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Verfahren zur Darstellung ungesättigter Oxyketone der Cyclopentanopolydrophenanthrenreihe oder deren Derivaten.
Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Darstellung von ungesättigten Oxyketonen der Cyclopentanopolyhydrophenanthrenreihe oder deren Derivaten, welches darin besteht, dass man auf Sterine, die mindestens eine doppelte Bindung im Cyelopentanopolyhydrophenanthrenring enthalten, insbesondere Cholesterin, ausgenommen Stigmasterin, deren Hydroxylgruppen z.
B. durch Veresterung, Verätherung oder durch Austausch gegen Halogen in durch Hydrolyse in Hydroxylgruppen umwandelbare Gruppen der Einwirkung der Oxydationsmittel entzogen sind, Oxydationsmittel, die einfache Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen zu spalten vermögen, zur Einwirkung bringt, wobei während der Oxydation die Ringdoppel-Bindungen durch Addition von Halogen, insbesondere Brom, oder Halogenwasserstoff vorübergehend geschützt werden, sodann aus den neutralen Anteilen, welche in üblicher Weise aus den erhaltenen Oxydationsgemischen abgetrennt wurden, die Carbonylverbindungen, insbesondere die der C1u- und C21-Reihe abscheidet und nach allfälliger Trennung des Gemisches der erhaltenen ungesättigten Ketoverbindungen gegebenenfalls die an Stelle der Hydroxylgruppen befindlichen Gruppen oder Elemente in Hydroxylgruppen umwandelt.
Nach der Oxydation werden die Ringdoppelbindungen durch Abspaltung des Halogens, beispielsweise mit Zinkstaub, Natriumamalgam, metallischem Nickel, ferner mit Natriumjodid in Aceton nach Finkelstein, oder durch milde Hydrierung mit Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren, wie Platin oder Nickel, und von basischen Mitteln, ohne dass die Doppelbindung abgesättigt wird (s. auch Houben, Die Methoden der organischen Chemie, 3. Aufl., Band 2-1923-Seiten 363-367), bzw. des Halogenwasserstoffs, z. B. mit Hilfe alkalischer Mittel, wie Kaliumhydroxyd, Pyridin, Alkaliacetat od. dgl., wiederhergestellt. Man kann aber auch die Sterine unmittelbar, d. h. ohne vorüber- gehenden Schutz der im Cyclopentanopolyhydrophenanthrenring vorhandenen Doppelbindungen bzw. der Hydroxylgruppen der Oxydation unterwerfen.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhältlichen Produkte enthalten im wesentlichen Substanzen, die der folgenden Strukturformel entsprechen :
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(worin R eine Hydroxylgruppe oder eine durch Hydrolyse in eine Hydroxylgruppe umwandelbare Gruppe bzw. ein Element, wie z. B. eine Acyloxy-, Alkyloxy-, Aryloxygruppe oder Halogen und X, entweder Sauerstoff oder den Acetylrest und Wasserstoff bedeutet). So können z. B. aus den neutralen Produkten des Oxydationsgemisches Dehydroandrosteron Androsten- (5)-ol- (3)-on- (17)] und Pregnen- (5)-ol- (3)-on- (20) der Strukturformeln
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oder deren Derivate isoliert werden.
Als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemässe Verfahren kommen die ungesättigten Sterine, wie z. B. Cholesterin, Phytosterin, Sitosterin, Cinchol u. dgl., in Betracht.
Als Oxydationsmittel, die imstande sind, einfache Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aufzuspalten, sind z. B. Verbindungen des sechswertigen Chroms, wie Chromtrioxyd, Chromoxylehlorid, Bichromate in Säurelösung, ferner Permanganate od. dgl. geeignet. Die Oxydation erfolgt in Gegenwart von Lösungsmitteln, wie z. B. Eisessig, Tetrachlorkohlenstoff, bei niedriger Temperatur, vorzugsweise unterhalb 70 .
Um die neutralen Oxydationsprodukte von den sauren Oxydationsprodukten zu trennen, wird das Oxydationsgemisch z. B. mit Lösungen eines alkalischen Mittels in einem Lösungsmittel, welches die dabei entstehenden Salze der sauren Bestandteile des Oxydationsgemisches, aber nicht die neutralen Anteile löst, ausgezogen. Man kann auch so vorgehen, dass das Oxydationsgemisch in einem entsprechenden Lösungsmittel gelöst oder mit diesem extrahiert wird, worauf die so erhaltene Lösung mit einem mit den sauren Bestandteilen des Oxydationsgemisches unlösliche Salze bildenden Mittel behandelt wird.
Die nach Abscheidung des unveränderten Ausgangsstoffes aus den neutralen Anteilen verbleibenden Gemische der ungesättigten Ketoverbindungen können z. B. in der Weise getrennt werden, dass man die verschiedene Löslichkeit der einzelnen Produkte in verschiedenen Lösungsmitteln ausnützt, d. i. also durch fraktionierte Kristallisation oder Fällung. So hat sich die Trennung der Oxyketone der C19- und der Csi-Reihe auf Grund der verschiedenen Löslichkeit ihrer Ester als wertvoll erwiesen. So ist z. B. das Benzoat des Dehydroandrosterons eine schwer lösliche Verbindung, während das Benzoat des Pregnen- (5)-ol- (3)-ons- (20) verhältnismässig leichter löslich ist.
Eine weitere Trennungsmethode der Ketoverbindungen besteht darin, dass man sie der Destillation oder Sublimation im Hochvakuum unterwirft. Hiebei gehen die Verbindungen der C19-Reihe zuerst über. Die ungesättigten Ketoverbindungen können auch durch Kombination mit Verbindungen, die imstande sind, Substanzen verschiedener Löslichkeit zu bilden, getrennt werden. So werden die verschiedenen Löslichkeitseigenschaften der Ketonderivate benutzt, die man durch Fällung des neutralen Anteils mit Ketonreagenzien, z. B. mit Semicarbazid, Thiosemicarbazid, Phenylhydrazin u. dgl., erhält. Die Oxyketone der C19-Reihe bilden mit Ketonreagenzien im allgemeinen schwerer lösliche Verbindungen, als die Oxyketone der C2cReihe.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass alle Carbonylverbindungen aus dem neutralen Anteil ausgefällt werden, worauf die so isolierten Ketoverbindungen fraktioniert kristallisiert werden. Durch dieses Verfahren gelingt es auf einfachste Art, den am schwersten löslichen Anteil in verhältnismässig reinem Zustand zu gewinnen. Der leichter lösliche Anteil stellt aber im allgemeinen noch eine Mischung verschiedener Carbonylverbindungen dar und kann z. B. durch Fällung mittels Beigabe von Wasser od. dgl. weiter gereinigt werden.
Weiters ist es möglich, die am schwersten lösliche Ketoverbindung durch fraktionierte Fällung mit Ketonreagenzien auszufällen. Diese Verbindung, die der C19-Reihe angehört, wird von der Lösung abgetrennt ; aus letzterer werden dann die leichter löslichen Ketoverbindungen abgeschieden.
Die beschriebenen Trennungsmethoden können als solche für sich verwendet werden ; vorteilhafterweise aber werden sie in entsprechender Weise miteinander kombiniert. In allen Fällen werden als Endprodukte einerseits Dehydroandrosteron, anderseits Pregnen- (5)-ol- (3)-on- (20) in reinem Zustand erhalten.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Oxyketone der Ci.,-und C-Reihe erst aus dem neutralen Anteil durch Ketonreagenzien gefällt, die so gewonnenen Ketoverbindungen gespalten, die dabei erhaltenen Oxyketone z. B. mit Benzoylchlorid verestert und schliesslich die Ester durch fraktionierte Kristallisation getrennt werden.
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mit verdünnter Schwefelsäure behandelt und nach Zugabe von Wasser erschöpfend mit Äther extrahiert.
Die ätherische Lösung wird durch Extraktion mit n-Natronlauge von den sauren Anteilen befreit.
Nach dem Trocknen und dem Abdampfen der ätherischen Schicht erhält man 15 9 neutrale Bestandteile ; die Menge der sauren Bestandteile beträgt zu Die neutralen Bestandteile werden in Eisessig mit der doppelten Menge Zinkstaub zuerst auf 450 und hierauf durch eineinhalb Stunden auf 1000 erhitzt. Nach Filtration wird mit Wasser verdünnt, mit Äther extrahiert und die ätherische Lösung mit 2 n-Sodalösung gewaschen, um allenfalls noch vorhandene saure Bestandteile zu entfernen.
Der Ätherruckstand wird mit 50 cm3 Alkohol verrieben und bis zur Lösung erhitzt. Nach Kühlung auf
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geschüttelt. Die Ätherschicht wird entfernt und mit 112 n-Kalilauge gesehüttelt, um saure Oxydationsprodukte zu entfernen. Nach dem Abdampfen des Äthers verbleiben 100 9 Rückstand ; diese werden in l'6l Eisessig aufgenommen und mit 160 9 Zinkstaub durch eine Stunde auf 1000 erhitzt. Das Reaktionsprodukt wird in Wasser gegossen und mit Äther extrahiert.
Die alkoholische Lösung des Rückstandes, die nach dem Abdampfen des Äthers verbleibt, wird mit einer alkoholischen Lösung von Semicarbazidacetat behandelt, wobei ungefähr 18 9 unreines Semicarbazon gefällt werden. Die nach Abfiltrieren des Semicarbazons erhaltene Mutterlauge wird mit Petroläther extrahiert. Durch Behandeln des in Petroläther unlöslichen Rückstandes mit Wasser werden weitere 20 9 Semicarbazon gewonnen, wovon 5 9 ätherumöslieh sind.
Das Semicarbazon, das in Petroläther, Äther und Alkohol schwer löslich ist, kann aus Chloroform-Methylalkohol (1 : 1) umkristallisiert werden und schmilzt dann bei 244 . Durch Spaltung des Semicarbazons wird der Methyläther des Dehydroandrosterons erhalten, aus dem durch Verseifung das freie Oxyketon gewonnen werden kann.
Beispiel 3 : 130 Cholesterylbenzoatdibromid werden in 4% ! Eisessig und 400 cm3 Tetrachlorkohlenstoff gelöst. Dieser Lösung wird eine Lösung von 180 g Chromtrioxyd in 150 cm3 Wasser und l ! Eisessig im Verlauf von 40 Stunden tropfenweise zugesetzt, wobei die Temperatur konstant bei 45 bis 500 gehalten wird. Der weitere Vorgang ist derselbe wie im Beispiel 3. Das entbromte neutrale Produkt wird wiederholt mit Petroläther ausgezogen, wobei das unveränderte Cholesterylbenzoat in Lösung geht, während der Benzoesäureester des Dehydroandrosterons ungelöst bleibt. Der letztere wird aus Alkohol und Chloroform umkristallisiert und durch dreistündiges Erhitzen mit einer 5% eigen methylalkoholischen Kalilauge verseift.
Das erhaltene Oxyketon bildet nach dem Umkristallisieren aus Äther farblose Nadeln vom F = 148 .
Aus der Mutterlauge von der Isolierung und von der Reinigung des Dehydroandrosteronbenzoats kann mittels Semicarbazid das Semicarbazon des Pregnen-(5)-ol-(3)-on-(20)-benzoats erhalten werden.
Beispiel 4 : 100 g Cholesterylacetat werden in 100 cm3 absolutem Äther gelöst und 500 CM" Eisessig zugesetzt. Sodann wird trockenes Chlorwasserstoffgas während zwei Tagen in die Lösung geleitet. Nach Kühlung in Eis wird der Niederschlag abfiltriert und mit kaltem Methylalkohol gewaschen ; man erhält ungefähr 75 9 Cholesterylacetat-hydrochlorid von F = 1460. Aus der Mutterlauge werden weitere 30 9 weniger reines Hydrochlorid erhalten, das durch Kristallisation aus Chloroform-Methylalkohol gereinigt werden kann.
50 9 Cholesterylacetat-hydrochlorid werden in 200 cm3 Tetrachlorkohlenstoff und l'5l Eisessig gelöst. Bei 35 bis 450 wird sodann eine Lösung von 75 9 Chromtrioxyd in 40 cm3 Wasser und 280 cm3 Eisessig tropfenweise im Verlaufe von zwei Tagen zugesetzt, wobei die Temperatur so lange aufrechterhalten wird, bis der grössere Teil des Chromtrioxyds aufgebraucht ist. Der Rest des Oxydationsmittels wird durch Zusatz von Methylalkohol zerstört. Der Tetrachlorkohlenstoff wird im Vakuum abgedampft und die verbleibende Flüssigkeit in Wasser gegossen. Der ausfallende Niederschlag wird abfiltriert und in Äther gelöst. Die ätherische Lösung wird durch Ausziehen mittels n-Kalilauge von den sauren Bestandteilen befreit und nach dem Trocknen eingedampft.
Der neutrale Anteil, der ungefähr 20 9 organische Substanz enthält, wird mit 10 9 Ätzkali in 300 cm3 Methylalkohol durch viereinhalb Stunden gekocht, sodann mit 2 n-Schwefelsäure angesäuert und mit Äther extrahiert. Der nach dem Abdampfen des Äthers verbleibende Rückstand wird mit 5 9 Semicarbazidacetat in 50 cm3 Alkohol versetzt und auf dem Wasserbad eine Stunde lang erwärmt. Nach zwölfstündigem
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Stehen wird der entstandene Niederschlag gründlich mit Wasser, Alkohol, Äther und schliesslich mit Petroläther gewaschen, wobei ungefähr 0-6 bis 1 g eines Semicarbazons erhalten werden, aus dem durch Spaltung Dehydroandrosteron gewonnen wird.
Beispiel 5 : Cholesterylacetat-hydrochlorid wird in einer Mischung von Eisessig und Tetrachlorkohlenstoff mittels Chromtrioxyd wie im Beispiel 4 oxydiert. Die schliesslich erhaltene, mittels n-Natronlauge von den sauren Bestandteilen befreite ätherische Lösung wird getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird nun in Pyridinlösung gekocht, um die Salzsäure abzuspalten. Die Pyridinlösung wird dann in verdünnte Schwefelsäure gegossen, das abgeschiedene Acetat mit Äther aufgenommen und daraus wie im Beispiel 4 das Dehydroandrosteron abgeschieden.
Beispiel 6 : 100 g Sitosterylacetatdibromid Ierhalten z. B. durch Bromierung des Acetats des Sterins, das sich im Sojabohnenöl findet, und Abtrennung vom gleichzeitig entstehenden Tetra-
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temperatur eingetragen, wobei keine vollständige Lösung eintritt. Hierauf wird unter Rühren eine Lösung von 100 g Chromtrioxyd in 50 cm3 Wasser und l i ! Eisessig zugesetzt und das Rühren durch zwei Stunden fortgesetzt, wodurch das Ausgangsmaterial vollständig in Lösung geht. Wenn man die Lösung durch zwölf Stunden bei Zimmertemperatur stehen lässt, verändert sie ihre Farbe ins Grünliche.
Dann wird sie in Eiswasser gegossen, der Niederschlag in Äther gelöst, die ätherische Lösung mit Wasser geschüttelt und im Vakuum zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird in l Eisessig gelöst und nach Zusatz von 100 g Zinkstaub eine Stunde zum Kochen erhitzt. Nach Abfiltrieren des Zinkstaubs kristallisiert beim Abkühlen Sitosterylacetat aus. Das Filtrat hiervon wird im Vakuum zur Trockne eingedampft, der Rückstand in Alkohol gelöst und mit einer alkoholischen Lösung von Semiearbazid- acetat vermischt. Das ausfallende Semicarbazon wird abfiltriert und mit Wasser, Petroläther und Äther gewaschen ; Zersetzungspunkt ungefähr 2760. Durch Spalten dieses Semicarbazons wird Dehydroandrosteron vom F = 1480 erhalten.
Beispiel 7 : 50 g Cholesterylchlorid werden in 400 g Tetrachlorkohlenstoff gelöst und allmählich unter Kühlung einer Lösung von 20 g Brom in 200 g Tetrachlorkohlenstoff zugesetzt. Die gewonnene Lösung wird mit Natriumcarbonatlösung und Wasser gewaschen, bis sie neutral ist, und dann im Vakuum auf ungefähr 200 g eingedampft. Der Rückstand wird mit 3 leg Eisessig gemischt und diese Mischung bei 40 im Verlauf einer Stunde einer Lösung von 120 g Chromtrioxyd in 60 g Wasser und 300 g Eisessig unter Rühren zugesetzt. Das Rühren wird durch 20 bis 30 Stunden bei 400 fortgesetzt, bis der grössere Teil des Oxydationsmittels aufgebraucht ist. Der Rest des Chromtrioxyds wird durch Zugabe von 50 cm3 Methylalkohol zerstört.
Die Mischung wird dann im Vakuum bis zur Hälfte ihres Volumens eingedampft, um den Tetrachlorkohlenstoff zu entfernen. Der Rückstand wird, nachdem er auf 5 bis 100 gekühlt wurde, mit 40 g Zinkstaub versetzt, wobei nur eine geringe Temperaturerhöhung eintritt. Hierauf wird 24 Stunden gerührt, die Lösung sodann durch Filtrieren von ungelöstem Zink befreit und hierauf in viel Wasser gegossen. Das Ausgefällte wird in Äther aufgenommen, die ätherische Lösung hintereinander mit verdünnter Schwefelsäure, Natronlauge und Wasser gewaschen und zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird auf einem Wasserbad mit einer alkoholischen Lösung von Semicarbazidacetat durch eine Stunde erhitzt. Nach Abkühlen wird das entstandene Semicarbazon abfiltriert und durch Lösen und Fällen aus Chloroform-Alkohol gereinigt ; das reine Semicarbazon schmilzt bei 2750.
Durch Erwärmen mit verdünnter alkoholischer Schwefelsäure wird ein ungesättigtes Chlorketon vom F = 1570 erhalten. Zur Umwandlung in das entsprechende ungesättigte Oxyketon wird dieses Chlorketon, in alkoholischer oder essigsaurer Lösung mit Kaliumacetat in einem Bombenrohr durch sechs bis acht Stunden auf 180-2000 erhitzt. Nach dem Abkühlen wird die Reaktion- masse aus dem Bombenrohr mittels Wassers ausgewaschen und die wässerige Lösung mitÄther extrahiert.
Aus der ätherischen Lösung erhält man nach Abdampfen des Lösungsmittels eine Mischung verschiedener Verbindungen, von der das Acetat des Dehydroandrosterons durch fraktionierte Kristallisation aus Methylalkohol abgeschieden werden kann. Durch Verseifung wird aus diesem Acetat das freie Oxyketon gewonnen.
Die in den Beispielen erläuterten Massnahmen sind weitgehenden Abänderungen zugänglich und sollen die Beispiele diesbezüglich keine Einschränkungen des erfindungsgemässen Verfahrens darstellen.
Der durch die vorliegende Erfindung erzielte Fortschritt besteht darin, dass physiologisch wertvolle Produkte, die die Wirkung von Sexualhormonen zeigen oder leicht in Verbindungen mit solchen Eigenschaften überführbar sind, mittels des erfindungsgemässen Verfahrens synthetisch hergestellt werden können, während bisher solche Produkte, wenn überhaupt, nur in geringen Mengen von natürlichen Quellen, wie Harn, Organen od. dgl., isoliert werden konnten. So zeigen z. B. die ungesättigten Oxyketone der allgemeinen Formel CHOs, wie man sie nach den oben angegebenen Beispielen gewinnt, die Wirkungen des männlichen Sexualhormons und haben eine Aktivität von etwa 500-600'j( Kapaunen-Einheiten. Die Ester, wie z.
B. die Acetate oder Benzoate, die auch eine Aktivität von etwa 500 v Kapaunen-Einheiten haben, zeichnen sich vor den entsprechenden freien Oxyketonen dadurch aus, dass ihre Aktivität sich über eine verhältnismässig längere Zeitdauer verteilt.