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Verfahren zur Herstellung von A 1,4-Pregnadien- 17 a,21
-diol-3,20-dion Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Herstellung
von AI-4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion (Reichsteins 1-Dehydrosubstanz »S(o aus
A5,16-Pregnadien-lß,3ß-diol-20-on.
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Die Entdeckung der bemerkenswerten Wirksamkeit von Prednison oder
Prednisolon bei der Behandlung von verschiedenen Krankheiten inklusive rheumatischer
Artritis hat ein beträchtliches Interesse für Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen
hervorgerufen.
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Es ist bekannt, daß 1,2-Dehydro-Reichsteins Verbindung S aus
solchen Derivaten des Allopregnans hergestellt werden kann, die dadurch erhalten
werden können, daß die in verschiedenen Pflanzen enthaltenen Genine abgebaut werden.
jedoch ist die Einführung der beiden Doppelbindungen in den Ring A des Steroids
sehr schwierig, infolge der Allokonfiguration im Ring A des Ausgangssteroids.
Es ist auch bekannt, daß, wenn die Verbindung S mit Selendioxyd dehydriert wird,
das entsprechende l(2)-Dehydroderivat erhalten wird.
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Es wurde erkannt, daß ein weiteres Sapogenin, und zwar das Ruscogenin
(Compt. Rend., 244 [1957#, S. 3065),
vorteilhaft als Ausgangsstoff für die
Synthese der 1,2-Dehydro-Reichsteins Verbindung S verwendet werden kann.
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Das erfindungsgemäß hergestellte A 1,4-Pregnadien-17a, 21 -diol-3,20-dion
kann in einem einzigen Verfahrensschritt durch Fermentation mit einem Mikroorganismus,
welcher eine Oxygruppe in 11 -Stellung einführen kann, in Prednisolon oder
Prednison übergeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch die folgenden
Gleichungen dargestellt werden:
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß zunächst d5,"6-Pregnadien-lß,3ß-diol-20-on
in 16a,17a-Stellung epoxydiert wird, worauf durch Diacetylierung 16a,17a-Epoxy-A5-pregnen-lß,3ß-diol-20-on-diacetat
(1)
erhalten wird. Dieses Acetat (I) wird mit Brom und Bromwasserstoffsäure
in 5,6,16,21-Tetrabrom-pregnan-Iß,3ß, 17a-triol-20-on-1,3-diacetat (II) übergeführt,
welches in 3-Stellung zu 5,6,16,21-Tetrabrom-pregnan-Iß,3ß,17a-triol-20-on-l-acetat
(III) selektiv hydrolysiert wird. Dieses Acetat (III) wird mit Natriumjodid und
Kaliumacetat in 16a,17a-Epoxy-,d -5-pregnen-Iß,3ß,21-triol-20-on-1,21 -diacetat
(IV) übergeführt. Weiterhin wird das Acetat (IV) zu 16a,17a-F-poxy-A 5-pregnen-Iß,21-diol-3,20-dion-1,21-diacetat
(V) oxydiert; das Diacetat (V) wird mit Bromwasserstoffsäurezu16-Brom-,91-,4-pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat
(VI) umgesetzt. Dieses Acetat (VI) wird zu Al,4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat
(VII) reduziert und das Acetat (VII) schließlich zu A 1,4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion
hydrolysiert. Die verfahrensgemäß durchgeführten Maßnahmen sind für sich bekannt.
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Das bei diesem Verfahren als Ausgangsmaterial verwendete d5,16-Pregnadien-Iß,3ß-diol-20-on
kann nach H.L.Lapin, Compt. rend., 244, S.3065 (1957), aus Ruscogenin, einem
Sapogenin mit Steroidskelett, welches aus Ruscus aculeatus L. isoliert wird, hergestellt
werden.
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Die erste Stufe des vorliegenden Verfahrens kann so durchgeführt werden,
daß reines A 5,1-6-Pregnadien-Iß,3fl-diol-20-on in Methanollösung mit Wasserstoffperoxyd
und Alkali behandelt wird und daß darauf das so erhaltene 16a,17a-Epoxyd mit Pyridin
und Acetanhydrid acetyliert wird.
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Eine andere Möglichkeit, den vorerwähnten Verfahrensschritt durchzuführen,
besteht darin, 16a,17a-Epoxy-A5-pregnen-lß,3ß-diol-20-on-diacetat (I) aus rohem
A5-16-Pregnadien-Iß,3ß-diol-20-on herzustellen, welches durch Abbau von Ruscogenin
erhalten wurde und nicht von reinem A 5,16-Pregnadien-Iß,3ß-diol-20-on auszugehen.
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Derart kann die Reinigung von A5,11--Pregnadien-Iß,3ß-diol-20-on vermieden
werden, und dies bewirkt merkliche Erhöhung der Ausbeute und seine beträchtlicheVereinfachung
des Verfahrens.
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Beim zweiten Verfahrensschritt kann eine Lösung des Epoxydiacetats
(I) in Tetrachlorkohlenstoff-Essigsäure-Mischung bei einer Temperatur von
15 bis 30' C zuerst mit Brom in Tetrachlorkohlenstoff und dann mit
Bromwasserstoffsäure in Essigsäure und schließlich wiederum mit Brom in Tetrachlorkohlenstoff
umgesetzt werden, wodurch 5,6,16,21-Tetrabrom-pregnan-Iß,3ß,17a-diol-20-on-1,3-diacetat
(II) erhalten wird.
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Die selektive Hydrolyse des Tetrabromderivats zum 3-Alkohol kann durch
20stündige Behandlung mit Bromwasserstoffsäure in Methanol bei Raumtemperatur durchgeführt
werden. Beim nächsten Verfahrensschritt wird der in Benzol gelöste 3-Alkohol (III)
vorzugsweise zunächst mit Natriumjodid in absolutem Äthanol behandelt und dann mit
einer acetonischen Lösung von Kaliumacetat gekocht.
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Auf diese Art kann das 16a,17a-Epoxy-A5-pregnenlß,3ß,21-triol-20-on-1,21-diacetat
(IV) mit einer Ausbeute von 50 0/" bezogen auf die Ausgangssubstanz, erhalten
werden, ohne daß dabei die Zwischensubstanzen der verschiedenen Verfahrensschritte
gereinigt werden.
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Die Verbindung (IV) kann nun in Aceton gelöst und mit einer Lösung
von Chromschwefelsäure 20 Minuten bei einer Temperatur von -10 bis
'0 C oxydiert werden. Die so erhaltene 3-Keto-Verbindung (V) wird vorzugsweise
in Essigsäure gelöst und bei Raumtemperatur mit mit Bromwasserstoff gesättigtem
Eisessig behandelt. Diese Behandlung mit der Säure bewirkt die Verlagerung der Doppelbindung
aus der 5-Stellung in die 4-Stellung, die
Abspaltung der 1-ständigen
Acetoxygruppe und gleichzeitig die Öffnung des Epoxyringes und die Bildung eines
Bromhydrins.
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Durch Behandlung mit Raneynickel (mit Aceton vorbehandelt) in siedendem
Äthanol in Gegenwart einer sehr geringen'.Menge Essigsäure kann das Bromhydrin (VI)
in ,41-4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat (VII) (oder Reichsteins 1-Dehydrosubstanz-»S«-21-acetat)
übergeführt werden.
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Die Gesamtausbeute bei den Verfahrenssehritten IV bis VII beträgt
etwa 50 0/,. Das so erhaltene A 1,4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat
kann mit Alkali in wäßriger Alkohollösung bei Raumtemperatur vorzugsweise in einer
inerten Atmosphäre zu Reichsteins 1-Dehydrosubstanz»S« (VIII) hydrolysiert werden.
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Die gewöhnlich für die Herstellung von Prednison und Prednisolon verwendeten
Ausgangsmaterialien enthalten eine 3-Keto-A4-Gruppe oder können auch im RingA gesättigt
sein.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung gibt im Gegensatz hierzu
direkt mit guten Ausbeuten ein 3-Keto-,d 1,4-dien, welches daher als Zwischensubstanz
für die Herstellung dieser wichtigen pharmazeutischen Produkte sehr nützlich ist.
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Das folgende Beispiel erläutert das erfindungsgemäße Verfahren.
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Beispiele a) 16a,17a-Epoxy-A5-pregnen-1p,3fl-diol-20-ondiacetat (I)
18m1 4n-NaOH und 35m1 300/"iges Wasserstoffperoxyd werden gleichzeitig einer Lösung
von 8,7 g A 5, 11 - Pregnadien-Iß,3p-diol-20-on in 540 ml Methanol
zugegeben; die Lösung wird dabei auf 15' C gekühlt. Nach 4stündigem Stehen
in einem Kühlschrank bei 0' C werden 6 ml Essigsäure zugesetzt, das
Ganze wird zu 41 Wasser, welche 500 g Natriumchlorid enthalten, zugesetzt
und dann dreimal mit Äthylacetat extrahiert; der Extrakt wird zunächst mit Natriumchloridlösung
und dann zweimal mit Wasser gewaschen. Nach Verdampfen des Lösungsmittels werden
9,2 g Rückstand erhalten, welche über Nacht bei Raumtemperatur mit Pyridin
und Acetanhydrid acetyliert werden.
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Hierauf wird gemahlenes Eis zugesetzt; die Mischung wird bei Raumtemperatur
1 Stunde stehengelassen und dann dreimal mit Äthylacetat extrahiert. Sie
wird dann mit 2n-Salzsäure bis zur sauren Reaktion gewaschen, hierauf mit Wasser,
dann mit einer 100/,igen Bikarbonatlösung und schließlich wieder mit Wasser bis
zur neutralen Reaktion. Nach Abdestillieren des Lösungsmittels werden
10,1 g 16a,17a-Epoxy-A5-pregnen-Iß,3p-diol-20-on-diacetat (I) mit einem Schmelzpunkt
von 164 bis 165' C erhalten. Eine Probe dieser Substanz, welche aus Aceton-Petroläther
umkristallisiert wurde, hatte einen Schmelzpunkt von 165 bis 166' C.
b)
16a,17a-Epoxy-As-pregnen-lß, 3fl-diol-20-ondiacetat (I) Durch Abbau von 40
g einer Ruscogeninmischung mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 7,46"/, (Gewichtsverlust
bei 100' C unter Vakuum) werden 26 g rohes A 5,16
Pregnadien-Iß,3ß-diol-20-on
erhalten.
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26 g dieses Produktes werden in 390 ml Methanol gelöst.
Bei 15' C werden 39 ml 4 n-Na0 H und 76 ml 330/,iges H,0, gleichzeitig
zugesetzt. Nach 4stündigem Stehen in einem Kühlschrank bei 0 + 2'
C wird die trübe Lösung mit 13 ml Essigsäure neutralisiert und dann
zu 2,81 einer wäßrigen 10"/,igen NaCI-Lösung zugesetzt. Nach Extraktion mit
Äthylacetat wird der Extrakt mit einer Salzlösung und dann mit Wasser gewaschen.
Die Lösung wird über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wird
in 98 ml Pyridin gelöst und mit 43,5 ml Acetanhydrid bei Raumtemperatur acetyliert.
Nach 18stündigem Stehen bei Raumtemperatur wird die Mischung zu 700 g Eis
zugesetzt und dann 1 Stunde bei Raumtemperatur stehengelassen. Nach Extraktion
mit Äthylacetat wird das Produkt mit In-HCl, dann mit Wasser, mit 501" Natriumdicarbonatlösung
und schließlich mit Wasser gewaschen, bis das Filtrat neutral ist. Der Rückstand
wird über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Der trockene Rückstand wird
mit 100 ml Äther und 10 ml Petroläther behandelt. Die Mischung wird
auf 0' C gekühlt und filtriert; nach dem Trocknen bei 50' C werden
13,5 g
eines weißen kristallinen Produktes mit einem Schmelzpunkt von
164 bis 165' C erhalten.
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Aus den ätherischen Mutterlaugen können durch Eindampfen zwei weitere
Teilmengen eines Produktes erhalten werden, woraus nach Kristallisation aus Äther-Petroläther
weitere 3,75 g Diacetat mit einem Schmelzpunkt von 164 bis 165' C
erhalten werden.
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Insgesamt wurden 17,25 g 16a, 1 7a - Epoxy-A
5# pregnen-Iß,3fl-diol-20-on-diacetat (I) mit einem Schmelzpunkt von 164 bis
165' C erhalten. c) 5,6,16,21-Tetrabrom-pregnan-lß,3ß,17a-triol-20-on-1,3-diacetat
(II) 5g16a,17a-Epoxy-A5-pregnen-lß,3p-diol-20-on-diacetat (1) mit einem Schmelzpunkt
von 164 bis 165'C werden in 50 ml Tetrachlorkohlenstoff und 50 ml
Eisessig gelöst, welche sich in einem 250-mI-Dreihalskolben mit Rühr-,werk und aufgesetztem
Tropftrichter befinden und wobei der Auslauf des Tropftrichters in die Flüssigkeit
eintaucht. Zu dieser Lösung, welche bei 18' C gehalten wird, werden
1,9 g Brom, gelöst in 15 ml Tetrachlorkohlenstoff, innerhalb
3 Stunden langsam unter Rühren zugesetzt.
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1-/, Stunde nach diesem Zusatz werden 7,5 ml einer mit Bromwasserstoffsäure
gesättigten Eisessiglösung in die Lösung eintropfen gelassen. Die Reaktionsmischung
wird dann 10 Minuten bei Raumtemperatur stehengelassen, und hierauf werden
1,9 g Brom in 15 ml Tetrachlorkohlenstoff innerhalb 40 Minuten zugesetzt.
Die Mischung wird wiederum 15 Minuten bei Raumtemperatur stehengelassen,
und darauf wird der Tetrachlorkohlenstoff im Vakuum abdestilliert. Die Reaktionsmischung
wird in Wasser gegossen, der Niederschlag wird abfiltriert, sorgfältig mit Wasser
gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Es werden so 9,12 g 5,6,16,-21-Tetrabrom-pregnan-Iß,3p,17a-triol-1,3-diacetat
(II) erhalten. d) 5,6,16,21-Tetrabrom-pregnan-Iß,3,6,17a-triol-20-on-l-acetat (III)
5 9,12g rohes 5,6,16,21-Tetrabrom-pregnan-lß,3p,17atriol-20-on-1,3-diacetat
(II) gelöst in 87,5m1 wasserfreiem Benzol, werden mit 5g Bromwasserstoffsäure,
gelöst in 95 ml Methanol, 20 Stunden bei Raumtemperatur behandelt. Die Lösung
wird in Salzwasser gegossen, mit Äther extrahiert, der Äther wird mit Wasser bis
zur neutralen Reaktion gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und schließlich
im Vakuum abgedampft. Es wird #in Rückstand von 8,7 g rohem 5,6,16,21-Tetrabrompregnan-Iß,3ß,17a-triol-20-on-l-acetat
(III) erhalten.
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e) 16a,17a-Epoxy-AI>-pregnen-Iß,3fl,21-triol-20-on-1,21-diacetat (IV)
8,7 g rohes 5,6,16,21-Tetrabrom-pregnan'Iß,3ß,17atriol-20-on-l-acetat (III),
gelöst in 85m1 wasserfreiem Benzol, werden 24 Stunden bei Raumtemperatur mit
einer
Lösung von 21 g Natriumjodid in 85 ml absolutem Äthanol behandelt.
Hierauf wird Wasser zugesetzt, und die Mischung wird mit Äther extrahiert. Der Ätherextrakt
wird mit einer 311/oigen Natriumthiosulfatlösung gewaschen, bis die jodfärbung verschwindet,
und schließlich mit Wasser nachge-waschen. Nach Trocknen über Natriumsulfat und
Abdampfen des Lösungsmittels im Vakuum wird ein Rückstand erhalten, welcher aus
7,4 g des 21-Jodderivats besteht. Dieser Rückstand wird 411, Stunden mit
21 g Kaliumacetat in 150 ml Aceton am Rückfluß gekocht. Nach Eindampfen
unter Vakuum wird eine Kochsalzlösung zugesetzt, und die Mischung wird mit Äthylacetat
extrahiert.
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Das organische Lösungsmittel wird mit Wasser gewaschen und abfiltriert.
Der Rückstand wird aus Äther kristallisiert.
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Es werden 2,5 g 16a,17a-Epoxy-A5-pregnen-Iß,3fl-21-triol-20-on-1,21-diacetat
(IV) mit einem Schmelzpunkt von 152 bis 154' C erhalten. Ein Muster
hiervon wurde aus Aceton-Petroläther umkristallisiert und zeigte einen Schmelzpunkt
von 154 bis 155' C.
f) 16a,17a-Epoxy#Ali-pregnen-Iß,21-diol-3,20-dion-1,21-diacetat
(V) Zu einer Lösung von 1 g 16a,17a-Epoxy-,d 5-pregnen-Iß, 3ß,-21-triol-20-on-1,21-diacetat
(IV) mit einem Schmelzpunkt von 152 bis 154' C in 100 ml Aceton,
welches vorher über Kaliumpermanganat destilliert und auf -10' C gekühlt
wurde, werden innerhalb 5 Minuten 5 ml einer Lösung aus
266 g Cr0, und 230 ml konzentrierter Schwefelsäure pro Liter Wasser
während 5 Minuten unter Rühren zugesetzt.
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Die Mischung -wird 10 Minuten bei -10' C gerührt, dann
5 Minuten bei einer Temperatur zwischen -10 und 0' C und schließlich
in Wasser gegossen, welches Natriumbisulfit gelöst enthält, und dreimal mit Methylenchlorid
extrahiert. Das Lösungsmittel wird dann mit Wasser bis zur neutralen Reaktion gewaschen
und schließlich abdestilliert. Der Rückstand beträgt 1 g; er wird in Methanol
gelöst, und es werden daraus 0,9 g 16a,17a-Epoxy-,d5-pregnen-lß,21-diol-3,20-dion-1,21-diacetat
(V) mit einem Schmelzpunkt von 170 bis 171' C erhalten.
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g) 16-Brom-A1,4-pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat
(VI) 1 g 16a, 17a-Epoxy-A5-pregnen-Iß,21 -diol-3,20-dien-1,21-diacetat (V),
gelöst in 3 ml Essigsäure, wird 1/, Stunde bei Raumtemperatur mit
1 nil einer mit Bromwasserstoffsäure gesättigten Essigsäurelösung behandelt.
Nach Verdünnen mit 100 ml eiskaltem Wasser wird der Niederschlag abfiltriert,
sorgfältig mit Wasser gewaschen und im Vakuum getrocknet. Es wird so 1 g
16-Brom-AI-4-pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat (VI) mit einem Schmelzpunkt
von 205 bis 207' C (Zersetzung) erhalten; 2.... # 244 in#t, a = 15,420.
h) d1,4#Pregnadien-17a-21-diol-3,20-dion-21-acetat (VII) (Reichsteinsl-Dehydrosubstanz
»S«-21-acetat) 1 g 16-Brom-Al.,4-pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat
(VI) wird 5 Stunden mit 30 ml 96"/,igem Äthanol, 0,075 ml Eisessig
und 5 g Raneynickel, welches vorher mit Aceton behandelt worden war, am Rück-Ruß
gekocht. Dies ist unbedingt notwendig. Wenn das Raneynickel vorher nicht mit Aceton
behandelt und keine Essigsäure zugesetzt wurde, wird die gesättigte »Verbindung
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erhalten. Wenn das Raneynickel mit Aceton behandelt wurde, aber in Abwesenheit
von Essigsäure verwendet wird, wird die »Verbindung S« erhalten (Reduktion der 1-ständigen
Doppelbindung). Wenn schließlich die Reaktion mit unbehandeltem Raneynickel und
in Gegenwart von Essigsäure durchgeführt wird, wird die 1-Dehydroverbindung
S nur in geringen Ausbeuten erhalten, welche ein Drittel bis ein Viertel
derer betragen, welche erfindungsgemäß mit dem vorbehandelten Raneynickel erhalten
werden.
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Der Katalysator wird nun ab:filtriert, das Lösungsmittel wird abdestilliert,
und der Rückstand wird in Äthylacetat gelöst und zweimal mit Wasser gewaschen. Das
Äthylacetat wird abdestilliert. Der Rückstand wird in einer Mischung von Äthylacetat
und Petroläther gelöst.
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Es werden so 0,42 g d1,4-Pregnachen-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat
(VII) mit einem Schmelzpunkt von 218 bis 220' C erhalten. Nach weiterem
UmkristalEsieren aus Aceton-Petroläther steigt der Schmelzpunkt auf 223 bis
225' C.
i) AI,4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion (VIII) (Reichsteins 1-Dehydrosubstanz
S)
3 g Al-,4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion-21-acetat (VII) werden
in 150 ml Methanol gelöst, und es wird 20 Minuten Stickstoff in die Lösung
geblasen. Dann werden 0,75 g KOH, gelöst in 6 ml Wasser, zugesetzt,
und die schwach gefärbte Lösung wird unter Stickstoff 5 Minuten bei Raumtemperatur
gerührt. Die Lösung wird dann mit 0,8 ml Essigsäure neutralisiert und üi
einen Scheidetrichter gebracht, welcher eine Lösung von 200 g NaC1 in
11 Wasser enthält. Das Ganze wird dreimal mit Äthylacetat extrahiert, und
der Extrakt wird mit Wasser gewaschen. Nach Abdampfen des Lösungsmittels wird ein
Rückstand von 2,55 g erhalten, welcher aus Aceton umkristallisiert wird.
Es werden so 2,15 g AI,4-Pregnadien-17a,21-diol-3,20-dion (VIII) mit einem
Schmelzpunkt von 243 bis 245' C erhalten.