DE1593299C - Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Hydroxycycloalkan-3-onen - Google Patents

Description

in der, wenn ji = 2 ist, R'

—(CH₂J₂-CO—(CH₂J₃-COOR,

-(CH₂J₂-CO-CH₃,

-CH₂-CH=CCl-CH₃,

-CH₂-CH=

IO

'5 in der, wenn η = 2 ist, R'

—(CH₂)₂—CO- (CH₂)₃—COOR,

-(CH₂J₂-CO-CH₃,
-CH₂-CH=CCl-CH₃,
-CH₂-CH

OCH₃

oder -CH₂-CH

OCH,

oder

-CH₇CH

OH

und R einen niedermolekularen Alkylrest und, wenn « = 3 ist, R' -(CH₂J₂-CO-CH₃ bedeutet,, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man symmetrische Cycloalkan-l,3-dione der allgemeinen Formel

35 R'

CH₃

OH

und R einen niedermolekularen Alkylrest und, wenn η = 3 ist, R' —(CH₂)₂—CO-CH₃ bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man symmetrische Cycloalkan-l,3-dione der allgemeinen Formel

"-(CH₂),,

CH,

45

R'

^L(CH₂)„

in der R und η die oben angegebene Bedeutung besitzen, vorteilhaft bei 26 bis 37° C, der Einwirkung von reduzierenden Enzymen unterwirft, die von Mikroorganismuskulturen von Rhizopus arrhizus Fischer, Rhizopus nigricans, Aspergillus niger, Streptomyces platensis Mc Guire, Saccharomyces cerevisiae Hansen und Pseudomonas aeruginosa, gebildet werden.

Die erfindungsgemäße Reaktion läßt sich schematisch durch folgende Gleichung wiedergeben:

CH,

in der R' und η die oben angegebene Bedeutung besitzen, vorteilhaft bei 26 bis 37° C, der Einwirkung von reduzierenden Enzymen unterwirft, die von Mikroorganismuskulturen von Rhizopus arrhizus Fischer, Rhizopus nigricans, Aspergillus niger, Streptomaces platensis McGuire, Saccharomyces cerevisiae Hansen und Pseudomonas aeruginosa gebildet werden.

R'

(CH₂)„

R'

CH,

65 mikrobiologisch^
Reduktion

OH

(ID

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven 1-Hydroxycyclo-R' und « besitzen darin die vorstehende Bedeutung.

Die gemäß vorliegender Erfindung als Ausgangssubstanzen verwendeten Verbindungen der allgemeinen Formel I besitzen im wesentlichen die folgenden charakteristischen Merkmale:

sie haben eine Symmetrieebene und sind von Natur aus optisch nicht spaltbar;

die beiden Ketogruppen, die durch mikrobiologische Reduktion in Hydroxylgruppen übergeführt werden können, sind in ein und demselben Ring, der ein Fünf- oder ein Sechsring sein kann, in ß-Steilung zueinander angeordnet;

das a-Kohlenstoffatom zwischen den beiden Ketogruppen der Verbindung der allgemeinen Formel I trägt zwei verschiedene Substi tuen ten, näm- '⁵ lieh eine CH₃-Gruppe und den Rest R'.

Zweifellos war die mikrobiologische Reduktion der Verbindungen der allgemeinen Formel I mit einenf unsymmetrischen Reagens, wie einem Enzym, das durch einen Mikroorganismusstamm ausgeschieden wird, um zu den optisch aktiven Verbindungen der allgemeinen Formel II zu gelangen, eine schwer durchzuführende Umsetzung. So war der mögliche Einfluß der Struktur und der sterischen Hinderung der Substituenten CH₃ und R', die in unmittelbarer Nachbarschaft zum Orte der Reaktion angeordnet sind, auf die asymmetrische Reduktion nur einer der beiden Ketogruppen nicht genau vorauszusehen.

Andererseits war für den Fall, daß eine derartige Reduktion stattfindet, schwerlich mit Sicherheit vorauszusagen, welches Stereoisomere sich bilden würde und wie stark der Grad der Stereoselektivität der Reaktion sein würde. So hat die Umwandlung der Verbindung der allgemeinen Formel I in II tatsächlich die Bildung zweier benachbarter asymmetrischer Kohlenstoffatome zur Folge gehabt, so daß die Voraussetzung gegeben war, in wechselndem Verhältnis vier verschiedene optisch aktive Stereoisomere zu erhalten, von denen nur ein einziges erwünscht sein kann. Schließlich besitzt die Verbindung der allgemeinen Formel II noch eine Ketogruppe, die noch eine weitere Reduktion erfahren könnte, was zu wertlosen Dihydroxyverbindungen führen würde. Die Verbindung der allgemeinen Formel II könnte im Reaktionsgemisch, insbesondere wegen ihrer /S-Ketostruktur, auch noch verschiedene Abbaureaktionen erfahren. Alle diese Nebenreaktionen waren auszuschalten, um eine leichte Abtrennung der Verbindung der allgemeinen Formel II in guter Ausbeute sicherzustellen.

Die asymmetrische mikrobiologische Reduktion der Verbindung I zu einem wohldefinierten Stereoisomeren der Verbindung II erschien daher ungewöhnlich reich an Schwierigkeiten. Es wurde nun gefunden, daß durch Einwirkung reduzierender Enzyme eine asymmetrische Reduktion nur einer der beiden Ketogruppen der Verbindung I unter Bildung der Verbindung II stattfindet. Außerdem scheinen Ketogruppen, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, ein Substituent, wie ein Halogenatom, oder funktionelle Gruppen, wie Säuren und Ester, die im Rest R' vorhanden sind, die Reduktion nicht merklich zu beeinflussen.

Es wurde außerdem gefunden, und hierbei handelt es sich um eines der wesentlichsten Ziele der Erfindung, daß es entsprechend den experimentellen Bedingungen der Reduktion und insbesondere entsprechend der Wahl des Mikroorganismus, möglich ist, praktisch ausschließlich nur ein einziges der vier optisch aktiven Stereoisomeren der Verbindung der allgemeinen Formel II herzustellen und dieses unter sehr guten Bedingungen zu isolieren.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Beispielen, die weiter unten ausführlich abgehandelt werden, eindeutig hervor. Es kann jedoch bereits jetzt festgestellt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren, das mikrobiologisch durchgeführt wird, kein kostspieliges Reagens erfordert und die Gewinnung einer optisch aktiven Verbindung der allgemeinen Formel II aus einer inaktiven Verbindung der allgemeinen Formel I in Ausbeuten ermöglicht, die nicht begrenzt sind und die unter den besten Versuchsbedingungen quantitativ sein können.

Es ist dabei durchaus nicht dasselbe, wenn man sich der klassischen Methoden zur Aufspaltung in die optischen Antipoden durch Bildung der beiden Diastereoisomerensalze bedient. In diesem Falle geht nämlich praktisch die Hälfte der racemischen Ausgangsverbindung verloren, und die Endausbeute an aufgespaltenem Produkt überschreitet selten 40%.

Eines der bemerkenswertesten Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das Verfahren besonders gut zur Herstellung von optisch aktiven Verbindungen der allgemeinen Formel II geeignet ist, die direkt für die Totalsynthese von natürlichen Steroiden verwendet werden können. So erhält man gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Cyclopentandionen der allgemeinen Formel III optisch aktive Hydroxycyclopentanone der allgemeinen Formel IV, wobei R in diesen Formeln einen niedermolekularen Alkylrest bedeutet.

CH,

mikrobiologische _ΓΧ
Reduktion \²

Zum Beispiel kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mikrobiologisch die Verbindung

der Formel IHa, also l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxoö'-carbomethoxyj-hexylcyclopentan, zu 1/S-Hydroxy-3 - oxo - 2ß - methyl - 2α - (3' - oxo - 6' - carbomethoxy)-hexylcyclopentan (IVa) mit einem Drehwert von [_a]_D = -35° ± 2 (c = 2%, Chloroform) reduzieren.

(HIa)

COOCH,

mikrobiologisch^
Reduktion

einem Verfahren überlegen, bei dem eine Aufspaltung in optische Isomere vorgenommen und eine höhere Zahl von Verfahrensschritten durchgeführt werden muß. Dadurch werden beim erfindungsgemäßen Verfahren höhere Ausbeuten am gewünschten Endprodukt erhalten. Reduziert man die Verbindung der Formel III a, z. B. mit den reduzierend wirkenden Enzymen von Streptomyces platensis oder Pseudomonas aeruginosa, so erhält man ein Gemisch der Verbindung der Formel IVa und eines rechts drehenden Diastereoisomeren davon, das der Struktur des (+) l/5-Hydroxy-3-oxo-2a-methyl-2^-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexylcyclopentans (IVb) entspricht.

20

(IVa)

COOCH₃
α ο = -35° ± 2 (Chloroform)

Der Methylester der Formel III a ist nicht der einzige Ester, der durch mikrobiologische Reduktion gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das der natürlich vorkommenden Reihe entsprechende Isomere ergibt. Es ist offensichtlich, daß die übrigen niedermolekularen Alkylester der allgemeinen Formel III zu denselben Ergebnissen führen.

Es konnte gezeigt werden, daß bei Verwendung von insbesondere Rhizopus arrhizus Fischer oder Rhizopus nigricans durch Reduktion der Verbindung der Formel III a praktisch ausschließlich das Isomere der Formel IVa erhalten wird. Unter diesen Bedingungen konnten die anderen Stereoisomeren der allgemeinen Formel IVa im Reaktionsgemisch nicht nachgewiesen werden. Darüber hinaus gibt gerade die Art Rhizopus arrhizus Fischer die beste Ausbeute an der Verbindung der Formel IVa.

Die praktisch bevorzugte Durchführungsmethode besteht daher darin, die Verbindung der Formel III a der reduzierenden Wirkung einer Kultur von Rhizopus arrhizus, Fischer (Stamm ATCC 11 145) unter aeroben Bedingungen zu unterwerfen.

Die mikrobiologische Reduktion wird vorteilhafterweise bei einer Temperatur zwischen 26 und 37° C innerhalb von 1 bis etwa 4 Tagen durchgeführt. Das Substrat wird entweder der Kultur von Rhizopus arrhizus Fischer in glukosehaltigem Milieu oder dem Mycel, das nach Entfernung des Kulturmilieus in destilliertem Wasser suspendiert wird, zugegeben. Es kann z. B. in Form von äthanolischer Lösung zügesetzt werden oder im Inkubationsmilieu oder in destilliertem Wasser, das das vorher zugesetzte Mycel enthält, suspendiert werden. Es wurde festgestellt, daß 4 g Mycel mindestens 8 g Cycloalkandion der Formel III a reduzieren können.

Unter diesen Bedingungen übersteigt die Umwandlungsrate der Verbindung der Formel Ilia in IVa 70%. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demnach

COOCH,

(IVb)

Die Verbindung der Formel IVb .wird praktisch ausschließlich durch Reduktion der Verbindung der Formel IHa erhalten, wenn die Reduktion durch Aspergillus niger oder Saccharomyces cerevisiae Hansen bewirkt wird.

Verbindungen, wie die der Formel IVb, sind von großem Interesse für die Totalsynthese von Steroiden mit umgekehrter Konfiguration, die antihormonale Eigenschaften aufweisen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erhält man durch Reduktion von l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo)-butyl-cyclopenten (VII) mit Hilfe einer Kultur von Rhizopus arrhizus Fischer das l/?-Hydroxy-3-oxo-2/f-methyl-2a-(3'-oxo)-butyl-cyclopentan (VIII), das linksdrehend ist (Chloroform). In analoger Weise führt die Reduktion von 1,3 - Dioxo - 2 - methyl-2-(3 '-chlor^'-buten^yl-cyclopentan (DC) mit Hilfe einer Kultur von Rhizopus arrhizus Fischer zum 1-Hydroxy-3-oxo-2-methyl-2-(3'-chlor-2'-buten)-yl-cyclopentan (X), das rechtsdrehend ist (Chloroform).

Die optisch aktiven Verbindungen, wie die Verbindungen der Formeln VIII und X, können als Zwischenprodukte für die Totalsynthese von Steroiden der natürlichen Reihe dienen und sind daher von sehr großem Interesse.

Das 14,17 - Dioxo - 3 - methoxy - 8,14 - seco - östral,3,5(10),9(l l)-tetraen wird, wenn es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Einwirkung von reduzierenden Enzymen, die durch eine Kultur von Rhizopus arrhizus Fischer oder Aspergillus niger gebildet wurden, zu einem Produkt reduziert, das einen negativen Drehwert von [a]_D = —22,5° (c = 2%, Chloroform) aufweist. Diesem Produkt konnte die Struktur des ^Oxo-n-hydroxy-S-methoxy-8,14-seco-östra-l,3,5(10),9(ll)-tetraens aus der natürlichen Reihe zugeordnet werden, das ein sehr wichtiges Zwischenprodukt für die Totalsynthese der Steroide darstellt.

Ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde das l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo)-butyl-cyclohexan der Einwirkung von Enzymen aus Kulturlösungen von Rhizopus arrhizus Fischer in glukosehaltigem Milieu unterworfen. Unter diesen Bedingungen erfolgt die Bildung einer linksdrehenden Ver-

7 ■ 8

bindung mit [α] _D = -48°C ± 1 (c = 1,14"/0,ChIOrO- Glukose 10g

form), der sehr wahrscheinlich die Struktur des Maisquellwasser 10 g

1 -Hydroxy-S-oxo^-methyl-^-ß'-oxobutyty-cyclo- Sojamehl 10g

hexans in Form des Hemiacetals entspricht. Diese Trockener Malzextrakt 5 g

Verbindung kann in D-Homosteroide überführt wer- 5 Calciumcarbonat Ig

den. Natriumchlorid 5 g

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Wasser, auffüllen auf 1000 cm³

Die Ausgangsstoffe, für deren Herstellung Schutz

im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht be- Nach der Sterilisation (30 Minuten bei 120⁰C)

ansprucht wird, können auf folgende Weise her- io wird die Lösung mit 5 χ 10⁵ Rhizopus arrhizus

gestellt werden: Fischer (ATCC 11 145)-Sporen/cm³ beimpft und dann

, . _ _. „ ,,-,„, s, , , . unter aeroben Bedingungen 24 Stunden bei 27°C

A. l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3 oxo-6 -carbomethoxy)- _{auf einer Rotationssc}hüttelmaschine bebrütet. Die

hexyl-cyclopentan (HIa) _{s0 erhaltene} Vorkultur dient zum Animpfen der

63,9 g S-Oxo-o-heptensäuremethylester und 45,9 g 15 Hauptstufe. Dazu gibt man in eine 250-cm³-Flasche 2-Methyl-cyclopentan-l,3-dion werden in ein Ge- 100 cm³ des oben beschriebenen sterilen Mediums, misch aus Hydrochinon, 32 cm³ wasserfreiem Pyridin impft mit 10% der Vorkultur an und bebrütet 24 Stun- und 140 cm³ wasserfreiem Toluol eingebracht. Man den unter denselben Bedingungen, wie oben beerhitzt das Gemisch 16 Stunden zum Rückfluß unter ♦ schrieben.

Stickstoffatmosphäre und destilliert die Lösungs- 20 Danach versetzt man mit einer Lösung von 0,2 g mittel im Vakuum ab. Man erhält auf diese Weise 1.3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-einen ölartigen Rückstand, den man so, wie er ist. hexyl-cyclopentan (HIa) in 1 cm³ Äthanol, rührt das für die weitere Umsetzung verwenden oder auch Reaktionsgemisch 24 bis 30 Stunden bei 34° C und reinigen kann, indem man ihn in Methylenchlorid danach etwa 45 Stunden bei 26 bis 28° C. Dann veraufnimmt; diese Lösung wird dann mit Wasser ge- 25 einigt man die aus 15 identischen Flaschen gewonwaschen, über Natriumsulfat getrocknet und zur nenen Kulturen, filtriert das Mycel ab und wäscht Trockne eingedampft; man isoliert auf diese Weise es mit Wasser, welches man dem Filtrat wieder 95,5% l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo-6'-carbo· zufügt. Das Filtrat wird mit Chloroform extrahiert methoxy)-hexyl-cyclopentan (I I Ia) in Form eines am- und der Chloroformextrakt mit Wasser gewaschen, braduftenden Öls. . _? 30 getrocknet und zur Trockne eingedampft. Auf diese

ο 1 ι τλ· -1 .u 1 -> /->> ui τ u ♦ \ ι Weise erhält man 3,07 g eines zurückbleibenden Öls,

B. l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3-chlor-2-buten)-yl- _{das einen Drehwert in dcr} Größenordnung [Vj₀ =

cyclopentan (IX) _₂₃o _jn chloroform aufweist. Dieses öl, das haupt-

Man stellt eine Lösung aus 12,5% Kaliumiodid in sächlich 1 /i-Hydroxy-3-oxo-2/*-methyl-2«-(3'-oxo-

Dimethylformamid her, indem man 15 g Kalium- 35 o'-carbomethoxyj-hexyl-cyclopentan (IVa) darstellt,

jodid in 150 cm³ Dimethylformamid löst und davon kann, so wie es ist, für die Cyclisierung verwendet oder

25 cm³ durch Destillation entfernt. auch gereinigt werden. Zur Reinigung wird das öl

Zu 1,38 cm³ der oben beschriebenen Lösung, die auf einer Magnesiumsilikatsäule chromatographiert;

auf 0⁰C abgekühlt wurde, fügt man 165 mg 1-Pyrro- man isoliert auf diese Weise Verbindung IVa, die

lidyl - 2 - methyl - 3 - oxo - 1 - cyclopenten, das nach 40 homogen ist und in Form eines Öls anfällt und die

J. J. Panouse und Ch. S a η η i e (Bull. Soc. Chim. die für seine Struktur charakteristischen IR-, RMN-

France, 1956, S. 1374) hergestellt wurde, und rührt und Circulardichroismus-Spektren und einen Dreh-

das Gemisch 15 Minuten im Dunkeln. wert [a]_D = —35° ± 2 (c = 2%, Chloroform) auf-

Man fügt dann 0,13 cm³ l,3-Dichlorbuten-(2) zu weist.

und setzt das Rühren 2V2 Stunden unter Ausschluß 45 Diese Verbindung ist in der Literatur noch nicht

von Licht fort. beschrieben.

Danach fügt man 0,3 cm³ Wasser zu und erhitzt b) Die Arbeitsweise ist identisch wie unter a) be-

das Gemisch 2 Stunden auf dem ölbad auf ungefähr schrieben, doch wird ein anderes Kulturmedium

95°C. verwendet.

Dann kühlt man ab, schüttet die Mischung in Wasser 50 Man gibt in einen 250-cm³-Kolben 100 cm³ eines

und extrahiert sie mit Methylenchlorid, wäscht die »318-Glukose« genannten Kulturmediums, das fol-

Extrakte mit Wasser, trocknet, filtriert und dampft gendermaßen hergestellt wird:

sie im Vakuum zur Trockne ein. Hefeext akt 2

Der Rückstand wird über Kieselsäuregel chromato- Ammn™ mc 'iVnt ? f

graphiert und mit Methylenchlorid, das 1% Aceton ₅₅ SÄt' · '■ '■'' '■ '■ '■' '■ '■ '· '■ '■ ojg

enthalt, eluiert, wobei man m einer Ausbeute von r-vi,,;,,™ u„ -j „·♦ ο ** 1 τ -ι

36,2% das l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-chlor-2'-buten)- wlTer 0 02

yl-cyclopentan erhält. Magnesiumsulfat, wasserfrei".''.'.'.'.'. 0^g

B e i s ρ i e 1 1 Mangansulfat mit 4 Molekül

l//-Hydroxy-3-oxo-2/?-methyl-2«-(3'-oxo-6'-carbo- ° Wasser 0,05 g

methoxy)-hexyl-cyclopentan (IVa) Zinksulfat mit 7 Molekül Wasser .. 0,005 g

\ c -u . . j -r- ■ -±1. 1· t_ τ·- Eisensulfat mit 7 Molekül Wasser 0,0005 g

a) SubstratdasinForrnemerathanolischenLosung Kupfersulfat mit 5 Molekül Wasser 0,005 g

zu einem Inkubationsgemisch zugegeben wird, welches Cl kose 10

das Kulturmedium und das Mycel enthält. 65 „ ecköl 2

Man gibt in eine 250-cin³-Flasche 100 cm³ eines ^ ^",^ ^y [[[-y \_m ^₃
»11/-Glukose« genannten Kulturmediums, das wie

folgt hergestellt wird: Nach der Sterilisation (30 Minuten bei 120⁰C) wird

das Medium mit 5 χ 10^s Rhizopus arrhizus Fischer (ATCC 11 145)-Sporen/cm³ angeimpft und danach das Ganze unter aeroben Bedingungen 24 Stunden bei 27° C auf einer Rotationsschüttelmaschine bebrütet.

Die so erhaltene Vorkultur dient zum Animpfen der Hauptstufe. Dazu wird ein 250-cm³-Kolben mit 160 cm³ des oben beschriebenen sterilen Mediums versetzt, mit 10% der Vorkültur angeimpft und 24 Stunden unter denselben Bedingungen, wie oben beschrieben, bebrütet.

Danach werden 0,2 g l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo-

Umwandlung unter denselben Bedingungen 72 Stunden vonstatten gehen.

Man vereinigt die aus 100 identischen Flaschen gewonnenen Kulturen, filtriert das Mycel ab, wäscht es mit Wasser, welches man dem Filtrat wieder zufügt, und extrahiert das Ganze mit Chloroform. .

Der Chloroformextrakt wird mit Wasser gewäsehen, getrocknet und zur Trockne eingedampft. Man erhalt auf diese Weise l/?-Hydroxy-3-oxo-2^-methyl-2«-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexylcyclopentan (IVa) als Rohprodukt ([«]_D in der Größenordnung von -26°). Wie unter a) kann dieses Produkt durch Chromatographie gereinigt oder so wie es ist fur die Cyclisierung verwendet werden.

c) Substrat, in Form einer äthanolischen Lösung, das nach der Entfernung des Kulturmediums zum Mycel zugegeben wird. Eine Kultur aus Rhizopus arrhizus Fischer (ATCC'11 145) wird, wie ""unter b) beschrieben, bis zur Gewinnung der Hauptstufe, die 24 Stunden gealtert ist, hergestellt. Danach wird die Kultur zentrifugiert und die überstehende Flüssigkeit entfernt. '

Das Mycel wird geerntet, mit Wasser gewaschen und dann in 100 cm³ Wasser suspendiert und zu 0,4 g l,3-Diox_O-2-_methyl-2-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cydopentan, gelost m 1 cm³ Äthanol zugegeben. Dann rührt man 72 Stunden bei einer Temperatur von 30°C

Danach erntet man die Kultur, trennt das Mycel ab, extrahiert die flüssige Phase mit Chloroform, dampft das Lösungsmittel der organischen Phase ab und erhält auf diese Weise rohes l/?-Hydroxy-3-oxo-2/?-methyl-2a-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cyclopentan, das einen Drehwert [o]_D in der Größen-Ordnung von — 24° aufweist. Wie unter a) beschrieben, kann das Produkt durch Chromatographie gereinigt oder, so wie es ist, für weitere Verfahrensstufen verwendet werden.

d) Substrat und Mycel, beide in Form von Suspensionen in destilliertem Wasser.

Eine Kultur von Rhizopus arrhizus Fischer (ATCC 11 145) wird, wie unter c) beschrieben, bis zur Gewinnung der Mycel-Suspension in 100 cm³ Wasser hergestellt.

Dann gibt man 0,6 g l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cyclopentan zu und beläßt das Gemisch unter Rühren bei einer Temperatur von 30° C 90 Stunden.

Danach erntet man die Kultur, trennt das Mycel durch Filtration ab und extrahiert die flüssige Phase mit Chloroform.

Die organische Phase wird im Vakuum zur Trockne eingedampft. Man erhält rohes l/J-Hydroxy-3-oxo-2/?-methyl-2a-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cyclopentan mit einem Drehwert (VJ₀ in der Größen-Ordnung von —23°. Wie unter a) kann das Produkt durch Chromatographie gereinigt oder so, wie es ist, für weitere Verfahrensstufen verwendet werden.

Auf Grund von Circulardichroismus-Messungen an nach a) bis d) erhaltenen Rohprodukten wurde festgestellt, daß sie 60 bis 75% an gewünschtem l/i-Hydroxy-3-oxo-2;S-methyl-2«-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cyclopentan enthalten.

B e i s ρ i e 1 2

Man gibt in eine 250-cm³-Weithalsfiasche 100 cm³ eines »304 DL« genannten Kulturmediums, das wie folgt hergestellt wird:

Natriumnitrat 3 g

Dikaliumphosphat' '.Y.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 1,3 g
Magnesiumsulfat mit 7 Molekül

Wasser 0 5 e

Eisensulfat mit 7 Molekül' Wasser''.'. ojoi e
Kaliumchlorid 0 5""

Dextrin 30k °

Hefeextrakt 5 ε

_{Was aufgefu}i_lt'_auf' ] ] ]'. [ ];;;; ]' J₀₀O cm³

Dieses Medium wird mit 6,5 cm³ einer wäßrigen Suspension von Saccharomyces cerevisiae Hansen angeimpft, und das Ganze wird bei einer Temperatur von 28° C 24 Stunden auf einer Rotationsschütteleinrichtung bewegt. Man nimmt 10 cm³ der so gewonnenen Vorkultur und beimpft damit 100 cm³ des Mediums 117, das 30^u/oo Glukose enthält und wie folgt hergestellt wird: '

Glukose 30 ε

Maisauell'wasser 10 ε

Calciumcarbonat 11

Natriumchlorid 5 g

Wasser, aufgefülltäuf YYYYYYY. ΪΟΟΟ cm³

Dann rührt man 24 Stunden bei einer Temperatur von 28° C auf einer Rotationsschütteleinrichtung.

Danach versetzt man mit 200 mg l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cyclopentan (HIa), das in 1 cm³ Äthanol gelöst ist, und rührt das Reaktionsgemisch 94 Stunden bei einer Temperatur von 28° C auf einer Rotationsschüttelmaschine.

Danach vereinigt man die Kulturen aus 50 identisch behandelten Weithalsflaschen, filtriert das Mycel ab, wäscht mit Aceton, vereinigt die Acetonwaschflüssigkeit mit dem Filtrat und extrahiert das Ganze mit Chloroform.

Nach dem Trocknen des organischen Extraktes und Destillation im Vakuum zur Trockne erhält man das 1 β -Hydroxy- 3 -oxo- 2 α -methyl -2 β -(3'- oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cyclopentan (IVb), [a]_D = +42° (c = 2%, Chloroform), Ausbeute 48%.

Diese Verbindung ist in der Literatur noch nicht beschrieben.

Die Verbindung stellt ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Steroiden dar.

b e 1 s ρ 1 e l 3

Die mikrobiologische Reduktion des 1,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl-cyclopentans wird z. B. im glukosehaltigen Medium »117«

11 - 12

oder »318« unter analogen Bedingungen, wie im in das p-Nitrobenzoat des (XI) übergeführt werden:

Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt. Man verwendet Man gibt 297 mg l/i-Hydroxy-S-oxo^/i-methyl^a-

den Stamm Streptomyces platensis Mc Guire (NRRL (3'-oxo-butyl)-cyclopentan (VIII) zu 3 cm³ wasser-

2364). Es bildet sich dabei ein Gemisch aus l/?-Hy- freiem Benzol und 1,5 cm³ wasserfreiem Pyridin,

droxy-3-oxo-2/>'-methyl-2o-(3'-oxo-6'-carbometh- 5 fügt dann unter Stickstoffatmosphäre eine Lösung

oxy)-hexyl-cyclopentan (IVa) und von 1/i-Hydroxy- von 365 mg p-Nitrobenzoylchlorid in 3 cm³ wasser-

3-oxo-2a-methyl-2/i-(3'-oxo-6'-carbomethoxy)-hexyl- freiem Benzol zu und erhitzt das Reaktionsgemisch

cyclopentan (IVb), die man durch Chromatographie 15 Minuten bei einer Temperatur von 50 bis 55° C.

voneinander trennen kann. Nach Umkristallisation in einem Gemisch Toluol-

IVa: [a]_D = — 35° ± 2 (c = 2%, Chloroform), io Isopropyläther (1:2) erhält man das p-Nitrobenzoat

IVb: [a]_D = +42° (c = 2%, Chloroform). des 1 /i-Hydroxy-3-oxo-2/J-methyl-2a-(3'-oxobutyl)-

Das erhaltene Rohprodukt enthält etwa 30% der cyclopentane (XI), F. = 98 bis 99° C bzw. 105⁰C,

Verbindung IVa und 20 bis 25% der Verbindung IVb. nach Umkristallisation aus demselben Gemisch, [«]?

" +47,5° (c = 0,5%, Benzol).

^{B e} » ^s P » ^{e ] 4} I₅ UV-Spektrum: (Äthanol).

Die Reduktion des l,3-Dioxo-2-methyl-(3'-oxo- . . · _11;9 „ _nom

st t- »L \ ι. ι ι * ·,. r» J ^Amax ^Ql 25ö ma, F=Ii 9UU.

6 -carbomethoxyj-hexyl-cyclopentans mit Pseudomo-

nas aeruginosa ATCC Nr. 10 145 wird unter analogen Diese Verbindung ist in der Literatur noch nicht

Bedingungen, wie im Beispiel 1 beschrieben, durch-· beschrieben.

geführt. Das verwendete Kulturmedium ist jedoch 20 B e i s ρ i e 1 6

verschieden; es besteht aus l-Hydroxy-3-oxo-2-methyl-2-(3'-chlor-2'-buten)-yl-

Hefeautolysat 5 g cyclopentan (X)

bakteriologischem Pepton 5 g _{Man gibt in ejnen 2}50-cm³-Kolben 100 cm³ des

Malzextrakt - g _{25 wl} 17-Glukose« genannten Kulturmediums, das wie

Natriumchlorid 3 g _{im BeispieI la)} beschrieben, hergestellt wurde. Nach

Wasser, aufgefüllt auf 1000 cm³ _der s_terilisati(ni _{von 30 Minut}en bei 120⁰C wird das

Es findet dabei, ebenso wie im BeispieI 3, die Medium angeimpft mit Rhizopus arrhizus Fischer

Bildung eines Gemisches aus den Verbindungen der (ATCC 11 145) und unter aeroben Bedingungen

Formeln IVa und IVb statt, die durch Chromato- 30 24 Stunden bei 27° C auf einer Rotationsschüttel-

graphie getrennt werden können. maschine bebrütet.

IVa: [«]₀ = — 35° ± 2 (c = 2%, Chloroform), Man erhält auf diese Weise die Vorkultur, die

IVb: [«]_D = +42° (c = 2%, Chloroform). zum Animpfen der Hauptstufe dient. Dazu bringt man

Das erhaltene Rohprodukt enthält etwa 40% der in einen 250-cm³-Kolben 100 cm³ des sterilen »117-

Verbindung IVb und 10% der Verbindung IVa. 35 Glukose«-Mediums, impft mit 10% der Vorkultur

_n . . , _c an und bebrütet 24 Stunden unter denselben Be-

Beispiel 5 ,· . ,

, . . , , dingungen wie vorher.

l/7-Hydroxy-3-oxo-2/i-methyl-2«-(3-oxo-butyl)- _{Danach gibt man 02 g} l,3-Dioxo-2-methyl-

cyclopentan (VIII) 2 - (3'- chlor-2'-buten)-yl-cyclopentan (IX), gelöst

Man stellt eine Kultur von Rhizopus arrhizus 40 in 1 cm³ Äthanol, zu und rührt das Reaktionsgemisch Fischer (ATCC 11145) gemäß der im BeispieI la) 72 Stunden bei einer Temperatur von 28°C.
beschriebenen Verfahrensweise dar, behandelt dann Danach vereinigt man die entsprechenden Kulturen mit Hilfe dieser Kultur 50 identische Weithals- aus sieben identischen Kolben, filtriert das Mycel ab, flaschen, von denen jede 0,2 g l,3-Dioxo-2-methyl- wäscht mit Wasser, vereinigt die Waschwässer mit 2-(3'-oxo-butyl)-cyclopentan enthält, das von 45 dem FiItrat und extrahiert mit Chloroform.
C. B. C. B ο y c e und J. S. W h i t e h u r s t, J. Chem. Die mit Wasser gewaschenen, getrockneten und Soc, Bd. 2 (1959), S. 2022, beschrieben ist, und isoliert zur Trockne eingedampften Chloroformextrakte ergemäß dem im BeispieI la) beschriebenen Verfahren geben als Rückstand ein öl, das einen positiven ein öliges Produkt, das man über Magnesiumsilikat Drehwert [a]_D aufweist,
chromatographiert. 50 Dieses hauptsächlich aus l-Hydroxy-S-oxo^-me-

Man erhält auf diese Weise das l/i-Hydroxy-3-oxo- thyW-ß'-chlor^'-butenVyl-cyclopentan (X) bestehen-

2ß - methyl - 2α - (3' -oxobutyl) - cyclopentan (VIII), de öl kann durch Chromatographie über Kiesel-

[«]*> = -40° ± 2 (c = 2%, Chloroform) in einer säuregel gereinigt werden; man isoliert auf diese

Reinausbeute von 48%. Die IR- und RMN-Spektren Weise nach dem Verdampfen des Eluats ein öliges,

und der Circulardichroismus stimmen mit'der Struktur 55 homogenes Produkt, das im Kontakt mit Petroläther

überein. in rechtwinkligen Lamellen kristallisiert, bei 6O⁰C

Das Produkt ist farblos, unlöslich in Wasser und __ schmilzt und einen Drehwert von [α] f = +49°

löslich in der Mehrzahl der üblichen organischen " (c = 2%, Chloroform) aufweist. Das IR-Spektrum

Lösungsmittel. stimmt mit der Struktur überein.

δ si r η π — 1Q4OO ^6o ^as Rohprodukt, welches in einer quantitativen

Analyse ^₁₀H₁₆Us - i»4^. Ausbeute erhalten wurde, enthält etwa 60% der Ver-

Berechnet ... C 65,2, H 8,75%; bindung X.

gefunden ... C 65,2, H 8,7%. Das Produkt ist farblos und in der Mehrzahl der

Diese Verbindung ist in der Literatur noch nicht üblichen organischen Lösungsmittel löslich,
beschrieben; sie stellt ein Zwischenprodukt zur Her- 65

stellung von Steroiden dar. Analyse: C₁₀H₁₅O₂Cl = 202,67.

Das l/i-Hydroxy-3-oxo-2/?-methyl-2o-(3'-oxo- Berechnet ... C 59,26, H 7,45%;

butyl)-cyclopentan (VIII) kann auf folgende Weise gefunden ... C 59,3, H 7,5%.

Diese Verbindung ist in der Literatur noch nicht beschrieben; sie stellt ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Steroiden dar.

Beispiel 7

S-Methoxy-l^oxo-n-hydroxv-S^-seco-östral,3,5(10),9(ll)-tetraen

Man beimpft eine Weithalsflasche, die 100 cm³ des »117-Glukose« genannten Mediums enthält, mit 1,5 cm³ einer wäßrigen Suspension von Rhizopus arrhizus Fischer (ATCC 11 145) im Verhältnis von 7,5 χ 10⁶ Sporen/cm³ und schüttelt bei einer Temperatur von 28° C 24 Stunden auf einer Rotationsschüttelmaschine.

Dann beimpft man 90 cm³ des »117-Glukose« genannten Mediums, das 50°'_nn Glycerin enthält, mit 10 cm³ einer Suspension der vorstehenden Vorkultur und fügt dann noch eine Lösung von 12 mg .14,17 - Dioxo - 3 - methoxy - 8,14 - seco - östra -1,3,5^10). 9(ll)-tetraen, das nach dem von Thomas B. W i η d h ο 1 ζ und Mitarbeiter, J. Org. Chem., Bd. 28 (1963) 1092 beschriebenen Verfahren erhalten wurde, in 1 cm³ 50%igem Äthanol zu und schüttelt bei einer Temperatur von 28° C 54 Stunden auf einer Rotationsschüttelmaschine.

Man vereinigt den Inhalt von 100 identischen Weithalsflaschen, filtriert das Mycel ab, wäscht mit Aceton, vereinigt Filtrat und Acetonwaschflüssigkeiten und extrahiert das Ganze mit Chloroform.

Man trocknet, dampft die organischen Extrakte zur Trockne ein und erhält ein linksdrehendes öl. das durch Chromatographie über einer Magnesiumsilikatsäule gereinigt werden kann und das das 3 - Methoxy -14 - oxo - 17 - hydroxy - 8,14 - seco- östral,3,5(10),9(ll)-tetraen aus der natürlichen Reihe ergibt. [«]*? = -22,5° (c = 2%, Chloroform). Ausbeute: 50% an Reinprodukt. In anderen Versuchen schwankte die Ausbeute zwischen 35 bis 50%.

Diese Verbindung ist in der Literatur noch nicht beschrieben.

Daslinksdrehende3-Methoxy- 14-oxo-17-hydroxy-8,14-seco-östra-l,3,5(10),9(ll)-tetraen aus der natürlichen Reihe wird unter analogen Bedingungen erhalten, indem man das 14,17-Dioxo-3-methoxy-8,14 -seco- östra - l,3,5(10),9(ll)-tetraen der reduzierenden Wirkung einer Kulturlösung von AspergiUus niger Van Tieghem in »I17-Glukose«-Medium unterwirft. Höchste Ausbeute 50% nach 24 Stunden. Das' 3,17 - Dihydroxy - 14 - oxo - 8,14 - seco - östral,3,5(10),9(ll)-tetraen erhält man durch Reduktion des3-Hydroxy-14,17-dioxo-8,14-seco-östra-l,3,5(10), 9(ll)-tetraens, das nach dem von I. V. Tor go ν und Mitarbeiter, Steroids 4,31 (1964), beschriebene Verfahren erhalten wird, indem man die oben beschriebene Verfahrensweise anwendet.

Das 3,17-Dihydroxy-14-oxo-8,14-seco-östra-

l,3,5(10),9(ll)-tetraen, das durch die Bildung seines Methyläthers in 3-Stellung mit Hilfe von Diazomethan charakterisiert werden kann, ist, soweit bekannt, in der Literatur noch nicht beschrieben.

Beispiel 8

Hemiacetal des 1-Hydro xy-3-oxo-2-methyl-2-(3'-oxo)-butyl-cyclohexans

DieReduktiondes l,3-Dioxo-2-methyl-2-(3'-oxo)-butyl-cyclohexans mit Rhizopus arrhizus Fischer (ATCC 11 145) in »I17-Glukose«-Medium wird etwa 96 Stunden unter analogen Bedingungen gemäß Beispiel 5 oder 1 durchgeführt. Nach Extraktion isoliert man durch Chromatographie ein farbloses, flüssiaes Produkt, [«]_D = -48° ± 1 (c = 1,^/»,Chloroform), dessen Struktur dem l-Hydroxy^-oxo^-melhyl^- (3'-oxo-butyl)-cyclohexan in Form des Hemiacetals entspricht. Ausbeute: 30%.

Analyse: C_nH₁₈O₃ = 198,25.

Berechnet ... C 66,64, H 9,15, 0 24,21%;
gefunden ... C 67,0, H 9,0, 0 24,4%.

Diese Verbindung ist in der Literatur noch nicht beschrieben; sie stellt ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Steroiden dar.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven 1 - Hydroxycycloalkan - 3 - onen der allgemeinen Formel

   alkan-3-onen der allgemeinen Formel

   R'

   CH₃

   OH

   CH,

   ^L (CH₂)„

   R'

   OH