DE1932504C3

DE1932504C3 - Verfahren zur Herstellung racemischer oder optisch aktiver Cephalosporinderivate

Info

Publication number: DE1932504C3
Application number: DE19691932504
Authority: DE
Inventors: Jacques Bondy; Heymes Rene Romainville; Martel (Frankreich)
Original assignee: Roussel Uclaf SA
Current assignee: Sanofi Aventis France
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-06-26
Publication date: 1977-10-27

Description

CH

ROOC j

HN_xA_x

(VIII')

c/

mit einer anorganischen oder organischen Säure zu einem Gemisch der Threo- und Erythroform einer Verbindung der allgemeinen Formel

H₂N

HOOC

(ix)

verseift, diese in Gegenwart eines alkalischen Mittels mit Tritylchlorid umsetzt, die Erythroform einer Verbindung der allgemeinen Formel

NH- CH -γ ^S ^ ' HNxA

HOOC

-N-

(IX')

40

von der Threoform abtrennt und durch Behandlung mit einem alkalischen Mittel zur Threoform isomerisiert, das Threo-Isomere durch Einwirkung eines Dialkyl- oder Dicycloalkyi-carbodiimids in Gegenwart eines polaren Lösungsmittels und eines tertiären Amins cyclisiert, auf die entstandene Verbindung der allgemeinen Formel

(C₆Hs)₃C-HN

(X)

J-N-R₁

H,N

i
N-R₁

in der R₁ ein Wasserstoffatom oder einen Alkyl- oder Arylrest darstellt.

Die neuen Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel I sind für die Herstellung der racemischen oder optisch aktiven Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel Γ brauchbar:

H H

eine anorganische oder organische Säure einwirken läßt und gegebenenfalls anschließend eine so erhaltene racemische Verbindung der allgemeinen Formel 1 mit einer optisch aktiven organischen Carbon- oder Sulfonsäure in die optischen Antipoden spaltet.

R₂-HN-

(Γ)

N-R₁

50

55 in der R₂ einen substituierten oder unsubstituierten Acylrest darstellt und R₁ die vorstehende Bedeutung hat.

Die Verbindungen der allgemeinen Formel Γ besitzen interessante antibiotische Eigenschaften.

Die Erfindung ermöglicht nun auf dem Wege einer Fotalsynthese die Herstellung der Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel I, d. h. Produkte, die in der 7-Stellung des Cephalosporingerüstes eine freie primäre Aminfunktion tragen, wobei die Verbindungen I durch Acylierung dieser primären Aminfunktion in die Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel Γ überführt werden können.

Diese Acylierung ist in der DT-OS 19 32 505.4 vorgeschlagen worden.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Aminosäure der allgemeinen Formel

R₁HN-CH₂-CH₂-COOH (U)

mit Benzylalkohol in Gegenwart einer Säure der allgemeinen Formel

XH

in der X ein Halogen-, Schwefelsäure- oder Sulfonsäure-Anion bedeutet, umsetzt, das erhaltene Estersalz der allgemeinen Formel

X⁰R₁H₂N^-CH₂-CH₂-COO-CH₂C₆H, (III)

mit einem Oxalsäurealkyl- oder -aralkylester in Gegenwart eines alkalischen Kondensationsmittels kondensiert, die entstandene Verbindung der allgemeinen Formel

COO-CH₂-C₆H₅

J—N-R₁

(IV)

catalytisch zur Carbonsäure der allgemeinen Formel COOH

HO

gruppe bedeutet, worin »Acyl« für den Rest einer niederen organischen Carbonsäure steht, bei erhöhier Temperatur kondensiert, aus der erhaltenen Erythroform der Verbindung der allgemeinen Formel

N-R₁

(IV)

hydriert, diese in Gegenwart von Salzsäure mit Formaldehyd und einem Amin der allgemeinen Formel ROOC

HN

R'

R"

(VIII)

N-R₁

worin R' und R" Alkyl- oder Aralkylreste bedeuten oder zusammen einen heterocyclischen Rest bilden, umsetzt, die erhaltene Verbindung der allgemeinen Formel

die Gruppe Y mit Hydrazin, durch saure Hydrolyse oder durch Hydrogenolyse abspaltet, das entstandene Gemisch der Threo- und Erythroform des y-Lactams der allgemeinen Formel

R'

CH₂-N

N-R₁

25

(V) H₂N

ROOC

durch Umsetzung mit einer Thiocarbonsäure in Gegenwart des entsprechenden Alkalimetall salzes in eine Verbindung der allgemeinen Formel

(VIII'

CH₂SAc

N-R₁ N-R₁

40

(VI)

in der Ac einen Acylrest darstellt, überführt, aus dieser durch saure Alkoholyse ein Mercaptan der allgemeinen Formel

45 H₃N

HOOC

CH

CH₂SH HO

i—N-R₁

(IX)

N-R₁

(VI') verseift, diese in Gegenwart eines alkalischen Mittel: mit Tritylchlorid umsetzt, die Erythroform einer Ver bindung der allgemeinen Formel

herstellt, letzteres mit einem Enamin der allgemeinen Formel

CH-NH₂

55

60 (C₆H₅^C-NH-CH

HOOC

Y-C

(VII)

(IX')

COOR

in der R einen niederen Alkylrest oder einen niederen Aralkylrest und Y eine Imido- oder eine Acylamino-N-R₁

von der Threoform abtrennt und durch Behandlun mit einem alkalischen Mittel zur Threoform isomer siert. das Threo-Isomere durch Einwirkung eini

Dialkyl- oder Dicycloalkyl-carbodiimids in Gegenwart eines polaren Lösungsmittels und eines tertiären \mins cyclisiert, auf die entstandene Verbindung der dlgemeinen Formel

(C₆H₅)₃C-HN

N-R₁ (X)

eine anorganische oder organische Säure einwirken läßt und gegebenenfalls anschließend eine so erhaltene racemische Verbindung der allgemeinen Formel 1 mit einer optisch aktiven organischen Carbon- oder SuI-fonsäure in die optischen Antipoden spaltet.

Man beachte, daß in diesem Verfahren die Verbindungen VIII, VIII', IX und IX' zwei asymmetrische Kohlenstoffatome besitzen und daher in Form der Threo- und Erythro-lsomeren existieren können. Tatsächlich wurden diese beiden Isomeren* gefunden. Außerdem scheint es in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen möglich zu sein, das Verhältnis Threo/ Erythro zu variieren und gegebenenfalls das eine der beiden Isomeren bevorzugt oder sogar praktisch ausschließlich zu erhalten. Bei der Bildung der Verbindung VIII erhält man nahezu ausschließlich das Erythro-lsomere. Indessen wurde festgestellt, daß das Erythro-Isomere der Verbindung VIII in ein Gemisch der Threo- und Erythro-lsomeren der Verbindung VIII' umgewandelt werden kann.

Um VIII in IX' zu überführen, über die Zwischenverbindungen VIII' und IX, ist es daher nicht erforderlich, in jeder Stufe ein reines Isomeres zu isolieren; das Gemisch der beiden Isomeren wird Tür die Durchführung der nachfolgenden Stufe verwendet. Jedoch nur eines der beiden Isomeren von IX', das Threo-Isomere, führt durch Cyclisierung zur Verbindung X, welche die gewünschte 6H,7H-cis-Konfiguration besitzt, die dem natürlichen Cephalosporin und seinen Derivaten eigen ist.

Es ist daher erforderlich, IX' zumindest teilweise in Form des Threo-Isomeren zu erhalten. Es scheint, daß dies so ist, welches auch immer die Arbeitsbedingungen sein mögen. Weiterhin wurde gezeigt, daß es möglich ist, die Erythro-Form von IX' zur entsprechenden Threo-Form zu isomerisieren. Es handelt sich dabei um eine der essentiellen Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Verfahren zur Herstellung der Cephalosporinderivale der allgemeinen Formel 1, wie es oben definiert wurde, umfaßt insbesondere zwei bemerkenswerte nicht naheliegende Phasen:

1. Die Hydrogenolyse des 2,3-Dioxo-pyrrolidin-4-carbonsäure-benzylesters der Enolformel IV durch katalytische Hydrierung, die die3,4-Doppelbindung bestehen läßt, wobei dieser Hydrogenolyse eine Decarboxylierung im Milieu der Aminomethylicrung folgt.

Man beachte, daß in dem besonderen Falle, wo R₁ = H, die einfache Eliminierung der Carboxylgruppe, die für die Schaffung einer aktivierten Methylengruppe (daher alkylierbar) in der 4-Stcllung nützlich ist, bisher nicht durchgeführt werden konnte, ohne die heterocyclische Verkettung zu zerbrechen (viii. South wick et coll.. J. Org. 21. 1086 [1956]).

2. Die Isomerisierung der Erythro-Form des y-Lactams der 2-(a-Carboxy-a-tritylaminomethyl)-5-aminomethy 1-2,3-dihydro-1,3-thiazin-4-carbonsäure der Formel IX' zur Threo-Form unter der Kraft der Einwirkung eines alkalischen Mittels. Man erhält auf diese Weise ein Zwischenprodukt, in dem die natürliche Cephalosporanstruktur vorgebildet ist.

Wie oben bereits ausgeführt, verwendet man als Ausgangsmaterial für das obige Verfahren das /3-Alanin oder auch — falls man ein am Stickstoff des fünfgliedrigen Heterocyclus substituiertes Endprodukt haben möchte (R₁ ein anderer Substituent als Wasserstoff) — ein /J-Alanin, das den gewünschten Substituenten am Stickstoff trägt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die jedoch keinen einschränkenden Charakter haben soll, kann im einzelnen durch die folgenden Punkte gekennzeichnet werden:

Die Umsetzung von Benzylalkohol mit dem Ausgangsprodukt der Formel Il wird in Anwesenheit einer Sulfonsäure wie der p-Toluolsulfonsäure oder der Methansulfonsäure oder in Gegenwart einer Halogenwasserstoffsäure oder von Schwefelsäure durchgeführt.

Die Kondensation des Estersalzes der allgemeinen Formel III mit einem Oxalsäure-alkyl- oder -aralkylester wird in Gegenwart eines alkalischen Mittels wie eines Alkalialkoholates, wie Natrium- oder Kaliumtert.-butylat oder Natrium- oder Kalium-benzylat, durchgeführt. Als Oxalat verwendet man vorteilhafterweise den Oxalsäurebenzylester oder den Oxalsäureäthylester.

Die Hydrogenolyse des 2,3-Dioxo-pyrrolidin-4-carbonsäure-benzylesters der Enolformel IV wird in Gegenwart eines Hydrierkatalysators auf der Basis von Palladium oder Platin durchgeführt.

Die Aminomethylierung des Produktes der Hydrogenolyse wird durch Einwirkung von Formaldehyd und dem Hydrochlorid des gewählten Amins durchgeführt, wobei man in chlorwasserstoffsaurem Milieu arbeitet. Als Beispiel für Amine seien Morpholin, Pyrrolidin, Dimethylamin und Diäthylamin genannt.

Der Ersatz der Aminogruppe des bei der Aminomethylierung entstandenen Produktes wird durch Einwirkung einer Thiocarbonsäure, wie Thioessigsäure oder Thiopropionsäure, in Anwesenheit von dem entsprechenden Alkalimetallthiocarboxylat, wie dem Natrium- oder Kaliumthiocarboxylat, erreicht, was zu dem 2,3-Dioxo-4-acylthiomethyl-pyrrolidin der allgemeinen Formel VI führt.

Die Thiol-Funktion des 2,3-Dioxo-4-acylthiomcthyl-pyrrolidins der allgemeinen Formel VI wird durch Methanolyse in Gegenwart eines sauren Mittels wie einer Mineralsäure, wie Chlorwasserstoffsäure oder Schwefelsäure, oder einer Sulfonsäure, wie p-Toluolsulfonsäure oder Methan-sulfonsäurc, in Freiheit gesetzt.und man erhält das Mercaptan der allgemeinen Formel VI'.

Das methanolische Reaktionsmilieu, das das Mercaptan der allgemeinen Formel VI' enthält, wird nach der Neutralisation bei niederer Temperatur mit einem Enamin der allgemeinen Formel VlI versetzt, wie dem Enamin des Phthalimido-malonaldehydsäurctcrt.-butyleslcr. Die methanolische Lösung wird durch Destillation im Vakuum zur Trockne gebracht, und der erhaltene Rückstand wird in wasserfreiem Benzo aufgenommen; die Rcaktfonsmischung wird 12 Stunden lang am Rückfluß erhitzt, gegebenenfalls untci

azeotroper Entfernung des gebildeten Wassers, und man erhält so das Thiazin der allgemeinen Formel VIl I, das unter diesen Bedingungen im wesentlichen in Form des Erythro-Isomeren vorliegt.

Man eliminiert die Phthaloylgruppe des y-Lactams der 2 - (α - R - Oxycarbonyl - λ - phthalimido) - methy 1-S-aminornethyl^-dihydro-l^-thiazin^-carbonsäure der allgemeinen Formel VIII (mit Y = Phthalimido) durch Hydrazinolyse in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, wie eines disubstituierten Amids, wie Dimethylformamid oder eines cyclischen Äthers, wie Dioxan.

Die Freisetzung der Carboxylgruppe des y-Lactams der 2-(ix-R-Oxycarbonyl-a-aminomethyl)-5-aminomethy 1 - 2,3 - dihydro -1,3 - thiazin - 4 - carbonsäure der allgemeinen Formel VIII' wird durch eine anorganische oder organische Säure, wie Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, p-Toluolsulfonsäure, ein Bromwasserstoffsäure-Essigsäuregemisch, oder Trifluoressigsäure, in einem wasserfreien organischen Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol, Äther, Dioxan, Nitromethan, oder einem polyhalogenierten Kohlenwasserstoff, wie Chloroform oder Methylenchlorid, bewirkt.

Die Tritylierung des '/-Lactams der 2-(*-Carboxy- <*-aminomethyl)-5-aminomethyl-2,3-dihydro-l,3-thiazin-4-carbonsäure der allgemeinen Formel IX wird durch Einwirkung von Tritylchlorid bewirkt, wobei man in Gegenwart eines alkalischen Mittels, wie Triäthylamin, arbeitet.

Die Umwandlung der Erythro-Form des y-Lactams der 2 - (λ- Carboxy - λ - tritylaminomethyl) - 5 - aminomethyl-2,3-dihydro-1,3-thiazin-4-carbonsäure der allgemeinen Formel IX' in die Threo-Form wird durch Einwirkung eines alkalischen Mittels wie eines Alkalimetallhydroxydes, wie Natriumhydroxyd oder Lithiumhydroxyd, in einem Alkanol, wie Methanol oder Äthanol, erreicht.

Die Cyclisierung des y-Lactams des Threo-Isomeren der 2 - (a - Carboxy - α - tritylaminomethyl) - 5 - aminomethyl-2,3-dihydro-1,3-thiazin-4-carbonsäure der allgemeinen Formel IX' erreicht man durch Einwirkung eines Dialkyl- oder Dicycloalkylcarbodiimides, wie des Dicyclohexylcarbodiimides oder des Diiso propylcarbodiimides, in Gegenwart eines polaren Lösungsmittels, wie eines Nitroalkans, wie Nitromethan, eines disubstituierten Amides, eines Sulfoxydes, von Aceton oder Acetonitril, und in Gegenwart eines tertiären Amins wie Pyridin, eines Collidines oder eines Dialkylanilines, wobei das Milieu ein zusätzliches Lösungsmittel wie Methylenchiorid oder Chloroform enthalten kann.

Die Enttritylierung des y-Lactams der DL-6H,7H-cis^-Tritylamino^-aminomethyl-cephO-em^-carbonsäurc der Formel X erzielt man durch Einwirkung einer anorganischen oder organischen Säure, wie Chlorwasserstoffsäure, Fluorwasserstoffsäure, Essigsäure oder Trifluoressigsäure, wobei man in einem organischen Lösungsmittel wie Nitromethan, Chloroform, Methylenchlorid oder Methanol arbeitet. fo

Die Spaltung des y-Lactams der DL-6H,7H-cis-7-Amino-3-aminomethyl-ceph- 3 -em -4-carbonsäure der allgemeinen Formel I bewirkt man mit Hilfe einer optisch aktiven organischen Carbon- oder Sulfonsäure, wie Weinsäure, Dibenzoylweinsäure, Campho- (,5 sulfonsäurc oder Glutaminsäure, wobei die Zersetzung des so erhaltenen Salzes mit einer anorganischen Base wie Natrium- oder Kaliumhydroxyd oder einer organischen Base wie einem tertiären Amin, wie Triäthylamin, durchgeführt wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel I

Herstellung des y-Lactams der

DL-6 H,7 H-cis^-Amino-S-aminomethyl-ceph-S-em-

4-carbonsäure, 1 mit R₁ = H

Stufe A

p-Toluolsulfonat des /i-Alaninbenzylesters,
111 mit R₁ = H und X = p-Toluolsulfonyloxy

In einer Apparatur, die mit einem Wasserabscheider für die azeotrope Entfernung mit dem Lösungsmittel von in der Reaktion gebildetem Wasser versehen ist, erhitzt man die folgende Mischung 5 Stunden lang am Rückfluß:

/f-Alanin 89 g

p-Toluolsulfonsäure-monohydrat . 210 g

Benzylalkohol 450 ecm

Tetrachlorkohlenstoff 500 ecm

Während dieser Zeit wurden ungefähr 45 ecm Wasser abgeschieden. Die Reaktionsflüssigkeit wird anschließend durch Destillation im Vakuum auf ein kleines Volumen eingeengt; man kühlt ab und kristallisiert das gebildete Produkt in Äther. Man stellt in Eis, saugt ab, trocknet und gewinnt 350 g (entspricht einer quantitativen Ausbeute) Kristalle, Fp. = 142°.

Das erhaltene Produkt ist identisch mit dem von Nobuo Yzumiya et coll., Nippon Kagaku Zasshi 78, 662 (1957) beschrieben.

Stufe B

2,3-Dioxo-pyrrolidin-4-carbonsäure-benzylester,
IV mit R₁ = H

Man trägt 225 g Kalium-tert.-butyiat in 900ccrr wasserfreies Benzol ein, fügt 500 ecm Benzylalkoho hinzu.kühlt die Mischung in einem Eis/Methanol-Bac ab und gibt ohne 30° zu überschreiten 351 g p-Toluol· sulfonat des /i-Alaninbenzylesters hinzu.

Andererseits löst man 300 g Oxalsäure-benzylestei in 600 ecm heißem Benzol, läßt auf Raumtemperatui zurückkommen und neutralisiert die schwache Azidi tat der Lösung durch Zugabe von 0,4 ecm Triäthylamin. Diese Lösung gibt man zu der oben gebildeter Mischung und hält immer im Kühlbad. Man erwärmi wieder auf Raumtemperatur und bringt 5 Stunder lang zum Rückfluß.

Man verjagt das Benzol im Vakuum, fügt nachein ander zuerst 2 1 Wasser, das 15 ecm Essigsäure ent hält, dann 1,5 1 Isopropyläther und schließlich 1 lOccn konzentrierte Chlorwasserstoffsäure hinzu (bis mar einen pH von 1 erhält). Man stellt unter Rührer 2¹I₂ Stunden lang in Eis. Man saugt ab, wäscht mi Wasser, mit Isopropyläther und kristallisiert durcr Auflösen in Dimethylformamid und Ausfällen mi Wasser um. Man erhält 130,5 g (56%) Produkt Fp. = 186"C, löslich in Alkoholen. Äther und Aceton unlöslich in Benzol und Wasser.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Litera tür nicht beschrieben.

11 12

Stufe C Man trägt 30,33 g 2,3-Dioxo-pyrroIidin-4-carbon-

säure-benzylester in 300 ecm Dioxan mit 10% Wasser

2,3-Dioxo-pyrrolidin-4-carbonsäure, _ein erhitzt leicht, um das Produkt zu lösen, lügt 3 g

IV mit R₁ = H Tierkohle und 1 ecm einer wäßrigen 20%igeri Palla-

a) Herstellung des Hydrierkatalysators ⁵ diumchloridlösung hinzu, man setzt unter Wasser-

stoffatmosphare und rührt sehr energisch. In 1 Stunde

Man rührt unter Wasserstoffatmosphäre eine Sus- und 40 Minuten werden 2700 ecm Wasserstoff absor-

pension von 0,8 g Tierkohle in 4 ecm einer wäßrigen biert (theoretisches Volumen: 2912 ecm). Man kühlt

2%igen Palladiumchloridlösung. Nach der Sättigung ab, spült mit Stickstoff und leitet dann 130 ecm der

des Katalysators saugt man ihn unter Luftausschluß ι ο wie folgt zusammengesetzten Mischung ein:

ab und spült mehrmals mit wasserfreiem Dimethyl- wir η r

formamid Morpholin 43,5 g

Wasser 100 ecm

b) Hydrierung Konzentrierte Chlorwasserstoff-

Man löst 9,32g^-Dioxo-pyrrolidin^-carbonsäure- i_S ^"-,; _n:. fi ^ccm

benzylester in 50ccm wasserfreiem Dimethylformamid, ' 1 n-Chlorwasserstoffsaure 15 ecm

fügt den oben hergestellten Katalysator hinzu. Man t-ormaiaenya . ,™^cm

seizt das Ganze unter WasserstofTatmosphäre, rührt ^{Wasser 2ur Er}ganzung auf 500 ecm

dann und kühlt von Zeit zu Zeit, um jegliche spürbare Man erhitzt die Reaktionsmischung auf ungefähr Temperaturerhöhung zu vermeiden. Man filtriert, 20 50 C und fängt innerhalb 1 Stunde 2325 ecm Kohlenfügt 500 ecm Isopropyläther zum Filtrat, saugt ab dioxydgas auf. Theoretisch müßte so viel Kohlen- und trocknet. dioxyd entwickelt werden, wie anfangs in der Reaktion

Man erhält 4,618 g (96%) Produkt, das man.so wie Wasserstoff absorbiert wurde. Man erwartet daher es ist, für die weitere Synthese verwendet. Für die höchstens die Entwicklung von 2700 ecm Kohlen-Analyse löst man es in 6 Volumina Dimethylsulfoxyd 25 dioxydgas. Man rührt leicht einige Minuten, filtriert und 4 Volumina Methanol. Man filtriert und fügt und dampft im Vakuum zur Trockne ein. Der Rückerneut 4 Volumina Methanol hinzu. Es bildet sich ein stand kann, so wie er ist, für die v/eitere Synthese weißer Niederschlag, den man absaugt und trocknet. verwendet werden.
Ausbeute bei der Reinigung: 60%. Zwecks Analyse teigt man das erhaltene Produkt

Das Produkt liegt in Form weißer Kristalle vor, 30 mit Äthanol an, spült mit Äther, trocknet und erhält

die wegen Decarboxylierung wenig stabil sind. Es ist mit einer Ausbeute von 63,5% ein Produkt, das mit

löslich in Dimethylsulfoxyd und Dimethylformamid, dem oben beschriebenen identisch ist.
unlöslich in Isopropyläther und Wasser.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Litera- Stufe E

tür nicht beschrieben. 35 2,3-Dioxo-4-acetylthiomethyl-pyrrolidin,

VI mit Ac = Acetyl und R, = H
Stufe D

.,,,,...„-, „· . , ,· ,ui In einen im Eis/Methanol-Bad gekühlten Behälter

Hydrochlond des W-Dioxo-^morphoUno-methyl- _{trägl mn} _m _{ccm Wasser>
24 g Mononatriumphos}.

pyrrolidins, ^ _phaU ^ _ccm Jhioessigsäure und 67,2 g Natriumbicar- \/ .ο- , D" r>u r-u n_r-u _r-u bonat ein, rührt 5 Minuten lang und fügt dann 46,8 g V mit R + R = CH₂LH₂ υ CH, LM₂ 2,3-Dioxo-4-morpholino-methyl-pyrrolidin-hydro- und R₁ — H chlorid hinzu. Die Reaktionsmischung wird bei Raum-Man fügt 2 Tropfen 1 n-Chlorwasserstoffsäure zu temperatur 3'/₂ Stunden lang gerühn. unter Zugabe 10 ccm einer Morpholin -hydrochloridlösung, die 45 von ein wenig Äther nach Ablauf einer halben Stunde, durch Neutralisation von 8,71 g Morpholin mit kon- um den sich bildenden Schaum zu entfernen. Man zentrierter Chlorwasserstoffsäure und Zugabe von säuert anschließend durch Zugabe von 80 ccm kon-50 ccm Wasser hergestellt worden war. Man fügt zentrierter Chlorwasserstoffsäure auf pH 1 an und 2 ccm 30%igen Formaldehyd hinzu und trägt dann verjagt die überschüssige Thioessigsäure durch Ein-2,83 g 2,3-Dioxo-pyrrolidin-4-carbonsäure ein. Die ₅o dampfen im Vakuum.

Reaktionsmischung wird unter Rühren 30 Stunden Man filtriert und bewahrt das Filtrat auf. Das

lang auf 60 bis 65° C erhitzt. Man dampft zur Trockne abgesaugte Produkt wird mit Wasser gewaschen

ein und kristallisiert den Rückstand in Äthanol um. dann löst man es in 150 ccm heißem Chloroform

Man erhält 2,986 g Produkt, das direkt für die weitere man dekantiert das im Produkt enthaltene Wassei

Synthese brauchbar ist. 55 und extrahiert die wäßrige Phase mit Chloroform

Zwecks Analyse löst man das Produkt in einem Die vereinigten organischen Phasen werden übei

Volumen heißen Wassers und fügt 3 Volumina Ätha- Natriumsulfat getrocknet und unter Vakuum zu

nol hinzu. Man stellt in Eis, saugt ab und erhält mit Trockne eingedampft. Der Rückstand wird mit Äthe

einer Ausbeute von 80% ein Produkt, das in Form angeteigt und ergibt 25 g (67%) Produkt, Fp. = 136

weißer Kristalle vorliegt, wenig löslich in Äthanol do Andererseits extrahiert man das oben erhalten

und Äther, löslich in Wasser ist. Filtrat mit Chloroform, trocknet die Extrakte übe

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Litera- Natriumsulfat, filtriert und dampft im Vakuum zu

tür nicht beschrieben. Trockne ein. Der Rückstand wird in einem Gemisc

Das Hydrochlorid des 2,3-Dioxo-4-morpholino- aus 10 ccm Äthylacetat und 10 ecm Äther gelös

methyl-pyrrolidins kann ausgehend von 2,3-Dioxo- h₅ Man läßt eine Nacht lang im Kühlschrank stehei

pyrrolidin-4-carbonsäure-benzylester ohne Isolierung saugt ab und erhält 2,5 g Produkt, das mit demjenigc

der zwischendurch auftretenden freien Säure auf fol- der ersten Fraktion identisch ist. Gesamtausbeuh

gcnde Weise erhalten < -erden: 72,5%.

<f

Das Produkt ist ohne weitere Reinigung für die weitere Synthese brauchbar.

Zwecks Analyse kristallisiert man es in Äthylacetat um, der Schmelzpunkt bleibt konstant. Es liegt in Form weißer Kristalle vor, löslich in Wasser, wenig löslich in Äther und Äthylacetat.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

Stuie F

y-Lactam der 2-[«-tert.-Butoxycarbonyl-«-phthalimidornethyl]-5-aminomethyl-2,3-dihydro-1,3-thiazin-

4-carbonsäure,
VIII mit R = t.-But, R₁ = H und Y = Phthalimido

Man löst 18,72 g ^-Dioxo^-acetyl-thiomethylpyrrolidin in 300 ecm einer 5%igen methanolischen p-ToIuolsulfonsäurelösung und bringt 2¹I₂ Stunden lang zum Rückfluß. Man läßt anschließend die gebildete Mischung wieder auf Raumtemperatur zurückkehren, kühlt auf — 50⁰C ab und setzt ihr tropfenweise 39,5 ecm einer 2n-AmmoniumacetatIösung in Methanol zu. Man fügt anschließend unter Stickstoffatmosphäre 30 g Enamin des Phthalimido-malonaldehydsäure-tert.-butylester hinzu und läßt unter Rühren einige Minuten lang bei Raumtemperatur stehen. Man verdampft die Lösungsmittel durch Destillation im Vakuum, nimmt den Rückstand in wasserfreiem Benzol auf und erhitzt ihn 12 Stunden lang unter kontinuierlicher Wasserabscheidung' am Rückfluß. Man nimmt den Rückstand, der im wesentlichen aus dem Erythro-Isomeren besteht, in 200 ecm Methanol auf und saugt die Kristalle ab. Man reinigt durch sukzessives Anteigen in Wasser, Methanol und Äther, Auflösung in Dimethylformamid und Zugabe von Methanol.

Man erhält 16,6 g (40%) Produkt, Fp. = 250", das in Form weißer Kristalle vorliegt, löslich in einem Methanol/Chloroformgemiseh, wenig löslich in reinem Methanol, unlöslich in Benzol und Äther.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

Stufe G

y-Lactam der 2-[a-tert.-Butoxycarbonyl-a-aminomethylhydrochlorid]-5-aminomethyl-2,3-dihydro-

1,3-thiazin-4-carbonsäure,
VIII' (Hydrochlorid) mit R = t.-But, R, = H

Man trägt 16,6 g y-Lactam der 2-(a-tert.-Butoxycarbonyl - α - phthalimidomethyl) - 5 - aminomethyl-2,3-dihydro-l,3-thiazin-4-carbonsäure in 32 ecm Dimethylformamid ein. Pdgt dann sehr langsam unter Rühren und unter StiekstofTatmosphäre 22 ecm einer 2m-Hydrazinhydratlösung in Dimethylformamid hinzu und rührt 20 Minuten lang bei Raumtemperatur. Man fügt anschließend im Abstand von 30 Minuten 44 ecm 1 n-Chlorwasserstoffsäure hinzu, rührt 30 Minuten, lang, stellt dann in Eis und filtriert. Das Filtrat wird im Vakuum zur Trockne eingedampft, und der Rückstand, gelöst in 30 ecm Wasser, wird mit Tierkohle behandelt. Man filtriert, dampft zur Trockne ein und kristallisiert das erhaltene Produkt in Methanol. Man wäscht mit Äther und erhält 12,5 g (97%) Produkt, das, obwohl es aus einem Threo- und Erythro-Isomerengemisch besteht, nichtsdestoweniger so wie es ist für die weitere Synthese brauchbar ist.

Man kann nötigenfalls die Bestandteile der Mischung durch fraktionierte Kristallisation in Methanol mit 20% Wasser trennen, wobei das Erythro-Isomcre das weniger lösliche ist. Die beiden Threo- und Erythro-stereoisomeren Hydrochloride können kaum durch ihre IR- und UV-Spektralcharakteristika unterschieden werden, jedoch durch Dünnschichtchromalographie, die Erythro-Form erscheint als die beweglichste (Träger, Kieselgel mit Fluoreszenzindikator 3/10 m/m Verdünnungsmittel, Mischung aus 60% Äthylacetat, 20% Äthanol und 20% Wasser).
Aus jedem reinen stereoisomeren Hydrochlorid

ίο (oder aus ihrer Mischung) wird durch Auflösen ir der geringsten Menge einer wäßrigen Natriumbicarbonatlösung die freie Base (oder die Mischung der freien Basen) in Freiheit gesetzt, die man mit Äthylacetat extrahieren kann.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

Stufe H

y-Lactam der 2-(a-Carboxy-«-tritylamino)-methyl-5-aminomethyl-2,3-dihydro-1,3-thiazin-4-carbonsäure

1. ^-Lactam der 2-(a-Carboxy-a-aminomethyl)-

S-aminomethyl^-dihydro-l^-thiazin^-carbonsäure

IX mit R₁ = H

Man trägt 12,88 g des Threo- und Erythro-Isomerengemisches des y-Lactams der 2-(a-tert.-Butoxycarbo· nyl-aminomethylhydrochlorid)-5-aminomethyl-2,3-dihydro-l^-thiazin^-carbonsäure in 320 ecm Nitromethan ein, das mit gasförmiger Chlorwasserstoffsäure gesättigt ist und mit einer Eis/Methanol-Mischung gekühlt wird. Man leitet einen Strom gasförmiger Chlorwasserstoffsäure 50 Minuten lang in die gebildete Suspension ein und verjagt dann die Chlorwasserstoffsäure im Vakuum.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

2. y-Lactam der 2-(a-Carboxy-«-tritylaminomethyl)-S-aminomethyl^-dihydro-l^-thiazin^-carbonsäure IX' mit R₁ = H

Man setzt die oben erhaltene Mischung unter Stickstoffatmosphäre, kühlt in einem Eiswasserbad und leitet 28 ecm Triäthylamin und 24 g Tritylehlorid in 80 ecm Methylenchlorid ein. Man läßt bei Raumtemperatur unter Stickstoff eine Nacht lang stehen und dampft im Vakuum zur Trockne ein. Man löst den Rückstand in einer Mischung aus 200 ecm Methanol und 200 ecm Methylenchlorid und fügt 16 ecm Essigsäure hinzu. Man engt auf das halbe Volumen ein, rührt eine halbe Stunde lang bei Raumtemperatur, saugt ab, trocknet und erhält 7,161 g (38%) trityliertes Produkt der praktisch reinen Threo-Form.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

3. Isolierung des Erythro-Isomeren

Man behandelt die oben erhaltene Mutterlauge mit Tierkohle, filtriert und dampft auf dem Wasserbad unter Vakuum zur Trockne ein. Man löst das rückständige öl in 200 ecm Äther, fügt tropfenweise 20 ecm Wasser hinzu und rührt unter Stickstoffalmosphärc 4 Stunden lang bei Raumtemperatur. Man saugt ab, wäscht mit Äther, dann mit Wasser und erhält 8,368 g (,5 trityliertcs Produkt, der Erythro-Form, die ein wenig Thrco-lsomeres enthält.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

4. Isomerisierung der Erythro-Form zur Threo-Form

Man suspendiert 8,368 g des tritylierten Derivates der Erythro-Form in 170 ecm Methanol, kühlt auf 10°C, fügt 11,8 ecm wäßriges 3,4n-Lithiumhydroxyd hinzu und hält 3 Minuten lang bei Raumtemperatur. Man fügt anschließend Essigsäure (ungefähr 2,5 ecm) bis zur Erzielung eines schwach sauren pH-Wertes hinzu und erhitzt dann 10 Minuten lang in einem Bad von 60° C. Man saugt ab, wäscht mit Methanol und erhält 4,728 g des tritylierten Derivates der Threo-Form.

Die Mutterlauge wird andererseits mit Tierkohle behandelt; man filtriert, wäscht den unlöslichen Teil mit Methanol, welches man mit dem Filtral vereinigt und dampft im Vakuum zur Trockne ein. Der Rückstand wird in 10 ecm Äther gelöst, man fügt

1 ecm Essigsäure und 1 ecm Wasser hinzu. Man läßt

2 Stunden lang bei Raumtemperatur stehen, saugt ab und erhält 1,673 g des tritylierten Derivates der Erythro-Form, das man wie oben beschrieben isomerisiert, um so 0,887 g des Derivates der Threo-Form zu erhalten.

5. Reinigung des Threo-Isomeren

Man vereinigt die verschiedenen Produktmengen der Threo-Form, 12,77 g, fügt 10 ecm Methanol hinzu und erhitzt zum Rückfluß. Man filtriert, trocknet nach dem Waschen mit Äther und erhält 12,13 g (95%) Produkt, das für die weitere Synthese brauchbar ist.

Das Produkt liegt in Form farbloser Kristalle vor, die unter Zersetzung um 240° C schmelzen (während das Erythro-Isomere unter Zersetzung um 22O⁰C schmilzt).

Es ist löslich in wäßrigem Alkohol, wenig löslich in Dimethylformamid und Dimethylsulfoxyd, unlöslich in den hydrophoben organischen Lösungsmitteln.

Stufe 1

40

y-Lactam der DL-oHJH-cis^-Tritylamino-

3-aminomethyl-ceph-3-em-4-carbonsäure,

X mit R₁ = H

Man suspendiert 14,15 g des y-Lactams der Threo-Form der 2-(a-Carboxy-a-tritylamino)-methyl-5-aminomethyl-2,3-dihydro-1,3-thiazin-4-carbonsäure in 140 ecm wasserfreiem Pyridin und setzt unter Stickstoffatmosphäre. Man fügt 10,2 g Dicyclohexylcarbodiimid hinzu, rührt 5 Minuten lang und leitet 300 ecm wasserfreies Methylenchlorid und dann 300 ecm wasserfreies Nitromethan ein. Die entstandene weiße Suspension wird unter Lichtausschluß bei Raumtemperatur 65 Stunden lang stehengelassen; man saugt den kristallisierten Dicyclohexylharnstoff ab, spült die Kristalle mit Methylenchlorid, engt das Filtrat und dip Waschflüssigkeiten im Vakuum bis auf V* des Volumens ein, behandelt mit Tierkohle, nitriert und dampft im Vakuum zur Trockne ein. Man kristallisiert den ,Rückstand, indem man mit Äther verreibt, man saugt ab und bewahrt die Mutterlaugen vom Waschen auf.

Das kristalline Produkt wird in 30 ecm Äthylacetat gelöst, man fällt aus durch Zugabe von 2 ecm Wasser, verdünnt mit 35 ecm Äther und saugt 9,3 g farblose ^ Kristalle ab, die mit einem halben Molekül Wasser solvatisiert sind und bei ungefähr 200⁰C schmelzen (unter Zersetzung).

Durch Zugabe von Wasser zur oben erhaltenen Ätherlösung gewinnt man noch 0,18 g Produkt zurück, das mit demjenigen der ersten Fraktion identisch ist.

Das erhaltene Produkt ist für die weitere Synthese brauchbar.

Zwecks Analyse kristallisiert man es in Methylacetat um und erhält eine wasserfreie Probe, Fp. = ungefähr 240⁰C unter Zersetzung.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

Stufe J

y-Lactam der DL-oHJH-cis^-Amino-S-amino-

methyl-ceph-3-em-4-carbonsäure,

1 mit R₁ = H

Man trägt 6 g y-Lactam der DL-6 H,7 H-cis-7-Tritylamino-3-aminomethyl-ceph-3-em-4-carbonsäure in 42 ecm Nitromethan ein, das bei einer Temperatur von 20⁰C mit gasförmiger Chlorwasserstoffsäure gesättigt wurde. Man rührt 10 Minuten lang bei Raumtemperatur, verjagt dann die Chlorwasserstoffsäure im Vakuum, fügt 60 ecm Äther hinzu, saugt ab, wäscht mit Äther und trocknet. Das so erhaltene Hydrochlorid wird in 30 ecm Äthanol unter Stickstoffatmosphäre eingetragen, man fügt rasch unter Rühren 2,3 ecm Triäthylamin hinzu und rührt 10 Minuten lang weiter. Man stellt in Eis, saugt ab, wäscht mit Äthanol, dann mit Äther und erhält 2,6 g (93%) Produkt, das ohne weitere Reinigung für die Herstellung des acylierten Derivates oder zur Spaltung geeignet ist.

Zwecks Analyse kristallisiert man das Produkt in Form des Hydrochlorides in Wasser um und setzt die Base durch Zugabe von Triäthylamin in Freiheit.

Das Produkt ist löslich in Wasser, Dimethylsulfoxyd und Dimethylformamid, wenig löslich in Äthanol und unlöslich in Äther.

Analyse für C₈H₉O₂N₃S = 211,24:

Berechnet ... C 45,49, H 4,30, N 19,90, S 15,18%; gefunden ... C 45,7, H 4,5, N 20,0, S 14,9%.

IR-Spektrum in gereinigtem Paraffinöl:

/J-Lactam bei 1754 cm"¹,
y-Lactam bei 1684 cm"¹,
Doppelbindung C = C 1647 cm"¹
und mehrere andere Absorptionen im OH- und NH-Gebiet.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

Spaltung des y-Lactams der DL-6H,7H-cis-7-Amino-3-aminomethyl-ceph-3-em-4-carbonsäure

Man löst 3 g reine D( - )-Weinsäure in 15 ecm Wasser, trägt 3,17 g y-Lactam der DL-6H,7H-cis-7-Amino-3-aminomethyl-ceph-3-em-4-carbonsäure ein und fügt dann 15 ecm Methanol hinzu. Das Tartrat kristallisiert. Man fügt erneut 15 ecm Methanol hinzu, rührt 5 Minuten lang, saugt ab, wäscht mit Methanol und dann mit Äther. Man erhält 2,16 g (80%) des diastereo- isomerenSalzes,[«]? = +77 ± 1,5°(c = 1%,Wasser).

Man verreibt das oben erhaltene Tartrat 5 Minuten lang in 17 ecm Äthanol und fügt dann tropfenweise 1,9 ecm Triäthylamin hinzu. Man rührt 15 Minuten lang bei Raumtemperatur, saugt ab, wäscht mit Äthanol und Äther und erhält 1,2 g y-Lactam der

L( + )-6H,7H-cis-7-Amino-3-aminomethyl-ceph-3-em- ^carbonsäurM«]? = +226° ± 3°(c - 1%, Wasser).

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

Ausgehend von der Mutterlauge des obigen Tartrates kann man das andere Isomere erhalten.

Man verfährt wie folgt: Zur Mutterlauge gibt man Triäthylamin bis zur Erzielung eines schwach alka

lischen pH-Wertes, man engt auf dem Wasserbad bei 35° C unter Vakuum ein, gibt den Rückstand zu 20 ecm Äthanol, saugt ab, wäscht mit Äthanol und Äther. Man erhält 1,48 g _rLactam der D(-J-6H,7H-cis-7-Amino-3-aminomethyl-ceph-3-ern-4-carbonsaure.

Soweit bekannt, ist diese Verbindung in der Literatur nicht beschrieben.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung neuer racemischer oder optisch aktiver Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel

H H

H,N

(D

N-R₁

in der R, ein Wasserstoffatom oder einen Alkyl- oder Arylrest darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Aminosäure der allgemeinen Formel

R₁HN-CH₂-CH₂-COOH (II)

mit Benzylalkohol in Gegenwart einer Säure der allgemeinen Formel

XH

in der X ein Halogen-, Schwefelsäure- oder Sulfonsäure-Anion bedeutet, umsetzt, das erhaltene Estersalz der allgemeinen Formel .

X⁰R₁H₂N⁰-CH₂-CH₂-COO-CH₂C₆H_{5 (III)}

mit einem Oxalsäurealkyl- oder -aralkylester in Gegenwart eines alkalischen Kondensationsmittels kondensiert, die entstandene Verbindung der allgemeinen Formel

HO

(IV)

katalytisch zur Carbonsäure der allgemeinen Formel

COOH

40

45

(IV)

N-R₁

55

hydriert, diese in Gegenwart von Salzsäure mit Formaldehyd und einem Amin der allgemeinen Formel

HN

R'

R"

den, umsetzt, die erhaltene Verbindung der allgemeinen Formel

CH₂-N

N-R,

R'

(V)

durch Umsetzung mit einer Thiocarbonsäure in Gegenwart des entsprechenden Alkalimetallsalzes in eine Verbindung der allgemeinen Formel

CH₁SAc

(VI)

in der Ac einen Acylrest darstellt, überführt, aus dieser durch saure Alkoholyse ein Mercaptan der allgemeinen Formel

HO

CH₂SH

N-R₁

(VI')

herstellt, letzteres mit einem Enamin der allgemeinen Formel

NH₂

Y-C

(VII)

COOR

in der R einen niederen Alkylrest oder einen niederen Aralkylrest und Y eine Imido- oder eine Acylaminogruppe bedeutet, worin »Acyl« für den Rest einer niederen organischen Carbonsäure steht, bei erhöhter Temperatur kondensiert, aus der erhaltenen Erythroform der Verbindung der allgemeinen Formel

ROOC

(VIII)

N-R₁

worin R' und R" Alkyl- oder Aralkylreste bedeuten oder zusammen einen heterocyclischen Rest bildie Gruppe Y mit Hydrazin, durch saure Hydrolyse oder durch Hydrogenolyse abspaltet, das

ntstandene Gemisch der Threo- und Erylhroform es y-Lactams der allgemeinen Formel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung racemischer oder optisch aktiver Cephalosporinderivate der allgemeinen Formel I

H,N