Se utiliza en el tratamiento de infecciones del tracto respiratorio, tracto urogenital, piel, huesos y tracto gastrointestinal, causados por microorganismos sensibles.
El trabajo presenta la obtención a nivel de laboratorio del Cefadroxil monohidratado, utilizando una técnica de acilación del ácido 7-aminodeacetoxi cefalosporánicos por vía del anhídrido mixto de la sal de Dane etilpotásica de phidroxifenilglicina.
Los requerimientos tecnológicos y de equipamiento para la producción de penicilinas y cefalosporinas son similares, y en algunos casos los intermediarios de la cadena lateral son comunes ( Ampicilina-Cefalexina, Amoxicilina-Cefadroxil, Piperacilina-Cefoperazona ); por estas razones el desarrollo e introducción en nuestra empresa de tecnologías para la síntesis de cefalosporinas a partir de los ácidos 7-aminodeacetoxicefalosporanico (7-ADCA ) y 7-aminocefalosporánico ( 7-ACA), se vislumbra como un camino lógico para lograr el avance científico técnico de la producción que requiere nuestro país.
El presente trabajo conlleva a la síntesis del Cefadroxil Monohidratado, cefalosporina de primera generación que se administra por vía oral, cuya actividad antimicrobiana es similar a la Cefalexina, pero que mantiene más altas y sostenidas concentraciones del antibiótico en el plasma. Este trabajo inicia los experimentos a nivel de laboratorio, que permitan desarrollar una vía de síntesis para el Cefadroxil, factible de escalar a nivel industrial y que resulte económicamente ventajosa ;para ello se trazaron los siguientes objetivos iniciales:
Obtención de Cefadroxil a partir del 7-ADCA, utilizando una técnica de acilación por la vía del anhidrido mixto de la sal de Dane de la phidroxifenilglicina.- Identificación del producto obtenido como Cefadroxil Monohidratado .
- Acido 7-aminodeacetoxicefalosporanico, 99 %, GIST-BROCADES.. El equipo para la síntesis consistió en un balón de 3 bocas, de 250 ml de capacidad, provisto de un termómetro de rango entre -80 y +30 oC, agitador, mecánico y embudo dosificador. El enfriamiento a -50 oC se logró mediante un baño refrigerante de alcohol con nitrógeno líquido.- Sal de Dane etil potásica de la D(-) alfa-p- hidroxifenilglicina, obtenida según Know How (8).
-Acetona P.A, Reactivul.
- Clorocarbonato de etilo, P.S., Merck.
- N-metil morfolina, P.S., Merck.
- Acido clorhídrico P.A., Merck.
- Dimetilformamida , técnica, ICI.
- Trietilamina, técnica, ICI.
- Decalite, técnica SA, España.
- Cloruro de metileno, técnico, ICI.
.Los pesos de las masas reaccionantes utilizados en la síntesis se hicieron en una balanza electrónica ET-111,con precisión de 0,1 g.
. Las mediciones del pH se realizaron en un metro-pH digital modelo MV-870, con precisión de 0.01 unidades de pH.
. Las rotaciones ópticas se realizaron en solución acuosa al 0.5% en celdas de 1 dm, utilizando un polarímetro digital PERKIN ELMER modelo 241.
. Las determinaciones del contenido de agua según el método de Karl-Fischer se realizaron en un equipo automático METROHM modelo E-633.
. Los espectros infrarrojos, en pastillas de bromuro de potasio, se realizaron en un equipo UNICAM, modelo 8700.
. La cromatografía en capa delgada se realizo en placas de silicagel GF-254; para ello se utilizó el sistema de solventes: Acetonitrilo: agua: ácido fórmico en la relación 25:4:2; se utilizó como revelador ninhidrina en solución alcohólica al 5%.
La técnica seguida para la obtención de Cefadroxil Monohidratado fue la siguiente.
(A) Formación del anhídrido mixto:
Se añaden al balón de reacción 125 ml de acetona anhidra y 23,8 g (aprox. 0,075 mole) o 24,8 g (aprox. 0,077 mole) de sal de Dane etil potásica de D(-) alfa-p-hidroxifenilglicina.
Se enfría a temperatura de -40 oC y se adicionan 7,6 ml (8,6 g; 0,079 mole) de clorocarbonato de etilo. Después de 15 min de agitación a esa temperatura, se adicionan 0,2 ml de N-metilmorfolina y se mantiene con agitación durante 60 min a la temperatura de -35 oC. Finalmente la mezcla de reacción se enfría hasta -50 oC.
(B) Disolución del 7-ADCA:
En un vaso de precipitado de 100 ml se añ aden 38 ml de agua desmineralizada y 68 ml de dimetilformamida.A temperatura de 15 oC se adicionan 16,1 g ( 0,075 mole ) 7-ADCA y se gotean 13,5 ml (9,8 g ; 0,097 mole) de trietilamina hasta disolución del 7-ADCA a un pH que no exceda de 10.
Por último se enfría la solución hasta una temperatura de 0 oC.
(C) Obtención del solvato de Cefadroxil con Dimetilformamida.
A la suspensión del anhidrido mixto (A) se adiciona la solución del 7-ADCA (B). La temperatura de reacción se eleva espontáneamente a -25 oC, después de lo cual se lleva al valor prefijado para la temperatura de reacción (-35 oC,-25 oC,-20 oC o -15 oC) y se mantiene con agitación durante 90 minutos.
La temperatura se eleva a 0 oC para hidrolizar la enamina por adición de ácido clorhídrico diluido 1:1, (aprox 35 ml) hasta alcanzar un pH constante de 1,8. La solución acidificada se filtra a vacío sobre decalite y el filtrado se extrae con 135 ml de cloruro de metileno ( se adicionan 50 ml de agua desmineralizada antes de la extracción de forma opcional.) A la fase superior acuosa, que contiene el Cefadroxil se le adicionan 125 ml de dimetilformamida y 50 ml de acetona, después de lo cual se gotea lentamente trietilamina a temperatura de 20 oC. Para inducir la precipitación se adiciona una pequeña cantidad de solvato de Cefadroxil a pH de 5,8 y se continua el goteo de la amina hasta alcanzar un pH igual a 6,5 (se consumen aprox 20 ml ; 14,6 g ; 0,144 mole de trietilamina). Una vez alcanzado el pH, se enfría la solución a temperatura de 5 oC y se mantiene con agitación por 2 horas.
El producto precipitado se filtra a vacío, se lava con 50 ml de una mezcla de agua:dimetilformamida (1:1) y con 50 ml de acetona y se seca al aire.
d) Transformación del solvato a Cefadroxil Monohidratado:
El producto obtenido en la etapa anterior se mezcla con agua (en relación aproximada de 1g de solvato por ml de agua) y se agita a temperatura de 40 oC durante 30 min.
Se enfría la suspensión a 0 oC y se mantiene con agitación durante 2 horas, después de lo cual se filtra a vacío y se lava el producto con 25 ml de agua y 25 ml de acetona.
El Cefadroxil Monohidratado se de seca en estufa a vacío a temperatura de 40 oC.
De los líquidos madres de la transformación es posible recuperar una segunda cosecha de producto; mediante la adición a los mismos de 100 ml de dimetilformamida y manteniéndolo en reposo a temperatura de 10 oC durante 24 horas. Se obtiene un solvato que se transforma a Cefadroxil Monohidratado por el procedimiento antes expuesto.
El producto obtenido se comparo cromatograficamente con una muestra de Cefadroxil Monohidratado de la firma Helmunt, Suiza y con los productos de partida utilizados en la síntesis, 7-ADCA y D(-) alfa-p-hidroxifenilglicina. Los cromatogramas realizados a 5 muestras del producto obtenido, de diferentes experiencias mostraron una mancha única cuyo Rf corresponde con la sustancia de referencia.
Se realizó el espectro infrarrojo del producto obtenido, el cual al ser comparado con el espectro correspondiente al Cefadroxil
Monohidratado reportado en la patente de Bouzard (2) mostró coincidencia total de las bandas entre las que podemos mencionar por su importancia las siguientes:
1745 Cm-1 Stretching C=0, B-lactamico.También los valores de rotación óptica y contenido de agua realizados a las diferentes muestras se corresponden con los reportados por Bouzard (2) y FALCIANI (4).1670 Cm-1 Stretching C=0, grupo amida.
1590 Cm-1 Stretching C=0, grupo acido.
1545 Cm-1 Bending N-H, amida.
1390 Cm-1 Bending C-H, metilo.
Una vez identificado el producto obtenido como Cefadroxil Monohidratado consideramos oportuno realizar experimentos variando algunos parámetros de la reacción con el fin de lograr aumento en el rendimiento.
Considerando que las condiciones de reacción para la formación del anhidrido mixto reportadas (4) coincidían con las del Know How para la producción de Amoxicilina (9), se decidió mantenerlas constante y no trabajar en su optimización.
Sin embargo, para la reacción de acilacion se reportaba un rango de temperatura amplio, entre -60 y -10 oC, preferiblemente -25 oC para el Cefadroxil y -30 oC para la Cefalexina, utilizando la sal de Dane metil potásica (4).
Por otra parte para la Amoxicilina se utiliza la sal de Dane etil potásica y se reporta una temperatura de -40 oC para la acilación.
Por estas razones, decidimos realizar experimentos con diferentes temperaturas de acilacion, por encima y por debajo de -25 oC y observar el comportamiento de los rendimientos (tabla I).
En las experiencias realizadas a la temperatura reportada (-25 oC) se obtuvo un rendimiento promedio de 56,9 % en la etapa de obtención del solvato y de 37,6 % para el Cefadroxil Monohidratado; el aumento de la temperatura de reacción a -35 oC no reportó incremento en el rendimiento, manteniéndose este por debajo de los valores anteriores (51,2 % para el solvato y 34,8 % para el monohidrato de Cefadroxil).
Las experiencias realizadas a -20 oC no mostraron incrementos en el
rendimiento del solvato (53,4 %) respecto a las realizadas a -25 oC, sin
embargo , en el rendimiento del monohidrato hay un aumento a 40,8 %. En
estos experimentos se aprecia un aumento significativo del % de rendimiento
de la etapa de conversión respecto a los de los anteriores (de 63,5
% a 74 8 %), lo cual es explicable, ya que las condiciones para la transformación
fueron mejoradas llegando a disminuir el consumo de agua hasta 1 ml por
cada g de solvato procesados. Por esta razón creemos que no hay
diferencia apreciable entre los resultados obtenidos a estas dos temperaturas.
Las experiencias realizadas a -15 oC mostraron un decremento apreciable del rendimiento tanto del solvato como del Cefadroxil Monohidratado (33,8 % y 27,9 % respectivamente), a pesar de obtenerse buenos rendimientos en la etapa de transformación.
La relación molar estequiométrica de la reacción de acilacion es de 1mol de sal de Dane por mol de 7-ADCA, sin embargo en la tecnología de obtención de Amoxicilina (9) se plantea el uso de un ligero exceso de un 3% de sal de Dane con respecto al 6-APA, para garantizar una reacción total de este último producto por ser el más costoso. Conociendo esto, decidimos comprobar el efecto de la adición del ligero exceso de sal Dane en la técnica de obtención del Cefadroxil Monohidratado (tabla II).
Para las experiencias realizadas con el exceso de 3 % de sal de Dane se mantuvo la temperatura de reacción a -25 oC,y se observó que el aumento del rendimiento fue leve (57,5 % para el solvato y 40,1 % para el monohidrato), sin embargo es aconsejable mantener este ligero exceso que nos asegure una mejor reacción del 7-ADCA.
En todos estos experimentos realizados,se adicionaron 50ml de agua y 135ml de cloruro de metileno para realizar la extracción de la acetona y otras impurezas presentes, pero en la mayoría de los casos se observó que la separación de fases se dificultaba por la aparición de una interfase ancha emulsionada. Decidimos entonces eliminar la adición de agua en este paso, observando que la separación de fases mejoraba apreciablemente y por lo tanto los rendimientos del solvato (65,8 %) y del Cefadroxil Monohidratado (48,2 %) aumentaron notablemente. Sin embargo, la filtración del solvato precipitado de la fase acuosa después de adicionadas la dimetilformamida y la acetona, fue muy lenta debido a que el producto precipitó de forma muy fina (tabla III).
2.- Se determinó que la temperatura de acilación óptima es -25 oC.
3.- Se determinó que la utilización de un exceso de un 3 % respecto a la cantidad estequiométrica de sal de Dane, no incrementa apreciablemente el rendimiento, aunque se recomienda su utilización.
4.- Se observó que se lograba un incremento notable en el rendimiento cuando no se adicionaba agua durante la extracción con cloruro de metileno.
2.- Aplicar los métodos analíticos de la USP XXIII, para comprobar si el Cefadroxil obtenido cumple sus especificaciones.
3.- Enfocar el trabajo futuro de optimización de los rendimientos, en la línea de la recuperación del solvato de Cefadroxil a partir de la mezcla de reacción, aplicando variaciones en las cantidades de dimetilformamida y acetona utilizadas, en el tiempo y en la temperatura de la etapa de precipitación del solvato, así como el ajuste de la dimetilformamida en la fase de recuperación del solvato en los líquidos madres de la transformación.
4.- Aplicar otras variantes descritas en la literatura para la etapa de transformación del solvato.
5.- Trabajar en la recuperación de los solventes utilizados en la síntesis.
(2) Bouzard, D.; A.Weber; J.Stemer, AU 510338 (1980)
(3) DURCKHUNER, W.et al : Rev. Angewandte Chemie, 24 (3), 1985.
(4) FALCIANI, M .; R.Broggi: DE 30 12669 (1981)
(5) Falciani, M.; R.Broggi: CH 65 2406 (1985)
(6) F. Holffman-La Roche & Cia: microbiología y farmacocinética de las cefalosporinas parenterales (1986)
(7) Goodman Gilman, A: Las Bases Farmacológicas de la terapéutica Tomo II, 1106 - 1139, Ed. Rev.1985.
(8) Know How para la producción de la sal de Dane etil potásica de la D(-)alfa-p- hidroxifenilglicina. Planta de antibióticos 1981.
(9) Know How para la producción de las Amoxicilina Trihidratada. Planta de antibióticos 1981.
(10) Reynolds, J.E.F.Martindale.The Extra Pharmacopoeia, 28 th ed.1985.
(11) Rosenfeld, G.S.; S.M, Navashin, S.M., antibiotikii; 26 (11): 860-874 1985.
(12) The United States Pharmacopoeia, XXII edition 1990.
| Temperatura oC. | Rendimiento | Caract. del producto. | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Etapa 1 | Etapa 2 | Total | Etapa 1 RO KF | Etapa 2 RO KF | |||||
| g | % | g | % | % | grados | % | grados | % | |
| -35 | 17,7 | 54,0 | 9,6 | 61,9 | 33,5 | +124,8 | 2,3 | +17,03 | 5,9 |
| 15,9 | 48,5 | 10,5 | 75,5 | 36,6 | +131,4 | 4,6 | 174,0 | 6,4 | |
| 16,8 | 51,2 | 10,0 | 68,0 | 34,8 | - | - | - | - | |
| -25 | 17,3 | 52,7 | 10,6 | 70,2 | 36,9 | +127,2 | 1,9 | +172,7 | 5,5 |
| 19,3 | 58,8 | 11,1 | 65,6 | 38,6 | - | - | 177,4 | 5,7 | |
| 19,4 | 59,1 | 10,8 | 63,5 | 37,6 | - | - | 177,8 | 4,3 | |
| 18,7 | 56,9 | 10,8 | 66,3 | 37,6 | - | - | - | - | |
| -20 | 18,5 | 56,4 | 12,2 | 75,3 | 42,5 | +128,0 | 2,5 | +163,4 | 5,8 |
| 16,9 | 50,6 | 11,2 | 75,7 | 39,0 | +131,8 | 2,9 | +169,8 | 4,8 | |
| 17,7 | 53,4 | 11,7 | 75,5 | 40,8 | - | - | - | - | |
| -15 | 13,2 | 40,2 | 8,5 | 73,9 | 29,6 | - | - | +168,5 | 6,1 |
| 10,3 | 31,4 | 7,4 | 82,2 | 25,8 | +119,1 | 1,6 | +170,0 | 6,0 | |
| 11,7 | 35,8 | 8,0 | 78,4 | 27,9 | - | - | - | - | |
| Rendimiento | Caract. del producto. | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cant. Sal Dane. | Etapa 1 | Etapa 2 | Total | Etapa 1 RO KF | Etapa 2 RO KF | ||||
| g | % | g | % | % | grados | % | grados | % | |
| Estequiométrica | 17,3 | 52,7 | 10,6 | 70,2 | 36,9 | +127,2 | 1,9 | +172,7 | 5,5 |
| 19,3 | 58,8 | 11,1 | 65,6 | 38,6 | - | - | +177,4 | 5,7 | |
| 19,4 | 59,1 | 10,8 | 63,5 | 37,6 | - | - | +177,8 | 4,3 | |
| 18,7 | 57,0 | 10,8 | 66,3 | 37,6 | - | - | - | - | |
| 3% exceso | 18,7 | 57,0 | 11,6 | 69,9 | 40,4 | +117,1 | 3,7 | +168,0 | 5,6 |
| 19,0 | 57,9 | 11,4 | 68,7 | 39,7 | - | - | +170,5 | 5,5 | |
| 18,9 | 57,5 | 11,5 | 69,8 | 40,1 | - | - | - | - | |
| Rendimiento | Caract. del producto. | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Adición de agua. | Etapa 1 | Etapa 2 | Total | Etapa 1 RO KF | Etapa 2 RO KF | ||||
| g | % | g | % | % | grados | % | grados | % | |
| Sí | 18,7 | 57,0 | 11,6 | 69,9 | 40,4 | +117,1 | 3,7 | +168,0 | 5,6 |
| 19,0 | 57,9 | 11,4 | 68,7 | 39,7 | - | - | +170,5 | 5,5 | |
| 18,9 | 57,5 | 11,5 | 69,8 | 40,1 | - | - | - | - | |
| No | 22,0 | 67,1 | 14,2 | 73,9 | 49,5 | +121,4 | 3,3 | +171,4 | 5,7 |
| 21,2 | 64,7 | 13,5 | 72,9 | 47,0 | - | - | +169,4 | 5,7 | |
| 21,6 | 65,9 | 13,9 | 73,4 | 48,3 | - | - | - | - | |