Avibactam INT 1

Avibactam INT 1 (CAS 1416134-48-9), auch bekannt als (2S,5R)-Ethyl-5-((benzyloxy)amino)piperidin-2-carboxylatoxalat oder (2S,5R)-Benzyloxyaminopiperidin-2-carbonsäureethyloxalat, ist eine chirale organische Verbindung, die zur Klasse der Piperidincarboxylate gehört. Die Verbindung ist das Oxalatsalz eines hochfunktionalisierten Piperidinderivats mit der Summenformel C₁₇H₂₄N₂O₇ und einem Molekulargewicht von 368,39 g/mol. Es wird typischerweise als weißer bis cremefarbener Feststoff mit einer Reinheit von 98 % bis 99 % geliefert.

In der pharmazeutischen Herstellung spielt Avibactam INT 1 eine unersetzliche Rolle als wichtiges synthetisches Zwischenprodukt und prozessbedingte Verunreinigung bei der Herstellung von Avibactam-Natrium, einem weltweit zugelassenen Nicht-β-Lactam-β-Lactamase-Inhibitor, der in Kombination mit Cephalosporinen wie Ceftazidim-Avibactam (Markenname Avycaz) zur Behandlung komplizierter intraabdomineller Infektionen (cIAI), komplizierter Harnwegsinfektionen (cUTI) und verwendet wird im Krankenhaus erworbene bakterielle Pneumonie (HABP/VABP), verursacht durch multiresistente gramnegative Erreger.

Avibactam hemmt irreversibel die Aktivität von Serin-β-Lactamasen der Ambler-Klasse A (einschließlich β-Lactamasen mit erweitertem Spektrum, ESBLs und KPC-Carbapenemasen), der Klasse C (AmpC) und einiger Serin-β-Lactamasen der Klasse D (OXA), indem es mit dem Enzym ein kovalentes Addukt bildet, das gegenüber Hydrolyse stabil ist.  Insbesondere führt der β-Lactamase-Serinrest einen nukleophilen Angriff auf die Amidbindung von Avibactam durch, was zur Ringöffnung und Bildung eines Enzym-Inhibitor-Komplexes führt. Dieser Komplex ist nur langsam reversibel und hält das Enzym über einen längeren Zeitraum in einem weitgehend gehemmten Zustand.  Als Nicht-β-Lactam-Strukturgerüst ermöglicht Avibactam INT 1 die irreversible Hemmung von β-Lactamasen von Mycobacterium tuberculosis und anderen resistenten Krankheitserregern und stellt die Aktivität von Partnerantibiotika (z. B. Ceftazidim) gegen resistente bakterielle Infektionen wieder her.

Bei der Qualitätskontrolle wird Avibactam INT 1 als Avibactam Impurity 27, Impurity 51 und Impurity 9 mit detaillierten Charakterisierungsdaten (NMR, HPLC, MS) gemäß den gesetzlichen Richtlinien geliefert.  Es wird häufig für die Entwicklung analytischer Methoden, die Methodenvalidierung (AMV), die Qualitätskontrolle (QC) und die Einreichung abgekürzter neuer Arzneimittelanträge (ANDA) für Avibactam-haltige Arzneimittelprodukte eingesetzt.

In der feinchemischen Synthese wird Avibactam INT 1 häufig als Forschungschemikalie für die pharmazeutische Entwicklung verwendet und dient als organischer Baustein für den Aufbau komplexerer Diazabicyclooctan-Derivate, als Prozessentwicklungszwischenprodukt für die API-Herstellung und als Referenzmaterial für die Profilierung von Verunreinigungen.

Produktparameter

Synthetischer Weg

Ein dokumentiertes, skalierbares industrielles Syntheseverfahren zur Herstellung von Avibactam INT 1 beinhaltet die stereoselektive Reduktion eines Imin-Zwischenprodukts mit anschließender Oxalatsalzbildung. Das folgende Verfahren wurde in einem 2000-ml-Vierhalskolben durchgeführt, der mit einer Rührvorrichtung und einem Thermometer ausgestattet war.

Schritt 1: Stereoselektive Reduktion

● Ethylacetat (500 g) und 5-Benzyloxyiminopiperidin-2-carbonsäureethylester (110,0 g, 0,4 mol) wurden in den Kolben gegeben.

● Das Reaktionssystem wurde auf –20 °C bis –15 °C abgekühlt.

● Konzentrierte Schwefelsäure (201,0 g, 2,0 mol) wurde langsam tropfenweise zugegeben, während die Temperatur aufrechterhalten wurde.

● Nach Abschluss der Zugabe wurde die Mischung eine weitere Stunde lang bei –20 °C gerührt.

● Natriumtriacetoxyborhydrid (190,0 g, 0,9 mol) wurde dann portionsweise bei –20 °C zugegeben, wobei die Temperatur zwischen –20 °C und –15 °C gehalten wurde, und die Reaktion wurde 5 Stunden lang gerührt.

● Nach Abschluss wurde die Temperatur auf unter 0 °C geregelt und Wasser (200 g) wurde langsam zugegeben, um die Reaktion abzuschrecken.

● Die Mischung wurde mit wässrigem Ammoniak auf pH 7–8 neutralisiert.

● Die organische Schicht wurde abgetrennt, zweimal mit gesättigter Kochsalzlösung (100 g) gewaschen und konzentriert, um das Lösungsmittel zurückzugewinnen.

Schritt 2: Oxalatsalzbildung

● Dem Rückstand wurden Ethylacetat (320 g) und Methanol (160 g) zugesetzt.

● Oxalsäuredihydrat (52,0 g, 0,42 Mol) wurde eingeführt.

● Die Mischung wurde auf 45 °C erhitzt und 2 Stunden lang gerührt, dann auf Raumtemperatur abgekühlt und filtriert.

● Der Filterkuchen wurde mit einem Lösungsmittelgemisch aus Ethylacetat/Methanol (2:1, 100 g) und anschließend mit Ethylacetat (50 g) gewaschen.

● Der Filterkuchen wurde unter Vakuum getrocknet, um das einzelne Isomer (2S,5R)-5-((Benzyloxy)amino)piperidin-2-carbonsäureethylesteroxalat (Avibactam INT 1) mit einer Ausbeute von 96,3 g (65,4 %) und einer chiralen HPLC-Reinheit von 99,6 % zu erhalten.

Anwendungsszenarien

1.Industrielle API-Herstellung von Avibactam-Natrium

Ein Auftragsfertigungsunternehmen (CMO) steigert die GMP-Produktion von Avibactam-Natrium, um den Weltmarkt für antibiotikaresistente Infektionen zu beliefern. Avibactam INT 1 ist ein kritisches Zwischenprodukt und eine prozessbedingte Verunreinigung im mehrstufigen Syntheseweg zu Avibactam-Natrium. Das Team überwacht den Gehalt an Avibactam INT 1 in Zwischenchargen als In-Prozess-Kontrollparameter (IPC) während des Herstellungsprozesses. Die abschließenden Reinigungs- und Kristallisationsschritte werden optimiert, um sicherzustellen, dass die restlichen Avibactam INT 1-Gehalte im endgültigen Wirkstoff den strengen ICH- und behördlichen Verunreinigungsspezifikationen entsprechen. Vollständige Charakterisierungsdaten, einschließlich NMR, chiraler HPLC und MS, werden für die Prozessvalidierung und Einreichung von Zulassungsanträgen (IND, NDA, ANDA) bereitgestellt.

2. Verunreinigungsreferenzstandard für die Qualitätskontrolle (QC)

Ein pharmazeutisches QC-Labor entwickelt eine HPLC-MS-Methode für die Qualitätskontrolle von Avibactam-Natrium-API-Chargen. Avibactam INT 1 wird als Avibactam Impurity 27 mit umfassenden Charakterisierungsdaten (NMR, HPLC, GC, MS) gemäß den gesetzlichen Richtlinien geliefert. Der Referenzstandard wird verwendet, um Kalibrierungskurven zu erstellen, Systemeignungsparameter festzulegen und die Analysemethode zum Nachweis und zur Quantifizierung dieser prozessbedingten Verunreinigung in der Arzneimittelsubstanz Avibactam zu validieren. Die validierte Methode wird für Chargenfreigabetests, Stabilitätsstudien und Verunreinigungsprofile eingesetzt und gewährleistet die Einhaltung der ICH-Richtlinien und behördlichen Anforderungen für die Marktzulassung.

3. Entwicklung generischer Arzneimittel für die ANDA-Einreichung

Ein Generikaunternehmen entwickelt einen abgekürzten Antrag auf Zulassung eines neuen Arzneimittels (ANDA) für ein Ceftazidim-Avibactam-Kombinationsprodukt. Der Zulassungsantrag erfordert eine umfassende Verunreinigungsprofilierung, einschließlich der Identifizierung und Kontrolle prozessbedingter Verunreinigungen wie Avibactam INT 1. Das Team erwirbt Avibactam INT 1 als Verunreinigungsreferenzstandard mit vollständigem COA, Stabilitätsdaten und Charakterisierungsspektren. Der Referenzstandard wird verwendet, um Methoden zur Stabilitätsanzeige zu entwickeln und zu validieren, um Verunreinigungen in Stabilitätsproben zu identifizieren und zu quantifizieren und um Kriterien für die Akzeptanz von Verunreinigungen für das generische Arzneimittel festzulegen, um sicherzustellen, dass das Produkt sicher, wirksam und dem in der Markenreferenz aufgeführten Arzneimittel (RLD) gleichwertig ist.

4.Studien zur Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) für neuartige β-Lactamase-Inhibitoren

Ein Forschungsteam in der Entdeckung antibakterieller Arzneimittel entwickelt Diazabicyclooctan (DBO)-β-Lactamase-Inhibitoren der nächsten Generation mit Aktivität gegen neu auftretende Carbapenemase-Varianten (z. B. KPC, NDM, OXA-48). Unter Verwendung von Avibactam INT 1 als Kerngerüst führt das Team Derivatisierungen an der 5-Position (über das sekundäre Amin nach Benzyl-Entschützung) und Modifikationen an der 2-Position (über Esterhydrolyse und anschließende Funktionalisierung) durch. Die resultierenden neuen DBO-Verbindungen werden auf ihre β-Lactamase-Hemmwirkung (IC₅₀) gegen eine Reihe klinisch relevanter Enzyme untersucht, darunter Serin-β-Lactamasen der Klassen A, C und D. Die SAR-Studien identifizieren wichtige Strukturmerkmale, die für eine Breitbandaktivität erforderlich sind, helfen bei der Überwindung von Resistenzmechanismen und leiten die Auswahl präklinischer Entwicklungskandidaten.

5. Prozessentwicklung und Routensuche für DBO-Antibiotika

Eine Gruppe für Prozesschemie entwickelt einen skalierbaren Syntheseweg für einen neuartigen DBO-β-Lactamase-Inhibitor, für den Avibactam INT 1 ein Schlüsselzwischenprodukt ist. Das Team prüft verschiedene Reduktionsmittel (NaBH₄, NaBH(OAc)₃, NaBH₃CN usw.) und Reaktionsbedingungen, um eine optimale Stereoselektivität und Ausbeute für den Iminreduktionsschritt zu erreichen. Kinetische Studien werden durchgeführt, um den Reaktionsmechanismus zu verstehen und die optimale Temperatur und Reagenzienzugaberate zu ermitteln. Der endgültige optimierte Prozess produziert Avibactam INT 1 in konstant hohen Ausbeuten (>65 %) und chiraler Reinheit (>99 % de), und der Prozess wird erfolgreich auf die Herstellung in Pilotanlagen und im kommerziellen Maßstab skaliert, was eine kostengünstige Produktion des neuartigen DBO-Inhibitors für klinische Studien ermöglicht.

6. Studien zur erzwungenen Degradation und Stabilität

Eine pharmazeutische Forschungsgruppe führt Studien zum erzwungenen Abbau des Wirkstoffs Avibactam-Natrium durch, um potenzielle Abbauprodukte zu identifizieren und die Abbauwege des Arzneimittels aufzuklären. Avibactam INT 1 wird als potenzielles Abbauprodukt oder Nebenproduktmarker zum Nachweis und zur Identifizierung von Hydrolyse- oder oxidativen Abbauprodukten in Stressstabilitätsstudien verwendet. Mithilfe der präparativen HPLC werden Abbauprodukte isoliert und anschließend mittels LC-MS/MS- und NMR-Spektroskopie charakterisiert. Die identifizierten Abbauprodukte werden verwendet, um Spezifikationsgrenzen zu aktualisieren, Stabilitätsprobentrends zu überwachen und Tests zur Stabilitätsanzeige zu entwickeln, um Zulassungsanträge zu unterstützen und die Haltbarkeitsdauer des Arzneimittels festzulegen.

7. Chirale Methodenentwicklung für die Einhaltung von Arzneibüchern

Ein pharmazeutisches Analyselabor entwickelt eine chirale HPLC-Methode zur gleichzeitigen Bestimmung von (2S,5R)-Avibactam INT 1 und seiner (2S,5S)-Diastereomerverunreinigung in Avibactam-Natrium-Zwischenchargen. Avibactam INT 1 (Zielisomer) und der (2S,5S)-Verunreinigungsreferenzstandard (falls verfügbar) werden verwendet, um die chiralen Trennbedingungen (Säulentyp, Zusammensetzung der mobilen Phase, Flussrate, Säulentemperatur) zu optimieren. Die validierte chirale Methode wird verwendet, um die diastereomere Reinheit von Avibactam INT 1 in der Zwischenproduktion zu überwachen und sicherzustellen, dass der (2S,5S)-Isomergehalt den Spezifikationen für die nachgelagerte API-Herstellung entspricht. Die Methode wird dokumentiert und als Teil des regulatorischen Qualitätskontrollpakets für den Arzneimittelwirkstoff Avibactam eingereicht.

8. Synergiestudien zu Arzneimitteln gegen Tuberkulose

Ein Forschungsinstitut, das neue Behandlungsschemata für arzneimittelresistente Tuberkulose untersucht, bewertet die Synergie zwischen Avibactam (abgeleitet von Avibactam INT 1) und Meropenem gegen klinische Isolate von Mycobacterium tuberculosis. Die Studie verwendet Avibactam INT 1 als Forschungschemikalie, um Avibactam für In-vitro-Empfindlichkeitstests vorzubereiten. Es werden Schachbretttests durchgeführt, um den fraktionellen Hemmkonzentrationsindex (FICI) der Kombination zu bestimmen, und Zeittötungstests werden durchgeführt, um die bakterizide Aktivität über die Zeit zu bewerten. Die Ergebnisse belegen die Synergie zwischen Avibactam und Meropenem gegenüber einer Untergruppe resistenter Isolate und unterstützen die weitere präklinische Entwicklung der Kombination zur Behandlung arzneimittelresistenter Tuberkulose.

Qualitätssicherung bei Cosperpharm

Jede Charge durchläuft:

● Gaschromatographie (GC) – Reinheit ≥97,0 %

● Nichtwässrige Titration – Reinheit ≥97,0 %

● Brechungsindex – Bestätigungsanalyse

● ¹H-NMR – Strukturverifizierung

● Aussehen – farblose bis hellgelbe bis hellorange klare Flüssigkeit

Ein umfassendes Echtheitszertifikat, ein Sicherheitsdatenblatt (mit vollständigen GHS-Informationen) und ein Ursprungszeugnis liegen jeder Sendung bei.

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