專利名稱：結(jié)晶β－內(nèi)酰胺抗生素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)晶β-內(nèi)酰胺抗生素的方法及由此方法獲得的β-內(nèi)酰胺。
此處所用術(shù)語β-內(nèi)酰胺包括β-內(nèi)酰胺核，例如6-氨基青霉烷酸(6-APA)、7-氨基頭孢子菌素酸(7-ACA)、3-氯-7-氨基去乙酸基去甲基頭孢子菌素酸(7-ACCA)、7-氨基-3-[[(1-甲基-1-H-四唑-5-基)硫代]甲基]-3-cephem-4-羧酸(7-ATCA)、7-氨基去乙?；^孢子菌素酸(7-ADAC)、7-氨基去乙酸基頭孢子菌素酸(7-ADCA)，發(fā)酵產(chǎn)物，例如青霉素G、青霉素V、頭孢菌素C、異青霉素N，中間產(chǎn)物，例如己二酰-6-氨基青霉烷酸、己二酰-7-氨基去乙酸基頭孢子菌素酸(己二酰-7-ADCA)、己二酰-7-氨基頭孢子菌素酸(己二酰-7-ACA)、己二酰-7-氨基去乙?；^孢子菌素酸(己二酰-7-ADAC)、3-羧基乙基硫代丙?；?7-氨基去乙酸基頭孢子菌素酸、2-羧基乙基硫代乙?；?7-氨基去乙酸基頭孢子菌素酸和3-羧基乙基硫代丙酰基-7-氨基去乙酸基頭孢子菌素酸以及β-內(nèi)酰胺抗生素，例如氨芐青霉素、羥氨芐青霉素、頭孢氨芐、頭孢拉定、頭孢羅齊、頭孢氯和頭孢羥氨芐。
過去幾十年中β-內(nèi)酰胺得到廣泛關(guān)注，因?yàn)樵S多這類混合物顯示了抗菌活性。特別是β-內(nèi)酰胺抗生素如青霉素和頭孢菌素抗生素由于其抗菌活性而有用并在藥物中發(fā)揮著重要作用。這類抗生素包括大量的化合物，全部具有其自身的活性特征。一般，β-內(nèi)酰胺抗生素由母核組成，即所謂的β-內(nèi)酰胺核，通過線性酰胺鍵母核的伯胺基團(tuán)與所謂的側(cè)鏈連接。
近來報(bào)道了許多β-內(nèi)酰胺抗生素的半合成路線。根據(jù)這些半合成路線，β-內(nèi)酰胺抗生素的合成一般包括由發(fā)酵產(chǎn)物如異青霉素N、青霉素G、青霉素V和頭孢菌素C制備β-內(nèi)酰胺母核。隨后將所得β-內(nèi)酰胺母核與幾種可能側(cè)鏈中的一個(gè)相連得到抗生素產(chǎn)物。
這些半合成路線包括酶催化，它可得到高度選擇性及純凈的制備方法。與傳統(tǒng)的化學(xué)法相反，酶催化反應(yīng)可在水溶液環(huán)境下進(jìn)行并且?guī)缀跬耆划a(chǎn)生任何副產(chǎn)物。在這些酶催化過程中通常也不必進(jìn)行保護(hù)和解保護(hù)步驟，而這在有機(jī)合成中通常是必要的。
盡管半合成路線產(chǎn)生的副產(chǎn)物比傳統(tǒng)方法少得多，但中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物，即β-內(nèi)酰胺母核和β-內(nèi)酰胺抗生素仍需要從反應(yīng)混合物中分離并純化。通常以與傳統(tǒng)合成方法獲得產(chǎn)物所進(jìn)行的步驟基本相同的步驟通過結(jié)晶將β-內(nèi)酰胺從反應(yīng)混合物中分離出來并純化。
這種結(jié)晶法的一個(gè)典型實(shí)例描述于英國專利申請(qǐng)1 400 236中。該文件公開了在丙酮水溶液中用α-氨基苯基乙酰氯、HCl將6-氨基青霉烷酸?；姆椒āＭㄟ^加入適當(dāng)?shù)膲A如NaOH或氨用結(jié)晶法將最終的β-內(nèi)酰胺抗生素從鹽酸溶液中分離出來。
常規(guī)的結(jié)晶方法由β-內(nèi)酰胺的鹽酸溶液開始，通過加入堿溶液(通常為NaOH溶液)從中結(jié)晶出產(chǎn)物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種常規(guī)結(jié)晶方法的產(chǎn)率相當(dāng)?shù)?。這主要是由于產(chǎn)物大量流失到母液中。
現(xiàn)已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)β-內(nèi)酰胺結(jié)晶過程的產(chǎn)率可通過由β-內(nèi)酰胺在硝酸中的溶液起始而提高。因此，本發(fā)明提供了結(jié)晶β-內(nèi)酰胺的方法，其中β-內(nèi)酰胺是由硝酸溶液中結(jié)晶的。
除了根據(jù)本發(fā)明方法的產(chǎn)物產(chǎn)率顯著提高外，本發(fā)明的一大優(yōu)勢(shì)在于大規(guī)模生產(chǎn)β-內(nèi)酰胺方法的體積產(chǎn)量提高了。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)β-內(nèi)酰胺從硝酸中結(jié)晶時(shí)，易于使用比迄今已考慮到的可能的更高濃度的β-內(nèi)酰胺進(jìn)行結(jié)晶過程。結(jié)果，得到等量β-內(nèi)酰胺只需要更小的反應(yīng)器體積。
可用本發(fā)明方法結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺優(yōu)選具有通式(Ⅰ) 其中R0為氫或C1-3烷氧基；R1為氫或衍生自有機(jī)酸的側(cè)鏈；Y為CH2、氧、硫、或硫的氧化形式；并且Z為 其中R2為氫；羥基；鹵素；C1-3烷氧基，任選是取代的，任選含有一個(gè)或多個(gè)雜原子；飽和或不飽和的支鏈或直鏈C1-5烷基任選是取代的，任選含有一個(gè)或多個(gè)雜原子；C5-8環(huán)烷基；任選取代的芳基或雜芳基；或任選取代的芐基。優(yōu)選R2為-H,-Cl,-OH,-OCH3,-CH2OH,-CH2Cl或-CH2OC(O)CH3。
式(Ⅰ)旨在包括“頭孢菌素和青霉素，化學(xué)與生物”，E.H.Flynn編，Academic Press,1972,151-166和“β-內(nèi)酰胺的有機(jī)化學(xué)”，G.I.Georg,VCH,1992,89-96所公開的全部β-內(nèi)酰胺，在此引入這兩篇文獻(xiàn)作為參考。
在本發(fā)明的上下文中，硫的氧化形式意謂著包括諸如亞砜和砜的基團(tuán)。任選被烷基、環(huán)烷基、芳基、雜芳基和芐基取代，它們帶有例如1-3個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)的取代基。
將用本發(fā)明方法結(jié)晶的特別優(yōu)選的β-內(nèi)酰胺為包括結(jié)合到側(cè)鏈上的β-內(nèi)酰胺核的β-內(nèi)酰胺抗生素。這些優(yōu)選的β-內(nèi)酰胺為式(Ⅰ)中R1為側(cè)鏈者。
在將用本發(fā)明方法結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺抗生素中與β-內(nèi)酰胺核結(jié)合的優(yōu)選側(cè)鏈為D-(-)-苯基甘氨酸、D-(-)-4-羥基苯基甘氨酸、D-(-)-2,5-二羥基苯基甘氨酸、2-噻吩基乙酸、2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧基亞氨基乙酸、α-(4-吡啶基硫代)乙酸、3-噻吩丙二酸、2-氰基乙酸、D-扁桃酸、1H-四唑乙酸、2-呋喃基-(Z)-甲氧基亞氨基乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)-(Z)-羥基亞氨基乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)-(Z)-羧基甲氧基亞氨基乙酸、(2-氨基噻唑-4-基)-(Z)-(1-羧基-1-甲基乙氧基)亞氨基乙酸或其衍生物。
將根據(jù)本發(fā)明結(jié)晶的最優(yōu)選β-內(nèi)酰胺為羥氨芐青霉素、氨芐西林、頭孢氨芐、頭孢氯、頭孢羥氨芐、頭孢拉定、環(huán)烯氨甲青霉素、頭孢羥唑、頭孢氨噻、頭孢地尼、頭孢羅齊、頭孢氨呋肟、頭孢平、cefibuten、和氯拉卡比。
在一個(gè)實(shí)施方案中，將結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺是合成獲得的。在β-內(nèi)酰胺抗生素的合成制備中，例如根據(jù)所謂的Dane方法將β-內(nèi)酰胺核，例如6-APA,7-ADCA,7-ACA,7-ACCA,7-ATCA或7-ADAC或其衍生物?；Ｔ谠摲椒ㄖ?，?；磻?yīng)是用所要求側(cè)鏈的前體的Dane鹽，例如苯基甘氨酸的Dane鹽進(jìn)行的。Dane鹽可通過將側(cè)鏈前體的胺基團(tuán)保護(hù)為烯胺，并使其產(chǎn)物與反應(yīng)性酸反應(yīng)形成混合酸酐來制備。Dane方法已特別在US-A-4,358,588和EP-A-0 439 096進(jìn)行了說明。
在用Dane鹽將β-內(nèi)酰胺核酰基化完畢之后，必須將胺基團(tuán)解保護(hù)。解保護(hù)反應(yīng)通常為其中分裂掉保護(hù)基團(tuán)的酸水解反應(yīng)。當(dāng)以Dane方法制備將根據(jù)本發(fā)明結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺時(shí)，通過使用硝酸促進(jìn)酸水解可使解保護(hù)反應(yīng)原位有利地進(jìn)行。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將要結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺是酶解獲得的。當(dāng)β-內(nèi)酰胺將被結(jié)晶時(shí)，其可例如由EP-A-0 532 341所公開的步驟獲得。
當(dāng)要結(jié)晶β-內(nèi)酰胺抗生素時(shí)，優(yōu)選由酶解?；玫剿?。這意謂著適當(dāng)?shù)摩?內(nèi)酰胺核或其鹽在適當(dāng)?shù)拿溉缜嗝顾仵；D(zhuǎn)移酶存在下與適當(dāng)?shù)膫?cè)鏈前體反應(yīng)。酶可從各種天然存在的微生物如真菌和細(xì)菌中分離出來。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以產(chǎn)生青霉素?；D(zhuǎn)移酶的微生物為例如醋菌屬、氣單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、Aphanocladium、芽孢桿菌屬(Bacillus sp.)、頭孢屬、埃希氏菌、產(chǎn)黃菌屬、克呂沃爾氏菌、枝動(dòng)菌、精蛋白桿菌屬、假單胞菌或黃單胞菌屬物種。
當(dāng)然可以使用游離酶或任何適當(dāng)固定形式的酶。此外，可以使用酶的功能等價(jià)物，其中例如酶的性能如pH依賴性、熱穩(wěn)定性或比活度可受化學(xué)改性或交聯(lián)的影響。同樣也可以使用由經(jīng)典方法或通過重組DNA方法獲得的功能等價(jià)物如突變異種或其它衍生物、酶的生物活性部分或混合物。
這方面適宜的β-內(nèi)酰胺核的鹽包括任何無毒的鹽，例如堿金屬鹽(如鋰、鉀、鈉)、堿土金屬鹽(如鈣、鎂)、銨鹽、或有機(jī)堿鹽(如三甲基胺、三乙基胺、吡啶、甲基吡啶、二環(huán)己基胺、N,N’-二芐基二乙基二胺)。
將以本發(fā)明方法制備的β-內(nèi)酰胺抗生素的側(cè)鏈前體可以是由上面定義的酶如青霉素酰基轉(zhuǎn)移酶所確認(rèn)的并得到β-內(nèi)酰胺抗生素類產(chǎn)物的任何化合物。可以使用對(duì)應(yīng)于側(cè)鏈本身的化合物，但也可使用其衍生物。這些化合物的適宜衍生物為酯和酰胺，其中側(cè)鏈分子通過酯或酰胺鍵與C1-C3烷基相連。
在如前述制備β-內(nèi)酰胺抗生素的過程中β-內(nèi)酰胺核酶?；?，將酶從反應(yīng)混合物中分離出來。在以固定化形式使用酶的情況下這可由例如過濾完成。分離酶后，所得反應(yīng)混合物可原樣用于本發(fā)明方法中或可進(jìn)一步處理。
當(dāng)然也可以合并上述合成的和酶解制備的將根據(jù)本發(fā)明結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，用硝酸水溶液溶解待結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺起始原料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)其中溶解了β-內(nèi)酰胺的硝酸溶液的pH為約0.3-約2.0，優(yōu)選為約0.5-約1.5時(shí)可得到最佳結(jié)果。將加入到β-內(nèi)酰胺起始原料中的硝酸水溶液的濃度優(yōu)選為0.5mol/l-11mol/l，更優(yōu)選為5-10mol/l。也可以使用不同酸，優(yōu)選不同的強(qiáng)無機(jī)酸的混合物以使其中溶解了β-內(nèi)酰胺的溶液的pH在上述范圍。但是，要求在其中存在β-內(nèi)酰胺的混合物中硝酸根離子的濃度至少為0.3mol/l。選擇硝酸以外的無機(jī)酸的用量以不形成β-內(nèi)酰胺(另外的)鹽屬于技術(shù)人員的專門技能。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，β-內(nèi)酰胺是從硝酸溶液中結(jié)晶的，在該溶液中β-內(nèi)酰胺以非常高的濃度存在。在傳統(tǒng)的結(jié)晶方法中，β-內(nèi)酰胺在其從中結(jié)晶的鹽酸溶液中的濃度一般為約0.35mol/l?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)β-內(nèi)酰胺在其從中結(jié)晶的溶液中濃度的提高將使結(jié)晶過程的產(chǎn)率更高。在此上下文中產(chǎn)率定義為每摩爾β-內(nèi)酰胺起始原料中分離出的晶體摩爾數(shù)。已經(jīng)證明在本發(fā)明方法中產(chǎn)率得到了提高，這是因?yàn)樵诮Y(jié)晶期間所要求的β-內(nèi)酰胺在母液中的損失減少了25-50％。此外，當(dāng)結(jié)晶過程從其中β-內(nèi)酰胺以高濃度存在的溶液開始時(shí)可得到較高的體積產(chǎn)量。
根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施方案β-內(nèi)酰胺在其從中結(jié)晶的硝酸溶液的高濃度為高于約0.4mol/l。更優(yōu)選β-內(nèi)酰胺從其以大于約0.5mol/l的濃度存在的硝酸溶液中結(jié)晶。最優(yōu)選所述濃度大于約0.6mol/l。
不存在β-內(nèi)酰胺在其從中結(jié)晶的硝酸溶液中的濃度上限。但是，顯然濃度太高以致在硝酸溶液中β-內(nèi)酰胺的結(jié)晶自發(fā)開始是不合適的。
優(yōu)選通過加入堿溶液將β-內(nèi)酰胺從硝酸溶液中結(jié)晶。特別適于此目的的是氨或氫氧化物鹽溶液。優(yōu)選氫氧化物鹽為銨鹽或堿金屬鹽。堿溶液的濃度一般為約0.5-約8mol/l。優(yōu)選該濃度為約1.5-約2.5mol/l。
本發(fā)明方法進(jìn)行的溫度一般為約-5℃至50℃。優(yōu)選溫度為約0℃至15℃。
一旦加入堿溶液，β-內(nèi)酰胺就會(huì)結(jié)晶。隨后過濾所得的β-內(nèi)酰胺晶體并以適當(dāng)方式干燥。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明方法是連續(xù)進(jìn)行的。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)對(duì)技術(shù)人員而言是顯而易見的并且包括停留時(shí)間短、由于分解減少而所要求的產(chǎn)物損失少、可以使用小型裝置使得成本降低。優(yōu)選在該實(shí)施方案中使用靜態(tài)混合器將待結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺溶解在硝酸中，這樣可得到特別有效的方法。
現(xiàn)在將通過下列非限制性實(shí)施例說明本發(fā)明。對(duì)比例Ⅰ使用鹽酸重結(jié)晶羥氨芐青霉素三水合物20℃時(shí)將羥氨芐青霉素三水合物(132g)懸浮于水(500ml)中并加入12M的濃鹽酸(40ml)使pH為0.7。為了溶解所有的材料，加入水(1600ml)。通過加入氫氧化鈉在水中的2M的溶液直至pH值達(dá)到5.0將羥氨芐青霉素三水合物結(jié)晶。通過過濾方法分離如此產(chǎn)生的晶體，用水(200ml)洗滌并在35℃干燥16h得到123g羥氨芐青霉素三水合物。母液(2.62l)中含有8.5g溶解的羥氨芐青霉素三水合物。
在該結(jié)晶器中，溫度保持在20℃并借助2M的氫氧化鈉溶液保持pH為3.7。通過將物料連續(xù)轉(zhuǎn)移到第二個(gè)結(jié)晶器中而保持該結(jié)晶器的體積為1800ml。在第二個(gè)結(jié)晶器中，溫度保持在20℃并借助2M的氫氧化鈉溶液保持pH為5.0。通過將物料連續(xù)轉(zhuǎn)移到緩沖容器中而保持第二個(gè)結(jié)晶器的體積為1000ml。
當(dāng)將懸浮液加入到溶解容器中完畢后，過濾溶解容器中的物料并將其加入到保持上述條件的第一個(gè)結(jié)晶器中。隨后，將第一個(gè)結(jié)晶器中的物料轉(zhuǎn)移到保持上述條件的第二個(gè)結(jié)晶器中，然后將第二個(gè)結(jié)晶器中的物料轉(zhuǎn)移到緩沖容器中。
消耗的8M硝酸溶液的總量為625ml。消耗的2M氫氧化鈉溶液的總量為2500ml。將緩沖器中的物料冷卻到2℃并在此溫度保持2小時(shí)以上。過濾所得晶體懸浮液并用1500ml水洗滌。濾餅在35℃的通風(fēng)爐中干燥。羥氨芐青霉素三水合物的最終產(chǎn)率(定量分析為99.5％)(此處定量分析結(jié)果定義為每克晶體中羥氨芐青霉素三水合物的克數(shù)×100％)為1429g(98％)。母液中含有約26g(1.8％)羥氨芐青霉素三水合物。
權(quán)利要求
1．結(jié)晶β-內(nèi)酰胺的方法，其中β-內(nèi)酰胺是由硝酸溶液中結(jié)晶的。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中硝酸溶液的pH為約0.5-約2.0。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中β-內(nèi)酰胺是通過向硝酸溶液中加入堿溶液而結(jié)晶的。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中堿溶液為氨或氫氧化物鹽溶液。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中氫氧化物鹽為銨或堿金屬鹽。
6．根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的方法，其中β-內(nèi)酰胺具有通式(Ⅰ) 其中R0為氫或C1-3烷氧基；R1為氫或衍生自有機(jī)酸的側(cè)鏈；Y為CH2、氧、硫、或硫的氧化形式；并且Z為 其中R2為氫；羥基；鹵素；C1-3烷氧基，任選是取代的，任選含有一個(gè)或多個(gè)雜原子；飽和或不飽和的支鏈或直鏈C1-5烷基，任選是取代的，任選含有一個(gè)或多個(gè)雜原子；C5-8環(huán)烷基；任選取代的芳基或雜芳基；或任選取代的芐基。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中β-內(nèi)酰胺為β-內(nèi)酰胺抗生素，由β-內(nèi)酰胺核組成，該核通過其伯氨基與側(cè)鏈相連。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中側(cè)鏈選自D-(-)-苯基甘氨酸、D-(-)-4-羥基苯基甘氨酸、D-(-)-2,5-二羥基苯基甘氨酸、2-噻吩基乙酸、2-(2-氨基-4-噻唑基)-2-甲氧基亞氨基乙酸、α-(4-吡啶基硫代)乙酸、3-噻吩丙二酸、2-氰基乙酸、D-扁桃酸及其衍生物。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中β-內(nèi)酰胺抗生素選自羥氨芐青霉素、氨芐西林、頭孢氨芐、頭孢氯、頭孢羥氨芐、cephadrine、環(huán)烯氨甲青霉素、頭孢羥唑、頭孢氨噻、頭孢地尼、頭孢羅齊、頭孢氨呋肟、頭孢平、cefibuten和氯拉卡比。
10．根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的方法，其中β-內(nèi)酰胺是酶催獲得的。
11．根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的方法，其中β-內(nèi)酰胺在其從中結(jié)晶的硝酸溶液中的濃度高于約0.4mol/l。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中β-內(nèi)酰胺在其從中結(jié)晶的硝酸溶液中的濃度高于約0.5mol/l。
13．根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的方法，其中結(jié)晶是連續(xù)進(jìn)行的。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中通過使用靜態(tài)混合器將待結(jié)晶的β-內(nèi)酰胺溶解到硝酸溶液中。
15．根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的方法獲得的β-內(nèi)酰胺。
16．硝酸在改進(jìn)β-內(nèi)酰胺結(jié)晶方法方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及結(jié)晶β－丙酰胺的方法,其中β－內(nèi)酰胺是由硝酸溶液中結(jié)晶的。
文檔編號(hào)C07D501/00GK1298408SQ99805572
公開日2001年6月6日 申請(qǐng)日期1999年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月29日
發(fā)明者T·范德爾德斯, R·H·奎珀斯 申請(qǐng)人:Dsm有限公司