DD268957A1 - Verfahren zur herstellung von ketosteroiden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 13b-Alkyl-4-gonen-3,17-dionen der allgemeinen Formel 1, in der R1CH3, C2H5 darstellt. Hierbei werden die Ausgangsverbindungen der allgemeinen Formel 3, in der R1 die vorgenannte Bedeutung besitzt und R2CH3 darstellt, in hohen Konzentrationen in organischen Loesungsmitteln mit Schwefelsaeure versetzt und in einer exotherm verlaufenden Kurzzeitreaktion in die Verbindungen der allgemeinen Formel 2 umgewandelt, und letztere ohne Zwischenisolierung mit Chrom-(VI)-verbindungen in einer 2 Phasenoxydation in die 17-Ketosteroide ueberfuehrt.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 13ß-Alkyl-4-gonen-3,17-dionen aus 13ß-Alkyl-3-alkoxy-2,5(10)-gonadien-17ß-olderivaten.

13ß-Alkyl-4-gonen-3,17-dionderivate sind wichtige Zwischenprodukte zur Synthese hochwirksamer Arzneimittel wis Norethisteron und Norgestrel.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die zunehmende Bedeutung der 19-Norsteroide als anabole und gestagene Wirkstoffe führte zur Entwicklung verschiedener Synthesevarianten für die Überführung von 13ß-Alkyl-3-alkoxy-2,5(10)-gonadien-17ß-ol-derivaten in die entsprechenden 13ß-Alkyl-4-gonen-3,17-dionderivate. Mit diesen Arbeiten wurden 2 Hauptrichtungen herausgebildet.

A. Überführung der 13ß-Alkyl-3-alkoxy-2,5(10)-gonadien-17ß-ol-derivate in die entsprechenden 17-Ketoderivate mittels Oppenaueroxydation, Ethinierung des 17-Ketons und nachfolgende Enoletherspaltung und Umlagerung unter bevorzugter Verwendung von Methanol/Salzsäure.

B. Enoletherspaltung und Umlagerung der 13ß-Alkyl-3-alkoxy-2,5(10)-gonadien-17ß-ol-derivateunterbevorzugt8rVerwendung von Methanol/Salzsäure, Oxydation der so dargestellten 3-Keto-A⁴-17ß-ol-derivate zu den entsprechenden 3,17-Diketo-A⁴-derivaten und nachfolgende Ethinierung zu Norethisteron bzw. Norgestrel.

Die unter A aufgezeigte Methode wurde insbesondere mit der Entwicklung der industriellen Totalsynthese von 19-Norsteroiden angewendet. So beschreiben C. Ruger u.a. (Liebigs Ann. Chem. 702,141 bis 148 [1967]) die Überführung von 13ß-Ethyl-3-methoxy-2,5(10)-gona-dien-17ß-ol mittels Oppenaueroxydation unter Verwendung von Aluminium-isopropylat und Methylethylketon in das 17-Ketoderivat mit einer Ausbeute von 94%. Die nachfolgende Ethinierung erfolgt mit einer Ausbeute von 85%. Enoletherspaltung und Umlagerung im System Methylenchlorid/Methanol/Salzsäure ergeben Norgestrel mit einer Ausbeute von 52% über die Stufen Ethinierung, Enoletherspaltung und Umlagerung, unter Einbeziehung der Oppenaueroxydation ist das eine Gesamtausbeute von 44%. Aus diesen Ausbeuteangaben ist für die Stufe Enoletherspaltung/ Umlagerung eine Ausbeute von 61 % zu errechnen

Die Nachteile dieser Synthesevariante zur Herstellung von 17-Ketosteroiden bzw. 17u-Ethinylsteroiden bestehen in

— der aufwendigen Oppenaueroxydation mit einer Reaktionszeit von 10 Std., einer langwierigen Aufarbeitung und

— den nur mäßigen Ausbeuten in der Stufe Enoletherspaltung/Umlagerung.

Hier muß außerdem erwähnt werden, daß 13ß-Alkyl-3-alkoxy-2,5(10)-gonadien-17ß-ol bzw. 17-on-derivate unter den Bedingungen der Oppenaueroxydation sowie den erforderlichen aufwendigen Aufarbeitungsoperationen leicht einer Rearomatisierung unterliegen. Die so dargestellten Oxydationsprodukte enthalten in der Regel einen erhöhten Aromatenanteil. Die unter B aufgezeigte Methode ist in unterschiedlichen Ausführungsformen vielfach angewendet worden. So beschreiben: A. L. Wilds u. a. (J. Am. Chem. Soc. 75,5366 [1953]) die Synthese von 19-Nortestosteron aus 13ß-Methyl-3-methoxy-2,5(10)-

gonadien-17ß-ol über die Stufen

— Enoletherspaltung unter Verwendung von Oxalsäure

— Umlagerung (88%) unter Verwendung von Methanol/Salzsäure (Gesamtausbeute 66%).

— A. J. Birch u. a. (Australien J. Chem. 8,519 [1955]) die Synthese von D-Homo-19-Nortestosteron aus dem entsprechenden D-Homo-3-methoxy-2,5(10)-estradien-17aß-ol unter Verwendung von Methanol/Salzsäure mit einer Ausbeute von 74%.

— L. Miramontes u.a. (J. Am. Chem. Soc. 73,3540 (1951)/75,4440 [19'53]) die Enoletherspaltung und Umlagerung des 3-Methoxy-19-nor-2,5(10)-pregnadien-20-ol mit Methanol/Salzsäure zum entsprechenden 3-Keto-A⁴-Derivat, «velches unter Verwendung von CrO₃/AcOH mit einer Gesamtausboute von 55% zum 19-Norprogesteron oxydiert wird.

18,19-Bis-norprogesteron wurde von N. A. Nelson u. a. (J. Am. Chem. Soc. 79,6313 [1957]) nach der von L. Miramontesbeschriebenen Reaktionsfolge in einer Gesamtausbeute von 22% erhalten.

In der Stufe Enoletherspaltung/Umlagerung wurden von J. J. Brown u.a. (J. Org. Chem. 26,5033 [1961]) aus 3-Methoxy-20-

ethylendioxy-19-nor-2,5(10)-pregnadien-11ß,16a,17a,21-tetrol unter Verwendung von Methanol/Schwefelsäure 40% 19-Nor-16a-hydroxy-cortisol erhalten.

Die aus der Literatur zugänglichen Ausbeuteangaben für die Enoletherspaltungs- und Umlagerungsreaktionen betragen

durchschnittlich 60 bis max. 80% und zeigen klar auf, daß die bevorzugt angewendeten Systeme Methanol/Saizsäure sowieauch Methanol/Schwefelsäure nicht besonders gut für diese Reaktionen geeignet sind.

Diese Einschätzung trifft auch für die aus der Literatur aufgezeigten Reaktionsfolgen und Bedingungen Enoletherspaltung/ Umlagerung und nachfolgende Oxydation mit einer Gesamtausbeute von 55% bis max. 60% zu. Für die Stufe Oxydation von 13ß-Alkyl-4-gonen-3-on-17ß-ol-derivaten wurdon mit der Einführung der Jones-Oxydation (J. Chem. Soc. 1946,39) in Bezug auf die Ausbeute wesentliche Verbesserungen erzielt, doch sind die für dieses Verfahren

möglichen Steroidkonzentrationen von 2 bis 5% für die technische Anwendung denkbar ungünstig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein verbessertes, allgemein anwendbares Verfahren für die Enoletherspaltung/Umlagerung von 13ß-Alkyl-3-alkoxy-2,5(10)-granadien-17ß-ol zu 13ß-Alkyl-4-gonen-3-on-17ß-ol und nachfolgender Chromsäureoxydation zu den 13ß-Alkyl-4-gonen-3,17-dion-derivaten in einem sog. Eintopfverfahren, das technologisch einfach und ökonomisch günstig durchführbar ist und auch Voraussetzungen für die einfache Abtrennung der anfallenden Chrom-lll-verbindungen schafft.

Darlegung des Wesens dar Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes- (oder auch Eintopf-)Verfahren zur Eno'etherspaltung/Umlagerung von 13ß-Alkyl-3-alkoxy-2,5(10)-gonadien-17ß-ol-derivatenzu den 13ß-Alkyl-4-gonen-3-on-17ß-ol-derivaten und nachfolgender Chromsäureoxydation zu den 13ß-Alkyl-4-gonen-3,17-dion-derivaten bereitzustellen, nach dem die Durchführung der Reaktionen in hohen Konzentrationen, technologisch einfach in hohen Ausbeuten zu den Zielprodukten führt. Erfindungsgemäß werden 13ß-Alkyl-4-gonen-3,17-dione der allgemeinen Formel 1, in der R₁ = CH₃₁C₂H₆ darstellt, dadurch hergestellt, daß Verbindungen der allgemeinen Formel 3, in der

R, = CH₃, C₂H₅ und R₂ = CH₃ bedeutet,

in hohen Konzentrationen in organischen Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen unter Zusatz von Schwefelsäure bei Reaktionstemperaturen oberhalb 5O⁰C in einer exotherm verlaufenden Reaktion zu den Verbindungen der allgemeinen Formel 2, in der Ri die obengenannte Bedeutung besitzt, umgesetzt i:nd ohne Zwischenisolierung in organischen Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen unter Zusatz tertiärer Amine und organischer oder anorganischer Säuren oder der entsprechenden Aminsalze mit Chrom(VI)-verbindungen in einer 2-Phasenoxydation in die 17-Ketosteroide der allgemeinen Formel 1, in der Ri die obengenannte Bedeutung, überführt werden.

Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise werden die Verbindungen der allgemeinen Fo. mel 3 in so hohen Konzentrationen eingesetzt (1 kg, 31 Lösungsmittel), daß Suspensionen vorliegen, die man au' eine Temperatur von 5O⁰C bis 58⁰C einstellt. Unter diesen Bedingungen wird die Suspension innerhalb von 2 bis 15 Minuten mit Schwefelsäure versetzt, wobei die Enoletherspaltung und Umlagerung der Doppelbindung zu den Verbindungen der allgemeinen Formel 2 in einer exotherm

verlaufenden Kurzzeitreaktion erfolgt. Diese Verfahrensweise gewährleistet einen minimalen Verbrauch an Schwefelsäure von 0,8ml bis maximal 5ml Schwefelsäure pro Mol Steroid, wobei mit der Kurzzeitreaktion die Bildung von Nebenprodukten weitgehend ausgeschlossen wird. Das für diese Verfahrensweise der Enoletherspaltung und Umlagerung bevorzugt verwendete Lösungsmittel ist Aceton, das schließt aber keinesfalls die Anwendung weiterer Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische wie andere Ketone oder Gemische von Ketonen mit halogenierten Kohlenwasserstoffen aus. Die Durchführung der 2-Phasenoxydation erfolgt in Lösungsmitteln wie Methylenchlorid, Chloroform, Dichlorethar. oder auch in aromatischen Kohlenwasserstoffen, wobei auch der Einsatz von Lösungsmittelgemischen der obengenannten Lösungsmittel möglich ist. Hierzu werden die woitgehend eingeengten Rückstände der Enoletherspaltungs-Umlagerungsreaktion in ein Gemisch von ζ Β. Chloroform, Triethylamin, Schwefelsäure gegeben und bei 0°C bis 35°C vorzugsweise bei Raumtemperatur unter Zusatz von Chrom-)Vl)-verbindungen, vorzugsweise von Chromschwefelsäure zu den Diketosteroiden der allgemeinen Formel 1 oxydiert, wobei auch in dieser Reaktionsstufe die bereits genannten hohen Konzentrationen durch das 2 Phasenverfahren gewährleistet sind.

Die bei dieser Oxydation eingesetzten tertiären Amine können Pyridin oder Pyridinderivate sowie Trialkylamine wie Triethylamin Ethyldiisopropylamin u. a. oder bifunktionelle tertiäre Amine₍wie z. B. Derivate des Ethylendiamins darstellen. Die für diese 2-Phasenoxydation erforderlichen tertiären Aminsalze werden durch Zusatz entsprechender organischer Säuren.wie z. B. Essigsäure u. a. oder anorganischer Säuren wie z. B. Schwefelsäure u. a. zu den Aminen unmittelbar vor Durchführung der Reaktion hergestellt.

Die erfindungsgemäße Kombination der Enoletherspaltung/Umlagerung mit der 2 Phasenoxydation zu einem sogenannten Eintopfverfahren gewährleistet die Darstellung der Diketosteroide der allgemeinen Formel 1 in Ausbeuten bis zu 82% bei geringer Bildungsrate von Nebenprodukten. Dabei wird durch die so möglich gewordene Durchführung der Reaktion in hohen Konzentrationen eine wesentlich bessere Nutzung der Anlagen sowie eine hohe Arbeitsproduktivität erreicht. Die nachfolgend angeführten Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern, ohne es in irgendeiner Weise einzuschränken.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

13ß-Methyl-gon-4-en-3,17-dion

200g 13ß-Methyl-3-methoxy-gona-2,5(10)-dien-17ß-ol werden in 560ml Aceton unter Rühren und Erwärmen gelöst und diese Lösung auf eine Temperatur von 50°C eingestellt. Bei dieser Temperatur werden innerhalb von 3 bis 5Min. 22 ml eines Säuregemisches, bestehend aus 2,75ml Schwefelsäure, 8,25ml Wasser und 11ml Aceton zum Reaktionsgemisch gegeben, dabei steigt die Reaktionstemperatur bis auf 58⁰C an. Nach der Zugabe des Säuregemisches wird die Reaktionslösung nochi 5 Min. am Rückfluß erhitzt, dann durch Zusatz von Natriumbikarbonatlösung auf pH 6,5 eingestellt und anschließend im Vakuumrotationsverdampfer eingeengt. Zur vollständigen Entfernung des Lösungsmittels wird der Destillationsrückstand mehrfach unter Zusatz von Chloroform zur Trockne eingeengt.

Der Destillationsrückstand wird dann in einem Gemisch aus 137ml Triethylenamin, 550ml Chloroform und 40ml konz. Schwefelsäure gelöst und diese Lösung auf eine Temperatur von 5°C eingestellt. Zu dieser Lösung werden innerhalb von 45 Minuten 160 ml Chromschwefelsäure (38g CrO₃ in 55 ml Wasser löson, mit 25 ml Schwefelsäure versetzen und mit Wasser auf 100ml auffüllen £ 360 bis 390mg CrO₃ZmI) zugegeben, dabei soll die Temperatur der Reaktionslösung 20°C nicht übersteigen, anschließend läßt man noch 1 Stunde nachreagieren. Zur Reduktion des nicht verbrauchten Chrom-(VI) wird Natriumhydrogensulfitlösung zum Reaktio lsgemisch gegeben und das Reaktionsprodukt durch mehrfache Extraktion mit Chloroform abgetrennt. Die Chloroformextrakte werden vereinigt, nacheinander mit verdünnter Schwefelsäure, Natriumhydrogensulfitlösung und Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und im Vakuumrotationsverdampfer eingeengt. Zur vollständigen Entfernung des Chloroforms wird der Destillationsrückstand mehrfach mit Methanol versetzt und jeweils zur Trockne eingeengt, dann in wäßrigem Methanol aufgenommen und bei O⁰C zur Kristallisation gestellt. Das Kristallisat wird abgesaugt, mit kaltem, wässerigen Methanol gewaschen und dann trocken gesaugt. Ausbeute: 140,7g = 76% d. Th.

Fp: 168⁰C bis 171⁰C, [a]g° + 141⁰C (C = 1, CHCI₃)

Die Ausbeute ist auf 13ß-Methyl-3-methoxy-gona-1,3,5(10)-trien-17ß-ol über die Stufen-13ß-Methyl-3-methoxy-gona-2,5(10)-dien-17ß-ol (Birch-Reduktion)

13ß-Methyl-gona-4-en-3-on-17ß-ol (Enoletherspaltung und Umlagerung) und Oxydation 2<jrn 13ß-Methyl-gon-4-en-3,17-dion bezogen.

Beispiel

13ß-Ethyl-4-gonen-3,17-dion

100g 13p, Ethyl-3-methoxy-2,5(10)-dien-17ß-ol werden mit Aceton vermischt und die erhaltene Suspension auf eine Temperatur von 5O⁰C bis 52⁰C eingestellt. Zu diesem Gemisch werden unter Rühren innerhalb von 3 bis 5 Minuten 15 ml Säuregemisch zugesetzt, wobei durch die exotherm ablaufende Enoletherspaltungs- und Umlagerungsreaktion eine Erwärmung des Reaktionsgemisches auf 56⁰C bis 58⁰C erfolgt und das eingesetzte Produkt vollständig gelöst wird. Nach der Zugabe des Säuregemisches bzw. nach Ablauf der exotherm verlaufenden Reaktion wird das Reaktionsgemisch noch bis zu 30 Minuten am Rückfluß erhitzt, dann weitestgehend eingeengt und der erhaltene Rückstand in ein Gemisch aus 75ml Triethylamin, 300ml Chloroform und 42 ml Schwefelsäure gegeben. Dieses Gemisch wird auf eine Temperatur von 15°C eingestellt und dann innerhalb von 1 Stunde mit 88 ml Chromschwefelsäure versetzt, wobei die Reaktionstemperatur 25'C nicht übersteigen soll. Nach Zusatz der Chromschwefelsäure läßt man noch bis zu 1 Stunde nachreagieren, versetzt dann mit NaHSO₃-Lösung zur Reduktion der nicht verbrauchten Chrom-Vl-Verbindungen und extrahiert mehrfach mit Chloroform. Die Chloroformextrakte werden vereinigt, nacheinander mit verd. H₂SO₄, NaHSO₃-Lösung und Wasser gewaschen, über Natriumsulfat

Ik I-

getrocknet und dann im Vakuumrotatic isverdampfer eingeengt. Der Destillationsrückstand wird mehrfach unter Zusatz von

Aceton zur Trockne eingeengt, dann in Aceton aufgenommen und die erhaltene Lösung zum Kristallbrei eingeengt. Zur Vervollständigung der Kristallisation läßt man etwa 12 Stunden bei -5°C stehen, saugt dann ab, wäscht gut mit eiskaltem Aceton und saugt trocken. Aus den anfallenden Mutterlaugen werden eine 2. und 3. Fraktion isoliert, die durch Umkristallis-tion aus Aceton gereinigt

werden, bis sie der Qualität der I.Fraktion entsprechen.

Gesamtausbeute: 78,5 g = 82% d. Th.

Fp: 174⁰C bis 176⁰C Die Ausbeuteangabe ist auf eingesetztes 13ß-Ethyl-3-methoxy-2,5(10)-gonadien-17ß-ol bezogen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von 13ß-Alkyl-4-gonen-3,17-dion der allgemeinen Forme! ", in der

R₁ = CH₃, C₂H₅ darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen der allgemeinen Formel 3, in der

Ri = CH₃, C₁H₆ und R₂ = CH₃

bedeutet, in hohen Konzentrationen in organischen Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen unter Zusatz von Schwefelsäure bei Redaktionstemperaturen oberhalb 50⁰C zu den Verbindungen der allgemeinen Formel 2, in der R₁ die obengenannte Bedeutung besitzt, umgesetzt und ohne Zwischenisolierung in organischen Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen unter Zusatz tertiärer Amine und organischer oder anorganischer Säuren oder der entsprechenden Aminsalze mit Chrom-(VI)-verbindungen in einer 2 Phasenoxydation bei Temperaturen von 0⁰C bis 35°C in die 17-Ketosteroide der allgemeinen Formel 1 überführt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung hoher Konzentrationen Suspensionen von Verbindungen der allgemeinen Formel 3 eingesetzt werden.

3. Verfahren nach den Punkten 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmitte! für die Enoletherspaltung Ketone, vorzugsweise Aceton oder Lösungsmittelgemische aus Ketonen und halogenieren Kohlenwasserstoffen und als Lösungsmittel für die Oxydation halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Chloroform, Dichlorethan oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder auch Lösungsmittelgemische obengenannter Art eingesetzt werden.

4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefelsäure innerhalb von 2 bis 15 Minuten bei Reaktionstemperaturen von vorzugsweise 50⁰C bis RO⁰C zum Reaktionsgemisch gegeben wird.

5. Verfahren nach den Punkten 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die 2 Phasenoxydation vorzugsweise bei Raumtemperatur durchgeführt wird.

6. Verfahren nach der: Punkten 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der2-Phasenoxydation als tertiäre Amine aromatische Amine wie Pyridin oder Pyridinderivate sowie aliphatische Amine wie Trialkylamine, vorzugsweise Triethylamin oder Ethyldiisopropylamin oder bifunktionelle tertiäre aliphatische Amine wie Derivate des Ethyldiamins eingesetzt werden.

7. Verfahren nach den Punkten 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der 2-Phasenoxydation als Säuren organische Säuren, vorzugsweise Essigsäure und anorganische Säuren, vorzugsweise Schwefelsäure eingesetzt wer an.

8. Verfahren nach den Punkten 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsverbindungen 13ß-Methyl-3-methoxy-und 13ß-Ethyl-3-methoxy-gonadienderivate der allgemeinen Formel 3 eingesetzt werden.