Verfahren zur Herstellung von ss-Carotin. Die vorliegende Erfindung betrifft die Totalsynthese des f-Carotins.
Das neue Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass man 2;6-Dimethyl-8-[2',6',6'-_ trimethylcyclohexen-(1')-yl]-oktatrien-(2,4,6)- al-(1) mit Acetylendimagnesiumbromid kon densiert, die erhaltene Dioxyverbindung mit 40 Kohlenstoffatomen in beliebiger Reihen folge einerseits dehydratisiert und anderseits an der Dreifachbindung mit 1 Mol Wasserstoff hydriert und die am Schluss erhaltenen cis- Formen zum All-trans-,6-Carotin isomerisiert.
Gegenstand des Patentes ist ein Verfahren zur Herstellung von ss-Carotin, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man 2 Mol 8-[2',6',6' Trimethylcyclahexen - (1') -y1] -2,6 - dimethyl- oktatrien- (2,4, 6) -a1- (1) mit 1 Mol Acetylen- dimagnesiumbromid kondensiert, das erhaltene 1,18 - Di - [2',6',6'-trimethylcyclohexen- (1') -y1] - 3,7,12,16 - tetramethyl - 8;
11- dioxy- oktadeka- hexaen- (2;4,6,12,14,16) -in-(9) dehydratisiert, das gebildete 1,18-Di-[2',6';6'-trimethylcyelo hexen-(1')-yl]-3,7,12,16-tetramethyl-oktadeka- oktaen-(1,3,5,7,11,13,15;17)-in-(9) an. der Drei fachbindung partiell hydriert und das ent stehende Hydrierungsprodukt zum Alltrans f-Carotin isomerisiert.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungs form der Erfindung besteht darin, dass man 2,6-Dimethyl-8- [2',6',6'-trimethylcyclohexen- (Y) -y1] -oktatrien- (2,4,6) -a1- (1). in Äther- Lösung mit Acetylendimagnesiumbromid kon densiert, das gebildete 1,18-Di- [2',6',6'-tri- methylcyclohexen - (1') - y1] - 3,7,12,16 - tetra- methyl-8,11-dioxy-oktadekahexaen- (2,4,6,12;14;
16)-in-(9) in Toluollösung mit p-Toluolsul- Tonsäure erwärmt, an die Dreifachbindung des erhaltenen 9,9'-Dehydro-f-carotins mittels eines mit Blei inaktivierten Palladium-Cal- ciiuncarbonat-Katalysators 1 Mol Wasser stoff anlagert und das so erhaltene 9,9'-cis-ss- Carotin durch Einwirkung von Wärme oder Licht in All-trans-ss-Carotin überführt.
1 Mol Acetylendimagnesiumbromid wird mit 2 Äquivalenten 2,6-Dimethyl-8-[2',6',6'-tri- methylcyclohexen- (1') -y1] -oktatrien- (2,4, 6) -a1 (1) umgesetzt. Die Kondensation gelingt in den üblichen Lösungsmitteln, beispielsweise Äthyläther. Das gebildete Magnesiumsalz wird in üblicher Weise hydrolysiert, z. B. mit einer Ammoniumchloridlösung oder mit verdünnter Schwefelsäure.
Das erhaltene 1,18-Di-[2',6',6'- trimethylcyclohexen-- (1') -y1] -3,7,12,16=tetra- methyl-8,11-dioxy-oktadehahexäen-(2,4,6,12,14, 16)-in-(9) (nachfolgend Dioxyhexaenin-Ver- bindung genannt) kann durch Lösungsmittel extraktion oder durch Chromatographie gerei nigt werden.
Es zeigt im Chromatogramm un gefähr die Haftfestigkeit von Xanthophyll; es kann aus 92 % igem Methylalkohol mittels Pe- troläther nicht extrahiert werden. Die reine Verbindung besitzt ein Molekulargewicht von 570.
Sie enthält, wie die Durchhydrerung und die Zerewitinoffbestimmung zeigen, acht Doppelbindungen, eine Trippelbindung und zwei Hydroxylgruppen, Die Dioxyhexaenin- Verbindung mit 40 Kohlenstoffatomen wird zwecks Abspaltung der Hydroxylgruppen und Einführung von zwei neuen Doppelbindungen dehydratisiert.
Die Wasserabspaltung erfolgt zweckmässig mit p-Toluolsulfonsäure in sie dendem Toluol. Diese Dehydratisierung er folgt unter vorangehender Allylumlagerung. Der gebildete Kohlenwasserstoff (9;9'-De- hydro-ss-carotin) kann aus 92 % igem Alkohol mit Petroläther extrahiert werden.
Nicht um gesetzte Dioxyhexaenin-Verbindung, die in der methylallkoholischen Lösung zurückbleibt, kann isoliert und nochmals einer Dehydrati- sierung unterworfen werden. Das durch Was serabspaltung gewonnene 9,9'-Dehydro-ss-caro- tin. wird nun, zweckmässig nach Reinigung, der partiellen, Hydrierung an der Dreifach bindung unterworfen. Hierzu sind die bei Polyenen gebräuchlichen Mittel anwendbar, z.
B. katalytische Hydrierung in Gegenwart von Palladiumkatalysatoren, deren Aktivität des Palladiums durch Zugabe von Blei und Chinolin abgestumpft ist. Die Wasserstoff zufuhr wird nach Aufnahme von 1 Mol Was serstoff unterbrochen.
Bei vorsichtigem Auf arbeiten des Hydrierungsproduktes entsteht in sehr guter Ausbeute 9,9'-Mono-cis-ss-carotin. Dieses wird vorteilhaft durch Erwärmen oder; vorzugsweise, Belichten zum All-trans-ss-Caro- tin isomerisiert.
Das erfindungsgemäss erhaltene synthe tische ss-Carotin kann nach den gleichen Me thoden gereinigt werden wie aus natürlichen Materialien gewonnene Carotin-Konzentrate. (Trennen durch Lösungsmittelextraktion, Chromatographie und Kristallisation.) Es empfiehlt sich die Zugabe von Antioxydan- tien, die auch während des gesamten Ablaufes der Synthese anwesend sein können;
als Anxti- oxydantien eignen sich besonders die Toco- pherole. Beim Aufarbeiten der Synthesepro dukte können cis-Formen des ss-Carotins isoliert werden, die durch Behandeln mit Jod, Wärme oder Belichten zum All-trans-;B'-Carotin iso- merisiert werden.
Die Isomerisierung durch Belichten verläuft im Falle des 9,9'-cis-ss- Carotins einheitlich; sie wird zweckmässig in einem inerten Lösungsmittel, wie Hexan, aus- geführt. Dabei geht die Umlagerung mit Tageslicht wesentlich schneller als mit Licht ; einer Quecksilberlampe.
Die Umlagerung durch Erwärmen erfolgt zweckmässig in Lö sung; bei 70 C stellt sich im Falle des 9,9'- cis-ss-Carotins in Petroläther schon nach 11/2 Stunden ein Gleichgewicht ein, das vor wiegend aus All-trans-ss-Carotin besteht. Das gebildete trans-ss-Carotin kann als die schwerstlösliche Verbindung leicht in reiner Form isoliert werden.
Das direkt oder durch Isomerisierung ge-, wonnene All-trans-ss-Carotin stimmt in allen Eigenschaften mit dem aus natürlichen Ma terialien gewonnenen ss-Carotin überein, und es besitzt insbesondere die gleiche biologische Wirksamkeit.
2,6 - Dimethyl - 8 - [2',6',6'-trimethylcyclo- hexen-(1')-yl]-oktatrien-(2,4,6)-al-(1) kann nach den Angaben in Patent Nr. 296661 her gestellt werden.
<I>Beispiel 1:</I> 8 g 2,6-Dimethyl-8-[2',6',6'-trimethylcyclo- hexen-(1')-yl]..oktatrien-(2,4,6)-al-(1) werden in 20 cm3 Äther gelöst und mit 15 cm3 Ace- tylen-dimagnesiumbromid versetzt. Die Mi schung wird in einer braunen Flasche 12 Stun den geschüttelt. Darauf wird mit Ammonium chloridlösung versetzt, die Ätherlösung ge waschen, getrocknet und eingedampft.
Der Rückstand wird in Petroläther aufgenommen und an inaktiviertem Aluminiumoxyd chro- matographiert. Mit Petroläther - Aceton (20: 1) können dunkelgefärbte Nebenprodukte eluiert werden. Das 1,18-Di-[2',6',6'-trimethyl- cyclohexen-(1')-yl] -3,7,12,16-tetramethyl-8,11- dioxy-oktadekahexaen-(2,4,6,12,14,16)-in- (9) wird mit Äther unter Zusatz von 5 % Eisessig eluiert und das Eluat mit Wasser neutral ge waschen, getrocknet und eingedampft.
Der Rückstand wird zur Dehydratisierung in 35 cms Toluol gelöst und mit einer Lö sung von 50 mg Toluölsulfonsäure in 10 cm3 Toluol 15 Minuten zum Sieden erhitzt. Die dunkelrote Lösung wird danach mit Petrol- äther verdünnt, neutral gewaschen und im Vakuum eingedampft.
Der Rückstand wird in Petroläther aufgenommen und an Aluminium- oxyd (Aktivitätsstufe I-II) chromatogra- phiert. Es wird mit Petroläther-Benzol (10 :1) entwickelt und ein gelber Vorlauf als Eluat abgetrennt. Dann werden schmutzig gefärbte Anteile am obern Ende der Säule herausge stossen und die breite orangerote Zone mit ab solutem Äther eluiert. Das Eluat hinterlässt nach Abdampfen im Vakuum ein dunkelrotes Öl, das man in Schwefelkohlenstoff löst.
Dar auf wird mit Alkohol versetzt und im Va kuum bis zur beginnenden Trübung einge engt. Nach 12stündigem Stehen bei -10 C ist das 9,9'-Dehydro-ss-carotin auskristallisiert. Die roten Nadeln schmelzen nach Umkristalli- Bieren aus Benzol-Methanol bei 147 C (im evakuierten Röhrchen). Ultraviolett-Absorp- tionsmaximum: @ = 436 my (a = 105000).
113 mg 9,9'-Dehydro-ss-carotin werden zur Reinigung in 10 cm3 Benzol (thiophenfrei) gelöst und mit 200 mg Pt-Si02 (13 % igem Pla tin auf Kieselgel) geschüttelt. Der Katalysator wird abgesaugt und dreimal mit je 10 cm3 Benzol gewaschen. Die vereinigten Lösungen werden unter vermindertem Drucke eingeengt und zur Hydrierung auf 10 cm3 mit Benzol aufgefüllt.
Unter Zusatz von 0,05 g Chinolin wird in Gegenwart von 300 mg mit Blei inakti viertem Pd-CaC03-Katalysator bis zur Auf nahme von 5,0 cm3 hydriert (berechnet für 1 Mol H2 = 5,1 cm3). Der Katalysator wird abfiltriert und mit Petroläther ausgewaschen. Die roten Lösungen werden mit 5 % iger Schwefelsäure und Wasser gewaschen und auf- 5 cm3 eingeengt.
Zur Isomerisierung von cis- ; Formen des ss-Carotins wird das Konzentrat in 100 c m3 Petroläther vom Siedepunkt 40 bis 60 C gelöst, mit 2 mg Jod in 5 em3 Benzol versetzt und 30 Minuten zum Sieden erhitzt.
Darauf wird unter vermindertem Drucke auf 5 cm3 eingeengt, mit 20 cm3 Petroläther ver setzt und an einer Aluminiumoxydsäule (4 X 35 cm, Aktivitätsstufe IV) chromato- graphiert. Es wird mit Petroläther vom Siede punkt 40 bis 60 C eluiert. Die erste Fraktion enthält 9,9'-Dehydro-ss-carotin. Aus der zwei ten Fraktion können Kristalle vom Schmelz punkt 170 C isoliert werden.
Die dritte Frak tion ergibt dunkelviolettrote Kristalle vom Schmelzpunkt 172 C, die- nach Umkristalli sation aus Schwefelkohlenstoff-Alkohol im eva kuierten Röhrchen bei 178 bis 179 C schmel zen. Sie bestehen aus ss-Carotin. Der Misch schmelzpunkt mit natürlichem ss-Carotin (Schmelzpunkt 179 C) zeigt keine Schmelz- punktsdepression;
die Chloroformlösung gibt mit Antimontrichlorid die für fl-Carotin typi sche Blaufärbung, und das Ultraviolett-Spek- trum zeigt den für ss-Carotin charakteristi schen Verlauf.
<I>Beispiel 2:</I> 23 g 2,6-Dimethyl-8-[2',6',6'-trimethylcyclo- hexen-(1')-yl]-oktatrien-(2,4,6)-a1-(1) werden in 50 cm3 absolutem Äther gelöst und mit 30 cms Acetylendimagnesiumbromid 12 Stun den, zweckmässig in einer dunklen Flasche, ge-, schüttelt. Darauf wird mit Ammonchlorid- Lösung zersetzt, die Ätherlösung gewaschen, ge trocknet und im Vakuum eingedampft.
Der Rückstand wird zwischen Petroläfher und 98 % igem Methanol verteilt, -wobei das ge suchte 1,18-Di- [2',6',6'-trimethylcyclohexen- (1') -y1] - 3,7,12,16,tetramethyl- 8,11- dioxy- oktadekahexaen-(2,4,6,12;14,16)-in-(9) in die alkoholisch wässrige Phase übergeht. Es ist ein hoch viskoses gelbes Öl mit Maximum bei 280 mu (s =<B>59000).</B>
16 g der genannten Dioxyverbindung wer den in 150 ems Toluol -gelöst und in der Siedehitze mit 300 mg p-Toluolsulfonsäure in heissem Toluol versetzt. Die Wasserabspaltung erfolgt sofort unter heftigem Aufsieden und unter Rotfärbung der Lösung. Man lässt 15 Minuten sieden, kühlt ab, wäscht mit Bicar- bonat und Wasser, trocknet die Lösung und. dampft unter Anwendung von Vakuum vor sichtig bei maximal 50 C Badtemperatur ein.
Der Rückstand wird in Petroläther gelöst und an einer Säule mit Aluminiumoxyd (Aktivitäts stufe I-II) chromatographiert. Das Chro- matogramm wird mit steigenden Mengen Ben-, zol entwickelt, wobei ein gelber Vorlauf als Eluat und missfarbene Polymerisationspro- dukte im obern Teil der Säule abgetrennt wer den.
Zuletzt wird die orange gefärbte Haupt zone mit Petroläther-Alkohol eluiert. Nach Verdampfen des Lösungsmittels verbleiben 2 g eines roten Öls, die in Schwefelkohlenstoff auf genommen und mit Alkohol versetzt werden. Beim Verdampfen eines Teils des Schwefelkoh- lenstoffes im Vakuum scheiden sich hellrote Kristalle (900 mg) ab.
Man erhält nach zwei- maligem Umkristallisieren aus Benzol-Me- thanol metallisch glänzende, rote Blättchen, die im evakuierten Röhrchen bei 155 bis 156 C schmelzen. Ultraviolett - Absorptionsmaxima 433, 458 mu (in Hexan), 442, 470 mu (in Benzol), 460, 490 mu (in Schwefelkohlen stoff). Farbreaktion mit Antimontrichlorid in Chloroform: Zunächst grün, erst sehr lang sam blau.
220 mg dieses Kristallisates (9,9'-Dehydro- ss-carotin) werden in 15 em3 Benzol gelöst und zur Reinigung mit 200 mg Pt-Si02 und 300 mg Pt-Kohle 12 Stunden stehen gelassen. Man saugt ab, wäscht mit 15 ems Benzol und hydriert die vereinigten Filtrate mittels 600 mg Pd-CaC03-Katalysator unter Zusatz von 15 mg Chinolin. Innerhalb von 20 Minuten wird 1 Mol Wasserstoff aufgenommen.
Das Spek trum zeigt jetzt ein Hauptmaximum bei 450 mA und ein Nebenmaximum bei 340 m/i. Der Katalysator wird abgesaugt, die Hydrier- lösung mit Hexan verdünnt und mit verdünn ter Schwefelsäure und Wasser gewaschen. Zur Isomerisierung wird mit Hexan auf 600 em3 aufgefüllt und in Portionen von je 100 cms mit je 700 y Jod in 1 cm3 Hexan 1 Stunde stehen gelassen.
Darauf wird sofort an Säulen mit Aluminiumoxyd (Aktivitätsstufe I-II) chromatographiert. Die orangen Zonen von Trans-ss-Carotin, die sich nach dem Entwik- keln mit Petroläther-Benzol (10 :1) ausbilden, werden vereinigt und mit Petroläther-Alkohol eluiert. Nach Verdampfen des Lösungsmittels bei tiefer Temperatur im Vakuum hinterbleibt ein bereits kristalliner Rückstand, den man aus Benzol-Methanol umkristallisiert.
Die er haltenen violettroten Blättchen schmelzen im evakuierten Röhrchen bei 179 bis 180 C und zeigen mit natürlichem All-trans-ss-Carotin (Schmelzpunkt 178 C) keinerlei Schmelz punktsdepression.
Ultraviolett - Absorptions maxima 452, 480 mu (in Hexan). Die als Ne benprodukt anfallenden eis-Isomeren geben bei erneuter Isomerisierung mit Jod eine weitere Menge reines Trans-ss-Carotin. Die Ausbeute kann ausserdem durch nochmalige Chromatographie der Mutterlaugen vergrössert \werden. Gesamtausbeute von reinem All- trans-ss-Carotin aus Dehydro-ss-Carotin: 33 %.
<I>Beispiel 3:</I> 3 Gewichtsteile analog hergestelltes 9,9'- Dehydro-,B-earotin vom Schmelzpunkt 156 C werden unter Ausschluss von Licht und bei möglichst tiefer Temperatur in Benzol mit tels partiell vergiftetem Palladium-Calcium-, carbonat-Katalysator hydriert. Nach Auf nahme von 1 Mol Wasserstoff wird der Ka talysator abfiltriert, die Benzollösung im Va kuum eingeengt und durch Anspritzen mit Methanol zur Kristallisation gebracht.
Unter Anwendung einer Zentrifuge werden die Kri stalle abgetrennt, mit Methanol gewaschen und in wenigen'Minuten noch zweimal aus Benzol/ Methanol umkristallisiert. Das im Hoch vakuum bei 20 C getrocknete 9,9'-Mono-cis-ss- Carotin schmilzt bei 151 C. Absorptions maxima in Hexan: 338 mu (s = 52000), 450 m,u (s = 92 500) und 477 mA. (s = 76 000).
1 Gewichtsteil cis-ss-Carotin wird in 100 bis 250 Raumteilen Hexan unter Kohlensäure 2 bis 4 Stunden dem diffusen Tageslicht ausgesetzt. Die Lösung zeigt darauf das reine Absorp tionsspektrum des All-trans-ss-Carotins. Zur Isolierung des gebildeten ss-Carotins wird die Hexanlösung an eine Säule mit Aluminium oxyd adsorbiert und das Chromatogramm mit Cyclohexan/Benzol entwickelt.
Die orange ge färbte Hauptzone wird mit Cyclohexan/Alko- hol eluiert. Nach dem Verdampfen des Lö sungsmittels im Vakuum werden aus Benzol 1Vlethanol rote Kristalle vom Schmelzpunkt 178 C erhalten, Absorptionsmaxima in Hexan 452 mu und 480 my. Die Ausbeute aus cis-ss- Carotin ist beinahe quantitativ.
Die Isomerisierung kann auch folgender massen durchgeführt werden: 1 Gewichtsteil cis-ss-Carotin wird in 100 bis 250 Raumteilen Hexan unter Kohlensäure im Dunkeln 2 bis 3 Stunden im Wasserbad auf 70 C erwärmt. Die Lösung zeigt darauf weit- gehend das Absorptionsspektrum des All trans-ss-carotins. Die Aufarbeitung kann nach obigen Angaben erfolgen.