streptamin kondensiert und das erhaltene Kondensationsprodukt in mehreren Stufen behandelt wird, um daraus die Aminoschutzgruppen und die Hydroxylschutzgruppen zu entfernen, damit man das 3'-Desoxykanamycin A erhält.

Es ist daher Awgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A zur Verfugung zu stellen, bei welchem das letztere möglichst unmittelbar aus Kanamycin A synthetisiert werden kann. Diese Aufgabe ist mit Hilfe des im Patentanspruch 1 beanspruchten und gekennzeichneten Verfahrens gelöst worden.

Es ist bereits ein Verfahren zur Desoxygenierumg der 3'-Stellung von Neamin, Kanamycin B und Ribostamycin entwickelt worden (vgl. US-PS 39 29 762). Das in dieser US-PS beschriebene Verfahren ist jedoch nicht zur Desoxygenierun? der 3'-Stellung des Kanamycin A anwendbar. Das Verfahren gemäß der US-PS 39 29 762 weist eine Stufe auf, in der die 3'-HydroxyIgruppe des Neamins, Kanamycin B oder Ribostamycin selektiv alkyl-, aryl- oder aralkyl-sulfonyliert w«d, während alle Aminogruppen sowie die 4"- und 6"-Hydroxygruppen dieser Antibiotika mittels bekannter Schutzgruppen geschützt sind. Wenn Kanamycin A, das eine 2'-Hydroxylgruppe benachbart zur 3'-Hydroxylgruppe im Molekül enthält, der Sulfonylierung gemäß dem in der US-PS beschriebenen Verfahren unterworfen wird, kann auch die 2'-Hydroxylgruppe sulfonyliert werden, was zur Folge hat, daß eine Desoxygenierung in 2'-Stellung stattfindet, und das gewünschte 3'-Desoxykanamycin nicht entsteht. Außerdem war es bisher nicht möglich, die 2'-Hydrocylgruppe des Kanamycin A selektiv zu schützen, so daß eine Sulfonylierung derselben vermieden wird.

Aus Kanamycin B ist auch bereits 3', 4'-Didesoxykanamycin B hergestellt worden (vgL die japanische Patentschriften Nr. 7 579/75 und 46 110/76, bzw. die US-PS 37 53 973), und es sind auch Versuche unternommen worden, aus Kanamycin A 3',4'-Didesoxykanamycin A zu synthetisieren, wie aus der BE-PS 8 81 251 vom 15. Februar 1980 entnommen werden kann. Bei diesen Untersuchungen ist gefunden worden, daß, wenn

ίο Kanamycin A lediglich einer Desoxygenierung durch 3',4'-Di-O-sulfonylierung und anschließende Behandlung des erhaltenen 3', 4'-Di-O-sulfonsäureesters Natriumjodid und Zinkpulver unterworfen wird — eine Methode, die erfolgreich bei der Halbsynthese von

ι s 3',4/-Didesoxykanamycin B angewendet worden ist — doch nicht 3',4'-Didesoxykanamycin A — wie an sich erwartet — erhalten werden kann. Der Grund hierfür liegt darin, daß das Kanamycin Α-Molekül eine zur 3"'-Hydroxylgruppe benachbarte 2'-HydroxyIgruppe enthält, so daß diese 2'-HydroxyIgruppe gleichzeitig mit der Sulfonylierung der 3'- und 4'-HydroxyIgruppen sulfonyliert werden kann. Bei der Behandlung mit Natriumiodid und Zinkpulver zum Entfernen der sulfonylierten 3'- und 4'-Hydroxylgruppen wird dann gleichzeitig auch die sulfonylierte 2'-Hydroxylgruppe mit entfernt

Bei weiteren Untersuchungen zur Synthese von 3',4'-Didesoxykanamyein A aus Kanamycin A ist ferner gefunden worden, daß aus Kanamycin A kein 3',4'-Di-

3» desoxykanamycin A synthetisiert werden kann, wenn das gleiche Verfahren zur Desoxygenierung wie bei der Synthese von 3', 4'-Didesoxykanamycin B aus Kanamycin B angewendet wird, es sei denn, es stünde ein geschütztes Kanamycin Α-Derivat für die Desoxygenie-

s~> rung zur Verfügung, die 3'- und 4'-Hydroxylgruppen ungeschützt sind, während die in Nachbarsteilung stehende 2'-Hydroxylgruppe sowie alle anderen Hydroxylgruppen und auch alle Aminogruppen in einem geschützten oder blockierten Zustand vorliegen. Hin-

w sichtlich ihrer Reaktionsfähigkeit best'-ht zwischen den 2', 3'- und 4'-Hydroxylgruppen des Kanamycins A kein großer Unterschied, und es war darcsr sehr schwierig, ein Verfahren zu finden, bei dem die 2'-Hydroxylgruppe geschützt werden kann, während die 3'- und 4'-Hydro-

■* > xylgruppenungeschützibleiben.

Im Verlauf der Entwicklung des Verfahrens zur Synthese des 3',4'-Didesoxykanamycins A ist ein geschütztes Kanamycin A-Derivatder Formel I

O = C

NHTs

OH

hergestellt worden, nämlich 4",6"-O-Cyclohexyliden-4'-O,6'-N-carbonyl-S,2'-0-isopropyliden-1.3.3"-tri-N-tosylkanamycin A (vgl. DE-OS 30 04 Ί78).

Ausgehend von dem vorgenannten geschützten Kanamycin Α-Derivat der Formel I ist es gelungen, 3'-Desoxykanamycin A auf halbsynthetischem Wege herzustellen.

Wie jetzt gefunden wurde, kann die 2"-HydroxyI-gruppe des geschützten Kanamycin Α-Derivats der Formel 1 durch Umsetzung mit etwa 1 Mol Acetylchlorid pro Mol Kanamycin Α-Derivat acetyliert werden. Die dabei entstehende 2"-O-acetylierte Verbindung wird mit Trfluormethansulfonsäurehydrid in Pyridin umgesetzt Mit der derart erhaltenen 3'-O-trifluormethan-sulfonierten Verbindung werden die anschließenden Stufen zur gleichseitigen Abspaltung der 3'-Trifluormethansulfonyloxygruppe und der N-Tosylgruppen durch Behandeln mit metallischem Natrium in flüssigem Ammoniak, zur Abspaltung der 2"-O-Acetylgruppe mit gleichzeitiger Spaltung des cyclischen 4',6'-Carbamatrings mittels basischer Hydrolyse und zur gleichzeitigen Abspaltung der 5,2'-O-IsopropyIgruppe und der 4",6"-O-Cyclohexylgruppe mittels saurer Hydrolyse durchgeführt Man erhält auf diese Weise das gewünschte 3'-Desoxykanamycin A.

3'-Desoxykanamycin A hat die nachstehinde Formel:

IO

15

20

H₂NH₂C

NH₂

HO

JO

35

40

Das erfndungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab: In der ersten Stufe dieses Verfahrens wird das geschützte Kanamycin Α-Derivat der Formel I als Ausgangsverbindung mit mindestens einem Mol, vorzugsweise 1,5 bis 4 Mol Acetylchlorid pro Mol Kanamycin Α-Derivat in Pyridin bei einer Temperatur unter Raumtemperatur und vorzugsweise bei einer Temperatur von 0°C bis -2O⁰C während einer Dauer von 1 bis 5 Stunden umgesetzt, wodurch die 2"-Hydroxygruppe der Kanamycin A-Verbindung vollständig acetyliert wud. Diese Stufe ist neu. Eine derartige selektive 2"-O-Acetylierung findet nicht statt, wenn Esaigsäureanhydrid verwendet wird, das üblicherweise für die Acetylierung einer Hydroxylgruppe eingesetzt wird.

In der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorstehend erhaltene 2"-O-acetylierte Verbindung mit Trifluormethansulfonsäureanhydrid in Pyridin in bekannter Weise, und"zwar so wie für die Trifluormethansulfonylierung von 3-Hydroxyl-mono- to sacchariden beschrieben, umgesetzt Durch diese Umsetzung wird die Trifluormethansulfonyl-Gruppe in die 3'-Hydroxylgruppe eingeführt und man erhält die 3'-0-trifluormethansulfonylierte Verbindung der allgemeinen Formel III. Das Trifluormethansulfonsäurehy- b5 drid kann in einer Menge von 1,2 bis 6 Mol je Mol der Kanamycin A-Verbindung eingesetzt werden. Die 3'-O-Trifluormethansulfony.ierung kann bei einer Temperatur von —20⁰C bis +50⁰C während einer Dauer von 30 Minuten bis 5 Stunden erfolgen.

Nach der Einführung der 3'-TrifIuormethansulfonyl-Gruppe wird in der anschließenden dritten Stufe des Verfahrens die 3'-Trifluormethansulfonyloxy-Gruppe durch Behandeln mit einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall in flüssigem Ammoniak entfernt Gleichzeitig kommt es zu einer Desoxygenierung dtr 3'-Stellung. Ebenso können gleichzeitig mit dem Entfernen der 3'-TrifluormethansuIfonyIoxy-Gruppe auch die Aminoschutzgruppen entfernt werden. Die Behandlung in flüssigem Ammoniak wird bevorzugt mit metallischem Natrium durchgeführt Die Reaktion erfordert bei einer Temperatur von -8O⁰C bis 0°C eine Zeitspanne von 30 Minuten bis 3 Stunden; man verwendet etwa 10 bis 100 Mol Natriummetall pro MoI der Kanamycin A-Verbindung. Bei der Durchführung der Versuche hat sich im übrigen gezeigt daß bei einer Sulfonylierung der 3'-HydroxyIgruppe der vorgenannten 2"-O-acetyIierten Kanamycin A-Verbindung mfc einer Alkyl-, Aralkyl- oder Arylsi-'ionylgruppe anstelle dergemäß vorliegender Erfindungvcrwendeten Trifluormethansulfonyl-Gruppe die dann entstehende 3'-SuI-fonyloxy-Gruppe nicht entfernt werden kann; dadurch ist auch die Desoxygenierung der 3'-StelIung durch Behandeln mit einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall, insbesondere metallischem Natrium, in flüssigem Ammoniak, nicht möglich, so daß nur die freie 3'-Hydroxylgruppe wiederhergestellt werden kann.

Im Anschluß an die vorgenannte Stufe der Desoxygenierung der 3'-Stellung und der gleichzeitigen Entfernung der N-Tosylgruppen wird die erhaltene 3'-Desoxykanamycin Α-Verbindung weiteren Stufen zum Entfernen der übrigen Schutzgruppen, d. h. der 2"-AcetyIgruppe, des 4',6'-Carbamatrings, der 4",6"-O-Cyclohexyliden-Gruppe und der S^'-O-Isopropyliden-Gruppe, nach an sich bekannten Methoden unterworfen. Das Entfernen der 2"-O-Acetylgruppe kann durch eine alkalische Hydrolyse erreicht werden. Die Absp^ltun^ des 4', 6'-Carbamatnngs und das Entfernen der Cyclohexyliden- und der Isopropyiiden-Gruppen kann durch saure Hydrolyse erreicht werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das 3'-Desoxykanamycin A in einer Gesamtausbeute von etwa 12% erhalten werden, bezogen auf die Kanamycin A-Ausgangsveroindung.

Umsetzung zu der gemäß Anspruch I, Verfahrensstufe a) eingesetzten Verbindung der Formel (I) in der DE-OS 30 04 178, insbesondere in Stufe (1) bis (4) von Beispiel !,beschrieben ist.

Die Erfindung wird anhand des Beispiels näher erläutert

Beispiel

(.) 2"-O-Acetyl-4'-O,6'-N-carbonyl-4",6"-O-cyclo-

hexyliden-S^-O-isopropyliden-^X-tri-N-tcsyl-

kanamycin A

100 mg 4'-O,6'-N-Carbonyl-4",6"-O-cyclohexyliden-5,2'-0-isopropyliden-133"-tri-N-tosyl-kanamycin A werden in 4,0 m'. Pyridin gelöst. Die erhaltene Lösung wird bei -17°C mit 0,018 ml Acetylchlorid vermischt. Man läßt das erhaltene Gemisch 80 Minuten hei - 17°C zur Durchführung der bevorzugten 2''-O-AcetyIierung stehen. Das Reaktionsgemisch wird dann mit 0,04 ml Wasser versetzt, dann auf geringeres Volumen eingeengt und schließlich mit einem großen Volumen 5prozentiger wäßriger Natriumbicarbonat-Lösung vermischt. Der gebildete Niederschlag wird abfiltriert und

mit Wasser gewaschen. Man erhält
genannten Verbindung als Feststoff.
Ausbeute: 99%.

103 mg der

[λ] : + 40° ft·= 0,4 in	C 53.96,	Aceton).	N 4,94,	S 8,47%;
Analyse für C₅iHb₆N₄*	C 53,68:	3mSj:	N 4.69.	S 8,19%.
Ber.	H 5,86,
gef.	H 5.8.3.

(2)2"-O-Acety!-4'-O.6'-N-carbonyl-4".6"-O-cyclo-

hexyliden-5,2'-O-isopropyliden-1.3.3"- tri-N-tosy I-

3'-0-trifluormethansulfonyl-kanamycin A

206 mg der Stufe (1) erhaltenen Verbindung werden in 2,0 ml Pyridin gelöst. Die erhaltene Lösung wird mit 0,079 ml Trifluormethansulfonsäurehydrid bei -I8°C vermischt und dann 20 Minuten bei -I8°C gerührt. Dann läßt man das Gemisch 20 Minuten bei +3°C und weitere 85 Minuten beim Raumtemperatur stehen, um die 3'-O-Trifluormethansulfonylierung durchzuführen. Das Reaktionsgemisch wird nach Zugabe einer Lösung von 50 mg Natriumcarbonat in 1,5 ml Wasser auf ein geringeres Volumen eingeengt. Die konzentrierte Lösung wird mit einem großen Volumen einer äprozentigen wäßrigen Natriumbicarbonatlösung vermischt. Der ausgefallene Niederschlag wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Man erhält 116 mg der in der Überschrift genannten Verbindung als Feststoff.

Ausbeute: 97%.

[.·*]:·": + 48° (c= 0,4 in Aceton).

Analyse fürC₅₂l·	H	N₄O₂	.S₄	4,42,	S	10,12.	F 4.50%;
Ber. C 49,28.	H	5.17.	N	4,12,	S	9,95,	F 4,13%.
gef. C 48.95.	5.38,	N

(3)3'-Desoxykanamycin A

62.5 mg der in Stufe (2) erhaltenen Verbindung werden bei —50° C in 5 mi flüssigem Ammoniak gelöst und dann mit 80 mg metallischem Natrium versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 70 Minuten bei —50⁰C gerührt, -to um die 3'-Trifluormethansulfonyloxy-Gruppe und gleichzeitig die Tosylgruppen zu entfernen. Zum Gemisch gibt man so viel Tetrahydrofuran mit einem Gehalt von 5% Wasser hinzu, bis die blaue Farbe des Gemisches verschwunden ist und das restliche metallische Natrium verbraucht ist. Das Reaktionsgemisch wird durch Abdampfen des flüssigen Ammoniaks auf ein geringeres Volumen eingeengt. Die eingeengte Lösung wird mit einem Volumenteil Wasser vermischt und anschließend eine Stunde auf 85°C erwärmt, währenddessen die 2"-O-Acetylgruppe entfernt und der 4'.6'-Carbamatring aufgespalten ist. Das wäßrige Reaktionsgemisch wird durch eine Säule mit einem Kationenaustauscherharz (z. B. »Dowex 50 W χ 2"® in der SOiH®-Form) zur Adsorption der gewünschten Verbindung laufengelassen. Nach dem Waschen mit Wasser wird die Säule mit In wäßrigem Ammoniak eluiert. Das Eluat wird zur Trockne eingedampft. Man erhält einen Feststoff mit einem Gehalt an 4".6"-O-Cy-

clohexyliden-S^'-O-isopropyliden-S'-desoxykanamyein A. Dieser Feststoff wird in 80prozentiger wäßriger Essigsäure gelöst. Die Lösung wird 2 Stunden auf 80"C erhitzt, um gleichzeitig die Cyclohexyliden-Gruppe und die Isopropyliden-Gruppe zu entfernen. Dann wird das Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck eingedampft. Man erhält 3'-Desoxykanamycin A als festes Rohprodukt.

Dieses Rohprodukt wird in 1 ml Wasser gelöst. Die wäßrige Lösung läßt man durch eine Säule mit einem Gelfiltralionsmittel (z. B. »CM-Sephadex C-25"® in der N H₄--Form) laufen. Anschließend wird die Säule mit Wasser j-ewaschen und dann unter Verwendung von 0,03 η allmählich ansteigend auf 0,15 η wäßrigem Ammoniak als Eluierungsmittel chromatograpniert. Diejenigen Fraktionen des Eluats, die nur die gewünschte Verbindung enthalten, werden vereinigt und zur Trockne eingedampft. Man erhält 11,5 g 3'-Desoxykanamyein A-Monocarbonat als farblosen Feststoff.

Ausbeute: 44%.

Diese Verbindung stimmt hinsichtlich ihrer physikochemischen Eigenschaften und ihrer antibakteriellen Wirksamkeit mit einer authentischen Probe 3'-Desoxykanamyein A überein.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von 3-Desoxykanamycin A, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) 4^6"-0-CyclohexyIiden-4'-0,6'-N-carbonyl-5,2'-0-isopropyIiden-l,3,3'Mri-N-tosyl-kanamycin A der Formel I, in der Ts die Tosylgruppe ist.

O = C

NHTs

NHTs