-
Verfahren zur Herstellung neuer substituierter Lävulinaldehyde Gegenstand
der Erfindung ist die Herstellung neuer α,ß-substituierter Lävulinaldehyde
der allgemeinen Formel
worin R1 und R2 Wasserstoff oder Methylrest bedeuten, sowie deren Oxime, Hydrazone,
Semi carbazone und Acetale.
-
Die a,B-methyl-substituierten Lävulinaldehyde zeigen wertvolle antibiotische
Wirksamkeit gegen verschiedene Mikroorganismen, wie Bakterien, Proto zoen, Pilze
und Viren, z. B. Streptococcus pyogenes Saccharomyces cerevisiae, Entamoeba histolytica
Influenzavirus, Trichomonas foetus und Trypano soma equiterdum. Sie sollen als Desinfizientien
ode Heilmittel Verwendung finden.
-
Aus der nachfolgenden Tabelle ist beispielsweisç die antibiotische
Wirkung des a,fl-Dimethyllävulmaldehyds (I) im Vergleich zu Lävulinaldehyd (II)
unc dem aus Journal of the American Chemical Society 51, 1929, S. 3514, bekannten
3-Methyl-hexan-2,5-dion (III) ersichtlich. Die Vergleiche wurden im Plattendiffusionstest
vorgenommen mit Filterpapierscheibchen von 6 mm Durchmesser. Es wurden 1°/Oige Lösungen
in Aceton-Wasser (1: 4) ver wendet. Die Zahlen bedeuten den Durchmesser de Hemmzonen.
-
Tabelle
| I II III |
| Bacillus subtilis . .. 11 bis 13 10 keine |
| Staphylococcus aureus 11 bis 13 keine keine |
| Escherichia coli ....... 10 bis 12 10 keine |
| Candida tropicalis .... 18 bis 23 keine keine |
| Saccharomyces cerevisiae 28 bis 33 keine keine |
Verwendet man als Testmethode in vitro Verdünnungsreihen (Zehnerpotenzen) in Glukosebouillon
die während 24 Stunden bei 37° C bebrütet werden: so wird bei einer Konzentration
von l°°r a,ß-Dimethyl-lävulinaldehyd (1) pro Kubikzentimeter das Wachstum z. B.
von folgenden Mikroorganismen gehemmt: Micrococcus pyogenes var. aureus, Streptococcus
haemolyticus, Corynebacterium diphtheriae.
-
Escherichia coli, Salmonella typhosa, Salmonella schottmuelleri, Klebsiella
Typ A, Pasteurella pestis, Vibro cholerae el Tor, Bacillus methatherium. Eine Konzentration
von 10 y a,B-Dimethyl-lävulinaldehyd (I) pro Kubikzentimeter hemmt das Wachstum
von unter anderem folgenden Dermatophyten und Pilzen (in Sabouraud-Medium): Epidermophyton
floccosum, Trichophyton interdigitale, Trichophyton Kaufmann Wolf, Microsporum Audouini,
Achorion Schoenleini, Aspergillus fumigatus.
-
Die neuen Verbindungen werden erhalten, wenn man in an sich bekannter
Weise a,fl-substituierte ,B-Acetyl-propanole der Formel
worin R1 und R2 Wasserstoff oder Methylreste bedeuten, oder a,ß-substituierte y-Oxy-pentanole
der Formel
worin R1 und R2 die angegebene Bedeutung haben, zu den entsprechenden Lävulinaldehyden
oxydiert.
-
Als Oxydationsmittel eignen sich Chrom(VI)-oxyd in Essigsäure oder
Pyridin, Natriumbichromat in wäßriger Schwefelsäure; gegebenenfalls lassen sich
die Hydroxygruppen der genannten Verbindungen auch durch Luft an einem Kupferkatalysator
bei erhöhter Temperatur in Carbonylgruppen überführen.
-
Die als Ausgangsmaterialien verwendeten a,ß-methylsubstituierten
ß-Acetyl-propanole und y-Oxypentanole sind bekannt oder lassen sich nach an sich
bekannten Methoden herstellen. Zum Beispiel können a,ß-methyl-substitmerte Lävulinsäuren,
vorzugsweise deren Ester, mit einem komplexen Metallhydrid, insbesondere Lithiumaluminiumhydrid,
in einem geeigneten Lösungsmittel, wie abs. Äther, Tetrahydrofuran oder Äthylenglykol-diäthyläther,
in die entsprechenden y-Oxypropanole übergeführt werden. a,ß-methyl-substituierte
ß-Acetyl-propanole kann man auf dieselbe Weise aus Acetalen von a,ß-methyl-substituierten
ß-Acetyl-propionsäuren und deren Estern, insbesondere Lävulinsäure-methylesteracetal,
gewinnen.
-
Die neuen Verbindungen können auch erhalten werden, wenn man in an
sich bekannter Weise 1,5-Diene der allgemeinen Formel
oder y,8-ungesättigte Ketone der allgemeinen Formel
wobei R1 und R2 die oben gegebene Bedeutung haben und R3 bis R6 Alkyl- oder Arylreste
bedeuten, mit Ozon oxydiert und die Ozonide hydrolytisch oder reduktiv spaltet.
-
Die Behandlung mit Ozon wird vorzugsweise in Lösungsmitteln, wie
Wasser, wäßriger Essigsäure, Essigsäure, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Formamid
oder Essigester, vorgenommen. Die entstehenden Ozonide werden, gegebenenfalls nach
ihrer Gewinnung, durch hydrolytische Spaltung in die Carbonylverbindungen übergeführt.
Gegebenenfalls kann diese Spaltung auch reduktiv, wie z. B. mit Zink und Eisessig
oder Palladium und Wasserstoff, erfolgen.
-
Die als Ausgangsmaterialien verwendeten 1,5-Diene und y,8-ungesättigten
Ketone sind bekannt oder lassen sich nach an sich bekannten Methoden herstellen.
Zum Beispiel können l,l-Dialkyl- oder l,l-Diaryl-d I-4-carboalkoxy-5-oxohexane,
gegebenenfalls nach Kondensation mit reaktionsfähigen Estern von Alkoholen, zu l,l-Dialkyl-
oder l,l-Diaryl-S1-5-oxo-hexanen verseift und decarboxyliert werden.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der neuen Verbindungen besteht
darin, daß man in an sich bekannter Weise 2,3,STrimethyl-pyrrol durch Kochen mit
2 Mol eines Hydroxylamins zu a,ß-Dimethyllävulinaldehyd-dioximen umsetzt, die sich
dann nach an sich bekannten Methoden in den freien a,ß-Dimethyl-lävulinaldehyd überführen
lassen.
-
Die Reaktionsfolge läßt sich durch folgendes Schema veranschaulichen:
Die Umsetzung erfolgt mit Hydroxylamin bzw. mit Hydroxylaminalkyläthern. Man kann
auch Salze von Hydroxylaminen mit anorganischen oder organischen Sauren mit der
berechneten Menge einer Base, wie Ammonium-, Alkali- und Erdalkalihydroxyde, -carbonate
oder -bicarbonate, oder mit einem Uberschuß an basischem Ionenaustauscher harz in
einem geeigneten Lösungsmittel, wie Wasser, wäßrigen oder wasserfreien Alkoholen,
um setzen und diese Lösung zur Umsetzung direkt verwenden.
-
Eine weitere Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, daß man in an sich bekannter Weise 3-Acetyl-5-acetoxy-2-oxo-2,3,4,5-tetrahydrofurane
der allgemeinen Formel
worin R3 einen vorzugsweise niederen Alkylrest bedeutet, durch milde alkalische
Hydrolyse zum a,ß-Dimethyl-lävulinaldehyd gespalten werden.
-
Zur milden alkalischen Hydrolyse verwendet man die wäßrige oder wäßrig-alkoholische
Lösung eines Salzes einer starken anorganischen oder
organischen
Base mit einer schwachen anorganischen oder organischen Säure, beispielsweise Natriumacetat,
oder die wäßrige oder wäßrig-alkoholische Suspension eines Anionenaustauscherharzes.
-
Insbesondere läßt sich das Antibiotikum Acetomycin der obigen Formel,
worin R3 Methyl bedeutet [W. Keller-Schierlein, M. Lj. Mihailovid und V. Prelog,
Helv. Chim. Acta, 41, S. 220 (l958)j, unter dem Einfluß einer wäßrigen Natriumacetatlösung
in a,8-Dimethyl-lävulinaldehyd überführen.
-
Je nach Ausführungsform des Verfahrens erhält man die neuen Verbindungen
mit freien Carbonylgruppen oder als Oxime. Aus den Verbindungen mit freien Carbonylgruppen
lassen sich in üblicher Weise Oxime, Hydazone, Semicarbazone und Acetale herstellen.
Diese lassen sich nach an sich bekannten Methoden in Verbindungen mit freien Carbonylgruppen
überführen.
-
Die Reaktionen werden in an sich bekannter Weise in An- oder Abwesenheit
von Verdünnungsmitteln und/oder Kondensationsmitteln und/oder Katalysatoren, bei
gewöhnlicher oder erhöhter Temperatur, bei Normaldruck oder mit Ausnahme der Azonierung
unter Druck durchgeführt.
-
Die beschriebenen a,B-methyl-substituierten Lävulinaldehyde können
als Heilmittel, z. B. in Form pharmazeutischer Präparate, Verwendung finden.
-
Diese enthalten die genannten Verbindungen in Mischung mit einem für
die enterale, parenterale oder lokale Applikation geeigneten pharmazeutischen organischen
oder anorganischen Trägermaterial.
-
In den nachfolgenden Beispielen sind die Temperaturen in Celsiusgraden
angegeben.
-
Für die Herstellung der Ausgangsstoffe wird Schutz nicht begehrt.
-
Beispiel 1 8,0 g 2,3-Dimethyl-4-keto-pentanol-(l) werden mit einer
Lösung von 14 g Chrom(VI)-oxyd in 150 cm3 Pyridin versetzt und über Nacht bei Zimmertemperatur
stehengelassen. Das Gemisch wird in Eiswasser gegossen und dann mehrmals mit Chloroform
ausgezogen. Die Chloroformlösungen werden mit verdünnter kalter Salzsäure und Wasser
gewaschen, getrocknet und das Lösungsmittel durch eine Vigreuxkolonne abdestilliert.
Der Rückstand liefert bei der Vakuumdestillation 5,8 g eines farblosen Öls mit Sdp.
73 bis 77" (12 mm Hg). Das Infrarotspektrum der rektifizierten Verbindung stimmt
mit dem des a,B-Dimethyl-lävulinaldehyds aus Acetomycin völlig überein.
-
Das Ausgangsmaterial läßt sich wie folgt herstellen: 31,6 g a,p-Dimethyl-lävulinsäure-methylester
und 20 g wasserfreies Athylenglykol werden zusammen mit 1 g p-Toluolsulfosäure in
150 cm3 abs.
-
Benzol während 30 Stunden unter Rückfluß erhitzt, wobei das zurückfließende
Benzol über einen Wasserabscheider ins Reaktionsgefäß zurückgeleitet wird.
-
Nachdem sich etwa 3,5 cm3 Wasser abgeschieden haben, wird abgekühlt
und die Benzollösung mit Wasser gewaschen. Das Benzol destilliert man über eine
gute Kolonne ab. Der Rückstand wird im Vakuum destilliert. Das Ketal geht unter
einem Druck von 12 mm Hg bei etwa 1300 als farblose Flüssigkeit über.
-
30 g dieses Äthylenketals, gelöst in 100 cm3 abs.
-
Äther, werden bei - 100 langsam zu einer Lösung von 7 g Lithiumaluminiumhydrid
in 100 cm3 Äther
zugetropft. Nach 4 Stunden wird die Kühlung entfernt und das Gemisch
noch 20 Stunden stehengelassen. Nach dem Zersetzen mit Eiswasser und verdünnter
Schwefelsäure wird die wäßrige Phase noch viermal mit Äther ausgeschüttelt, die
Äther lösungen dreimal mit wenig Kochsalzlösung gewaschen und getrocknet. Der nach
dem Abtreiben des Äthers verbleibende Rückstand stellt ein Gemisch eines Ketals
und eines Ketons dar. Zur vollständigen Hydrolyse wird das Produkt mit 200 cm3 2n-Schwefelsäure
4 Stunden auf 50° erwärmt. Darauf wird fünfmal mit Äther ausgeschüttelt und die
Ätherlösungen dreimal mit etwas Natriumchloridlösung gewaschen. Der Eindampfrückstand
wird im Vakuum destilliert, wobei 2,3-Dimethyl-4-keto-pentanol-(l) bei 97 bis 103°
übergeht. Er stellt eine farblose Flüssigkeit dar, die im Infrarotabsorptionsspektrum
unter anderem starke Maxima bei 1715 und 3450cm zeigt.
-
Beispiel 2 10 g 2,4,5-Trimethyl-hepten-(2)-on-(6) werden in 90 cm3
abs. Äthylacetat gelöst und während 140 Minuten bei -30 bis -20" ein ozonhaltiger
Sauerstoffstrom durchgeleitet (27mg Ozon pro Minute; gesamte Ozonmenge 3,78 g =
1,2 Mol pro Mol Keton). Danach wird die kalte Lösung sofort in eine Glasschliffapparatur
mit Rührer und Gaseinleitungsrohr übergeführt und mit 0,5 g Palladium auf Bariumsulfat
(100/0 Pd) versetzt. Nun wird unter Kühlung mit Eiswasser bis zum Stillstand der
Wasserstoffaufnahme (etwa 6 Stunden) hydriert.
-
Darauf wird vom Katalysator abfiltriert und die Lösung im Vakuum bei
30° eingedampft. Der gelbliche Rückstand wird durch eine kleine Vigreuxkolonne destilliert.
Bei 70 bis 800/11 Tor werden 5,63 g a,B-Dimethyl-lävulinaldehyd als farbloses Ö1
erhalten. Eine zweite Fraktion mit Sdp. 140 bis 1450/11 Torr, 1,57g, besteht aus
a, -Dimethyllävulinsäure. Der reine Dimethyl-lävulinaldehyd siedet bei 74 bis 760/11
Torr.
-
150 mg des Aldehyds werden in 25 cm3 Methanol gelöst und mit 420
mg 2,4-Dinitrophenylhydrazin versetzt. Nach halbstündigem Kochen unter Rückfluß
wird abgekühlt und mit einigen Tropfen konz.
-
Salzsäure versetzt, um Reste von nicht umgesetztem Reagens aufzulösen.
Nach mehrstündigem Stehen bei 0° wird der gelbe Niederschlag abfiltriert und viermal
aus Äthylacetat-Äthanol umkristallisiert.
-
Gelbe Nädelchen des Bis-2,4-dinitrophenylhydrazons vom F. 213,5 bis
214°.
-
200 mg des Dimethyl-lävulinaldehyds werden mit Semicarbazid-acetat
umgesetzt. Die farblosen Nadeln des [2, 3,4-Trimethyl-pyrryl-(1)]-harnstoffes schmelzen
bei 213 bis 215".
-
Das als Ausgangsmaterial verwendete 2,4,5-Trimethylhepten-(2)-on-(6)
läßt sich wie folgt herstellen: 5,9 g Natrium werden in 200cm3 abs. Alkohol gelöst
und 54 g 2,4-Dimethyl-5-carboäthoxyhepten-(2)-on-(6), hergestellt nach Route und
Stoll, Helv. Chim. Acta, 30, S. 226 (1947), zugefügt.
-
Nun werden unter Rühren 100 g Methyljodid zugegeben und die Lösung
2 Stunden unter Rückfluß gekocht. Von der nun neutral reagierenden Lösung wird der
Alkohol weitgehend abdestilliert und der Rückstand nach dem Erkalten zwischen Wasser
und Äther verteilt. Nach mehrmaligem Auswaschen der Ätherlösung mit Wasser wird
mit Natriumsulfat
getrocknet und der Äther abdestilliert. Der Rückstand
wird im Vakuum destilliert. Sdp. 110 bis 1200/14 Torr.
-
Die Methylierung wird unter denselben Bedingungen noch zweimal wiederholt.
Es werden schließlich 43,6 g 2,4,5-Trimethyl-5-carboäthoxyhepten-(2)-on-(6) als
blaßgelbes O1 erhalten. Sdp. 110 bis 1140/12 Torr.
-
Ausbeute: 760/0 der Theorie.
-
72 g Bariumhydroxyd werden in 600 cm3 Wasser gelöst und die Lösung
durch Filtration geklärt. Diese Lösung wird zusammen mit 40g 2,4,5-Trimethyl-5-carboäthoxy-hepten-(2)-on-(6)
16 Stunden unter Rückfluß gekocht. Nach dem Erkalten wird mit Salzsäure angesäuert
und die Lösung dreimal mit Äther ausgeschüttelt. Die Ätherlösung wird gewaschen,
getrocknet und eingedampft, der Rückstand durch Vakuumdestillation gereinigt. Sdp.
61 bis 660/10 Torr. Es werden 18,3 g (670/o der Theorie) 2,4,5-Trimethyl-hepten-(2)-on-(6)
als farbloses Öl erhalten. Bei nochmaliger Destillation siedet das Produkt bei 64°/13
Torr.
-
Beispiel 3 1,3 g 2,3,4-Trimethylpyrrol werden in 10 cm3 Alkohol gelöst,
mit 1,1 g Soda und 1,8 g Hydroxylamin-hydrochlorid versetzt und 6 Stunden am Rückfluß
gekocht. Darauf wird zur Trockne verdampft und der Rückstand zur Entfernung von
nicht umgesetztem Ausgangsmaterial mehrmals mit Äther ausgekocht. Den ätherunlöslichen
Rückstand löst man aus Benzol um und erhält a,p-Dimethyllävulinaldehyd-dioxim vom
F. 145°, aus dem sich nach bekannten Methoden der im Beispiel 1 beschriebene a"ß-Dimethyl-lävulinaldehyd
gewinnen läßt.
-
Beispiel 4 20,33 g Acetomycin werden mit einer Lösung von 28 g wasserfreiem
Natriumacetat in 135 cm3 Wasser 19 Stunden auf 90 bis 95" erwärmt. Nach dem Abkühlen
wird das Reaktionsgemisch vorsichtig mit festem Kaliumcarbonat neutralisiert, anschließend
mit festem Kaliumcarbonat gesättigt und mit Äther ausgezogen. Die ätherischen Auszüge
werden mit wenig Kochsalzlösung gewaschen getrocknet und destilliert. Man erhält
so 8,97 g eines farblosen Öls vom Sdp. 74 bis 76" (11 mm Hg); aus dem Destillationsrückstand
können 700 mg unverändertes Acetomycin zurückgewonnen werden. Zur Analyse wird das
Öl nochmals im Vakuum destilliert. Es zeigt kein optisches Drehvermögen und besitzt
die Konstitution des a,B-Dimethyl-lävulinaldehyds.
-
Das Ultraviolettabsorptionsspektrum weist nur eine schwache Absorption
bei 282 mll (log E 1,31) auf.
-
Das Infrarotabsorptionsspektrum der Flüssigkeit zeigt Aldehydbanden
bei 2730 und 1730 cm-1.
-
Das als Ausgangsmaterial verwendete Antibiotikum Acetomycin der Formel
wird gebildet durch übliche Züchtung von Streptomyces ramulosus nov. sp., der aus
einer bei Bandama
blanc (Elfenbeinküste) gesammelten Bodenprobe isoliert wurde und
in unseren Laboratorien und in der Eidg. Technischen Hochschule, Zürich, Institut
für spezielle Botanik, unter der Bezeichnung A 17653 aufbewahrt wird.
-
Um das Antibiotikum herzustellen, bereitet man eine Nährlösung der
Zusammensetzung: 20 g Soyamehl, 20 g Mannit und 11 Leitungswasser und stellt sie
auf pa 7,8 ein. Diese bzw. ein Vielfaches derselben wird in 500-cm3-Erlenmeyern
(mit je 100 cm3 Nährlösung) oder in 500-1-Fermentern (miL je 300 1 Nährlösung) abgefüllt
und 20 bis 30 Minuten bei 1 atü sterilisiert. Dann impft man mit bis zu 10°/0 einer
teilweise sporulierenden, vegetativen Kultur des Streptomyces ramulosus an und inkubiert
unter gutem Schütteln bzw. Rühren und in den Fermentern unter Belüftung (mit etwa
1 Volumen steriler Luft pro Volumen Nährlösung pro Minute) bei 27".
-
Nach 70 bis 120 Stunden Wachstum filtriert man die Kulturen unter
Zusatz eines Filterhilfsmittels je nach Volumen durch eine Nutsche oder durch eine
Filterpresse oder einen rotierenden Filter und befreit so die antibiotisch wirksame
wäßrige Lösung vom Mycel und anderen festen Bestandteilen.
-
Der Filterrückstand eines entsprechend erhaltenen 60-1-Ansatzes wird
mit 10 1 Aceton ausgerührt und erneut filtriert. Dies wird zweimal wiederholt, worauf
man die antibiotikumhaltigen Acetonlösungen vereinigt, im Vakuum auf 21 einengt
und mit dem Kulturfiltrat vereinigt. Diese Lösung wird mit 301 Äthylacetat im Westfaliaextraktor
ausgezogen, wobei die gesamte antibakterielle Aktivität in die organische Phase
übergeht. Der Extrakt wird mit Wasser gewaschen, im Vakuum auf 21 eingedampft und
dann mehrere Male mit 0,5 n-Essigsäure und mit 2 n-Natronlauge ausgeschüttelt. Schließlich
trocknet man die Äthylacetatlösung über Natriumsulfat und dampft sie auf 50 cm3
ein. Zu diesem Konzentrat werden 400 cm3 Petroläther zugegeben, worauf das rohe
Antibiotikum Acetomycin in Form von amorphen gelblichen Flocken ausfällt. Nach dem
Abfiltrieren wird das erhaltene Pulver in 250 cm3 heißem Methanol gelöst. Beim Abkühlen
kristallisiert das Antibiotikum Acetomycin in feinen Nadeln. Ausbeute 16 g. F. 115
bis 116°, [a]2D0 = -167" (c = 1,47 in Äthanol).