DE1060860B

DE1060860B - Verfahren zur Herstellung von Reichsteins-Substanz-S

Info

Publication number: DE1060860B
Application number: DEM37185A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Klaus Brueckner; Dipl-Biologe Dr Harald Metz
Original assignee: E Merck AG
Current assignee: Merck KGaA
Priority date: 1958-03-29
Filing date: 1958-03-29
Publication date: 1959-07-09
Also published as: CH378880A

Description

BUNDESREfUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

kl. 12 ο 25/05

INTERNAT. KL. C 07 C

PATENTAMT

C07j il:->

AUSLEGESCHRIFT 1060 860

M 37185 IVb/12 ο

ANMELbETAG: 29.MÄRZ19S8

BEKANNTMACHUNG ^: DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 9. JULI 1959

Reichstein s-Substanz-S gehört z.u den wichtigsten Hormonen der Nebennierenrinde und ist heute das Ausgangsmaterial für die mikrobiologische Synthese des Hydrocortisons.

Zur Herstellung von Reichsteins-Substanz-S sind bereits mehrere Methoden bekannt, deren Ausbeuten für die Praxis jedoch noch nicht befriedigend sind.

Die erste technisch verwertbare Synthese von Reichsteins-Substanz-S auf Diosgeninbasis wurde im Jahre 1950 von Julian und Mitarbeitern publiziert (Journal of the American Chemical Society, Bd. 72, S."5145 [1950]). Diese über zehn Stufen verlaufende Synthese liefert Reichstcins-Substanz-S-21-acetat in einer optimalen Ausbeute von 24°I_Q. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es außerordentlich schwierig ist, diese Ausbeute regelmäßig zu reproduzieren. Eine weitere Herstellungsmethode für Reichsteins-Substanz-S wurde 1956 von Ringold und Mitarbeitern durchgeführt (Journal of the American Chemical Society, Bd. 78, S. 820 [1956]). Diese Synthese liefert zwar eine etwas bessere Ausbeute, benötigt aber elf Reaktionsstufen.

Die jüngste Synthese stammt von Ringold und Stork (Journal of the American Chemical Society, Bd. 80, S. 250 [1958]). Nach diesem Verfahren wird 16a,17a-Oxido-5-pregnen-3/9-ol-20-on in sechs Stufen in Reichsteins-Substanz-S übergeführt. Mit dieser Methode ist die Anzahl der benötigten Reaktionsstufen wesentlich herabgesetzt worden, sie hat jedoch den Nachteil, daß die 21-Jodierung des als Zwischenprodukt anfallenden 4-Pfegnen-17a-ol-3,20-dions nicht einheitlich verläuft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, ein Verfahren zur Herstellung von Reichsteins-Substanz-S zu entwickeln, welches eine möglichst geringe Zahl von Reaktionsstufen umfaßt, hohe Ausbeuten liefert, in technischem Maßstab durchführbar ist und ohne, größeren apparativen Aufwand arbeitet.

Es wurde gefunden, daß man Reichsteins-Substanz-S (V, vgl. das folgende Formelschema) in bester Ausbeute in vier Stufen herstellen kann, wenn man als Ausgangsmaterial 5,16/3,21 -Tribrom-pregnan-S^a-diol^-on- Verfahren zur Herstellung von Reichsteins-Substanz-S

Io

Anmelder:

E. Merck Aktiengesellschaft, Darmstadt, Frankfurter Str. 250

'Dipl.-Ch.em. Dr. Klaus Brüdener

und Dipl.-Biologe Dr. Harald Metz, Darmstadt,

sind als Erfinder genannt worden

3-acetat (Ia) oder 5,16/3-Dichlor-21-brom-pregnan-3/3,17a-diol-20-on-3-acetat (IV) verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung von Reichsteins-Substanz-S,

welches darin besteht, daß man durch Behandlung mit Alkaliacetat in an sich bekannter Weise 5,16/?,21-Tribrompregnan-3,17a-diol-20-on-3-acetat (Ia) in 16a,17a-Oxido-5-pregncn-3ß,21-diol-20-on-3,21-diacetat (Ha) und/oder 5,16/3-Diclüor-21-brom-pregnan-3/S,17a-diol-20-on-3-acetat

(Ib) in loa^a-Oxido-S-chlor-^l-diol-^-on-S^l-diacetat (lib) überführt, diese Verbindungen (Ha und/oder Hb) durch aufeinanderfolgende Behandlung mit Halogenwasserstoffsäure und reduzierenden Mitteln in an sich bekannter Weise in 5-Pregnen-3/?₍17a-21-tTiol-20-on-

3,21-diacetat (IV) umwandelt, dieses Diacetat mit Flavobacterium dehydrogenans oder einem daraus herstellbaren Enzym in an sich bekannter Weise bebrütet und die erhaltene Reichsteins-Substanz-S (V) in an sich bekannter Weise aus dem Reaktionsgemisch isoliert.

Die Synthese verläuft nach folgendem Formelschema:

CH₂Br

AcO

IaX = Brom IbX = Chlor

CH₈OAc

CH₂OAc

AcO-L

CH₂OAc

CO

OH

IV

0=

d	I^v	CH₂OH	X =	Brom oder Chlor
		CO	Y =	Brom, Chlor oder Jod
	^- OH	Ac =	Acetyl
	I
I

5 6

Die Verbindungen lib, IHa, IHb, HIc sind bisher Der Fortschritt des Verfahrens nach vorliegender

nicht beschrieben worden. Verbindung IV läßt sich durch Erfindung besteht darin, daß mit dieser Synthese bessere

Bebrütung mit Flavobacterium dehydrogenans bzw. mit Ausbeuten als mit allen bisher bekannten Verfahren zur

einem daraus herstellbaren Enzym in 80%iger Ausbeute Herstellung von Reichsteins-Substanz-S erzielt werden

in Reichsteins-Substanz-S überführen. Der Mikxoorga- 5 und darüber hinaus das Verfahren nach der Erfindung nur

nismus verseift primär die 21- und 3/9-Acetatgruppen zu sechs Stufen benötigt, um das technische Produkt

freien Hydroxylgruppen und wirkt anschließend in 3-Stel- 16,17-Oxido-pregnenolon-diacetat in Reichsteins-Sub-

lung dehydrierend, wobei gleichzeitig die 5,6-Doppelbin- stanz-S umzuwandeln,

dung sich in 4,5-Stellung zur gebildeten 3-Carbonylgruppe Beispiel 1

konjugiert. lo Reaktion a

Man kann das Verfahren nach der Erfindung in der KeaKtion a₂

Endstufe auch so durchführen, daß man die Verbindung IV 56 g S.lojö-Dichlor^l-brom-SjS.lTa-diol-^-on-S-acetat

zunächst mit chemischen Mitteln, vorzugsweise mit (Ib) werden in 1,41 Aceton zusammen mit 190 g wasser-

Alkalihydrogencarbonat, in 21-Stellung partiell verseift freiem Kaliumacetat über Nacht unter Rückfluß gekocht,

und erst dann mit Flavobacterium dehydrogenans oder 15 Danach wird das Reaktionsgemisch in Wasser einge-

einem daraus herstellbaren Enzym behandelt. gössen, ausgeäthert und, wie üblich, aufgearbeitet. Aus

Die Einführung der Acetatgruppe in 21-Stellung gelingt Methanol kristallisiert mit einem Schmelzpunkt von 170

mit besonders guter Ausbeute durch Verwendung von bis 171⁰C loa.na-Oxido-ShlpgS/J^ldil

Kaliumacetat (Reaktionen a! und a₂). 20-on-3,21-diacetat (Hb) aus. Ausbeute 85%.

Bei Verwendung von 5,16/3,21 -Tribrom-pregnan- 20

3,17a-diol-20-on-3-acetat (Ia) als Ausgangsmaterial bildet Keaktion b₃

sich unter EinwirkungvonAlkaliacetat dieVerbindunglla. 20 g loa^a-Oxido-S-chlopg/

Geht man von der Chlorverbindung Ib aus, so bleibt das 3,21-diacetat (Hb) werden in 200 ecm Eisessig gelöst, mit

5ständige Chloratom erhalten, und man erhält das 27 ecm H Br in Eisessig (30 °/₀) versetzt und ¹J₂ Stunde bei

Epoxyd Hb. Bei der Behandlung der Verbindungen Ha 25 Raumtemperatur stehengelassen. Danach wird das

und/oder Hb mit Halogenwasserstoffsäure (HJ, HBr Reaktionsgemisch eisgekühlt und abgesaugt. Das ent-

oder HCl) erhält man in analog verlaufenden Reaktionen standene S-Chlor-lo/J-brom-pregnan-S/^na^l-triol^-on-

die entsprechenden 16/S,17a-Halogenhydrine. Verbindung 3,21-diacetat (HIc) schmilzt bei 183 bis 184°C; Ausbeute

Ha kann hierbei jedoch zwei verschiedene Reaktions- praktisch quantitativ,

produkte liefern: Wendet man einen Überschuß an 30 _ .

Halogenwasserstoffsäure an, bzw. läßt man das Gemisch Keaktion C₃

längere Zeit reagieren, so wird nicht nur der Epoxydring 20 g S-Chlor-lo/S-brom-pregnan-S/J.na^l-triol-^-on-

aufgespalten, sondern an die 5,6-Doppelbindung lagert 3,21-diacetat (IHc) werden in 2 1 Alkohol zusammen mit

sich gleichzeitig Halogenwasserstoff an. Man erhält auf 200 g Raneynickcl 3 Stunden unter Rückfluß gekocht,

diese Weise das entsprechende 5,16/J-Dihalogen-pregnan- 35 Danach wird vom Raneynickel abfiltriert, das Raney-

3/?,17a,21-triol-20-on-3,21-diacetat (IHb). Arbeitet man nickel mit Alkohol ausgekocht, die alkoholischen Laugen

mit äquimolekularen Mengen an Halogenwasserstoff- mit Wasser verdünnt und ausgeäthert. Der Ätherauszug

säure, bzw. verwendet man einen Überschuß an Halogen- wird, wie üblich, aufgearbeitet. Aus Aceton—Methanol

wasserstoffsäure und arbeitet mit kurzen Reaktionszeiten, kristallisiert S-Pregnen-S/i.na^l-triol-^-on-S^l-diacetat

so erhält man löb-Halogen-S-pregnen-S/^na^l-triol- 40 (IV) mit einem Schmelzpunkt von 188°C aus. Ausbeute

3,21-diacetat (lila). . 85%.

Bei der Einwirkung reduzierender Mittel auf die Ver- Reaktion d
bindungen IHa, IHb oder HIc wird das 16/S-Halogenatom

durch Wasserstoff ersetzt und ein in 5-Stellung befind- Ein Kleinfermenter von 13 1 Inhalt mit 10 1 einer Nährliches Halogenatom in Form von Halogenwasserstoff 45 lösung, die aus 1 % Basamin Bush mit ¹Z₆₀ Mol Phosphatunter Ausbildung der 5,6-Doppelbindung abgespalten. puffer nach Sörensen, p_H 6,8, besteht, wird mit 400ccm Man erhältso in bester Ausbeute S-Pregnen-S/S.na^l-triol- einer 24 Stunden alten Schüttelkultur von Flavobacterium 20-on-3,21-diacetat (IV, Reaktionen C₁ bis C₃), das, wie dehydrogenans (Stamm Nr. 1003) beimpft. Nach lOstünoben beschrieben, in Reichsteins-Substanz-S übergeführt digem Wachstum bei 28⁰C unter kräftigem Rühren und werden kann. 50 Belüften wird eine Lösung von 5 g 5-Pregnen-

AlIe Verfahrensstufen liefern beste Ausbeuten. Die 3/S,17u,21-triol-20-on-3,21-diacetat (IV) in 150 ecm eines

Reaktionen a₁₍ a₂, C₁, C₂ und C₃ lassen sich mit einer Aus- Gemisches aus gleichen Teilen Methanol und Aceton

beute von jeweils mindestens 85 % durchführen. Die Um- zugesetzt. Die Bebrütung und Belüftung werden 6 Stunden

Setzungen b_v b₂ und b₃ verlaufen praktisch quantitativ. lang fortgesetzt und während dieser Zeit die Reaktion

Die mikrobiologische Reaktion d verläuft in einer Aus- 55 durch stündliche Messung der Extinktion bei 240 ΐημ

beute von mindestens etwa 80 %. verfolgt. Nach 5 Stunden ist nur noch Reichsteins-

Das als Ausgangsmaterial benötigte Trihalogenid I Substanz-S in der Nährlösung nachzuweisen. Die Kulturist in mindestens 80%iger Ausbeute durch Behandlung lösung wird mit Chloroform mehrmals ausgeschüttelt, der von 16a,17a-Oxido-5-pregnen-3/5-ol-20-on-3-acetat mit Chloroformextrakt getrocknet und eingeengt. Aus dem Halogenwasserstoffsäure (vgl. Diplomarbeit H. Niemann, 60 Rückstand kristallisiert Reichsteins-Substanz-S, welche, Technische Hochschule Braunschweig, 1953) und folgende aus Aceton umkristallisiert, bei 207 bis 209⁰C schmilzt. Bromierang des erhaltenen Halogenhydrine erhältlich. Ausbeute 80%.
loa.^ct-Oxido-S-pregnen-S/J-ol^-on-S-acetat ist tecli- Beispiel 2
nisches Zwischenprodukt der Cortisondarstellung aus ^ ^p
Diosgenin. 65 Reaktion Z₁

Dehydrierungen und Verseifungen mit Flavobacterium 14 g 5,16/3,21 -Tribrom-pregnan-3/5,17α-diol-20-on-

dehydrogenans sind bereits bekannt (vergleiche z.B. 3-acetat (Ia) werden zusammen mit 47g wasserfreiem

TJSA.-Patentschriften 2 816 121, 2 816 902, 2 814 631 Kaliumacetat über Nacht unter Rückfluß gekocht,

■und 2 814 632 sowie Zeitschrift für physiologische Chemie, danach in Wasser gegossen, ausgeäthert und, wie üblich,

Bd. 270, S. 266 [1941]). 70 aufgearbeitet. Beim Einengen kristallisiert nach Zugabo

Claims

von Methanol das 16a,17a-Oxido-5-pregnen-3/?,21-diol·- 3,21-diacetät (Ha) vom Schmelzpunkt 173 bis 175°C aus. Ausbeute 85%.

Reaktionen b₁₍ b₂, b₄, C₁ und c₂

2,8 g 16a,17a-O:rido-5-pregneii-3^2:!.-diol-3,21-diol-3,21-diacetat (Ha) werden in 28 ecm Eisessig gelöst, mit 3,8 ecm HBr in Eisessig versetzt (30%), ¹^ Stunde bei Zimmertemperatur stehengelassen und danach in Wasser eingegossen. Das so erhaltene Rohprodukt wird zusammen "> mit 40 g Raneynickel in 400 ecm Alkohol 3 Stunden unter Rückfluß gekocht. Danach wird die Lösung vom Nickel abfiltriert und dieses noch einmal ausgekocht. Die vereinigten Auszüge werden eingeengt, in Wasser gegossen, ausgeätheft und, wie üblich, aufgearbeitet. Aus Methanol kristallisiert das S-Pregnen-SjÖ^a^l-triol^O-on-S^l-diacetat (IV) mit einem Schmelzpunkt von 188° C. Ausbeute 85%.

Verbindung IV wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, mikrobiologisch in Reichsteins-Substanz-S übergeführt. 2»

PatentAMSPRüCHE:

1, Verfahren zur Herstellung von Reicbsteins-Substanz-S, dadurch gekennzeichnet, daß man durch

Behandlung mit Alkaliacetat in an sich bekannter Weise 5,16/5,21 -Tribrom-pregnan-S.iya-diol^-on-3-acetat (Ia) in loct^a-Oxido-S-pregnen-S/S^l-diol-20-on-3,21-diacetat (Ha) und/oder 5,16/J-Dichlor-21-brom-pregnan-3/?,17a-diol-20-on-3-acetat (Ib) in

(lib) überführt, diese Verbindungen (Ha und/oder lib) durch aufeinanderfolgende Behandlung mit Halogenwasserstoffsäure und reduzierenden Mitteln in an sich bekannter Weise in 5-Pregnen-3/?,1.7a,2:l.-triol-20-on-3,21-diacetat (IV) umwandelt, dieses Diacetat mit Flavobacterium dehydrogenans oder einem daraus herstellbaren Enzym in an sich bekannter Weise bebrütet und die erhaltene Reichsteins-Substanz-S (V) in an sich bekannter Weise aus dem Reaktionsgemisch isoliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man S-Pregnen-S/J.lTa^l-triol^O-on-3,21-diacetat zunächst mit chemischen Mitteln, vorzugsweise mit Alkalihydrogencarbonat, in 21-Stellung partiell, verseift, anschließend mit Flavobacterium dehydrogenans oder einem daraus herstellbaren Enzym behandelt und die so hergestellte Reichsteins-Substanz-S aus dem Reaktionsgemisch isoliert.

© 909 560/426 6.