DE3116127C2 - Verfahren zur Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A - Google Patents

Abstract

3Δ-Desoxykanamycin A ist ein wertvolles antibakterielles Mittel. Es kann durch ein neues Verfahren hergestellt werden. Dabei wird ein 2Δ,2ΔΔ-di-O-acyliertes-3Δ-O-sulfonyliertes-tetra-N-geschütztes Derivat von Kanamycin A mit einer Base, z.B. einem Alkalimetallalkoholat in einem niederen Alkanol umgesetzt, wobei eine 2Δ,3Δ- und 3Δ,4Δ-Epoxidierung bei gleichzeitiger Entfernung der 2Δ- und 2ΔΔ-Acylgruppen eintritt. Werden die entstandenen N-geschützten 2Δ,3Δ-Anhydro-3Δ-epi- und 3Δ,4Δ-Anhydro-3Δ-epiderivate des Kanamycin A entweder mit Wasserstoff in Gegenwart eines bekannten Hydrierungskatalysators oder mit Natriumborhydrid reduziert, so erhält man das entsprechende N-geschützte 3Δ-desoxygenierte Derivat des Kanamycin A. Durch Entfernung der restlichen Aminoschutzgruppen erhält man schließlich 3Δ-Desoxykanamycin A.

Description

— C—R eine übliche Schutzgruppe

Il ο

W eine Mesyl-, Tosyl- oder Benzylsulfonylgruppe und X eine Alkanoyl- oder Aroylgmppe bedeuten.

A) mit einem Alkalimetallalkoholat in einem niederen Alkanol bei einer Temperatur von 15 bis 30" C umsetzt,

B) das gemäß Verfahrensstufe A) erhaltene Gemisch der tetra-N-geschuföten 2',3'-Anhydro-3'-epi- und y^'-Anhydro-S'-epi-Verbindungen entweder

Bi) in der Alkanollösung mit Wasserstoff in 45 A) Gegenwart eines Hydrierungskatalysators bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und SO* C oder B)

Bi) in Diäthylenglykoldimethyläther oder Dioxan mit Natriumborhydrid bei einer so Temperatur zwischen 40 und 100"C reduziert und C)

Q die N-Schutzgruppen in an sich bekannter Weise abspaltet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man 2'.2"-Di-O-benzoyl-3'-O-mesyltetra-N-äthoxycarbonylkanamycin A

mit Natrium- oder Kaliummethoxid oder -äihoxid in Methanol oder Äthanol 1 bis S

Stunden umsetzt

in Methanol oder Äthanol mit Wasserstoff unter einem Wasserstoff- Partialdruck von 038 bis 2,94 bar an einem Raney-Nickel-Katalysator reduziert und

die Äthoxycarbonylgruppen abspaltet

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Bakterien wirkt, die gegen Kanamycin A resistent sind. Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A aus einem 65 Insbesondere betrifft die Erfindung eine neue geschützten Kanamycin-A-Derivat.

3'-Desoxykanamycin A ist als wertvolles halbsynthetisches Antibiotikum bekannt, welches auch gegen Verfahrensweise, durch welche 3'-Desoxykanamycin A in wirksamer und einfacher Weise aus einem 2'.2"-di-O-acylierten-S'-O-sulfonierten-tetra-N-geschützten Deri-

vat von Kanamycin A der allgemeinen Formel I

β'
CH₂NHCOOR

NHCOOR

HO

OH

entsteht

3'-Desoxy kanamycin A. welches zuerst halbsynthetisch von H. Umezawa et al. (Japan. Offenlegungsschrift 33 109/76; US-PS 39 29 761) hergestellt worden ist weist eine bemerkenswert bessere antibakterielle Wirkung gegen eine Vielzahl von Kanamycin-A-resistenten Bakterien auf als das Kanamycin A selbst. 3'-Desoxykanamycin A ist daher als solches ein wertvolles therapeutisches Mittel und außerdem auch als Ausgangsmaterial für die Herstellung weiterer wertvoller halbsynthetischer antibakterieller Substanzenwichtig.

60

65

NHCOOR

HO

hergestellt werden kann. In der Formel I bedeuten R eine Alkylgruppe, z.B eine AJkyignippe mit 1—6 Kohlenstoffatomen, eine Aralkylgruppe, z.B. eine niedere Phenylalkylgruppe, insbesondere Benzyl, oder eine Arylgruppe z. B. Phenyl oder Methoxyphenyl, W eine Mesyl-, Tosyl- oder Benzylsulfonylgruppe und X eine Alkanoylgruppe, typischerweise eine solche mit 2—4 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Acetyl, oder eine Aroylgruppe, üblicherweise Benzoyl. Das Verfahren wird so durchgeführt, daß man das genannte Kanamycin-A-Derivat in Lösung in einem niederen AJkanol mit einem Alkalimetallalkoholat bei einer Temperatur von 15—30⁰C, wie im Anspruch 1

NH₂

HO

beschrieben und beansprucht, umsetzt wobei eine 2',3'-Epoxidiening sowie eine 3',4'-Epoxidierung bei gleichzeitiger Entfernung der 2'- und 2"-Acylgruppen (d. h, der Alkanoyl- oder Aroylgruppe) (X) eintritt Die epoxidierten Produkte, d. h. die gebildeten Anhydroderivate werden mit Wasserstoff in Gegenwart eines bekannten Hydrierungskatalysators oder mit Natriumborhydrid reduziert. Aus dem dabei gebildeten 3'-desoxygenierten Kanamycin-A-Derivat werden dann noch die gegebenenfalls noch vorhandenen restlichen Aminoschutzgruppen (—COOR) entfernt wodurch das gewünschte 3'-Desoxy kanamycin A der Formel

NH₂ Kanamycin A enthält eine Hydroxylgruppe in der 2'-Stellung zusätzlich zu den 3'- und 4'-Hydroxylgruppen im Molekül. In dieser Hinsicht unterscheidet sich Kanamycin A von Neamin, Kanamycin B und Ribostamycin, welche eine Aminogruppe in der 2'-Stellung enthalten, deren 3'-Desoxygenierung bereits beschrieben worden ist. Aus diesem Grund war es schwierig, die 2'- und 4'-Hydroxylgruppen unter den benachbarten 2'-, 3'- und 4'-Hydroxylgruppen des Kanamycin A durch Hydroxylschutzgruppen zu schützen, während die 3'-Hydroxylgruppe ungeschützt bleibt. Auch noch andere Gründe haben zu einer Verzögerung

in der Entwicklung eines Verfahrens zur 3'-Desoxygenierung von Kanamycin A geführt So lassen sich beim Kanamycin A die üblichen bekannten Methoden zur 3'-Desoxygenierung nicht mit hinreichendem Erfolg anwenden, mit denen sich beispielsweise eine selektive Entfernung der 3'-Hydroxylgruppe beim Neamin, Kanamycin B und Ribostamycin erreichen läßt Diese übliche Arbeitsweise besteht in der Sulfonylierung der 3'-Hydroxy!gruppe mit einem bekannten Sulfonylierungsmittel. Ersatz der entstandenen 3'-Sulfonyloxy- gruppe durch eine Halogengruppe oder eine Thiolaniongruppe und schließlich die reduktive Entfernung der letztgenannten Gruppen. Die genannten Schwierigkeiten sind hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß der Ersatz der 3'-Sulfonyloxygruppe durch eine Halogen- oder Thiolaniongruppe wegen sterischer Hinderung oder elektrostatischer Abwehr, die durch die Anwesenheit der Γ-Λ-GIukosiJbindung in dem Kanamycin-A-Molekül hervorgerufen wird, nicht möglich ist

Die Synthese des 3'-Desoxykanamycin A kann beispielsweise mit Hilfe des Verfahrens der US-PS 3929 761 oder der japanischen Offenlegungsschrift 33109/76 erreicht werden. Gemäß diesem Verfahren wird 6-Azido-2,4-di-O-benzyI-3,6-didesc:;y-a-D-ribohexopyranosylchlorid mit 6-0-(2-O-BenzyI-3-des-

oxy-S-äthoxycarbonylamino-^e-O-isopropyliden)-N,N'-diäthoxycarbonyI-2-desoxystreptamin kondensiert und das entstandene Kondensationsprodukt wird über mehrere Verfahrensstufen hinweg von den Aminoschutzgruppen und den Hydroxylschutzgruppen befreit so daß man schließlich 3'-Desoxykanamycin A erhält In neuerer Zeit ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, welches zwei alternative Arbeitsweisen umfaßt

Die erste besteht in einer Imidazolylthiocarbonylierung der 3'- und 2"-Hydroxylgruppe von 4",6"-O-Cyclo-

hexyliden^'-O-ö'-N-carbonyl-S^'-O-Isopropylidenl,3,3"-tri-N-tosylkanamycin A, der vorzugsweisen Entfernung der 3'-Imidazolylthiocarbonyloxygruppe mit Tributylzinnhydrid, um die 3'-Desoxygenierung zu erreichen, sowie der Entfernung der 2"-O-lmidazolylthiocarbonylgruppe mit wäßrigem Ammoniak, der Entfernung der N-Tosylgruppen mit einem Alkali- oder Erdalkalimetall in flüssigem Ammoniak, der hydrolytischen Spaltung des 4',6'-Cyclocarbamatringes und der gleichzeitigen Entfernung der 5,2'-O-lsopropylidengruppe und der 4",6"-O-Cyclohexylidengruppe. Die zweite Alternative umfaßt die selektive Acetylierung der 2"-Hydroxylgruppe des geschützten Kanamycin A-Derivates mit Acetylchlorid in Pyridin, Trifluormethansulfonylierung der 3'-HydroxyIgruppe, anschließende gleichzeitige Entfernung der S'-Trifluormethansulfonyloxygruppe und der N-Tosylgruppen mit einem Alkalimetall in flüssigem Ammoniak, Entfernung der 2"-O-Acetylgruppe unter gleichzeitiger hydrolytischer Spaltung des 4',6'-CycIocarbamates und der hydrolytischen Entfernung der 5,2'-O-Isopropyliden- und 4",6"-O-Cyclohexylidengruppen.

Die Methode gemäß US-PS 39 29 761 hat jedoch den Nachteil, daß das Kondensationsprodukt aus den beiden Ausgangsverbindungen nur in sehr schlechter Ausbeute erhaften wird. Die weitere Methode gemäß »Japan. Journal of Antibiotics«. Bd. 32. ^tfsatzband S. 129 bis 135 (Dezember 1979), erfordert die Vei Wendung kostspieliger Reagenzien sowie die Anwendung gefährlicher Operationsmethoden. Alle bisher erwähnter Methoden bedürften weiterer Modifikationen, um sie für kommerzielle Zwecke anwendbar zu machen.

Aufgabe der Erfindung war es infolgedessen, ein neues und wirksameres Verfahren zur Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A zu entwickeln, welches sich leicht kostengünstig und sicher durchführen läßt und das gewünschte Endprodukt in guter Ausbeute liefert

Gegenstand der Erfindung ist infolgedessen das in den Patentansprüchen 1 und 2 beanspruchte und gekennzeichnete Verfahren.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein 2',2"-Di-O-acyl-3'-O-suIfonyl-tetra-N-geschütztes Derivat von Kanamycin A der Formel I

CH₂NHCOOR

K. ow λ ο

HQNI /

OX

NHCOOR

NHCOOR

HOH₂C

HO

in welcher R, W und X die angegebenen Bedeutungen haben, mit einem Alkalimetallalkoholat in einem niederen Alkanol behandelt. Die 2',3'- und die 3\4'-Epoxidierung erfolgt gleichzeitig mit der Entfernung der T- und 2"-Acylgruppen. Wird die entstandene Reaktionslösung, die die epoxidierten Derivate enthält (welche im vorliegenden Zusammenhang auch als Anhydroderivate bezeichnet werden), der Reduktion mit Wasserstoff in Gegenwart eines bekannter. Hydrierungskatalysators wie Raney-Nickel oder einem Metall der Platingruppe oder der Reduktion mit Natriumborhydrid unterworfen, so entsteht vorzugsweise das 3'-desoxygenierte Derivat des Kanamycin A aus den Anhydroderivaten, während das 2'-Desoxy-3'-epi-dcrivat unu das 4'-Desoxy-3'-epi-derivat von Kanamycin A, von denen angenommen wurde, daß sie als

3t 16

Nebenprodukt gebildet würden, entgegen dieser Annahme nicht entstehen. Es ist erfindungsgemäß gelungen, einen neuen Weg zur Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A aus einem geschützten Kanamycin-A-Derivat zu entwickeln, welches in einfacher Weise über verhältnismäßig wenige Verfahrensstufen durchführbar

In ihrer ersten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 3'-Desoxykanamycin A, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein geschütztes Kanamycin-A-Derivat der Forme! I

CH₂NHCOOR
O

NHCOOR

NHCOOR

HO

HO

OX

in welcher R, W und X die angegebenen Bedeutungen haben, mit einem Alkalimetallalkoholat in einem niederen Alkanol umgesetzt wird, so daß die 2'J'- und die 3',4'- Epoxidierung gleichzeitig mit der Entfernung jo der 2'- und 2"-Acylgnippen abläuft. Die gebildeten Anhydroderivate werden in der Lösung in dem benutzten Alkanol mit Wasserstoff in Gegenwart eines bekannten Hydrierungskatalysators oder mit Natriumborhydrid reduziert so daß man das entsprechende N-geschützte, 3'-desoxygenierte Derivat des Kanamycin A erhält Aus letzterem werden die restlichen Aminoschutzgruppen (-COOR)₁ falls vorhanden, in an sich bekannter Weise entfernt Auf diese Weise erhält man das gewünschte 3'-Desoxy kanamycin A.

Das geschützte Kanamycin-A-Derivat der Formel I, welches als Ausgangsmaterial für dzs erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, kann aus einem geschützten Kanamycin-A-Derivat der Formel II

CH₂NHCOOR

NHCOOR

HO

NHCOOR (Π)

OX

hergestellt werden. In der Formel Π haben R und X die bereits angegebene Bedeutung, und Y stellt eine Alkyliden- oder Arylidengruppe der Formel

dar, wobei P und P' Wasserstoffatome, Alkyl- oder Arylgruppen sind. Y kann auch eine Cycloalkyliden- oder Tetrahydropyranylidengruppe sein. In der Verbindung der Formel II ist die Aminoschutzgnippe —COOR eine übliche Aminoschutzgnippe vom urethanbildenden Typ wie Alkoxycarbonyl, Aryloxycarbonyl oder Aralkyl-

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oxycarbonyl, von denen bekannt ist, daß sie für Kanamycine brauchbare Aminoschulzgruppen sind. Das geschützte Kanamycin-A-Derivat der Formel Il entsteht bei dem Verfahren zur Herstellung des 3',4'-Anhydro-4'-epi-derivates von Kanamycin A (vgl. deutsche Palentanmeldung P 31 06 463.9 derselben Anmelderin). Diese Verbindung ist ein wertvolles Zwischenprodukt

zur Herstellung von 3',4'-Didesoxykanamycin A oder 4'-Desoxykanamycin A. Zur Herstellung des geschützten Kanamycin-A-Derivates Il wird Kanamycin A zunächst behandelt, um die vier Aminogruppen desselben mit Schutzgruppen vom Urethantyp in an sich bekannter Weise zu schützen. Man erhält auf diese Weise ein tetra-N-geschütztes Derivat von Kanamycin A der Formel 111

CHjNHCOOR

NHCOOR

NHCOOR

HO

OH

in welcher R die angegebene Bedeutung hat In der Verbindung der Formel III werden dann selektiv die 4"-ifid 6"-Hydroxylgruppen geschützt, indem man mit einem Alkylidenylierungsmittel, Aralkylidenylierungsmittel, Cycloalkylidenylierungsmittel oder Tetrahydro- pyranylidenylierungsmittel in an sich bekannter Weise umsetzt. Die Umsetzung wird vorzugsweise durchgeführt, daß mart die Verbindung der Formel III mit dem zum Schutz der Hydroxylgruppen eingesetzten Mittel in einem Lösungsmittel wie Dimethylformamid in Gegenwart einer katalytischen Menge von p-Toluolsulfonsäure bei Raumtemperatur, im allgemeinen 15 bis 25° C, 15 bis 20 Stunden reagieren läßt Soll zum Schutz der Hydroxylgruppen eine Alkylidenylierung oder 'eine Aralkylidenylierung vorgenommen werden, so sind geeignete Mittel hierfür Acetaldehyd, 2,2-Dimethoxypropan, Anisaldehyd, Benzaldehyd und Diäthylacetal. Ein bekanntes geeignetes Cycloalkylidenylierungsmittel ist 1,1-Dimethoxycyclohexan; ein bekanntes Tetrahydropyranylidenylierungsmittel ist 1,1-Dimethoxytetrahydropyranyliden. Die Verfahrensschritte zum Schutz der Aminogruppen und der Hydroxylgruppen können in < der Weise durchgeführt werden, wie in der japanischen Patent-KOKAI 71 445/77 bzw. in der GB-PS 15 37 905 beschrieben ist Auf diese Weise wird ein 4",6"-O-geschütztes Derivat der Formel IV

CH₂NHCOOR

NHCOOR

NHCOOR

HO

(IV)

OH

gebildet; in der Formel IV haben R und Y die bereits angegebene Bedeutung. In der Verbindung der Formel IV werden dann selektiv die 2'-, 3'- und 2"-HydroxyIgruppen mit Hydroxylschutzgruppen vom Acyltyp geschützt Diese Verfahrensstufe wird im allgemeinen so durchgeführt,

daß man die Verbindung der Formel IV mit einem Acylierungsmittel wie Acylchlorid in Pyridin bei niedriger Temperatur, insbesondere unter 5°C, umsetzt. Als Acylierungsmittel kann dazu das Säurechlorid einer geeigneten Carbonsäure, z. B. einer Alkancarbonsäure mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Acetylchlorid oder

Benzoylchiorid verwendet werden. Vorzugsweise verwendet man Benzoylchiorid für die genannte Acylierung. Da die 4'-Hydroxylgruppe in dieser Verfahrensstufe nicht acylierl wird, entsteht das 2',3',2"-Tri-O-acylderivat der bereits angegebenen Formel II

CHNHCOOR

NHCOOR NHCOOR

HO

in welcher R und Y die bereits angegebene Bedeutung haben und X eine Acylgruppe, beispielsweise eine niedere Alkanoylgruppe wie Acetyl oder eine Aroylgruppe wie Benzoyl darstellt

Anschließend wird das geschützte Kanamycin-A-Derivat der Formel II weiterbehandelt, um einen Schutz der 4'-HydroxyIgruppe durch eine bekannte Schutzgruppe vom Pyranyltyp zu erreichen. Die zu diesem Zweck erforderliche 4'-O-Pyranylierungsreaktion kann so durchgeführt werden, daß man die Verbindung der Formel II mit 3',4'-Dihydro-2H-pyran oder 5,6-Dihydro-4-methoxy-2H-pyran in einem Lösungsmittel wie Dimethylformamid in Gegenwart einer katalytischen Menge von p-Toluolsulfonsäure bei Raumtemperatur, im allgemeinen 15 bis 25° C, umsetzt. Auf diese Weise erhält man das 4'-O-pyranylierte Derivat der Formel V

CH2NHCOOR	NHCOOR	/
J-Ov	Z7-X NHCOOR / \ I
4(\ OX /λ 0 ZO \| / OX	-JixOH/
OH1C	0
\ K NHCOOR A/

(V)

OX

in welcher R, X und Y die bereits angegebene Bedeutung haben und Z eine Pyranylgruppe darstellt

Die nächste Verfahrensstufe umfaßt die Entfernung der 2'-, 3'- und 2"-Acylgruppen (X) aus dem 4'-0-pyranylierten Derivat V. Die Abspaltung der Hydroxylschutzgruppen kann so durchgeführt werden, daß man das 4'-O-geschützte Derivat der Forreel V in einem niederen Alkanol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie Methanol, Äthanol löst und die Lösung mit einem Alkalimetall in Form von Natrium- oder Kaliumalkoholat oder einem niederen Natrium- oder Kalhimalkoxid wie -methoxid oder -äthanol bei einer Temperatur zwischen 15 und 25°C behandelt Die Verwendung von Natriummethoxid und Natriumäthoxid ist besonders

13 14

vorteilhaft. Auf diese Weise erhält man das teilweise von den Schutzgruppen befreite Derivat der Formel VI

CH₂NHCOOR
ι
-O

NHCOOP NHCOOR

(VI)

in welcher R, Y und Z die bereits angegebene Bedeutung haben. .

Anschließend werden in der Verbindung der Formel VI die 2'- und 2"-Hydroxylgruppen erneut durch Schutzgruppen vom Acyltyp X geschützt. Diese Verfahrensstufe kann so durchgeführt werden, daß man die Verbindung der Formel VI mit einem Acylierungsmittel wie Acylchlorid, insbesondere einem Alkanoylchlorid mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, in Pyridin bei einer unter Raumtemperatur, üblicherweise unter 10⁰C liegenden Temperatur behandelt. Als Acylierungsmittel, können wiederum Säurechloride geeigneter Carbonsäuren, insbesondere von Alkancarbonsäuren mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Acetylchlorid und Benzoylchlorid eingesetzt werden; es kann sich um dasselbe Säurechlorid handeln, das auch zur Herstellung der Verbindung II eingesetzt wurde. Vorzugsweise verwendet man Benzoylchlorid. Das Acylierungsmittel wird am besten in einer Menge von 2,3 bis 2,5 Mol pro Mol der Verbindung VI eingesetzt Auf diese Weise wird das 3'-O-geschützte 2',2"-Di-O-acyI-derivat der Formel VII gebildet

CH₂NHCOOR

NHCOOR NHCOOR

(VTI)

OX

In der Formel VII haben R, Y und Z die bereits angegebene Bedeutung, und X stellt eine Acylgruppe, beispielsweise eine niedere Alkanoylgruppe wie Acetyl •der eine Aroylgruppe wie Benzoyl dar, die von dem benutzten Acylierungsmittel stammt

In der nächsten Verfahrensstufe erfolgt die Sulfonyierung der 3'-HydroxyIgruppe der Verbindung der Formel VII. Die 3'-O-Sulfonylierung kann so durchgeführt werden, daß man die Verbindung der Formel VII mit Mesylchlorid, Tosylchlorid oder Benzylsulfonylchlorid in Pyridin umsetzt Die Reaktionstemperatur kann zwischen 50 und 80⁰C liegen. Mesylchlorid wird als 3'-O-SulfonyIierungsmittel bevorzugt Auf diese Weise entsteht das 3'-0-suifonylierte Derivat der Formel VIII

NHCOOR

NHCOOR

(VID)

OX

in welcher R, X und Z die bereits angegebene Bedeutung haben und W eine Mesyk Tosyl- oder Benzylsulfonylgruppe bedeuteL

Die Verbindung der Formel VIII wird dann mit ein .τ Säure behandelt, um gleichzeitig die 4'-Hydroxylschutzgruppe und die zweiwertige 4",6"-O-HydroxyIschutzgnippe Y durch saure Hydrolyse zu entfernen. Diese Entfernung der 4'-Hydroxy- und 4",6"-O-Hydroxylschutzgruppen kann in an sich bekannter Weise durchgeführt werden, indem man die Verbindung der Formel VIII mit einer organischen Säure wie Essigsäure oder Trifluoressigsäure oder mit einer anorganischen Säure wie Chlorwasserstoffsäure in einem niederen Alkanol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie Methanol oder Äthanol bei 20 bis 50° C behandelt Auf diese Weise erhält man das 2'-2"-di-O-acyl-O-sulfonyl-tetra-N-geschützte Derivat von Kanamycin A der Formel I

CHjNHCOOR

NHCOOR NHCOOR

HO

HO

OX

in welcher R. X und W die angegebenen Bedeutungen haben. Diese Verbindung wird als Ausgangsverbindung for das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet

Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird die Ausgangsverbindung der Formel I in der ersten Stufe des Verfahrens mit einem Alkalimctallalkoholat in einem niederen Alkanol behandelt; auf diese Weise wird eine Umwandlung in die Anhydroderivate der Verbindung unter gleichzeitiger Abspaltung der 2'- und 2"-Äcy!gruppen X erreicht. .

Von Zuckern mit glucoscähnlicher Konfiguration ist bekannt, daß bei der Umsetzung eines 3-0-sulfonylierten und 2,4-di-O-ungeschützten Derivates eines solchen Zuckers mit einem Alkalimetallalkoholat als Base eine Epoxidierung erfolgt, bei welcher gleichzeitig das 23-Anhydro 3 epi-derivat und das 3.4-Anhydro-3-epi-

derivat des Zuckers entstehen (F. H. Newth, Quart Rev. 13.30 [1959]). Die Verbindung der Formel I. die in dem erfindungsgemäBen Verfahren verwendet wird, entspricht dem Zucker, der die J OSulfonylgmppe. die ungeschützte 4-Hydroxylgruppe und die durch eine Schutzgruppe vom Acyltyp geschützte 2'· Hydroxylgruppe tnthalt; dabei ist es wahrscheinlich, daß die Hydroxylschutzgruppe vom Acyltyp unter den alkalischen Bedingungen der Epoxidierung abgespalten wird. Es wird daher angenommen, daß in der ersten Stuf* des erfindungsgemäBen Verfahrens die Epoxidierung der Verbindung I zur gleichzeitigen Bildung des 2'J'-Anhydro-3'-epi-derivates und des 3',4'-Anhydro-3'-epi-derivates führt. Es ist nicht günstig, die Anhydroderivate aus der Reaktionslösung der Epoxidierungsstufe abzutrennen. Dies ist wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß die gebildeten Anhydroderivate unter den

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vorherrschenden Reaktiansbedmgungen verhältnismäßig instabil und nur schwer kristaJlisierbar sind .

Die Epoxidieningsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so durchgeführt, daß man die Verbindung der Formel I in einem niederen Alkenol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie Methanol oder Äthanol löst und die Lösung mit einem Alkalimetallalkoholat, insbesondere Natrium- oder Kalramalkoholat behandelt Weiterhin sind für diesen Zweck geeignet niedere Alkalimetall-

alkoxide wie Natrium- und Kalmmmethoxid oder -äthoxid. Vorzugsweise verwendet man Natriummethoxid oder Natriumäthoxid. Die Epoxidierung kann in 1 bis 5 Stunden bei Raumtemperatur, gewöhnlich 15 bis 3O⁰C, durchgeführt werden. Die hydrolytische Entfernung der T- und 2"-Acylgruppen erfolgt gleichzeitig mit der Epoxidierung. Auf diese Weise entstehen in der Reaktionslösung das 2'3'-Anhydro-3'-epi-derivat der Formel IX

-NHCOOR

NHCOOR NHCOOR

HO

OX)

HO

OH

in welcher R die angegebene Bedeutung hat und das 3',4'-Anhydro-3'-epi-derivat der Formel X

r—NHCOOR

NHCOOR NHCOOR

(X)

in welcher R die angegebene Bedeutung hat.

In der zweiten Stufe des erfindungsgemiBen Verfahrens wird die Reaktionslösung, die die gebildeten 2'J- und 3',4'-Anhydroderivate der Formeln IX und X enthält, mit Wasserstoff in Gegenwart eines bekannten Hydrierungskatalysators wie Raney-Nickel oder einem Metall der Platingruppe wie Platin oder Palladium reduziert, wobei das entsprechende N-geschützte, 3'-d*soxygenierte Derivat des Kanamycin A gebildet wird Die Hydrierung kann bei einem Wasserstoffdruek von 0,96 bis 2,94 bar bei Raumtemperatur oder auch bei erhöhter Temperatur bis zu 50°C durchgeführt werden. Andererseits ist es auch möglich, die Reduktion mil Natriumborhydrid in Lösung in Diäthylenglykoldimethyläther oder Dioxan bei 40 bis 10O⁰C durchzuführen. Bei der Behandlung entsteht das N-geschUtzte 3'-des-

Qxygenierte Kanamycin-A-Derivat der Formel Xl

CHjNHCOOR NHCOOR

NHCOOR

.V λ ο K OH ,

HO

HO

(XD

OH

in welcher R die bereits angegebene Bedeutung hat Gleichzeitig mit der Hydrierung kommt es in einigen Fällen zur Entfernung der Aminoschutzgruppe i> (—COOR), was von der Natur dieser Gruppe abhängt Schließlich wird das 3'-desoxygenierte Kanamycin-A-

HO

NH,

HO

Derivat der Formel XI in an sich bekannter Weise behandelt, um die noch vorhandenen Aminoschutzgruppen zu entfernen. Auf diese Weise erhält man als Endprodukt 3'-Desoxykanamycin A der Formel

NH,

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung, in welchem ale alle Schritte zur "<" Herstellung von 3'· Desoxy kanamycin A ausgehend von Kanamycin A angegeben sind.

Beispiel (1) Tetra-N äthoxycarbonylkanamycin A

Zu einer Lösung von 40 g Kanamycin-A-Monosulfat in einer Mischung aus 400 ml Wasser und 200 ml Methanol wurden 30 g Natriumhydroxid gegeben. Die entstandene Lösung wurde mit 690 ml Äthylchlorofor- «ο miat vermischt; letzteres diente als Reagenz zur Einführung der Äthoxycarbonylgnippe. Die Mischung wurde 24 Stunden unter Eiskühlung gerührt. Danach wurde der ausgefallene Niederschlag abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Ausbeute 45,7 g der >■'' Titelverbindung (86%), die gegebenenfalls noch über eine Kohlekolonne chromatographisch gereinigt werden kann.

(2) 2'J'i"-Tri-O-benzoyl-4",6"-O-cyclo-hexylidentetra-N-äthoxycarbonylkanamycin A

1,8 g der gemäß Verfahrensstufe (1) erhaltenen Verbindung wurden in 36 ml Dimethylformamid gelöst Zu der Lösung wurden 130 mg p-Toluolsulfonsäure-Monohydrat und 4,2 ml 1,1-Dimethoxycyclohexan gegeben; anschließend wurde die entstandene Mischung auf ein kleineres Volumen eingeengt Das Konzentrat wurde in 30 ml Pyridin gelöst Diese Lösung wurde auf 0 bis 5° C abgekühlt und mit 0,85 ml Benzoylchlorid versetzt; die Acylierung wurde in drei Stunden bei 0 bis 5° C durchgeführt Nach Beendigung der Umsetzung, was durch Dünnschichtehfomatogfaphie an Silikagel festgestellt wurde, wurde das Reaktionsgemisch mit 0,5 ml Wasser versetzt, um überschüssiges Benzoylchlorid zu zersetzen. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch unter vermindertem Druck eingeengt, und der Rückstand wurde in 100 ml Wasser gegossen. Dabei bildete sich ein Niederschlag, welcher abfiltriert, gut mit

1 η-wäßrigem Nptriumbicarbonht und Wasser gewaschen und getrocknet wurde. Man erhielt auf diese Weise 2M g eines Rohproduktes. Ausbeute 95%. _?

Dieses Rohprodukt wurde durch Chromatographieren ober Silikage! gereinigt Die danach vorliegende Titelverbindung wies folgende physikalische Eigenschaften auf: Xn]I'+109,4" (c 1.0; Chloroform); F 185-195-C

Gewichtsanalyse für C₅ZHr₂ Berechnet: C 58,74, H 6,24, gefunden: C 57 87, H 6,27,

N 4.81%; N 4,62%.

(3) 2'3',2"-Tri-O-benzoyl-4".6"-O-cyclo-

hexyüden^'-Otetrahydropyranyl-tetra-

N-äthoxycarbonylkanamycin A

IO

15

Die in Verfahrensstufe (2) erhaltene Verbindung, d. h. 2',2',2"-Tri-O-benzoyl-4".6"-O-cycIohexyliden-tetra-N-äthoxycarbonylkaiiamycin A (1,85 g), wurde in 15 ml Dimethylformamid gelöst. Zu der Lösung wurden 3,4-Dihydro-2H-pyran (1,7 ml) und p-ToluolsuIfonsäure-Monohydrat (60 mg) gegeben, und die entstandene Mischung wurde bei Raumtemperatur 18 Stunden gerührt, um die Pyranylierung der 4'-Hydroxylgruppe zu erreichen. Danach wurde das Reaktionsgemisch mit Triäthylamin neutraüsiert unter vermindertem Druck auf ein kleineres Volumen eingeengt und schließlich in 40 ml Wasser gegossen. Der sich bildende Niederschlag wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet Man erhielt auf diese Weise 13 g der Titelverbindung. Ausbeute: 95%.

(5) 2·?'■ Di-O-benzoyl-4",6"-O-cyclo-

hexyliden^'-O-tetrahydropyranyl-

tetra-N-äthoxycarbonylkanamycin A

4,0 g der gemäß Verfahrensstufe (4) · erhaltenen Verbindung wurden in 60 ml Pyridin gelöst Die Lösung wurde auf 5 bis 10" C abgekühlt und dann mit 1,74 ml Benzoylchlorid versetzt; die Acylierung der 2'- und 2"-Hydroxylgruppen erfolgt im Verlauf von drei Stunden bei 5 bis 10⁰C. Die Beendigung der Umsetzung wurde durch Dünnschichtchromatographie an Silikagel bestimmt Das Reaktionsgemisch wurde dann mit 1 ml Wasser versetzt um das überschüssige Benzoylchlorid zu zersetzen. Das Reaktionsgemisch wurde auf ein kleineres Volumen eingeengt mit 200 ml Äthylacetat versetzt und mit 1 η-wäßriger Bicarbonatlösung und mit Wasser gewaschen und schließlich über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet Das Reaktionsgemisch wurde unier vermindertem Druck destilliert um das Äthylacetat zu entfernen. Danach lagen 4,75 g eines Rohproduktes vor. Dieses Rohprodukt wurde durch Chromatographieren über Silikagel gereinigt ^ in erhielt so 3,3 g der Titelverbindung. Ausbeute: 68%.

NM R (in CDCl₃):

ό 0.65 - 235 (30H) Cyclohexyliden 1OH Tetrahydropyranyl 6H -0-CH₂CHi · 4 12H DSAC-2-2H (J73-8,2(10H)Benzoyl

Gewichtsanalyse für CsSHZbN₄O₂₂:

Berechnet: C 57.67, H 6.70, N 4.89%; gefunden: C 56.79. H 6,70. N 432%.

Kernmagnetisches Resonanzspektrum (NMR) (in CDCI₃):

<5 7.3-8,2(m.l5H)Benzoyl δ 0,63 - 233 (m. 30H) Cyclohexyliden 1OH Tetrahydropyranyl 6H -OCH₂CH, 4 12H DSA C-2-2H

Gewichtsanalyse für C₆JH₈₀N₄O₂J:

Berechet: C 59.59. H 6.47. N 4,48%; gefunden: C 59.49. H 6.65. N 334%.

J5

(4) 4",6"-O-Cyclohexyliden-4'-O-tetrahydropyranyltetra-N-äthoxycarbonylkanamycin A

1,35g der gemäß Verfahrensstufe (3) erhaltenen Verbindung wurden in 30 ml Methanol gelöst Zu der Lösung wurden 0,4 g Nainummethylat gegeben, und die Mischung wurde bei Raumtemperatur eine Stunde gerührt, damit die Entfernung der 2'- 3'- und 2 "Benzoylgruppen eintreten konnte. Das Reaktionsgemisch wurde mit konzentrierter Chlorwasserstoffsäure unter Eiskühlung neutralisiert und auf ein kleineres Volumen eingeengt. Das entstandene Konzentrat wurde in 100 ml Chloroform gelöst. Die Lösung wurde zweimal mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck destilliert, um das Chloroform zu entfernen. Das zurückbleibende Konzentrat wurde durch Chromatographieren über Silikagel gereinigt. Man erhielt so die Titelverbindung in einer Menge von 0,54 g. Ausbeute 54%.

(6) 2'.2"-Di-0-Benzo/l-4".6"-0-cyclohexyliden-

4'-O-tetrahydropyranyi-3'-O-mesyl-tetra-

N-äthoxycarbonylkanamycin A

032 g der gemäß Verfahrensstufe (5) eihaltenen Verbindung wurden in 15 ml Pyridin gelöst Zu der Lösung wurden 025 ml Mesylchlorid gegeben; die Acylierung der 3'-Hydroxylgruppe erfolgte bei 6O⁰C im Verlauf einer Stunde. Anschließend wurden 02 ml Wasser zu dem Reaktionsgemisch gegeben, um überschüssiges Mesylchlorid zu zersetzen. Das Reaktionsgemisch wurde dann auf ein kleineres Volumen eingeengt und das Konzentrat wurde in 20 ml Wasser gegossen. Der gebildete Niederschlag wurde abfiltriert mit Wasser gewaschen und getrocknet Man erhielt auf diese Weise 0,92 g der Titelverbindung. Ausbeute: 94%. Das gewonnene Produkt wurde durch Chromatographieren über Silikagel gereinigt Danach wies die Titelverbindung folgende physikalische Eigenschaften auf

NMR (in CDCl^: 6 2.83 (Singlett) δ 3,10 (Singlett)

3H-SO₂CH,

Gewichtsanalyse I	rur	C41H68	N4(	32n:	N	5.98%;
Berechnet:		52,54,	H	7,33,	N	5,52%.
gefunden:	C	51.61,	H	7,18,

Gewichtsanalyse für C₅₆H₇₈N₄O₂₄S: Berechnet:

C 54.94, H 6.44, N 4,58 S 2,62%;

gefunden:

C 53,98, H 6.23, N 4,52, S 3,34%.

(7) 2',2"-Di-O-benzoyl-3'-O-mesyl-tetra-N-äthoxycarbonylkanamycin A

500 mg der gemäß Verfahrensstufe (6) gewonnenen Verbindung wurden in 10 ml Methanol gelöst. Zu der Lösung wurden O₁I ml Trifluoressigsäure gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde zwei Stunden auf 50°C gehalten, damit die gleichzeitige Entfernung der 4'-Hydroxylschutzgruppe und der zweiwertigen 4",6"-Hydroxylschutzgruppe eintreten konnte. Das Reaktionsgemisch wurde auf ein kleineres Volumen eingeengt, und das gewonnene Konzentrat wurde durch Chromatographieren über Silikagel gereinigt. Man erhielt so 273 mg der Titelverbindung. Ausbeute 63%. [λ]'; +106.7° (c 0,8; Methanol): F 180-189⁰C (unter Zersetzung).

2>

Gewichtsanalyse I Berechnet:

C 51,00, H 5.91, N 5,29, S 3,02%; gefunden: C 50,57. H 5,87, N 5,12, S 3,43%.

8) Epoxidierung von 2',2"Di-O-benzoyl-3'-O-mesyltetra-N-äthoxycarbonylkanamycin A und Herstellung von Tetra-N-äthoxycarbonylO'-desoxykanamycin A

Dieser und der folgende Verfahrensschritt laufen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ab.

(a) 500 ml der gemäß Verfahrensstufe (7) gewonnenen Verbindung wurden in 15 ml Methanol gelöst Zu Jn der Lösung wurden 0,2 g Natriummethoxid gegeben, und die Mischung wurde bei Raumtemperatur drei Stunden gerührt, damit die Epoxidierung ablaufen, d. h. die Bildung des 2'3'-Anhydro-3'-epi-derivates und des 3',4'-Anhydro-3'-epi-derivates eintreten konnte. Das die J5 genannten Anhydroderivate enthaltende Reaktionsgemisch wurde dann katalytisch reduziert, und zwar unter einem Partial wasserstoffdruck von 136 bar in Gegenwart von Raney-Nickel (1 ml). Anschließend wurde der Raney-Nickel-Katalysator abfiltriert, und das Filtrat wurde nach Einengen auf ein kleines Volumen in Wasser gegossen. Der entstandene Niederschlag wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhielt so als Rohprodukt Tetra-N-äthoxycarbonyl-3'-desoxykanamycin A. Dieses wurde zur Reinigung erneut in Wasser gegossen. Der gebildete Niederschlag wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Danach lagen 232 ml der Titelverbindung vor. Ausbeute 65%. [α]» +92,1° (c 03; Dimethylformamid); F. 260 - 280° C (unter Zersetzung).

50

Gewichtsanalyse für C₁₀HSiN₄OiS:

Berechnet: C 47,60, H 6,94, N 7,40%; gefunden: C 47,27, H 6,99, N 7,04%.

(b) In der vorstehend beschriebenen Verfahrensstufe (8) (a) wurde die Reduktion der 2',3'- und 3',4'-Anhydroderivate durch katalytische Hydrierung mit Wasserstoff über Raney-Nickel erreicht. Die Reduktion kann aber auch mit Natriumborhydrid vorgenommen werden. In diesem Fall werden 500 mg der Verbindung gemäß Verfahrensstufe (7) in 15 ml Methanol gelöst und die gewonnene Lösung mit 0,2 g Natriummethoxid versetzt. Die Mischung wird dann drei Stunden bei Raumtemperatur gerührt, damit die Epoxidierung, d. h. die Bildung des 2',3'-Anhydro-3'-epi-derivates und des 3',4'-Anhydro-3'-epi-derivates erfolgen kann. Anschließend wurde die Reaktionsmischung mit 2m Chlorwasserstoffsäure neutralisiert. Die entstandene Lösung wurde zu einem Sirup eingeengt, der mit 10 ml Diglym und 220 mg Natriumborhydrid vermischt wurde. Die erhaltene Mischung wurde acht Stunden bei 65°C gerührt. Nach dem Neutralisieren mit 2m Chlorwasserstoffsäure wurde die Reaktionslösung zu einem Sirup eingeengt, zu dem etwas Wasser gegeben wurde. Der sich bildende Niederschlag wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Auf diese Weise erhielt man Tetra-N-äthoxycarbonyl-S'-desoxykanamycin A als Rohprodukt. Dieses Produkt wurde dann in derselben Weise weiterbehandelt, wie bei Verfahrensstufe (8) (a) angegeben. Man erhielt so 94 mg der Titelverbindung. Ausbeute 40%.[λ]" +92.1° (c0,9; Dimethylformamid); F. 260 -280° C (unter Zersetzung). ·

(9) 3'-Desoxykanamycin A

200 mg der gemäß Verfahrensstufe (8) erhaltenen Verbindung wurden in 5 ml Wasser suspendiert. Die Suspension wurde mit 400 mg Bariumhydroxid-Octahydrat versetzt, und die entstandene Mischung wurde drei Stunden zum Rückfluß erhitzt, um die Entfernung der vier Aminoschutzgruppen zu erreichen. Nach erfolgter Abspaltung wurde das Reaktionsgemisch unter Durchleiten von Kohlendioxidgas neutralisiert Das entstandene unlösliche Material wurde abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Die Mutterlauge und die Waschwässer wurden über eine Kolonne geleitet welche eine einem Volumen von 5 ml entsprechende Menge eines lonenaustauscherharzes (Amberlite® CG-50 (NH₄®) enthielt Die aktive Substanz wurde an dem Ionenaustauscherharz adsorbiert. Die chromatographische Reinigung wurde mit 03 η-wäßrigem Ammoniak als Laufmittel durchgeführt Man erhielt so 89 mg der Titelverbindung. [oi]² _D° +146° (c 1,0; Wasser). Ausbeute 71%.

Gewichtsanalyse für Ci₈H₃₆N₄Oi₀ · 1/2 H₂CO₃,2 H₂O-Berechnet: C 41,48. H 7,73, N 10,46%; gefunden: C 41,68, H 735. N 10,59%.

55

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   X. Verfahren zur HersteHTOgvonS'-DesojiykenamycinA.dadurcligekennzeicbaet, daß man e4n2',2"-Dt-O-acyW-O-svdfonyl-tetra-N-geschütsrtes Kanamycin A der allgemeinen Formel I

   CH₂NHCOOR
   ι NHCOOR / λ°\ / \ NHCOOR
   / \ I K ow A ο—
   HoNj / γ Ν
   Ν. OH / OX HOH₂C /
   0 N NHCOOR λ/

   HO

   OX

   in welcher