DE19830006A1 - Pentaerythritolderivate und Intermediate zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt neue Verbindungen der Formel I, welche als pharmazeutische Wirkstoffe, insbesondere zur Behandlung von Herz-/Kreislauferkrankungen, Verwendung finden können. DOLLAR F1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die hier vorgelegte Erfindung betrifft neue vom Pentaerythritol abgeleitete Verbindungen, welche insbesondere als Pharmaka Verwendung finden können.

Bekannter technischer Hintergrund

Organische Salpetersäureester wie Glyceroltrinitrat (GTN) (Murrel, Lancet: 80, 113, 151 (1879)), Pentaerythrityltetranitrat (PETN) (Risemann et al., Circulation, Vol. XVII, 22 (1958), US-PS-2370437), lsosorbid-5-mononitrat (ISMN) (DE-OS-22 21 080, DE-OS-27 51 934, DE-OS-30 28 873, DE-PS-29 03 927, DE-OS-31 02 947, DE-OS-31 24 410, EP-A1-045076, EP-A1-057847, EP-A1-059664, EP-A1-064194, EP- A1-067964, EP-A1-143507, US-PS-3886186, US-PS-4065488, US-PS-4417065, US-PS-4431829), Isosorbiddinitrat (ISDN) (L. Goldberg, Acta Physiolog. Scand. 15, 173 (1948)), Propatylnitrat (Médard, Mem. Poudres 35: 113 (1953)), Trolnitrat (FR-PS-984523) oder Nicorandil (US-PS-4200640) und ähnliche Verbindungen sind Vasodilatatoren, die zum Teil seit Jahrzehnten schwerpunktmäßig bei der Indikation Angina pectoris bzw. ischämischer Herzkrankheit (IHK) breitesten therapeutischen Einsatz finden (Nitrangin®, Pentalong®, Monolong®, u. a.). Gleichfalls sind weitere Pentaerythritylnitrate sowie deren Darstellung beschrieben (Simecek, Coll. Czech. Chem. Comm. 27 (1962), 363; Camp et al., J. Am. Chem. Soc. 77 (1955), 751). Vergleichbare urd verbesserte pharmakologische Wirksamkeit beim Einsatz in den vorstehend genannten Indikationsgebieten sollen organische Nitrate neueren Typs wie beispielsweise SPM 3672 (N-[3-Nitratopivaloyl]-L-cystein-ethylester) (US-PS-5284872) sowie dessen Derivate aufweisen. Weiterhin bekannt ist die Herstellung von 3-Nitryloxy-2,2-bis-(nitryloxymethyl)- propionsäure und deren Methylester (Nec, Chem. Prum. (1978), 28 (2), 84) sowie von neueren vom Pentaerythrityltetranitrat abgeleiteten Verbindungen (WO-A1-98/15521).

Die galenische Verarbeitung der organischen Nitrate zu pharmazeutischen Zubereitungen zur Behandlung von Angina pectoris bzw. der ischämischen Herzkrankheit sind allgemein bekannt. Sie erfolgt nach den dem pharmazeutischen Fachmann allgemein geläufigen Arbeitsweisen und -regeln, wobei sich die Auswahl der anzuwendenden Technologien und eingesetzten galenischen Hilfsstoffe in erster Linie nach dem zu verarbeitenden Wirkstoff richtet. Hierbei sind Fragen seiner chemisch­ physikalischen Eigenschaften, insbesondere die den organischen Nitraten bekanntermaßen anhaftenden Sprengstoffeigenschaften, was der Beachtung besonderer Sicherheitsvorkehrungen und besonderer Verarbeitungstechnologien bedarf, der gewählten Applikationsform, der gewünschten Wirkungsdauer sowie der Vermeidung von Arzneistoff-Hilfsstoff-Inkompatibilitäten von besonderer Bedeutung. Für Arzneimittel mit der Indikation Angina pectoris bzw. ischämischer Herzkrankheit ist vor allem die perorale, parenterale, sublinguale oder transdermale Applikation in Form von Tabletten, Dragees, Kapseln, Lösungen, Sprays oder Pflastern beschrieben (DD-A5-293492, DE-AS-26 23 800, DE- OS-3325652, DE-OS-33 28 094, DE-PS-40 07 705, DE-OS-40 38 203, JP-Anmeldung 59/10513 (1982)).

Neben den langjährig bekannten Anwendungen nitrosierend wirkender Substanzen ist deren Verwendung zur Behandlung und Prävention von Erkrankungen beschrieben, welche ihre Ursache in pathologisch erhöhten Konzentrationen schwefelhaltiger Aminosäuren in Körperflüssigkeiten haben. Diese Krankheitszustände, hervorgerufen durch angeborene oder erworbene Defekte im Metabolismus dieser Aminosäuren und die durch erhöhte Blut- und Urinkonzentrationen besagter Aminosäuren (Homocystinurie) charakterisiert sind, werden unter dem Begriff Homocysteinämie zusammengefaßt (WO-A1-92118002). Die Verwendung bestimmter organischer Salpetersäureester als endothelprotektive Mittel (DE-A1-44 10 997) sowie als Mittel zur Behandlung von erektiler Dysfunktion (WO-A1-96/32118) wurden kürzlich beschrieben.

Einerseits haftet den bisher bekannten organischen Nitraten (Salpetersäureestern) eine Reihe therapeutischer Nachteile an. So ist z. B. die sogenannte Nitrattoleranz zu beobachten, d. h. die Abnahme der Nitratwirkung bei hoher Dosierung oder bei Applikation längerwirkender Nitrate. Ebenso sind Nebenwirkungen wie Kopfschmerzen, Schwindel, Übelkeit, Schwächegefühl, Hautrötung sowie die Gefahr eines stärkeren Blutdruckabfalls mit reflektorischer Tachykardie belegt (Mutschier, Arzneimittelwirkungen, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart, 1991). Andererseits besitzt PETN als Wirkstoff eine Reihe herausragender Eigenschaften, welche eine bevorzugte Verwendung dieser Verbindung als Pharmakon gegenüber anderen organischen Nitraten begründen, wobei jedoch eine limitierte Bioverfügbarkeit dieses Wirkstoffes zu beobachten ist (Schriftenreihe "Pentaerythrityltetranitrat", Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt, 1994 bis 1997). Lipophile organische Nitrate sind, infolge eines schnelleren metabolischen Abbaus zu weniger wirksamen bzw. unwirksamen Biotransformationsprodukten, in der Regel nur kurze Zeit wirksam (Bonn, "Pharmakokinetik organischer Nitrate" in "Pentaerythrityltetranitrat", Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, Darmstadt, 1995).

Darlegung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, neue vom Pentaerythritol abgeleitete Verbindungen mit pharmakologisch vorteilhaften Wirkungen bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch Verbindungen der allgemeinen Formel I,

worin R¹, R² und R³ gleich oder voneinander verschieden R⁴, CH₂-ONO₂, CH₂-OR⁵, CH₂-X, COOR⁵, COX, CH₂-COOR⁵, oder CH₂-COX, wobei jedoch mindestens einer der Substituenten R¹ bis R³ gleich R⁴ ist, R⁴ CHO, R⁵ H oder ein geradkettiger oder verzweigter C₁- bis C₆-Alkylrest und X ein Halogen sind.

Bevorzugte Ausführungsformen sind dabei die Verbindungen der Formeln II, III und IV.

Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch Verbindungen der Formel I, worin die neben R¹ bis R³ stehende Gruppe CH₂-ONO₂ zusätzlich eine der anderen für R¹ bis R³ angegebenen Bedeutungen haben kann, als Arzneimittel.

Ausgangsprodukte der Synthese der Verbindungen der Formeln I bis IV sind die Synthesevorstufe von Pentaerythrit der Formel V,

Pentaerythrit bzw. dessen Salpetersäureester nämlich Pentaerythritylmono- (PEMN), Pentaerythrityldi- (PEDN), Pentaerythrityltri- (PETriN) und Pentaerythrityltetranitrat (PETN), die wiederum in an sich bekannter Weise (Simecek, Coll. Czech. Chem. Comm. 27 (1962), 363; Camp et al., J. Am. Chem. Soc. 77 (1955), 751) in guten Ausbeuten synthetisch zugänglich sind. Weiterhin Carbonsäureester dieser Verbindungen (Marans et al., J. Am. Chem. Soc. 76 (1954), 1304) sowie für die Synthese der Verbindungen der Formel I geeignete Verbindungen, wie sie in WO-A1-98/15521 beschrieben sind. Die Verbindungen PEMN, PEDN und PETriN werden dabei durch vollständige bzw. partielle Oxidation vorhandener Hydroxymethylgruppen in die entsprechenden Tri-, Di- oder Monocarbonsäuren überführt, aus denen gegebenenfalls durch partielle Hydrazinolyse der entsprechenden Nitratfunktion die korrespondierenden sowohl Nitroxy-, Hydroxy- als auch Carboxyfunktion tragenden Derivate erhalten werden. Die Bildung der Verbindungen der Formel (I) erfolgt über dem Fachmann geläufige Synthesemethoden und -verfahren, beispielsweise bekannte Aldehyd- oder Esterbildungsreaktionen. Oxidationen oder Reduktionen sollten dabei unter möglichst milden Bedingungen geführt werden, um die gewünschte Aldehydfunktion zu erhalten. Zur Synthese, Isolierung, Reinigung und Charakterisierung der Zielverbindungen kann sich der Fachmann spezifischer Reaktionsprodukte von Aldehyden oder 1,3- Diolen, wie beispielsweise Hydraten, Acetalen, Halbacetalen, Mercaptalen, Halbmercaptalen, alle vorstehenden genannten Verbindungen jeweils auch in cyclischer Form wie z. B. Lactolen, Thiolactolen sowie 1,3-Dioxanen, 1,3-Dithiolanen, weiterhin Cyanhydrinen, Bisulfitverbindungen, Aldiminen, Azomethinen, Hydrazonen, Azinen, Oximen, Semicarbazonen u. ä., bedienen, welche gleichfalls im Umfang vorliegender Erfindung liegen. Je nach den Verfahrensbedingungen und den Ausgangsmaterialien kann das Endprodukt auch als freie Säure oder Base, Basen- oder Säureadditionssalz bzw. Betain erhalten werden, die jeweils innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen. So können saure, basische, neutrale oder gemischte Salze sowie Hydrate erhalten werden. Einerseits können die jeweiligen Salze in an sich bekannter Weise in die freie Säure oder Base unter Verwendung entsprechender Mittel oder durch Ionenaustausch umgewandelt werden. Andererseits können die erhaltenen freien Säuren oder Basen Salze mit organischen oder anorganischen Basen oder Säuren bilden. Bei der Herstellung von Basenadditionssalzen werden vor allem solche Basen verwendet, die geeignete therapeutisch verträgliche Salze bilden. Solche Basen sind beispielsweise Hydroxide oder Hydride der Alkali- und Erdalkalimetalle, Ammoniak sowie Amine. Bei der Herstellung von Säureadditionssalzen werden gleichfalls bevorzugt solche Säuren verwendet, die geeignete therapeutisch verträgliche Salze bilden. Solche Säuren sind beispielsweise Halogenwasserstoff-, Sulfon- Phosphor-, Salpeter und Perchlorsäure, weiterhin aliphatische, azyklische, aromatische, heterozyklische Carbon- oder Sulfonsäuren wie Ameisen-, Essig-, Propion-, Bernstein-, Glycol-, Milch-, Apfel-, Wein-, Zitronen-, Glucon-, Zucker-, Glucuron-, Ascorbin-, Malein-, Hydroxymalein-, Pyruv-, Phenylessig-, Benzoe-, p-Aminobenzoe-, Anthranil-, p-Hydroxybenzoe-, Salicyl-, Acetylsalicyl-, p- Aminosalicyl-, Embon-, Methansulfon-, Ethansulfon-, Hydroxyethansulfon-, Ethylensulfon-, Halogenbenzensulfon-, Toluensulfon-, Naphthylsulfon-, oder Sulfanilsäure sowie Aminosäuren wie beispielsweise Methionin, Tryptophan, Lysin oder Arginin. Diese und andere Salze der neuen können als Mittel zur Reinigung der erhaltenen freien Säuren oder Basen dienen. Salze der Säuren oder Basen können gebildet und aus Lösungen abgetrennt werden, und dann kann die freie Säure oder Base aus einer neuen Salzlösung in einem reineren Zustand gewonnen werden. Wegen des Verhältnisses zwischen den neuen Verbindungen in ihrer freien Form und ihrer Salze liegen die Salze innerhalb des Umfangs der Erfindung. Einige der neuen Verbindungen können je nach der Auswahl der Ausgangsmaterialien und des Verfahrens als optische lsomere oder Racemat vorliegen, (oder wenn sie wenigstens zwei asymmetrische Kohlenstoffatome enthalten, können sie als ein Isomerengemisch (Racematgemisch) vorliegen. Die erhaltenen Isomerengemische (Racematgemische) können mit Hilfe der Chromatographie oder der fraktionierten Kristallisation in zwei stereoisomere (diastereomere) reine Racemate getrennt werden. Die erhaltenen Racemate können nach an sich bekannten Methoden aufgetrennt werden, wie durch Umkristallisation aus einem optisch aktiven Lösungsmittel, durch Verwendung von Mikroorganismen, durch Umsetzung mit optisch aktiven Agenzien unter Bildung von Verbindungen, die getrennt werden können, durch Trennung auf der Basis der unterschiedlichen Löslichkeiten der Diastereoisomeren. Geeignete optisch aktive Agenzien sind die L- und D-Formen von Wein-, Di-o-tolylwein-, Apfel-, Mandel-, Glucon-, Zucker-, Glucuron-, Camphersulfon-, Chinin- oder Binaphthylphosphorsäure. Vorzugsweise wird der aktivere Teil der beiden Antipoden isoliert. Die Ausgangsmaterialien sind bekannt oder können, wenn sie neu sein sollten, nach an sich bekannten Methoden erhalten werden. Gleichzeitig ist die Verwendung von pharmakologisch verträglichen Derivaten aller vorstehend benannten Verbindungen möglich. Vor allem gebräuchliche Additionsverbindungen, Salze oder enzymatisch bzw. hydrolytisch spaltbare Verbindungen wie Ester, Amide, Hydrazide, z. B. erhalten durch N-Aminierung (DD-B1-230865 und DD-A3-240818) entsprechender Aminoverbindungen, Hydraziniumsalze und ähnliche stellen, soweit vorstehend noch nicht erwähnt, mögliche Variationen dar.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen können selbst oder als Teil einer galenischen Präparation, als Einzelwirkstoff in Kombination miteinander bzw. mit bekannten Herz-/Kreislauf- oder Gefäßtherapeutika, beispielsweise ACE-Hemmern, Antiatherosklerotika, Antihypertensiva, Betablockern, Cholesterinsenkern, Diuretika, Kalziumantagonisten, Koronardilatatoren, Lipidsenkern, periphere Vasodilatatoren, Phosphodiesterase-, insbesondere -(V)-, oder Thrombozytenaggregationshemmern oder anderen, ebenfalls als Herz-/Kreislauftherapeutika eingesetzten Substanzen, kombiniert, ihrer klinischen Verwendung zugeführt werden. Sie können insbesondere in Kombination mit organischen Nitraten zur Vermeidung von Toleranz- oder Kreuztoleranzphänomenen verwendet werden.

Die Bereitstellung von galenischen Zubereitungen erfolgt dabei nach den dem pharmazeutischen Fachmann allgemein geläufigen Arbeitsweisen und -regeln, wobei sich die Auswahl der anzuwendenden Technologien und eingesetzten galenischen Hilfsstoffe in erster Linie nach dem zu verarbeitenden Wirkstoff richtet. Hierbei sind Fragen seiner chemisch-physikalischen Eigenschaften, der gewählten Applikationsform, der gewünschten Wirkungsdauer, des Wirkungsortes sowie der Vermeidung von Arzneistoff-Hilfsstoff-Inkompatibilitäten von besonderer Bedeutung. Es obliegt daher dem Fachmann, anhand bekannter Stoff- und Verfahrensparameter in an sich trivialer Weise Arzneiform, Hilfsstoffe und Herstellungstechnologie auszuwählen. Die betreffende Arzneiform soll dabei so ausgestaltet sein, daß sie zur Erzielung therapeutischer Plasmaspiegel den jeweiligen Wirkstoff in einer Menge enthält, welche es ermöglicht, die Tagesdosis bei freisetzungsgesteuerten Systemen auf 1 bis 2 und bei anderen Arzneiformen auf bis zu 10 Einzeldosen zu verteilen. Ebenso geeignet ist eine kontinuierliche Applikation mittels Langzeitinfusion. Zur Erzielung endothelprotektiver Effekte werden im allgemeinen lang anhaltende therapeutische Blutspiegelwerte anzustreben sein. Erfindungsgemäß können die benannten Verbindungen vor allem oral, intravenös, parenteral, sublingual oder transdermal appliziert werden. Die jeweilige Arzneizubereitung wird bevorzugt in flüssiger oder fester Form bereitgestellt. Hierfür geeignet sind Lösungen, insbesondere zur Zubereitung von Tropfen, Injektionen oder Aerosolsprays, des weiteren Suspensionen, Emulsionen, Sirupe, Tabletten, Filmtabletten, Dragees, Kapseln, Pellets, Pulver, Pastillen, Implantate, Suppositorien, Cremes, Gele, Salben, Pflaster oder andere transdermale Systeme. Die pharmazeutischen Zubereitungen enthalten übliche galenisch einsetzbare, organische oder anorganische Träger- und Hilfsstoffe, welche selbst gegenüber den jeweiligen Wirkstoffen chemisch indifferent sein sollten. Auch die chemische Derivatisierung bei der Aufbringung auf Trägermaterialien ist eingeschlossen, dies betrifft insbesondere die Bildung von Addukten mit Zuckerderivaten wie Croscarmelosen oder Cyclodextrinen. Geeignete pharmazeutische Hilfsstoffe sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Wasser, Salzlösungen, Alkohole, Pflanzenöle, Polyethylenglycole, Gelatine, Laktose, Amylose, Magnesiumstearat, Talkum, hochdisperses Siliziumdioxid, Paraffin, Fettsäuremono- und -diglyceride, Cellulosederivate, Polyvinylpyrrolidon und ähnliche. Die Zubereitung kann sterilisiert und wenn notwendig mit Hifsstoffen wie Füllmitteln, Bindemitteln, Gleit-, Formentrenn-, Schmier-, Zerfalls-, Feuchthalte-, Adsorbtions- oder Gegensprengmitteln, Konservierungsstoffen, Stabilisatoren, Emulgatoren, Lösungsvermittlern, Salzen zur Beeinflussung des osmotischen Drucks, Pufferlösungen, Farb-, Duft-, Aroma- oder Süßstoffen versetzt sein. Der pharmazeutischen Fachmann wird anhand der jeweiligen Stoffparameter eine geeignete Auswahl zur Vermeidung von Arzneistoff-Hilfsstoff Inkompatibilitäten treffen.

Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen überraschenderweise die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus zeichnen sie sich z. T. durch eine optimierte NO-Liberation z. B. durch ihren differenzierten Gehalt an reduktiv biotransformierenden NO-Precursorgruppen oder durch eine verbesserte mehrphasige NO-Liberation und je nach Anwendungszweck gesteigerte Lipo- bzw. Hydrophilie sowie durch pharmakodynamische Vorlastsenkung, verminderten Endothelinanstieg im Plasma, ausgeprägte Thrombozytenaggregationshemmung durch thrombozytenaktive Gruppen und, auch in subhämodynamischer Dosis, durch endothelprotektive Wirkung aus. Besonders vorteilhaft ist dabei die Tatsache, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen durch ihre Eigenschaften stark der Ausbildung von Nitrat- und Nitratkreuztoleranzen entgegenwirken.

Es wurde weiterhin gefunden, daß sie sich ausgezeichnet zu galenischen Zubereitungen in Form von Sprays und Injektionslösungen verarbeiten lassen. Die erfindungsgemäß eingesetzten Verbindungen zeigen bei funktionellen Untersuchungen an isolierten Blutgefäßen (Kaninchenaorta) überraschend hohe vasodilatatierende Eigenschaft bei verbesserter Bioverfügbarkeit und gesteigerter Hydrophilie sowie erleichterter Biotransformation zum Endmetaboliten, wobei diese Endmetaboliten allgemein gut verträglich sind. Sie zeichnen sich als überraschend starke Nitratvasodilatatoren aus, die eine größere Halbwertzeit bei verbesserter Bioverfügbarkeit im Vergleich zu anderen Nitraten besitzen. Es war überraschend, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen einerseits den für organische Nitrate typischen starken pharmakodynamischen Effekt ohne dessen ausgeprägte Kurzzeitwirkung auslösen, andererseits jedoch nahezu keine Toleranzphänomene hervorrufen, somit die Vorteile bekannter organischer Nitrate innerhalb der eingesetzten Verbindungen, ohne deren jeweilige pharmakodynamische Nachteile, miteinander kombiniert sind. Mit der dargelegten Erfindung werden somit verbesserte und erheblich erweiterte therapeutische Möglichkeiten eröffnet, pathologischen Situationen wie Herz- und Gefäßerkrankungen, insbesondere die koronare Herzkrankheit, Gefäßstenosen und Durchblutungsstörungen der peripheren Arterien, Hypertonie, Mikro- und Makroangiopathien im Rahmen des Diabetes mellitus, Atherosklerose und die daraus resultierenden Folgekrankheiten, weiterhin erektile Dysfunktion, erhöhten Augeninnendruck, Uterus-Spasmen, Klimakteriumsbeschwerden etc. zu behandeln. Einige der vorstehend beschriebenen Verbindungen lassen sich aufgrund ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften als Explosivstoffe charakterisieren, was deren Verwendung auch als solche ermöglichen kann. Hierzu ist der Fachmann in der Lage, anhand bekannter Testverfahren, geeignete Verbindungen auszuwählen. Im Gegensatz dazu weisen jedoch eine Reihe der erfindungsgemäßen Substanzen diese Eigenschaften nicht oder nur sehr abgeschwächt auf, so daß sich diese Verbindungen durch die Abwesenheit der für organische Salpetersäureester typischen Sprengstoffeigenschaften bei gleichzeitiger Erhaltung und Verbesserung der pharmakologischen Wirkungen durch eine besonders einfache und sichere Herstellung, Handhabung sowie Weiterverarbeitung auszeichnen. Darüber hinaus sind die mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verbindungen hilfreiche Ausgangs- und Zwischenverbindungen bei der Herstellung von chemischen Derivaten, welche selbst als pharmazeutische Wirkstoffe Verwendung finden können.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung hinsichtlich ihres Wesens und ihrer Ausführung näher erläutern, ohne sie jedoch in ihrem Umfang zu beschränken.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

• a) 158 g (0,5 Mol) Pentaerythrityltetranitrat (PETN) wurden in einem Gemisch von 300 ml Dioxan und 300 ml Ethanol unter Sieden gelöst und während 1 Stunde portionsweise mit verschiedenen Mengen wäßriger Hydrazinhydrat-Lösung (1,5-4 mol) versetzt. Dann wurde das Reaktionsgemisch noch 2,5 Stunden unter Rückfluß zum Sieden erhitzt. Während der Reaktion entweichen Stickstoff, Ammoniak und Stickoxide. Nach der Reaktion wurden bei 15 mm Hg die Lösungsmittel abgedunstet und der Rückstand, je nach Bedarf, mehrmals mit 100 ml Portionen Wasser ausgeschüttelt, bis sich beim Ausschütteln das Volumen der Ölschicht nicht mehr verringert. Die wäßrigen Auszüge (A) wurden gesammelt und die verbliebene ölige Schicht im doppelten Volumen Ethanol gelöst. Die eventuell ausgeschiedene weiße Fällung von PETN wurde nach 24 Stunden filtriert; sie zeigte den F_p 132°C. Nach zweimaliger Umkristallisation aus Aceton war ihr F_p auf 141°C angestiegen. Aus dem Filtrat wurde bei 15 mm Hg Ethanol abgedunstet. Der viskose, ölige Rückstand bestand aus dem rohen Pentaerythrityltrinitrat (PETriN).
• b) Die vereinigten wäßrigen Auszüge A wurden dreimal mit Ether ausgeschüttelt und aus der von der wäßrigen Schicht B abgetrennten Etherschicht nach Trocknen über wasserfreiem Na₂SO₄ der Ether abgedunstet. Der sehr viskose, ölige Eindampfrückstand wurde als rohes Pentaerythrityldinitrat (PEDN) identifiziert. Der wäßrige Anteil B, der neben dem Pentaerythritmononitrat (PEMN) und Pentaerythrit Denitrierungsprodukte, hauptsächlich Hydrazinnitrit, enthält, wurde bis zum Aufhören der Gasentwicklung (N₂, N₂O, NO, N₃H) sukzessiv mit 2N-H₂SO₄ angesäuert, dann bei 20 mm Hg bis zur einsetzenden Abscheidung fester Produkte eingeengt und ausgeethert. Die nach Abdunsten des Ethers verbliebene kristalline Substanz vom F_p 62°C wurde als rohes PEMN identifiziert. Nach Waschen mit kaltem Chloroform und Umkristallisation aus Chloroform zeigten die erhaltenen Blättchen den F_p 79°C. Der Extraktionsrückstand wurde bei 10 mm Hg zur Trockene abgedunstet und der Rückstand mit einer kleinen Menge Wasser verrührt. Die abfiltrierten weißen Kristalle, die nach Umkristallisation aus der gleichen Gewichtsmenge Wasser den F_p 260°C aufwiesen, wurden als reiner Pentaerythrit identifiziert.
• c) Zur Reinigung der rohen Substanzen PETriN und PEDN wurden diese in die betreffenden Acetate übergeführt und nach Umkristallisation aus Ethanol zu den Reinprodukten alkoholysiert. Zu 135,5 g (0,5 Mol) rohem PETriN [bzw. 56,5 g (0,25 Mol) PEDN] wurde unter Kühlen und Rühren ein Gemisch von 50 ml Acetanhydrid und 20 ml Acetylchlorid anteilsweise zugefügt. Das nach der Reaktion erstarrte Gemisch wurde zweimal mit 50 ml Ethanol verrührt und abgesaugt. Die farblosen Kristalle des Pentaerythrittrinitratacetats (PETriNAc) vom F_p 85-86°C zeigten nach zweimaliger Umkristallisation aus Ethanol den F_p 89°C, Ausbeute an Reinprodukt 121 g (77%). Pentaerythritdinitratdiacetat (PEDNAc) bildet ebenfalls farblose Kristalle, deren F_p 42-43°C nach zweimaliger Umkristallisation aus Ethanol auf 47°C. Ausbeute an Reinprodukt 56 g (72%). 104,4 g (0,3 Mol) PETriNAc oder 51,7 g (0,15 Mol) PEDNAc wurden in 400 ml Ethanol heiß gelöst, eine Lösung von 1,5 g NaOH in 50 ml Ethanol zugefügt und das azeotrope Gemisch Ethanol-Ethylacetat (K_p 71,8°C/760 mm) abdestilliert. Nach Beendigung der Ethylacetat-Bildung wurden weitere 1,5 g NaOH in 50 ml Ethanol zugefügt und wieder so lange fraktioniert, bis weiteres Ethylacetat nicht mehr überging. Dann wurde das Ethanol bei 15 mm Hg abgedunstet und der Rückstand im Falle der Substanz PETriN dreimal mit 20 ml Wasser ausgeschüttelt und im Falle der Substanz PEDN mit 100 ml Wasser verrührt und dreimal ausgeethert. Nach Trocknen im Vakuum bzw. Entfernen des Ethers verbleiben die reinen Substanzen PETriN bzw. PEDN als farblose viskose Flüssigkeiten, die zur Analyse im Vakuum über P₂O₅ getrocknet wurden.
• d) Das PETriN wurde ebenfalls in der Weise verarbeitet, daß es nach Waschen mit Wasser mit 100 ml Wasser verrührt und dann bei nicht höherer Temperatur als 20°C bis zum nächsten Tag belassen wurde. Es lieferte an der Luft beständige, farblose Kristalle vom F_p 32°C, in denen mit Karl-Fischer Reagens 2,14 ± 0,05% Wasser und durch Vakuumtrocknung bei 60°C 2,15% Wasser festgestellt wurden, entsprechend einem Hydrat der Zusammensetzung C₅H₉O₁₀N₃ . ¹/₃ H₂O.
• e) PETriN wird dargestellt durch Nitrierung von Pentaerythrit mit HNO₃ (95%ig) in Gegenwart von Harnstoff.
• f) PEDN und PEMN werden dargestellt aus PETriN durch Hydrazinolyse (4 mol NH₂NH₂ (50%ig)) mit anschließender säulenchromatographischer Trennung des 1 : 1-Gemisches.
• g) Eine Lösung von 0,0037 mol Pentaerythrityltrinitrat (PETriN), 5,5 ml Benzen, 9 ml Wasser und 0,15 ml Aliquat® 336 wird portionsweise unter kräftigem Rühren mit 0,0074 mol KMnO₄ versetzt. Nach beendeter Zugabe wird die Temperatur für 2 Stunden bei 15°C gehalten. Anschließend wird mit wäßriger Hydrogensulfitlösung versetzt, mit H₂SO₄ angesäuert und die Benzenschicht abgetrennt. Nach Entfernen des Lösungsmittels erhält man 3-Nitryloxy-2,2-bis(nitryloxymethyl)-propionsäure (Tri-PS) als festen Rückstand, der mehrfach aus Methylenchlorid umkristallisiert wird (Ausbeute: 72%).
• h) Zu einem auf 0°C gekühlten Gemisch aus 2,5 g 95-iger HNO₃, einer Spatelspitze Harnstoff sowie 10 ml Wasser gibt man unter Rühren und Eiskühlung 1,0 g (0,0061 mol) 2,2-Bis(hydroxy­ methyl)malonsäure. Nach 10 Minuten tropft man unter Rühren 2,5 g 94%ige H₂SO₄ zu und rührt noch eine Stunde bei 0°C nach. Die organische Schicht wird abgetrennt und eingedampft. Als Rückstand erhält man 2,2-Bis(nitryloxymethyl)malonsäure als viskoses Öl, das säulenchromatographisch gereinigt wird. Ausbeute: 45%. Elementaranalyse: (C: entspricht, H: entspricht, N: entspricht).
• i) Zu einem auf 0°C gekühlten Gemisch aus 2,5 g 95-iger HNO₃, einer Spatelspitze Harnstoff sowie 10 ml Wasser gibt man unter Rühren und Eiskühlung 1,0 g (0,004 mol) Carboxy-2- hydroxymethylmalonsäure. Nach 10 Minuten tropft man unter Rühren 2,5 g 94%ige H₂SO₄ zu und rührt noch eine Stunde bei 0°C nach. Die organische Schicht wird abgetrennt und eingedampft. Als Rückstand erhält man 2-Carboxy-2-nitryloxymethylmalonsäure als viskoses Öl, das säulenchromatographisch gereinigt wird. Ausbeute: 30%. Elementaranalyse: (C: entspricht, H: entspricht, N: entspricht).
• j) 1 g (3,5 mmol) Tri-PS wird mit 5,3 mmol Thionylchlorid 1,5 Stunden am Rückfluß erhitzt: Der Überschuß an Thionylchlorid wird erst auf dem Wasserbad, dann im Vakuum abdestilliert. Den Rückstand nimmt man in Diethylether auf und wäscht schnell mit wenig Eiswasser. Die organische Phase wird abgetrennt, über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum verdampft. Das anfallende ölige 3-Nitryloxy-2,2-bis(nitryloxymethyl)propionsäure-chlorid (Tri-PSCI) ist für weitere Umsetzungen rein genug. Ausbeute: 75%.
• k) Die Säurechloride der Verbindungen 2,2-Bis(nitryloxymethyl)malonsäure (Bis-MS) und 2-Carboxy- 2-nitryloxymethylmalonsäure (CN-MS) erhält man analog. Zur Darstellung von 2,2- Bis(nitryloxymethyl)malonsäuredichlorid (Bis-MSCI) wird die doppelte Menge Thionylchlorid und von 2-Chlorcarbonyl-2-nitryloxymethyl-malonsäuredichlorid (CN-MSCI) die dreifache Menge Thionylchlorid verwendet. Ausbeute: 70 bzw. 45%.
• l) 7 mmol Tri-PS werden mit 1 ml Thionylchlorid und 1 Tropfen trockenem DMF versetzt und unter Feuchtigkeitsausschluß 20 min bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend destilliert man überschüssiges Thionylchlorid ab und gibt zu dem auf 0°C gekühlten Reaktionsgemisch 10 ml trockenes Methanol. Nach 30 min wird mit 30 ml Wasser verdünnt und fünfmal mit Diethylether extrahiert. Die säulenchromatographische Reinigung (Hexan : Essigester = 2 : 1) des nach Verdunsten des Lösungsmittels erhaltenen Rohproduktes ergibt 3-Nitryloxy-2,2-bis(nitryl­ oxymethyl)propionsäuremethylester als farblose Kristalle. Ausbeute: 44%. C₆H₉N₃O₁₁, M = 299,14; Fp = 66°C; R_f = 0,65 (Kieselgel, Hexan : Essigester = 1 : 1).
• m) 1 g (3,5 mmol) Tri-PS wird mit 10,5 mmol Ethanol, 20 mg Toluensulfonsäure und 30 ml Chloroform versetzt und 12 Stunden am Wasserabscheider unter Rückfluß erhitzt. Die Chloroformphase wird mit wäßriger Bicarbonatlösung und mit Wasser gewaschen, das Lösungsmittel im Vakuum verdampft und der Rückstand säulenchromatographisch gereinigt. Man erhält 3-Nitryloxy-2,2- bis(nitryloxymethyl)-propionsäureethylester als farbloses Öl. Ausbeute: 85%.
• n) Man löst 1 ml n-Butanol in 5 ml Pyridin und gibt unter Eiskühlung 0,5 g (1,7 mmol) Tri-PSCI gelöst in 5 ml Tetrahydrofuran zu. Es wird 1 Stunde auf dem Wasserbad erwärmt. Anschließend gießt man in 50 ml Eiswasser und neutralisiert vorsichtig mit Salzsäure. Der ölig abgeschiedene Ester wird in Diethylether aufgenommen, mit wäßriger Natriumcarbonatlösung und Wasser gewaschen, die organische Phase über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum verdampft. Die säulenchromatographische Reinigung des Rückstandes 3-Nitryloxy-2,2- bis(nitryloxymethyl)propionsäurebutylester als farbloses Öl. Ausbeute: 69%.
• o) Die Ester der Carbonsäure Bis-MS und CN-MS werden analog durch Verdopplung (im Fall von Bis- MS) bzw. Verdreifachung (im Fall von CN-MS) der zugegebenen Reagenzien erhalten.
• p) Zu einer Lösung von 90 g entgaster 100%iger Salpetersäure werden bei -5°C unter Luftstrom 0,015 mol 2,2-Bis(hydroxymethyl)malonsäurediethylester langsam gegeben. Das Reaktionsgemisch wird weitere 120 min bei -5°C durchgast und anschließend in Eiswasser gegossen. Die wäßrige Phase wird zweimal ausgeethert, die organische Phase mit 10%iger Hydrogencarbonatlösung und mit Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum verdampft. Der Rückstand wird säulenchromatographisch aufgetrennt. Ausbeute: 94%. R_f = 0,52 (Kieselgel, Hexan : Essigester = 2 : 1); ¹H-NMR (300 MHz, CDCl₃): entspricht; ¹³C-NMR (75 MHz, CDCl₃): entspricht.
• q) 1 g (3,4 mmol) Tri-PSCI wird in 25 ml Dioxan gelöst und mit überschüssiger konzentrierter Ammoniaklösung versetzt. Nach 30 min gießt man in 100 ml Eiswasser und säuert schwach mit verdünnter Salzsäure an. Das ölige abgeschiedene 2,2-Bis(nitryloxymethyl)-3-nitryloxy­ propansäureamid wird säulenchromatographisch gereinigt. Ausbeute: 65%.
• r) 7 mmol Tri-PS werden mit 1 ml Thionylchlorid und 1 Tropfen trockenem DMF versetzt und unter Feuchtigkeitsausschluß 20 min bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend gibt man zu dem Reaktionsgemisch 3 ml kalte konzentrierte NH₃-Lösung und läßt die Lösung auf Raumtemperatur abkühlen. Nach fünfmaliger Extraktion der wäßrigen Phase mit Diethylether sowie Entfernen des Lösungsmittels erhält man ein öliges Rohprodukt, aus dem mittels Säulenchromatographie (Hexan : Essigester = 1 : 1) 3-Nitryloxy-2,2-bis(nitryloxymethyl)-propionsäureamid als farblose Kristalle isoliert werden. Ausbeute: 32%; C₅H₈N₄O₁₀, M = 284,13; R_f = 0,52 (Kieselgel, Hexan : Essigester = 1 : 1). F_p = 71-72°C (CHCl₃).
• s) 1 g (3,5 mmol) 3-Nitryloxy-2,2-bis(nitryloxymethyl)propionsäuremethylester wird mit 3 ml Benzylamin und 100 mg Ammoniumchlorid 3 Stunden auf 130°C erwärmt, abgekühlt, in 50 ml Chloroform aufgenommen und nacheinander mit Wasser, verdünnter Salzsäure, wäßriger Bicarbonatlösung und wieder mit Wasser gewaschen. Das nach Abdampfen des Lösungsmittels erhaltene Rohprodukt wird säulenchromatographisch gereinigt. Man erhält 3-Nitryloxy-2,2- bis(nitryloxymethyl)propionsäure-N-benzylamid als farbloses Öl. Ausbeute: 73%.
• t) 1 g (3,5 mmol) 2,2-Bis(nitryloxymethyl)-3-nitryloxy-propansäuremethylester wird mit überschüssiger wäßriger Hydrazinhydrochloridlösung 5 Stunden auf dem Wasserbad erwärmt. Man gießt auf Eis und säuert schwach mit Salzsäure an. Nach säulenchromatographischer Trennung des abgeschiedenen Öls erhält man 3-Nitryloxy-2,2-bis(nitryloxymethyl)-propionsäurehydrazid als farbloses Öl. Ausbeute: 63%.
• u) Die Amide bzw. Hydrazide der Carbonsäuren Bis-MS und CN-MS werden analog durch Verdopplung bzw. Verdreifachung der Reagenzien dargestellt.
  Die vorstehend unter a) bis u) beschriebenen Verbindungen dienen als Ausgangs- und Zwischenverbindungen für weitere Umsetzungen.

Beispiel 2

Die Verbindung Tri-PSCI wird in Gegenwart eines stark desaktivierten Pd-Katalysators einer Rosenmund-Reduktion unterworfen. Das Reaktionsprodukt wird in Form seiner Bisulfitverbindung isoliert, gereinigt sowie aus ihr freigesetzt. Ausbeute: 43%. ¹H-NMR (300 MHz, CDCl₃): entspricht; ¹³C- NMR (75 MHz, CDCl₃): entspricht.

Beispiel 3

Die Verbindung Bis-MSCI wird analog Beispiel 2 umgesetzt. Ausbeute: 35%. ¹H-NMR (300 MHz, CDCl₃): entspricht; ¹³C-NMR (75 MHz, CDCl₃): entspricht.

Beispiel 4

Die Verbindung CN-MSCI wird analog Beispiel 2 umgesetzt. Ausbeute: 27%. ¹H-NMR (300 MHz, CDCl₃): entspricht; ¹³C-NMR (75 MHz, CDCl₃): entspricht.

Beispiel 5 Untersuchung der pharmakologischen Wirkung der Verbindungen

• a) Die Untersuchung wird durchgeführt an kultivierten Zellen (RFL-6-Fibroplasten, LLC-PK1- Epithelzellen), die als Modell zur Charakterisierung der Wirk- und Toleranzprofile von NO-Donoren bekannt sind (Bennett et al., J. Pharmacol. Ther. 250 (1989), 316; Schröder et al., J. Appl. Cardiol. 2 (1987), 301; J. Pharmacol. Exp. Ther. 245 (1988), 413; Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 342 (1990), 616; J. Pharmacol. Exp. Ther. 262 (1992), 298; Adv. Drug Res., 28 (1996), 253). Die intrazelluräre Akkumulation von cGMP als Parameter der Nitratwirkung und -bioaktivierung wird mit Hilfe eines Radioimmunoassays gemessen.
• b) Die thrombozytenaggregations- und thrombenbildungshemmende Wirkung der Verbindungen wird bestimmt nach der Methode von Rehse et al. (Arch. Pharm. 324, 301-305 (1991); Arch. Pharm. Pharm. Med. Chem. 329, 535 (1996)), welche als Modell zur Beschreibung antikoagulanter sowie antithrombotischer Eigenschaften etabliert ist.
• c) Die endothelprotektive Wirkung der Verbindungen wird bestimmt nach der bekannten Methode von Noack und Kojda (DE-A1-44 10 997).
• d) Die vasodilatatierenden Eigenschaften wurden in Experimenten an isolierten Aortenringen des Kaninchens (Hüsgen, Noack, Kojda: Int Confer. "Mediators in the cardiovascular system", S. 9, Malta 2.-5. 6. 1994) untersucht, indem diese in Organbädern aufgehängt und durch Vasokonstringentien wie Phenylephrin stimuliert wurden. Nach Etablierung eines stabilen glattmuskulären Tonus wird durch Zugabe der o. g. Vasodilatatoren die Beeinflussung des Tonus durch kumulative Konzentrations-Wirkungs-Kurven ermittelt. Hierzu wird der Organbadpuffer mit steigenden Konzentrationen zwischen 1 nM und 10 µM des Vasodilatators versetzt, wobei zwischen den verschiedenen Fraktionen nicht ausgewaschen wird. Durch die Substanzgabe kam es bei allen Aortenringen zu einer schrittweisen Aufhebung der Kontraktion in Gegenwart des Vasokonstriktors. Das Ausmaß der Relaxation wird als Prozentsatz der bei der jeweiligen Wirkstoffkonzentration noch verbleibenden Kontraktion (Restkontraktion) ausgedrückt. Die halbmaximal wirksame Konzentration EC50 gibt die Wirkstärke wieder und ist als pD2-Wert (Konzentration in logM) erfaßbar.
• e) Die Untersuchungen der Wirksamkeit bei Nitrattoleranz nach der von Fink et al. (J. Cardiovasc. Pharmacol. 30,6 (1997), 831) beschriebenen Methode durchgeführt. Hunde mit einem Körpergewicht zwischen 25 und 30 kg wurden mit 25 mg/kg Körpergewicht Pentobarbital narkotisiert. Die Arteria coronaris circumflexa wurde zum Zweck der kontinuierlichen Bestimmung des Gefäßdurchmessers mit einem perivaskulären piezoelektrischen Element instrumentiert. Über einen Pulmonaliskatheter wurde kontinuierlich 96 Stunden lang, d. h. für den Zeitraum, innerhalb dessen gemäß Voruntersuchungen eine Nitrattoleranz sicher eintritt, 1,5 µg/kg/min Glyceroltrinitrat (GTN) infundiert. Anschließend wurden, bei fortlaufender GTN-Infusion, die Verbindungen nach Beispiel 2 bis 4 für bis zu 3 Stunden co-infundiert und die daraufhin einsetzende Relaxation der Koronararterie registriert.

Beispiel 6

Eine Tablette hat die Zusammensetzung:

Claims (7)

1. Verbindungen der allgemeinen Formel I,

worin
R¹, R² und R³ gleich oder voneinander verschieden R⁴, CH₂-ONO₂, CH₂-OR⁵, CH₂-X, COOR⁵, COX, CH₂-COOR⁵, oder CH₂-COX, wobei jedoch mindestens einer der Substituenten R¹ bis R³ gleich R⁴ ist,
R⁴ CHO,
R⁵ H oder ein geradkettiger oder verzweigter C₁- bis C₆-Alkylrest und X ein Halogen
sind.

2. Verbindungen nach Anspruch 1 der Formeln II, III und IV.

3. Verbindungen der Formel I, worin die neben R¹ bis R³ stehende Gruppe CH₂-ONO₂ zusätzlich eine der anderen für R¹ bis R³ angegebenen Bedeutungen haben kann, als Arzneimittel.

4. Pharmazeutische Mittel enthaltend

• a) eine oder mehrere der Verbindungen nach Anspruch 1 und 2 oder
• b) ein oder mehrere der Arzneimittel nach Anspruch 3.

5. Pharmazeutische Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine oder mehrere der Verbindungen nach Anspruch 1 und 2 oder der Arzneimittel nach Anspruch 3 in Kombination mit anderen zur Behandlung von Herz-/Kreislauf- oder Gefäßerkrankungen angewandten Wirkstoffen, insbesondere mit solchen aus den Indikationsgruppen der ACE-Hemmer, Antiatherosklerotika, Antihypertensiva, Betablocker, Cholesterinsenker, Diurefika, Kalziumantagonisten, Koronardilatatoren, Lipidsenker, peripheren Vasodilatatoren, Phosphodiesterase- oder Thrombozytenaggregationshemmer, enthalten.

6. Verwendung der Verbindungen nach Anspruch 1 und 2 oder der Arzneimittel nach Anspruch 3 zur Herstellung pharmazeutischer Mittel nach Anspruch 4 und 5.

7. Verwendung der Verbindung der Formel V
zur Herstellung von Verbindungen nach Anspruch 1 und 2 cder von Arzneimitteln nach Anspruch 3.