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Verfahren zur Herstellung von Phenylmercaptoalkylpenicillinen Bakterizide
Mittel, wie Benzylpenicillin, haben sich in der Vergangenheit als sehr wirksam für
die Therapie von Infektionen erwiesen, die durch grampositive Bakterien hervorgerufen
worden sind, doch weisen diese bekannten Verbindungen den schwerwiegenden Nachteil
auf. daß sie in wäßrigen sauren Lösungen, z. B. bei der oralen Verabreichung, nicht
stabil sind und daß sie außerdem gegenüber vielen Bakterienarten unwirksam sind,
welche Penicillinase erzeugen. Viele der erfindungsgemäß herstellbaren Verbindungen
weisen nun nicht nur eine sehr gute bakterizide Wirksamkeit auf, sondern sie sind
auch gegenüber der Zerstörung durch Säuren oder durch Penicillinase widerstandsfähig,
und sie wirken auch gegenüber solchen Bakterienstämmen, die gegenüber Benzylpenicillin
resistent sind.
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Die Erfindung betrifft demgemäß die Herstellung von Phenylmercaptoalkylpenicillinen
der folgenden allgemeinen Strukturformel
worin R1. R2 und R3 Wasserstoff- oder Halogenatome oder Hydroxyl-. Trifluormethyl-,
Nitro-, Alkyl-, Alkylamino-, Dialkylamino-, Alkoxy-, Alkanoylamino-, Sulfamyl-,
Allyl-, Allyloxy- Benzyl-, Cyclopentyl- oder Cyclohexylgruppen sind und R eine Alkylgruppe
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet. sowie deren nichttoxischen Salzen.
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Das neue Verfahren ist dadurch charakterisiert, daß man in an sich
bekannter Weise 6-Aminopenicillansäure. vorzugsweise in Form eines N-eutralsalzes,
wie des Natriumsalzes oder des Triäthylaminsalzes. mit einem Säurechlorid, -bromid,
-anhydrid oder gegebenenfalls gemischten Säureanhydrid einer Säure der nachstehend
angegebenen allgemeinen Formel II umsetzt:
worin die Reste R1,, R2, und die Bedeutung der Reste R1, R, und R3 haben. wobei
jedoch das Stickstoffatom einer Alkylaminogruppe durch eine Schutzgruppe der allgemeinen
Formel R"OCO-, in welcher R" eine Allyl- oder Tritylgruppe oder eine gegebenenfalls
substituierte Benzyl- oder Phenylgruppe bedeutet. substituiert ist, etwa vorhandene
Schutzgruppen durch katalytische Hydrierung abspaltet und gegebenenfalls die erhaltenen
Penicilline der allgemeinen Formel 1 mit Basen in ihre Salze umwandelt.
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Wenn ein Säurechlorid-bromid oder -anhydrid der vorstehend angegebenen
Art im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anwendung kommt. so wird es aus
der entsprechenden Säure der allgemeinen Formel II gemäß den in der Literatur für
analoge Säuren, wie Phenylessigsäure, beschriebenen Maßnahmen hergestellt. In solchen
Fällen, wo eine derartige substituierte Essigsäure in der Literatur noch nicht beschrieben
worden ist, kann sie aus einem substituierten Thiophenol und einer-geeigneten a-Chlor-
oder a-Bromalkylcarbonsäure gemäß an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
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Falls in einer Verbindung der allgemeinen Formel I einer der Substituenten
R1, R2 und R3 eine Alkylaminogruppe darstellt, so wird die betreffende Alkylaminogruppe
in der üblichen Weise vor der Bildung des Säul-echlorids, -bromids oder -anhydrids
mit
einer der oben bezeichneten schützenden Gruppen versehen. Die nach der Kondensation
zur Bildung des freien alkylaminosubstituierten Phenylmercaptoalkylpenicillins nötige
Entfernung dieser Schutzgruppe erfolgt durch katalytische Hydrierung, beispielsweise
mit Palladium oder Platin, welches auf Bariumcarbonat oder auf Kohle als Trägermedium
niedergeschlagen ist.
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Eine Arbeitsweise zur Herstellung einer Verbindung der allgemeinen
Formel 1 unter Verwendung eines gemischten Anhydrids einer Säure der allgemeinen
Formel II mit einem Kohlensäurealkylester besteht darin, daß man erstere mit einem
Chlorkohlensäurealkylester und einem tertiären aliphatischen Amin, wie Triäthylamin,
in einem wasserfreien, inerten und vorzugsweise mit Wasser mischbaren Lösungsmittel,
wie p-Dioxan, dem gewünschtenfalls eine kleine Menge reinen, trockenen Acetons zugesetzt
werden kann, während eines Zeitraumes von 30 Minuten in der Kälte, z. B. bei einer
Temperatur von 4"C, vermischt. Zu dieser Lösung des gemischten Anhydrids wird dann
eine gekühlte Lösung der 6-Aminopenicillansäure und eines tertiären aliphatischen
Amins, wie Triäthylamin, in einem Lösungsmittel, wie Wasser, zugesetzt. Die Reaktionsmischung
wird dann etwa 1 Stunde lang zwecks Bildung des substituierten Ammoniumsalzes des
gewünschten Produktes gerührt. Gewünschtenfalls kann diese Mischung anschließend
im alkalischen Bereich mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wie
Ather, extrahiert werden, um auf diese Weise die nicht umgesetzten Ausgangskomponenten
zu entfernen. Das in die wäßrige Phase übergegangene Reaktionsprodukt wird anschließend
in der Kälte unter einer Atherschicht durch Zusatz von verdünnter Mineralsäure in
die freie Säure umgewandelt, wozu man beispielsweise 5 n-Schwefelsãure zusetzt,
bis der pH-Wert auf 2 abgesunken ist. Die freie Säure wird dann mit einem neutralen,
mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel, wie Ather, extrahiert. Der
Extrakt wird gewünschtenfalls in der Kälte schnell mit Wasser gewaschen und anschließend
getrocknet. Das in dem Atherextrakt als Säure vorliegende Reaktionsprodukt wird
dann durch Behandlung mit einer geeigneten Base, z. B. einem freien Amin, wie Procain,
oder einer Lösung von Kalium-2-äthylhexansäuresalz in trockenem n-Butanol in das
gewünschte Metall- bzw.
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Aminsalz übergeführt. Diese Salze sind üblicherweise in Lösungsmitteln,
wie Äther, unlöslich und können daher durch einfache Filtration in reiner Form gewonnen
werden.
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Eine weitere Arbeitsweise zur Herstellung einer ätherischen Lösung
einer Verbindung der allgemeinen Formel I in der freien Säureform besteht darin,
daß man zunächst eine wäßrige Lösung der 6-Aminopenicillansäure unter Zusatz von
Natriumbicarbonat herstellt, dieser Lösung das Säurechlorid einer Säure der allgemeinen
Formel II beimischt und bei Zirnmertemperatur während eines Zeitraumes von z. B.
20 bis 60 Minuten kräftig durchschüttelt. Die Mischung wird anschließend zwecks
Entfernung von nicht umgesetzten oder hydrolysierten Ausgangskomponenten mit Äther
extrahiert. Die Lösung wird dann bis zu einem pH-Wert von 2 angesäuert, und die
Säureform des Reaktionsproduktes wird mit Ather extrahiert. Dieser ätherische Extrakt
wird z. B. mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, und nach
Entfernung des Trocknungsmittels
verbleibt eine wasserfreie ätherische Lösung, aus welcher sich das Reaktionsprodukt
leicht isolieren läßt, vorzugsweise in Form eines in Äther unlöslichen Salzes, wie
des Kaliumsalzes. Diese Arbeitsweise wird vor allem verwendet, wenn das betreffende
Säurechlorid schneller mit einem primären Amin als mit Wasser reagiert, was durch
einen einfachen Vorversuch festgestellt werden kann. Bei der beschriebenen Arbeitsweise
kann das Säurechlorid auch durch äquimolare Mengen des entsprechenden Säurebromids
bzw.
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Säureanhydrids ersetzt werden.
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Die bei der Herstellung der neuen Penicilline angewandte Temperatur
soll im allgemeinen 30 C nicht überschreiten, und in vielen Fällen hat sich Zimmertemperatur
als sehr geeignet erwiesen. Da die Anwendung eines stark sauren oder stark alkalischen
Milieus bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Möglichkeit vermieden werden soll,
hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Verfahren bei einem pH-Wert im Bereich
zwischen 6 und 9 durchzuführen.
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Diese Bedingungen können bequem unter Verwendung eines Pufferungsmittels
realisiert werden, beispielsweise unter Einsatz einer Lösung von Natriumbicarbonat
oder eines Natriumphosphatpuffers. Die Reaktion wird im allgemeinen in einem wäßrigen
Medium durchgeführt, z. B. in einer filtrierten Fermentationsbrühe oder in wäßrigen
Lösungen der rohen 6-Aminopenicillansäure. Zusätzlich können aber auch organische
Lösungsmittel eingesetzt werden, z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Chloroform,
Aceton, Methylisobutylketon und Dioxan. Häufig hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
eine wäßrige Lösung eines Salzes der 6-Aminopenicillansäure einer Lösung des oben
bezeichneten Acylierungsmittels in einem inerten Lösungsmittel beizumischen, welches
vorzugsweise mit Wasser mischbar ist, wie Aceton oder Dimethylformamid.
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Wenn mehr als eine Phase vorliegt, z. B. eine feste und eine flüssige
oder zwei flüssige Phasen, so ist kräftiges Rühren ratsam.
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Nach Beendigung der Reaktion werden die entstandenen Produkte gewünschtenfalls
mittels derjenigen Maßnahmen abgetrennt, welche auch bei der Herstellung von Benzylpenicillin
und Phenoxymethylpenicillin angewendet werden. So kann man das Reaktionsprodukt
im sauren Bereich mittels Diäthyläther oder n-Butanol extrahieren und anschließend
durch Lyophilisierung oder durch Umwandlung in ein nicht lösliches Salz isolieren,
z. B. durch Neutralisation mit einer n-Butanollösung des Kalium-2-äthylhexansäuresalzes.
Auch kann man das Reaktionsprodukt aus seiner wäßrigen Lösung in Form eines in Wasser
nicht löslichen Aminsalzes ausfällen, oder man kann es direkt aus der wäßrigen Lösung
durch Lyophilisierung, vorzugsweise in Form eines Natrium- oder Kaliumsalzes, gewinnen.
Falls das Reaktionsprodukt in Form des Triäthylaminsalzes anfällt, so kann man es
in die freie Säureform überführen und anschließend zu anderen Salzen umsetzen, wie
es von den Reaktionen des Benzylpenicillins und anderer Penicillinarten her bekannt
ist. So wird die Triäthylaminverbindung durch Behandlung mit Natriumhydroxyd in
wäßrigem Milieu in das entsprechende Natriumsalz umgewandelt, und das freigesetzte
Triäthylamin kann durch Extraktion mit z. B. Toluol entfernt werden. Durch eine
Behandlung des Natriumsalzes mit starker wäßriger Säure wird
die
Verbindung in die Säureform übergeführt, die dann durch Reaktion mit einem freien
Amin, z. B.
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Procain, in andere Aminsalze umgewandelt werden kann. Die so gebildeten
Salze werden entweder durch Lyophilisierung oder, falls das Produkt unlöslich ist,
durch Filtration abgetrennt. Eine Arbeitsweise zur Gewinnung des Reaktionsproduktes
in Form eines kristallinen Kaliumsalzes besteht darin, daß man das Produkt aus einer
wäßrigen sauren Lösung mit einem pH-Wert von z. B. 2 mittels Diäthyläther extrahiert,
den Äther trocknet und dann wenigstens 1 Aquivalent einer Lösung des Kalium-2-äthylhexansäuresalzes
in trockenem n-Butanol zusetzt. Das sich bildende Kaliumsalz fällt üblicherweise
in kristalliner Form aus und kann durch Filtrieren oder Dekantieren abgetrennt werden.
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Das gegenüber Staphylococcus aureus 1715 am wenigsten wirksame Verfahrensprodukt
aus den nachfolgenden Herstellungsbeispielen, nämlich die 6- (a - p - Chlorphenylmercaptopropionamido)
- penicillansäure. wirkt gegenüber diesem Mikroorganismus in einer minimalen Hemmkonzentration
von 0125 Qaglml, während die bekannte 5-(Phenylmercaptoacetamido)-penicillansäure
erst in einer Konzentration von 0,625 Fg/ml wirkt.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung noch näher. (Für
die Verfahren zur Herstellung der Acylierungskomponenten wird ein Schutz nicht begehrt.)
Beispiel 1 Zu 25 ml (35,7 g, 0,3 Mol) redistilliertem und langsam unter Rückfluß
siedendem Thionylchlorid werden innerhalb eines Zeitraumes von 20 Minuten 25 g (0143
Mol) a-Phenylmercaptopropionsäure zugesetzt. Die Reaktionsmischung wird dann 2 Stunden
lang auf einem Wasserbad erwärmt und anschließend unter Wasserstrahlvakuum destilliert,
wodurch 21,2 g a-Phenylmercaptopropionylchlorid mit einem Siedepunkt zwischen 140
und 145"C (bei Wasserstrahlvakuum) erhalten werden.
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Zur Herstellung eines von diesem Säurechlorid abgeleiteten Penicillins
werden 22, 7 g (0,105 Mol) 6-Aminopenicillansäure in einer Lösung von 18 g (0,215
Mol) Natriumbicarbonat in 225 ml Wasser aufgelöst und diese Lösung wird auf eine
Temperatur von etwa 5"C abgekühlt. 21,1 g (0,105 Mol) a-Phenylmercaptopropionylchlorid
werden in 225 ccm Aceton gelöst, und diese Lösung wird während eines Zeitraumes
von 30 Minuten langsam zu der Lösung der 6-Aminopenicillansäure zugesetzt. Die Reaktionsmischung
wird dann 30 Minuten lang in einem Eisbad und anschließend noch 90 Minuten ohne
äußere Kühlung gerührt.
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Anschließend an diese Behandlung wird die Reaktionsmischung mit 300ml
Eiswasser verdünnt und zweimal mit Ather zwecks Entfernung nicht umgesetzter Reaktionskomponenten
extrahiert, wobei die Ätherextrakte verworfen werden. Die Wasserschicht wird anschließend
abgetrennt, mit 400 ml Äther überschichtet, gekühlt, und mit 100 ml einer 6 n-Schwefelsäure
angesäuert. Die das Reaktionsprodukt enthaltende Atherschicht wird abgetrennt, zweimal
mit kaltem Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, von dem
Trocknungsmittel abfiltriert und mit 50 ml einer 400/obigen Lösung von Kalium-2-äthylhexansäuresalz
in n-Butanol behandelt. Das sich bildende Kaliumsalz der
6- (a - Phenylmercaptopropionamido)
- penicillansäure fällt aus und wird abfiltriert. Nach dem Anreiben mit Ather wird
dieses Kalium salz bei Zimmertemperatur im Vakuum über Phosphorpentoxyd getrocknet,
wobei 36,75 g eines wasserlöslichen Pulvers gewonnen werden, welches sich zwischen
195 und 197"C zersetzt. Dieses Salz weist gemäß der Ultrarotanalyse die A-Lactamstruktur
auf, es verhindert das Wachstum von Staphylococcus aureus Smith in einer Konzentration
von 0,5 mg/ml und hat gegenüber der gleichen Bakterienart bei der intramuskulären
Einspritzung an Mäusen einen Wert für CDso von 0,35 mg/kg.
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Beispiel 2 0,01 Mol a - Phenylmercaptopropionsäure, 0,011 Mol Triäthylamin
und 0,01 Mol Chlorameisensäureisobutylester werden etwa 30 Minuten lang bei 4"C
in 20 ml reinem, wasserfreiem Dioxan, dem 2 ml wasserfreies Aceton zugesetzt worden
waren, miteinander verrührt. Zu dieser Lösung wird anschließend eine gekühlte Lösung
von 0,01 Mol 6-Aminopenicillansäure und 0,01 Mol Triäthylamin in 20 ml Wasser zugesetzt,
und das ganze Gemisch wird etwa 1 Stunde lang in der Kälte gerührt. Nach dem Zusatz
von l, 0g Natriumbicarbonat in 30ml kaltem Wasser wird die Lösung zweimal mit jeweils
75 ml Äther extrahiert, und der Ätherextrakt wird verworfen. Die wäßrige Lösung
wird in einem Eisbad gekühlt, worauf man sie mit 75 ml Ather überschichtet und mit
5 n-Schwefelsäure ansäuert. Der Ather wird abgetrennt, und die wäßrige Lösung wird
nochmals mit 75 ml Ather extrahiert. Die kombinierten Ätherextrakte enthalten die
gewünschte 6-(a-Phenylmercaptopropionamido)-penicillansäure. Sie werden schnell
über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und dann vom Trocknungsmittel abfiltriert.
Nach Zusatz von 6 ml wasserfreiem n-Butanol, welches 0, 373 g Kalium-2-äthylhexansäuresalz
je Milliliter enthält, und einem anschließenden Zusatz von trockenem Äther fällt
das Kaliumsalz des Reaktionsproduktes aus. Nach dem Anreiben mit Ather wird dieses
Kaliumsalz im Vakuum über Phosphorpentoxyd getrocknet und in Form eines wasserlöslichen
Pulvers isoliert. Dieses weist gemäß der Ultrarotanalyse die B-Lactamstruktur auf,
verhindert das Wachstum von Staphylococcus aureus Smith in einer Konzentration von
0,5 ml und zeigt gegenüber der gleichen Bakterienart bei der intramuskulären Einspritzung
an Mäusen einen Wert für CDso von 0,35 Fg/kg.
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Beispiel 3 Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wird unter Verwendung
von 0,01 Mol a-p-Nitrophenylmercaptopropionsäure an Stelle der a-Phenylmercaptopropionsäure
wiederholt. Das als Reaktionsprodukt erhaltene Kaliumsalz der 6-(a-p-Nitrophenylmercaptopropionamido)-penicillansäure
wird in Form eines wasserlöslichen Pulvers gewonnen, welches das Wachstum von Staphylococcus
aureus Smith in einer Konzentration von 0,001 Gewichtsprozent verhindert.
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Beispiel 4 Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wird unter Verwendung
von 0,01 Mol a-Phenylmercaptobuttersäure wiederholt. Das als Reaktionsprodukt anfallende
Kaliumsalz der 6-(a-Phenylmercaptobutyramido)-penicillansäure
wird
in Form eines wasserlöslichen Pulvers gewonnen, welches das Wachstum von Staphylococcus
aureus Smith in einer Konzentration von 0,001 Gewichtsprozent verhindert.
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Beispiel 5 Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wird unter Verwendung
von a-Phenylmercaptocapronsäure wiederholt. Das als Reaktionsprodukt anfallende
Kaliumsalz der 6-(a-Phenylmercaptocaproamido)-penicillansäure wird in Form eines
wasserlöslichen Pulvers gewonnen, welches das Wachstum von Staphylococcus aureus
Smith in einer Konzentration von 0,001 Gewichtsprozent verhindert.