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Gegenstand der EP-OS 004913 ist u. a. ein Verfahren zur Herstellung von 17-C-Steroid-a-propionsäureverbindungen durch mikrobiellen Seitenkettenabbau an 17-C-Seitenkettensteroidsubstraten.
Auf diesem Wege gelingt insbesondere die Herstellung von 3-0xo-pregna-4-en-20-carbonsäure ( & 4-BNQ) und/oder 3-Oxo-pregna-1,4-dien-20-carbonsäure (#1,4-BNC). Bei diesem Verfahren wird mit Mikroorganismen-Defektmutanten gearbeitet, die auch in Abwesenheit von den Steroidringabbau und/oder das Wachstum hemmenden Inhibitoren Steroidverbindungen mit dem 17-C-α-Propionsäureest liefern.
Diese Defektmutanten werden gemäss den Angaben der genannten EP-OS gewonnen und gezüchtet.
Eine Abwandlung dieses Verfahrens wird in der EP-OS 015308 geschildert.
Die Strukturformeln der A4-BNC und A 1, 4-BNC sind die folgenden :
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3-Oxo-pregna-4-en-20-carbonsäure.
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pe von 3-0xo-pregna-4-en-20-carbonsäure (A 4-BNC) der Formel
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bzw. 3-0xo-pregna-1, 4-dien-20-carbonsäure (A 1, 4-BNC) der Formel
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das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Säuren der Formel (I) bzw.
(II) durch Umsetzung mit einem Halogenierungsmittel, insbesondere Thionylchlorid, bei höchstens mässig erhöhten Temperaturen in ihre Säurehalogenide umwandelt und diese dem Carboxy-Inversions-Abbau unterwirft, indem dieses Säurehalogenid mit einer Persäure bei Temperaturen von-50 bis 0 C umgesetzt und das Reaktionsprodukt unter basischen Bedingungen bei mässigen Temperaturen, z. B. im Bereich von 0 C, mit einem Überschuss von Base verseift wird, woraufhin man gewünschtenfalls das Verseifungsprodukt in die gebildeten 20-Hydroxy-und die 20 (21)-en-Steroid-Verbindungen auftrennt. Die Auftrennung kann beispielsweise durch Umkristallisieren oder chromatographische Trennung in seine Komponenten erfolgen.
Die C-20-Alkohole lassen sich durch übliche Reaktionen der organischen Chemie in die entsprechenden Progesteronderivate überführen. Die C-20 (21)-Alkene lassen sich nach im Prinzip ebenfalls bekannten Verfahren zu Verbindungen umwandeln, die Sauerstoff-Funktionen an C-20-C-21 haben. Solche Verfahren sind z. B. in L. und M. Fieser, Steroide, S. 677ff (Verlag Chemie, Weinheim/Berg - strasse, [1961]) und der dort zitierten Originalliteratur beschrieben. Die C-20-Alkene werden dabei in Derivate vom Cortexon-Typ umgewandelt.
Der Abbau von Carbonsäuren zu Alkoholen durch Carboxy-Inversions-Reaktion mittels Persäuren und Verseifung des Reaktionsprodukts ist in der Literatur beschrieben, vgl. J. Org. Chem. 30, 3760 [1965], D. B. Denney, N. Sherman"Degradation of Acids to Alcohols by the Carboxy-Inversion Reaction". In dieser Erstveröffentlichung dieser Verfahrenstechnik wird die Reaktion allerdings nur an einfachen aliphatischen Carbonsäuren geschildert. Die Anwendung dieses Reaktionsweges auf Verbindungen mit einer Steroid-Teilstruktur wird in J. Org. Chem. 38, 3040 [1973], insbesondere S. 3041/3042 geschildert.
Zur Herstellung von Zwischenprodukten zur Synthese von Steroidhormonen (besonders Nebennierenrindenhormonen), die zudem noch Partialstrukturen vom Typ des A-Ringes in & 4-BNC und & 1, 4-BNC enthalten, ist dieser Abbau jedoch noch nicht angewendet worden. Seine problemlose Anwendbarkeit unter den im folgenden noch im einzelnen geschilderten Verfahrensbedingungen und die dabei erhaltenen Verfahrensergebnisse waren für den Fachmann nicht mit Sicherheit voraussagbar.
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Im einzelnen gilt zu den Bedingungen des neuen Verfahrens das Folgende :
Die A 4-bzw. die A1, 4-BNC wird zunächst in das entsprechende 20-Säurehalogenid, insbesondere das Säurechlorid umgewandelt. Hier gelten im einzelnen die Angaben der eingangs erwähnten DE-OS. So kann beispielsweise die Darstellung des Säurechlorids aus der freien Steroidcarbonsäure vorteilhaft bei Temperaturen von 0 bis 5 C in Methylenchlorid und mit einem geringen Überschuss von Thionylchlorid als chlorierendem Agens erfolgen. Eine katalytische Menge Pyridin beschleunigt insbesondere bei der a 4-BNC die Reaktion, ist aber nicht unbedingt erforderlich.
An Stelle von Methylenchlorid können andere inerte Lösungsmittel, z. B. Chloroform oder Äther eingesetzt werden. Ebenso können andere Chlorierungsmittel, z. B. Phosphortrichlorid oder Phosphorpentachlorid verwendet werden, jedoch ist Thionylchlorid vorzuziehen. Das als Katalysator verwendete Pyridin kann auch durch Dimethylformamid ersetzt werden.
An Stelle der genannten Chlorierungsmittel können andere Halogenierungsmittel, z. B. Thionylbromid, Phosphortribromid oder Phosphorpentabromid verwendet werden, welche das entsprechende Säurebromid liefern.
Der Abbau der 20-Carboxylgruppe erfolgt dann mittels der Carboxy-Inversions-Reaktion durch Umsetzung des Säurehalogenids mit einer Persäure und anschliessender Verseifung des aus dem gemischten Persäureanhydrid gebildeten Umlagerungsproduktes, siehe hiezu die bereits zitierte Ver-
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Alcohols by the Carboxy-Inversion Reaction".
Als Persäure zur Bildung des gemischten Persäureanhydrids wird erfindungsgemäss bevorzugt m-Chlorperbenzoesäure eingesetzt. Diese Verbindung steht in technischen Mengen zur Verfügung, ist relativ ungefährlich in der Handhabung und bringt einen glatten Reaktionsablauf. An Stelle von m-Chlorperbenzoesäure können aber auch andere Persäuren eingesetzt werden. Bevorzugt sind dabei aromatische Persäuren, insbesondere solche mit einem elektronenziehenden Rest am aromatischen Kern wie p-Nitroperbenzoesäure.
Die Umsetzung des Steroid- 20-Carbonsäurechlorids mit der Persäure, insbesondere mit m-Chlorperbenzoesäure wird bei Temperaturen zwischen -50 C und Raumtemperatur durchgeführt.
Die bevorzugten Reaktionstemperaturen liegen zwischen -10 und -30DC.
Die Umsetzung erfolgt zweckmässig in einem inerten Lösungsmittel in Gegenwart einer Base.
Als Lösungsmittel werden beispielsweise halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid oder Chloroform, Äther, wie Diäthyläther oder Tetrahydrofuran, Nitrile, wie Acetonitril, Säureamide, wie Dimethylformamid oder Ketone, wie z. B. Aceton, eingesetzt. Die bevorzugten inerten Verdünnungsmittel sind Lösungsmittel mit einer gewissen Polarität. Als Basen sind tertiäre Stickstoffbasen besonders geeignet. Beispiele hiefür sind Pyridin, Methylpyridine, N, N-Dimethylaminopyridin, Triäthylamin oder Äthyldiisopropylamin. Es kommen also sowohl ringförmige als auch offenkettige tertiäre Amine in Betracht. Aber auch anorganische basische Komponenten, insbesondere basische Salze aus starken Basen und schwachen, insbesondere flüchtigen Säuren, können Verwendung finden. Ein geeignetes Beispiel ist etwa Lithiumcarbonat.
Die Base wird vorzugsweise wenigstens in solchen Mengen eingesetzt, dass eine Bindung des bei der Umsetzung entstehenden Halogenwasserstoffs möglich ist.
Die Reaktionsführung erfolgt vorzugsweise derart, dass der Lösung des Steroidcarbonsäurehalogenids im inerten Lösungsmittel nach Kühlung auf die gewünschte Anfangstemperatur der Reaktion-z. B. nach Kühlung auf -30DC - die Persäure und dann anschliessend unter Rühren und Kühlen vorsichtig portionsweise die basische Komponente zugesetzt werden. Man lässt dann über einen längeren Zeitraum, z. B. über Nacht, auf Raumtemperatur erwärmen und zieht anschliessend das Lösungsmittel weitgehend ab.
In der nachfolgenden Reaktionsstufe wird das primär entstandene Umsetzungsprodukt der Verseifung unterworfen. Bevorzugt erfolgt die Verseifung unter basischen Bedingungen und dabei zweckmässigerweise unter basisch/alkoholischen Bedingungen. Geeignet ist zur Verseifung beispielsweise alkoholische Kali- oder Natronlauge. Die Verseifung wird vorzugsweise bei mässigen Temperaturen,
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seifung eingesetzte Basenmenge das Drei- bis Achtfache des stöchiometrischen Betrages, bezogen auf eingesetzte Steroidcarbonsäure, betragen. Mengen des Vier- bis Sechsfachen an Base sind hier bevorzugt.
Das Verseifungsprodukt wird nach Abschluss der Reaktion eingeengt und dann mit einem inerten mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, beispielsweise Methylenchlorid, aufgenommen, gewaschen und dann zur Trockne eingeengt.
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ponenten dieses rohen Reaktionsgemisches können beispielsweise durch chromatographische Verfahren voneinander getrennt werden.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass im Verfahren der Erfindung die neugeschaffene olefinische Bindung stets in 20 (21)-Stellung, nicht aber-auch nicht teilweise-in der 17 (20)-Stellung erscheint.
Das folgende Beispiel schildert zunächst die Herstellung der Steroidcarbonsäurehalogenide und anschliessend deren Umsetzung mit m-Chlorperbenzoesäure.
Beispiel : Abbau von A1, 4-BNC zu 20-Hydroxy-pregna-1, 4-dien-3-on (A) und Pregna-1, 4, 20 (2l) - - trien-3-on (B)
Zunächst wird A1, 4-BNC in das entsprechende Säurechlorid umgewandelt : 17 g (50 mMol) Al, 4-BNC in 100 ml abs. eH, Cl, werden bei O'C mit 4, 0 ml (55 mMol) frisch über Squalen destilliertem Thionylchlorid versetzt und 20 min bei 0 C gerührt. Danach werden das Lösungsmittel und überschüssiges Thionylchlorid bei der gleichen Temperatur im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird wieder in Methylenchlorid aufgenommen und die Lösung nochmals zur Trockne eingeengt. Der Rückstand ist für weitere Umsetzungen zu verwenden.
Um ein zur Analyse geeignetes Säurechlorid zu erhalten, wird das rohe Säurechlorid mit abs.
Äther digeriert und nach dem Abziehen des Äthers sorgfältig an der Ölpumpe getrocknet.
Das Säurechlorid wird in 100 ml abs. CH2C12 gelöst, dann tropft man bei-40 C zunächst eine Lösung von 10, 0 g m-Chlorperbenzoesäure (90%ig, Rest m-Chlorbenzoesäure) in 100 ml abs. Methylenchlorid, danach eine Lösung von 60 mMol trockenem Pyridin in wenig abs. CHCl zu und lässt die Mischung über Nacht auf Raumtemperatur kommen.
Das Lösungsmittel wird im Vakuum weitgehend entfernt, der Rückstand wird mit 125 ml 2 n methanolischer Kalilauge versetzt und mehrere Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Man zieht einen Teil des Methanols im Vakuum ab, nimmt in Methylenchlorid auf und wäscht die Methylenchlorid-Phase nacheinander mit Wasser, verdünnter Schwefelsäure und wieder mit Wasser.
Nach Trocknen der organischen Phase und Abziehen des Lösungsmittels erhält man 14, 6 g kristallinen Rückstand mit 60% (A) und 30% (B), (A) und (B) können durch Chromatographieren auf einer Kieselgelsäule voneinander getrennt werden.
Schmelzpunkt des 20-a-Hydroxy-pregna-l, 4-dien-3-ons (A) : 161 bis 166 C.
Schmelzpunkt des Pregna-1, 4, 20 (21) -trien-3-ons (B) : 170 bis 171 C/Lit. : 166 bis 167 C in J. C. S. Perkin 1, 2064[1979].
MS, IR und NMR-Spektren bestätigen die hier angegebenen Strukturen der Reaktionsprodukte.
Überraschend ist, dass beim Abbau des Säurechlorids neben dem Alkohol (A) selektiv nur das Alken (B) mit 20 (21)-Doppelbindung entsteht. Das im Prinzip auch mögliche Alken mit 17 (20)-Dop- pelbindung konnte nicht gefunden werden.
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The subject of EP-OS 004913 is u. a. a process for the preparation of 17-C-steroid-a-propionic acid compounds by microbial side chain degradation on 17-C-side chain steroid substrates.
In this way, the production of 3-0xo-pregna-4-en-20-carboxylic acid (& 4-BNQ) and / or 3-oxo-pregna-1,4-diene-20-carboxylic acid (# 1.4 -BNC). This method works with microorganism defect mutants which, even in the absence of steroid ring degradation and / or growth-inhibiting inhibitors, provide steroid compounds with the 17-C-α-propionic acid ester.
These defect mutants are obtained and bred according to the information in the aforementioned EP-OS.
A modification of this method is described in EP-OS 015308.
The structural formulas of the A4-BNC and A 1, 4-BNC are as follows:
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3-oxo-pregna-4-en-20-carboxylic acid.
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pe of 3-0xo-pregna-4-en-20-carboxylic acid (A 4-BNC) of the formula
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or 3-0xo-pregna-1, 4-diene-20-carboxylic acid (A 1, 4-BNC) of the formula
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which is characterized in that the acids of the formula (I) or
(II) converted into their acid halides by reaction with a halogenating agent, in particular thionyl chloride, at at most moderately elevated temperatures and subjecting them to the carboxy inversion degradation by reacting this acid halide with a peracid at temperatures from -50 to 0 ° C. and the reaction product under basic conditions at moderate temperatures, e.g. B. in the range of 0 C, is saponified with an excess of base, whereupon, if desired, the saponification product is separated into the 20-hydroxy and the 20 (21) -en steroid compounds formed. The separation can take place, for example, by recrystallization or chromatographic separation into its components.
The C-20 alcohols can be converted into the corresponding progesterone derivatives by conventional reactions in organic chemistry. The C-20 (21) -alkenes can also be converted into compounds which have oxygen functions on C-20-C-21 by processes which are also known in principle. Such methods are e.g. B. in L. and M. Fieser, Steroids, pp. 677ff (Verlag Chemie, Weinheim / Bergstrasse, [1961]) and the original literature cited there. The C-20 alkenes are converted into Cortexon-type derivatives.
The degradation of carboxylic acids to alcohols by carboxy inversion reaction using peracids and saponification of the reaction product is described in the literature, cf. J. Org. Chem. 30, 3760 [1965], D. B. Denney, N. Sherman "Degradation of Acids to Alcohols by the Carboxy-Inversion Reaction". In this first publication of this process technology, however, the reaction is only described on simple aliphatic carboxylic acids. The application of this reaction pathway to compounds with a steroid partial structure is described in J. Org. Chem. 38, 3040 [1973], in particular pages 3041/3042.
However, this degradation has not yet been used for the production of intermediates for the synthesis of steroid hormones (especially adrenal cortex hormones) which also contain partial structures of the A-ring type in & 4-BNC and & 1, 4-BNC. Its problem-free applicability under the process conditions described in detail below and the process results obtained in this way could not be predicted with certainty by the person skilled in the art.
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The following applies to the conditions of the new procedure:
The A 4 or. the A1, 4-BNC is first converted into the corresponding 20-acid halide, especially the acid chloride. The details of the aforementioned DE-OS apply here in detail. For example, the acid chloride can be prepared from the free steroid carboxylic acid advantageously at temperatures from 0 to 5 ° C. in methylene chloride and with a slight excess of thionyl chloride as the chlorinating agent. A catalytic amount of pyridine accelerates the reaction, especially in the a 4-BNC, but is not absolutely necessary.
Instead of methylene chloride, other inert solvents, e.g. B. chloroform or ether can be used. Other chlorinating agents, e.g. B. phosphorus trichloride or phosphorus pentachloride can be used, but thionyl chloride is preferred. The pyridine used as a catalyst can also be replaced by dimethylformamide.
Instead of the chlorinating agents mentioned, other halogenating agents, e.g. B. thionyl bromide, phosphorus tribromide or phosphorus pentabromide can be used, which provide the corresponding acid bromide.
The breakdown of the 20-carboxyl group then takes place by means of the carboxy inversion reaction by reacting the acid halide with a peracid and then saponifying the rearrangement product formed from the mixed peracid anhydride, see here the previously cited
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Alcohols by the Carboxy Inversion Reaction ".
According to the invention, m-chloroperbenzoic acid is preferably used as the peracid to form the mixed peracid anhydride. This compound is available in technical quantities, is relatively harmless to handle and brings about a smooth reaction process. Instead of m-chloroperbenzoic acid, other peracids can also be used. Aromatic peracids are preferred, in particular those with an electron-withdrawing radical on the aromatic nucleus, such as p-nitroperbenzoic acid.
The reaction of the steroid 20-carboxylic acid chloride with the peracid, in particular with m-chloroperbenzoic acid, is carried out at temperatures between -50 C and room temperature.
The preferred reaction temperatures are between -10 and -30DC.
The reaction is conveniently carried out in an inert solvent in the presence of a base.
Halogenated hydrocarbons such as methylene chloride or chloroform, ethers such as diethyl ether or tetrahydrofuran, nitriles such as acetonitrile, acid amides such as dimethylformamide or ketones such as e.g. B. acetone used. The preferred inert diluents are solvents with some polarity. Tertiary nitrogen bases are particularly suitable as bases. Examples of these are pyridine, methylpyridines, N, N-dimethylaminopyridine, triethylamine or ethyldiisopropylamine. Both ring-shaped and open-chain tertiary amines are therefore suitable. However, inorganic basic components, in particular basic salts from strong bases and weak, in particular volatile acids, can also be used. A suitable example is lithium carbonate.
The base is preferably used at least in such amounts that binding of the hydrogen halide formed during the reaction is possible.
The reaction is preferably carried out in such a way that the solution of the steroid carboxylic acid halide in the inert solvent after cooling to the desired initial temperature of the reaction, for. B. after cooling to -30DC - the peracid and then carefully adding the basic component while stirring and cooling. It is then left over a longer period, e.g. B. overnight, warm to room temperature and then largely removes the solvent.
In the subsequent reaction stage, the reaction product which has primarily formed is subjected to saponification. The saponification is preferably carried out under basic conditions and expediently under basic / alcoholic conditions. For example, alcoholic potassium or sodium hydroxide solution is suitable for saponification. The saponification is preferably carried out at moderate temperatures,
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The amount of base used is three to eight times the stoichiometric amount, based on the steroid carboxylic acid used. Amounts of four to six times the base are preferred here.
After the reaction has ended, the saponification product is concentrated and then taken up with an inert water-immiscible solvent, for example methylene chloride, washed, and then concentrated to dryness.
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Components of this crude reaction mixture can be separated from one another, for example, by chromatographic methods.
Surprisingly, it has been shown that in the process of the invention the newly created olefinic bond always appears in the 20 (21) position, but not — and not in part — in the 17 (20) position.
The following example first describes the production of the steroid carboxylic acid halides and then their reaction with m-chloroperbenzoic acid.
Example: degradation of A1, 4-BNC to 20-hydroxy-pregna-1, 4-dien-3-one (A) and Pregna-1, 4, 20 (2l) - - trien-3-one (B)
First, A1, 4-BNC is converted into the corresponding acid chloride: 17 g (50 mmol) of Al, 4-BNC in 100 ml abs. eH, Cl, are added to O'C with 4.0 ml (55 mmol) of thionyl chloride freshly distilled over squalene and stirred at 0 C for 20 min. The solvent and excess thionyl chloride are then removed in vacuo at the same temperature. The residue is taken up again in methylene chloride and the solution is again evaporated to dryness. The backlog is to be used for further implementations.
In order to obtain a suitable acid chloride for analysis, the crude acid chloride with abs.
Ether digested and carefully dried on the oil pump after removing the ether.
The acid chloride is abs in 100 ml. CH2C12 dissolved, then a solution of 10.0 g m-chloroperbenzoic acid (90%, remainder m-chlorobenzoic acid) in 100 ml abs. Methylene chloride, then a solution of 60 mmol dry pyridine in a little abs. CHCl and let the mixture come to room temperature overnight.
The solvent is largely removed in vacuo, the residue is mixed with 125 ml of 2N methanolic potassium hydroxide solution and stirred at room temperature for several hours. A portion of the methanol is removed in vacuo, taken up in methylene chloride and the methylene chloride phase is washed successively with water, dilute sulfuric acid and again with water.
After drying the organic phase and stripping off the solvent, 14.6 g of crystalline residue with 60% (A) and 30% (B), (A) and (B) can be separated from one another by chromatography on a silica gel column.
Melting point of 20-a-hydroxy-pregna-l, 4-dien-3-one (A): 161 to 166 C.
Melting point of Pregna-1, 4, 20 (21) -trien-3-one (B): 170 to 171 C / Lit. : 166 to 167 C in J.C.S. Perkin 1, 2064 [1979].
MS, IR and NMR spectra confirm the structures of the reaction products given here.
It is surprising that when the acid chloride is broken down, only the alkene (B) with a 20 (21) double bond is selectively formed in addition to the alcohol (A). The alkene with 17 (20) double bond, which is also possible in principle, could not be found.