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ES2197811B2 - SYNTHESIS OF FLUORESCENT DERIVATIVES OF BETA-LACTAMIC ANTIOBIOTICS. - Google Patents

SYNTHESIS OF FLUORESCENT DERIVATIVES OF BETA-LACTAMIC ANTIOBIOTICS.

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Publication number
ES2197811B2
ES2197811B2 ES200200794A ES200200794A ES2197811B2 ES 2197811 B2 ES2197811 B2 ES 2197811B2 ES 200200794 A ES200200794 A ES 200200794A ES 200200794 A ES200200794 A ES 200200794A ES 2197811 B2 ES2197811 B2 ES 2197811B2
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ES
Spain
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beta
antibiotic
lactam
derivatives
group
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Guillermo Orellana Moraleda
Santiago Aparicio Lara
Maria Cruz Moreno Bondi
Elena Benito Peña
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Universidad Complutense de Madrid
Original Assignee
Universidad Complutense de Madrid
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
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Abstract

Síntesis de derivados fluorescentes de antibióticos beta- lactámicos. Se describe la síntesis, purificación y caracterización de antibióticos beta-lactámicos (b-lactámicos) altamente fluorescentes que tienen aplicaciones, entre otras, para la determinación de la actividad enzimática de beta- lactamasas, el estudio de proteínas de la membrana bacteriana, el análisis de medios de fermentación microbianos o en el desarrollo de métodos analíticos rápidos y sensibles para detectar cualitativa o cuantitativamente antibióticos (en fluidos de origen biológico, en preparados y formulaciones farmacéuticas, en alimentos de origen animal, etc.). Dichos métodos analíticos pueden basarse, si bien no está limitado a ellos, en procedimientos cromatográficos, enzimáticos, inmunológicos o en el uso de polímeros de impresión molecular (molecularly imprinted polymers).Synthesis of fluorescent derivatives of beta-lactam antibiotics. The synthesis, purification and characterization of highly fluorescent beta-lactam (b-lactam) antibiotics having applications, among others, for the determination of the enzymatic activity of beta-lactamases, the study of bacterial membrane proteins, the analysis is described. of microbial fermentation media or in the development of rapid and sensitive analytical methods to detect qualitatively or quantitatively antibiotics (in fluids of biological origin, in pharmaceutical preparations and formulations, in foods of animal origin, etc.). Such analytical methods may be based, although not limited to them, on chromatographic, enzymatic, immunological procedures or on the use of molecularly imprinted polymers.

Description

Síntesis de derivados fluorescentes de antibióticos \beta-lactámicos.Synthesis of fluorescent derivatives of β-lactam antibiotics.

Sector de la técnicaTechnical sector

La invención se refiere a los campos bioquímico/biotecnológico/biológico (ensayos de actividad enzimática e inmunoensayos), médico-farmaceútico (compuestos con actividad antibiótica y antimicrobial), químico-analítico (determinaciones de compuestos antibióticos y fármacos, especialmente por cromatografía líquida o HPLC) y químico-orgánico (métodos de síntesis de moléculas orgánicas con actividad antibiótica).The invention relates to the fields biochemical / biotechnological / biological (activity tests enzymatic and immunoassays), medical-pharmaceutical (compounds with antibiotic and antimicrobial activity), chemical-analytical (compound determinations antibiotics and drugs, especially by liquid chromatography or HPLC) and chemical-organic (synthesis methods of organic molecules with antibiotic activity).

Estado de la técnicaState of the art

Penicilinas y cefalosporinas (Figura 1) constituyen el grupo de los denominados antibióticos beta-lactámicos "clásicos" (varios autores, Analytical Profiles of Drug Substances, vols. 1-17, Academic Press, Nueva York, 1972-1988), ya que su estructura contiene un anillo heterocíclico de tipo beta-lactama. No obstante, existen muchos análogos estructurales con propiedades antibióticas que contienen el anillo beta-lactámico, tales como los oxacefems y carbapenems, en los cuales el átomo de azufre heterocíclico de penicilinas y cefalosporinas es reemplazado por oxígeno o por carbono, o las nocardicinas y monobactamas, que son monocíclicas. Los mecanismos de la acción bactericida de estas moléculas son extremadamente complejos, aunque los fundamentos esenciales sí se conocen. Los antibióticos beta-lactámicos son letales para las bacterias pero inocuos para los mamíferos debido a que su toxicidad resulta de la interferencia de dichas moléculas con la biosíntesis de la pared celular bacteriana, que las células de los mamíferos no poseen. Existe una gran presión osmótica en el interior de una célula bacteriana en crecimiento debido al incremento de nutrientes y, por ello, la ausencia de una fuerte pared celular causa la ruptura de la membrana celular con la consecuente pérdida del contenido celular, lo que conduce a la muerte de la misma.Penicillins and cephalosporins (Figure 1) constitute the group of so-called "classic" beta-lactam antibiotics (several authors, Analytical Profiles of Drug Substances , vols. 1-17, Academic Press, New York, 1972-1988), since their structure contains a heterocyclic ring of beta-lactam type. However, there are many structural analogues with antibiotic properties that contain the beta-lactam ring, such as oxacefems and carbapenems, in which the heterocyclic sulfur atom of penicillins and cephalosporins is replaced by oxygen or carbon, or nocardicins and monobactams , which are monocyclic. The mechanisms of bactericidal action of these molecules are extremely complex, although the essential fundamentals are known. Beta-lactam antibiotics are lethal to bacteria but harmless to mammals because their toxicity results from the interference of these molecules with the biosynthesis of the bacterial cell wall, which mammalian cells do not possess. There is a great osmotic pressure inside a growing bacterial cell due to the increase in nutrients and, therefore, the absence of a strong cell wall causes the cell membrane to rupture with the consequent loss of cell content, which leads to The death of it.

Así, los antibióticos beta-lactámicos son atacados químicamente por alguno de los grupos nucleofílicos de la enzima que regula la biosíntesis de la pared celular. Esta reacción, que conlleva la apertura del tenso anillo de la beta-lactama y la acilación del grupo nucleofílico de la enzima, da lugar a productos que no son capaces de catalizar de forma efectiva el crecimiento de la pared celular, causando la inhibición irreversible de la enzima. Un antibiótico beta-lactámico efectivo debe ser lo suficientemente estable para alcanzar la enzima bacteriana sin descomposición, pero a la vez debe ser capaz de sufrir el ataque nucleofílico de dicha enzima.So, antibiotics beta-lactams are chemically attacked by some of the nucleophilic groups of the enzyme that regulates biosynthesis of the cell wall. This reaction, which involves the opening of the tense ring of beta-lactam and acylation nucleophilic group of the enzyme, gives rise to products that are not able to effectively catalyze wall growth cell, causing irreversible inhibition of the enzyme. A Effective beta-lactam antibiotic should be what stable enough to reach the bacterial enzyme without decomposition, but at the same time must be able to suffer the attack nucleophilic of said enzyme.

El diseño de antibióticos \beta-lactámicos eficaces no resulta sencillo debido a la alta susceptibilidad del grupo carbonilo beta-lactámico a sufrir ataque nucleofílico, lo que se traduce, por ejemplo, en una gran facilidad para experimentar hidrólisis. La reactividad de las penicilinas es incluso mayor que la de las beta-lactamas simples debido a la presencia de dos anillos fusionados en su esqueleto fundamental.Antibiotic design effective β-lactams is not easy due to the high susceptibility of the carbonyl group beta-lactam to undergo nucleophilic attack, which it translates, for example, into a great facility to experience hydrolysis. The reactivity of penicillins is even greater than that of simple beta-lactams due to presence of two fused rings in its fundamental skeleton.

La derivatización fluorescente de sondas moleculares es un área de gran actualidad, pues está permitiendo avances espectaculares en diagnóstico médico, técnicas de imagen en Fisiología, investigación bioquímica, monitorización medioambiental y análisis químico en general (ver, por ejemplo, R.P. Haughland, Handbook of Fluorescent Probes and Research Products, 9^{th} edition, Molecular Probes, Eugene, OR, 2004; Prasanna de Silva et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 8336). La síntesis de compuestos beta-lactámicos fluorescentes, y más concretamente de antibióticos tales como las penicilinas, incluyendo la amoxicilina o la ampicilina, es un objetivo de máximo interés, debido al gran número de aplicaciones que presentan estas moléculas, ya sea para la determinación de la actividad enzimática de beta-lactamasas, el estudio de proteínas de la membrana bacteriana, el análisis de medios de fermentación microbianos o en el desarrollo de métodos analíticos rápidos y sensibles para detectar cualitativa o cuantitativamente antibióticos (en fluidos de origen biológico, en preparados y formulaciones farmacéuticas, en alimentos de origen animal, entre otros) (ver, por ejemplo, varios autores, Analytical Profiles of Drug Substances, vols. 1-17, Academic Press, Nueva York, 1972-1988; Chen et al., Patente US 4740459; Chen, Patente WO 8903889; Tsien y Zlokarnik, Patente WO 9630540 y Patente US 5741657; Rogers et al., J. Chromatography 1984, 297, 385; Medina, ACS Symp. Ser. 1996, 636, 132; Sternesjö y Johnsson, J. Food Prot. 1998, 61, 808). Dichos métodos analíticos pueden basarse, si bien no está limitado a ellos, en procedimientos cromatográficos, enzimáticos, inmunológicos o en el uso de polímeros de impresión molecular (molecularly imprinted polymers). Estas aplicaciones requieren o hacen muy deseable disponer de antibióticos marcados fluorescentemente para llevar a cabo, con elevada sensibilidad y selectividad, la etapa de detección tras, por ejemplo, un ensayo de tipo competititivo con el antibiótico no marcado.Fluorescent derivatization of molecular probes is an area of great relevance, as it is allowing spectacular advances in medical diagnosis, imaging techniques in Physiology, biochemical research, environmental monitoring and chemical analysis in general (see, for example, RP Haughland, Handbook of Fluorescent Probes and Research Products , 9th edition, Molecular Probes, Eugene, OR, 2004 ; Prasanna de Silva et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999 , 96 , 8336). The synthesis of fluorescent beta-lactam compounds, and more specifically of antibiotics such as penicillins, including amoxicillin or ampicillin, is an objective of maximum interest, due to the large number of applications presented by these molecules, whether for the determination of the enzymatic activity of beta-lactamases, the study of bacterial membrane proteins, the analysis of microbial fermentation media or the development of rapid and sensitive analytical methods to detect qualitatively or quantitatively antibiotics (in fluids of biological origin, in preparations and pharmaceutical formulations, in foods of animal origin, among others) (see, for example, several authors, Analytical Profiles of Drug Substances , vols. 1-17, Academic Press, New York, 1972-1988; Chen et al., US Pat . 4740459; Chen, WO 8903889 Patent; Tsien and Zlokarnik, WO 9630540 and Patent US 5741657 Patent;. Rogers et to the, J. Chromatography 1984, 297, 385 ; Medina, ACS Symp. Be . 1996 , 636 , 132; Sternesjö and Johnsson, J. Food Prot . 1998 , 61 , 808). Such analytical methods may be based, although not limited to them, on chromatographic, enzymatic, immunological procedures or on the use of molecularly imprinted polymers . These applications require or make it very desirable to have fluorescently labeled antibiotics to carry out, with high sensitivity and selectivity, the detection stage after, for example, a competitive-type assay with the unlabeled antibiotic.

El estudio de los enlaces que tienen lugar en las PBPs (penicillin-binding proteins o proteinas que se unen a penicilinas) presentes en las membranas bacterianas representa el modo más sencillo para determinar el papel que desempeñan estas proteínas en procesos como la división celular (Sprat y Pardee, Nature 1975, 254, 516) o en los mecanismos intrínsecos de resistencia en bacterias patógenas de gran importancia como Streptococus, Enterococus o Pseudomonas. Una de las técnicas más utilizadas para llevar a cabo este tipo de estudios ha sido la descrita por B. G. Spratt (Eur. J. Biochem. 1977, 72, 341) hace más de 20 años, en la que se emplean penicilinas marcadas radiactivamente. Sin embargo, la principal limitación del método estriba en el tiempo necesario para realizar los ensayos que, en el caso de la detección de PBPs puede llegar a ser de varios días o incluso semanas. Además existe una dificultad añadida debido a la peligrosidad intrínseca de los marcajes radiactivos del antibiótico beta-lactámico.The study of the bonds that take place in the PBPs ( penicillin-binding proteins or penicillin-binding proteins ) present in bacterial membranes represents the simplest way to determine the role that these proteins play in processes such as cell division (Sprat and Pardee, Nature 1975 , 254 , 516) or in the intrinsic resistance mechanisms in pathogenic bacteria of great importance such as Streptococus, Enterococus or Pseudomonas . One of the most used techniques to carry out this type of study has been that described by BG Spratt ( Eur. J. Biochem . 1977 , 72 , 341) more than 20 years ago, in which radioactively labeled penicillins are used. However, the main limitation of the method lies in the time required to carry out the tests which, in the case of the detection of PBPs, can be several days or even weeks. In addition there is an added difficulty due to the intrinsic danger of the radioactive labels of the beta-lactam antibiotic.

Por ello, se han desarrollado otros procedimientos de derivatización fluorescente de penicilinas, que permiten la detección de menos de 10 fmol de PBPs. Así, J.-M. Frère y cols. (Biochem. J. 1994, 300, 14 y Biochem. J. 1993, 291, 19) han descrito y llevado a cabo la síntesis, purificación y el estudio de propiedades cinéticas de antibióticos marcados con fluoresceínas, o con compuestos de coordinación de boro, flúor y pirrometeno (Zhao et al., Antimicrobial Agents Chemother. 1999, 43, 1124), que han permitido desarrollar nuevos métodos muy sensibles para la identificación y cuantificación de PBPs. Sin embargo, estos autores no mencionan ni describen los antibióticos fluorescentes objeto de la presente patente. Además, la polaridad intrínseca del marcador fluorescente utilizado por Frére y cols. (fluoresceína), una molécula aniónica, resulta indeseable si se precisan, por ejemplo, antibióticos fluorescentes solubles en medio no acuoso. Más aún, la intrínseca emisión verde de la fluoresceína puede resultar indeseable o interferente en ensayos combinados con otros sustratos o moléculas marcadas cuya fluorescencia aparezca en la misma región. Por otra parte, el marcador fluorescente utilizado por Zhao et al. exhibe un pequeño desplazamiento Stokes entre la longitud de onda necesaria para la excitación (504 nm) y la longitud de onda necesaria para la detección (511 nm), lo que dificulta la fácil separación de ambas imprescindible para la correcta cuantificación de PBPs. Los derivados fluorescentes objeto de la presenta invención presentan desplazamientos Stokes muy superiores, facilitando grandemente la discriminación de la luz emitida y la utilizada para excitar el derivado fluorescente.Therefore, other penicillin fluorescent derivatization procedures have been developed, which allow the detection of less than 10 fmol of PBPs. Thus, J.-M. Frère et al. ( Biochem. J. 1994 , 300 , 14 and Biochem. J. 1993 , 291, 19) have described and carried out the synthesis, purification and study of kinetic properties of antibiotics labeled with fluoresceins, or with boron coordination compounds , fluorine and pyrometene (Zhao et al., Antimicrobial Agents Chemother . 1999 , 43 , 1124), which have allowed the development of very sensitive new methods for the identification and quantification of PBPs. However, these authors do not mention or describe the fluorescent antibiotics object of the present patent. In addition, the intrinsic polarity of the fluorescent marker used by Frére et al. (fluorescein), an anionic molecule, is undesirable if, for example, fluorescent antibiotics soluble in non-aqueous media are required. Moreover, the intrinsic green emission of fluorescein may be undesirable or interfering in tests combined with other substrates or labeled molecules whose fluorescence appears in the same region. On the other hand, the fluorescent marker used by Zhao et al . It exhibits a small Stokes shift between the wavelength required for excitation (504 nm) and the wavelength necessary for detection (511 nm), which makes it easy to separate the two essential for the correct quantification of PBPs. The fluorescent derivatives object of the present invention have much higher Stokes shifts, greatly facilitating discrimination of the emitted light and that used to excite the fluorescent derivative.

Se ha descrito la preparación de derivados fluorescentes de antibióticos beta-lactámicos con orto-ftaldialdehido (Rogers et al., J. Chromatography 1984, 297, 385), fluorescamina (Nakagawa et al., Yakugaku Zasshi 1985, 105, 1096), 9-isotiocianatoacridina (Sinseimer et al. J. Pharm. Sci. 1969, 58, 1041) o dansil-hidrazina (Munns et al., J. Assoc. Off. Anal. Chem. 1985, 68, 968) para la determinación cromatográfica de dichos antibióticos. Asimismo, se ha descrito anteriormente la preparación de antibióticos beta-lactámicos que incorporan en su estructura complejos luminiscentes de rutenio(II) para la cuantificación de la actividad de beta-lactamasas (Liang et al., J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9198). Sin embargo, todos estos documentos no mencionan, ni sugieren los antibióticos fluorescentes objeto de la presente patente. Además, las longitudes de onda de excitación y de emisión de la fluorescencia de dichos derivados conocidos, no se encuentran en la misma región que las de los antibióticos fluorescentes que aquí se describen por vez primera, lo que puede resultar inapropiado para muchas aplicaciones de las mencionadas más arriba. Más aún, ninguna de estas publicaciones describe el aislamiento y purificación de los antibióticos beta-lactámicos fluorescentes, sino su generación in situ en una extensión desconocida, por lo que no podrían utilizarse en algunas aplicaciones de las mencionadas más arriba.The preparation of fluorescent derivatives of beta-lactam antibiotics with ortho- phthaldialdehyde (Rogers et al., J. Chromatography 1984 , 297 , 385), fluorescamine (Nakagawa et al., Yakugaku Zasshi 1985 , 105 , 1096), 9 has been described. -isothiocyanatoacridine (Sinseimer et al. J. Pharm. Sci . 1969 , 58 , 1041) or dansyl hydrazine (Munns et al., J. Assoc. Off. Anal. Chem . 1985 , 68 , 968) for chromatographic determination of such antibiotics. Likewise, the preparation of beta-lactam antibiotics that incorporate luminescent ruthenium (II) complexes for the quantification of beta-lactamase activity (Liang et al., J. Am. Chem. Soc . 1996) has been previously described . , 118 , 9198). However, all these documents do not mention, nor suggest the fluorescent antibiotics object of the present patent. In addition, the wavelengths of excitation and fluorescence emission of said known derivatives are not in the same region as those of the fluorescent antibiotics described here for the first time, which may be inappropriate for many applications of the mentioned above. Moreover, none of these publications describe the isolation and purification of fluorescent beta-lactam antibiotics, but their generation in situ to an unknown extent, so they could not be used in some applications of those mentioned above.

Por su parte, Cartwright; y Fink (FEBS Lett. 1982, 137, 186) han publicado la síntesis de dansil-penicilina (G) y su empleo como sustrato fluorogénico para la determinación de la actividad de enzimas beta-lactamasas. Además de no hacer mención ni sugerencia alguna a la posibilidad de preparación de los antibióticos fluorescentes objeto de la presente invención, el muy pequeño rendimiento cuántico de emisión de los derivados dansilados cuando se encuentran en medio acuoso, como señalan dichos autores, hace muy difícil la monitorización de su fluorescencia en dicho medio, cuando no están asociados a la enzima.On the other hand, Cartwright; and Fink ( FEBS Lett . 1982 , 137 , 186) have published the synthesis of dansyl penicillin (G) and its use as a fluorogenic substrate for the determination of the activity of beta-lactamase enzymes. In addition to making no mention or suggestion of the possibility of preparing the fluorescent antibiotics object of the present invention, the very small quantum emission yield of the dansylated derivatives when they are in an aqueous medium, as said authors point out, makes it very difficult to monitoring its fluorescence in said medium, when they are not associated with the enzyme.

También se ha descrito la preparación y usos de sustratos para beta-lactamasas dotados simultáneamente de una entidad fluorescente y una entidad desactivadora de la fluorescencia en la misma molécula (Tsien y Zlokarnik, Patente WO 9630540; Tsien y Zlokarnik, Patente US 5,955,604; Tsien y Zlokarnik, Patente US 5,741,657). Sin embargo, mientras que los sustratos descritos por estos autores poseen un anillo de beta-lactama y algunas de las aplicaciones enumeradas más arriba, la necesaria presencia simultánea del grupo fluorogénico y del desactivador de su emisión, limita el número y variedad de antibióticos beta-lactámicos que se pueden preparar. Además, los autores no revelan, describen, ni sugieren la utilización de los marcadores fluorescentes objeto de la presente invención.Also described the preparation and use of substrates for beta-lactamase endowed simultaneously an entity fluorescent and quencher entity fluorescence in the same molecule (Tsien and Zlokarnik, WO 9630540, Tsien and Zlokarnik, US Patent 5,955,604; Tsien and Zlokarnik, US Patent 5,741,657). However, while the substrates described by these authors have a beta-lactam ring and some of the applications listed above, the necessary simultaneous presence of the fluorogenic group and its emission deactivator limits the number and variety of beta- antibiotics. lactams that can be prepared. In addition, the authors do not reveal, describe, or suggest the use of fluorescent markers object of the present invention.

Por otra parte y debido a los límites máximos establecidos por la Unión Europea y otros gobiernos u organismos reguladores, para las concentraciones de antibióticos en leche (por ejemplo, EC Commission Regulation no. 2701/94 de Nov. 1994), se han desarrollado diversos procedimientos analíticos cromatográficos para la determinación de penicilinas y otros antibióticos beta-lactámicos en leche (Fletouris et al., J. Agric. Food Chem. 1992, 40, 617; Moats y Harik-Khan, J. Assoc. Off. Anal. Chem. 1995, 78, 49; Blanchflower et al., Analyst 1994, 119, 2595). También se han empleado métodos de detección de los antibióticos beta-lactámicos por espectroscopía de absorción UV, aunque la absorción a longitudes de onda de 220 nm o 230 nm presenta muchos problemas debido a las interferencias de otras especies y a los límites de detección del método. Por esta razón se están desarrollando métodos de detección por fluorescencia, en los que la sensibilidad es mucho mayor. Sin embargo, la mayoría de los antibióticos de interés carecen de fluoróforos, por lo que resulta imprescindible llevar a cabo la derivatización de los antibióticos empleando la funcionalidad amino que presentan, o sintetizar análogos fluorescentes con el esqueleto básico del ácido 6-aminopenicilánico (6-APA) en su estructura, aspectos ambos que revela la presente invención.On the other hand and due to the maximum limits established by the European Union and other governments or regulatory bodies, for concentrations of antibiotics in milk (for example, EC Commission Regulation no. 2701/94 of Nov. 1994), several Chromatographic analytical procedures for the determination of penicillins and other beta-lactam antibiotics in milk (Fletouris et al., J. Agric. Food Chem . 1992 , 40 , 617; Moats and Harik-Khan, J. Assoc. Off. Anal. Chem 1995 , 78 , 49; Blanchflower et al., Analyst 1994 , 119 , 2595). Methods of detection of beta-lactam antibiotics by UV absorption spectroscopy have also been used, although absorption at wavelengths of 220 nm or 230 nm presents many problems due to interference from other species and the detection limits of the method. For this reason, fluorescence detection methods are being developed, in which the sensitivity is much higher. However, most of the antibiotics of interest lack fluorophores, so it is essential to carry out the derivatization of antibiotics using the amino functionality they present, or synthesize fluorescent analogs with the basic skeleton of 6-aminopenicillanic acid (6- APA) in its structure, both aspects that the present invention reveals.

Los ejemplos de moléculas de este tipo recogidos en la bibliografla ponen de manifiesto las dificultades sintéticas que conlleva la preparación de estas estructuras ya que, aunque se encuentran descritas diversas técnicas de derivatización de antibióticos, en la mayoría de los casos las correspondientes penicilinas fluorescentes no se han aislado ni purificado. Además, las referencias generales mencionadas más arriba (Haughland; Prasanna de Silva et. al.) no revelan ni sugieren en modo alguno los grupos fluorogénicos ni los antibióticos fluorescentes objeto de la presente patente.The examples of molecules of this type included in the bibliography show the synthetic difficulties involved in the preparation of these structures since, although various antibiotic derivatization techniques have been described, in most cases the corresponding fluorescent penicillins are not They have isolated or purified. In addition, the general references mentioned above (Haughland; Prasanna de Silva et. Al .) Do not reveal or suggest in any way the fluorogenic groups or the fluorescent antibiotics object of the present patent.

La presente invención revela la síntesis, purificación y caracterización de antibióticos beta-lactámicos fluorescentes (derivados de la estructura de penicilinas, incluyendo amoxicilina, ampicilina, cefalosporinas y ácido 6-aminopenicilánico, aunque no limitados de ningún modo a éstos) que poseen en su estructura una entidad de pireno como agente altamente fluorogénico.The present invention reveals the synthesis, antibiotic purification and characterization fluorescent beta-lactams (derivatives of the structure of penicillins, including amoxicillin, ampicillin, cephalosporins and 6-aminopenicillanic acid, although not limited in any way to these) that have in their structure a Pyrene entity as a highly fluorogenic agent.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

Síntesis de derivados fluorescentes de antibióticos beta-lactámicos.Synthesis of fluorescent derivatives of beta-lactam antibiotics.

La presente invención revela la síntesis, purificación y caracterización de antibióticos beta-lactámicos altamente fluorescentes que tienen aplicaciones, entre otras pero sin estar restringido a ellas, para la determinación de la actividad enzimática de beta-lactamasas, el estudio de proteínas de la membrana bacteriana, el análisis de medios de fermentación microbianos o en el desarrollo de métodos analíticos rápidos y sensibles para detectar cualitativa o cuantitativamente antibióticos (en fluidos de origen biológico, en preparados y formulaciones farmacéuticas, en alimentos de origen animal, etc.). Dichos métodos analíticos pueden basarse, si bien no está limitado a ellos, en procedimientos cromatográficos, inmunológicos, enzimáticos o en el uso de polímeros de impresión molecular (molecularly Imprinted polymers, MIPs; como los descritos por Sellergren, editor, "Molecularly Imprinted Polymers", Techniques and Instrumentation in Analytical Chemistry, Vol. 23, Elsevier, Amsterdam, 2001).The present invention reveals the synthesis, purification and characterization of highly fluorescent beta-lactam antibiotics that have applications, among others but not restricted to them, for the determination of the enzymatic activity of beta-lactamases, the study of bacterial membrane proteins , the analysis of microbial fermentation media or the development of rapid and sensitive analytical methods to detect qualitatively or quantitatively antibiotics (in fluids of biological origin, in pharmaceutical preparations and formulations, in foods of animal origin, etc.). Such analytical methods may be based, although not limited to them, on chromatographic, immunological, enzymatic procedures or on the use of molecular printing polymers ( molecularly Imprinted polymers, MIPs; such as those described by Sellergren, editor, " Molecularly Imprinted Polymers " , Techniques and Instrumentation in Analytical Chemistry, Vol. 23, Elsevier, Amsterdam, 2001).

Asimismo, la invención describe la obtención de derivados de antibióticos beta-lactámicos (derivados de la estructura de penicilinas y cefalosporinas, incluyendo amoxicilina, ampicilina y ácido 6-aminopenicilánico, aunque no limitados en ningún modo a éstos) que poseen en su estructura un fluoróforo o grupo fluorogénico de tipo pireno, unido a través del grupo amino que presenta el antibiótico o su precursor beta-lactámico.Also, the invention describes obtaining beta-lactam antibiotic derivatives (derived from the structure of penicillins and cephalosporins, including amoxicillin, ampicillin and acid 6-aminopenicillanic, although not limited in any mode to these) that have a fluorophore or group in their structure pyrogen-like fluorogenic, linked through the amino group that presents the antibiotic or its precursor beta-lactam.

Más concretamente, la invención describe la obtención y el empleo de derivados de antibióticos beta-lactámicos en cuya estructura se ha introducido un grupo de átomos o sub-estructura molecular que emite luz (fluorescencia) ultravioleta y visible (360-470 nm) al ser excitado o iluminado con luz ultravioleta (200-370 nm), sin afectar a la bioactividad de la molécula original. Los derivados que aquí se revelan se obtienen, en general, por procedimientos químicos que comprenden dos etapas de síntesis, a partir del ácido 6-aminopenicilánico o del propio antibiótico original, siempre que este último contenga en su estructura molecular un grupo amino libre.More specifically, the invention describes the obtaining and using antibiotic derivatives beta-lactams in whose structure has been introduced a group of atoms or molecular sub-structure that emits ultraviolet and visible light (fluorescence) (360-470 nm) when excited or illuminated with light ultraviolet (200-370 nm), without affecting the Bioactivity of the original molecule. The derivatives here are reveal they are obtained, in general, by chemical procedures that they comprise two stages of synthesis, from the acid 6-aminopenicillanic or the antibiotic itself original, provided that the latter contains in its structure molecular a free amino group.

La síntesis de los derivados, que incluyen pireno como grupo fluorogénico en su estructura, consta de dos etapas. En la primera, tiene lugar la activación de los correspondientes ácidos carboxílicos derivados del pireno (por ejemplo, ácido 1-pirenoacético o ácido 1-pirenobutírico comerciales o cualquier otro ácido carboxílico que presente en su estructura una o más unidades de pireno) a su forma reactiva frente al ataque de un grupo amina. Los derivados activados se obtienen con unos rendimientos excelentes al hacer reaccionar, por procedimientos convencionales (por ejemplo, los descritos por G.T. Hermanson, Bioconjugate Techniques, Academic Press, New York, 1996), los ácidos carboxílicos mencionados con N-hidroxisuccinimida o N,N-diciclohexilcarbodiimida comerciales, entre otros agentes descritos en la bibliografia para tal fin solubles en agua o en medios no acuosos (R. P. Hughland, editor, Handbook of Fluorescent Probes and Research Products, 8ª edición, Molecular Probes, Leiden, Holanda).The synthesis of the derivatives, which include pyrene as a fluorogenic group in its structure, consists of two stages. In the first one, the activation of the corresponding carboxylic acids derived from pyrene (for example, commercial 1-pyreneacetic acid or 1-pyrenobutyric acid or any other carboxylic acid having one or more pyrene units in its structure) takes place in its form reactive against the attack of an amine group. Activated derivatives are obtained with excellent yields by reacting, by conventional procedures (for example, those described by GT Hermanson, Bioconjugate Techniques , Academic Press, New York, 1996), the carboxylic acids mentioned with N- hydroxysuccinimide or N, N commercial commercial cyclohexylcarbodiimide, among other agents described in the literature for this purpose soluble in water or non-aqueous media (RP Hughland, editor, Handbook of Fluorescent Probes and Research Products , 8th edition, Molecular Probes, Leiden, The Netherlands).

En la segunda etapa tiene lugar la unión o condensación, en medio básico, entre el derivado activado del ácido carboxílico obtenido previamente y el antibiótico o el ácido 6-aminopenicilánico, de forma análoga al procedimiento descrito por Lakaye et al. en Biochem. J. 1994, 300, 141. Esta etapa se lleva a cabo, preferiblemente, en ausencia de luz con el fin de evitar fotodegradaciones del grupo fluorogénico y controlando cuidadosamente la acidez del medio, ya que a valores del pH superiores a 8.5 o inferiores a 2.5, aproximadamente, los antibióticos beta-lactámicos se degradan significativamente de forma rápida.In the second stage, the bonding or condensation takes place, in basic medium, between the activated derivative of the carboxylic acid obtained previously and the antibiotic or 6-aminopenicillanic acid, analogously to the procedure described by Lakaye et al . in Biochem. J. 1994 , 300 , 141. This step is preferably carried out in the absence of light in order to avoid photodegradations of the fluorogenic group and carefully controlling the acidity of the medium, since at pH values greater than 8.5 or less than 2.5, approximately, beta-lactam antibiotics degrade significantly quickly.

El aislamiento y purificación de los antibióticos fluorescentes se realiza preferiblemente mediante sucesivas extracciones a medios acuosos y orgánicos, ya que dichos compuestos descomponen térmicamente, por lo que no es conveniente recristalizarlos. Los productos obtenidos deben almacenarse preferiblemente protegidos de la luz, a -5ºC y bajo atmósfera de argon.Isolation and purification of antibiotics fluorescent is preferably performed by successive extractions to aqueous and organic media, since said compounds thermally decompose, so it is not convenient recrystallize them. The products obtained must be stored preferably protected from light, at -5 ° C and under an atmosphere of argon.

La única limitación encontrada a estas reacciones es que no deben alterar la estructura molecular fundamental (responsable de su actividad como tal) del antibiótico beta-lactámico o del ácido 6-aminopenicilánico precursor, excepto en lo que se refiere al grupo amino libre de los mismos.The only limitation found to these reactions is that they should not alter the fundamental molecular structure (responsible for its activity as such) of the antibiotic beta-lactam or acid 6-aminopenicillanne precursor, except as far as refers to the free amino group thereof.

Más aún, en una forma de llevarla a cabo aunque sin estar restringida a ella, la patente revela, la aplicación de los antibióticos beta-lactámicos fluorescentes para la determinación de antibióticos beta-lactámicos en una muestra cuya concentración se desconoce a priori y, en particular, en alimentos de origen animal, mediante el empleo de los denominados polímeros de impresión molecular (molecularly imprinted polymers o MIPs).Moreover, in a way of carrying it out but without being restricted to it, the patent reveals, the application of fluorescent beta-lactam antibiotics for the determination of beta-lactam antibiotics in a sample whose concentration is unknown a priori and, in particularly, in foods of animal origin, by means of the use of the so-called molecular printing polymers ( MIPs ).

Descripción de las figurasDescription of the figures

La invención incluye unas figuras que con carácter representativo muestran:The invention includes figures that with Representative character show:

La Figura 1 muestra las estructuras moleculares típicas de antibióticos beta- lactámicos de tipo penicilinas y cefalosporinas (R es la parte de la molécula que contiene el grupo amino) y del ácido 6-aminopenicilánico (6-APA), además de las estructuras resultantes de unir a los mismos un grupo pireno (R es la parte de la molécula que contiene el grupo fluorogénico de tipo pireno).Figure 1 shows the molecular structures typical of penicillin-type beta-lactam antibiotics and cephalosporins (R is the part of the molecule that contains the group amino) and 6-aminopenicillanic acid (6-APA), in addition to the structures resulting from join them a pyrene group (R is the part of the molecule that contains the pyrogen type fluorogenic group).

La Figura 2 muestra con un ejemplo un esquema general de la obtención de antibióticos beta-lactámicos (Ab) provistos de un grupo fluorogénico de tipo pireno no activados; Clave: Py = grupo pireno (a modo de ejemplo se muestra el 1-pirenil).Figure 2 shows with an example a scheme General Obtaining Antibiotics beta-lactams (Ab) provided with a group pyrogen type fluorogenic not activated; Key: Py = Pyrenean group (by way of example, 1-pirenyl is shown).

Modo de realización de la invenciónEmbodiment of the invention

La invención referida a la obtención de derivados de antibióticos beta-lactámicos altamente fluorescentes se obtienen por un procedimiento químico que comprende bien una o dos etapas (Figura 2).The invention related to obtaining derivatives of highly beta-lactam antibiotics fluorescents are obtained by a chemical process comprising either one or two stages (Figure 2).

Primera etapaFirst stage

Preferiblemente, para la activación previa de los correspondientes ácidos carboxílicos derivados del pireno (por ejemplo, ácido 1-pirenoacético o ácido 1-pirenobutírico comerciales o cualquier otro ácido carboxílico que presente en su estructura una o más unidades de pireno) a su forma reactiva frente al ataque de un grupo amina, se hace reaccionar 1 equivalente de ácido carboxílico disuelto en 1,4-dioxano anhidro con 1.1 equivalentes de N-hidroxisuccinimida y 1.1 equivalentes de N,N-diciclohexilcarbodiimida, preferiblemente bajo atmósfera de argon y en ausencia de luz. La mezcla de reacción se mantiene con agitación a temperatura ambiente durante los tiempos que se indican en cada ejemplo. Transcurrido este tiempo, se enfría a 0ºC con baño de hielo y se filtra a través de placa filtrante. El precipitado se lava sucesivamente con 1,4-dioxano frío (2x10 mL) y con éter dietílico frío (2x10 mL). El filtrado se despoja del disolvente por destilación del mismo a presión reducida, dando lugar a un sólido que, atendiendo a sus datos espectroscópicos, se identifica como el correspondiente succinimidil éster.Preferably, for the previous activation of the corresponding carboxylic acids derived from pyrene (for example, 1-pyreneacetic acid or acid Commercial 1-pyrenobutyric acid or any other acid carboxylic present in its structure one or more units of pyrene) to its reactive form against the attack of an amine group, it reacts 1 equivalent of carboxylic acid dissolved in 1,4-dioxane anhydrous with 1.1 equivalents of N-hydroxysuccinimide and 1.1 equivalents of N, N-dicyclohexylcarbodiimide, preferably low Argon atmosphere and in the absence of light. The reaction mixture is kept stirring at room temperature during the times which are indicated in each example. After this time, it cools at 0 ° C with ice bath and filtered through filter plate. He precipitate is washed successively with 1,4-dioxane cold (2x10 mL) and with cold diethyl ether (2x10 mL). The filtrate is stripping the solvent by distillation thereof under reduced pressure, giving rise to a solid that, attending to your data spectroscopic, is identified as the corresponding succinimidil ester.

Segunda etapaSecond stage

Una vez realizada la activación del ácido carboxílico que contiene pireno, se añade bicarbonato sódico acuoso al 4% (2.5 equivalentes) sobre una suspensión en acetona de 1.3 equivalentes de ácido 6-aminopenicilánico (6-APA) o el antibiótico beta-lactámico que posee uno o más grupos amino libres. Cuando se ha disuelto el antibiótico o el 6-APA y preferiblemente en ausencia de luz, se adiciona una disolución en acetona de 1 equivalente del N-hidroxisuccinimidil éster del ácido carboxílico que presente en su estructura una o más unidades de pireno sintetizado previamente, y se agita a temperatura ambiente durante 24 horas. Transcurrido este tiempo, se elimina la acetona por destilación a presión reducida y se añade agua. Se extrae la mezcla con éter dietílico y la fase acuosa se acidifica hasta pH 2.5 con ácido fosfórico acuoso al 10%. El sólido que precipita en estas condiciones se extrae repetidamente con éter dietílico. Después de secar sobre sulfato magnésico anhidro los extractos orgánicos combinados, se elimina el disolvente a presión reducida, obteniendo el correspondiente antibiótico marcado fluorescentemente, que se purifica por extracción a medio básico acuoso (bicarbonato sódico acuoso al 5%), posterior acidulación (ácido fosfórico acuoso al 10%) y re-extracción con éter dietílico.Once the acid activation carboxylic containing pyrene, aqueous sodium bicarbonate is added 4% (2.5 equivalents) on an acetone suspension of 1.3 6-aminopenicillanic acid equivalents (6-APA) or the antibiotic beta-lactam that has one or more amino groups free. When the antibiotic or drug has dissolved 6-APA and preferably in the absence of light, add an acetone solution of 1 equivalent of N-hydroxysuccinimidyl carboxylic acid ester that has one or more pyrene units in its structure previously synthesized, and stirred at room temperature for 24 hours. After this time, acetone is removed by distillation under reduced pressure and water is added. The mixture is extracted with diethyl ether and the aqueous phase is acidified to pH 2.5 with 10% aqueous phosphoric acid. The solid that precipitates in these Conditions are repeatedly extracted with diethyl ether. After dry over anhydrous magnesium sulfate organic extracts combined, the solvent is removed under reduced pressure, obtaining the corresponding fluorescently labeled antibiotic, which Purify by extraction to aqueous basic medium (sodium bicarbonate 5% aqueous), subsequent acidulation (10% aqueous phosphoric acid) and re-extraction with diethyl ether.

A título ilustrativo y sin que sea considerado como limitación al alcance de la presente patente, se ilustran a continuación ejemplos de la unión química de los grupos fluorogénicos pireno al grupo amino libre de antibióticos beta-lactámicos o al ácido 6-aminopenicilánico (Figura 1), así como el empleo de uno de los derivados que contiene el grupo pireno, para análisis cuantitativo en una muestra de un antibiótico beta-lactámico (por ejemplo, Penicilina G) mediante el uso de polímeros de impresión molecular. Los reactivos químicos y disolventes que se mencionan en los ejemplos están disponibles comercialmente de uno o más fabricantes entre los que se encuentran, por ejemplo, Sigma-Aldrich, Fluka, Merck, Avocado, Molecular Probes, etc.By way of illustration and without consideration as a limitation on the scope of this patent, they are illustrated by below examples of the chemical union of the groups Pyrogen fluorogenic to the antibiotic free amino group beta-lactam or acid 6-aminopenicilánico (Figure 1), as well as the use of one of the derivatives contained in the pyrene group, for analysis quantitative in a sample of an antibiotic beta-lactam (for example, Penicillin G) by the use of molecular printing polymers. Chemical reagents and solvents mentioned in the examples are available commercially from one or more manufacturers among which they are, for example, Sigma-Aldrich, Fluka, Merck, Avocado, Molecular Probes, etc.

Ejemplo 1Example 1 Preparación del éster succinimidílico del ácido 1-pirenoacéticoPreparation of succinimidyl acid ester 1-pyrenoacetic

A partir de una disolución de 103 mg (0.39 mmol) de ácido 1-pirenoacético comercial en 15 mL de dioxano anhidro, 50.1 mg (0.43 mmol) de N-idroxisuccinimida y 87.9 mg (0.43 mmol) de N,N-diciclohexilcarbodiimida y siguiendo el procedimiento general de síntesis y purificación, descrito más arriba, se obtienen, tras 2 horas de agitación a temperatura ambiente, 116 mg (85%) de un sólido marrón-verduzco (punto de fusión: 195-197ºC) que se identifica como el éster succinimidilico del ácido 1-pirenoacético por sus espectros de resonancia magnética nuclear de protón y de carbono-13, su espectro de absorción infrarroja, su espectro de masas y su microanálisis elemental.From a solution of 103 mg (0.39 mmol) of commercial 1-pyreneacetic acid in 15 mL of anhydrous dioxane, 50.1 mg (0.43 mmol) of N- hydroxysuccinimide and 87.9 mg (0.43 mmol) of N, N- dicyclohexylcarbodiimide and following the general synthesis and purification procedure, described above, is obtained, after 2 hours of stirring at room temperature, 116 mg (85%) of a greenish-brown solid (melting point: 195-197 ° C) which is identified as the 1-pyreneacetic acid succinimidyl ester by its proton nuclear magnetic resonance spectra and carbon-13, its infrared absorption spectrum, its mass spectrum and its elemental microanalysis.

Ejemplo 2Example 2 Preparación del éster succinimidílico del ácido 1-pirenobutíricoPreparation of succinimidyl acid ester 1-pyrenebutyric

A partir de una disolución de 2.0 g (6.94 mmol) de ácido 1-pirenobutírico comercial en 69 mL de dioxano anhidro, 879 mg (7.64 mmol) de N-hidroxisuccinimida y 1.57 g (7.64 mmol) de N,N-diciclohexilcarbodiimida y siguiendo el procedimiento típico de síntesis y purificación, descrito más arriba, se obtienen, tras 25 horas de agitación a temperatura ambiente, 2.66 g (98%) de un sólido blanco (punto de fusión: 128-129ºC) que se identifica como el éster succinimidilico del ácido 1-pirenoacético por sus espectros de resonancia magnética nuclear de protón y de carbono-13, su espectro de absorción infrarroja, su espectro de masas y su microanálisis elemental.From a solution of 2.0 g (6.94 mmol) of commercial 1-pyrenobutyric acid in 69 mL of anhydrous dioxane, 879 mg (7.64 mmol) of N- hydroxysuccinimide and 1.57 g (7.64 mmol) of N, N- dicyclohexylcarbodiimide and following the typical synthesis and purification procedure, described above, is obtained, after 25 hours of stirring at room temperature, 2.66 g (98%) of a white solid (melting point: 128-129 ° C) which is identified as the succinimidilic ester of the 1-pyreneacetic acid by its proton nuclear magnetic resonance spectra and carbon-13, its infrared absorption spectrum, its mass spectrum and its elementary microanalysis.

Ejemplo 3Example 3 Obtención del ácido [2S-(2\alpha5\alpha6\beta)]-6-(1'pirenilacetilamino)-3,3-dimetil-7-oxo-4-tia-1-azabiciclo[3.2.0.]heptano-2-carboxílicoAcid Obtaining [2S- (2α5α6β)] - 6- (1'pyrene-acetylamino) -3,3-dimethyl-7-oxo-4-thia-1-azabicyclo [3.2.0.] Heptane-2-carboxylic

(abreviadamente PAAP; ver fórmula en la figura sobre el rótulo "penicilinas", donde R=(1-pirenil)-CH_{2}-).(abbreviated PAAP; see formula in the figure on the label "penicillins", where R = (1-pyrene) -CH 2 -).

Sobre una suspensión de 315 mg (1.45 mmol) de 6-APA en 2 mL de acetona, se añaden 8 mL de bicarbonato sódico acuoso al 4%. Cuando se ha disuelto el antibiótico beta-lactámico, se adicionan 400 mg (1.12 mmol) del éster succinimidílico del ácido 1-pirenoacético, cuya síntesis se describe en el Ejemplo 1, disuelto en 12 mL de acetona y, siguiendo el procedimiento general descrito más arriba, se obtienen 228 mg (44%) de un sólido amarillo pálido (punto de fusión: 148ºC, descompone), que se identifica como el PAAP por sus espectros de resonancia magnética nuclear de protón y de carbono-13, su espectro de absorción infrarroja, su espectro de masas y su microanálisis elemental. El antibiótico resultante PAAP emite una intensa fluorescencia cuyo máximo se encuentra a 376 nm, cuando se ilumina con luz de longitud de onda inferior a 367 nm.On a suspension of 315 mg (1.45 mmol) of 6-APA in 2 mL of acetone, 8 mL of 4% aqueous sodium bicarbonate. When the beta-lactam antibiotic, 400 mg are added (1.12 mmol) of succinimidyl acid ester 1-pyrenea, whose synthesis is described in the Example 1, dissolved in 12 mL of acetone and, following the general procedure described above, 228 mg (44%) are obtained of a pale yellow solid (melting point: 148 ° C, decomposes), which is identified as the PAAP by its resonance spectra proton and carbon-13 nuclear magnetic, its infrared absorption spectrum, its mass spectrum and its elemental microanalysis The resulting PAAP antibiotic emits a intense fluorescence whose maximum is at 376 nm, when Illuminates with light of wavelength less than 367 nm.

Ejemplo 4Example 4 Obtención del ácido [2S-(2\alpha5\alpha,6\beta)]-6-[4'-(1''pirenil)-1'-oxobutilamino]-3,3-dimetil-7-oxo-4-tia-1-azabiciclo[3.2.0.]heptano-2-carboxílicoAcid Obtaining [2S- (2α5α, 6β)] - 6- [4 '- (1''pyreneyl) -1'-oxobutylamino] -3,3-dimethyl-7-oxo-4-thia-1 -azabicyclo [3.2.0.] heptane-2-carboxylic

(abreviadamente PBAP; ver fórmula en la figura sobre el rótulo "penicilinas", donde R=(1-pirenil)-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-).(abbreviated PBAP; see formula in the figure on the label "penicillins", where R = (1-pirenyl) -CH2 {CH2} -CH2-).

Sobre una suspensión de 129.2 mg (0.59 mmol) de 6-APA en 3 mL de acetona, se añaden 4 mL de bicarbonato sódico acuoso al 4%. Cuando se ha disuelto el antibiótico beta-lactámico, se adicionan 177 mg (0.46 mmol) del succinimidil éster del ácido pirenobutírico disuelto en 7 mL de acetona y siguiendo el procedimiento general descrito más arriba, se obtienen 71 mg (32%) de un sólido amarillo pálido (punto de fusión: 89ºC, descompone) que se identifica como el PBAP por sus espectros de resonancia magnética nuclear de protón y de carbono-13, su espectro de absorción infrarroja, su espectro de masas y su microanálisis elemental. El antibiótico resultante PBAP emite una intensa fluorescencia cuyo máximo se encuentra a 374 nm, cuando se ilumina con luz de longitud de onda inferior a 367 nm.On a suspension of 129.2 mg (0.59 mmol) of 6-APA in 3 mL of acetone, 4 mL of 4% aqueous sodium bicarbonate. When the beta-lactam antibiotic, 177 mg are added (0.46 mmol) of the dissolved pyrene-butyric acid succinimidyl ester in 7 mL of acetone and following the general procedure described more above, 71 mg (32%) of a pale yellow solid are obtained (point melting: 89 ° C, decomposes) which is identified as the PBAP by its nuclear magnetic resonance spectra of proton and of carbon-13, its infrared absorption spectrum, its mass spectrum and its elementary microanalysis. The antibiotic resulting PBAP emits an intense fluorescence whose maximum is found at 374 nm, when illuminated with wavelength light less than 367 nm.

Ejemplo 5Example 5 Obtención del ácido [2S-(2\alpha,5\alpha,6\beta)]-6-[(N-(1'-pirenilacetil)amino)(4'-hidroxifenil)acetilamino]-3,3-dimetil-7-oxo-4-tia-1-azabiciclo[3.2.0.]heptano-2-carboxílicoAcid Obtaining [2S- (2α, 5α, 6β)] - 6 - [(N- (1'-pyrenylacetyl) amino) (4'-hydroxyphenyl) acetylamino] -3,3-dimethyl-7-oxo -4-thia-1-azabicyclo [3.2.0.] Heptane-2-carboxylic

(abreviadamente PAAX; ver fórmula en la figura sobre el rótulo "penicilinas", donde R=(1-pirenil)-CH_{2}-CONH-CH-C_{6}H_{4}-OH).(abbreviated PAAX; see formula in the figure on the label "penicillins", where R = (1-pirenyl) -CH 2 -CONH-CH-C 6 H 4 -OH).

Sobre una suspensión de 224.7 mg (0.61 mmol) de amoxicilina comercial en 1 mL de acetona, se añaden 3.5 mL de bicarbonato sódico acuoso al 4%. Cuando se ha disuelto el antibiótico beta-lactámico, se adicionan 169 mg (0.47 mmol) del éster succinimidílico del ácido 1-pirenoacético disuelto en 6 mL de acetona y, siguiendo el procedimiento general descrito más arriba, se obtienen 147 mg (45%) de un sólido amarillo pálido (punto de fusión: 159ºC, descompone) que se identifica como PAAX por sus espectros de resonancia magnética nuclear de protón y de carbono-13, su espectro de absorción infrarroja, su espectro de masas y su microanálisis elemental. El antibiótico resultante PAAX emite una intensa fluorescencia cuyo máximo se encuentra a 374 nm, cuando se ilumina con luz de longitud de onda inferior a 367 nm.On a suspension of 224.7 mg (0.61 mmol) of Commercial amoxicillin in 1 mL of acetone, 3.5 mL of 4% aqueous sodium bicarbonate. When the beta-lactam antibiotic, 169 mg are added (0.47 mmol) of succinimidyl acid ester 1-pyreneacetic dissolved in 6 mL of acetone and, following the general procedure described above, they are obtained 147 mg (45%) of a pale yellow solid (melting point: 159 ° C, decomposes) that is identified as PAAX by its spectra of nuclear magnetic resonance of proton and of carbon-13, its infrared absorption spectrum, its mass spectrum and its elementary microanalysis. The antibiotic resulting PAAX emits an intense fluorescence whose maximum found at 374 nm, when illuminated with wavelength light less than 367 nm.

Ejemplo 6Example 6 Determinación del antibiótico beta-lactámico penicilina G en una muestra mediante un polímero de impresión molecular y el antibiótico beta-lactámico fluorescente PAAPDetermination of the beta-lactam antibiotic penicillin G in a sample using a printing polymer molecular and beta-lactam antibiotic PAAP fluorescent

Se comienza realizando múltiples medidas de la fluorescencia a 373 nm del PAAP, obtenido según el Ejemplo 3, en disolución en acetonitrilo-agua 99:1 v/v, a concentración inferior a 1 mmol L^{-1}, cuando éste se ilumina a 333 nm con un espectrofluorímetro comercial (por ejemplo el SPEX-Fluorolog 2 que manufactura y comercializa la firma Jobin-Yvon-Horiba, Francia). La representación gráfica de dichas mediciones constituye la curva de calibrado del método analítico que permite establecer una correspondencia biunívoca entre concentración de antibiótico fluorescente y la fluorescencia del mismo a 373 nm. Seguidamente y para la preparación previa de un polímero de impresión molecular (MIP) insoluble, específico para penicilina G se emplean, por ejemplo, las proporciones de monómero, entrecruzante, iniciador,disolvente y penicilina G comerciales descritas por Skudar et al., Anal. Commun. 1999, 36, 327. Una cantidad conocida del polímero de impresión molecular así obtenido, triturado y tamizado por ejemplo a un tamaño de partícula comprendido entre 25-100 \mum, se pone en contacto durante 12 horas con agitación mecánica, con una disolución del antibiótico beta-lactámico fluorescente PAAP en acetonitrilo-agua 99:1 v/v, determinando a continuación la fluorescencia a 373 nm del sobrenadante cuando éste se ilumina a 333 nm con un espectrofluorímetro comercial (por ejemplo el SPEX-Fluorolog 2). A partir del valor de la fluorescencia medida, y por comparación de la fluorescencia determinada en idénticas condiciones para una solución del PAAP que no ha estado en contacto con el polímero de impresión molecular, se calcula a partir de la curva de calibrado previamente determinada la concentración de antibiótico fluorescente PAAP que ha quedado unido al polímero. Seguidamente, se adicionan cantidades crecientes de penicilina G comercial, midiendo la señal de fluorescencia del sobrenadante que resulta en cada caso. Una vez más, a partir de esta señal, se calcula en cada caso la concentración de PAAP unida al MIP. La curva de respuesta para el antibiótico beta-lactámico penicilina G se obtiene representando el tanto por ciento (%) de PAAP unido al polímero de impresión molecular, en función de la cantidad de penicilina G presente en la disolución. A partir de la curva de respuesta resultante se puede obtener la concentración de penicilina G presente en una muestra cualquiera que contiene dicho antibiótico en concentración desconocida, siempre que se ponga en contacto con una cantidad perfectamente conocida de PAAP cuyo valor óptimo depende de la concentración de penicilina G en la muestra.Multiple measurements of the fluorescence at 373 nm of the PAAP, obtained according to Example 3, in solution in acetonitrile-water 99: 1 v / v, at a concentration of less than 1 mmol L -1, when it is illuminated are started at 333 nm with a commercial spectrofluorimeter (for example SPEX-Fluorolog 2 that manufactures and markets the firm Jobin-Yvon-Horiba, France). The graphic representation of these measurements constitutes the calibration curve of the analytical method that allows a biunivocal correspondence to be established between the concentration of the fluorescent antibiotic and its fluorescence at 373 nm. Next, and for the prior preparation of an insoluble molecular printing polymer (MIP) specific for penicillin G, for example, the proportions of commercial monomer, crosslinker, initiator, solvent and penicillin G described by Skudar et al., Anal. Commun . 1999, 36 , 327. A known amount of the molecular impression polymer thus obtained, crushed and sieved for example at a particle size between 25-100 µm, is contacted for 12 hours with mechanical stirring, with a solution of the PAAP fluorescent beta-lactam antibiotic in acetonitrile-water 99: 1 v / v, then determining the fluorescence at 373 nm of the supernatant when it is illuminated at 333 nm with a commercial spectrofluorimeter (for example SPEX-Fluorolog 2). From the measured fluorescence value, and by comparison of the fluorescence determined under identical conditions for a PAAP solution that has not been in contact with the molecular printing polymer, the concentration is calculated from the previously determined calibration curve PAAP fluorescent antibiotic that has been bound to the polymer. Next, increasing amounts of commercial penicillin G are added, measuring the fluorescence signal of the supernatant that results in each case. Again, from this signal, the concentration of PAAP linked to the MIP is calculated in each case. The response curve for the beta-lactam antibiotic penicillin G is obtained by representing the percentage (%) of PAAP bound to the molecular impression polymer, depending on the amount of penicillin G present in the solution. From the resulting response curve the concentration of penicillin G present in any sample containing said antibiotic in unknown concentration can be obtained, provided that it is contacted with a perfectly known amount of PAAP whose optimal value depends on the concentration of Penicillin G in the sample.

Claims (7)

1. Derivados de antibióticos beta-lactámicos que contienen en su molécula un grupo fluorogénico o fluorescente, caracterizados porque el grupo fluorogénico es pireno.1. Derivatives of beta-lactam antibiotics that contain in their molecule a fluorogenic or fluorescent group, characterized in that the fluorogenic group is pyrene. 2. Derivados de antibióticos beta-lactámicos según reivindicación 1, caracterizados porque emiten fluorescencia ultravioleta o visible al ser iluminados por luz de menor longitud de onda que la emitida.2. Derivatives of beta-lactam antibiotics according to claim 1, characterized in that they emit ultraviolet or visible fluorescence when illuminated by light of shorter wavelength than that emitted. 3. Procedimiento de obtención de derivados de antibióticos beta-lactámicos que contienen en su molécula un grupo fluorogénico o fluorescente, según reivindicación 1, caracterizado porque la síntesis posee dos etapas: (1) activación del grupo fluorogénico y (2) unión del grupo activado al precursor.3. Procedure for obtaining derivatives of beta-lactam antibiotics containing in its molecule a fluorogenic or fluorescent group, according to claim 1, characterized in that the synthesis has two stages: (1) activation of the fluorogenic group and (2) binding of the activated group to the precursor 4. Procedimiento de obtención de derivados de antibióticos beta-lactámicos que contienen en su molécula un grupo fluorogénico o fluorescente, según reivindicación 3, caracterizado porque el precursor es el ácido 6-aminopenicilánico o cualquier antibiótico beta-lactámico que contenga en su estructura molecular un grupo amino libre.4. Procedure for obtaining derivatives of beta-lactam antibiotics containing in its molecule a fluorogenic or fluorescent group, according to claim 3, characterized in that the precursor is 6-aminopenicillanic acid or any beta-lactam antibiotic containing in its molecular structure a free amino group. 5. Procedimiento de obtención de derivados de antibióticos beta-lactámicos que contienen en su molécula un grupo fluorogénico o fluorescente, según reivindicaciones 3, y 4, caracterizado porque cuando la molécula que contiene el grupo pireno está activada, la síntesis consta de una etapa de unión entre dicha molécula y el antibiótico o el ácido 6-aminopenicilánico.5. Procedure for obtaining derivatives of beta-lactam antibiotics containing in its molecule a fluorogenic or fluorescent group, according to claims 3, and 4, characterized in that when the molecule containing the pyrene group is activated, the synthesis consists of a stage of binding between said molecule and the antibiotic or 6-aminopenicillanic acid. 6. Uso de los derivados de antibióticos beta-lactámicos, según las reivindicación 1, para la determinación de la actividad enzimática de beta-lactamasas, para el estudio de la membrana bacteriana, para el análisis de medios de fermentación microbianos o en el desarrollo de métodos analíticos rápidos y sensibles para detectar cualitativa y cuantitativamente dichos antibióticos beta-lactámicos.6. Use of antibiotic derivatives beta-lactams, according to claim 1, for the determination of the enzymatic activity of beta-lactamases, for the study of the membrane bacterial, for the analysis of microbial fermentation media or in the development of rapid and sensitive analytical methods to qualitatively and quantitatively detect said antibiotics beta-lactams. 7. Uso de los derivados de antibióticos beta-lactámicos, según las reivindicación 1, para la cuantificación de residuos de antibióticos beta-lactámicos mediante procedimientos analíticos de tipo competitivo que utilizan un anticuerpo o un polímero de impresión molecular específico para el antibiótico beta-lactámico.7. Use of antibiotic derivatives beta-lactams, according to claim 1, for the quantification of antibiotic residues beta-lactams by analytical procedures competitive type that use an antibody or a polymer of specific molecular impression for the antibiotic beta-lactam.
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