Verfahren zur Herstellung von 17-Oxy-20-keto-21-acyloxysteroiden der Pregnan- oder Allopregnanreihe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von 17-Oxy-20-keto-21- acyloxy-steroiden der Pregnan- oder Allopregnan- reihe. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass man ent sprechende 417(20)
-21-Acyloxy-steroide mit Osmium- tetroxyd und einem tert. Aminoxydperoxyd behandelt.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens kann man Cortison, Hydrocortison, 11-Epi-hydrocortison und 17-Oxy-11-desoxy-corticosteron und ihre Ester herstellen.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzielt man eine höhere Ausbeute an 17a-Oxy-20-keto-21- acyloxy-steroid der Pregnan- bzw. Allopregnanreihe in kürzerer Reaktionszeit, wobei die zur Erzielung bester Ergebnisse erforderliche Menge an Osmium- tetroxyd geringer, das Auftreten von Nebenreaktionen kleiner und die Reinigung des Reaktionsproduktes leichter ist als bei den bisher bekannten Reaktionen.
Die Verwendung von Osmiumtetroxyd zur über führung einer Verbindung mit Doppelbindung in ein Glykol ist eine bekannte Reaktion. Dabei lagert sich das Osmiumtetroxyd in Form eines cyclischen Osmiat- esters an die Doppelbindung an, der durch Hydro lyse, die gewöhnlich mit wässrigem Natriumsulfit durchgeführt wird, ein Glykol liefert.
Diese Reaktion wurde in den USA-Patenten Nrn. 2 265143, 2 275 790, 2292194 und<B>2493780</B> auf Steroide angewendet, wobei in der Seitenkette ungesättigte Pregnane ge wöhnlich mit einer äquimolekularen Menge Osmium- tetroxyd und durch anschliessende Hydrolyse mit wäss- rigem Natriumsulfit in 17,20-Dioxy-pregnane über- geführt werden.
Das USA-Patent Nr.2493780 be schreibt auch, dass man Wasserstoffperoxyd mit einer katalytischen Menge Osmiumtetroxyd verwenden kann. Ähnliche Hydroxylierungsreaktionen von Ver bindungen mit Doppelbindungsmittel, Wasserstoff peroxyd und katalytischen Mengen Metalloxyd finden sich in den USA-Patenten Nrn. 2 373 942, 2 402 566, 2414385 und 2437648.
Die Sauerstoffeinführung in ungesättigte Steroide der Pregnanreihe mittels Osmiumtetroxyd und ge wissen Oxydationsmitteln ist ebenfalls bekannt. Prins und Reichstein, Helv. Chim. Acta, 25, 300 (1942) beschreiben,
dass die Oxydation des cyclischen Osmiat- esters eines in der Seitenkette ungesättigten Steroids mit Chlorsäure ein Oxyketosteroid sowie ein Glycol- steroid ergibt, wenn der Osmiatester mit wässrigem Natriumsulfit hydrolysiert wird.
Miescher und Schmid- lin, Helv. Chim. Acta 33, 1840 (1950), ersetzten die Chlorsäure durch Wasserstoffperoxyd als Oxydations mittel für den Osmiatester des Steroids, und im USA- Patent Nr. 2 668 816 wird beschrieben, dass man auch Alkylperoxyde und Persäuren verwenden kann.
Diese Reaktion liefert jedoch äusserst geringe Ausbeuten pro Zeiteinheit, da zur Erreichung der höchsten Aus beuten von etwa 48% Reaktionszeiten von 48-96 Stunden oder mehr erforderlich sind. Miescher und Schmidlin beschreiben im USA-Patent Nr. 2 662 854, dass die Reaktion durch Licht katalysiert wird, doch selbst dann ist die Zunahme der Reaktionsgeschwin digkeit nur gering. Ihre Beispiele geben Reaktions zeiten von 20-48 Stunden oder mehr an.
EMI0002.0001
<I>Tabelle</I>
<tb> Verhältnis <SEP> Verhältnis
<tb> Reaktionszeit
<tb> Oxydationsmittel <SEP> Steroid <SEP> zu <SEP> Produkt <SEP> zu <SEP> (h) <SEP> Ausbeute
<tb> OS04 <SEP> Nebenprodukt
<tb> Prins <SEP> & <SEP> Reichstein <SEP> Chlorsäure <SEP> 1 <SEP> <B><I>:l,5</I></B> <SEP> 0,45: <SEP> 1 <SEP> 72 <SEP> weniger <SEP> als
<tb> Miescher <SEP> & <SEP> Schmidlin <SEP> H20., <SEP> Alkylperoxyde, <SEP> <B>25%</B>
<tb> Persäuren <SEP> 14:1 <SEP> 1,8 <SEP> :1 <SEP> 20-80 <SEP> 48%
<tb> Vorliegende <SEP> Erfindung <SEP> Aminoxydperoxyde <SEP> 1250:1 <SEP> 5,4 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0,1-8 <SEP> 65-75% Die Tabelle zeigt die Unterschiede zwischen den bekannten Sauerstoffeinführungen und derjenigen der vorliegenden Erfindung.
Beim Arbeiten gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann man ein Gewichtsverhältnis von Ausgangssteroid zu Osmium- tetroxyd verwenden, das viel höher ist als in den be kannten Verfahren, das Verhältnis von Produkt zu Nebenprodukt ist höher und die Reaktionszeit viel geringer. Ausserdem wird die Ausbeute an Oxyketo- steroid um 50 % oder mehr gegenüber den besten früher angegebenen Ausbeuten erhöht.
Während die Reak tion eines 417(20)-21-Acyloxy-steroids mit Osmium- tetroxyd und Wasserstoffperoxyd sehr träge verläuft und mindestens 20 Stunden oder mehr erfordert, um zu Ende zu kommen, ist die gleiche Reaktion bei Ver wendung von Osmiumtetroxyd und einem tert. Amin oxydperoxyd in weniger als einer Stunde und manch mal in 5 Minuten praktisch vollkommen beendet.
Ob schon manchmal die Reaktion länger als eine Stunde dauert, wird die Gesamtdauer selten, wenn überhaupt, 8 Stunden erfordern. Man sieht deshalb, dass die Reaktion in Gegenwart eines Aminoxydperoxyds stark beschleunigt wird, indem die Bildung des gewünschten 17-Oxy-20-keto-steroids mit etwa 200-800facher Geschwindigkeit oder mehr gegenüber den früheren Verfahren erfolgt.
Beim Arbeiten nach dem Verfahren der Erfindung ist es nicht notwendig, Licht als Reaktionskatalysator zu verwenden, da die Reaktion in vollkommener Dunkelheit gleich leicht verläuft. Es wurde jedoch gefunden, dass ein Zusatz von Pyridin oder eines ähnlichen aromatischen tert. N-heterocyclischen Amins zur Reaktionsmischung manchmal die Reaktion katalysiert.
Obschon die Anwesenheit von Pyridin oder dergleichen aromatischen heterocyclischen Ami nen, wie Collidin, Picolin, Lutidin, die Ausbeute des gewünschten Produktes nicht wesentlich beeinflusst, kann sie die Reaktionsgeschwindigkeit in gewissen Fällen erhöhen. Ein Zusatz von etwa 1-5 Mol- äquivalenten Pyridin, bezogen auf das Ausgangs material, genügt in der Regel, um eine katalytische Wirkung zu erhalten.
Die im vorliegenden Verfahren verwendeten Aminoxydperoxyde erhält man z. B. durch Umsetzung von tertiären Aminen mit 2 Moläquivalenten Wasser stoffperoxyd oder durch Umsetzung eines tertiären Aminoxyds mit einem Moläquivalent Wasserstoff- peroxyd. Manchmal ist es vorteilhaft, mehr als die theoretisch erforderliche Menge Wasserstoffperoxyd zu verwenden, wobei der llberschuss während der Reinigung des Aminoxydperoxyds entfernt wird.
Wenn die Reaktion in Gegenwart von Wasser durch geführt wird, bildet sich manchmal eher das Amin oxydhydrat als das Aminoxydperoxyd. Wenn dies der Fall ist, kann das Aminoxydperoxyd unter wasser freien Bedingungen hergestellt werden.
Die Aminoxydperoxyde bilden eine neue Klasse von Oxydationsmitteln. Sie haben meistenteils ein höheres Oxydationspotential als die Wasserstoff peroxyde, aus denen sie hergestellt sind. So ist z. B. das Halbwellenpotential von Wasserstoffperoxyd in tert. Butylalkohol, bestimmt mit einem Elektro- chemigraphen nach Leeds und Northrup mit tropfen der Quecksilberelektrode ( Instrumental Methods of Analysis Williard und Mitarb. D. Van Nostrand Co.
[1951]) -1,92 Volt, während dasjenige von Triäthyl- aminoxydperoxyd -1,82 Volt beträgt. Dieser Unter schied im Halbwellenpotential zeigt an, dass die zur Zersetzung des Wasserstoffperoxyds erforderliche Spannung höher ist als bei Triäthylaminoxydperoxyd und dass das Oxydationspotential des Triäthylamin- oxydperoxyds höher ist als dasjenige von Wasser stoffperoxyd. Ähnliche Unterschiede der Oxy dationspotentiale findet man zwischen andern Amin oxydperoxyden und Wasserstoffperoxyd.
Die erfindungsgemäss verwendeten Aminoxyd- peroxyde sind vorzugsweise nicht aromatisch, das heisst ihr Molekül ist frei von aromatischen Gruppen irgendwelcher Art. Die nichtaromatischen tertiären Aminoxydperoxyde umfassen die N-Alkyl-cycloalkyl- aminoxydperoxyde, z.
B. N-Alkyl-morpholinoxyd- peroxyd, N - Alkyl- pyrrolidinoxydperoxyd, und N - Alkyl-piperidinoxydperoxyde, die Trialkylaminoxyd- peroxyde, z. B. Trimethylaminoxydperoxyd, Triäthyl- aminoxydperoxyd, Methyldiäthylaminoxydperoxyd, Äthyldimethylaminoxydperoxyd, die Alkanolamin- oxydperoxyde, z.
B. Dimethyläthanolaminoxydper- oxyde, Pyrrolidyläthanoloxydperoxyd, Piperidylätha- noloxydperoxyd usw. Von diesen sind Triäthylamin- oxydperoxyd und N-Methyl-morpholinoxydperoxyd besonders vorteilhaft.
Die Aminoxyde, aus denen die Aminoxydper- oxyde hergestellt werden können, sind eine bekannte Verbindungsklasse, deren Herstellung in der Litera- tur beschrieben ist. Man verwendet zu ihrer Her stellung häufig Wasserstoffperoxyd, obschon man auch Peressib, Perbenzoe-, Perschwefelsäure oder andere Persäuren verwenden kann. Gewisse Amine, z.
B. Pyridin, widerstehen der Überführung in das Oxyd mit Wasserstoffperoxyd, so dass man spezielle Bedingungen oder Persäuren anwenden muss, um deren Oxyde zu erhalten. (Ochia, J. Org. Chem. 18, 534 [1953].) Wenn man das Aminoxydperoxyd direkt aus dem Amin herstellt, ist es manchmal vorteilhaft, das ganze Reaktionsgemisch für die Oxydation des Steroids zu verwenden, ohne das gebildete Amin oxydperoxyd daraus zu isolieren.
Wenn man so vor geht, muss man aber dafür Sorge tragen, dass das Reaktionsgemisch nicht durch das Ausgangsamin verunreinigt ist, da die Anwesenheit von etwa Amin den Verlauf der Oxydation schädlich beeinflusst. Die Anwesenheit von freiem Amin lässt sich vermeiden, indem man das Reaktionsgemisch des Amins mit dem Wasserstoffperoxyd vor Gebrauch einige Tage stehen lässt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Ausgangssteroid vorteilhaft in einem inerten organischen Lösungsmittel gelöst, z. B. in tert. Butylalkohol, Diäthyläther, Tetrahydrofuran oder dergleichen, und das Osmiumtetroxyd und das Aminoxydperoxyd zugemischt.
Zweckmässigerweise, jedoch nicht notwendigerweise, setzt man das Osmiumtetroxyd nach dem Aminoxydperoxyd zu. Es ist auch zweckmässig, das Osmiumtetroxyd und das Aminoxydperoxyd im gleichen Lösungsmittel zuzu setzen, wie es als Milieu für die Reaktion verwendet wird.
Die Menge des Osmiumtetroxyds kann in weiten Grenzen verändert werden, z. B. von 0,2 Moläqui- valenten bis zu 0,001 Moläquivalenten. Zweckmässig verwendet man aber nicht mehr als 0,05 Moläqui- valente. Wenn die Menge des verwendeten Osmium- tetroxyds zwischen 0,001 und 0,05 Moläquivalenten liegt, erhält man hohe Ausbeuten des gewünschten Produktes, und das restliche Osmiumtetroxyd lässt sich leicht entfernen, z.
B. indem man das Reaktions produkt mit einem Fällungsmittel für Osmiumtetroxyd behandelt. Dazu kann man z. B. Natriumsulfit ver wenden und braucht nicht zu erwärmen oder lange Zeit zu mischen. Auf diese Weise erhält man eine hohe Ausbeute an Produkt mit verbesserter Farbe und Zusammensetzung ohne wesentliche Entacylie- rung der 21-Acyloxygruppe.
Die zur Herstellung eines 17-Oxy-20-keto-21- acyloxysteroids der Pregnan- oder Allopregnanreihe theoretisch erforderliche Menge an Aminoxydperoxyd ist 2 Mol für jedes Mol in der Reaktion gebildeten Osmiatester. Es zeigte sich jedoch, dass zur Erzie lung bester Ergebnisse mehr als die theoretische Menge verwendet werden muss, um eine vollständige Reaktion zu erhalten.
Es ist deshalb in der Regel erforderlich, zwischen etwa 2,2 und 2,75 Äquivalente Aminoxydperoxyd, bezogen auf das Ausgangssteroid, zu verwenden. Verwendet man weniger, so wird die Ausbeute infolge unvollständiger Reaktion herab gesetzt. Höhere Mengen Aminoxydperoxyd als etwa 2,75 Moläquivalente können in manchen Fällen ohne Schädigung der Ausbeute verwendet werden, doch sind sie in der Regel nicht erwünscht, besonders wenn man ein 3-Keto-d4.17(20)_21-acyloxy-steroid oxy dieren will, wobei die 4 4 - 3 - Ketogruppe intakt blei ben soll.
Es wurde bei solchen Steroiden beobachtet, dass ein grosser Überschuss an Aminoxydperoxyd dazu neigt, den Ring A abzubauen, so dass eine Neben reaktion entsteht, welche die Gesamtausbeute am ge wünschten d4-3,20-Diketo-17a-oxy-21-acyloxy- steroid verschlechtert.
Gewünschtenfalls kann man das Aminoxyd- peroxyd der Mischung von Steroid und Osmium- tetroxyd langsam, z. B. innert einigen Minuten bis zu einigen Stunden, zusetzen. Manchmal verläuft die Reaktion unter solchen Bedingungen etwas gün stiger. In den meisten Fällen kann aber das Amin oxydperoxyd zu Beginn der Reaktion auf einmal zu gesetzt werden, ohne die Ausbeute nachteilig zu be einflussen. Der Verlauf der Reaktion kann leicht verfolgt werden durch Titration des restlichen Amin oxydperoxyds in aliquoten Teilen.
Gewöhnlich beein trächtigt die Anwesenheit kleiner Mengen Wasser die Ausbeute nicht. Um jedoch beste Ausbeuten sicher zustellen, sollte man unter praktisch wasserfreien Be dingungen, z. B. in trockenem tert. Butylalkohol oder dergleichen Lösungsmittel, arbeiten. Da bei der Reaktion Wasser gebildet wird, bleibt die Reaktion gewöhnlich nicht wasserfrei, doch kann man manch mal mit Vorteil ein wirksames inertes Trocknungs- mittel oder sonstige Mittel zur Entfernung des Reak tionswassers verwenden.
Die Reaktionstemperatur ist gewöhnlich zwischen etwa 15 und 30 C, obschon auch niedrigere oder höhere Temperaturen anwendbar sind, z. B, zwischen etwa -10 und + 70 C. Zweckmässig arbeitet man aber bei Zimmertemperatur, wo man gewöhnlich auch die besten Ausbeuten erhält. Wenn jedoch be sonders kleine Mengen Osmiumtetroxyd zur Anwen dung gelangen, z. B. weniger als etwa 0,002 Mol- äquivalente, bezogen auf das Ausgangssteroid, kann eine etwas über Zimmertemperatur liegende Reak tionstemperatur erwünscht sein.
Anstelle der oben erwähnten Lösungsmittel kann man jedes inerte Lösungsmittel, in dem die Reagen zien löslich sind, verwenden. Geeignet sind Diäthyl- äther, Dioxan, Isopropylalkohol, Tetrahydrofuran, tert. Butylalkohol, tert. Amylalkohol, Äthanol und Methanol. Das Lösungsmittel siedet vorteilhafterweise so niedrig, dass es unter vermindertem Druck bei oder unterhalb Zimmertemperatur destilliert werden kann.
Die d 17(20)-21-Acyloxy-steroide der Pregnan- oder Allopregnanreihe, die sich in die entsprechenden 17a-Oxy-20-keto-21-acyloxy-steroide nach dem Ver fahren der Erfindung überführen lassen, können durch die Formel St= CH-CHZ- O-Ac (1) 20 21 dargestellt werden, in der Ac den Acylrest einer orga nischen Carbonsäure, die vorzugsweise ein bis acht Kohlenstoffatome enthält,
insbesondere einer niedri gen aliphatischen Carbonsäure, vorzugsweise Essig säure, und St ein Cyclopentanopolyhydrophenanthren- rest, der mit einer Doppelbindung am Kohlenstoff atom 17 an die oben genannte Seitenkette gebunden ist, bedeuten. Vorteilhafterweise ist der Cyclopen- tanopolyhydrophenanthrenrest und der Acylrest frei von Substituenten oder Gruppen, die von Osmium- tetroxyd unter den Reaktionsbedingungen angegriffen werden.
Ein bevorzugter Typus des Ausgangssteroids ist entweder gesättigt oder enthält nur eine d4-Dop- pelbindung, die mit einer 3-Ketogruppe gekuppelt ist. Analogerweise ist es von Vorteil, wenn das bevor zugte Ausgangssteroid nur gesättigte Acylreste ent hält, da Doppelbindungen sowohl im Kern als auch im Acylrest vom Osmiumtetroxyd und dem Amin oxydperoxyd oft angegriffen werden.
Ausserdem kann der Kern des Ausgangssteroids vorteilhaft eine Hydroxyl-, Keto-, Acyloxy-, Kohlenwasserstoffoxy-, Benzyloxygruppe, Halogen oder eine Oxydogruppe in 3,6,11 und 12 oder andern Stellungen enthalten, und die-an das 10 und 13 Kohlenstoffatom gebun denen Methylgruppen können beide oder auch nur eine an- oder abwesend sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders zur Überführung von 3-sauerstoffhaltigen d 1 7 (20)-21-Acyloxy-steroiden der Pregnanreihe, z.
B. von 3a- und 3ss-Oxy-21-acetoxy- 17(20)-pregnen, 3a, 21- und 3ss-21-Diacetoxy-17(20)- pregnen, 3a,llss- und 3ss,llss-Dioxy-21-acetoxy- 17(20)-pregnen, 21-Acetoxy-17(20)-pregnen-3,11- dion, llss-Oxy-21-acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on, lla-Oxy-21-acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on, 21- Acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3,11-dion, 21-Acetoxy- 4,9(11),17(20)
-pregnatrien-3-on, und von andern 21 A cyloxyestern, der oben genannten und ähnlicher Verbindungen, in denen die 21-Acyloxygruppe z. B. eine Formyloxy-, Acetoxy-, Propionoxy-, Butylryloxy-, Dimethylacetoxy-, Trimethylacetoxy-, Valeryloxy-, Hexanoyloxy-, Octanoyloxy-, ss-Cyclopentyl-pro- pionyloxy-, Diäthylacetoxy-, Benzoxy-,
Phenyl- acetoxy-, Phenylpropionyloxy-, Succinoyloxy-, Phtha- lyloxygruppe oder dergleichen ist.
Von diesen Aus- gangssteroiden sind insbesondere die durch die fol gende Formel dargestellten bevorzugt:
EMI0004.0081
in der Ac der Acylrest einer organischen Carbon- säure, vorzugsweise einer niedrig aliphatischen Säure, insbesondere Essigsäure, ist und R Wasserstoff, die a-Oxy- oder ss-Oxy- oder eine Ketogruppe bedeutet,
da man sie mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung leicht in die physiologisch aktiven Nebennierenhor mone Cortison (Kendalls Produkt E) und Hydro- cortison (Kendalls Substanz F) überführen kann. Ebenfalls bevorzugt werden die dl-Analogen der durch Formel Il dargestellten Verbindungen, in der R eine ss-Hydroxyl- oder Ketogruppe ist.
Diese Ver bindungen lassen sich in der unten beschriebenen Weise in dl-Hydrocortison bzw. d1-Cortison über führen. Setzt man z. B. 21-Acetoxy-4,17(20)-pregna- dien - 3,11- dion mit Osmiumtetroxyd und einem Aminoxydperoxyd nach dem erfindungsgemässen Ver fahren um, so erhält man Cortisonacetat. In gleicher Weise erhält man aus 11-ss-Oxy-21-acetoxy-4,17(20)- pregnadien-3-on das llss,17a-Dioxy-21-acetoxy- 4-pregnen-3,
20-dion (Hydrocortisonacetat). <B>11</B> a-Oxy- 21-acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on wird in gleicher Weise in lla,17c < -Dioxy-2l-acetoxy-4-pregnen-3,20- dion übergeführt, das mit Chromsäure leicht zu Cor- tisonacetat oxydiert wird (USA-Patent Nr. 2 602 769 von Murray und Peterson, veröffentlicht B.
Juli 1952) und 21-Acetoxy- 4,17(20) - pregnadien - 3 - an geht in analoger Weise in das physiologisch aktive 17a-Oxy- 21-acetoxy-4-pregnen-3,20-dion über.
Da die meisten physiologisch aktiven Steroide eine 17a-Oxy-20-keto- 21-oxy- oder -acyloxygruppierung aufweisen, beschafft das erfindungsgemässe Verfahren wirksame Methoden zur Umwandlung von .,1 17(2o)-21-Acyloxysteroiden der Pregnan- oder Allopregnanreihe in Steroide, welche mindestens einen Teil der für die Bildung physiologisch aktiver Steroide erforderlichen Struktur enthalten.
Da man viele synthetische Methoden kennt, um die d-'-3-Ketogruppe und ein 11-Sauerstoffatom in den Steroidkern einzuführen und um inaktivierende Gruppen aus diesem zu entfernen, sind ausser den durch Formel 11 dargestellten auch andere Steroide über das erfindungsgemässe Verfahren leicht in phy siologisch aktive Steroide überführbar.
Die im vorliegenden Verfahren verwendeten A 17 (20)-21-Acyloxysteroide können auf verschiedenen Wegen erhalten werden. So kann man z. B. die Reak tion von Dimrroth (Dimroth-Berichte, <B>7113,</B> 1334 [1938]) auf 17ss-Oxy-20-pregnen-steroide anwenden und erhält 21-Oxy, 21-Acetoxy- oder 21-Brom- 17(20)-pregnen-steroide, die nach bekannten Me thoden in andere 21-Acyloxysteroide umgewandelt werden können.
(Siehe Serini, britisches Patent Nr. 213630, Berichte,<B>7113,</B> 1313, 1362 [1938], USA- Patente Nrn. 2267258 und 2305727, britisches Pa tent Nr. 467 790, Miescher und Mitarbeiter, Helv. Chim. Acta 22, 120, 894 [1939], Ruzicka und Muel- ler, ibid., 22, 416, 755 [1939].) Diese Ausgangsver bindungen kann man auch nach den nachstehend und im USA-Patent Nr.
2774776 von Hogg, Lincoln und Beal beschriebenen Verfahren herstellen.
Da es in der Regel erwünscht ist, das Osmium vom Steroiden Reaktionsprodukt zu trennen, behan delt man das Reaktionsgemisch in der Regel mit einem Mittel, das wie Natriumsulfit, Schwefelwasserstoff oder dergleichen befähigt ist, das Osmium entweder als freies Osmium oder als unlösliches Salz des zu- aesetzten Anions auszufällen. üblicherweise erhitzt man dazu die Mischung mit wässrigem Natriumsulfit auf höhere Temperaturen, z. B. die Rückflusstempera- tur der Mischung.
Unter diesen Bedingungen wird eine Acetatgruppe im Reaktionsprodukt mindestens teilweise hydrolysiert, und man muss wieder acety- lieren, um ein vollständig acetyliertes Produkt zu er halten.
Vorteilhaft wird das Reaktionsprodukt mit wäss- rigem Natriumsulfit bei Zimmertemperatur oder noch niedrigerer Temperatur vermischt, um das Osmium zu entfernen. Unter diesen Bedingungen bleibt die Acetatgruppe oder eine andere leicht hydrolysierbare Estergruppe im Molekül intakt, und die beim frü heren Verfahren erforderliche Wiederveresterung wird unnötig und dadurch die Ausbeute an Steroid- produkten erhöht.
Die Anwendung geringer Osmiumtetroxydkon- zentrationen von z. B. weniger als etwa 0,02 und vorzugsweise so wenig wie 0,001 Moläquivalenten, bezogen auf das Ausgangssteroid, ergibt einen un bedeutenden Verlust an Reaktionsprodukt, der am Ende der Reaktion als Osmiumsäureester aufgefunden werden kann, wenn die Reaktionsmischung nicht hydrolysiert wird. Wenn die Anwesenheit von Osmium im Reaktionsprodukt nicht unerwünscht ist, kann man bei Anwendung der bevorzugten niedrigen Osmiumtetroxydkonzentrationen die Hydrolysierung weglassen, wodurch die Reaktion weiter vereinfacht wird.
Die ausserordentlich geringe Reaktionsgeschwin digkeit beim Arbeiten nach den früheren Verfahren verhindert bei diesen in der Regel die Verwendung dieser niedrigen Konzentrationen an Osmiumtetroxyd. Da das zur Verfügung stehende Osmiumtetroxyd nur in etwas beschränkten Mengen erhältlich ist und zudem giftig und gefährlich ist, erleichtert die An wendung dieser sehr geringen Konzentrationen die Anwendung des Verfahrens im grossen Massstab.
Präparation <I>1</I> Triäthylaminoxydperoxyd Zu 50,6 g (0,5 Mol) kräftig gerührtem Triäthyl- amin gibt man unter Kühlen im Wasserbad tropfen weise 68 g (1,0 Mol) 50%iges Wasserstoffperoxyd. Der Zusatz erfolgt mit solcher Geschwindigkeit, dass die Temperatur der Reaktionsmischung zwischen 25 und 30 C bleibt. Die Zugabe dauert etwa 15 Mi nuten.
Die erhaltene Mischung wird 4 Stunden bei 30 C gerührt und dann bei einem Druck von etwa 15 mm oder weniger und einer Badtemperatur zwi schen 40 und 50 C destilliert, bis der grösste Teil des Wassers (etwa 43 cm3) entfernt ist. Der Druck wird dann auf etwa 1 mm herabgesetzt, die Bad temperatur auf etwa 35 C reduziert und die Destilla tion fortgesetzt, bis Kristallisation eintritt und nichts mehr verdampft. Der kristalline Rückstand wird in 100 cms kaltem Aceton suspendiert, filtriert und zweimal mit je 25 eins Aceton gewaschen.
Der ge waschene Rückstand wird unter vermindertem Druck bei 30-50 C getrocknet und die 59g des erhaltenen Produktes gereinigt, indem man sie in 300 cm3 Me- thylenchlorid löst, dann 450 eins Hexankohlenwasser- stoffe Skellysolve B zusetzt und rührt, um das Aminoxydperoxyd auszufällen. Die Mischung wird während etwa 5 Stunden auf etwa 5 C gekühlt und filtriert. Der Rückstand wird mit 50 cm3 Aceton ge waschen und wie oben getrocknet.
Die Ausbeute am reinen Triäthylaminoxydperoxyd ist 57,1 g entspre chend 75,7%a der Theorie.
Präparation <I>2</I> N-Methyl-morpholinoxydperoxyd Zu einer Lösung von 26 g (0,25 Mol N-Methyl- morpholin in 100 cm3 tert. Butylälkohol gibt man unter Rühren und Einhalten der Reaktionstemperatur auf 30-35 C im Wasserbad 34 g (0,50 Mol) 50%iges Wasserstoffperoxyd.
Die erhaltene Lösung wird mit tert. Butylalkohol auf 170 eins verdünnt und 48 Stunden bei Zimmertemperatur aufbewahrt, dann mit 60 g wasserfreiem Magnesiumsulfat weitere 24 Stunden getrocknet. Man filtriert vom Magnesium sulfat ab und destilliert das Filtrat zur Trockne, wobei man kristallines N-Methyl-morpholinoxydperoxyd erhält. Man kann auch die Lösung zwecks Feststel lung des vorhandenen N-Methyl-morpholinoxyd- peroxyds titrieren und ohne Isolierung des letzteren verwenden.
Nach den in Präparation 1 und 2 beschriebenen Verfahren kann man andere Aminoxydperoxyde, wie wie z. B. Trimethylaminoxydperoxyd, N-Methyl- pyrrolidinoxydperoxyd usw., herstellen, indem man das entsprechende tertiäre Amin mit 2 Moläqui- valenten Wasserstoffperoxyd umsetzt.
Auch kann man ein Aminoxydperoxyd herstellen, indem man ein wasserfreies Aminoxyd mit einer tert. butylalkoholi- schen Lösung von 1-Moläquivalent Wasserstoff peroxyd umsetzt.
Letztere Arbeitsweise empfiehlt sich für Amine, die gegen die Bildung von Aminoxyden beständig sind, das heisst Pyridinoxyd, Chinolinoxyd, Picolinoxyd und andere tert. aromatische N-hetero- cyclische Aminoxyde.
Präparätion <I>3</I> 11 ss-Oxy-21-acetoxy-4,17 (20)-pregnadien-3-on Eine Lösung von 0,518 g 1 lfl,21-Dioxy-4,17(20)- pregnadien-3-on, dessen Herstellung im schweizeri schen Patent Nr. 337196 beschrieben ist, in 5 cm3 Pyridin wird mit 2 ein- Essigsäureanhydrid vermischt und 17 Stunden bei Zimmertemperatur gehalten, wo nach man Eis zusetzt.
Das ausgefällte 11f3-Oxy-21- acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on wird filtriert, in Benzol gelöst und dann über einer Säule von 75 g synthetischem Magnesiumsilikat Florisil chromato- graphiert. Die Säule wurde mit 75-cm3-Portionen von Lösungsmitteln der folgenden Zusammensetzung und Reihenfolge entwickelt:
Benzol, dreimal mit Hexankohlenwasserstoffen Skellysolve B plus 1 Aceton, Skellysolve B plus 5 % Aceton, Skellysolve B plus 10% Aceton, Skellysolve B plus 15% Aceton, Skellysolve B plus 20% Aceton und schliesslich mit zwei Portionen Aceton.
Die 10 bzw.<B>15%</B> Aceton ent haltenden Eluatfraktionen werden vereinigt, das Lö sungsmittel entfernt und der kristalline Rückstand aus einer Mischung von Äthylacetat und Skellysolve B umkristallisiert, wobei man eine erste Fraktion von 0,253 g (45<I>%</I>) llss-Oxy-21-acetoxy-4,17(20)-pregna- dien-3-on vom Schmelzpunkt 183-186 C erhält.
Analyse: Berechnet für C23H3204. C 74,16; H 8,66 gefunden: C<B>74,18;</B> H 8,45 C 73,95; H 8,74 In analoger Weise erhält man durch Veresterung von 21-Oxy-4,17(20)-pregnadien-3-on mit Essigsäure anhydrid das 21-Acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on. lla-Oxy-21-acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on und 11 a,21-Diacetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on werden in gleicher Weise erhalten, wenn man ein Moläqui- valent mit einem grossen überschuss an Essigsäure anhydrid, wie für lla,21-Dioxy-4,17(20)
-pregnadien- 3-on beschrieben, umsetzt.
Andere Ester des lla,21-Dioxy-4,17(20)-pregna- dien-3-ons, llss,21-Dioxy-4-17(20)-pregnadien-3-ons und 21-Oxy-4,17(20)-pregnadien-3-ons werden er halten, wenn man in der oben beschriebenen Reaktion andere Säureanhydride oder Säurechloride verwendet, wie z.
B. Propionsäureanhydrid, Benzoylchlorid, Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Oxalyl- chlorid, Trimethylacetylchlorid, Cyclopentylpropio- nylchlorid, Diäthylacetylchlorid, Phenylpropionyl- chlorid usw.
Die Ameisensäureester werden in der Regel erhalten durch Verwendung 98%iger Ameisen säure mit einem Veresterungskatalysator. Die Ester des 21-Oxy-4,17(20)-pregnadien-3,11-dions werden hergestellt durch Oxydation der entsprechenden Ester des llss,21-Dioxy-4,17(20)-pregnadien-3-ons mit Chromsäure unter milden Bedingungen. <I>Beispiel 1</I> llss,l7a-Dioxy-21-acetoxy-4-pregnen-3,20-dion <I>A.
Mit</I> Triäthanolaminoxyd-peroxyd Eine Lösung von 372 cm3 (1,0 Millimol) llss- Oxy-21-acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on in 20 cm3 warmem, über Natrium getrocknetem tert. Butyl- alkohol mit 0,04% Feuchtigkeitsgehalt wird auf 25 C gekühlt und dann mit 12,5 mg (0,05 Millimol) Osmiumtetroxyd und 0,5 cm3 Pyridin versetzt.
Die Mischung wird 45 Minuten gerührt und dann im Ver laufe einer Stunde mit 385 mg (2,5 Millimol) Tri- äthylaminoxydperoxyd versetzt. Die Lösung wird weitere 20 Minuten gerührt und dann mit 100 mg Natriumsulfit in 20 cm3 Wasser versetzt. Die Mi schung wird unter vermindertem Druck auf 10 bis 15 cm3 eingeengt und dann gründlich mit Methylen- chlorid extrahiert.
Die Extraktlösung wird über Na triumsulfat getrocknet und über 40 g synthetischem Magnesiumsilikat Florisil chromatographiert. Die Säule wird mit 200-cm3-Portionen Äthylenchlorid, die zunehmende Mengen Aceton enthalten, entwickelt. Die Eluatfraktionen mit 2,5% Acetongehalt enthalten Ausgangsmaterial.
Die Fraktionen mit 7 ,b Aceton enthalten Hydrocortisonacetat und die Fraktion mit 15% Aceton enthält 11ss,17a,20-Trioxy-21-acetoxy-4- pregnen-3-on. Man erhält so 34 mg (9%o) Ausgangs material, 54 mg (13%o) 11ss,17a,20-Trioxy-21-acetoxy- 4-pregnen-3-on und 294 mg (73 %) llss,l7a-Dioxy- 21-acetoxy-4-pregnen-3,20-dion (Hydrocortison- acetat).
Bei ähnlichen Reaktionen wurde im wesentlichen die gleiche Ausbeute an Hydrocortisonacetat erzielt, wenn man das Aminoxydperoxyd im Verlaufe von 30 Minuten oder alles auf einmal zusetzte.
Bei andern Versuchen wurde die Menge des Osmiumtetroxyds auf 6 mg (0,02 Millimol; 2,5 Mol 2ä) pro Millimol Steroid reduziert, ohne dass die Aus beute am Hydrocortisonacetat herabgesetzt wurde.
Ein weiterer Versuch unter genau den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 A., jedoch mit nur 3 mg (0,01 Millmol; 1,3 Mol%) Osmiumtetroxyd pro Millimol Steroid, ergab eine Ausbeute von 70,5 ,e Hydrocortisonacetat und 11,5% 11ss,17a,20-Trioxy- 21-acetoxy-4-pregnen-3-on.
Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 A kann man andere Hydrocortisonester, wie das Formiat, Propionat, Butyrat, Dimethylacetat, Valeriat, Tri- methylacetat, Hexanoat, Heptanoat, Octanoat, ss Cyclopentyl-propionat, Phenylacetat, Phenylpropio- nat, Diäthylacetat, saures Succinat, Benzoat, 2,
6 Dimethyl-benzoat oder dergleichen herstellen, indem man den entsprechenden 21-Monoester des llss,21- Dioxy-4,17(20)-pregnadien-3-ons verwendet. <I>B. Mit</I> N-Methyl-morpholinoxydperoxyd Zu einer Lösung von 11,4 g (0,112 Mol) N-Me- thyl-morpholin in 95 cm-' tert. Butylalkohol gibt man 6,2 cm3 (0,226 Mol) 90%iges Wasserstoffperoxyd.
Nach 19 Stunden Rühren wird die Mischung eine Stunde mit 25 g Calciumsulfat getrocknet und filtriert. Die Titration der Lösung ergab 1,46 N N-Methyl- morpholinoxydperoxyd.
Zu einer Lösung von 5,58 g (15 Millimol) 11 ss- Oxy-21-acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on in 275 cm3 über Natrium getrocknetem tert. Butylalkohol gibt man 7,5 cm?, Pyridin und 95 mg (0,36 Millimol) Osmiumtetroxyd. Die Lösung wird 30 Minuten ge rührt und dann rasch mit 25,
7 cm3 (37,5 Millimol) der oben erwähnten N-Methyl-morpholinoxyperoxyd- lösung versetzt. Die Mischung wird eine Stunde ge rührt und die Hälfte des tert. Butylalkohols bei ver mindertem Druck abdestilliert. Zum Destillations- rückstand gibt man 125 cm3 einer 5%igen wässrigen Natriumsulfitlösung und rührt die entstandene Kristall suspension eine Stunde,
wonach man weitere 200 cm3 Wasser zusetzt. Die Suspension wird über Nacht im Kühlschrank aufbewahrt und der Niederschlag ab filtriert und mit einer Mischung von 1 Teil Butyl- alkohol und 4 Teilen Wasser, dann mit Wasser allein gewaschen und die Kristalle im Vakuumofen bei 60 C getrocknet. Man erhält 4,49 g (74,2%) der Theorie 11ss,17a-Dioxy-21-acetoxy-4-pregnen-3,20- dion vom Schmelzpunkt 208-212,5 C. Nach Um kristallisieren aus Äthylacetat erhält man 4,12 g Hydrocortisonacetat vom Schmelzpunkt 215 bis 218,5 C.
Die wässrigen Filtrate enthalten 8,5 % Aus- gangssteroid, <B>5,8%</B> 11ss,17a-20-Trioxy-21-acetoxy-4- pregnen-3-on und 2 ,'0 Hydrocortisonacetat.
Analoge Reaktionen unter Verwendung von 0,3 mg Osmiumtetroxyd (0,001 Millimol) pro Milli- mol Ausgangssteroid und einer Reaktionszeit von etwa 8 Stunden ergab eine etwa 66%ige Ausbeute an Hy- drocortisonacetat.
Andere Versuche mit Chinolin oder Collidin als Aminkatalysator gaben ähnliche Ergebnisse wie mit Pyridin. Versuche ohne Aminkatalysatoren ergaben ähnliche Ausbeuten an 17a-Oxy-20-keto-21-acyloxy- steroid, wenn man die Reaktion vollständig zu Ende gehen liess.
<I>Beispiel 2</I> 17a-Oxy-21-acetoxy-4-pregnen-3,11,20-trion Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 A. wird 21- Acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3,11-dion mittels 0,02 Moläquivalenten Osmiumtetroxyd und 2,5 Moläqui- valenten Triäthylaminoxydperoxyd in über 50%iger Ausbeute in 17a-Oxy-21-acetoxy-4-pregnen-3,11,20- trion (Cortisonacetat) übergeführt.
<I>Beispiel 3</I> 3a,21-Diacetoxy-17a-oxy-pregnan-20-on Entsprechend der Arbeitsweise des Beispiels 1 B.
wird 3a,21-Diacetoxy-17(20)-pregnen mit 0,02 Mol- äquivalenten Osmiumtetroxyd und 2,2 Moläquivalen- ten N-Methyl-morpholinoxydperoxyd in tert. Butyl- alkohol, der pro Millimol Steroid etwa 3 cm?, Pyridin enthält, in das 3a,21-Diacetoxy-17a-oxypregnan-20- on übergeführt.
<I>Beispiel 4</I> 17a-Oxy-21-acetoxy-4-pregnen-3,20-dion Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 B. wird 21- Acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on mit 0,002 Mol- äquivalenten Osmiumtetroxyd und 2,5 Moläquivalen- ten N-Methyl-morpholinoxydperoxyd in das 17a-Oxy- 21-acetoxy-4-pregnen-3,20-dion übergeführt.
<I>Beispiel 5</I> 11a,17a-Dioxy-21-acetoxy-4-pregnen-3,20-dion Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 B. wird 1 l a - Oxy- 21- acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on mit 0,05 Moläquivalenten Osmiumtetroxyd und 2,2 Mol- äquivalenten N-Methyl-morpholinoxydperoxyd in das 11a,17a-Dioxy-21-acetoxy-4-pregnen-3,20-dion über geführt.
In genau gleicher Weise wird 3ss,21-Diacetoxy- 17(20)-allopregnen in 3fl,21-Diacetoxy-17a-oxy-allo- pregnan-20-on übergeführt, wobei man 0,02 Mol- äquivalente Osmiumtetroxyd und 2,2 Moläquivalente Triäthylaminoxydperoxyd verwendet.
In analoger Weise werden folgende Verbindungen unter Anwendung der gleichen Äquivalentmengen Osmiumtetroxyd und Aminoxydperoxyd in entspre chende 17a-Oxy-20-keto-steroide umgewandelt:
21 (ss- Cyclopentyl-propionyloxy)-17(20) - pregnen-3,11- dion, 2-Acetoxy-4,9(11),17(20)-pregnatrien-3-on, 21- Acetoxy-4,17(20)-pregnadien-3-on, 3a-Oxy-21-acet- oxy-17(20)-pregnen-3-on, 21-Acetoxy-9-chlor-llss- oxy-4,17(20)-pregnadien-3-on, 3-Oxy-21-acetoxy-19- normethyl-1,3,5(10),17(20)-pregnatetraen, 3,21-Di- acetoxy-19-normethyl-1,3,5 (10),17(20)
-pregnatetraen <B>USW.</B>
11 ss-Oxy-21-acetoxy-1,4,17 (20)-pregnatrien-3-on und 21-Acetoxy-1,4,17(20)-pregnatrien-3,11-dion werden in gleicher Weise in llss,17a-Dioxy-21- acetoxy-1,4-pregnadien-3,20-dion bzw. 17a-Oxy-21- acetoxy-1,4-pregnadien-3,11,20-trion umgewandelt.