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Verfahren zur Herstellung alkylierter Steroide Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung bisher nicht beschriebener 6-Methyl-16a-isopropyl-pregnenderivate.
Diese neuen Steroide besitzen eine wesentlich gesteigerte Progesteronwirkung bzw.
können als Zwischenprodukte für die Herstellung chemotherapeutisch verwendbarer
Corticoide verwendet werden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können 16a-Isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on,
3,5-Cyclo-16-pregnen-6-ol-20-on oder 6-Methyl-5,16-pregnadien-3ß-ol-20-on als Ausgangsmaterial
verwendet werden. Das Verfahren verläuft nach dem Reaktionsschema. Die einzelnen
Verfahrensstufen werden nach üblichen ,Methoden in an sich bekannter Weise durchgeführt.
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Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung
alkylierter Steroide, welches darin besteht, daß man in an sich bekannter Weise
16a-Isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on (I) durch Umsetzung mit einem Sulfonsäurehalogenid,
vorzugsweise mit p-Toluolsulfonsäurechlorid, in das entsprechende 16a-Isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on-3-arylsulfonat
(II, R, = Arylsulfonylrest, vorzugsweise p-Toluolsulfonsäurerest) umwandelt, diese
Verbindung (II) in einem aliphatischen Keton, vorzugsweise in Methyläthylketon,
gelöst, durch Behandlung mit einem Alkaliacetat, vorzugsweise Kaliumacetat, zum
3,5-Cyclo-16a-isopropylpregnan-6-ol-20-on (III) cyclisiert, letzteres (III) durch
Umsetzung mit einem milden Oxydationsmittel in 3,5-Cyclo-16a-isopropyl-pregnan-6,20-dion
(IV) überführt, dieses Diketon (IV) durch Grignardierung mit Methylmagnesiumbromid
oder -jodid oder durch Umsetzung mit einem Alkalimethyl, vorzugsweise Lithiummethyl,
in 3,5-Cyclo-6-methyl-16a-isopropyl-pregnan-6-ol-20-on (V) umwandelt, letzteres
(V) durch Behandlung mit einem Gemisch aus Ameisensäure oder Essigsäure und einer
geringen Menge einer starken Säure, vorzugsweise Schwefelsäure, in 6-Methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-3ßol-20-on-3-formiat
(VIc) bzw. -3-acetat (VIb) überführt und gegebenenfalls diese Verbindung (VIb, VIc),
gegebenenfalls nach vorheriger Verseifung der 3 Acetat-bzw. 3-Formiatgruppe, unter
Bildung des freien Alkohols VI a, durch Behandlung mit einem milden Oxydationsmittel
oder durch Bebrütung mit einer Kultur oder einem daraus erhaltenen Enzym von Flavobacterium
dehydrogenans in 6a-Methyl-16a-isopropyl-4-pregnen-3,20-dion (VII) umwandelt, oder
daß man in an sich bekannter Weise 3,5-Cyclo-16-pregnen-6-ol-20-on (II a) bzw. 6-Methyl-5,16-pregnadien-3ß-ol-20-on
(Va) durch Grignardierung mit Isopropylmagnesiumbromid oder -jodid in Stellung 16
isopropyliert und die erhaltenen Verbindungen (III bzw. VI a) wie angegeben weiterbehandelt,
oder daß man in an sich bekannter Weise die 20-Carbonylgruppe von Verbindung III
in an sich bekannter Weise, vorzugsweise mit Äthylenglykol, ketalisiert, das erhaltene
Ketal (IVa) durch Behandlung mit einem milden Oxydationsmittel zum Keton IVb oxydiert,
letzteres (IVb) durch Grignardierung mit Methylmagnesiumbromid oder -jodid in 3,5-Cyclo-6-methyl-16a-isopropyl-pregnan-6-ol-20-on-20-ketal
(V b) umwandelt und diese Verbindung (Vb) mit den gleichen Verfahrensmaßnahmen,
wie für Verbindung V angegeben, in VI a, VI b oder VI c überführt sowie gegebenenfalls
letztere (VI a, VI b, VI c) wie angegeben in Verbindung VII umwandelt.
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Für die Sulfonierung von Verbindung I zu Verbindung II verwendet man
zweckmäßigerweise p-Toluolsulfonsäurechlorid in Gegenwart von Pyridin. Die Umsetzung
verläuft bei Zimmertemperatur. Das erhaltene Tosylat (1I, R1 = p-Toluolsulfonylrest)
läßt sich in bester Ausbeute gelöst in Methyläthylketon durch Behandlung mit Kaliumacetat
und Kochen am Rückfluß in die 3,5-Cyclo-Verbindung (III) umwandeln.
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Die Ketalisierung von Verbindung III zu IVa gelingt mit den üblichen
Ketalisierungsmethoden. Zweckmäßigerweise arbeitet man bei Gegenwart geringer Mengen
p-Toluolsulfonsäure. Als Lösungsmittel ist z. B. Benzol geeignet. Als Ketalisierungsmittel
kann z. B. Äthylenglykol verwendet werden.
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3,5-Cyclo-16a-isopropyl-6-ol-20-on (III) bzw. dessen Ketal IVa lassen
sich durch Behandlung mit einem milden Oxydationsmittel in 3,5-Cyclo-16a-isopropyl-6,20-dion
(IV) bzw. dessen Ketal (IVb) umwandeln. Als Oxydationsmittel kann man z. B. Chromsäureanhydrid
in Wasser oder eine Mischung von Chromsäureanhydrid in Pyridin oder Aceton verwenden.
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Die Grignardierung von Verbindung IV bzw. dessen KetalIVb mit Methylmagnesiumbromid
oder -jodid
liefert 3,5-Cyclo-6-methyl-16a-isopropyl-pregnan-6-ol-20-on
(V) bzw. dessen Ketal Vb.
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Die Umlagerung von V bzw. V b in VI b oder VI c gelingt durch Behandlung
von V bzw. Vb mit Ameisensäure oder Essigsäure in Gegenwart einer geringen Menge
einer starken Säure, wie z. B. Schwefelsäure. Je nachdem, ob man in Ameisensäure
oder Essigsäure gearbeitet hat, erhält man das Formiat VI c bzw. das Acetat VI b.
Durch Verseifung der 3-Estergruppe von VIb oder VIc erhält man6-3bIethyl-16a-Isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on
(VIa). Die Ketalgruppe von Vb wird bei der Behandlung mit Ameisensäure bzw. Essigsäure
bei Gegenwart einer geringen Menge einer starken Säure unter Rückbildung der 20-Ketogruppe
verseift. 6a-Methyl-16a-isopropyl-4-pregnen-3,20-dion (VII) kann durch Oppenauer-Oxydation
aus VI a oder VI c erhalten werden.
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Mit einer Kultur oder einem daraus erhaltenen Enzym von Flavobacterium
dehydrogenans lassen sich die Verbindungen VI a, VI b und VI c in Verbindung VII
überführen. Als Nährlösung für Flavobacterium dehydrogenans kann man z. B. eine
wäßrige Lösung mit etwa 10/,
Hefeextrakt, die mit Hilfe eines Phosphatpuffers
nach Sörensen auf etwa pn 6,8 eingestellt ist, verwenden. Man läßt eine etwa 24
Stunden alte Schüttelkultur von Flavobacterium dehydrogenans etwa 10 Stunden bei
etwa 28°C unter kräftigem Rühren und Belüften wachsen und setzt dann die Verbindungen
VIa, VIb oder VIc zu. Die Bebrütung wird unter Belüftung dann etwa 6 bis 8 Stunden
fortgesetzt. Der Reaktionsverlauf läßt sich durch Messung des UV-Spektrums verfolgen.
6a-Methyl-16a-isopropyl-4-pregnen-3,20-dion (VII) läßt sich aus der Kulturlösung
mit Chloroform extrahieren.
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Verbindung VII kann auch durch Behandlung von Verbindung VI a mit
Chromsäureanhydrid in Wasser oder einem Gemisch von Chromsäureanhydrid und Pyridin
oder Aceton erhalten werden.
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Man kann Verbindung III auch aus 3,5-Cyclo-16-pregnen-6-ol-20-on (II
a) und Verbindung VI a aus 6-Methyl-5,16-pregnadien-3ß-ol-20-on (Va) herstellen,
indem man I I a bzw. V a unter den Bedingungen einer Grignardreaktion mit Isopropylmagnesiumbromid
behandelt.
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Das als Ausgangsmaterial benötigte 16a-Isopropyl-6-pregnen-3ß-ol-20-on
(I) kann durch Grignardierung von 16-Dehydro-pregnenolon mit Isopropylmagnesiumbromid
oder -jodid hergestellt werden.
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3,5-Cyclo-16-pregnen-6-ol-20-on (IIa) kann aus 5,16-Pregnadien-3ß-ol-20-on
(als technisches Produkt aus Diosgenin zugänglich) durch Behandlung mit p-Toluolsulfonsäurechlorid
in Pyridin und Umsetzung des erhaltenen 5,16-Pregnadien-3ß-ol-20-on-3-tosylats mit
basischen Mitteln hergestellt werden (vgl. USA.-Patentschrift 2 823 213).
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Das ebenfalls als Ausgangsmaterial verwendbare 6-Methyl-5,16-pregnadien-3ß-ol-20-on
(Va) kann nach bekannten Methoden durch Abbau von Diosgenin erhalten werden.
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6a-Methyl-16a-isopropyl-4-pregnen-3,20-dion (VII) ist ein Arzneimittel
mit Progesteronwirkung sowie ein Zwischenprodukt zur Herstellung chemotherapeutisch
wirksamer Corticoid-Analoga.
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Die als Zwischenprodukte anfallenden 3,5-Cyclosteroide werden als
Mittel zur Bekämpfung von Geisteskrankheiten verwendet; sie sind bisher ebenfalls
nicht beschrieben worden.
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6-Methyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on bzw. dessen 3-Acetat oder Formiat (VI
a bis c) sind anabolisch wirkende Substanzen und außerdem wichtige Zwischenprodukte
zur Herstellung von Corticoiden. Beispiel 1 a) 16a-Isopropyl-pregn-5-en-3ß-ol-20-on-3-tosylat
(II) Eine Lösung von 30 g 16a-Isopropyl-pregn-5-en-3ß-ol-20-on und 30 g p-Toluolsulfochlorid
in 150 ccm trockenem Pyridin wird verschlossen 100 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen
und dann unter Eiskühlung in 15 1 5°/oige Salzsäure eingerührt. Das ausgefallene
Material wird abgesaugt, gut mit Wasser gewaschen und aus Aceton umkristallisiert.
Es werden so farblose Blättchen vom F. 149°C erhalten; [a]D in Chloroform = -1,5°.
b) 3,5-Cyclo-6-hydroxy-16a-isopropyl-pregnan-20-on (III) Lösungen von 15 g Tosylat
in 850 ccm Methyläthylketon und von 22,8 g Kaliumacetat in 200 ccm Wasser werden
vereinigt und 18 Stunden unter Rühren am Rückfluß gekocht. Das Reaktionsgemisch
wird in 81 Wasser eingerührt und dreimal mit je 21 Benzol extrahiert. Die vereinigten
Benzollösungen werden gründlich mit Wasser gewaschen, eingeengt und im Vakuum abgezogen.
Der Rückstand wird in 21 Benzol-Petroläther-Gemisch gelöst und durch eine Säule
von 120 g Aluminiumoxyd neutral, Aktivitätsstufe III, filtriert. Die durchgelaufene
Fraktion wird im Vakuum eingedampft und der Rückstand aus Normalbenzin umkristallisiert,
wobei farblose Kristalle vom F. 119'C erhalten werden; [a]D in Chloroform
= -r93,5°. c) 3,5-Cyclo-16a-isopropyl-pregnan-6,20-dion (IV) In 40 ccm trockenes
Pyridin werden unter Rühren und Kühlung mit Eiswasser 4 g Chromsäureanhydrid im
Verlauf einer Stunde eingetragen, wobei die Temperatur des Reaktionsgemisches zwischen
+10 und -[-15°C gehalten wird. Danach wird noch 1/2 Stunde gerührt und dann eine
Auflösung von 4 g 3,5-Cyclo-16a-isopropyl-6-hydroxy-pregnan-20-on in 40 ccm trockenem
Pyridin eingetropft. Man läßt über Nacht stehen und fällt unter Rühren und Eiskühlung
mit 400 ccm 5°/oiger Salzsäure. Das ausgefallene ?Material wird abgesaugt, gut mit
Wasser gewaschen und getrocknet. Der Filterrückstand wird dreimal mit je 200 ccm
trockenem Benzol extrahiert; die vereinigten Benzolauszüge werden mit Wasser gewaschen,
eingeengt und im Vakuum abgezogen. Der Rückstand wird aus Normalbenzin umkristallisiert.
Farblose Kristalle vom F. 106'C; [a]D in Chloroform = -)-87°. d) 3,5-Cyclo-6-methyl-6-hydroxy-16a-isopropylpregnan-20-on
(V) Zu einer Suspension von 8 g Magnesiumspänen in 100 ccm absolutem Äther wird
unter Rühren eine Mischung von 48 g Methyljodid und 250 ccm absolutem Äther getropft.
Nach halbstündigem Kochen am Rückfluß wird der Äther abgedampft. Zum Rückstand wird
unter Rühren eine Lösung von 8 g 3,5-Cyclo-16a-isopropylpregnan-6,20-dion (IV) in
250 ccm Toluol gegeben und das Reaktionsgemisch 16 Stunden unter Rühren auf dem
Dampfbad erhitzt. Nach dem Erkalten wird in eine Mischung von 1 kg Eis und 200 g
Ammoniumchlorid eingerührt, die Schichten getrennt und der wäßrige Anteil noch dreimal
mit je 150 ccm Äther ausgeschüttelt. Toluolschicht und Ätherextrakte werden vereinigt,
mehrfach mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet, eingeengt und die
Lösungsmittel im Vakuum abgezogen. Der kristallisierte Rückstand gibt nach dem Umkristallisieren
aus Äther farblose Kristalle von 3,5-Cyclo-6-methyl-6-hydroxy-16a-isopropyl-pregnan-
20-on
(V) mit einem Schmelzpunkt von 175 bis 176'C; [a]D = -f-86° (Chloroform).
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e) 3ß-Acetoxy-6-methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-20-on (VI b) In eine
Lösung von 10 g 3,5-Cyclo-6-methyl-6-hydroxy-16a-isopropyl-pregnan-20-on (V) in
150 ccm 100°/oiger Essigsäure werden 2 ccm konzentrierte Schwefelsäure gegeben.
Nach 16stündigem Stehen bei Raumtemperatur wird die Mischung unter Rühren und Eiskühlung
in viel Wasser eingetropft. Das ausgefallene 3ß-Acetoxy-6-methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-20-on
(VIb) wird abgesaugt, gut mit Wasser gewaschen und getrocknet. Schmelzpunkt 125
bis 140°C.
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f) 6-Methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on (VIa) Das im Beispiel
1, e) erhaltene rohe 3ß-Acetoxy-6-methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-20-on (VI b) wird
in 800 ccm Methanol gelöst, mit 400 ccm 5°/Qiger wäßriger Kaliumhydrogencarbonatlösung
versetzt und zwei Stunden am Rückfluß gekocht. Das aus dem gekühlten Reaktionsgemisch
auskristallisierte 6-Methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on (VI a) wird isoliert,
mit verdünntem Methanol gewaschen und aus Methanol umkristallisiert. Schmelzpunkt
196°C; [a]D = -3° (Chloroform). g) 6-Methyl-16a-isopropyl-4-pregnen-3,20-dion
(VII) Aus einer Lösung von 6 g 6-Methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on (VI
a) in einem Gemisch von 300 ccm Toluol und 48 ccm Cyclohexanon werden 50 ccm Lösungsmittel
abdestilliert. Der Rückstand wird mit 6 g Aluminiumisopropylat versetzt und 2 Stunden
am Rückfluß gekocht. Nach erschöpfender Behandlung mit Wasserdampf wird der nicht
flüchtige Anteil über Kieselgur abgesaugt und der Filterrückstand mit Chloroform
extrahiert. Die vereinigten Chloroformauszüge werden mit Wasser gewaschen, über
Natriumsulfat getrocknet, eingeengt und das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen.
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Der Rückstand wird in 60 ccm Normalbenzin gelöst und durch eine Säule
von 240 g Florisil filtriert. Die Säule wird nacheinander mit je 21 Normalbenzin,
Normalbenzin-Benzol (1:1), Benzol und Benzol-Chloroform (1:1) nachgewaschen. Die
Benzolfraktion ergibt ein Nebenprodukt vom Schmelzpunkt 148_ bis 149°C, [a]D in
Chloroform = -@40°.
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Die mit Chloroform-Benzol (1 : 1) erhaltene Fraktion wird im Vakuum
eingedampft und der Rückstand aus einem Gemisch von niedrigsiedendem Petroläther
und Äther (2: 1) umkristallisiert; das so erhaltene 6a-Methyl-16a-isopropyl-4-pregnen-3,20-dion
(VII) schmilzt bei 131 ° C. [a]D +131' (Chloroform) ; )..". ,240,5 m#t" E'
Im 451. Beispiel 2 a) 3,5-Cyclo-6-hydroxy-16a-isopropyl-pregnan-20-on (III). In
eine Suspension von 29 g Magnesiumspänen in 725 ccm absolutem Äther werden unter
Rühren im Verlauf 1/2 Stunde 174 g Isopropylbromid eingetropft. Das Ganze wird noch
'./,Stunde unter Rückfluß gekocht und dann der Äther abgedampft. Zum Rückstand wird
unter Rühren eine Auflösung von 29 g 3,5-Cyclo-6-hydroxy-pregn-16-en-20-on in 1296
ccm trockenem Toluol gegeben. Das Ganze wird 18 Stunden auf dem Dampfbad erhitzt,
abgekühlt und in eine Mischung von 3 kg Eis und 750 g Ammoniumchlorid eingerührt.
Die Mischung wird erschöpfend in Äther extrahiert; die vereinigten Ätherauszüge
werden mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der
Rückstand wird in Normalbenzin gelöst und durch eine Säule von 180 g Aluminiumoxyd,
neutral, Aktivitätsstufe III, filtriert. Die Durchlauffraktion wird im Vakuum eingeengt,
das anfallende Kristallisat isoliert und nochmals aus Normalbenzin umkristallisiert;
F. 118'C; [a]D in Chloroform = -f-93°.
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b) 10 g 3,5-Cyclo-6-hydroxy-16a-isopropyl-pregnan-20-on (III) werden
in einem Gemisch von 400 ccm Benzol und 40 ccm Äthylenglykol gelöst. Aus dieser
Lösung werden 60 ccm Lösungsmittel bei Normaldruck abdestilliert. Der Rückstand
wird nach Zusatz von 300 mg p-Toluolsulfonsäure unter Einschaltung eines Wasserabscheiders
8 Stunden unter Rühren am Rückfluß gekocht. Nach dem Erkalten wird gründlich mit
gesättigter wäßriger Natriumhydrogenkarbonatlösung und mit Wasser gewaschen und
die Lösung eingeengt. Man erhält als Rückstand das 3,5-Cyclo-6-hydroxy-16a-isopropyl-pregnan-20-äthylenketal
(IVa).
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c) In 80 ccm trockenes Pyridin werden unter Rühren und gelegentlicher
Eiskühlung bei 10 bis 15°C 8 g Chromsäureanhydrid portionsweise eingetragen und
anschließend eine Lösung von 8 g des rohen Äthylenketals (IVa) in 80 ccm trockenem
Pyridin langsam hinzugefügt. Nach dem Stehen über Nacht wird das Reaktionsgemisch
unter Eiskühlung in 1,61 Wasser eingetropft. Die Fällung wird abgesaugt, mit Wasser
gewaschen und mehrmals mit Benzol ausgekocht. Die vereinigten Benzollösungen werden
mit Wasser gewaschen und im Vakuum eingeengt. Der Rückstand besteht aus 3,5-Cyclo-16a-isopropylpregnan-6-on-20-äthylenketal
(IVb).
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d) Zu einer Suspension von 6 g Magnesiumspänen in 75 ccm abs. Äther
wird eine Mischung von 36 g Methyljodid und 190 ccm trockenem Äther getropft. Nach
einer halben Stunde Kochen unter Rückfluß wird eingedampft, wobei der abdestillierende
Äther durch Zugabe einer Lösung von 6 g Rohprodukt IVb in 190 ccm Toluol ersetzt
wird. Nach 16 Stunden Erhitzen auf dem Dampfbad unter Rühren wird das Gemisch nach
dem Erkalten auf eine Mischung von 1 kg Eis und 200 g AmmoniumcWorid gegossen. Nach
Trennung der Schichten wird der wäßrige Anteil dreimal mit Äther ausgeschüttelt.
Die Ätherextrakte werden mit der Toluolschicht vereinigt, mit Wasser gewaschen,
getrocknet, eingeengt und im Vakuum abgezogen, wobei 3,5-Cyclo-6-methyl-16a-isopropyl-pregnan-6-ol-20-on-20-äthylenketal
(Vb) erhalten wird.
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e) In eine Lösung von 5 g rohem V b in 75 ccm Eisessig werden 1 ccm
konzentrierte Schwefelsäure gegeben. Nach 15stündigem Stehen bei Raumtemperatur
wird unter Rühren und Eiskühlung in 500 ccm Wasser eingetropft. Der Niederschlag
wird abgesaugt, mit Wasser gewaschen, in 400 ccm Methanol gelöst und mit 200 ccm
5 °/aiger wäßriger Kaliumhydrogencarbonatlösung versetzt. Nach 2stündigem Erhitzen
unter Rückfluß kristallisiert beim Erkalten das 6-Methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on
(VIa) vom Schmelzpunkt 196°C aus. Beispiel 3 Eine Grignardlösung aus 8 g Magnesiumspänen,
300 ccm absolutem Äther und 48 g Isopropylbromid wird mit einer Lösung von 8 g 6-Methyl-5,16-pregnadien-3ß-ol-20-on
(Va) in 250 ccm Toluol versetzt. Nach dem Abdestillieren des Äthers wird die Mischung
unter Rühren 20 Stunden auf dem Dampfbad erhitzt. Nach dem Erkalten wird mit Eis
und Ammoniumchlorid zersetzt und ausgeäthert. Toluolschicht und Ätherextrakte werden
vereinigt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und im Vakuum eingeengt. Der Rückstand
wird aus Methanol umkristallisiert, wobei farblose Kristalle von 6-Methyl-16a-isopropyl-5-pregnen-3ß-ol-20-on
(VI a) erhalten werden, die bei 195°C schmelzen.