DE2858322C2

DE2858322C2 -

Info

Publication number: DE2858322C2
Application number: DE2858322A
Authority: DE
Inventors: Prithipal Sunnyvale Calif. Us Singh; Mae Wan-Leng Los Altos Hills Calif. Us Hu
Original assignee: Syva Co
Current assignee: Syva Co
Priority date: 1977-04-15
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1990-08-09
Anticipated expiration: 1998-02-14
Also published as: US4156081A; DE2805961A1; JPH0413360B2; IT1104619B; AU514358B2; JPS53130692A; AU3442078A; IT7848508A0; JPH0240984B2; JPH01112156A; DE2805961C2

Description

Theophyllin (1,3-Dimethylxanthin) ist ein Arzneimittel, das üblicherweise für die Behandlung von Asthma, Hypertension (Bluthochdruck) und des Nierenödems verwendet wird. Bei erhöhten Plasmagehalten führt Theophyllin manchmal zu Übelkeit (Erbrechen) und bei hohen Plasmakonzentrationen innerhalb des Bereiches von etwa 25 bis etwa 70 µg/ml können schwerwiegende toxische Wirkungen auftreten. Serum-Theophyllin zeigt beträchtliche individuelle Schwankungen bei Patienten aufgrund der großen Differenzen in bezug auf den Grad des Stoffwechsels und der Sekretion sowie Schwankungen während der Dosierungsintervalle in bezug auf die Geschwindigkeit bzw. Rate der Absorption und Verteilung. Bei Kindern sind die Probleme noch ausgeprägter wegen der niedrigen Körperflüssigkeitsmenge der Kinder.

Im Hinblick auf die schwerwiegenden Nebenwirkungen, die eine Folge von erhöhten Serum-Theophyllin-Gehalten sind, ist es wichtig, daß empfindliche Verfahren zur Überwachung der Theophyllin-Gehalte geschaffen werden. Das Verfahren sollte schnell, genau und in der Lage sein, Theophyllin leicht von seinen normalen Metaboliten und weit verbreiteten Analogen, wie Xanthin und Caffein, zu unterscheiden.

In den US-Patentschriften 36 90 834, 38 17 837, 38 50 752 und 37 66 162 und in den darin genannten Literaturstellen sind eine Reihe von verschiedenen immunbiologischen Nachweisverfahren (Immunoassays) beschrieben. In der US-Patentschrift 38 17 837 ist ein homogener Enzym-Immunoassay beschrieben. Die Synthese von Xanthinderivaten ist in "Advances in Heterocyclic Chemists", 1966, Band VI, Lister et al, "Rev. Pure & Applied Chem." (Australien), sowie auch in den US-Patentschriften 25 17 410 und 26 73 848 und vom Holmes und Leonard in "J. Org. Chem.", 41, 568 (1976), und Cavalieri et al in "J. Am. Chem. Soc.", 76, 1119 (1954), beschrieben. Rasmussen und Leonard beschreiben in "J. Am. Chem. Soc.", 89, 5439 (1967), die Verwendung der Pivaloyloxymethylgruppe als Schutzgruppe.

Theophyllinderivate werden an Antigene und Enzyme konjugiert. Die Antigen-Theophyllin-Konjugate werden für die Herstellung von Antikörpern für den spezifischen Nachweis von Theophyllin verwendet. Die Enzymkonjugate werden in Konkurrenz-Protein-Bindungstests für die Bestimmung von Theophyllin, insbesondere im Serum, verwendet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind 1-methyl-3-substituierte Xanthine, gekennzeichnet durch die allgemeine Formel

worin R¹ eine C_1-6-Alkylengruppe und Z eine Carboxylgruppe oder eine Cyanogruppe bedeutet.

Die erfindungsgemäßen Xanthine können an eine Polyaminosäure, vorzugsweise an eine solche mit einem Molekulargewicht von mindestens 5000, gebunden werden, wie es in der DE-PS 28 05 961 (Stammpatent zu dem vorliegenden Patent) im einzelnen beschrieben ist. Bevorzugte Polyaminosäuren sind Antigene mit einem Molekulargewicht von 10 000 bis 600 000, Enzyme mit einem Molekulargewicht von 10 000 bis 300 000.

Die an eine Polyaminosäure gebundene Theophylinderivate können zur Herstellung von Antikörpern, insbesondere zur Bestimmung von Theophyllin, vorzugsweise in Form eines Testsets, verwendet werden, wie es ebenfalls in der DE-PS 28 05 961 beschrieben ist.

Ein bevorzugtes 1-methyl-3-substituiertes Xanthin ist das 1- methyl-3-(3′-carboxypropyl)-Xanthin, das durch die Formel

gekennzeichnet ist.

Ferner betrifft die Erfindung ein neues und einfaches Verfahren zur Herstellung von 1-methyl-3-substituierten Xanthinen der vorstehend angegebenen allgemeinen Formel, die frei von anderen Isomeren sind. Hierbei hat R¹ die vorstehend angegebene Bedeutung, und Z bedeutet eine Carboxylgruppe. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man in an sich bekannter Weise 1- Methylxanthin mit Halogenmethylpivalat kondensiert, das erhaltene 1-Methyl-7-pivaloyloxymethylxanthin unter milden basischen Bedingungen mit einem aliphatischen Halogencarbonsäureester, worin der Säureanteil 2 bis 7 Kohlenstoffatome, der Alkoholanteil 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist und das Halogen ein Chlor-, Brom- oder Jodatom ist, in Kontakt bringt und die Pivaloyloxymethylgruppe und die Carboalkoxygruppe des erhaltenen 1-Methyl-3-carboalkoxy-alkyl-7-pivaloyloxymethylxanthins unter basischen Bedingungen hydrolysiert.

Das 1-Methylxanthin wird mit einer etwa stöchiometrischen Menge Halogenmethylpivalat kondensiert, wobei im allgemeinen ein polares, wasserfreies, nicht hydroxylhaltiges organisches Medium, wie DMF, THF, DMSO, HMP od. dgl. verwendet wird. Es werden Temperaturen von 0 bis 50°C angewendet, wobei zweckmäßig bei Umgebungstemperatur gearbeitet wird. Bei der Base kann es sich um das Stickstoffsalz, Natriumcarbonat, tert.-Amin u. dgl. handeln. Man läßt die Reaktion bis zur Vollständigkeit ablaufen und trennt das monosubstituierte Pivaloyloxymethylderivat von eventuell vorhandenen geringeren Mengen an disubstituiertem Material ab.

Das 7-substituierte Produkt wird isoliert und mit dem aliphatischen Halogencarbonsäureester (vorzugsweise dem Jodcarbonsäureester) in Kontakt gebracht. Als basisches Medium wird vorzugsweise ein wasserfreies, nicht-hydroxyhaltiges polares Medium, wie es vorstehend angegeben ist, verwendet, wobei analoge Reaktionsbedingungen angewendet werden. Nach der Isolierung des Produkts werden die Estergruppen unter konventionellen Bedingungen hydrolysiert. Bei einer Temperatur von etwa 75 bis etwa 100°C kann eine wäßrige Base verwendet werden. Nach dem Ansäuern der Lösung kann das gewünschte 1-Methyl-3-carboxyalkylxanthin isoliert werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Alle darin angegebenen Prozentsätze beziehen sich, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht mit Ausnahme der Flüssigkeitsgemische, die sich auf das Volumen beziehen. Alle Temperaturen sind, wenn nichts anderes angegeben ist, in °C angegeben. Die verwendeten Abkürzungen haben die folgenden Bedeutungen: DMF = N,N-Dimethylformamid, TLC = Dünnschichtchromatographie, ECDI = 1-Äthyl-3-(dimethylaminopropyl)carbodiimidhydrochlorid, THF = Tetrahydrofuran.

Beispiel 1 Herstellung von 1-Methyl-7-pivaloyloxymethylxanthin

Zu einer Mischung aus 844 mg (5,08 mMol) 1-Methylxanthin und 538 mg (5,08 mMol) Natriumcarbonat in 20 ml trockenem DMF wurde unter Stickstoff über einen Zeitraum von 1 Stunde langsam eine Lösung von 828 µl (5,59 mMol) Chlormethylpivalat in 6 ml DMF bei Raumtemperatur zugegeben und die Reaktionsmischung wurde über Nacht gerührt. Die Mischung wurde filtriert, das Filtrat wurde zur Trockne eingedampft und der Rückstand wurde mit 50 ml 10vol.-%igem ÄtOH/CHCl₃ behandelt. Die dabei erhaltenen Feststoffe bestanden aus dem Ausgangsmaterial und die organische Phase wurde an Silicagel-Platten chromatographiert (10 Vol.-% ÄtOH/CHCl₃). Beim Eluieren mit 125 ml 10vol-%igem ÄtOH/CHCL₃ erhielt man zwei Produkte und bei dem Streifen R_f = 0,48 handelte es sich um das gewünschte Produkt, das in einer Menge von 365 mg erhalten wurde. Bei dem anderen Streifen handelte es sich um das 3,7-disubstituierte Material.

Beispiel 2 Herstellung von 1-Methyl-3-(carboäthoxypropyl)-7-(pivaloyloxymethyl) xanthin

Eine Mischung aus 350 mg (1,25 mMol) 1-Methyl-7-(pivaloyloxymethyl) xanthin, 265 mg (2,50 mMol) Natriumcarbonat und 384 µl (2,50 mMol) Äthyl-4-jodbutyrat in 5,8 ml trockenem DMF wurde 18 Stunden lang bei Raumtemperatur unter Stickstoff gerührt. Es wurde Wasser zugegeben und die Reaktionsmischung wurde mit Chloroform extrahiert. Nach dem Trocknen wurden die Extrakte gestrippt, wobei ein gelbes Öl zurückblieb, das an vier dicken Silicagel-Platten mit 10% ÄtOH/CHCl₃ chromatographiert wurde. Der Laufstreifen wurde abgekratzt und mit 100 ml 25% ÄtOH/CHCl₃ eluiert, wobei man 609 mg des gewünschten Produkts in Form eines Öls erhielt.

Beispiel 3 Herstellung von 1-Methyl-3-(3′-carboxypropyl)xanthin

Eine ölige Suspension von 508 mg 1-Methyl-3-(carboäthoxypropyl)- 7-(pivaloyloxymethyl)xanthin in 36,2 ml 2n NaOH wurde 2 Stunden lang unter Stickstoff auf 95 bis 100°C erhitzt. Das Öl löste sich auf und die Reaktion war beendet, wie durch TLC gezeigt wurde. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung wurde mit 15 ml 12%iger Chlorwasserstoffsäure auf pH 2 bis 3 angesäuert und die Lösung wurde mit 3 × 5 ml Chloroform extrahiert, um die Pivalinsäure zu entfernen. Nach dem Waschen der Chloroformextrakte mit 5 ml 0,5 n HCl wurden die wäßrigen Lösungen miteinander vereinigt und zur Trockne gestrippt und der Rückstand wurde bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet. Das Rohprodukt wurde in etwa 22 ml heißem Wasser gelöst, entfärbt und auf 15 ml eingeengt, wobei man nach dem Abkühlen 159 mg eines kristallinen Produktes, F. 220 bis 221°C, erhielt.

Das 1-Methyl-3-(3′-carboxypropyl)-Xanthin kann, wie es in Beispiel 4 der DE-PS 28 05 961 beschrieben ist, mit Rinder-γ- globulin konjugiert werden.

Dieses Xanthin kann ferner gemäß Beispiel 6 der DE-PS 28 05 961 an Glucose-6-phosphat-dehydrogenase konjugiert werden. Das Konjugat eignet sich als Reagens für den Theophyllin-Nachweis.

Beispiel 4 Herstellung von 3-(2′-Cyanoäthyl)-1-methylxanthin

In einen Reaktionskolben wurden 100 mg 7-Pivaloyloxymethyl-1- methylxanthin, gelöst in 1,42 ml DMF, 44,17 mg Natriumcarbonat und 47 µl Acrylnitril eingeführt. Nach 16stündigem Erhitzen auf 100°C wurde die Mischung in Wasser gegossen und die wäßrige Mischung wurde mit Chloroform extrahiert. Die Chloroformextrakte wurden getrocknet und eingedampft, der ölige Rückstand wurde zweimal an Silicagal-Platten chromatographiert und der Laufstreifen wurde mit 75 ml 25%igem Äthanol/- Chloroform (bezogen auf das Volumen) eluiert, wobei man 109 mg eines öligen Produktes erhielt, das beim Stehenlassen fest wurde, F. 118 bis 120°C.

Das obige Nitril (109 mg) wurde in 0,35 ml 1n Natriumhydroxid suspendiert und es wurden 0,35 ml THF zugegeben. Die Mischung wurde 3,5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt, danach wurden 0,2 ml 0,1n Natriumhydroxid zugegeben und das Rühren wurde weitere 0,5 Stunden lang fortgesetzt. Die Mischung wurde dann in etwa 2 ml Wasser gegossen, die wäßrige Lösung wurde angesäuert und erschöpfend mit Chloroform extrahiert. Die Chloroformextrakte wurden mit einer 8%igen Natriumbicarbonatlösung gewaschen, anschließend getrocknet und zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wurde an zwei Silicagel- Platten chromatographiert (10% ÄtOH/CHCl₃) und mit 125 ml 25%igem ÄtOH/HCCl₃ eluiert. Nach dem Eindampfen zur Trockne erhielt man 50 mg des gewünschten Produktes.

Das Nitril kann leicht zu dem Imidoester modifiziert und für die Konjugation an die in Poly(aminosäuren) vorhandenen Aminogruppen zur Herstellung von Amidin-Brückenbindungen verwendet werden.

Claims

1. 1-Methyl-3-substituierte Xanthine, gekennzeichnet durch die allgemeine Formel worin R¹ eine C_1-6-Alkylengruppe und Z eine Carboxylgruppe oder eine Cyanogruppe bedeutet.

2. 1-Methyl-3-(3′-carboxypropyl)-Xanthin, gekennzeichnet durch die Formel

3. Verfahren zur Herstellung von 1-methyl-3-substituierten Xanthinen der in Anspruch 1 angegebenen allgemeinen Formel, in der R¹ die angegebene Bedeutung hat und Z eine Carboxylgruppe bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man in an sich bekannter Weise 1-Methylxanthin mit Halogenmethylpivalat kondensiert, das erhaltene 1-Methyl-7-pivaloyloxymethylxanthin unter milden basischen Bedingungen mit einem aliphatischen Halogencarbonsäureester, worin der Säureanteil 2 bis 7 Kohlenstoffatome, der Alkoholanteil 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist und das Halogen ein Chlor-, Brom- oder Jodatom ist, in Kontakt bringt und die Pivaloyloxymethylgruppe und die Carboalkoxygruppe des erhaltenen 1-Methyl-3-carboalkoxy-alkyl-7-pivaloyloxymethylxanthins unter basischen Bedingungen hydrolysiert.