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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft die Herstellung eines Zwischenprodukts mit der
Bezeichnung 6,9-Iminoäther
in einem einzigen Schritt aus Erythromycin, das in eine neue und
nutzbare Form von Azithromycin übertragen wird,
welches mittels Ausfällung
in Hexan gewonnen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Das
Antibiotikum mit der IUPAC-Bezeichnung 9-Deoxo-9a-methyl-9a-aza-9a-homoerythromycin
A und der generischen Bezeichnung Azithromycin ist ein Breitspektrumbakterizid,
das von Erythromycin A abgeleitet ist. Es unterscheidet sich strukturell
von Erythromycin A infolge der Einführung eines methylierten Stickstoffanteils
an Position 9a im Lactonring zur Herstellung eines 15-gliedrigen
Makrolids. Die strukturelle Modifikation erhöht signifikant die Wirksamkeit
des Antibiotikums gegen defekte Zellwandbakterien, wie Myocoplasma
pneumoniae, Chlamydia trachomatis, Chlamydia pneumoniae usw. oder
den Komplex Mycobacteria avium, und erzielt höhere Konzentrationen im Organismus.
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Azithromycin
wurde von Kobrehel et al. entdeckt und zuerst in Jugoslawien unter
der Nummer P592/81 patentiert, anschließend in Belgien unter der Nummer
892357 unter der Bezeichnung N-Methyl-11-aza-10-deoxy-10-dihydroerythromycin
A. Die in der Literatur berichtete Reaktionssequenz zur Transformierung
von Erythromycin A (1) in Azithromycin (5) umfasst 4 Hauptschritte
gemäß Darstellung
in 1, die nachstehend allgemein beschrieben werden.
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a) Herstellung von Oxim
(2)
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Das
Oxim wird aus Erythromycin A (1) mittels Reaktion mit Hydroxylaminhydrochlorid
in Methanol gebildet.
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b) Beckmann-Umlagerung
des Oxims (2)
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Die
intramolekulare Partizipation der benachbarten 6-Hydroxy-Gruppe
wird beobachtet, wenn die Beckmann-Umlagerung bei 0°C mit p-Toluensulfonylchlorid
in wässrigem
Aceton durchgeführt
wird, woraus der 6,9-Iminoäther
(3) entsteht. Dieser Iminoäther
(3) und das zu seiner Gewinnung verwendet Verfahren wurden in dem
weltweiten Patent 26,758 und im Europäischen Patent 0,137,132 beschrieben.
Im US-Patent 4,328,334 wird dieser Iminoäther fälschlicherweise der Struktur
eines Lactams zugeordnet, das unter Verwendung der Beckmann-Umlagerung vom Oxim
des Erythromycins A (1) gewonnen wird.
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c) Reduktion des Iminoäthers (3)
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Die
Reduktion des Iminoäthers
(3) zum sekundären
Amin (4) mit Natriumborhydrid in Methanol (J. Chem. Soc. Perkin
Trans. 1, 1986, 1881; J. Org. Chem. 1997, 62, 7479–7481) oder
durch katalytische Hydrierung in Anwesenheit von Platindioxid und
Essigsäure
als Lösemittel
(Tetrahedron Lett. 1994, 35, 3025).
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d) Reduktive Methylierung
des sekundären
Amins (4) zur Gewinnung von Azithromycin (5).
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Dieses
Verfahren wird beschrieben in US-Patent 4,517,359 und in J. Chem
Res. 1988, 132. Es besteht grundsätzlich aus der Escheweiler-Clarke-Reaktion
und benützt
Formaldehyd in Essigsäure
oder Formaldehyd und Ameisensäure
in Kohlenstofftetrachlorid oder Chloroform zur Methylierung (1).
Die Hauptschwierigkeit bei den beschriebenen Reaktionen ist die
Ausbildung gewisser Unreinheiten, wie Formamid, abgeleitet aus dem
Amin 9-deoxy-9a-aza-9a-homoerythromycin
A.
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Kürzlich wurde
eine alternative Methode beschrieben, bei der der Iminoäther (3)
reduziert und das gewonnene Produkt anschließend der reduktiven Methylierung
in Anwesenheit von Formaldehyd mit einem Edelmetall als Katalysator
ausgesetzt werden kann, ohne die Notwendigkeit, zur Isolierung des
Zwischenprodukts (1). Unter diesen Bedingungen
erhalten wir Azithromycin mit hoher Reinheit und hohem Ertrag in
einem Einzelschritt aus dem Iminoäther (3) (Europäisches Patent
0,879,823 A1).
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In
der Patentanmeldung WO 00/27856 wird zudem ein Verfahren zur Synthese
eines 9-Deoxo-9a-aza-9a-homoerythromycins A beschrieben, das für die Anwendung
in industriellem Maßstab
geeignet ist. Allerdings hat die von den Autoren offenbarte kristalline
Form einen Wassergehalt von 8 bis 10%.
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Untersuchungen
zur Erhellung der Struktur des Azithromycins haben zwei kristalline
Formen zutage gebracht, die den Monohydrat- und dihydrierten Formen
entsprechen (PCT/US87/01612, und J. Chem. Res 1988, 132). Auch spricht
das Patent PCT/US87/01612 dem von Kobrehel et al. patentierten Azithromycin
(Jugoslawisches Patent P592/81, Belgisches Patent 892357 und US-Patent
4,517,359) die amorphe Form zu.
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Diese
Erfindung hat die Absicht, eine Alternative zu den bekannten Verfahren
zu bieten, um das Zwischenprodukt 6,9-Iminoäther in einem Einzelschritt
aus Erythromycin zu bilden, um 9-Deoxo-9a-methyl-9a-aza-9a-homoerythromycin
A herzustellen, was eine offensichtliche Verbesserung gegenüber bestehenden
Zubereitungsverfahren darstellt.
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Ein
weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Herstellung einer neuartigen
Form von 9-Deoxo-9a-methyl-9a-aza-9a-homoerythromycin A mit physikalischen
Eigenschaften, die sich von den bisher entdeckten unterscheiden.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Alle
bis heute berichteten Verfahren zur Herstellung von Azithromycin
(5) involvieren die Bildung des Oxims (2) aus Erythromycin A (1)
durch die Behandlung des Erythromycins in Methanol mit Hydroxylaminhydrochlorid
und einer Base bei Rückflusstemperatur über mindestens
10 Stunden. Dieses Oxim wird isoliert, gereinigt und anschließend in
wässrigem
Aceton in Anwesenheit von p-Toluensulfonylchlorid und Base während 2
Stunden bei 5°C
und 2 weiteren Stunden bei Raumtemperatur der Beckmann-Umlagerung
unterzogen, um das Zwischenprodukt (3) (1) zu gewinnen.
Der innovative Aspekt dieser Erfindung liegt darin, dass der Iminoäther (3)
in einem Einzelschritt (2) aus Erythromycin A (1) hergestellt
wird, was operativ und wirtschaftlich sinnvoller als die erwähnten Verfahren
ist. Die in dieser Erfindung beschriebene Reaktion besteht aus der
Behandlung einer Erythromycin A (1) Lösung in Aceton mit O-Mesitylensulfonylhydroxylamin
(MSH) zur Bildung des Mesitylensulfonyloxims "in situ" aus Erythromycin A, welches nach der
Behandlung mit einer wässrigen
Base (Natriumbicarbonat) bei 0°C
einer Beckmann-Umlagerung unterzogen wird, woraus das Zwischenprodukt
6-9-Iminoäther
(3) (2) entsteht. Die Reaktionsbedingungen sind sanft
bei kurzen Zeiten, und das in dieser Transformation verwendete Reaktionsmittel
(MSH) lässt
sich einfach herstellen, wie in Tetrahedron lett Nr. 40, S. 4133–4135 (1972)
beschrieben. Auch ist das in dieser Erfindung beschriebene Verfahren
für die
industrielle Produktion skalierbar. Nach der Herstellung des Zwischenprodukts
(3) (2) ist es möglich, Azithromycin
(5) mittels katalytischer Reduktion, gefolgt von reduktiver Methylierung
unter Anwendung allgemeiner Techniken zu gewinnen, die in der Literatur
beschrieben sind (vgl. beispielsweise M. Hudlicky, Reductions in
Organic Chemistry, 2nd Ed., ACS Monograph
188, 1996 oder S. H. Pine und B. L. Sanchez, J. Org. Chem. 36, 829–832 (1971)).
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Das
Verfahren zur Herstellung der Zwischenverbindung (3) mit der Bezeichnung 7,16-Deoxy-2-aza-10-O-cladinosyl-12-O-disosaminyl-4,5-dihydroxy-6-ethyl-3,5,9,11,13,15-hexamethylbicyclo[11,2,1]-hexadeca-1(2)-en-8-on
wird unter Heranziehung des folgenden Beispiels beschrieben:
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BEISPIEL 1
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Eine
Lösung
von Erythromycin A (6,0 g, 0,082 mol) in 30 ml Aceton in einer N2-Atmosphäre
wurde auf 0°C
abgekühlt
und 1,62 g (1,05 eq) O-(Mesitylensulfonyl)hydroxylamin
(MSH) wurde zugegeben. Das Aufrühren
wurde bei 0°C
während
5 Minuten fortgesetzt, und die Temperatur konnte auf Raumtemperatur
ansteigen, worauf das Aufrühren
eine weitere Stunde fortgesetzt wurde. Danach wurde die Reaktionsmischung
erneut auf 0°C
abgekühlt,
und eine Lösung
von 2,75 g (0,032 mol) Natriumbicarbonat in 30 ml Wasser wurde tröpfchenweise
beigegeben, wobei die interne Temperatur zwischen 0° und 5°C gehalten
wurde; die Zugabedauer betrug 30 Minuten, und nach Beendigung der
Zugabe der genannten Lösung
konnte die Temperatur wieder auf Raumtemperatur ansteigen, und die
Mischung wurde 2 weitere Stunden aufgerührt. Schließlich wurde das Aceton bei
niedrigem Druck verdampft und der wässrige Rest mit HCl 2 N auf
einen pH 5,5 eingestellt. Diese Phase wurde zwei Mal mit CH2Cl2 (20 ml) extrahiert.
Die Extraktion wurde bei pH 6,0 (2 × 20 ml) wiederholt, und schließlich bei
pH 8,0 (3 × 20
ml). Die pH 8,0 Extrakte wurden mit Kaliumcarbonat getrocknet und
bis zur Trockenheit verdampft, woraus 4,48 Gramm (75%) der Verbindung
(3) gewonnen wurden. Der gewonnene Iminoäther (3) wurde mittels katalytischer
Hydrierung in Raney-Nickel W6, der 10% bis 11% Aluminium enthält, unter
einem Druck von 85 Bar reduziert. Das gewonnene zyklische Amin wurde
isoliert und in Methylenchlorid gelöst, um einer reduktiven Methylierung
unter Verwendung von Ameisensäure
zu 88%, Formaldehyd zu 33% und Natriumformiat unterzogen zu werden
(S. H. Pine und B. L. Sanchez, J. Org. Chem. 36, 829–832 (1971)). Die
Reaktion findet bei 80°C
statt und dauert 24 Stunden. Zum Ende der Reaktion wird der pH mit
NaOH auf 8 eingestellt, und die organische Phase wird getrennt.
Die wässrige
Schicht wird mehrere Male mit Methylenchlorid extrahiert, die Extrakte
werden mit der organischen Schicht kombiniert, die Mischung mit
einem Trocknungsmittel getrocknet, wie beispielsweise Natriumsulfat,
das Methylenchlorid wird verdampft, und der gewonnene Feststoff
wird mit Wasser gespült
und ofengetrocknet. Der Feststoff wird in Hexan gelöst, und
unter adäquaten
Rückflussbedingungen
wird ein weißer,
kristalliner Feststoff ausgefällt,
der mittels 13C kernmagnetischer Resonanz
und Massenspektrometrie als die Verbindung 9-Deoxo-9a-methyl-9a-aza-9a-homoerythromycin
A identifiziert wird. Die chemischen Verschiebungen, welche das 13C(CDCl3)-Spektrum
kennzeichnen, sind folgende: 178,9 ppm, 149,9 ppm, 102,8 ppm, 94,3
ppm, 83,18 ppm (das Spektrum ist in 3 dargestellt). Das
per Massenspektrometrie festgestellte Molekulargewicht beträgt 748,
und das Fragmentierungsmuster ist konsistent mit jenem eines 9-Deoxo-9a-methyl-9a-aza-9a-homoerythromycin
A Moleküls
(das Massenspektrum ist in 4 dargestellt).
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Der
Schmelzpunkt des Kristalls, ermittelt mit der Fisher-Jones-Methode,
liegt bei 188°C
bis 189°C.
Unter Anwendung der Raster-Differentialthermoanalyse wird eine Endotherm-Temperatur
von 187,70°C
erreicht. Die entsprechende Kurve ist in 5 dargestellt.
Die Berechnung eines spezifischen Drehvermögens ergibt einen Wert von –0,36 (1%
in CHCl3). Diese Parameter unterscheiden
sich eindeutig von den Werten, die bei anderen bis heute patentierten
Formen von Azithromycin ermittelt wurden. So stellen wir fest, dass
das von Kobrehel et al. (Jugoslawisches Patent 592/81, Belgisches
Patent 892357, US-Patent 4,517,359, Mexikanisches Patent 9100364)
mitgeteilte Azithromycin einen Schmelzpunkt von 113°C bis 115°C aufweist
und sein spezifisches Drehvermögen
bei –37,0
liegt (1% in CHCl3). Das von Bright patentierte
Azithromycin (US-Patent Nr. 44747668) hat einen Schmelzpunkt von
142°C (in
rekristallisierter Form), und das dihydrierte kristalline Azithromycin
hat einen Schmelzpunkt von 125°C
und ein spezifisches Drehvermögen
von –41,4
(1% in CHCl3) (Patent PCT/US87/0612, und
Mexikanisches Patent 176627).
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Das
Infrarotspektrum des neuen Kristalls weist vier Signale mittlerer
Intensität
im Bereich von 3000 cm–1 bis 3700 cm–1 auf,
angeordnet bei annähernd
3600 cm–1,
3553 cm–1,
3375 cm–1 und
3075 cm–1.
Im Gegensatz dazu zeigt es nicht das für die dihydrierte Form mitgeteilte
intensive Signal (Patent PCT/US87/01612), das bei 3488 cm–1 lokalisiert
ist, oder jener, die bei 2089 cm–1 und
1644 cm–1 lokalisiert
sind. Im Gegenteil dazu, zeigt das Spektrum des neuen Kristalls
zwei Signale rund um 2365 cm–1. Das Infrarotspektrum
des gewonnenen Kristalls ist in 6 dargestellt.
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Die
Berechnung der im neuen Kristall vorhandenen Wassermenge nach dem
Verfahren Karl Fisher ergibt einen Wert von 0,65%. Unter Anwendung
der thermogravimetrischen Analyse erhalten wir einen Gewichtsverlust
gleich 0,6% durch Erhitzen auf 200°C mit einer Rate von 30°C pro Minute. 7 zeigt
die mit dieser Methode erreichte Kurve. Diese Ergebnisse zeigen,
dass das im Sample vorhandene Wasser der aus der Atmosphäre absorbierten
Feuchtigkeit entspricht, nicht Hydratationswasser (definiert als
Wassermoleküle, die
einen Teil des kristallinen Netzwerks bilden), da das theoretische
Minimum in Entsprechung zu einem Hydratationswassermolekül 2,35%
seines Gesamtgewichts ausmacht. Dieser Schluss, dass das festgestellte Wasser
nur der Feuchtigkeit entspricht, wird durch die Elementanalyse des
Samples unterstützt,
welche folgende Relation ergibt: C 60,59%, H 10,06%, N 3,65%, O
25,77%, was der Kondensatformel C38H72N2O12 entspricht.
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Auf
Basis der physikalischen Eigenschaften, die für den neuen Kristall festgestellt
wurden, schließen wir,
dass die neue physikalische Form in ihren physikalischen Eigenschaften
sich klar von den bis heute patentierten Azithromycin-Typen unterscheidet.
Zur Bestätigung
dieser Erkenntnis wurde die Struktur mittels Einkristall-Röntgenbeugung
untersucht, wobei sich herausstellte, dass sie mit der wasserfreien
kristallinen Form, mit einem tetragonalen Kristallsystem und der
Raumgruppe P42212
koinzidiert. Diese und andere kristallographische Daten aus der
Beugungsanalyse werden verglichen mit Daten, die für die dihydrierte
kristalline Form in Tabelle 1 mitgeteilt wurden (J. Chem. Res. 152–153 (1998)).
In 8 ist die Molekularstruktur des wasserfreien kristallinen
Azithromycins dargestellt, in 9 die entsprechende
Molekülpackung.
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TABELLE
1. KRISTALLOGRAPHISCHE DATEN FÜR
DIE WASSERFREIE KRISTALLINE FORM UND VERGLEICH MIT DATEN, DIE FÜR DIE DIHYDRIERTE
KRISTALLINE FORM VON AZITHROMYCIN MITGETEILT WURDEN.
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Gemäß bestehender
Definitionen (z.B. J. P. Glisker, Crystal Structure Analysis for
Chemists and Biologists, VCH publishers, 1994, Seite 657, und H.
G. Brittain, Physical Characteristics of Pharmaceutical Solids, Marcel
Dekker, Inc., 1995, Seite 108) sind die hydrierten physikalischen
Formen des Azithromycins, die in U.S.-Patent Nr. 4474768 und in
PCT/US87/01612 mitgeteilt werden, pseudopolymorphe Formen der hier
gewonnenen wasserfreien kristallinen Form, während die von Kobrehel et al.
(Jugoslawisches Patent 592/81, Belgisches Patent 892357 U.S.-Patent
Nr. 4,517,359, Mexikanisches Patent 9100364) mitgeteilte physikalische
Form gemäß Patent
PCT/US87/01612 der amorphen Form entspricht.
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Zusätzlich zu
ihren neuartigen Merkmalen besitzt die gewonnene physikalische Form
physikalische Eigenschaften, die sie nutzbar für die Herstellung pharmazeutischer
Präparate
machen, mit signifikanten Vorteilen gegenüber den bis heute existierenden
Formen. So zeigt das Patent PCT/US87/0612, dass die von Kobrehel
et al. (Jugoslawisches Patent 592/81, Belgisches Patent 892357,
U.S.-Patent Nr. 4,517,359, Mexikanisches Patent 9100364) und von
Bright (U.S.-Patent Nr. 4474768) mitgeteilten Formen in hohem Maße hygroskopisch
sind, was die Produktion pharmazeutischer Präparate signifikant kompliziert.
Demgegenüber
erhöht die
hier gewonnene wasserfreie, kristalline Form, wenn sie 10 Tage Raumbedingungen
bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von durchschnittlich 45% ausgesetzt
wird, ihren Feuchtigkeitsgehalt um nur 0,55%, während ein Referenz-Sample von
dihydriertem Azithromycin seinen Feuchtigkeitsgehalt im gleichen
Zeitraum um 1% erhöht
hat. Diese Daten zeigen die Stabilität des wasserfreien kristallinen
Azithromycin bei Exponierung an Feuchtigkeit an, welche seine Nützlichkeit
in der Herstellung pharmazeutischer Präparate begründet und einen signifikanten
Vorteil gegenüber
den hygroskopischeren Formen darstellt.
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Um
die Eignung von wasserfreiem, kristallinem Azithromycin für die Herstellung
pharmazeutischer Präparate
zu testen, wurden 500 mg Azithromycintabletten mit einem Gesamtgewicht
von einem Gramm hergestellt. Das Auflösungsprofil dieser Tabletten
wurde ermittelt und mit dem Auflösungsprofil
von Tabletten verglichen, die mit dem selben Präparat unter Verwendung von
dihydriertem Azithromycin hergestellt wurden. Die benützten Lösemittel
und das angewendete Verfahren glichen jenen, die für die Kapseln
in U.S. Pharmacopoeia 2000, Seite 186 angezeigt sind. Die für die mit
dem wasserfreien kristallinen Azithromycin gemachten Tabletten erreichten
Auflösungswerte
waren signifikant höher
als die mit der dihydrierten Form erreichten. Diese Eigenschaft
verleiht der hier berichteten wasserfreien kristallinen Form signifikante
praktische Vorteile gegenüber
den dihydrierten Formen, wenn man berücksichtigt, dass die erhöhte Löslichkeit
des pharmazeutischen Präparats im
Allgemeinen eine höhere
Bioverfügbarkeit
des Medikaments mit sich bringt und in der Folge dessen therapeutische
Wirksamkeit erhöht.
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Die
beiden oben beschriebenen Merkmale der wasserfreien kristallinen
Form, namentlich deren geringe Hygroskopizität und die Tatsache, dass deren
pharmazeutische Präparate
eine adäquate
Auflösung
aufweisen, die eine noch höhere
Löslichkeit
als das äquivalente
Präparat
unter Verwendung der dihydrierten Form bieten, verleihen der hier
mitgeteilten, neuen kristallinen Form signifikante praktische Vorteile
gegenüber
den bis heute berichteten Azithromycin-Formen.