Antibiotikumkémiai kutatások a debreceni Egyetemen

A debreceni antibiotikum kutatás gyökerei az 1952-ben a városba telepített penicillingyár – mai nevén Biogal Gyógyszergyár – alapításához nyúlnak vissza. Nem véletlen, hogy ezidőtájt a debreceni egyetemen Vályi-Nagy Tibor és Bognár Rezső professzorok figyelme is az antibiotikumok felé irányult. Miközben az új gyárban hősies küzdelem folyt a magyar penicillin termelésének kifejlesztéséért, a DOTE Gyógyszertani Intézetében izolálták az első magyar antibiotikumot, a primicin-t, melyet jelenleg Ebrimicin néven forgalmaz a Chinoin Gyógyszergyár.

Az Egyetemen és az 1961-ben megalapított MTA Antibiotikumkémiai Kutatócsoportban az alábbi négy témacsoportba sorolhatók az antibiotikumokkal kapcsolatos kémiai kutatások :

  1. Antibiotikumok izolációja és tisztítása
  2. Antibiotikumok kimutatása és mennyiségi meghatározása
  3. Antibiotikumok szerkezetvizsgálata
  4. Antibiotikumok és származékaik szerkezet-módosítása és szintézise

Munkatársaink az 1-2. témacsoporton belül a debreceni BIOGAL Gyógyszergyárral és a DOTE Gyógyszertani Intézetének kutatóival közösen kapcsolódtak be az 1950-es években hazánkban beindított nagyarányú antibiotikum kutatási programba. Ennek során foglalkoztak új, magyar eredetű antibiotikumok (flavofungin, dezertomicin, primicin) és meghonosított (oxitetraciklin, 6-amino-penicillánsav) antibiotikumok kinyerésével és kémiai meghatározásával. Később, a 3. témakörön belül több irányú nemzetközi együttműködést alakítottak ki a korábbi Szovjetúnióban (Leningrád, Moszkva), Angliában (London, Oxford), az Amerikai Egyesült Államokban (Nashville, Lafayette, Urbana, Washington D.C.), Franciaországban (Gif-sur-Yvette), Belgiumban (Leuwen) és Japánban (Tokió) működő egyetemi tanszékekkel és kutatóintézetekkel.

1. Antibiotikumok izolációja és tisztítása

Debreceni kutatók, Vályi-Nagy és munkatársai 1954-ben egy Actinomyceta törzs tenyészfolyadékából izolálták a primicin-nek elnevezett antituberkulotikus hatású új antibiotikumot, melyet a Chinoin Gyógyszergyár Ebrimicin néven forgalmaz. Munkatársaink bizonyították, hogy a primicin cukorkomponense a D-arabinóz. Később mások igazolták, hogy az antibiotikum több biológiailag aktív vegyület keverékéből áll.

Primicin

A flavofungin-t debreceni kutatók izolálták 1958-ban egy, a Déry Múzeumba érkezett múmia mellett talált sivatagi homokból származó törzs, a Streptomyces flavofungini kultúrájából. Bár a flavofungin biológiailag hatásos különféle patogén gombák és élesztőfélékkel szemben, rendkívűli bomlékonysága miatt terápiás felhasználására nem kerülhetett sor.

A Streptomyces flavofungini miceliumából – a flavofungin (3.1.1.) eltávolítását követően – debreceni kutatók izolálták a dezertomicin-t mint második antibiotikumot és ipari eljárást fejlesztettek ki a dezertomicin tiszta állapotban való kinyerésére. A dezertomicin széles hatásspektrumú erősen toxikus vegyület. Antibakteriális hatása mellett gátolja a szaprofita és fitopatogén gombák szaporodását, és ez a hatás alacsonyabb koncentrációkban érhető el, mint az emberfertőző gombák elleni aktivitása. E tulajdonsága folytán előnyösen alkalmazható a mikológiai differenciál-diagnosztikában. A dezertomicin szerkezet-felderítésének fontosabb lépéseiről a 3.2.1. témacsoportban adunk áttekintést.

Extrakciós eljárást szabadalmaztattak az oxitetraciklin Streptomyces rimosus fermentlevéből való kinyerésére és átalakítására kristályos oxitetraciklin-dihidráttá.

2. Antibiotikumok kimutatása és mennyiségi meghatározása

Kolorimetriás eljárást dolgoztak ki a dezertomicint tartalmazó preparátumok hatóanyagtartalmának mennyiségi meghatározására és az oxitetraciklin gyártás során keletkező biológiailag inaktív bomlástermékeinek kimutatására és meghatározására.Kémiai transzformációt követően biológiai értékmérésen alapuló meghatározási módszert fejlesztettek ki fermentfolyadékok vagy más elegyek 6-amino-penicillánsav (amely a félszintetikus penicillinek előállításának nélkülözhetetlen kiindulási anyaga) tartalmának mérésére. HPLC módszert fejlesztettek ki a glikopeptid-típusú antibiotikumok kimutatásásra. Könyvfejezetben1 foglalták össze az antibiotikumok kimutatásához és szerkezetkutatásához használatos modern ultraibolya és látható-tartományú spektroszkópiai módszereket.

3. Antibiotikumok szerkezetvizsgálata

A szerkezetkutatás szépségét, és egyben nehézségét az adta, hogy a vizsgált új antibiotikumok mindegyike eddig ismeretlen szerkezeti elv szerint épült fel. Először tehát ki kellett dolgozni a megfelelő szerkezetvizsgálati és lebontási módszereket. Mindez sürgetővé tette a modern nagyműszeres (NMR, tömeg) laboratóriumok létesítését a KLTE-en.

3.1. Polién makrolid antibiotikumok – oxo-pentaenek

3.1.1. Flavofungin

A flavofungin szerkezetvizsgálatának kezdeti szakaszában az antibiotikum több, stabilabb származékát készítették el, majd kémiai lebontással és spektroszkópiai vizsgálatokkal igazolták a molekula polihidroxi-pentaen-lakton jellegét. A peracetil-flavofungin és a pertrimetilszilil-flavofungin tömegspektrometriai vizsgálata a C36H58O10 összegképletet adta. E vizsgálatok, továbbá a kémiai lebontási kísérletek és NMR-spektroszkópiai vizsgálatok eredményei az egyes funkciós csoportok számára, a C-1 és C-13 közötti molekularészre, továbbá a C=C kötések, és a hidroxil csoportok molekulán belüli elhelyezkedésére adott felvilágosítást. Igazolták, hogy a flavofunginban a C-27 atomhoz egy allil-helyzetű hidroxil csoport kapcsolódik, és hogy a lakton-kötés a C-31 hidroxil csoporton keresztül alakul ki. Végűl megállapították, hogy a flavofungin két variáns (A és B) keverékéből áll. Eszerint a flavofungin a pentaén makrolidok egy új alcsoportjának, az oxopentaenek (fordított laktonkötés) első reprezentánsai. Az A-flavofungint a későbbiekben az A- mikoticin-nel azonosnak találták. A két antibiotikum között eltérés csak az A- és B-komponens arányában mutatkozott. A flavofungin teljes NMR-jel hozzárendelését egy- és kétdimenziós NMR-spektroszkópiai vizsgálatokkal végezték el és felderítették a molekula konformációs tulajdonságait is.

flavofungin

3.2. Makrociklusos laktonok

3.2.1. A dezertomicin antibiotikum család

A dezertomicint a flavofungin mellett második antibiotikumként izolálták a debreceni kutatók. A vegyület enyhe savas hidrolízise dezertomicin-aglikont és D-mannózt eredményezett, eszerint a dezertomicin az első olyan makrolid-típusú antibiotikum, amely szénhidrát komponensként csak egyszerű neutrális szénhidrátot (D-mannopiranóz) tartalmaz. A dezertomicin-komplex HPLC segítségével elválasztott fő komponensének, illetve ozonolízissel nyert lebontási termékeinek vizsgálata során arra a következtetésre jutottak, hogy az antibiotikum egy 42-tagú makrolakton gyűrűt tartalmaz, és így egyike a legmagasabb gyűrűtagszámú nem-polién makrolidoknak. Az aglikonhoz a D-mannóz egység a C-22 atomon α-glikozidos kötéssel kapcsolódik, és a C-41 atomon egy 5-amino-2-hidroxi-1-metilpentil oldallánc kötődik. FAB-tömegspektrometriai vizsgálatok alapján azonosították a B antibiotikum komponens szerkezetét, amelyben a C-46 atomhoz az A komponens amino csoportja helyett egy guanidino egység kapcsolódik.

dezertomicin

A legújabban elvégzett elektrospray- és "matrix-assisted" lézer-deszorpciós és ionizációs tömegspektrometriai (LC/ES-MS, MALDI-TOF) vizsgálatok kimutatták, hogy a dezertomicin komplex több újabb komponenst (C, E, F és I) is tartalmaz, amelyek többnyire csak a C-41 szénatomhoz kapcsolódó oldallánc összetételében különböznek. Érdekes, hogy az E-komponens egy 2 molekula mannózból álló diszacharid egységet hordoz, és így ez az elsőként megismert olyan makrolid, amelyben a lakton gyűrűhöz egy neutrális cukrokból felépülő diszacharid oldallánc kapcsolódik.

3.2.2. Oligomicinek (A-Oligomicin)

Egy- és kétdimenziós NMR spektroszkópiai módszerek segítségével tanulmányozták a 26-os gyűrűtagszámú makrociklusos laktonból felépülő A-oligomicin antibiotikum két parciálisan acetilezett származékának szerkezetét.

3.3. Glikopeptid antibiotikumok

Az elmúlt több mint három és fél évtized során a Kutatócsoport egyik úttörő kutatási területe a szénhidráttartalmú, glikopeptid antibiotikumok szerkezetvizsgálata.2 Orosz és amerikai kutatókkal kooperálva részletesen tanulmányozták a vankomicin-típusú glikopeptid antibiotikumok (A és B-aktinoidin, A és B-risztocetin (risztomicin), eremomicin, avoparcin) kémiai szerkezetét, továbbá az új amino-dezoxi és neutrális szénhidrátokból felépülő oligoszacharidok szerkezetét, szekvenciáját, az aglikonhoz való kapcsolódásuk módját és szintézisét. Az alábbiakban rövid áttekintést adunk az egyes antibiotikumok szerkezet kutatásának legfontosabb lépéseiről.

3.3.1. Aktinoidin (A- és B-aktinoidin)

Az A- és B-aktinoidin enyhe savas hidrolízise az aglikonokat, továbbá a szénhidrát komponenseket (D-mannóz, D-glükóz, L-akózamin, L-aktinózamin) eredményezte. Az aglikonok további vizsgálata során megállapították, hogy míg az A-aktinoidin-aglikon felépítésében α-amino-4-hidroxi-D-fenilecetsav szerepel [amely később a Beecham cég fejlesztő tevékenysége alapján az Amoxicillin (Augmentin) fontos komponenseként nyert felhasználást], addig a B-variánsban ez az építőelem még egy C-3 helyzetű klór atomot is tartalmaz. A vankomicin-típusú antibiotikumokra jellemző közös szerkezeti vonásokat [a heptapeptid aglikon központi, triciklusos gyűrűjéhez (aktinoidinsav, vankomicinsav, illetve monodeklór-vankomicinsav) kapcsolódó aminodezoxi-diszacharid] is figyelembe véve, továbbá a glikozidos kötések konfigurációjának NMR spektroszkópiai módszerekkel történt meghatározása után az A- és B-aktinoidinre az alábbi szerkezetet adták meg:

aktinoidin

Klasszikus szénhidrátkémiai és spektroszkópiai vizsgálatokkal igazolták a tridezoxi-amino hexóz komponensek (L-akózamin és L-aktinózamin) és az aminodezoxi-diszacharid (akobióz) szerkezetét. Az akobióz [2-O-(3-amino-2,3,6-tridezoxi-α-L-arabino-hexopiranozil)-β-D-glükopiranozid] szerkezetét szintézissel is bizonyították és egyszerű, preparatív eljárást dolgoztak ki a dezoxiamino-hexóz komponens, az L-akózamin előállítására.

3.3.2. Risztocetin (A- és B-risztocetin ill. A- és B-risztomicin)

A néhány év különbséggel izolált amerikai risztocetin és orosz risztomicin azonosságának gyanúja már a kutatás kezdeti szakaszában is felmerült. A különböző körülmények és sav-koncentrációk mellett végzett savas hidrolízis termékei között az aktinoidinsavat, risztomicinsavat, két redukáló diszacharidot (rutinóz és risztobióz), két triszacharidot (risztotrióz, risztrióz) és egy új aminodezoxi-hexózt, az L-risztózamint izolálták.

Az antibiotikum-aglikon további vizsgálatát amerikai kutatókkal együttműködve végezték el. Ezek során tisztázták a risztomicinsav, valamint az aglikon és az L-risztózamin (3-amino-2,3,6-tridezoxi-L-ribo-hexopiranóz) szerkezetét. Ez utóbbi amino-dezoxi cukor ezideig a természetben nem volt ismert, viszont a későbbiekben, a debreceni kutatók munkájának eredményeként4,5 nagy preparatív jelentőségre tett szert. Elsőként végezték el az L-risztózamin szerkezetbizonyító szintézisét és jó hozamú, preparatív módszereket dolgoztak ki e cukor, C-4 epimerje, illetve D-enantiomerjének (D-risztózamin) előállítására. Az új oligoszacharid-komponensek (risztobióz, risztotrióz, risztrióz) és a heterotetraszacharid oldallánc (risztotetróz) szerkezetét kémiai és spektroszkópiai módszerekkel állapították meg és megoldották valamennyi oligoszacharid építőelem és a teljes tetraszacharid-szerkezet kémiai szintézisét.

Végül, a szénhidrát-aglikon kötések konfigurációjának NMR-spektroszkópiai módszerekkel végzett meghatározásával az A-risztocetin (A-risztomicin) szerkezetére az alábbi képletet adták meg:

risztomicin

Kutatásaik során elsőként mutattak rá, hogy a risztocetin és a risztomicin nemcsak szerkezetük, hanem biológiai hatásuk alapján is azonos értékűek, és előnyösen alkalmazhatók a von Willebrand kórban szenvedő vérzékeny betegek diagnosztizálására. Ez a betegség a VIII. faktor-komplex mennyiségi vagy minőségi zavarán alapuló vérzékenység; a hemosztázis genetikailag determinált molekuláris deffektusa. Kimutatása elsődleges fontosságú különösen műtéti beavatkozások esetén. A DOTE II. sz. Belklinikájával együttműködve egy A risztomicin tartalmú labordiagnosztikai készítményt fejleszettek ki, amelyet a Reanal Finomvegyszergyár Aggristin Kit, illetve más aggregálószerekkel kombinálva Aggristin Plus néven hoz forgalomba. Orosz és német kutatókkal közösen vizsgálták a glikopeptid antibiotikumok, elsősorban az A-risztocetin, vankomicin és eremomicin hatásmechanizmusában szerepet játszó kötődését a baktérium sejtfal-analóg oligopeptidekhez (Ac-D-Ala-D-Ala) és a térszerkezet és dimerizáció szerepét a biológiai hatás kifejtésében.

3.3.3. Eremomicin

Német és orosz kutatókkal együttműködve megállapították, hogy az eremomicin molekulája elágazó láncú aminodezoxi hexózként nem L-vankózamint, hanem 3-C-epi-L-vankózamint tartalmaz. Elvégezték az antibiotikum néhány részlegesen dez-glikozilezett származékának teljes H- és C-NMR jelhozzárendelését és ezzel megrősíteték a korábban megállapított primer szerkezetet. Vizsgálták továbbá az antibiotikum dimerizációját és komplex-képződését sejtfal-analóg oligopeptidekkel.

3.3.4. Avoparcin

Francia kutatókkal kooperálva előállították - az American Cyanamid Co. által állattápszer adalékként forgalmazott - avoparcin antibiotikum aminodezoxi-diszacharid szerkezeti elemének (avobióz) egy védőcsoportokat hordozó β-fenil-glikozid származékát (fenil per-O-acetyl-N-trifluoracetil-β-avobiozid). Ez egyben a heterodiszacharid oldallánc szerkezet igazolását is jelentette.

3.4. Kromoprotein antibiotikumok

Elsőként oldották meg a kromoprotein típusú, rákellenes kedarcidin antibiotikum aminodezoxi-hexóz komponensének (kedarózamin, 4-amino-2,4,6-tridezoxi-L-lixo-hexopiranóz) első szerkezetbizonyító szintézisét, melynek során a metil a-L-kedarózaminidet állították elő L-ramnózból kiindulva, néhány sztereokémiailag jól-definiált reakció lépésben.

3.5. Aminoglikozid antibiotikumok szerkezetvizsgálata

Elvégezték a tobramicin és az apramicin aminoglikozid antibiotikumok (a Biogal forgalmazza) teljes H és C NMR jelhozzárendelését kétdimenziós technikák segítségével különböző protonált állapotokban. ROESY mérésekkel meghatározták az apramicin konformációját oldatban, protonált és deprotonált formákban. A tobramicinből parciálisan acetilezett származékokat állítottak elő, és NMR és pH-metriás mérésekkel meghatározták a mikroszkópikus protonálási állandókat. Monográfiában foglalták össze az aminoglikozid antibiotikumok kutatásának fontosabb irányait és eredményeit.

4. Antibiotikumok és származékaik szerkezet-módosítása és szintézise

Az antibiotikum kutatás szintén fontos törekvése hogy a nagyüzemileg gyártott készítményekből kedvezőbb farmakokinetikai és farmakodinamikai tulajdonságokkal rendelkező második és harmadik generációs vegyületeket fejlesszenek ki.

4.1. Antraciklin glikozid antibiotikumok

KarminomicinA glikopeptid típusú antibiotikumok aminodezoxi-hexóz komponenseinek (L-risztózamin és D-enantiomerje) szintéziséhez előállított azidodezoxi-hexóz intermediereket eredményesen használták fel a rákellenes, antraciklin-glikozid típusú daunomicin és karminomicin új glikozidjainak és tioglikozidjainak, továbbá a cukor részen heterociklusos gyűrűt és bisz-foszforamid-mustár kötést hordozó analógjainak szintézisére. Az 1-N-glikobiozil-1,2,3-triazolokat, mint glikozil donorokat alkalmazták antraciklin-antibiotikum aglikonok glikozilezésére. Érdekesnek tartjuk megjegyezni, hogy a Debrecenben többféle módszerrel is előállított L-akózamin-t a Farmitalia Carlo Erba (Milano) munkatársai elsőként alkalmazták eredményesen egy olyan félszintetikus antraciklin glikozid antibiotikum analóg (Farmorubicin) kifejlesztésére, amely a daunomicinhez képest alacsonyabb kardiotoxicitással rendelkezik, de megtartotta az alapvegyület aktivitását.

4.2. Trehalózamin analógok

Tekintettel arra, hogy az irodalmi adatok szerint az α,α-trehalóz számos amino-dezoxi származéka antibakteriális, illetve az immun rendszert befolyásoló hatást mutat, Kutatócsoprtunk munkatársai az L-akózamin és L-risztózamin felhasználásával új, szimmetrikus és nemszimmetrikus trehalózamin analógokat állítottak elő. Kémiai szintézissel [1-C] trehalózt és [2,4,6,6'-H] trehalózt készítettek és NMR-relaxációs technika segítségével vizsgálták ezek konformációs és molekuladinamikai sajátságait.

4.3. AIDS-ellenes vegyületek szintézis

4.3.1. Azidotimidin (AZT) nukleozid analógok

A timint az L-risztózamin szerkezetbizonyító szintéziséhez felhasznált metil 3-azido-2,3,6-tridezoxi-a-L-ribo-hexopiranoziddal glikozilezve és a védőcsoportok eltávolításával a HIV virus ellenes azidotimidin (AZT) egy új, b-L-ribo-hexopiranozil analógját szintetizálták.

4.3.2. Streptonigrin származékok előállítása

Streptonigrin
Belga és orosz kutatókkal együttműködve, a myeloblastosis- és figyelemre méltó HIV-virus ellenes streptonigrin antibiotikum extrém toxikus hatásának kiküszöbölésére a vegyület aminodikarbonsavakkal és aminodezoxi-hexózokkal képzett amidjait állították elő.Az új analógok közül az N-metil-1-dezoxi-1-amino-D-glucittal készített amid a streptonigrinnél lényegesen kevésbé toxikus, és közel azonos hatású a Rausher leukemia virus ellen mint az eredeti antibiotikum.


4.4. Aminoglikozid antibiotikumok és enzimgátló hatású ciklitek szintézise

Az aminoglikozid antibiotikumok kutatásának egyik fő iránya az, hogy a korábban megismert és a terápiában is eredményesen alkalmazott, összetett-szerkezetű pszeudo-tetraszacharid és pszeudotriszacharid típusú vegyületek (sztreptomicin, illetve neomicinek, kanamicinek, stb.) helyett a jóval egyszerűbb (és így kémiai szintézissel könnyebben hozzáférhető pszeudodiszacharidokat (pld. fortimicin-, sannamicin-analogonokat, stb.) állítsanak elő.

Pszeudodiszacharid-típusú aminoglikozid antibiotikum modellek szintézise céljából D-glükózból és D-glükózaminból kiindulva több lépésben azido, illetve védett aminocsoportokat hordozó szubsztituált hex-5-enopiranozidokat állitottak elő, amelyek Ferrier-karbociklusos gyűrűtranszformációjával új tipusú azido- és aminodezoxi-inozózokat szintetizáltak. Ezeket, mint pszeudodiszacharid antibiotikum aglikonokat a temészetben előforduló szénhidrátokból (D-glükóz, D-glükózamin, D-arabinóz, D-ribóz, L-risztózamin, L-akózamin) készített glikozil donorokkal glikozilezték és így új, furanóz és piranóz gyűrűs cukrokat tartalmazó pszeudodiszacharid tipusú antibiotikum modelleket szintetizáltak. Hasonló szerkezetű antibiotikum analógok előállítása céljából a Ferrier-reakciót sikeresen kiterjesztették a 2'-dezoxi-diszacharidok redukáló cukoregységének gyűrűtranszformációjára is.

A D-risztózamin szintézise során előállított intermediereket királis, szubsztituált (azido)dezoxi-inozózokká alakították Ferrier karbociklusos gyűrűtranszformáció segítségével. E vegyületek, és a D-(–)-kinasavból készített hasonló származékok további átalakításaival új anhidro- illetve elágazó láncú (azido)cikliteket szintetizáltak6 és tanulmányozták ezek biológiai hatását az intra- és extra-celluláris Ca2+ ion transzportban szerepet játszó enzimekre. Az előállított, funkcionalizált inozóz vegyületek közül több figyelemre méltónak bizonyult a különféle enzimek működésére gyakorolt hatásával. Például, az egyik azido-dezoxi-inozóz megnövelte a mio-inozit-1-foszfát szintetáz enzim mennyiségét a Neurospora crassa-ban, és ugyanakkor 100 mg/ml koncentrációban gátolta a mio-inozit-monofoszfatáz enzim működését. A vegyület előbbi hatása az intracelluláris inozit-koncentráció csökkentésével értelmezhető, ami a Li+ ionokkal történő kezeléskor is bekövetkezik.

4.5. Linkomicin és klindamicin származékok szintézise

LinkomicinJapán kutatókkal kooperációban a gyógyászatban alkalmazott antibakteriális hatású linkomicin és klindamicin antibiotikumok szerkezetmódosításával több félszintetikus analógot készítettek. A linkomicin C-7 helyzetű hidroxilcsoportját azido- vagy imidazol-2-il-tio-csoporttal helyettesítve a kiindulási antibiotikummal egyező antibakteriális szintű terméket kaptak, ami azonban kevésbé volt hatásos mint a klindamicin. Előállították és műszeres vizsgálatokkal bizonyították a linkomicin fermentációja során képződő, eddig ismeretlen, két szulfoxid-glikozid szerkezetét, megoldották kémiai transzformációját szulfonná és meghatározták a biológiai aktivitásukat.

4.6. Konagenin származékok előállítása

Napjaink antibiotikum kutatása az antibakteriális, antifungális, antivirális és daganat-ellenes szereken kívűl különös figyelmet szentel az immunrendszert befolyásoló vegyületek kutatásának.

KonageninD-Xilózból kiindulva megvalósították a konagenin immunomoduláns antibiotikum néhány C-3 diasztereoizomerjének szintézisét. Az egyik új izomer a természetes vegyületnél in vitro nagyobb biológiai aktivitást mutatott. Ezeknek a kutatásoknak az ad aktualitást, hogy a konagenin daganatellenes hatású szerekkel (pld. antraciklin glikozidok) kombinálva növeli azok aktivitását és csökkenti a nemkívánatos mellékhatásokat.


4.7. Antibiotikumok dezoxi-cukor komponenseinek szintézise

Tartraldehid-merkaptálok, mint új szintetikus építőelemek felhasználásával több antibiotikumból izolált dezoxi- és aminodezoxi cukrot állítottak elő, többek között a D- és L-diginózt és szármentózt, a D- és L-rodinózt, valamint a D- és L-daunózamin, risztózamin és akózamin N-acil származékait (lásd szintén 3.3.1. és 3.3.2.)

4.8. Heterociklusos antibiotikumok szerkezet-módosítása és szintézise

4.8.1. Flavonoid-típusú antibiotikumok

Néhány, a flavonoidkémiában jól ismert lépést magában foglaló szintézissel előállították a japán kutatók által izolált antifungális hatású klórflavonin antibiotikumot, és annak mono-metil éterét, a metil-klórflavonint. Továbbá szintén vizsgálták az antifungális novobiocin antibiotikum analógjainak tekinthető 4-hidroxikumarin származékok szintézisét és biológiai hatását. Az előállított vegyületek között Gram-pozitív baktériumok ellenes hatású anyagokat találtak.

4.8.2. Hidroxilezett indolizidinek

szvaiszoninAz elmúlt évtizedben a természetes vegyületek kémiájának egyik legjelentősebb eredménye a polihidroxi-indolizidin vázas szvaiszonin és kasztanoszpermin megismerése.
Az AIDS-kutatások, és a tumor metasztázis-gátlás szempontjából is fontosnak ítélt enzim-inhibitor tulajdonságú polihidroxi-indolizidin alkaloid antibiotikumok és szerkezeti analógjaik (kinolizidinek) szintézisére két új módszert dolgoztak ki. Az egyik módszerrel, az ún. Danishefsky-dién és szacharidokból nyert hidroxialdehid-azometinek diasztereoszelektív hetero-Diels-Alder reakciójával királis polihidroxialkil dihidropiridin-4-onokat állítottak elő, melyek további szintetikus átalakítása indolizidin, illetve kinolizidin származékokhoz vezetett. E vegyületek közül kettő jó β-glükozidáz és β-mannozidáz enzim-inhibitornak bizonyult. A másik módszerrel, amely szintén szacharidokból előállítható telítetlen polihidroxi-aldehidek megfelelő királis, gyűrűs nitronná alakításán és ezek nagymértékben diasztereoszelektív 1,3-dipoláris cikloaddícióján alapul, piperidino-izoxazolidin származékokat kaptak, melyeket a kívánt indolizidinekké alakítottak.

A szvainszonin, kasztanoszpermin és szlaframin analógok szintetikus kutatását angol nyelvű kismonográfiában tekintették át.7

4.9. β-Laktám antibiotikumok kutatása

PenicillinAz 1960-as évektől kezdve foglalkoznak a terápiailag igen jelentős β-laktám antibiotikumok (penicillinek és kefalosporinok) kémiájával. A korábbi időszakban a 6-amino-penicillánsav klasszikus acilezésével vagy az általuk kifejlesztett új módszerrel, aktív észterek alkalmazásával főleg félszintetikus penicillin és cefalosporin származékokat készítettek. Új, szénhidrát tartalmú, valamint izoxazolil oldalláncú kefalosporinokat is előállítottak.

A 70-es évek első felében egy továbbfejlesztett Morin-Jackson féle gyűrűbővülési reakció segítségével penicillin-szulfoxid észterekből jó hozammal kapták a megfelelő kefalosporinokat. A Biogal Gyógyszergyár által nagyiparilag is gyártott G-penicillin-acetoximetil észterből (Maripen) kiindulva pedig a 7-amino-3-dezacetoxi-kefaloszporánsavat (7-ADCA) állították elő három lépésben. Továbbá, a klór-acetamido-penicillánsav gyűrűbővítése után heterociklusos tiolokkal új, biológiailag aktív 7-heteroaril-tio-acetamido-kefalosporinokat készítettek. Az előállított 7-ADCA származékokból a C-3-helyzetben történő szelektív halogénezéssel kapott 3-brómmetil vegyületeket mind acetoximetil, mind heteroaril-tiometil származékokká továbbalakították.

Behatóan tanulmányozták a különböző kefalosporin származékok cikloaddíciós és Diels-Alder reakcióit. Megállapították, hogy a kefalosporinok 3-4 kettőskötése igen lassan reagál diazometánnal pirazolin származék képződése közben, a reakció azonban egyaránt regio- és sztereospecifikus a különböző szulfoxid és szulfon származékoknál. Az anyagok szerkezetét C-NMR és röntgenkrisztallográfiás módszerekkel bizonyították. Kefalosporin szulfoxidokból és szulfonokból a 3,4-telítetlen vegyületeknél reaktívabb 2-exometilén származékokat készítettek korábbi és új módszerrel, amelyekből diazoalkánokkal ciklopropán és/vagy pirazolin származékat állítottak elő.

3-Vinil-származékokból pirazolin- és ciklopropán-származékokat készítettek, vagy szilil-nitronátokkal 3-izoxalil származékokká alakították. 2,3-Di-exometilén kefalosporinokból Diels-Alder reakciókkal új triciklikus származékokat szintetizáltak. Más típusú kondenzációs reakcióban ugyancsak új triciklikus származékokat állítottak elő kefem-3-foszforánok és ketoaldehidek kondenzációjával és a vegyületek szerkezetével kapcsolatban elméleti számításokat végeztek.

ß-Laktamáz enzimgátló halogén (jód és bróm) és pszeudohalogén (rodanid) penicillánsav származékokat készítettek és vizsgáltak. A humán leukocita elasztáz (HLE) enzim gátlása céljából pedig 7α-alkoxi-kefalosporin-szulfon származékat állítottak elő. 2-Szubsztituált kefalosporin szulfoxidok és szulfonok szintézisére egy új halogénezési módszert fejlesztettek ki bróm-cián felhasználásával, s tanulmányozták a 2-bróm-kefemek reakcióit. E kisérletek során a kefalosporinoknak több új átrendeződési reakcióját írták le.

A monociklusos ß-laktám antibiotikumok (monobaktámok) területén azetidin-2-on származékokkal végeztek átalakításokat. A monobaktámok alapanyagául is szolgáló azetidineket királis Staudinger-reakcióval készítették el, amihez egyik reakciópartnerként a kloramfenikol (klorocid) gyártásához is használt 2-amino-1,3-propán-diolt alkalmazták.

A ß-laktám antibiotikumok körében egy könyvet,11 és három könyvfejezetet8-10 publikáltak.


Irodalom

1. Z. Dinya, F. Sztaricskai: Ultraviolet and Light Absorption Spectrometry, in Modern Analysis of Antibiotics. (Ed.: A. Aszalós) Drugs and the Pharmaceutical Science, Vol. 27. pp. 20-96. Marcel Dekker, Inc., New York and Basel (1986)

2. F. Sztaricskai, R. Bognár: The Chemistry of Vancomycin group of Antibiotics, in Recent Developments in the Chemistry of Natural Carbon Compounds (Ed.: Cs. Szántay) Vol. 10, pp. 90-209. Akadémiai Kiadó, Budapest, (1984)

3. R. Bognár, F. Sztaricskai: Fontosabb antibiotikumok kémiája. Tankönyvkiadó, Budapest (1970)

4. I. F. Pelyvás, C. Monneret, P. Herczegh: Synthetic Aspects of Aminodeoxy Sugars of Antibiotics. xvi+224 pages. Springer-Verlag, Heidelberg (1988) ISBN 3-540-18877-0

5. F. Sztaricskai, I. F. Pelyvás: Chemistry of Carbohydrate Components, in Glycopeptide Antibiotics (Ed.: R. Nagarajan) Drugs and the Pharmaceutical Sciences, Vol. 63. pp. 105-193, Marcel Dekker Inc., New York (1994)

6. F. Sztaricskai, R. Bognár: Az aminociklitol antibiotikumok kutatásának irányzatai. A Kémia Újabb Eredményei (Ed.: B. Csákvári) Vol 62, p 167. Akadémiai Kiadó, Budapest (1985/86)

7. P. Herczegh, I. Kovács, F. Sztaricskai: Chemistry of Biologically Important Hydroxylated Indolizidines: Synthesis of Swainsonine, Castanospermine and Slaframine, in Recent Progress in the Chemical Synthesis of Antibiotics and Related Microbial Products (Ed.: G. Lukács) Vol. 2. pp. 751-828. Springer-Verlag, Berlin (1993)

8. J. Cs. Jászberényi, E. T. Gunda: Functional Modifications and Nuclear Analogs of ß-Lactam Antibiotics, Part I., in Progress in Medicinal Chemistry (Eds.: G.P. Ellis and G.B. West) Vol 12, pp 395-477. Elsevier - North Holland Publ. Co., Amsterdam (1975)

9. E.T. Gunda, J. Cs. Jászberényi: Functional Modifications and Nuclear Analogs of ß-Lactam Antibiotics, Part II., in Progress in Medicinal Chemistry (Eds.: G. P. Ellis G. B. West) Vol 14, pp 181-248. Elsevier - North Holland Publ. Co., Amsterdam (1977)

10. Sztaricskai, F.: Beta-lactam Antibiotics. Gyógyszerkémia II. (Eds.: L. Tőke, L. Szeghy). Tankönyvkiadó, Budapest (1992)

11.Gunda T.: Penicillinek, kefalosporinok és egyéb béta-laktám antibiotikumok. A Kémia Újabb Eredményei (Ed.: B. Csákvári), Vol 84. Akadémiai Kiadó, Budapest (1998)