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Verfahren zur Herstellung neuer Glutarimidverbindungen
Die Erfindung bezieht sich auf neue chemische Verbindungen und Verfahren zu deren Herstellung.
Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf bestimmte Glutarimidverbindungen und Verfahren zu deren Herstellung.
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worin R eine Gruppe der folgenden Formel :
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oder
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bedeutet und R Wasserstoff oder einen niedrigen Fettsäureacylrest darstellt.
Die erfindungsgemäss erhältlichen Verbindungen sind, wie oben bezeichnet, optisch aktiv. Aus
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gleiche optische Konfiguration an dem asymmetrischen Kohlenstoffatom in der obigen Formel aufweisen, wie die vorerwähnte spezifische Verbindung.
Die erfindungsgemässen Produkte sind zur Bekämpfung des Wachstums unerwünschter Pflanzenarten, insbesondere als Vorauflauf- ("pre-emergence")-Herbicide, nützlich. Für diesen Zweck wird eine verdünnte wässerige Lösung verwendet ; die Lösung wird, z. B. durch Sprühen, vor dem Aufgehen der Pflan-
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pro Acre) verwendet wird. Das Wachstum von Crabgras, Morning-Glory und deutscher Hirse (German millet) wird damit vollständig unterdrückt. Eine einzige Anwendung des Sprühmittels auf den zu behandelnden Boden reicht gewöhnlich vollständig aus.
Gemäss der Erfindung kann Streptimidon, d-3- [2-Hydroxy-5, 7-dimethyl-4-oxo-nonadien- (6, 8)-yl]- - glutarimid durch Extrahieren eines wässerigen Kulturmediumfiltrates von Streptomyces rimosus der Form Paromomycinus, aus der gegebenenfalls das Paromomycin entfernt wurde, mit einem organischen Lösungsmittel erhalten werden, in welchem Streptimidon sehr gut löslich ist. Die Extraktion wird vorzugweise in einem schwach sauren Medium durchgeführt, obgleich dies nicht notwendig ist. Als Extraktionslösungsmittel können Alkylester von niedrigen Fettsäuren, wie Äthylacetat, Butylacetat, Amylacetat und
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stoffe, wie Benzol und Toluol, verwendet werden.
Die wässerigen Kulturmediumfiltrate, die als Ausgangsmaterial verwendet werden, können, wie in der belgischen Patentschrift Nr. 547976 beschrieben, hergestellt werden.
Das aus dem Extrakt entweder durch Fällung mit einem organischen Lösungsmittel, in welchem Streptimidon nicht löslich ist, z. B. Petroläther, oder durch Verdampfung des Lösungsmittels gewonnene Streptimidon kann, wie oben beschrieben, in roher Form als Herbicid verwendet werden ; es kann auch in verschiedener Weise gereinigt werden. Zum Beispiel kann es in einem organischen Lösungsmittel, wie Aceton oder Äthylacetat, gelöst, die Lösung über aktivierter Kohle chromatographiert, das Eluat konzentriert und das Streptimidon aus dem Konzentrat kristallisiert werden. Es kann auch in Wasser gelöst, die Lösung einer Gegenstromextraktion mit einem organischen Lösungsmittel, wie Äthylacetat oder n-Butanol, unterworfen werden und die mit Streptimidon angereicherten Fraktionen können bis zum Kristallisationspunkt konzentriert werden.
Eine weitere Methode der Reinigung besteht darin, dass das rohe Produkt in einem Überschuss eines Kristallisierungslösungsmittels für Streptimidon gelöst, die Lösung mit Aktivkohle behandelt, die Lösung mit Wasser gewaschen und die organische Phase bis zum Kristall-
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s.drucke sind nicht notwendig, weil die Reaktion bei Raumtemperatur und bei Verwendung von Wasserstoff mit atmosphärischem oder etwas erhöhtem Druck schnell fortschreitet. Als Lösungsmittel für die Reduktion werden niedrige aliphatische Alkohole, insbesondere Methanol und Äthanol, bevorzugt. Als Hydrierungskatalysatoren werden Palladium-auf-Calciumcarbonat für die Herstellung von Dihydrostreptimidon und Palladium-auf-Kohle für die Herstellung von Tetrahydrostreptimidon verwendet.
Wenn man diese Katalysatoren und die bevorzugten Lösungsmittel verwendet, kommen die entsprechenden Reaktionen zum Stillstand, nachdem die erwünschten zwei bzw. vier Wasserstoffatome in das Streptimidonmolekül eingeführt worden sind.
Die Substanzen, in welchen R eine niedrige Fettsäureacylgruppe bedeutet, werden durch Umsetzung von Streptimidon, Dihydrostreptimidon bzw. Tetrahydrostreptimidon mit einem Acylierungsmittel hergestellt, unter Bedingungen, die zur Veresterung sekundärer Hydroxylgruppen geeignet sind. Vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und leichten Durchführbarkeit der Operation sind die Acylanhydride die bevorzugten Acylierungsmittel. Diese Mittel werden vorzugsweise unter wasserfreien Bedingungen in Gegenwart eines basischen Katalysators, wie Pyridin, angewendet.
Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert : Beispiel l : 3670 l eines Kulturmediumfiltrates von Streptomyces rimosus der Form Paromomycinus, aus dem das Paromomycin entfernt und das einen festgestellten Gehalt von 1328 y Streptimidon pro ml gegenüber Kloeckera africana zeigte, wurde mit Äthylacetat in einem Gegenstromextraktor bei einem Verhältnis Lösungsmittel : Extraktionsgut von 1 : 4 extrahiert.
(Die Bestimmung des Streptimidons
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kann ausgeführt werden, indem man Filterpapierscheiben mit einem Durchmesser von 1, 28 cm (1/2 Zoll), die mit einer gemessenen Menge einer Streptimidonlösung imprägniert sind, auf die Oberfläche eines mit Kloeckera africana beimpften Nährmediums legt und die Hemmungszone misst, welche anschliessend an eine 18stUndige Inkubation bei 280C um jede Scheibe auftritt.
Die Hemmungszone, die durch eine Lösung unbekannter Stärke bewirkt wird, wird nach einer Standardkurve mit den Hemmungszonen verglichen, welche durch verschiedene Verdünnungen einer Lösung von reinem, nach einem der im folgenden beschriebenen Verfahren hergestelltem Streptimidon bereitet wurde.) Die wässerige Phase wurde verworfen und die organische Phase auf ein Volumen von 102 l konzentriert. 3, 785 I dieses Äthylacetatkonzentrates wurden im Vakuum zur Trockne verdampft, wobei man 133 g rohes Streptimidon erhielt. Der Rückstand wurde in 650 ml Aceton gelöst und dann wurden 650 ml Wasser und 600 ml Petroläther zu der Lösung zugefügt. Nach Schütteln wurde die wässerige Phase abgetrennt und einer Gegenstromextraktion unterworfen, wobei fünf Scheidetrichter von 4 l Inhalt verwendet wurden.
Die wässerige Schicht wurde in den ersten Scheidetrichter eingebracht und mit einer Mischung aus 250 ml Wasser, 250 ml Aceton und l, 75 l Isopropyläther geschüttelt. Die wässerige Phase wurde abgetrennt und der Reihe nach in den zweiten, dritten, vierten und fünften Trichter gebracht, von denen jeder 2, 2 I einer organischen Phase, bestehend aus einer Mischung aus 4, 35 I Wasser, 2,4 1 Aceton und 19, 8 l Isopropyläther enthielt. Eine Menge von 1, 2 I frischer wässeriger Phase wurde zu dem ersten Trichter gegeben. Die organischen Phasen aus dem zweiten, dritten und vierten Trichter wurden vereinigt und im Vakuum bis zum Kristallisierungspunkt verdampft.
Nach Stehenlassen und Kühlen wurden 7, 9 g kristallines Streptimidon erhalten.
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Isopropyläther und 10% Aceton erhaltene Produkthergestellt :
Eine Menge von 10 l einer Nährlösung folgender prozentualer Zusammensetzung :
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<tb> Prozent
<tb> Glucosemonohydrat <SEP> 2, <SEP> 0
<tb> Sojabohnenöl <SEP> l, <SEP> 0
<tb> Schweinemagenrtickstand
<tb> mit <SEP> Salz <SEP> extrahiert <SEP> 0. <SEP> 5
<tb> Ammoniumchlorid <SEP> 0, <SEP> 167
<tb> Natriumchlorid <SEP> 0, <SEP> 5
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 0,5
<tb> Wasser, <SEP> auf <SEP> 100,0
<tb>
wurde auf einen pH-Wert von 7,5 mit 10n-Natriumhydroxydlösung eingestellt und in einem Fermentator von 30 l Inhalt, der mit Zusatzeinrichtungen aus rostfreiem Stahl, wie Belüfter, Rührer, Prallblechen, Probenehmer, ausgestattet war, eingebracht und die Nährlösung durch zweistündiges Erhitzen auf 1210C sterilisiert. Der pH-Wert nach der Sterilisierung betrug 7, 3.
Die Nährlösung wurde gekühlt und mit 20 ml einer Sporensuspension aus zwei Moyer's Agar-Sporenkulturen von Streptomyces rimosus der Form Paromomycinus in steriler 0. 1% iger Natriumheptadecylsulfatlösung beimpft. Die beimpfte Nährlösung wurde bei 260C 71 Stunden entwickelt, während welcher Zeit die Mischung mit 225 Umdr/min gerührt und sterile Luft in die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 12 l pro Minute durch die Belüftungseinrichtung geleitet wurde. Rohes Fett und Mineralöle, die Mono- und Diglyceride enthielten, wurden zugegeben, um während der Inkubation ein Schäumen zu vermeiden.
Die erhaltene entwickelte Kulturmischung wurde zur Beimpfung einer zweiten Nährlösung verwendet, wie im folgenden beschrieben :
Eine Menge von 37,8 l einer Nährlösung mit derselben Zusammensetzung wie oben beschrieben
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wurde in einem Fermentator aus rostfreiem Stahl mit einem Inhalt von 113 l eingebracht und 60 Minuten bei 1210C sterilisiert. Der PH- Wert nach der Sterilisation betrug 6,90. Die Lösung wurde gekühlt und mit 200 ml der gemäss dem vorhergehenden Absatz entwickelten Kultur beimpft und die beimpfte Nährlösung 24 Stunden bei 260C entwickelt, während welcher Zeit die Mischung gerührt und sterile Luft mit einer Geschwindigkeit von 184 l (6, 5 Kubikfuss) pro Minute in das Medium geleitet wurde.
Während der Inkubation wurde ein Schäumen durch Zusatz von rohem Fett und Mineralölen, die Mono- und Diglyceride enthielten, unterdrückt. Die erhaltene entwickelte Kulturmischung wurde zur Beimpfung eines dritten Kulturmediums verwendet, wie im folgenden beschrieben.
Eine Menge von 1135, 5 I einer Nährlösung mit der gleichen Zusammensetzung wie oben wurde in einen rostfreien Ferrrentator von 1892 l Fassungsvolumen eingebracht und durch einstündige Erhitzen bei einer Temperatur von 1210C sterilisiert. Der PH-Wert nach der Sterilisation betrug 6. 75. Die Lösung wurde gekühlt und mit 37, 8 I der entwickelten Kulturmischung, welche, wie im vorhergehenden Absatz beschrieben, hergestellt worden war, beimpft. Die beimpfte Nährlösung wurde 24 Stunden bei 26 C entwickelt, während welcher Zeit die Mischung mit einer Geschwindigkeit von 84 Umdr/min gerührt wurde; die Belüftung erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 1270 l (45 Kubikfuss) pro Minute.
Durch Zugabe von 3 l rohem Fett und von Mineralölen, die Mono- und Diglyceride enthielten, vor der Beimpfung und durch weitere Zugabe von Fett- und Mineralölen in erforderlichem Mass wurde ein Schäumen der Kultur unterdrückt. Eine Portion der erhaltenen, entwickelten Kulturmischung wurde zur Beimpfung einer weiteren Nährlösung verwendet, wie im folgenden beschrieben.
4542 l einer Nährlösung mit der gleichen Zusammensetzung wie oben wurden in einen 7570 1-Fer- mentator aus rostfreiem Stahl eingebracht und eine Stunde bei 1210C sterilisiert. Nach der Sterilisierung wurde ein pH-Wert von 6, 70 gefunden. Die Lösung wurde abkühlen gelassen und mit 567, 75 l der inkubierten Kulturmischung beimpft, welche, wie im vorhergehenden Absatz beschrieben, hergestellt worden war. Die beimpfte Kulturmischung wurde drei Tage bei 260C entwickelt, während welcher Zeit die Mischung mit einer Geschwindigkeit von 125 Umdr/min gerührt und sterile Luft mit einer Geschwindigkeit von 3400 l (120 Kubikfuss) pro Minute in das Medium geleitet wurde.
Das Schäumen wurde unterdrückt, indem 10 l Fett und Mineralöl als Antischaummittel vor der Inkubation und 12 l während der Inkubation, wie erforderlich, zugesetzt wurden. Nach 72sttindiger Inkubation wurde eine Menge von 3500 l der entwickelten Kulturmischung abgezogen und durch Zugabe von 29, 4 kg konzentrierter Schwefelsäure auf einen PH-Wert von 2 eingestellt. Hierauf wurden 84 kg Diatomeenerde zugefügt und die erhaltene Suspension wurde durch eine 90 cm (36 Zoll) Platten-und Rahmenfilterpresse filtriert, wobei die Presse mit 22,6 kg Diatomeenerde vorbehandelt worden war.
Die vereinigten Filtrate und Waschflüssigkeiten mit einem Volumen von 4100 l wurden durch Zugabe von 56, 9 16n-Natriumhydroxydlösung auf einen pH-Wert von 7, 15 eingestellt und durch eine Kolonne von 92, 5 I Inhalt, beschickt mit einem Kationenaustauschharz, bestehend aus porösem Carbonsäureharz in der Ammoniumform, wobei die Teilchengrösse einer Siebmaschenweite von 16 bis 50 entspricht, wie es unter der Handelsbezeichnung"Amberlite IRC 50" bekannt ist, geleitet, um das in der Lösung enthaltene Paromomycin zu entfernen.'Das Streptimidon enthaltende Perkolat wurde bei einer 350C nicht überschreitenden Temperatur auf ein Volumen von 530 l konzentriert.
Das konzentrierte Perkolat wurde mit
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und die Waschwässer zu dem Hauptfiltrat zugefügt. Die erhaltene Lösung (Volumen 3670 l) wurde als Ausgangsmaterial in dem obigen Beispiel verwendet.
Beispiel 2 : 3406 l eines Kulturmediumfiltrates von Streptomyces rimosus der Form Paromo mycinus, aus dem das Paromomycin entfernt worden war (hergestellt nach der Arbeitsweise gemäss Beispiel 1), wurden mit 853 l Äthylacetat in einem Gegenstromextraktor nach Podbielniak extrahiert und die wässerige Phase verworfen. Der Äthylacetatextrakt wurde auf ein Volumen von 13,25 l konzentriert und 3,5 l des Extraktes wurden durch eine 15 cm (6 Zoll) Adsorptionskolonne, hergestellt aus einer Suspension von 2,5 kg aktivierter Kohle und 2,5 kg Diatomeenerde in Äthylacetat, geleitet. Die Kolonne wurde mit Äthylacetat entwickelt, während ein Fluss von 3 bis 3,5 l pro Stunde aufrechterhalten wurde.
Nach Durchfluss von etwa einem Aufnahme-Volumen (ungefähr 14 l) scheint das Streptimidon im Eluat auf. Die nächsten 7 l des Eluates werden gesammelt und die Äthylacetatlösung bis auf eine Streptimidonkonzentration von etwa 142 mg pro ml eingeengt. Es wurde genügend Isopropyläther (ungefähr 2 - 3 Volumen) zugefügt, um eine schwach trübe Lösung zu erhalten ; die Lösung wurde filtriert und das Filter mit
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200 ml einer Mischung aus Isopropyläther und Äthylacetat gewaschen. Dann wurde genügend Isopropyl- äther zu dem vereinigten Filtrat und der Waschlösung zugefügt, um ein Verhältnis Isopropyläther zu Äthylacetat von 3, 5 : 1 zu erhalten, und die Lösung 24 Stunden bei 80C gekühlt.
Das kristalline Strept-
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aus welchem das Paromomycin entfernt worden war (hergestellt nach dem Verfahren gemäss Beispiel 1), wurden mit 4. 5 I Äthylacetat in einem Gegenstromextraktor extrahiert und der Extrakt auf ein Volumen von 500 ml konzentriert. Der Extrakt (mit einem festgestellten Gehalt von 85, 2 mg pro ml gegenüber K. africana) wurde viermal mit 50 ml-Portionen 1-molarer Natriumcarbonatlösung, viermal mit 50 ml-Por- tionen 0, In-Salzsäure und dreimal mit 50 ml-Portionen Wasser gewaschen. Die gewaschene Äthylacetatlösung wurde auf ein Volumen von 138 ml konzentriert und das Konzentrat in 1240 ml Petroläther gegossen.
Die Mischung wurde über Nacht bei 50C stehengelassen, das Lösungsmittel durch Dekantieren abgetrennt und der Rückstand in einer genügenden Menge Aceton gelöst, um 120 ml Lösung zu erhalten.
Eine Portion von 100 ml der acetonischen Lösung, die das gewünschte Streptimidon enthielt, wurde mit 100 ml Aceton und 750 ml Isopropyläther verdünnt. 1 g Aktivkohle wurde zugefügt, die Mischung etwa 1/2 Stunde gerührt und die Aktivkohle durch Filtration entfernt. Das Filter wurde mit einer Mischung aus 135 ml Isopropyläther und 45 ml Aceton gewaschen und die Waschflüssigkeiten zu dem Hauptfiltrat zugefügt. Zu dieser Lösung wurde unter Rühren eine Mischung aus 500 ml Isopropyläther, 500 ml Wasser und 50 ml Aceton zugefügt. Die zwei Phasen wurden getrennt. Die organische Phase wurde zurückbehalten und die wässerige Phase wurde zweimal mit einer Mischung aus 11 Isopropyläther und 200 ml Aceton extrahiert.
Die organischen Phasen wurden mit der ursprünglichen organischen Phase vereinigt, wobei eine Lösung mit einem Volumen von 3825 ml und einem Gehalt von 6 mg Streptimidon pro ml erhalten wurde. Die Lösung wurde mit 300 ml Wasser gewaschen, die wässerige Phase verworfen und die organische Phase auf -200C gekühlt, um Spuren von Wasser. auszufrieren. Die Mischung wurde filtriert und das Filtrat im Vakuum konzentriert, bis die Lösung wolkig wurde. Die Lösung wurde erwärmt, angeimpft und bei 50C über Nacht stehengelassen. Das kristalline Streptimidon wurde durch Filtration gesammelt ; Schmelzpunkt 72 - 730C.
Erwünschtenfalls können n-Butanol, Chloroform oder Methylisobutylketon zur Extraktion des Kulturmediumfiltrates in dem obigen Verfahren verwendet werden. In einem solchen Fall wird der Extrakt im Vakuum zur Trockne verdampft, das zurückbleibende rohe Streptimidon in Äthylacetat aufgenommen und die erhaltene Lösung, wie oben beschrieben, behandelt.
Gegebenenfalls kann statt des Kulturmediumfiltrates, das im obigen Verfahren verwendet wurde, ein Kulturmediumfiltrat von Streptomyces rimosus der Form Paromomycinus, aus welchem das Paromomycin nicht entfernt worden ist, verwendet werden. Um die Stabilität des Kulturmediumfiltrates zu erhöhen, kann es vor Durchführung des obigen Verfahrens leicht angesäuert werden. Paromomycin wird nämlich aus einem wässerigen Lösungsmittel durch Lösungsmittel, wie Äthylacetat, nicht extrahiert. Die Bedeutung dieser Tatsache liegt darin, dass das erfindungsgemässe Verfahren, wenn ein wässeriges Kulturmediumfiltrat den Massnahmen der Isolation des Streptimidons unterworfen wird, in genau der gleichen Weise durchgeführt werden kann, gleichgültig, ob das Paromomycin zuerst entfernt wurde oder nicht.
Das Paromomycin benimmt sich in der Trennungsoperation so, als ob es ein anorganisches Salz, wie NaCI, wäre. Wenn es vorhanden ist, geht es nach der Anfangsextraktion mit einem organischen Lösungsmittel in die wässerige Phase.
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wurde bei Raumtemperatur einer katalytischen Hydrierung unterworfen, wobei gasförmiger Wasserstoff bei einem Druck von 1, 4 kg/cm2 verwendet wurde. Nachdem l, 05 Mole Wasserstoff absorbiert waren, hörte die Reaktion auf. Der Katalysator wurde durch Filtration abgetrennt und das Äthanol im Vakuum aus dem Filtrat entfernt.
Das in dieser Weise erhaltene Dihydro-streptimidon {d-3-[2-Hydr-oxy-5, 7-di- methyl-4-oxo-nonen- (6) -yl] -glutarimid} wurde durch Umkristallisation aus einer Isopropyläther-Me-
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