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Verfahren zur Herstellung von Desdanin Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur vollsynthetischen Herstellung von Desdanin.
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In Antimierobial Agents and Chemotherapy 1965, S. 850 sowie in der
DOS 1 492 218 Qnd 2 061 056 wird die fermentative Gewinnung des Antibiotikums Desdanin
der Summenformel C7H10N2O aus Strcptowyces Gaelestis-Kulturen beschrieben. Zwei
wietere Veröffenlichungen [J. Antibiotics 24, 491 und 902 (1971)], haben dessen
Isolierung und Strukturaufklärung zum Gegenstand.
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Desdanin ist ein trans 3-(1-Pyrrolin-2-yl)-acrylamid der Formel I
Die Substanz ist gegen grampositive und gramnegative Bakterien wirksam, zeigt bei
in vitro-Tests praktisch keine Bildung resistenter Stämme und ist deshalb als Heilmittel
für bakterielle Infektionen von großem Interesse.
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Eine vollsynthetische Herstellung dieses Antibiotikums ist nicht bekannt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein solches Verfahren, das sich im
Vergleich zum fermentativen Verfahren rationeller und technisch einfacher durchführen
läßt.
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Das Verfahren zur Herstellung von Desdain ist dadurch geRennzeichnet,
daß man 2-Methyl-1-pyrrolin (III) oder dessen N-oxid (II) irLit Glyoxylsäureestern
bzw. deren Halbacetalen der allgemeinen Formeln IV bzw. V, in denen R1 und R2 gleich
oder verschieden sein können und geraaes oder verzweigtes, niederes Alkyl oder Aryl
bedeuten,
zu den α-Hydroxyestern VI und VII umsetzt, durch Ein wirkung von Ammoniak
die Amine VIII und IX gewinnt und nach elektrolytischer Reduktion von VIII zu IX
dieses mit wasserabspaltenden Mitteln in Desdanin (I) überführt.
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Für R1, das die oben angegebene allgemeine Bedeutung besitzt, seien
als Beispiele genannt, Methyl, äthyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, insbesondere
Methyl und Äthyl, sowie Phenyl.
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Anstelle des aus der Gruppe der Arylreste vorzugsweise verwendeten
Phenylrestes kann beispielsweise auch ein paphthylrest oder auch ein z.B. durch
niedrigmolekulareo Alkyl oder Halogen, vorzuygsweise Chlor, substituierter Phenylrest
eingesetzt werden, kommen dalbacetale zur Anwendung, so ist H2 in gleicher weise
definiert wie R1, wobei bei dem jeweiligen Halbacetal die Bedeutung von R1 und R2
verschieden sein kann und für R2 bevorzugt niedrigmolekulare Alkylreste eingesetzt
erden.
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Die Umsetzung von 2-methyl-1-pyrrolin oder dessen N-oxid mit Glyoxylsiureestern
oder deren Halbacetalen verläuft schon bei Raumtemperatur und kann durch Erhitzen
bis ca. 1000C beschleunigt werden, Die Komponenten kännen unverdünnt miteinander
umgesetzt werden. Zur besseren Abführung der Reaktionswärme ist es j jedoch, insbesondere
bei Vewendung von 2-methyl-1-pyrrolin zweckmäßg, in Gegenwart eines Lösungsmittels,
beispeilsweise Benzol. Chlorbenzol, Toluol, Dibutyläther, Glykoldi:nethy läther
usw. zu arbeiten und die Glyoxy Isäureko:nnonente langsarn zuzutropfen.
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Die Glyoxylsäureester können sowohl in freier Form als auch als Halb
acetale rnit gleichem Erfolg eingesetzt werden.
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Aus der Literatur ist bekannt (J.- Chem. Soc. 1959, 2094), daß eine
Kondensation von 2-methyl-1-pyrrolin-N-Cxi d mit Aldehyden wie z.i3. Benzaldchyd
d nur in Gegenwart von Starkem Alkali zu erzielen ist; schwächere Basen geben keine
Umsetzung. Versuche, 2-methyll-pyrrolin bzw. dessen N-oxid unter dem Einfluß von
Alkali quartären Ammeniumverbinudngen oder organischen Basen mit Clyoxylsäure zu
kondensieren, verliefen negativ, da sich Glyoxylsäure in Gegenwart von Basen rasch
2 ersetzt. Auch Glyoxylsäureester oder deren iialbacetale sind gegen Alkali-senr
labil. Es war somit nicht vorherzuschen, daß die erfindungsgemäße Umsetzung von
2-Methyol-1-pyrrolin-N-oxid und dem nech weniger aktivierten 2-Methyl-1-pyrrolin,
mit der ebenfalls eine Alßehydgruppe enthaltenden Glnoylsüurekomponente obne Zusatz
eines basischen Katalysators durchgefübrt werden kaun Aus J. Amer. Chen, Soc. 6S
(1946), S 126 ist bekannt, daß # 1-
Pyrroline instabil sind und
zur Verharzung neigen. In Ann. 409, (1915), Seite 79 wird beschrieben, daß # 1-Pyroline
leicht zu df-Aminopropylketonen hydrolysiert werden. Es war daher ebenfalls Uberraschend,
daß 2-Methyl-1-pyrrolin bei der vorliegenden Erfindung in glatter Reaktion mit Glyoxylsäureestern
umgesetzt werden kann.
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Ein neben den α-Hydroxyestern VI und VII anfallendes Nebenprodukt,
das durch Kondensation von 2 ol Glyoxylsaureester mit 1 ol II bzw. III entsteht,
laßt sich durch Filtrieren des Reaktionsbemisches durch eine Kieselgelsäule abtrennen.
Als Elutionsmittel eignet sich z.B. ein Gemisch aus einem niedrigmolekularen Alkohol
oder Ester und einem Ather, wie beispielsweise Äthylacetat/Methyanol oder Äthanol/Äther
(1:1). Die Menge des Alkoholzusatzes hängt von der Aktivität des Kieselgel ab.
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Die gereinigten Ester VI bzw. VII werden durch Behandeln mit einem
Überschuß einer wäßrigen oder alkoholischen, insbesondere methanolischen oder ätnanolischen,
vorzugsweise konzentrierten Ammoniaklösung bei etwa 20 bis 600C in die Arnide VIII
bzw. IX überführt, die als kristalline, farblose Körper ausfallen. Zweckmäßigerweise
läßt man die Reaktionskomponenten einige Stunden bis zu Beendigung der Reaktion
einwirken. Von dem Amid VIII gelangt man durch elektrolytische
einer Quecksilberkathode zu dem Amid IX.
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Die Reduktion wird zwischen etwa 0 und 500C insbesondere in Wasser,
niedrigmolekularen Alkoholen, vorzugsweise ethanol und ethanol oder Gemischen derselben
ausgefUhrt, denen in allgemeinen zur Erhöhung der Leitfähigkeit eine Säure, wie
beispielsweise Salzsäure, Schwefelsäure, Amelsensäure oder Trifluoressigsäure zugesetzt
wird.
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Die Säuremenge richtet sich nach der Dissoziation in dem gewählten
Lösungsmittelsystem und kann in weiten Grenzen variiert werden.
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Besonders bewährt hat sich ein Gemisch von Trifluoressigsäure und
Methanol (Volumenverhält 2:5), das sich durch Destillation leicht zurückgewinnen
läßt.
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Die Strommenge wird mit Hilfe eines Coulometers gemessen oder aus
der Stromstärke und der Reaktionszeit errechnet. Zur vollständigen Reduktion benötigt
man 2 Reduktionsäquivalente (entspricht 2 x 95 500 Ampere sec/Mol). Ein Stromüberschuß
von 10 bis 30 % der Theorie ernöht die Ausbeute.
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Die N-Oxid-Gruppe des Amids VIII läßt sich nicht durch chemische Reduktionsmittel
entfernen (z.B. nach den Reduktionsmethoden, die in der Monographie von Katritzky
und Lagowski, Cnemistry of the Heterocyclic N-oxides, Academic Press, London, New
York, 1971 angegeben werden). Es tritt entweder keine oder eine zu weitgehende Reaktion
ein. Es war daher überraschend, daß erfindungsgemäß eine elektrolytische Reduktion
ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann.
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Die Wasserabspaltung aus dem Hydroxyamid II kann durch Erhitzen mit
den üblichen wasserabspaltenden Mitteln, die zur Gruppe der anorganischen und organischen
Säuren, Säureanhydride, Säurechloride oder Lewis-Säuren gehören, wie z.B. Schwefelsäure,
Polyphosphorsäure, Oxalsäure, Essigsäure/E3sigsäureanhydrid, Ameisensäure, wasserfreiem
Zinkchlorid oder Bortrifluorid-Atherat erreicht werden.
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Besonders bewährt hat sich Trifluoressigsäure, die sich destillativ
leicht wiedergewinnen läßt. Nach der Wasserabspaltung fällt aus derRbeispielsweise
mit Ammoniak neutralisierten Lösung das EndDro-' dukt I an. Die Wasserabspaltung
kann in entsprechender Weise auch auf der Stufe des Hydroxyesters VI ausgeführt
werden. Der so erhaltene ungesättigte Ester .VI a
liefert unter den bereits oben beschriebenen Reaktionsbedingungen mit konzentriertem
Ammoniak das Antibiotikum I.
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Vertauscht man die von VII zu IX führenden Reaktionsschritte, so gelangt
man durch Reduktion von VII, die auf die oben angegebene
Weise durchgeführt
wird, zu dem Hydroxyester VI und führt die Reaktion in der beschriebenen Weise über
IX zu Ende.
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Die Herstellung der Ausgangsmaterialien erfolgt nach literaturbekannten
Vorschriften. So kann das 2-Methyl-1-pyrrolin-N-oxid nach J. Amer. Chem. Soc 74
(1952), Seite 3664, das 2-Methyl-1-pyrrolin nach J. Chem. Soc. 1959, Seite 20914
oder Canad. J. Chem, 110 (1962), Seite 181 erhalten werden.
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Das erfindungsgemäß vollsynthetisch hergestellte Antibietikum I stimmt
in seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften mit dem Naturstoff I überein
und besitzt die gleiche biologische Aktivität (vgl. J. Antibiotics 24 (1971), Seiten
495 und 903, DOS 1 492 218 und DOS 2 061 056). Es bildet farblose Kristalle vom
Pp. 216 bis 217 0C unter Zersetzung, wobei ab 1600C teilweise eine Sublimation auftritt.
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NMR-Spektrum in DMSO-d6: = 1,8 (2 H) = 2,7 (2 H) 3,9 (2 H)
| = 6,25 |
| = 6,55 }(4 H) |
| = 7,0 |
| = 7,65 |
Massenspektrum: m/e = 138
Beispiel 1 2-Hydroxy-3-(1-pyrrolin-2-yl)-propionsäureäthylester-N-oxid
Eine Lösung von 9,9 g (0,1 Mol) 2-TIethyl-1-pyrrolin-N-oxid und 18, 3 g (0,13 Mol)
Glyoxylsäureäthylesterhalbacetal in 30 ml Benzol läßt man 24 Stunden bei Rauniteiiperatur
reagieren. Das Reaktionsgemisch wird auf Kieselgel mittels Äthylacetat/Methnol (1
: 1) getrennt. Man erhält 8,1 g (27 % d.Th.) eines. Glyoxylesterdiadduktes und 12,0
g des Athylesters VII (60 % d. Th.) als Öl.
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Analyse berechnet für C13H21NO7 berechnet: C 51,48 H 6,97 N 4,62 gefunden:
C 52,3 H 7,0 N 5,0 Beispiel 2 2-Hydroxy-3-(1-pyrrolin-2-yl)-propionsSureamid-.l-oxid
VIII 20,1 g (0,1 Mol) VII werden in 180 ml konz. Ammoniak gelöst, 1 Stunde auf 500C
erwärmt und 15 Stunden bei Raumtemperatur aufbewahrt. Die Lösung wird mit Aktivkohle
behandelt, filtriert und das Filtrat im Vakuum eingedampft. Beim Verdünnen des Rückstandes
mit Athanol scheiden sich 11,0 g des Amids VIII (64 % d.Th.) in Form von farblosen
Kristallen ab. Fp.: 89 bis 90 C.
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Analyse berechnet für C7H1hN2O4 berechnet: C 44,20 H 7,42 N 14,73
gefunden: C 44,2 H 7,5 N 14,4 Beispiel 3 2-Hydroxy-3-(1-pyrrolin-2-yl)-propionsäureamid
IX aus VIII Eine Lösung von 3,1 g (0,016 Mol) VIII in einer Mischung aus 25 ml Methanol
und 10 ml Trifluoressigsäure wird bei einer Stromstarke
von 0,5
A während 116 minuten an einer Quecksilber-Kathode elektrolysiert. Das Ende der
Reduktion ist durch Wasserstoffentwicklung zu erkennen. Als Diaohragnla diente eine
Tonhülse, als Anode ein Graphitstab. Das nach dem Abdestillieren der Losungsmittel
zurückbleibende Öl kristallisiert bei der Zugabe von Äthylacetat.
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Man erhält 2,8 g (57 % d.Th.) des Trifluoracetats des Amids IX, das
nach dem Umkristalliseren aus Äthanol bei 118 bis 1200C schmilzt.
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Analyse berechnet für C9H13F3N2O4 berechnet: C 40,01 H 4,85 F 21,10
N 10,37 gefunden: C 40,4 H 5,0 F 21,1 N 10,1 Beispiel 4 trans 3-(1-Pyrrolin-2-yl)-acrylamid
(I) Eine Lösung von 1,35 g (0,005 Mol) des Trifluoracetats von IX in 13 ml Trifluoressirsäure
wird 3 Stunden unter Rückfluß erhitzt.
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Man engt die Lösung im Vakuum ein, versetzt den Rückstand mit wenig
Eiswasser und gibt konz. Ammoniak zu bis pH 9 erreicht ist.
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Das kristallin ausfallende (I) wird aus Äthylacetat/Yiethanol umkristallisiert.
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Ausbeute 330 mg (48 % d.Th.); Fp.: 21600 (Zers.) Beispiel 5 2-Hydroxy-3-(1-pyrrolin-2-yl)-propionsäureäthylester
(VI) Eine Lösung von 20,0 g (0,24 Mol) 2-ilethyl-1-pyrrolin in 100 ml Benzol wird
während 30 Minuten zu einer Lösung von 36,0 g (0,243 MOl) Glyoxylsäureäthylesterhalbacetal
in 100 ml Benzol unter Rühren zugetropft, wobei die Temperatur in Kolben durch Kühlen
unter 40°C gehalten wird. Nach beendeter Zugabe wird noch dreieinhalb Stunden bei
Raumtemperatur gerührt. Nach dem Verdampfen
des Lösungsmittels
im Vakuum erhält man ein gelbes Öl, das über Kieselgel mittels eines Athanol-Ather-Gemisches
(1:1) säulenchromatographisch getrennt wird. Man erhält 14 g eines zersetzlichen
Glyoxylesterdiadduktes, 7,5 g Gemisch und 12,5 g (28 %) des Athylesters VI in Form
einer gelb-braunen Flüssigkeit.
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Analyse berechnet für G9H13N02 berechnet: C 58,5 H 8,2 N -7,6 gefunden:
C 59,1 H 7,9 N 8,1 Bei spiel 6 2-Hydroxy-3-(1-pyrrolin-2-yl)-propionsäureamid (IX)
Eine Lösung von 11, g (0,06 Mol) VI in 100 ml konz. Ammoniak und 5 ml Äthanol wird
3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und anschließend zu einem Öl eingeengt. Das
Dünnschichtchromatogramm (Kieselgel, Athanol) zeigt die quantitative Umsetzung zu
IX an Bei der Zugabe von Äthanol kristallisieren 1,82 g IX, Fp. 129 bis 131,5 0C.
Das noch in der Mutterlauge enthaltene IX läßt sich wie das kristalline; Material
in (I) überführen.
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Analyse berechnet für C7H12N2O2 berechnet: C 53,8 H 7,73 N 17,9 gefunden:
G 53,8 H 8,0 N 17,6 Beispiel 7 trans 3-(Pyrrolin-2-yl)-acrylamid (1) Eine Lösung
von Q,55 g (0,0035 Mol) IX in 5 ml Trifluoressigsäure wird 3 Stunden zum Rückfluß
erhitzt und danach am Rotationsverdampfer eingedampft. Der Rückstand wird in 2 ml
Wasser gelöst und mit 2 n NaOH auf pH 9 gebracht. Der kristalline Niederschlag von
(I) wird abfiltriert und mit wenig Eiswasser gewaschen. Man erhält 0,33 g Desdanin
(67 X d.Tn.); Fp. 216 bis 217°C.
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(Zers.; teilweise Sublimation ab 1600C).
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Analyse berechnet für C7H10N2O berechnet: C 60,8 H 7,3 N 20,3 gefunden:
c 60,0 H 7,3 N 19,4