DK148097B - Fremgangsmaade til fremstilling af 3-brommethyl-3-cephem-forbindelser - Google Patents

Description

148097 i

Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af 3-brommethyl-3-cephem-forbindelser med den i kravets indledning anførte almene formel I, og fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i kravets kendetegnende del anførte. De omhandlede 3-brom-methyl-3-cephem-forbindelser er nyttige som mellemprodukter ved fremstilling af kendte cephalosporin-antibiotika.

3-halogenmethylcephem-forbindelser er kendte forbindelser indenfor cephalosporin-videnskaben, hvor de har vist sig at være nyttige mellemprodukter ved fremstilling af mange beslægtede cephalosporin-antibiotika via nucleophil substitution af halogenatomet.

Hidtil har man fremstillet 3-halogenmethylcephem-forbin-delser ved allylisk halogenering af tilsvarende desace-toxycephalosporin-forbindelser (se USA patentskrift nr. 3 637 678 og nr. 3 705 897) og ved halogenering af tilsvarende desacetylcepahlosporiner (se USA patentskrift nr. 3 658 799). Fornylig er 3-halogenmethylcephem-forbin-delser blevet fremstillet ved spaltning af 3-acetoxyme-thyl- og 3-carbamoyloxymethylcephem-forbindelser med hydro-halogenidsyrer.

I britisk patentskrift nr. 1 407 348 beskrives en fremgangsmåde til fremstilling af 3-halogenmethylcephem-forbindelser, hvorved man først omsætter en 3-methylen-cephem-forbindelse med et frit halogen og herefter omsætter mellemproduktet, som er en 3-halogen-3-halogen-methylcephem-forbindelse, med en base. Koppel og Koehler, J. Am. Chem. Soc . 95_, 240304 (1973), beskriver 7-methoxy leringen af 3-acetoxymethylcephem-forbindelser med lithium-methoxid og tert.-butylhypochlorit.

Ued fremgangsmåden ifølge det ovennævnte britiske patent-skrift nr. 1 407 348 og ved fremgangsmåderne beskrevet i 2 148097 dansk fremlæggelsesskrift nr. 145 059 og de svenske fremlæggelsesskrifter nr. 418 184 og nr. 413 316 opnås forbindelser, der er nært beslægtede med de ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede forbindelser. Imidlertid er der ingen af de således kendte fremgangsmåder, der muliggør en samtidig indføring af en 7-alkoxygruppe og omdannelse af 3-exomethylen til 3-brommethyl.

I forbindelsen med formel I og udgangsmaterialet med den i kravet viste formel II er R en carboxylsyre-beskyttende gruppe, og R betegner phenoxyacetamido eller 2-thienyl-acetamido. R* betegner benzyl eller primær alkyl med 1-6 C-atomer, som kan være methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl eller n-hexyl.

Ved den omhandlede fremgangsmåde fremstiller man 7-alkoxy-3-brommethyl-cephem-forbindelser med formel I ved omsætning af 3-exomethylencephem-forbindelser med formel II med en alkoxidbase i nærværelse af brom. Arten af 7-alkoxy-substituenten i cephem-produktet bestemmes af den primære alkoxidbase, der anvendes ved fremgangsmåden. Når der f.eks. anvendes lithiumethoxid, opnås en 7-ethoxy-3-brommethylcephem-forbindelse.

Udgangsmaterialerne, der benyttes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, nemlig 3-exomethylencepham-forbindelserne med formel II, blev først beskrevet som generisk klasse i USA patentskrift nr. 3 275 626. 7-amino- og 7-acylamino- 3-exomethylencepham-forbindelser kan fremstilles ved elek-troreduktion (pH 2-7) af de tilsvarende cephalosporin-forbindelser, der indeholder en 3-substitueret methyl-gruppe såsom acyloxymethyl, acylthiomethyl eller kvater-nær ammoniummethyl (se USA patentskrift nr. 3 792 995).

Alternativt kan exomethylencepham-udgangsmaterialerne fremstilles ved metoden beskrevet af R.R. Chauvette og P.A.

Pennington i Journal of Organic Chemistry 2994 (1973), 3 148097 hvori man fremstiller 3-methylencepham-forbindelserne ud fra cephalosporansyrer ved først at behandle disse med udvalgte nucleophile svovlforbindelser såsom thiourinstof, thiobenzoesyre, kaliumethylxanthat eller natriumthiosulfat og herefter at reducere det fremkomne produkt, nemlig et (^-(substitueret)thiomethylcephem-derivat, med enten Raney nikkel i vandig ethanol eller zink i myresyre og dimethyl-formamid. Cephalosporansyre-derivater er også blevet omdannet til 3-exomethylencepham-forbindelser ved behandling med chrom(II)-salte i vandige medier.

Selv om den måde, hvorpå reaktanterne kombineres, ikke er kritisk, er det mest hensigtsmæssigt,at basen ikke bringes i kontakt med exomethylencepham-forbindelsen, uden at bromeringsmidlet er tilstede. Det skal imidlertid bemærkes, at baserne, der anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, reagerer med exomethylencepham-forbindelsen i fravær af bromeringsmidlet med forskellige hastigheder i afhængighed af reaktionstemperaturen. Sådanne omdannelser er rapporteret i den kemiske litteratur: se f.eks. R.R. Chauvette og P.A. Pennington, Journal of Organic Chemistry 3ji- 2994 (1973). Hvis basen og exomethylencepham-forbindelsen kombineres, foretrækkes det derfor, at bromeringsmidlet er tilstede i blandingen, eller at det tilsættes umiddelbart derefter. Omdannelsen af 3-exomethylencepham-forbindelsen til 3-brommethylcepham-forbindelsen udføres ved at sætte en opløsning af substratet, nemlig 3-exomethylencepham-forbindelsen, til en omrørt opløsning af et lithiumsalt af en primær alkohol med 1-7 carbonatomer og brom i et inert organisk opløsningsmiddel.

Her kan en lang række inerte organiske opløsningsmidler anvendes. Ved "inert organisk opløsningsmiddel" menes et organisk opløsningsmiddel, der under procesbetingelserne ikke medvirker i nogen nævneværdige reaktioner, hverken med reaktanter eller med produkter. Et tørt aprotisk organisk opløsningsmiddel foretrækkes. Spormængder af vand, som forefindes i kommercielle tørrede opløsningsmidler, kan 4 148097 tolereres. Imidlertid foretrækkes det, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen udføres under vandfrie betingelser.

Egnede opløsningsmidler omfatter f.eks. aromatiske car-bonhydrider, såsom benzen, chlorbenzen, toluen, ethyl-benzen og xylen, halogenerede, alifatiske carbonhydrider såsom chloroform, methylenchlorid, carbontetrachlorid, 1.2- dichlorethan (ethylenchlorid), 1,1,2-trichlorethan og 1,l-dibrom-2-chlorethan, alifatiske nitriler såsom acetonitril eller propionitril, estere såsom ethylacetat og butylacetat, ethere såsom 1,4-dioxan, tetrahydrofuran, diethylether og dimethoxyethan, amider såsom N,N-dimethyl-formamid, N,N-dimethylacetamid eller hexamethyIphosphor-triamid (HMPA) og alle andre egnede aprotiske opløsningsmidler. Foretrukne opløsningsmidler eller opløsningsmiddel-blandinger er de, der har frysepunkter under -10 °C. Særligt foretrukne opløsningsmidler til brug ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er methylenchlorid, chloroform, 1.2- dichlorethan og tetrahydrofuran. Tetrahydrofuran er det mest foretrukne opløsningsmiddel.

Som baser anvendes lithiumsalte af primære alkoholer med 1-7 oarbonatomer. Blandt sådanne salte er lithium-methoxid det mest foretrukne.

Den omhandlede C^-alkoxylering-C'^-bromering udføres ved at omsætte en exomethylencepham-forbindelse med formel II med 4-8 ækvivalenter af et lithiumsalt af en primær alkohol med 1-7 carbonatomer i nærværelse af 4-8 ækvivalenter brom. Produktet, der opnås ved denne omdannelse, er en 7-alkoxy-3-brommethylcephem-forbindelse med formel I. Det bedste udbytte opnås, når der anvendes 8 ækvivalenter af både alkoxidbasen og bromeringsmidlet pr. ækvivalent af cepham-forbindelsen i forbindelse med et halogen-bindende middel, som vil blive diskuteret nærmere nedenfor.

Den omhandlede fremgangsmåde udføres ved en temperatur på mellem -80 og -20 °C. Hvor imidlertid sidekædedelen i cepham-forbindelsen også kan undergå bromering, udføres den omhandlede fremgangsmåde ved en temperatur på under 148097 5 -40 °C. Foruden at udføre fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved lave temperaturer, når udgangsmaterialet indeholder sådanne halogen-reaktive substituenter, er det tilrådeligt, at der også sættes et halogen-bindende middel til reaktionsblandingen, før denne får lov at varme op til over 0 °C. Det halogen-bindende middel tilsættes for at destruere et eventuelt overskud af bromeringsmiddel ved den lavere reaktionstemperatur, hvorved man eliminerer eller i det væsentlige nedsætter sandsynligheden for uønskede sidereaktioner mellem overskud af bromeringsmiddel og de halogen-reaktive sidekæder, der findes i udgangsmaterialet og i 7-alkoxy-3-brommethylcephem-produktet.

Halogen-bindende midler er reagenser, der ikke reagerer med cephem-udgangsmaterialerne eller med cephem-produkterne, men som kan reagere med bromeringsmidlet, hvorved brome-ringsmidlet eller nærmere bestemt et overskud deraf forbliver inaktivt over for 3-halogenmethylcephem-produkterne.

Typiske halogen-bindende midler, der kan anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er halogen-reducerende midler. Imidlertid er også andre midler, der kan reagere med overskud af halogeneringsmiddel, egnede. Egnede halogenbindende midler omfatter di(C^-Cg-alkyl) sulfider, tri-(Ci~Cg-alkyl) phosphiter, olefiner og acetylener. På lignende måde kan vandige opløsninger af kendte reduktionsmidler såsom bisulfit-, metabisulfit-, thiosulfat- og dithionitsalte med held anvendes.

Det halogen-bindende middel sættes typisk til reaktions-blandingen, efter at bromeringsreaktionen er tilendebragt, hvilket f.eks. måles ved sammenlignende tyndtlagschromato-grafi, og det tilsættes fortrinsvis før blandingen får lov at varme op til 0 °C. Når vandige opløsninger af ovennævnte reduktionsmidler anvendes som halogen-bindende midler, er tilsætningen af disse som regel det første trin ved oparbejdningen af reaktionsblandingen. Når imidlertid reaktionstemperaturen er mindre end -20 °C, kan de nævnte orga- 6 148097 niske halogen-bindende midler sættes til reaktionsblandingen, før bromeringsreaktionen påbegyndes. Således kan f.eks.

4'-methoxybenzy1-7-(2-thienylacetamido)-7-methoxy-3-brom-methyl-3-cephem-4-carboxylat fremstilles ved at sætte en opløsning af 1 ækvivalent 41-methoxybenzyl-7-(2-thienyl-acetamido)-3-methylencephem-4-carboxylat i tetrahydrofuran til en opløsning af 8 ækvivalenter lithiummethoxid, 8 ækvivalenter brom og 8 ækvivalenter trimethylphosphit i tetra-hydrofuran ved -60 °C. Trimethylphos'phiten er ikke reaktiv overfor bromeringsmidlet ved denne lave temperatur, men når reaktionsblandingen opvarmes til over reaktionstemperaturen, efter at den samtidige methoxylering og brome-ring er tilendebragt, reagerer trimethylphosphiten kun med overskydende brom i blandingen.

Hovedproduktet er 41-methoxybenzyl-7-[2-(3-bromthienyl)-acetamido]-7-methoxy-3-brommethyl-3-cephem-4-carboxylat. Det skal bemærkes, at selv om en bromering af sidekæden generelt er uønsket, er 3-brommethylcephemprodukter fremstillet ved sådanne reaktioner ikke desto mindre nyttige ved fremstilling af andre 3-brommethylcephem-forbindelser. Således kan f.eks. 4'-methoxybenzyl-7-[2-(5-bromthienyl)acetamidoJ-7-methoxy-3-brommethyl-3-cephem-4-carboxylat spaltes under i det væsentlige vandfri sidekædefraspaltningsbetingelser (PCl^, pyridin/ methanol) til opnåelse af den tilsvarende ester 4'-methoxy-benzyl-7-amirio-7-methoxy-3-brommethyl-3-cephem-4-carboxylat, som herefter om ønsket kan reacyleres.

Mængden af halogen-bindende middel, der anvendes, er ikke kritisk, så længe der tilsættes en tilstrækkelig mængde til at gøre overskuddet af brom inaktiv i reaktionsblandingen.

Generelt anvendes et overskud på 1-10 gange.

Der opnås generelt et højere udbytte af 3-brommethylcephem-forbindelserne når sådanne halogen-bindende midler anvendes.

148097 7

Det foretrækkes også ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen at sætte et overskud af en protisk syre til reaktionsblandingen, før denne får lov at varme op til over 0 °C. Denne eventuelle men foretrukne fremgangsmåde tjener til at udelukke uønskede sidereaktioner mellem 7-alkoxy-3-brom-methylcephem-produktet og overskydende base i reaktionsblandingen. Både organiske og uorganiske protiske syrer er egnede. Repræsentative eksempler på sådanne syrer er myresyre, eddikesyre, propionsyre, trifluoreddikesyre, methansulfonsyre, p-toluensulfonsyre, saltsyre og lignende organiske og uorganiske protiske syrer.

Reaktionstiden vil ligge på mellem 5 min. og 1 time, idet reaktionstiden afhænger af de bestemte reaktanter, opløsningsmidler og den temperatur, hvorved reaktionen udføres. Sædvanligvis vil reaktionen være tilendebragt efter 5-15 min. Reaktionen kan let følges, f.eks. ved sammenlignende tyndtlagschromatografi, til bestemmelse af, hvornår brome-rings- og alkoxyleringsreaktionen er tilendebragt.

3-brommethylcephem-produkterne med formel I er nyttige som mellemprodukter ved fremstilling af antibiotika. 3-Brom-methylcephem-estere kan således omdannes til aktive antibiotika ved spaltning af esterfunktionen, se USA patent-skrift nr. 3 658 799. Deesterificering kan opnås, afhængigt af estergruppens art, ved en af de kendte metoder, f.eks.

(1) behandling med en syre såsom trifluoreddikesyre, myresyre eller saltsyre; (2) behandling med zink og syre såsom myresyre, eddikesyre eller saltsyre; eller (3) hydrogenering i nærværelse af palladium, platin, rhodium eller en forbindelse heraf i suspension eller på en bærer såsom bariumsulfat, carbon eller aluminiumoxid.

Alternativt kan 7-alkoxy-3-brommethylcephem-forbindelserne med formel I omdannes til andre 3-(substitueret)methyl-cephem-forbindelser ved nucleophil substitution af halogen- 8 148097 delen. Dette er en for fagmanden kendt fremgangsmåde.

De omhandlede 7-alkoxy-3-brommethylcephem-forbindelser er også vigtige mellemprodukter ved fremstilling af kendte klinisk betydningsfulde cephem-antibiotika. Således kan f.eks. benzhydryl-7-(2-thienylacetamido)-7-methoxy-3-brommethyl-3-cephem-4-carboxylat omsættes med calciumcarbamat og estergruppen kan fjernes til fremstilling .af det kendte antibiotikum cefoxitin.

Følgende eksempler illustrerer nærmere fremgangsmåden ifølge opfindelsen. I eksemplerne er NMR spektrene opnået på et Varian Associates T-60 spektrometer, idet der anvendes tetramethylsilan som reference-standard. Den kemiske forskydning er udtrykt somi-vær-dier i ppm, hvor koblingskonstanterne (J) er udtrykt i Hz.

EKSEMPEL 1 41-nitrobenzyl-7-phenoxyacetamido-7-methoxy-3-brommethyl- 3-cephem-4-carboxylat_

Til en opløsning af 0,256 g tør methanol i 15 ml tetra-hydrofuran ved -80 °C tilsattes 4,17 g 1,85N methyl-lithium i tetrahydrofuran. Blandingen omrørtes i 5 minutter, hvorefter der tilsattes 0,44 ml brom. Den fremkomne blanding sattes til en opløsning af 4,83 g 4,-nitrobenzyl-7-phenoxyacetamido-3-methylencepham-4-carboxylat i 4 ml tetrahydrofuran. Efter at reaktions-blandingen var blevet opvarmet til 0 °C og omrørt i 15 minutter ved denne temperatur, tilsattes 3 ml trimethyl-phosphit. Reaktionsblandingen inddampedes herefter i vacuum, og den opnåede remanens opløstes i methylen-chlorid. Den fremkomne opløsning vaskedes successivt tre gange med en mættet natriumchloridopløsning, en 148097 9 gang med en fortyndet natriumthiosulfatopløsning og to gange med en natriumbicarbonatopløsning, hvorefter der vaskedes en gang med en mættet natriumchloridopløsning.

Den vaskede opløsning tørredes og inddampedes i vakuum til opnåelse af et urent produkt, der oprensedes ved præparativ tyndtlagschromatografi under anvendelse af benzen/-ethylacetat som elueringsmiddel til opnåelse af 140 mg af ovennævnte produkt: NMR (CDCl^) 3,53 (s, 5, C2-H og C6-0CH); 4,42 (bs, 2, C^-CHBr); 4,62 (s, 2, sidekæde CH2); 5,14 (s, 1, Cfi-H); (s, 2, ester CH2); 6,8-8,4 (ArH).

Strukturen af produktet blev'bekræftet ved sammenligning med en autentisk prøve af 4 1-nitrobenzyl-7-phenoxyacet-amido-7-methoxy-3-brommethyl-3-cephem-4-carboxylat fremstillet ved 7-methoxylering af 4'-nitrobenzyl-7-phen-oxyacetamido-3-brommethyl-3-cephem-4-carboxylat via reaktion med lithiummethoxid og tert.-butylhypochlorit i tetrahydrofuran ved -80 °C.

EKSEMPEL 2

Benzhydryl-7-(2-thienylacetamido)-7-methoxy-3-brommethyl- 3-cephem-4-carboxylat___

Ved at gå frem efter fremgangsmåden beskrevet i eksempel 1 omsattes benzhydryl-7-(2-thienylacetamido)-3-methylen-cepham-4-carboxylat med 8 ækvivalenter lithiummethoxid i tetrahydrofuran i nærværelse af 8 ækvivalenter brom ved -80 °C til opnåelse af ovennævnte produkt: NMR (CDC13) *3,41 (bs, 2, C2-H); 3,46 (s, 3, C7-0CH3); 3,83 (s, 2, sidekæde CH2); 4,20; 4,34 (ABq, 2, C3-CH2Br); 5,06 (s, 1, Cg-H); og 6,8-7,6 (m, 14, ArH og benzhydryl CH).