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Verfahren zur Herstellung von 4-Pregnen-17a-ol-3, 20-dion Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4-Pregnen-17 a-ol-3, 20-dion aus einem
5-Halogen-bisnorcholanal.
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Die Entdeckung der bemerkenswerten Eigenschaften von Cortison, Hydrocortison
und ähnlichen, damit verwandten Verbindungen hat ein großes Interesse an der Auffindung
einfacherer und wirtschaftlicherer Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen
hervorgerufen. Eines der neueren Verfahren zur Herstellung dieser wertvollen Sterine
ist die Einführung von Sauerstoffgruppen durch Einwirkung von Mikroorganismen auf
Desoxysteroide. Diese Entwicklung hat zu einer erhöhten Bedeutung der Desoxysteroide
geführt, welche sämtliche erforderlichen Gruppen mit Ausnahme der Sauerstoffgruppen
besitzen, die sich durch Fermentationsverfahren einführen lassen. Eines der wertvollsten
dieser Desoxysteroide ist 4-Pregnen-17 a-ol-3, 20-dion, welchem in bezug auf Cortison
lediglich die 11 ständige Ketogruppe und die 21ständige Hydroxylgruppe und in bezug
auf Hydrocortison lediglich die 11 ß-ständige und die 21ständige Hydroxylgruppe
fehlt. Diese sauerstoffhaltigen Gruppen lassen sich durch Fermentation des Steroids
mit verschiedenen Mikroorganismen einführen, wie z. B. durch Fermentation mit verschiedenen
Stämmen von Curvularia, wodurch eine 11 ß-ständige Hydroxylgruppe eingeführt wird,
und Fermentation mit verschiedenen Stämmen von Sphaeroidaceen, wodurch eine 21ständige
Hydroxylgruppe eingeführt wird.
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Die Herstellung von 4-Pregnen-17 a-ol-3, 20-dion wurde bisher nach
einem kostspieligen und verwickelten Verfahren ausgeführt, demzufolge das Bisnorcholanal
zunächst enolisiert wurde, woran sich die Anlagerung von Ozon an den so erhaltenen
Enolester, die reduktive Zersetzung des Ozonids zu dem entsprechenden 20-Ketopregnan,
die Enolisierung dieser Verbindung zu d17, 2o-20-Acetoxypregnan, die Oxydation der
17, 20ständigen Doppelbindung mit einer Persäure zur Erzeugung des 17, 20-Epoxyderivats
des ungesättigten Esters und schließlich die Hydrolyse dieser Verbindung zu 4-Pregnen-17
a-ol-3, 20-dion anschloß.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, 5 a-Halogen-bisnorcholansäuren und
-aldehyde aus Stigmasterin als Ausgangsstoff herzustellen. Das Halogen in den 5
a-Halogen-bisnorcholanaldehyden stellt eine potentielle Doppelbindung dar und ist
trotzdem gegen Angriff bei der Oxydation der 3ständigen Hydroxylgruppe zu einer
3ständigen Ketogruppe unempfindlich.
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Es wurde nun gefunden, daß man das 4-Pre-gnen-17 a-ol-3, 20-dion (Verbindung
7) durch die folgende Umsetzungsreihe herstellen kann: Bromierung einer 5-Halogen-bisnorcholanal-Verbindung
(Verbindung 1) zu der entsprechenden 5-Halogen-20-Brom-bisnorcholanal-Verbindung
(Verbindung 2), Abspaltung von Bromwasserstoff unter Bildung der entsprechenden
5-Halogen-17(20)-bisnorcholenal-Verbindung (Verbindung 3), Behandlung dieser Verbindung
mit einer Persäure zur Erzeugung des entsprechenden Epoxyformiats (Verbindung 4),
Hydrolyse zu 5-Halogen-pregnan-3, 17 a-diol-20-on (Verbindung 5), Oxydation der
3ständigen Hydroxylgruppe zu einer Ketogruppe (Verbindung 6) und Abspaltung von
Halogenwasserstoff unter Bildung von 4-Pregnen-17 a-ol-3, 20-dion (Verbindung 7).
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Diese Reaktionen lassen sich chemisch durch das folgende Formelschema
darstellen, wobei R eine durch Hydrolyse in eine Hydroxylgruppe verwandeibare Gruppe
und X Halogen bedeutet.
Die 5-Halogen-bisnorcholanal-Verbindung wird durch Bromierung in das entsprechende
5-Halogen-20-brom-bisnorcholanal übergeführt. Die 5-Halogenbisnorcholanal-Verbindung
besitzt entweder eine 5 a-ständige Chlorgruppe oder eine 5 a-ständige Bromgruppe
und einen 3ständigen Substituenten, der sich leicht durch Hydrolyse in eine Hydroxylgruppe
überführen läßt, wie z. B. eine Äthergruppe der Formel 0R2, worin R2 eine Kohlenwasserstoffgruppe,
und zwar insbesondere einen Kohlenwasserstoffrest bedeutet, der bis einschließlich
8 Kohlenstoffatome enthält, wie Methyl, Äthyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Hexyl,
Cyclohexyl oder Benzyl, oder eine Estergruppe der Formel O C O R3, worin R3 einen
Kohlenwasserstoffrest, insbesondere einen solchen bedeutet, der bis zu 7 Kohlenstoffatome
enthält, wie Methyl, Äthyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Hexyl, Heptyl, Phenyl oder
Cyclohexyl.
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Die Bromierung kann vorteilhaft erfolgen, indem man das 5-Halogen-bisnorcholanal
in einem organischen Lösungsmittel löst oder suspendiert und die Lösung oder Suspension
mit etwa der äquimolekularen Menge Brom reagieren läßt. Während der Reaktion bildet
sich eine zur Wirkung als Katalysator ausreichende Menge Bromwasserstoff. Vorzugsweise
verwendet man als Lösungsmittel Chloroform; man kann jedoch auch andere Lösungsmittel,
wie Essigsäure, Formamid oder Gemische von Lösungsmitteln, wie Essigsäure-Pyridin
und Essigsäure-Formamid, verwenden. Die Geschwindigkeit der Bromierung hängt von
der Reaktionstemperatur ab, und zwar wächst sie mit steigender Temperatur. Gewöhnlich
ist es vorteilhaft, die Bromierung bei etwa 20 bis 60° durchzuführen; man kann jedoch
bei Atmosphärendruck auch bei Temperaturen bis zu 0° arbeiten. In dem bevorzugten
Temperaturbereich ist die Reaktion gewöhnlich innerhalb 1/z bis 6 Stunden beendet.
Die
5-Halogen-20-brom-bisnorcholanal-Verbindung läßt sich leicht durch Abspaltung von
Bromwasserstoff in das entsprechende 5-Halogen-17(20)-bisnorcholenal überführen.
Die Abspaltung von Bromwasserstoff erfolgt ohne weiteres beim Erhitzen mit Metallhalogeniden,
insbesondere mit Lithiumchlorid, in einem Amid als Lösungsmittel, wie z. B. einem
N, N-Dialkylacylamid der Formel
worin R', R" und R' Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten, wie z.
B. N, N-Dimethylformamid, N, N-Dimethylacetamid, N, N-Diäthylformamid, N, N-Diäthylacetamid,
N-Methyl-N-äthylformamid, N, N-Dimethylpropionamid und N-Methyl-N-äthylacetamid.
Andere zu diesem Zweck verwendbare Metallhalogenide sind Magnesiumchlorid, Berylliumchlorid
und Aluminiumchlorid. Auch Bromwasserstoff hat sich als wirksam an Stelle der Metallhalogenide
erwiesen. Die Abspaltung von Bromwasserstoff kann auch mit Hilfe von Collidin, Pyridin,
Lutidin, Diäthylanilin oder anderen organischen Basen erfolgen, indem man diese
zusammen mit dem Bromsteroid etwa 15 Minuten am Rückflußkühler erhitzt. Das Produkt
wird durch Abfiltrieren, Waschen mit Wasser und Trocknen gewonnen.
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Die 5-Halogen-17 (20)-bisnorcholenal-Verbindung wird sodann mit Hilfe
einer organischen Persäure in das entsprechende Epoxyformiat (5 a-Halogen-17, 20-Epoxypregnan-20-ol-3-R-20-formiat)
übergeführt. Als organische Persäure verwendet man vorzugsweise eine aromatische
Percarbonsäure, wie Perbenzoesäure oder Perphthalsäure, oder gesättigte aliphatische
Persäuren, wie Peressigsäure oder Perbernsteinsäure. Diese Umsetzung liefert eine
nahezu quantitative Ausbeute. Vorzugsweise führt man die Reaktion in einem organischen
Lösungsmittel, wie Benzol, Chloroform oder Äthylacetat, durch. Die Umsetzung wird
-vorzugsweise bei -10 bis -f-50° ausgeführt; die Temperatur kann jedoch innerhalb
weiter Grenzen schwanken. In dem bevorzugten Temperaturbereich dauert die Reaktion
bis zu ihrem vollständigen Verlauf 12 bis 48 Stunden. Die Reaktionsgeschwindigkeit
hängt von der Temperatur ab. Das Produkt läßt sich aus dem Reaktionsgemisch isolieren,
indem man dieses filtriert, um die verschiedenen unlöslichen Nebenprodukte und Reaktionsteilnehmer
zu entfernen, worauf man mit Natriumcarbonat enthaltendem Wasser wäscht. Die organische
Schicht wird über Natriumcarbonat getrocknet und im Vakuum zur Trockne gedampft.
Man kann das Produkt auch durch Extraktion mit Äther, Waschen mit verdünntem Alkali
und Wasser und Eindampfen zur Trockne gewinnen.
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Das 5a-Halogen-17, 20-epoxypregnan-20-ol-3-R-20-formiat wird zu 5-Halogen-pregnan-3,
17 a-diol-20-on hydrolysiert. Die Hydrolyse läßt sich leicht ausführen, indem man
das Material in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Methanol, Äthanol, Aceton oder
Tetrahydrofuran, mit einer Säure behandelt. Vorzugsweise führt man die Hydrolyse
mit einer starken verdünnten Säure aus, wie z. B. Salzsäure, Schwefelsäure, Perchlorsäure
oder p-Toluolsulfonsäure. Die Hvdrolyse wird gewöhnlich im Temperaturbereich von
0 bis 80° durchgeführt. Bei Zimmertemperatur braucht man zu einer vollständigen
Hydrolyse gewöhnlich mehrere Minuten bis 3 Stunden. Der schwere Produktniederschlag
wird von dem Reaktionsgemisch abfiltriert, mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen
und im Vakuum getrocknet.
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Das 5-Halogen-pregnan-3, 17 a-diol-20-on wird zu 5-Halogen-pregnan-17
a-ol-3, 20-dion oxydiert. Diese Oxydation wird vorzugsweise mit einem Komplex aus
Chromtrioxyd und Pyridin durchgeführt; man kann jedoch auch andere selektive Oxydationsmittel,
wie Chromsäure, verwenden. Die Oxydation kann innerhalb eines weiten Temperaturbereiches,
soll jedoch vorzugsweise unterhalb 50° erfolgen. Innerhalb des bevorzugten Temperaturbereiches
dauert die Reaktion mit dem bevorzugten Oxydationsmittel 6 bis 24 Stunden. Das Produkt
kann auf an sich bekannte Art von dem Reaktionsgemisch getrennt werden.
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Das 5-Chlorpregnan-17 a-ol-3, 20-dion wird sodann durch Umsetzung
mit einer Base in 4-Pregnen-17 a-ol-3, 20-dion übergeführt. Diese Reaktion wird
allgemein unter Ausschluß von Wasser ausgeführt. Vorzugsweise bringt man die Reaktionsteilnehmer
in einem Lösungsmittel zusammen. Geeignete Lösungsmittel sind Methanol, Äthanol,
Hexan, Benzol, Toluol, Xylol, Petroläther, Äther, Dioxan oder Tetrahydrofuran. Als
Base kommen die üblichen Stoffe, wie Alkali- oder Erdalkalihydroxyde, -carbonate,
-bicarbonate od. dgl., in Betracht; vorzugsweise arbeitet man jedoch mit einem Hydroxyd,
wie z. B. Natriumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd. Die Reaktion kann bei 0 bis 17° durchgeführt
werden. Bei Zimmertemperatur verläuft sie in 30 bis 120 Minuten vollständig. Nach
Beendigung der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch durch Zusatz einer Säure, wie
z. B. Eisessig, neutralisiert und die Lösung sodann durch Eindampfen im Vakuum teilweise
konzentriert. Das Produkt wird aus dem Reaktionsgemisch durch Zusatz von Wasser
ausgefällt, dann abfiltriert und mit Wasser gewaschen.
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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Beispiele a) 3 ß-Acetoxy-5 a-chlor-20-brom-bisnorcholanal Eine Lösung
von 14,5 g (0,0354 Mol) 3 ß-Acetoxy-5 a-chlor-bisnorcholanal in 200 ccm Chloroform
wurde mit 10 g (0,1 Mol) wasserfreiem Calciumcarbonat bei 28° verrührt. Zu dieser
Aufschlämmung wurde eine Lösung von 5,5 g (0,0344 Mol) Brom in 46 ccm Chloroform
tropfenweise im Verlaufe 1/2 Stunde zugesetzt und das Reaktionsgemisch 2 Stunden
gerührt. Nach dem Abfiltrieren des Calciumearbonats wurde die Chloroformlösung mit
verdünnter Natriumjodidlösung, Natriumthiosulfatlösung und dann mit verdünnter Natriumbicarbonatlösung
gewaschen und schließlich über wasserfreiem Natriumcarbonat getrocknet. Die Chloroformschicht
wurde dann im Vakuum fast zur Trockne gedampft und der Rückstand in 100 ccm 95 °/oigem
Äthanol aufgenommen. Beim weiteren Konzentrieren fiel der Hauptanteil des Produktes
aus. Nach dem Stehenlassen über Nacht in einem Kühlschrank wurde das Produkt, 3
ß-Acetoxy-5 a-chlor-20-brom-bisnorcholanaldehyd, abfiltriert, mit 50 ccm 95°/oigem
Äthanol gewaschen und im Vakuum getrocknet. Ausbeute = 10,6 g; F. = 175 bis 179°;
[a] 'ö = -l-13,4° (Chloroform).
| Elementaranalyse für C24 H36 03 Cl Br |
| Berechnet . . . .. .. . . . . . . . . . C59,070/0' H
7,440/e-. |
| gefunden . . . . . . . . . . . . . . . . . C 58,79%, H 7,430/0. |
| b) 3 ß-Acetoxy-5 a-chlor-17(20)-bisnorcholenal |
33 g (0,068 Mol) 3 ß-Acetoxy-5 a-chlor-20-brombisnorcholanal wurden, gelöst in einer
Lösung von 5,5 g (0,068 Mol) Bromwasserstoff in 1320 ccm Dimethylformamid, 4 Tage
bei 28° stehengelassen; dann wurde die Lösung unter Rühren in einem Eisbad gekühlt,
wobei 600 ccm Wasser zugesetzt wurden. Nach 3stündigem Rühren wurde das Produkt
abfiltriert, mit Wasser gewaschen und im Vakuum getrocknet, wobei eine Ausbeute
von 26,8 g praktisch reinem 3 ß-Acetoxy-5 a-chlor-17(20)-bisnorcholenal erhalten
wurde: F. = 194 bis 195°; @mdx = 2540A; E % = 376. Beim Umkristallisieren aus Methanol
wurde eine analytische Probe mit dem gleichen Absorptionsspektrum im Ultraviolett
erhalten.
| Elementaranalyse für C24H3503C1: |
| Berechnet ...... C 70,82%, H 8,67%, Cl 8,71%; |
| gefunden ....... C 70,51%, H 8,51%, Cl 8,58%. |
| c) 3 ß-Acetoxy-5 a-chlor-17 (20)-epoxypregnan- |
| 20-ol-formiat |
Eine Lösung von 15,7 g (0,0386 Mol) 3 ß-Acetoxy-5a-chlor -17(20)-bisnorcholenaldehyd
in 150 ccm trockenem Benzol wurde bei 10° mit einer Lösung von 56 g (0,309 Mol)
Perphthalsäure in 435 ccm Äthylacetat versetzt. Nach 2tägigem Stehen bei Zimmertemperatur
wurde das Reaktionsgemisch filtriert, um unlösliche Phthalsäure zu entfernen, und
viermal mit 500 ccm einer 10%igen Natriumcarbonatlösung gewaschen. Die organische
Schicht wurde über Natriumcarbonat getrocknet und im Vakuum zur Trockne gedampft,
wobei 15,1 g Produkt erhalten wurden: F. = 139 bis 142°; [a] D° = - 5,2°' (Chloroform).
Das jnfrarotspektrum des Reaktionsrohproduktes zeigte die Anwesenheit der Epoxyformiatgruppe,
und die Elementaranalyse stimmte mit den berechneten Werten überein.
| C24 H35 05 Cl |
| Berechnet ...... C 65,66"/o, H 8,0411/o, Cl 8,08%; |
| gefunden ....... C 65,64%, H 7,97%, Cl 8,12%. |
| d) 5 a-Chlorpregnan-3 ß, 17 a-diol-20-on |
Eine Aufschlämmung von 2,5 g (5,7 Millimol) 3ß-Acetoxy-5a-chlor-17, 20-epoxypregnan-20-olformiat
in 125 ccm Methanol wurde bei Zimmertemperatur mit 12,5 ccm konzentrierter Salzsäure
versetzt. Es entwickelte sich eine grünlichblaue Farbe, und nach 1 Stunde war praktisch
vollständige Lösung eingetreten. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht stehengelassen
und dann 1 Stunde im Kühlschrank gekühlt. Der schwere Produktniederschlag, 5 a-Chlorpregnan-3ß,
17 a-diol-20-on, wurde abfiltriert, mit Methanol gewaschen und im Vakuum getrocknet.
Gewichtsmenge = 1,0 g; F. = 200 bis 205°. Durch Kochen mit Äthylacetat wurde nur
wenig von dem Produkt gelöst, der Schmelzpunkt jedoch auf 205 bis 210° erhöht. Das
Infrarotspektrum zeigte bei 2,82 [x und 2,98 #t Hydroxylgruppen, bei 5,90 w Carbonyl
und keine Acetatgruppe an. Drehung in Pyridinlösung: [a] zö = +1°.
| Elementaranalyse für C21 H33 O3 Cl |
| Berechnet ...... C 68,36%, H 9,02%, Cl 9,61%; |
| gefunden ....... C68,33%, H9,03%, C19,510/0. |
e) 4-Pregnen-17 a-ol-3, 20-dion Durch Zusatz von 1,3 g (13 Millimol) Chromsäureanhydrid
in kleinen Anteilen unter Rühren zu 13 ccm Pyridin und Innehaltung einer Temperatur
unterhalb 25° wurde ein Komplex aus Chromsäureanhydrid und Pyridin hergestellt.
Zu dieserAufschlämmung wurden unter Rühren 1,3 g (3,5 Millimol) 5 a-Chlorpregnan-3
ß, 17 a-diol-20-on in 26 ccm Pyridin zugesetzt. Hierbei wurde keine Reaktionswärme
beobachtet; im Verlaufe 1/2 Stunde hatte sich das Gemisch jedoch dunkelbraun gefärbt.
Nach -dem Rühren über Nacht wurde das Reaktionsgemisch in 500 ccm verdünnte Natronlauge
gegossen. Das ausgefällte Produkt, S a-Chlor-'pregnan-17 a-ol-3, 20-dion, wurde
1 Stunde gerührt, dann filtriert und mit Wasser gewaschen.
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Das Produkt wurde in 25 ccm Pyridin und 50 cctn Methanol gelöst, zwecks
Abscheidung unlöslicher anorganischer Stoffe filtriert und mit 10 ccm 2,5molarer
Natronlauge versetzt und 1 Stunde bei Zimmertemperatur gehalten. Dann wurde das
Reaktionsgemisch mit 100 ccm Wasser verdünnt und 1 Stunde tiefgekühlt. Durch Abfiltrieren
des festen Niederschlages, Waschen mit Wasser und Trocknen im Vakuum wurden 0,6
g 17 a-Oxyprogesteron erhalten, F. = 200 bis 212°; = 2420 A; E % = 488. Eine Probe
wurde zu analytischen Zwecken aus Äthanol umkristallisiert und besaß dann einen
Schmelzpunkt von 213 bis 218°. Die Probe wurde durch Infrarotanalyse und Schmelzpunktbestimmung
in Mischung mit einer authentischen Probe identifiziert.
| Elementaranalyse für CM H.. 03: |
| Berechnet . . . . . . . . . . . . . . . . C76,321/o,
H9,151/o; |
| gefunden . . . . . . . . . . ....... C 76,77%,
H9,58"/0. |