Monociklusos β-laktám antibiotikumok
Felfedezés, természetes származékok
A japán Fujisawa gyógyszergyár a 70-es évek közepén szervezett egy programot új természetes β-laktám antibiotikumok keresésére. Ehhez egy olyan E. coli törzset használtak, amelyet mutációs technikával β-laktám antibiotikumokra szuperérzékennyé tettek. A kutatás eredményeképpen Aoki és munkatársai 1976-ban izolálták az A-nokardicinnek nevezett anyagot egy Nocardia uniformis alfajból. A későbbiekben ehhez még néhány minor származék is csatlakozott.
Az A-nokardicin közepesen hatott Gram-negatív baktériumokra, többek között Ps. aeruginosá-ra és Proteusok-ra, de szinte hatástalan volt Gram-pozitív törzsekre. Más β-laktám antibiotikumokkal nem mutatott keresztrezisztenciát. Már az első vizsgálatok is azt mutatták, hogy a többi β-laktám antibiotikummal hasonló módon a sejtfalszintézist gátolja. Kémiai szerkezete teljesen újszerűnek mutatkozott: nagy meglepetésre monociklusos β-laktám gyűrűt tartalmazott, fenolos hidroxilcsoporttal az N-atomon. Az acilamido szubsztituens is egészen eltérő volt az eddigi természetes β-laktámokétól: oximcsoportot tartalmazó szokatlan aminosavnak bizonyult.
A nokardicin család később még néhány taggal bővült, a Smith Kline kutatói által megtalált klorokardicinnel (az A-nokardicin klórszármazéka) és a Takeda által talált formacidinekkel. Ez utóbbiak hasonló hatásuak a nokardicinekhez, de a formilamino szubsztituens jóvoltából ellenállóbbak a β-laktamáz enzimekkel szemben. Az A- és B-formacidin volt az első természetes szénhidrát tartalmú β-laktám antibiotikum.
Hiperérzékeny E. coli és Ps. aeruginosa törzsek segítségével 1980-ben újabb monociklikus β-laktám antibiotikumokat találtak, ezúttal az élesztőgombák és sugárgombák után első ízben baktériumokban. A Takeda kutató izolálták a szulfazecint és izoszulfazecint Pseudomonas acetobacterből, a Squibb kutatói pedig a csak kódszámokkal jelölt SQ-vegyületeket Gluconobacter és Acetobacter törzsekből; az SQ-26.445 azonosnak bizonyult a szulfazecinnel. A bakteriális eredetre utalólag a Squibb kutatói nevezték el ezeket az újabb monociklusos β-laktám antibiotikumokat monobaktámoknak. A szulfazecin 4-metil származékát a Beecham cég talált rá. A vegyületekre az oligopeptid 3β-amido oldallánc és a természetben ritkán előforduló szulfamát (>N-SO3H) csoport a jellemző. E vegyületek szintén a Gram-negatív baktériumokra hatnak jobban, az izoszulfazecin gyengébb hatású a másik izomernél. A későbbiekben a Squibb kutatói további oligopeptid oldalláncú monobaktámokat izoláltak.
Kémiai tulajdonságok, szintézis
A monociklusos antibiotikumcsalád kémiailag két alcsoportra osztható, a nokardicinekre és a szulfazecin típusúakra. A C-3 atom oldalláncán túlmenően másik lényeges különbség az N-1 szubsztituens, amely az utóbbiakban a természetben ritka N-szulfonsav.
A nokardicinek alapvegyülete a 3-aminonokardicinsav (3-ANA), ez a természetes származékból egy Edman lebontáshoz hasonló módszerrel nyerhető: a redukált A-nokardicint fenil-izotiocianáttal tiokarbamiddá alakítják, majd az oldalláncot hidrolízissel eltávolítják. A savas hidrolízisnél keletkező melléktermék képződése óvatos lúgos hidrolízissel elkerülhető. Egy másik módszer szerint fölös di-terc-butil-dikarbonáttal erélyesen reagáltatva az antibiotikumot, egy több lépcsős reakcióban a tBoc származék képződik, amiből a szabad 3-ANA trifluor-ecetsavval felszabadítható:
A 3-amino-nokardicinsav előállítására kémiailag egyszerű szerkezete miatt a közvetlen bioszintetikus út mellett egyéb előállításokat is kidolgoztak. Közvetett bioszintetikus útnak tekinthető a penicillinek lebontásával történő előállítás, ezt a Fujisawa cég kutatói dolgozták ki. A penicillin Raney-nikkeles deszulfurizációja után az N-oldalláncot oxidálják, majd karbinolaminná redukálva távolítják el. Ezután a β-laktám NH csoportját bróm-fenil-metilacetáttal reagáltatva, majd a védőcsoportokat eltávolítva a 3-ANA megkapható:
