Verfahren zur Herstellung von Penicillinen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gewisser bekannter Penicilline der Formel
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sowie von deren nicht-toxischen Salzen. In der Formel ist R ein Phenylrest, ein substituierter Phenylrest oder eine Alkylgruppe.
Diese Penicilline sind von Wert als antibakterielle Agentien, als Zusätze zu tierischem Futter, als Agentien zur Behandlung von Mastitis bei Hornvieh und als therapeutische Mittel für den Menschen, Säuge- tiere und für Federvieh bei der Behandlung insbeson dere von infektiöser Erkrankungen, welche durch gram-positive und in einigen Fällen auch durch gram-negative Bakterien verursacht, sind.
Anbib, akterielle Agentien, wie das Benzylpenicil- lin, haben sich als hochwirksam in der Behandlung von infektiösen Erkrankungen, verursacht durch gram-positive Bakterien, erwiesen. Jedoch weisen diese Agentien den schwerwiegenden Nachteil auf, durch normale Exkretions-Prozesse verhältnismässig rasch aus dem Blutstrom entfernt zu werden. Manche der nach dem erfindungsgemässen Verfahren her stellb, aren Verbindungen halten über längere Perioden im tierischen Blut einen wirksamen Pegel antibakterieller Aktivität aufrecht.
Fernerhin ist das a-Hydroxybenzylpenicillin in Form seines Natriumsalzes von besonderem Wert für injizierbare Präpa- rationen, da dieses Salz wasserlöslich ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstel lung von Penicillinen, der Formel I, sowie von deren nicht-toxischen Salze ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Penicillin der Formel
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worin einer der Substituenten Xi, X2 und X, ein Halogenatom ist und die anderen Wasserstoff-oder Halogenatome sind, unter milden Bedingungen hydrolysierb wird. Vorzugsweise sind die Halogen substituenten Xi, X2 und X3 in dem zu hydrolysierenden Penicillin Chlor-oder Bromatome.
Die Hydrolyse lässt sich mit jedem geeigneten Mittel, wie z. B. verdünnter wässriger Natronlaugelö- sung bei Zimmertemperatur oder wässriger Natrium carbonatlösung, wässriger Natriumbicarbonatlösung, organischen Basen oder alkalischen Pufferlösungen durchführen.
Das erfindungsgemässe Verfahren weist gegen über den bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Penicilline insbesondere des a-Hydroxy-benzyl penicillins den Vorteil besonderer Billigkeit auf.
Die Penicilline enthalten ein asymmetrisches Kohlenstoffatom in der Seitenkette, so dass sie in optisch aktiven isomeren Formen auftreten. Es sind dies Epimere und nicht Enantiomorphe, da die 6-Amino-penicillansäure, welche bei ihrer Herstel lung gebraucht wird, ihrerseits eine optisch aktive Verbindung ist.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf die Herstellung von D (-)-a-Hydroxy-ben- zylpenicillinen und dem L (+)-Epimeren, sowie der nicht-toxischen Salze dieser beiden Verbindungen.
Nichttoxische Salze sind solche von Natrium, Kalium, Kalzium und Aluminium, das Ammoniumsalz und die substituierten Ammoniumsalze, ferner z. B. Salze solcher nichttoxischer Amine wie Trialkylamine, einschliesslich Triäthylamin, Procain, Diben zylamin, N-Benzyl-ss-phenäthylamin, l < Ephenamin, N, N'-Dibenzyl-äthylendiamin, Dehydroabietylamin, N, N'-bis-Dehydroabietyläthylendiamin und andere Amine, wie sie bisher zur Bildung von Salzen des Benzylpenicillins Verwendung gefunden h, aben.
Erfindungsgemäss las-sen sich die a-Hydroxy-ben- zylpenicilline durch Hydrolyse von a-Halogenacethoxybenzylpenicillinen herstellen. Diese Ausgangsprodukte können hergestellt werden durch Umsetzung von 6-Amino-penicillansäure mit einem geeigneten Halogenacetyl-mandelylchlorid oder seinen funktionellen Äquivalenten als Acylierungsmitteln, wobei das Chlorid erhalten werden kann, durch Reaktion eines geeigneten Isomeren der Mandelsäure mit einem Halogenacetylchlorid, gefolgt von einer Umsetzung der erhaltenen Säure mit Thionylchlorid.
Derartige funktionelle Äquivalente sind die entsprechenden Carbonsäurebromide, Säureanhydride und gemischten Anhydride mit anderen Carbonsäuren einschliesslich von Monoestern und insbesonderer niederer aliphatischer Ester der Kohlensäure.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Penicilline können aus dem Reaktionsgemisch nach bekannten Techniken abgetrennt werden, wie sie bei Benzylpenicillin und Phenoxymethyl- penicillin Verwendung finden. So kann das Verfahrensprodukt mit Diäthyläther oder N-Butanol bei saurem pH-Wert extrahiert und dann durch Lyophilisation oder durch Umwandlung in ein lösungsmittel- unlösliches Salz gewonnen werden, letzteres z. B. durch Neutralisation mit einer Lösung von Natrium 2-äthylhexanoat in n-Butanol.
Oder das Verfahrensprodukt kann aus wässriger Lösung als wasserunlösliches Salz eines Amins ausgefällt werden oder daraus direkt durch Lyophilisation gewonnen werden, wobei letzteres vorzugsweise in Form des Natrium-oder Kaliumsalzes geschieht. Falls das Triäthylaminsalz. gebildet wurde, kann diesel in die freie Säure umgewandelt und hernach in ein anderes Salz übergeführt werden, wie dies bei Benzylpenicil- lin und anderen Penicillinen üblich ist. So führt eine Behandlung der Triäthylaminverbindung in Wasser Natriumhydroxyd zur Bildung des Natriumsalzes, wonach das Tiriäthylamin vermittels Extraktion, z. B. mit Toluol, abgetrennt werden kann.
Behandlung des Natriumsalzes mit starker wässriger Säure führt zur Bildung der freien Säure, die ihrerseits in andere Aminsalze, z. B. dasjenige des Procains, durch Reak tion mit einer entsprechenden Base übergeführt werden kann. Auf diese Weise hergestellte Salze können vermittels Lyophilisation isoliert werden oder, sofern sie unlöslich sind, durch Filtration abgetrennt werden. Eine Methode zur Isolierung des Verfahren- sproduktes als kristallines Natriumsalz besteht darin, das Produkt aus saurer wässriger Lösung, z. B. vom pH-Wert 2 mit Methylisobutylketon zu extrahieren, den Extrakt zu trocknen und mindestens ein Äquiva- lent einer konzentrierten Lösung von Natrium-2 äthylhexanoat in Methylisobutylketon hinzuzufügen.
Das entstandene Natriumsalz fällt entweder aus oder kann in fester Form durch Entfernung des Lösungs- mittels und Behandlung des Rückstandes mit trockenem Äther gewonnen werden.
Beispiel 1 Herstellung des Natriumsalzes von D (-)-a-Hydroxy- benzylpenicillin
13,5 g des Natriumsalzes von D (-)-a-Dichloracet oxy-benzylpenicillin, dessen Herstellung unten be schrieben wird, wurden in 135 ml Wasser gelöst, 0,1 /o Phenolphthaleinlösung (1, 4 ml) hinzugegeben und dann zur Lösung 22, 6 ml (81 /o fder theoretisch notwendigen Menge) normale Natriumhydroxydlö- sung, tropfenweise unter gutem Durchmischen hinzugefügt bis die rosarote Farbe mindestens 10 Sekunden bestehen blieb.
Die erhaltene Lösung des Natriumsalzes von D (-)-a-Hydroxy-benzylpenicillin und N, atriumdichloracetat wurde mit 100ml Äther über- schichtet und unter Schiitteln mit 28ml normaler Salzsäure bis zum pH-Wert von ungefähr 2,5 angesäuert. Die Schichten wurden getrennt und die wässrige Schicht erneut mit 5Oml Ather überschichtet und weiter mit 10ml normaler Salzsäure bis zum pH-Wert von ungefähr 2,0 unter Schütteln angesäuert. Die beiden Atherextrakte wurden separat mit dreimal 50ml Wasser gewaschen, hierauf vereinigt, mit Magnesiumsulfat getrocknet und mit 2nNatrium- 2-äthylhexanoat in 14 ml n-Butanol behandelt.
Es schied sich sofort eine ölige Masse ab, die sich all mählich in steifes Harz verwandelte. Der Äther wurde dekantiert und ersetzt durch frischen trockenen Äther, wonach sich das Harz verfestigte. Die feste Substanz wurde abfiltriert, auf dem Filter mit zweimal 50ml trockenem Äther gewaschen und im Vakuum über Phosphorpentoxyd getrocknet. Es ent- stand eine hellcreme-farbene feste Substanz im Gewicht von 7,58 g = 73 ; /o. [a] D 20 = +123 (C = 1,0 in Wasser).
Reinheit vermittels Hydroxylamin-Test= 72 solo Rainigung : Ein Anteil von 7,3 g des erhaltenen Produktes wurde mit 1001 mol Aceton behandelt, wobei es sich teilweise zu Lösen schien und teilweise als leicht flüssiges Harz zurückblieb. Die Mischung wurde geimpft und 4 bis 5 Stunden lang kristallisie- ren gelassen, wobei gelegentlich gerührt und gekr, atzt wurde. Das Produkt wurde abfiltriert auf dem Filter mit zweimal 25 ml Aceton gewaschen und getrocknet, was zuerst in Luft und dann in einem Ofen bei 65 während 3 Stunden geschah.
Erhalten wurden 3,5 g einer weissen kristallinen festen Substanz. [a] D 20 = +163, 8 (C = 1,0 in Wasser). Reinheit vermittels Hydroxylamin-Test = 95 /o. Erneutes Umkristallisie- ren aus wässrigem Aceton ergab ein Produkt mit [a] D20 = +172, 4 (C = 1,0 in Wasser). Reinheit vermittels Hydroxylamin-Test + 98 /o.
Das als Ausgangsprodukt verwendete Penicillin wurde folgendermassen hergestellt :
7,45 g 6-Aminopenicillansäure wurden in 69 ml Wasser suspendiert und die Mischung kräftig gerührt, während ihr pH-Wert durch tropfenweise Zugabe von normalem Natriumhydroxyd in der Menge von 33 ml auf 7,4 eingestellt wurde.
Die erhaltene Lösung g wurde mit einer Lösung von 9,74 g D (-)-Dichlorace- tylmandelylchlorid in 105 ml Methylisobutylketon behandelt und das Gemisch 1'/2 Stunden lang kräftig gerührt. Anschliessend wurde das Gemisch durch Diatomeenerde filtriert und die Methylisobutylketonschicht abgetrennt und durch Schütteln mit 50 mol gesättigter wässriger Natriumchloridlösung getrocknet. Die Methylisobutylketonlösung wurde vermittels Filtration geklärt und mit 17,5 ml 2n Natrium-2 äthylhexanoat in Methylisobutylketon behandelt.
Das Gemenge wurde gut durchgemischt und hernach das Methylisobutylketon bei niedrigerer Temperatur und vermindertem Druck abdestilliert. Der ölige Rück- stand wurde mit einem Liter trockenem Äther behann delt, worauf sich das Produkt als feste Substanz abschied. Es wurde abfiltriert und mit trockenem Äther gewaschen. Ausbeute 14,2 g = 85 O/o [a] D20 = +108 (C = 1,0 in Dioxan).
Das bei der Umsetzung verwendete D (-)-Dichlor acetylmandelylchlorid wurde folgendermassen erhalten : a) D (-)-Dichloracetylmandelsäure : 21 g Mandelsäure und 41 ml Dichloracetylchlorid wurden zusammen 11/2 Stunden lang in einem Bad auf 60-80 C erhitzt, wobei eine klare Lösung entstand. Bei einer Badtemperatur von unter 810 C wurde das über- schüssige Dichloracetylchlorid im Vakuum abdestilliert. Das zurückbleibende Öl kristallisierte nicht aus und wurde ohne weitere Reinigung zur Herstellung des Chlorids verwendet.
Seine Drehung betrug [a] D20 =-121' (C = 1,0 in Toluol). b) D (-)-Dichloracetylmandelylchlorid : Ein Anteil der rohen D (-)-Dichloracetylmandelsäure im Gewicht von 31 g wurde mit 31 ml Thionylchlorid 2/2 Stunden lang am Rückfluss erwärmt, wonach das s überschüssige Thionylchlorid durch Destillation im Vakuum bei einer Badtemperatur von unter 100'C abgetrieben wurde.
Die letzten Spuren des flüchtigen Produktes wurden vom öligen Rückstand durch gemeinsame Destillation im Vakuum mit trockenem Benzol und trockenem Xylol bei einer Badtemperatur von unter 100 C entfernt. Der ölige Rückstand wog 30g und zeigte eine Drehung von [a] D =-83 (C = 1,0 in Toluol). Das Produkt wurde charakterisiert durch Überführung in das entsprechende Anilid.
Beispiel 2 Herstellung des Natriumsalzes von L (-)-a-Hydroxy- benzylpenicillin
Das Natriumsalz von L (+)-a-Dichloracetoxyben zylpenicillin wurde erhalten als weisse feste Substanz der Drehung [a] D 20 = +189 (C = 1,0 in Dioxan) und wurde verseift in analogerWeise, wie dies imBei- spiel 1 für das andere Epimere beschrieben ist, wobei das Natriumsalz von L (+)-a-Hydroxybenzylpenicillin erhalten wurde. Es wurde als rohes Natriumsalz der Drehung [a] D 20 = +189 (C = 1,0 in Wasser) isoliert. Reinheit vermittels Hydroxylamintest = 56 /o.
L (+)-Dichloracetylmandelylchlorid wurde erhal- ten als leicht trübes gelbliches Öl der Drehung [a] D 20 = +163 (C = 1,0 in Toluol) unterAnwendung der oben fUr das andere Epimere beschriebenen Verfahrensweise.
Process for the production of penicillins
The present invention relates to a process for the preparation of certain known penicillins of the formula
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as well as their non-toxic salts. In the formula, R is a phenyl radical, a substituted phenyl radical or an alkyl group.
These penicillins are of value as antibacterial agents, as additives to animal feed, as agents for the treatment of mastitis in horned cattle and as therapeutic agents for humans, mammals and poultry in the treatment, in particular, of infectious diseases caused by grievous positive and in some cases caused by gram-negative bacteria.
Anbib, acterial agents such as benzylpenicillin, have been shown to be highly effective in the treatment of infectious diseases caused by gram-positive bacteria. However, these agents have the serious disadvantage that they can be removed from the bloodstream relatively quickly by normal excretion processes. Some of the compounds which can be prepared by the process of the invention maintain an effective level of antibacterial activity in the animal blood for prolonged periods.
Furthermore, the a-hydroxybenzylpenicillin in the form of its sodium salt is of particular value for injectable preparations, since this salt is water-soluble.
The process according to the invention for the production of penicillins, of the formula I, and of their non-toxic salts, is characterized in that a penicillin of the formula
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wherein one of the substituents Xi, X2 and X, is a halogen atom and the other are hydrogen or halogen atoms, is hydrolyzed under mild conditions. The halogen substituents Xi, X2 and X3 in the penicillin to be hydrolyzed are preferably chlorine or bromine atoms.
The hydrolysis can be carried out by any suitable means, such as e.g. B. dilute aqueous sodium hydroxide solution at room temperature or aqueous sodium carbonate solution, aqueous sodium bicarbonate solution, organic bases or alkaline buffer solutions.
The process according to the invention has the advantage of being particularly cheap compared to the known processes for producing such penicillins, in particular α-hydroxy-benzyl penicillin.
The penicillins contain an asymmetric carbon atom in the side chain, so they occur in optically active isomeric forms. These are epimers and not enantiomorphs, since 6-amino-penicillanic acid, which is used in its production, is itself an optically active compound.
Accordingly, the invention also relates to the preparation of D (-) - a-hydroxybenzylpenicillins and the L (+) - epimer, as well as the non-toxic salts of these two compounds.
Non-toxic salts are those of sodium, potassium, calcium and aluminum, the ammonium salt and the substituted ammonium salts, and also e.g. B. salts of such non-toxic amines such as trialkylamines, including triethylamine, procaine, dibenzylamine, N-benzyl-ss-phenethylamine, l <ephenamine, N, N'-dibenzyl-ethylenediamine, dehydroabietylamine, N, N'-bis-dehydroabietylethylenediamine and others Amines of the kind found hitherto for the formation of salts of benzylpenicillin use.
According to the invention, the α-hydroxybenzylpenicillins can be prepared by hydrolysis of α-haloacethoxybenzylpenicillins. These starting products can be prepared by reacting 6-amino-penicillanic acid with a suitable haloacetylmandelyl chloride or its functional equivalents as acylating agents, the chloride being obtained by reacting a suitable isomer of mandelic acid with a haloacetyl chloride, followed by a reaction of the obtained Acid with thionyl chloride.
Such functional equivalents are the corresponding carboxylic acid bromides, acid anhydrides and mixed anhydrides with other carboxylic acids including monoesters and in particular lower aliphatic esters of carbonic acid.
The penicillins produced by the process according to the invention can be separated off from the reaction mixture by known techniques, such as those used with benzylpenicillin and phenoxymethyl penicillin. So the process product can be extracted with diethyl ether or n-butanol at acidic pH and then obtained by lyophilization or by conversion into a solvent-insoluble salt, the latter z. B. by neutralization with a solution of sodium 2-ethylhexanoate in n-butanol.
Or the product of the process can be precipitated from aqueous solution as the water-insoluble salt of an amine or obtained therefrom directly by lyophilization, the latter preferably being in the form of the sodium or potassium salt. If the triethylamine salt. formed, it can be converted into the free acid and then converted into another salt, as is usual with benzylpenicillins and other penicillins. Thus, a treatment of the triethylamine compound in water sodium hydroxide leads to the formation of the sodium salt, after which the triethylamine by means of extraction, e.g. B. with toluene, can be separated.
Treatment of the sodium salt with strong aqueous acid leads to the formation of the free acid, which in turn is converted into other amine salts, e.g. B. that of procaine, can be converted by reac tion with an appropriate base. Salts prepared in this way can be isolated by means of lyophilization or, if they are insoluble, separated off by filtration. One method of isolating the process product as a crystalline sodium salt is to extract the product from acidic aqueous solution, e.g. B. extract from pH 2 with methyl isobutyl ketone, dry the extract and add at least one equivalent of a concentrated solution of sodium 2-ethylhexanoate in methyl isobutyl ketone.
The resulting sodium salt either precipitates or can be obtained in solid form by removing the solvent and treating the residue with dry ether.
Example 1 Preparation of the sodium salt of D (-) - a-hydroxybenicillin
13.5 g of the sodium salt of D (-) - a-dichloroacet oxy-benzylpenicillin, the preparation of which is described below, were dissolved in 135 ml of water, 0.1 / o phenolphthalein solution (1.4 ml) was added and then to the solution 22.6 ml (81% of the theoretically necessary amount) normal sodium hydroxide solution, added drop by drop with thorough mixing until the pink color persisted for at least 10 seconds.
The resulting solution of the sodium salt of D (-) - a-hydroxy-benzylpenicillin and N, atrium dichloroacetate was covered with 100 ml of ether and acidified to a pH of about 2.5 with 28 ml of normal hydrochloric acid under a skid. The layers were separated and the aqueous layer was again overlaid with 50 ml of ether and further acidified with 10 ml of normal hydrochloric acid to pH about 2.0 with shaking. The two ether extracts were washed separately with three times 50 ml of water, then combined, dried with magnesium sulfate and treated with 2N sodium 2-ethylhexanoate in 14 ml of n-butanol.
Immediately an oily mass deposited, which gradually turned into stiff resin. The ether was decanted and replaced with fresh dry ether, after which the resin solidified. The solid substance was filtered off, washed on the filter with twice 50 ml of dry ether and dried in vacuo over phosphorus pentoxide. The result was a light cream-colored solid substance weighing 7.58 g = 73; /O. [a] D 20 = +123 (C = 1.0 in water).
Purity by means of hydroxylamine test = 72 solo rain: A portion of 7.3 g of the product obtained was treated with 1001 mol of acetone, some of which appeared to dissolve and some of it remained as a slightly liquid resin. The mixture was seeded and allowed to crystallize for 4 to 5 hours, with occasional stirring and scratching. The product was filtered off on the filter, washed twice with 25 ml of acetone and dried, first in air and then in an oven at 65 for 3 hours.
3.5 g of a white crystalline solid substance were obtained. [a] D 20 = +163.8 (C = 1.0 in water). Purity by means of hydroxylamine test = 95 / o. Another recrystallization from aqueous acetone gave a product with [a] D20 = +172.4 (C = 1.0 in water). Purity by means of hydroxylamine test + 98 / o.
The penicillin used as the starting product was produced as follows:
7.45 g of 6-aminopenicillanic acid was suspended in 69 ml of water, and the mixture was vigorously stirred while its pH was adjusted to 7.4 by the dropwise addition of 33 ml of normal sodium hydroxide.
The resulting solution was treated with a solution of 9.74 g of D (-) - dichloroacetylmandelyl chloride in 105 ml of methyl isobutyl ketone and the mixture was stirred vigorously for 1/2 hour. The mixture was then filtered through diatomaceous earth and the methyl isobutyl ketone layer was separated off and dried by shaking with 50 mol of saturated aqueous sodium chloride solution. The methyl isobutyl ketone solution was clarified by means of filtration and treated with 17.5 ml of 2N sodium 2-ethylhexanoate in methyl isobutyl ketone.
The mixture was mixed well and then the methyl isobutyl ketone was distilled off at a lower temperature and reduced pressure. The oily residue was treated with a liter of dry ether, whereupon the product separated out as a solid substance. It was filtered off and washed with dry ether. Yield 14.2 g = 85 O / o [a] D20 = +108 (C = 1.0 in dioxane).
The D (-) - dichloroacetylmandelyl chloride used in the reaction was obtained as follows: a) D (-) - dichloroacetylmandelic acid: 21 g of mandelic acid and 41 ml of dichloroacetyl chloride were heated together for 11/2 hours in a bath at 60-80 ° C., whereby a clear solution resulted. At a bath temperature of below 810 ° C., the excess dichloroacetyl chloride was distilled off in vacuo. The remaining oil did not crystallize out and was used to produce the chloride without further purification.
Its rotation was [a] D20 = -121 '(C = 1.0 in toluene). b) D (-) - Dichloroacetylmandel chloride: A portion of the crude D (-) - dichloroacetylmandelic acid weighing 31 g was refluxed with 31 ml of thionyl chloride for 2/2 hours, after which the excess thionyl chloride was distilled in vacuo at a bath temperature drifted below 100'C.
The last traces of the volatile product were removed from the oily residue by joint distillation in vacuo with dry benzene and dry xylene at a bath temperature of below 100.degree. The oily residue weighed 30 g and showed a rotation of [a] D = -83 (C = 1.0 in toluene). The product was characterized by converting it into the corresponding anilide.
Example 2 Preparation of the sodium salt of L (-) - a-hydroxy-benzylpenicillin
The sodium salt of L (+) - a-dichloroacetoxybenzylpenicillin was obtained as a white solid substance of rotation [a] D 20 = +189 (C = 1.0 in dioxane) and was saponified in an analogous manner to that in Example 1 for the other epimer is described to give the sodium salt of L (+) - α-hydroxybenzylpenicillin. It was isolated as the crude sodium salt of rotation [a] D 20 = +189 (C = 1.0 in water). Purity by means of hydroxylamine test = 56 / o.
L (+) - dichloroacetylmandelyl chloride was obtained as a slightly cloudy yellowish oil with the rotation [a] D 20 = +163 (C = 1.0 in toluene) using the procedure described above for the other epimer.