CH346542A - Verfahren zur Herstellung von 1,4-Dien-3-ketonen der Steroidreihe - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von 1,4-Dien-3-ketonen der Steroidreihe

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CH346542A
CH346542A CH346542DA CH346542A CH 346542 A CH346542 A CH 346542A CH 346542D A CH346542D A CH 346542DA CH 346542 A CH346542 A CH 346542A
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Schmidt-Thome Josef Dr Prof
Rudolf Dr Junk
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Georg Dr Nesemann
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Hoechst Ag
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P33/00Preparation of steroids
    • C12P33/02Dehydrogenating; Dehydroxylating

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Description


  Verfahren zur Herstellung von     1,4-Dien-3-ketonen    der Steroidreihe         1,4-Dien-3-ketone    der Steroidreihe haben in der  letzten Zeit wegen ihrer therapeutischen Wirkung  besonderes Interesse gefunden. So zeigen das     1-De-          hydro-cortison        (41#4-Pregnadien-17a,21-diol-3,11,20-          trion)    und das     1-Dehydro-hydrocortison        (41.4-Pregna-          dien    -     11ss,17a,21    -     triol    - 3,20 -     dion)

      gegenüber den  bisher bekannten     Nebennierenrindenhormonen    er  höhte Wirksamkeit und bessere Verträglichkeit       (Science,    121, 176 [1955]).  



  Die Herstellung der genannten Verbindungen  auf chemischem Wege ist wegen der Empfindlich  keit der     Dioxyacetonseitenkette    schwierig. Bessere  Möglichkeiten bietet die biochemische     Dehydrierung     von geeigneten Steroiden mit Mikroorganismen. So  berichteten     Vischer    u.

   Wettstein     (Experientia    IX,  371 [1953]), dass Schimmelpilze der Gattung     Fusarien          @14-3-Ketone    der     Pregnanreihe    im Ring A zu     1,4-          Dienen    dehydrieren, wobei gleichzeitig die Seiten  kette abgespalten wird, wenn am     C-Atom    neben der  Seitenkette ein     H-Atom    steht.

   In einer späteren Ar  beit     (Vischer,        Meystre,    Wettstein,     Helv.    38, 835  [1955]) konnten die Autoren zeigen, dass     Fusarien     bei 17a     Oxy-substituierten        44-3-Ketonen    der     Pregnan-          reihe    im Ring A dehydrierend wirken, ohne die Sei  tenkette abzuspalten. Auch andere     Pilze,    die zur  Gattung     Calonectria,        Ophiobolus    und     Alternaria    ge  hören, konnten diese     Dehydrierung    vollziehen, wobei  kein Abbau der Seitenkette stattfindet.

   Die Autoren  beschreiben eine Reihe von so hergestellten     1,4-Dien-          3-ketosteroiden,    geben aber für ihre Versuche keine  Ausbeuten an.    Auch von andern Autoren wurde beschrieben,  dass durch Schimmelpilze     44-3-Ketone    zu     1,4-Dien-          ketonen    dehydriert werden, wobei aber gleichzeitig  die Seitenkette abgespalten oder der Ring D in einen       Lactonring    übergeführt wird     (Peterson,        Eppstein,     Meister,     Murray,        Leigh,        Weintraub,    Reinecke,

   Jour  nal     Amer.        Chem.        Soc.    75, 5768 [1953];     Fried,     Thoma,     Klingsberg,        Journ.        Amer.        Chem.        Soc.    75,  5764 [1953]). über die Ausbeuten finden sich in  den genannten Arbeiten keine Angaben.  



  Es wurde gefunden, dass man in guter Ausbeute  zu     1,4-Dien-3-ketonen    der Steroidreihe dadurch ge  langen kann, dass man     44-3-Ketone    dieser Reihe  unter     aeroben    Bedingungen der Einwirkung von  Bakterien aus der Gruppe der     grampositiven        aeroben          Sporenbildner,    insbesondere eines     Bacillus        Subtilis-          Stammes,    unterwirft.  



  Wenn man derartige Bakterien unter     submersen     Bedingungen, unter Schütteln oder     Einleiten    von  Luft züchtet und nach einer     Vorwachszeit    von 24  Stunden bis einigen Tagen eine Lösung eines 44-3  Ketosteroids in einem mit Wasser mischbaren Lö  sungsmittel zusetzt und weiter einige Stunden bis  einige Tage bebrütet, so findet eine     Dehydrierung    des  Ringes A statt, und man erhält     1,4-Dien-3-keto-          steroide,    ohne dass ein     Seitenkettenabbau    oder eine  andere Veränderung des Moleküls stattfindet.  



  So lässt sich z. B.     Reichsteins    Substanz S (44  Pregnen-17a,21-diol-3,20-dion) in     41.4-Pregnadien-          17a!,21-diol-3,20-dion    und ebenso     Cortison    (I) in       41,4_pregnadien-17a,21-diol-3,11,20-trion        (II)    über  führen:    
EMI0002.0001     
    Andere Steroide, die ebenfalls mit Bakterien aus  der Gruppe der     grampositiven        aeroben        Sporenbildner     zu     1,4-Dien-3-ketonen    dehydriert werden können,  sind z.

   B.     Hydrocortison,        11-epi-Hydrocortison,        Cor-          tison,        Cortexon,        17a-Oxy-cortexon,        Corticosteron,          11-Dehydro-corticosteron,        Aldosteron,    Progesteron  oder     Androsten-dion.    Anstelle der genannten Steroide  können auch Derivate, z. B. Ester; der     Dehydrierung     unterworfen werden.  



  Zur Aufarbeitung wird die     Fermentationslösung     mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmit  tel extrahiert, z. B. mit     Methylenchlorid,    Äthylen  chlorid, Chloroform, Äther, Essigester,     Butylacetat     oder     Butanol.    Aus der Lösung kann das     Dienketon     direkt kristallisiert oder durch     chromatographische          Adsorption        isoliert    werden.  



  Zur     Prüfung    des Verlaufs der     Fermentierung,    der  Aufarbeitung und der Reinheit der Endprodukte  eignet sich besonders die     Papierchromatographie.     Zur Charakterisierung kann die     Ultraviolettabsorp-          tion    und besonders das     Infrarotspektrum    dienen.       41,4_3-Keto-steroide    zeigen besonders im Bereich  von 6,15 lt und     6,22,u    charakteristische     IR-Absorp-          tionsbanden.     



  <I>Beispiel 1</I>  Ein     Fermentierungskolben    von 5 Liter Inhalt,  der mit     Rührer,        Lufteinleitungsrohr    und einem Zu  gabestutzen mit     Kapsenberg-Verschluss    versehen ist,  wird mit 3 Liter einer Nährlösung gefüllt, die im Liter  50g Dextrose, 20 g     Pepton    und 5 g     Cornsteep        liquor     enthält.

   Ausserdem werden 60     cm-'    einer Lösung zu  gesetzt, die 10 g     Ca(N03)2,    10 g     KCl,    5 g     KH2P04,     10 g     MgS04    -     7H20,    1 g     FeS04    und 3 g     MnS04    im  Liter enthält. Nach dem Sterilisieren wird der     Kolben,     mit einer     Abschwemmung    eines aus der Luft isolier  ten     grampositiven        sporenbildenden    Stäbchens aus  der     B-subtilis-Gruppe,    Stamm 547, beimpft.

   Das An  wachsen wird innerhalb 48 Stunden bei 28  unter  Rühren (200     U/Min.)    und Einleiten von Luft  (250     I/Stunde)    durchgeführt. Nach dieser Zeit gibt  man 1 g     Reichsteins    Substanz S, in 100     em3    Aceton  gelöst, unter sterilen Bedingungen zur Kulturlösung  zu und     inkubiert    bei 37  und 100 Liter     Luft/Min.     48 Stunden.  



  Zur Aufarbeitung wird der gesamte Kolben  inhalt durch Einengen im Vakuum auf     ein    Volumen    zwischen 200 bis 500     cm'.    gebracht. Dann sechsmal  mit 200     cm3        Methylenchlorid    extrahiert, über Na  triumsulfat getrocknet und auf ein kleines Volumen  eingeengt. Ein     aliquoter    Anteil wird     papierchromato-          graphisch    nach der Methode von     Zaffaroni    und Mit  arbeiter     (Science,    111, 6     [1950])    unter Verwendung  von Schleicher  &      Schüll-Papier    Nr. 2043 b M ge  trennt.

   Nach dem Festlegen der Zonen durch     UV-          Kontakt-Photographie    bei 240     my    werden die Zonen  mit salzsaurem Methanol extrahiert und die Lösun  gen im     Beckman-Spektrophotometer    bei 240     m;cc     quantitativ ausgemessen.

   Dabei ergeben sich folgende  Ausbeuten:       d1A-Dien        40%          Substanz        S        50'%        (zurückgewonnen)     Da die Rohlösung schlecht kristallisiert, wird sie  zur Trockne eingeengt, der Rückstand in wenig     Me-          thylenchlorid/Äthanol    (97 :

   3     v/v)    gelöst und die Lö  sung an einer Säule aus 50g      Silikagel         chromatogra-          phiert.    Die Säule wird aus 50 g      Silikagel ,    das mit  50 cm-'     969/oigem    Äthanol imprägniert, dann in     Me-          thylenchlorid    : Äthanol (97 : 3     v/v)        suspendiert    und  in das     Chromatographierrohr    gebracht wurde, her  gestellt.

   Nach dem Einbringen des Extraktes in die  Säule wird mit     Methylenchlorid    : Äthanol (97 : 3     v/v)          eluiert,    und es werden Fraktionen von je 50 cm:,  aufgefangen. Die Fraktionen 2-5 ergeben 250 mg  nicht umgesetzte Substanz S. Aus den Fraktionen  6-10 erhält man 350 mg     1-Dehydro-Substanz    S       (Z1    1,4 -     Pregnadien    - 17a, 21 -     diol    - 3,20 -     dion),    die  nach dem     Umkristallisieren    aus Aceton bei 228  bis 230  (u. Z.) schmilzt. Die optische Drehung  beträgt     [a]2    =     -E-80       3  (c = 0,521 in Äthanol).  



  Das     IR-Spektrum    zeigt die für     41,4_3-Keto-          steroide    typischen Banden, speziell die für die beiden  Doppelbindungen bei 6,15 und 5,23    <I>Beispiel 2</I>  Es wird gemäss Beispiel 1 verfahren, aber unter  Verwendung einer Nährlösung von 2,8 Liter Lei  tungswasser und 200     em3    Nährlösung wie in Bei  spiel 1 und Zusatz von 0,8 g Substanz S in 80     cm3     Aceton. Die Inkubationszeit beträgt 3 Tage.

   Gemes  sene Ausbeute:  
EMI0002.0112     
  
    d1,4-Dien <SEP> = <SEP> 600/0
<tb>  Substanz <SEP> S <SEP> = <SEP> 40 <SEP> 0/0         Aus dem     Methylenchloridextrakt    kristallisieren  nach dem Einengen auf ein kleines Volumen 300 mg       Dien-Keton    aus, das wie oben aus Aceton umkristal  lisiert werden kann.  



  <I>Beispiel 3</I>  Es wird gemäss Beispiel 1 verfahren, aber unter  Verwendung einer     Abschwemmung    eines aus der  Luft isolierten     grampositiven    schleimig wachsenden       Sporenbildners,    Stamm 582. Gemessene Ausbeute:  
EMI0003.0006     
  
    41A-Dien <SEP> 600/0
<tb>  Substanz <SEP> S <SEP> = <SEP> 40 <SEP> 0/0
<tb>  In <SEP> Kristallform <SEP> isoliert: <SEP> 300 <SEP> mg <SEP> Dien.       <I>Beispiel 4</I>  Es wird gemäss Beispiel 1 verfahren, aber unter  Verwendung von 0,80 g     Cortison,    das in 80     cm3     Aceton gelöst ist. Die Inkubationszeit beträgt 5 Tage.

    Erhalten werden 500 mg     1-Dehydro-cortison        (41,4-          Pregnadien-17a,21-diol-3,11,20-trion)    vom Schmelz  punkt 232-233  (u. Z.).  



  Das     IR-Spektrum    zeigt u. a. die für     1,4-Dien-          ketone    typischen Banden bei 6,15 und 6,23     ,u.       <I>Beispiel 5</I>  Ein     Fermentierungskolben    wie in Beispiel 1 wird  mit 3 1 einer Nährlösung gefüllt, die 2,8 1 Leitungs  wasser, 4,5 g     Comsteep-liquor,    5,8 g     KH2P04    und  9,2g     Na,HP04    enthält.

   Nach dem Sterilisieren wird  der Kolben mit einer     Abschwemmung    der Kultur  eines aus der Luft isolierten     grampositiven        sporen-          bildenden    Stäbchens aus der     B-subtilis-Gruppe        be-          impft.    Unter Rühren (200     U./Min.)    und Einleiten  von Luft (100     1/Stunde)    lässt man bei 28  etwa 24  Stunden     vorwachsen.    Dann gibt man 1 g     Cortison,     in 100     cm3    Aceton gelöst,

   unter sterilen Bedingun  gen zur Kulturlösung zu und     inkubiert    etwa 48  Stunden bei     3111    unter Einleiten von Luft (100 1 pro  Stunde).  



  Die Aufarbeitung erfolgt, wie in Beispiel 1, durch  Extraktion mit     Methylenchlorid.    Aus der     Methylen-          chloridlösung    erhält man durch Einengen das     1-De-          hydro-cortison.     



  <I>Beispiel 6</I>  Eine wie in Beispiel 1 hergestellte Nährlösung  wird mit einer     Abschwemmung    einer B.     subtilis-          Kultur    beimpft. Dann setzt man eine Lösung von  1 g     Cortison    in 100     cm3    Aceton zu und bebrütet  den Ansatz bei     31     etwa 3 Tage lang (Luft 100 1  pro Stunde).  



  Nach Aufarbeitung wie in Beispiel 5 erhält man       1-Dehydro-cortison.     



  <I>Beispiel 7</I>  Es wird gemäss Beispiel 5 verfahren unter An  wendung von 0,8 g     Hydrocortison    in 100     cm3     Aceton und einer     Bebrütungszeit    von etwa 48  Stunden.    Nach Extraktion der Kulturlösung wie in Bei  spiel 5 und Einengen der     Methylenchloridlösung     kristallisiert das     1-Dehydro-hydrocortison    aus     (41.4-          Pregnadien-l        lss,17 ,21-triol-3,20-dion).     



  Es     schmilzt    bei 240-241  NIL) -     +    l02        (Dioxan).    Das     IR-Spektrum    zeigt u. a. die für     1,4-          Dienketone    typischen Banden bei 6,16 und 6,23     ,u.       <I>Beispiel 8</I>  Es wird gemäss Beispiel 6 verfahren unter An  wendung von 1,0g     Hydrocortison    in 100     cm3    Aceton  und einer     Bebrütungszeit    von etwa     3i/2    Tagen. Nach  der Aufarbeitung wie in Beispiel 7 erhält man       1-Dehydro-hyd'rocortison.     



  <I>Beispiel 9</I>  Es wird gemäss Beispiel 1 verfahren, aber unter  Verwendung von 3 1 Nährboden mit 6 g Hefe  extrakt, 4,5 g     Comsteep        liquor,    5,8g     KH2P04    und  9,2g     Na2HP04.    Nach dem Sterilisieren wird der       Fermentierungskolben    mit einer     Abschwemmung     des in Beispiel 3 verwendeten Stamm 582 beimpft.  Das Anwachsen wird innerhalb 24-36 Stunden bei  30  unter Rühren (220     U./Min.)    und Einleiten von       Luft        (l00     durchgeführt.

   Nach dieser Zeit  gibt man 1 g     Cortison    in 100     cm3    Aceton gelöst,  unter sterilen Bedingungen zur Kulturlösung zu und       inkubiert    bei obigen Bedingungen fünfmal 24 Stun  den. Man erhält     701/o,        1-Dehydro-cortison.     



  <I>Beispiel 10</I>  Es wird gemäss Beispiel 9 verfahren, aber unter  Verwendung von 3 1 Nährboden mit 30 g Hefe  extrakt, 5,8 g     KH2P04    und 9,2 g     Na2HPO4.    Das       Steroid    (1 g     Cortison    in 100     cm3    Aceton gelöst)  wird sofort nach dem Impfen des     Fermentes    mit  den Bakterien, Stamm 582, zugegeben. Die Inkuba  tionszeit betrug 6 Tage, die     Inkubationstemperatur          35 C.        Man        erhält        72%        1-Dehydro-cortison.     



  <I>Beispiel 11</I>  Es wird gemäss Beispiel 9 verfahren, aber unter  Verwendung von 3 1 Nährboden mit 6 g Sojamehl,  4,5 g     Cornsteep        liquor,    5,8g     KH.P04    und 9,2 g       Na2HP04    und 1 g     Hydrocortison,    gelöst in 100     cm3     Aceton. Die Inkubationszeit betrug 5 Tage. Gemes  sene Ausbeute:  
EMI0003.0098     
  
    1-Dehydro-hydrocortison <SEP> 41%  Hydrocortison <SEP> 44%

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von 1,4-Dien-3- ketonen der Steroidreihe, dadurch gekennzeichnet, dass man 44-3-Ketone dieser Reihe unter aeroben Bedingungen der Einwirkung von Bakterien aus der Gruppe der grampositiven aeroben Sporenbildner unterwirft. UNTERANSPRüCHE 1.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Stamm von Bacillus subtilis verwendet. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die d4-3 Ketone bei einer Temperatur von etwa 20 bis etwa 45 der Einwir kung von Bacillus subtilis unterwirft. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man als Lösungsmittel für das Steroid ein Keton verwendet.
CH346542D 1955-06-18 1956-06-16 Verfahren zur Herstellung von 1,4-Dien-3-ketonen der Steroidreihe CH346542A (de)

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