Verfahren zur Herstellung von Tachysterol oder andern Verbindungen mit Tachysterolstruktur Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Tachysterol oder andern Trans- Verbindungen der Formel:
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worin R ein gesättigter oder ein eine oder mehrere Doppelbindungen aufweisender aliphatischer Kohlen wasserstoffrest ist, oder von Estern dieser Verbin dungen.
Unter einem Tachysterol wird eine Verbindung verstanden, die durch Bestrahlung mit Ultraviolett licht einer Lösung eines 3-Hydroxy-delta-5,7-sterols entsteht, welches im Absorptionsspektrum ein Maximum bei 2810 A aufweist.
Die oben angegebene Struktur ist in einer Publi kation von Inhoffen [Chemische Berichte 87, 1407 bis 1425 (l954)] angegeben.
Es wurde nun gefunden, dass man, Tachysterol oder Transverbindungen der Formel I oder Ester dieser Verbindungen dadurch herstellen kann, dass einer neutralen oder schwachalkalischen Lösung einer Cis-Verbindung der Formel:
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die bei 2625 10 A ein Maximum im Absorptions- spektrum hat, oder eines Esters einer solchen Ver bindung, ein Katalysator zugesetzt wird, der Cis- Isomere in Trans-Isomere umwandelt.
Präcalciferol, eine Verbindung der Formel II, entsteht z. B. bei Bestrahlung von 3-Hydroxy- delta-5,7-sterol mit Ultraviolettlicht und hat bei 2625 10 A ein Maximum im Absorptionsspek trum.
Es ist bekannt, d'ass es verschiedene Steroide gibt, die an der Stelle 3 des Sterolskelettes eine Hy- droxylgruppe gebunden haben und bei denen zwi schen den Kohlenstoffatomen 5, 6 und 7, 8 je eine Doppelbindung auftritt.
Entsprechend der vorstehend angegebenen Defi nition gibt es verschiedene Verbindungen, die alle als Tachysterol bezeichnet werden; können, z. B. Tachystero12, eine Verbindung, welche man beispiels weise durch Bestrahlung von Ergosterol bzw. durch Reduktion des Bestrahlungsproduktes erhalten kann.
Entsprechend der hier angewandten Bezeichnungen des Bestrahlungsproduktes von Ergosterol nennt man das Bestrahlungsprodukt von 7-Dehydrocholesterol, Tachysterol3. Das aus Tachysterol, durch Reduktion erhaltene Produkt kann als Dihydrotachysterol, be zeichnet werden.
Es ist bekannt, dass Dihydrotachy- sterol, eine Verbindung ist, die einen stark erhöhen den Einfluss auf den, Calciumspiegel des Blutes hat. Die Anmelderin hat gefunden, dass dies auch zutrifft bei Dihydrotachysterol, enthaltenden Gemischen.
Windaus hat in Annalen der Chemie Bd. 499, Seiten 190 und ff. von 1932 ein Verfahren, beschrie ben, um durch Ultraviolettbestrahlung von Ergosterol Tachystero4 herzustellen. Der Verfasser meldet, dass Tachysterol2 bei Ultraviolettbestrahlung aus Ergo- sterol erzeugt wird, und dass die Umwandlung bei Anwendung von Ultraviolettlicht mit einer Wellen- läng e von weniger als 2840 A besonders ausgeprägt ist.
Indem das rohe Bestrahlungsgemisch, nach vor hergehender Entfernung von nicht umgewandeltem Ergosterol, mit 3,5 Dinitro-4methyl-benzoylchlorid in Pyridin gelöst wird, entsteht der entsprechende Ester von Tachystero12. Diese Verbindung lässt sich aus Aceton umkristallisieren und schmilzt bei 154 bis 155 .
Diese Herstellung von Tachystero12 hat verschie dene Nachteile.
In der Praxis gibt es eine geringe maximale Aus beute an Tachystero4 pro Zeiteinheit und Lichtquant bei der Bestrahlung.von Ergosterol mit kurzwelligem Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge, bei der die Ausbeute an Tachysterol pro Lichtquantum maximal ist (bei einer Wellenlänge von weniger als 2840 A). Man verwendet für die Bestrahlung mit Licht des angegebenen Wellenlängenbereiches Niederdruck Quecksilber-Dampfröhren.
Diese Röhren haben eine verhältnismässig geringe Leistung. Infolgedessen müssen viele Röhren verwendet werden oder die Reaktion muss längere Zeit fortgesetzt werden, um eine zufriedenstellende Ausbeute zu erhalten.
Ein anderer Nachteil ist der, dass bei der Be strahlungsreaktion eine grosse Anzahl von Neben produkten erzeugt wird, und dass die Isolierung und Reinigung von Tachysterol, verhältnismässig um- ständlich ist.
Wenn man nun, gemäss der Erfindung, das Tachysterol oder dessen Ester aus Präcalciferol oder dessen Estern herstellt, werden die obgenannten Nachteile vermieden.
Ein Verfahren zur Herstellung des gemäss der Erfindung erforderlichen Ausgangsmaterials der For mel II, z. B. Präcalcifero4 aus Ergosterol oder eines andern Präcalciferols aus 7-Dehydrocholesterol (so genanntes Präcalcifero13), ist durch Velluz in Bulle tin Soc. Chin. 1949, Seite 501 beschrieben.
Katalysatoren, die die Umwandlung von Cis- in Trans-Verbindungen zustande bringen können, sind z. B. Jod oder Eosin unter der Wirkung von Licht, das während der Reaktion absorbiert wird.
Die Erfindung ist besonders von Bedeutung, um aus Präcalciferol, oder aus Präcalciferol, bzw. aus den Estern derselben, Tachysterol, oder Tachystero13 bzw. die Ester derselben herzustellen.
Es ist sehr wichtig, dass während der Reaktion das Lösungsmittel keine saure Reaktion aufweist. Es wurde gefunden, dass sogar die Bildung von Säure spuren einen beeinträchtigenden Einfluss auf die Aus beute an Tachysterol hat. Aus diesem Grunde ist es empfehlenswert, dem verwendeten: Lösungsmittel eine Verbindung zuzusetzen, die dazu fähig ist, gege benenfalls erzeugte Säuren zu binden.
Solche für diesen Zweck geeignete Verbindungen sind z. B. tertiäre Amine, die den Katalysator nicht inaktivieren, wie Pyridin, Kollidin und Chinolin.
Da auch die verwendeten Lösungsmittel unter der Wirkung des Katalysators eine Säure bilden könnten, ist es empfehlenswert, das Lösungsmittel mit einiger Sorgfalt auszuwählen. Dazu besonders geeignet sind Kohlenwasserstoffe einzeln, oder im Gemisch, z. B. Petroleumäther, Ligroin, Benzin. Weiter wurden sehr gute Resultate mittels Benzol, Toluen und Zyklohexan erzielt.
Es können auch Äther, z. B. Diäthyläther, und weiter Schwcfelkohlenstoff verwendet werden. Wenn die Umwandlung von Präcalciferol in Tachysterol in einer Flüssigkeit stattfindet, die im vorangehenden Abschnitt erwähnt wurde und kein säurebindendes Mittel beigefügt wird, so ist es empfehlenswert, die Konzentration von Präcalciferol niedrig zu halten, das heisst niedriger als 1 mg Präcalciferol pro 100 cm3 Lösungsmittel, da sonst das sogenannte Isotachysterol entsteht.
Diese Verbindung hat wahr- scheinlich die Formel:
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Es hat sich erwiesen, dass die erfindungsgemässe Umwandlung von Präcalciferol in Tachysterol wenig von dem Vorhandensein von Produkten beeinträch tigt wird, die bei der Bildung von Präcalciferol ent stehen, z. B. die Nebenprodukte, der Bestrahlung eines 3-Hydroxy-delta-5,7-sterols.
Zur Herstellung eines Tachysterols oder eines Esters desselben kann man daher sowohl von dem rohes Präcalciferol enthaltenden. Produkt als auch von Präcalciferolen oder den Estern derselben aus gehen, die einer Reinigung unterworfen werden.
Um ein möglichst reines Tachysterol oder ein Ester desselben herzustellen, ist als Ausgangsmaterial vorzugsweise ein möglichst reines Präcalciferol oder ein, Ester desselben zu wählen. Man kann Präcalci- ferol am einfachsten in dem reinen Zustand gemäss dem Verfahren nach Velluz herstellen.
Eine möglichst grosse Ausbeute an Tachysterol, berechnet nach 3 Hydroxy-delta-5,7-sterol, wird hin gegen erzielt, wenn das rohe Bestrahlungsprodukt eines 3-Hydroxy-5,7-sterols ohne Zwischenreinigung dem Einfluss des Katalysators unterworfen wird.
Bei der Bestrahlungsreaktion wird nämlich sowohl ein Präcalciferol als auch ein Tachysterol erzeugt. In folge der Umwandlung von Präcalciferol in Tachy- sterol mittels eines Katalysators, wird die Maximal- erzeugung von Tachysterol, berechnet, nach 3 Hy- droxy-delta-5,7-sterol oder einem Ester desselben,
als Ausgangsprodukt erzielt.
Wenn das rohe Bestrahlungsprodukt von einem 3-Hydroxy-delta-5,7-sterol als Ausgangsprodukt zur Herstellung eines Tachysterols verwendet wird, ist es möglich, die katalytische Umwandlung des erzeug ten Präcalciferols in ein Tachysterol in demselben Lösungsmittel durchzuführen, das bei der Bestrah lung verwendet wurde; wenigstens, wenn die Lösung sich dazu eignet, die katalytische Umwandlung in ihr stattfinden zu lassen. Solche Lösungsmittel sind z. B. Benzen, Zyklohexan oder Diethyläther.
Die Reinigung des rohen Tachysterols braucht dem Fachmann keine besonderen Schwierigkeiten, zu bereiten. Wenn das Tachysterol dadurch erhalten, ist, dass das rohe Bestrahlungsprodukt mit dem Kataly sator behandelt wurde, so dass das rohe Tachysterol noch 3-Hydroxy-delta-5,7-sterol enthalten wird, kann letztere Verbindung durch Umkristallisierung oder durch Ablagerung mit Digitonin leicht entfernt werden.
Aus dem Rest kann das Tachysterol da durch isoliert werden, dass die Verbindung in ein leicht kristallisierbares Ester umgewandelt wird, z. B. ein Ester von 3,5-Dinitro-4-methyl-benzoesäure.
Die Umwandlung von Präcalciferol in Tachy- sterol lässt sich nicht mit Gewissheit erklären. Auf Grund der gemäss der Erfindung erzielten Resultate kann angenommen werden, dass ein Präcalciferol, anders als bisher vorausgesetzt wurde, nachstehende Cis-Struktur besitzt:
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In dieser Formel hat R dieselbe Bezeichnung wie auf Seite 1 angegeben ist.
Aus dieser Formel ist er sichtlich, dass ein Präcalciferol als ein Cis-Isomer eines Tachysterols betrachtet werden kann, welches Trans-Struktur besitzt.
<I>Beispiele</I> 1. Durch alkalische Hydrolyse von 3,5-Dinitro- benzoesäure-ester von Prävitamin D2 (Ve11uz u. a. Bulletin Soc. Chim. 2949, Seite 501 ff.) wurde Prä- vitamin D2 als farbloser, harzartiger Stoff mit einem Ultraviolettabsorptionsmaximum bei 2630 A erhal ten. Davon wurde 199 mg in 100 cm3 Petroleumäther (Siedestrecke 40 bis 60 ) gelöst.
Dieser Lösung wurde eine Lösung von 0,25 mg Jod in 0,1 em3 Petroleumäther zugesetzt. Das Gemisch wurde in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Glühlampe von 200 W belichtet. Nach 10 Minuten ergab sich bei spektro-photometrischer Untersuchung, dass das Ultraviolettabsorptionsspektrum der Lösung, die für Tachysterol, kennzeichnende Form aufwies, das heisst mit einem Absorptionsmaximum bei 2810 A.
2. Eine 0,2 %-Lösung von Ergosterot in Äthanol wurde mit Ultraviolettlicht längerer Wellenlängen als 2650 A belichtet.
Die Bestrahlung wurde fortgesetzt, bis 35% des Ergosterols umgewandelt war. Aus der auf diese Weise erhaltenen Lösung, die nicht nur nicht umgewandeltes Ergosterol, sondern auch eine grosse Menge Prävitamin D2 und eine kleine Menge Lumistero12 und Tachystero12 enthielt, wurde der grösste Teil des nicht umgewandelten Ergosterols da durch entfernt,
dass die Lösung schnell bei Zimmer temperatur auf ein kleines Volumen eingedampft wurde, worauf der Rest bei -5 C kristallisiert und das niedergeschlagene Ergosterol abfiltriert wurde. Das auf diese Weise erhaltene Filtrat wurde im Vakuum trockengedampft. Von dem Rest wurde 1,5 mg in<B>100</B> cm3 Zyklohexan gelöst. Diese Lösung wies ein Ultraviolettabsorptionsmaximum bei 2630 A auf; E i % des gelösten Stoffes ist 193.
Der Zyklohexanlösung wurde 0,02 mg Jod in 0,15 cm3 Zyklohexan zugesetzt. Nach einer Belich tung von 10 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Lampe von 200 W wurde das Ultraviolett absorptionsspektrum gemessen. Es ergab sich, dass es ein Maximum bei 2800 A (Ei% des gelösten Stoffes = 302) hatte, was auf die Bildung von Tachy- sterol2 aus Prävitamin D2 deutete.
3. 500 mg Prävitamin D2 wurde in 30 cm-' Di- äthyläther gelöst, dem 10 mg Pyridin zugesetzt wor den war. In der Lösung wurde 10 mg Jod gelöst, worauf das Gemisch in einem Glaskolben, in dem die Luft durch Stickstoff ersetzt war, während 40 Minuten in diffusem Tageslicht gehalten wurde. Nach dieser Zeitspanne wurde das Gemisch in einem Scheidetrichter unter Stickstoff mit einer verdünnten Thiosulfatlösung geschüttelt, um das Jod zu entfer nen.
Die ätherische Lösung wurde nach Trocknen abdestilliert, der Rest wurde in einigem cm3 Benzen gelöst, das im Vakuum abdestilhert wurde, um Feuchtigkeitsspuren zu entfernen. Der Rest wurde in 5 cm3 wasserfreiem Benzen gelöst, worauf dieser Lösung 3 cm3 wasserfreies Pyridin und darauf eine Lösung von 0,5 g 3,5-Dinitro-4-methyl-benzoyl- chlorid in Benzol zugesetzt wurde,
unter Abschluss gegen Feuchtigkeit und in einer Stickstoffatmosphäre. Nachdem das Gemisch bei Zimmertemperatur wäh rend 18 Stunden aufbewahrt worden war, wurde Tachystero12 Dimtro-methyl-benzesäureester dadurch isoliert, dass dem Reaktionsgemisch Diäthyläther und Wasser zugesetzt wurde und der ätherische Extrakt mit verdünnter Säure, wässeriger Bicarbonatlösung, einer Salzlösung und Wasser gewaschen wurde, worauf der Extrakt getrocknet und einer Vakuum destillation unterworfen wurde.
Der Ester wurde aus Aceton umkristallisiert und ergab sich entsprechend dem Mischschmelzpunkt und der Röntgenaufnahme pulverisierter Präparate- identisch mit auf andere Weise hergestellten Tachysterol2 Estern.
Das daraus durch alkalische Hydrolyse zu erhaltende Tachystero12 hat in einer Ätherlösung ein Ulltraviolettabsorptions- spektrum, das dem eines auf andere Weise herge stellten Tachystero12 Präparats identisch ist mit einem Ultraviolettabsorptionsmaximum von 2810 A (E1% = 700). Auch das Infrarotabsorptionsspektrum ist identisch mit dem eines bekannten Tachystero12 Präparats.
4. 2 mg Prävitamin D2 wurde in 100 cm3 Zyklo- hexan gelöst. Der Lösung wurde etwa 0,25 cm3 einer gesättigten Lösung von Eosin in Zyklohexan zugesetzt. Die Lösung wurde in einem Glaskolben in dem direkten Sonnenlicht belichtet.
Nach 30 Minuten wurde das Ultraviolettabsorptionsspektrum be- stimmt. Das Maximum bei 2630 A des Prävitamins D2 war nach 2700-2800 A verschoben, woraus die Bildung von Tachysterol2 ersichtlich war.