DE2326008C3

DE2326008C3 - Verfahren zur Herstellung von 25-Hydroxycholesterin und dessen Ester

Info

Publication number: DE2326008C3
Application number: DE2326008A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Ikekawa; Masuo Morisaki
Original assignee: Eisai Co Ltd
Current assignee: Eisai Co Ltd
Priority date: 1972-05-22
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE2326008A1; DE2326008B2; US3846455A; NL7307153A

Description

worin R ein Wasserstoffatom oder einen Acylrest darstellt, unter Erhalt von Desmosterin oder dessen Ester, dargestellt durch die Formel

(H)

RO

worin R die gleichen Bedeutungen wie in der vorstehenden Formel (I) definiert, aufweist; der Umsetzung einer organischen Persäure mit dem Desmosterin oder dessen Ester der Forme! (II), welcher in der vorhergehenden Stufe erhalten wurde, unter Erhalt von Desmosterin-24(25)-epoxid, das die Formel

(MI)

RO

aufweist, worin R die gleichen Bedeutungen, wie in der vorstehenden Formel (I) aufweist und Umsetzung einer Alkalimetallhydridkomplexverbindung mit dem Desmosterin-24(25)-epoxid, das die Formel (III) aufweist, welches in der vorhergehenden Verfahrensstufe erhalten wurde, unter Erhalt von 25-Hydroxycholesterin, das durch die Formel

OH

(IV)

HO

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur ίο Herstellung von 25-Hydroxycholesterin bzw. -cholesterol und dessen Ester. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Desmosterol, dessen Ester, sowie auf Desmosterol-24(25)-epoxid und dessen Ester, die als Zwischenprodukte dienen, die für die Herstellung des vorstehend erwähnten 25-Hydroxycholesterins und dessen Ester zu verwenden sind.

Exakter ausgedrückt besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen aus einer Kombination der Verfahrensstufen

a) Bildung von Desmosterol oder dessen Ester durch Behandlung von Fucosterol-24(28)-epoxid oder dessen Ester mit Zinn(IV)-chlorid,

b) Bildung von Desmosterol-24(25)-epoxid oder dessen 3-Ester durch Behandlung von Desmosterol oder dessen Ester, die durch die vorhergehende Verfahrensstufe erhalten wurden, mit einer organischen Persäure und

c) Bildung von 25-Hydroxycholesterin oder dessen 3-Ester als Endprodukt durch Behandlung des

Desmosterol-24(25)-epoxids oder dessen 3-Esters,

die durch die vorstehende Verfahrensstufe b) erhalten wurden, mit einer Komplexverbindung eines Alkalimetallhydrids und, sofern erwünscht, weitere Umsetzung des resultierenden 25-Hydro xycholesterins mit einem Veresterungsmittel.

Es ist bekannt, daß 25-Hydroxycholesterin und dessen 3-Ester wirtschaftlich nützliche Zwischenprodukte darstellen, die als Ausgangsmaterial zur Herstellung von 25-Hydroxycholecalciferol, des aktiven Vitamins D₃ dienen, da letzteres leicht aus 25-Hydroxycholesterin und dessen 3-Ester durch Bromierung nach üblichen Verfahren zu dessen 7-Bromderivat, nachfolgende Dehydrobromierung zu der entsprechenden 7-Dehydroverbindung und weiter durch Aussetzung der letzteren in ultraviolette Strahlung ableitbar ist.

Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung von 25-Hydroxy-cholesterin durch A. I. R y e r et al, beschrieben in Journal of American Chemical Society, 72, 4247 (1950) und des durch W.G. Dauben et al.

entwickelten Verfahrens, beschrieben in Journal of American Chemical Society, 72, 4248 (1950) wird folgendes ausgeführt:

Das Verfahren von A. I. R y e r et al. ist auf eine Herstellung von 25-Hydroxycholesterin durch Umset zung von Methylmagnesiumjodid zu 3-0-Azetoxy-5- cholesten-25-on gerichtet, während das Verfahren von W. G. D a u b e η et al. dem vorstehenden Verfahren mit der Ausnahme ähnelt, daß S-JJ-Hydroxy-S-cholesten-25-on, d. h. Nor-Cholestenol-25-on, als Ausgangsmate· rial verwendet wird, welches die freie Hydroxylgruppe in der 3-0-Position anstelle der Azetoxygruppe der zuvor genannten Gruppe enthält. Nor-cholesterol-25-on, das als Ausgangsmaterial verwendet wird, wird normalerweise durch Oxidation von Cholesterin erhal-

f>5 ten. Der Nachteil dieser bekannten Verfahren liegt jedoch in der Tatsache, daß nicht nur die Ausbeute des gewünschten Nor-cholesterin-25-on sehr gering ist, sondern daß auch die Schwierigkeit der Isolierung

dieser Verbindung in reiner Form von anderen unterschiedlichen Oxidationsprodukten besteht, die aufwendige Verfahren erfordert

Dementsprechend sind diese Verfahren für die wirtschaftliche Anwendung wegen der Schwierigkeit der Gewinnung größerer Mengen des Produktes als Ausgangsmaterial nicht geeignet

Ein Vergleich der Ausbeuten an 25-Hydroxycholesterin (IV) oder dessen Ester (V), ausgehend von Fucosterin-24(28)-epoxid (I) oder dessen Estern über die Zwischenstufe des Desmosterins (II) und dem entsprechenden Epoxid (111) mit dem Verfahren des Standes der Technik, bei dem man vom Cholesterin ausgeht, ergibt folgendes:

Das beim Verfahren der nachfolgend beschriebenen Erfindung als Ausgangsmaterial verwendete Fucosterin-24(28)-epoxid (I) wird, wie aus »Chemical Communications«, S. 1498 (1971) hervorgeht, in einer Ausbeute von 75% (Stufe A) gewonnen. Aus dem nachfolgenden Beispiel 1 gemäß der Erfindung errechnen sich die Ausbeuten bei den einzelnen Stufen wie folgt:

Ausbeute von Stufe B aus (I) zu (II): 61,5%.
Ausbeute von Stufen C und D aus (II) zu (IV) über )%

Die Gesamtausbeute beim erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich somit mit 25,6% berechnen

(0,615 · 0,416 · 100 = 25,6%).

Ausgehend vom Fucosterin, berechnet sich die Gesamtausbeute dann mit 19,2%, nämlich

0,75 - 0,615 · 0,416 · 100 = 19,2%.

Nachfolgend wird jetzt ein Vergleich gezeigt, wie man zu 25-Hydroxycholesterin aus Cholesterin nach bekannten Verfahren gelangt Dieses bekannte Verfahren umfaßt die Stufen F, G, H und I, wobei das Ausgangsprodukt Cholesterin (X) ist und das Endprodukt 25-Hydroxycholesterin (IV). Die Herstellung von Norcholesten-25-on aus Cholesterin über die Stufen F, G und H wird von L R u ζ i c k a und W. H. F i s c h e r in Helv.Chim.Acta 20, Seiten 1291 bis 1297, (1973) gezeigt.

(X) Cholesterin

AcO

Stufe F Bromierung

(XI) Cholesterindibromid

AcO Br

Stufe G CrOj-Oxidation

AcO Br

(XII) 25-Norcholestenolondibromid

Stufe H

Debromierung

(XIIIl Norcholesten-25-on

(25-Ketonorch(jlesterin)

AcO

Stufe I

AcO

Hier bedeutet Ac H oder Hydroxy-Schutzgruppen, beispielsweise die Acetylgruppe.

Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird Norcholesten-25-on zusammen mit Dihydroandrosteron, Pregnenolon, S-Hydroxyhomochol-S-en-säure u.dgl. gewonnen. Deshalb beträgt die Ausbeute an Norcholesten-25-on nur etwa 5% oder weniger.

Die Herstellung von 25-Hydroxycholesterin aus Norcholesten-25-on durch Grignardreaktion (Stufe I) wird von Ryer u.a. in J.A.C.S.72, Seite 4247 (1950) beschrieben. Nach dem dortigen Bericht werden 70,0 g 25-Hydroxycholesterin aus 85,8 g 2! -Ketonorcholesterylacetat (Norcholesten-25-on-acetai) gewonnen. Die Ausbeute von 70,0 g entspricht 86,8% der theoretischen Ausbeute.

Die Gesamtausbeute bei dem bekannten Verfahren liegt somit bei 4,3% oder weniger, nämlich:

0,05 · 0,868 ■ 100 = 4,3%.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren den bekannten Verfahren hinsichtlich der Ausbeute überlegen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein neues Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von 25-Hydroxycholesterin bereitzustellen, das von einem Rohmaterial ausgeht, welches durch natürliche Quellen in hohem Maß zur Verfügung steht.

Fucost-erol-24(28)-epoxid oder dessen 3-Ester, welches als Ausgangsmaterial zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, wird leicht in guter Ausbeute durch Behandlung von Fucosterin bzw. Fucosterol, mit oder ohne vorhergehende Veresterung in dessen 3-Stellung, mit einer organischen Persäure erhalten. Das Fucosterin bzw. -sterol kann leicht aus Fucus, einer Art Seetang bzw. Meeresalge, worin Fucosterin in relativ großen Mengen vorhanden ist (etwa 0,18%) gewonnen werden.

Desmosterin bzw. Desmosterol, welches als Zwischenprodukt bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, stellt eine Substanz dar, die durch

4.S (IV) 25-Hvdroxvcholesterin

Stokes et al. (J. Biol. Chem. 220, 415 [1956]) aus dem Embryo von Hühnern oder der Haut von Ratten isoliert worden ist und weist die chemische Formel auf:

(Hl

RO

Desmosterin stellt ein wesentliches Zwischenprodukt der Biosynthese von Cholesterin dar, und wird weithin als wichtiges Material für die Erforschung des Lipoidmet-abolismus angewandt.

Unglücklicherweise ist jedoch bisher keine geeignete natürliche Quelle oder ein synthetisches Verfahren zur Gewinnung des Desmosterins bekanntgeworden.

Kürzlich wurde in Chemical Communication, 1498 (1971) eine Bildung von Desmosterin berichtet, wobei zuerst m-Chlorbenzoepersäure mit Fucosterin oder dessen 3-Acetat unter Erhalt von Fucosterin-24{28)-epoxid oder dessen 3-Acetat in etwa 60 bis 75% theoretischer Ausbeute umgesetzt und sodann das resultierende Produkt mit Bortrifluoridätherat behandelt wird.

Dieses Verfahren ist jedoch nicht zufriedenstellend, da dessen zweite Stufe gleichzeitig zu einer größeren Menge (etwa 45%) 3-0-Hydroxystigmast-5-en-28-on oder dessen 3-Acetat als Nebenreaktionsprodukt führt, weshalb die Ausbeute an Desmosterin oder dessen 3-Acetat als gewünschtes Produkt auf lediglich 30 bis 35% verringert ist.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Desmosterin oder dessen 3-Ester in der ersten Verfahrensstufe mit einer hohen Ausbeute von etwa 50% oder mehr durch Umsetzung von Zinn(IV)-chlorid mit Fucosterin-24(28)-epoxid oder dessen 3-Ester erhalten.

Die Reaktionsfolge des efindungsgemäßen Verfahrens kann nachstehend schematisch durch die Formeln veranschaulicht werden:

+ Zinn(IV)-chlorid

(H)

RO

+ organische Pcrsäurc

(III)

RO

+ Alkalimetallhydrid-K omplexvcrbindung

HO

+ Acylierungsmittel

OH

(V)

RO

In den vorstehenden Formeln bezeichnet R ein Wasserstoffatom oder eine Acylgruppe und R' eine Acylgruppe.

In der vorstehend angeführten Reaktionsfolge wird s die erste Verfahrensstufe durch Auflösung von Fucosterin-24(28)-epoxid oder dessen 3-Ester, die durch die Formel (1) dargestellt sind, in einem inerten Lösungsmittel, wie Benzol, Hexan od. dgl, und Zugabe von Zinn(ll)-chlorid zu der resultierenden Lösung durchge führt.

Obwohl keine Begrenzung bezüglich der Temperatur für die Durchführung der Reaktion besteht, ist die Anwendung von Raumtemperatur aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt Die Isolierung und Reinigung des

is resultierenden Reaktionsproduktes kann leicht nach üblichen Verfahren, wie Entfernung des Lösungsmittels durch Destillation aus dem Reaktionsgemisch, durch Säulenchromatographie, Umkristallisation u. dgl. erfolgen.

Bei der zweiten Stufe der Reaktionsfolge wird eine in einem organischen Lösungsmittel aufgelöste organische Persäure einer Lösung von Desmosterin oder dessen 3-Ester, die die Formel (II) aufweisen und in der vorstehenden Stufe erhalten wurden, in einem organi-

2s sehen Lösungsmittel, hinzugefügt. Es kann jedes beliebige organische Lösungsmittel in dieser Reaktion verwendet werden, soweit dieses nicht die Reaktion beeinträchtigt. Als bevorzugtes Lösungsmittel können Chloroform, Benzol u. dgl. genannt werden.

_io Als geeignete für die Durchführung der zweiten Verfahrensstufe der Erfindung zu verwendende Persäuren können beispielsweise Benzoepersäure, kernhalogensubstituierte Benzoepersäure, z. B. m-Chlorbenzoepersäure, mono-Perphthalsäure u. dgU genannt werden.

Nach Beendigung der Reaktion in der zweiten Stufe können Desmosterin-24(25)-epoxid oder dessen 3-Ester der Formel (III) aus dem Reaktionsgemisch mittels eines üblichen Isolierungsverfahrens einschlielich Waschen und Gewinnung durch Abdestillation des Lösungsmit tels gewonnen werden. Das resultierende Reaktionspro dukt kann weiter durch übliche Reinigung, wie Umkristallisation, Säulenchromatographie u. dgl., gereinigt werden. Eine derartige Reinigungsstufe ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich, wenn das Produkt sukzessive für die nachfolgende Stufe der chemischen Reaktion zur Erzeugung von 25-Hydroxycholesterin der Formel (I V) verwendet wird.

Bei Durchführung der dritten Verfahrensstufe der Erfindung zur Herstellung von 25-Hydroxycholesterin der Formel (IV) werden Desmosterin-24(25)-epoxid oder dessen 3-Ester, die die Formel (III) aufweisen, aufgelöst in einem organischen Lösungsmittel, mit einer Alkalimetailhydridkomplexverbindung, die in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst ist, umgesetzt.

Obwohl keine Beschränkungen bezüglich der Reaktionstemperatur bestehen, ist die Anwendung von Raumtemperatur aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten bevorzugt In der vorstehend beschriebenen Reaktion können jegliche organische Lösungsmittel verwendet werden, soweit sie nicht an der in Betracht gezogenen Reaktion teilnehmen. Als geeignetes Lösungsmittel können beispielsweise Äthyläther, Tetrahydrofuran u.dgl. genannt werden.

fts Als Alkalimethallhydridkomplexverbindungen können

Lithiumaluminiumhydrid (LiAIH₄), Natrium-(bis-2-Methoxy-äthoxy)-aluminium-

HyOrId[NaAlH₂(OCH₂CH₂OCHj)₂] u. dgl. genannt werden.

Wenn die Reaktion beendet ist, wird das Reaktionsgemisch mit Wasser gewaschen und das Lösungsmittel durch Verdampfen entfernt Es wird hierdurch das gewünschte 25-Hydroxycholesterin der Formel (IV) erhalten. Die resultierende Verbindung kann durch übliche Reinigungsverfahren, wie Umkristallisation, Chromatographie od. dgl., gereinigt werden.

Das resultierende 25-Hydroxycholesterin kann, sofern erwünscht, in dessen 3-Ester, der die Formel (V) aufweist, durch eine übliche Veresterungsstufe übergeführt werden, wobei ein Säureanhydrid zusammen mit Pyridin, beispielsweise als Veresterungsmittel, verwendet werden.

Beispiel

3 g Fucosterin-24(28)-epoxid-3-acetat wurden in 60 ml Benzol aufgelöst. Der Lösung wurden 3 ml (40fache molare Menge) Zinn(IV)-chlorid hinzugefügt, und das Ganze wurde bei Raumtemperatur während einer Stunde stehengelassen. Das Reaktionsgemisch wurde sodann mit einer gesättigten wäßrigen Natriumbicarbonatlösung und sodann Wasser gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wurde von der trockenen Lösung abdestilliert und der Rückstand auf eine Säule mit 90 g Silikagel aufgegeben. Durch Eluiion der Säule mit einem Gemisch n-Hexan/Benzol (5 : 1) wurden 1,5 g Desmosterin- 3-acetat erhalten.

Zu 1,5 g des resultierenden Desmosterin-3-acetats, aufgelöst in 13 ml Chloroform, wurden Tropfen um Tropfen unter Rührung und Eiskühlung 550 mg m-Chlorbenzoepersäure, aufgelöst in 30 ml Chloroform, während 45 Minuten hinzugefügt. Nach Beendigung des Zusatzes der Persäurelösung wurde das Reaktionsgemisch mit wäßriger 1 n-Natriumhydroxidlösung und sodann mit Wasser gewaschen. Das Lösungsmittel wurde sodann durch Destillation entfernt und es wurden 1,6 g des Reaktionsproduktes erhalten, welches Desmosterin-24(25)-epoxid-acetat enthielt.

Das Produkt wurde ohne Reinigung in 50 ml Äthyläther aufgelöst. Zu der ätherischen Lösung wurde

ι» eine ätherische Lösung (50 ml) von 800 mg Lithiumalu· miniumhydi'id tropfenweise hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde weiter bei Raumtemperatur während 20 Minuten gerührt, und sodann wurde tropfenwei se mit Wasser gesättigter Äthyläther hinzugegeben. Dk

is ätherische Schicht wurde abgetrennt, welche sodanr über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und sodann das Lösungsmittel abdestilliert wurde. Es wurden 1,38 g des Reaktionsproduktes erhalten, welches 25-Hydroxycholesterin enthielt.

Das Produkt der vorhergehenden Reaktionsstufe wurde in einem Gemisch von 20 ml Pyridin und 10 ml Essigsäureanhydrid aufgelöst, und die Lösung wurde über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen.

Das Reaktionsgemisch wurde in Eiswasser gegossen

und Äther hinzugefügt Die ätherische Lösung wurde sukzessive mit 1 n-Chlorwasserstoffsäure, einer gesättigten wäßrigen Lösung von Natriumbicarbonat und Wasser gewaschen. Die ätherische Schicht wurde über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und das Lö sungsmittel abdestilliert. Das resultierende Reaktions produkt wurde auf eine Säule mit 100 g Silikagel aufgegeben, und die Säule wurde mit einem Gemisch aus Benzol/n-Hexan (5 :1) eluiert. Aus der eluierten Lösung wurden 650 mg 25-Hydroxycholestcrinacetat erhalten, welches einen Schmelzpunkt von 136 bis 137°C aufwies.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von 25-HydroxychoIesterin oder dessen Ester, gekennzeichnet durch die Verfahrensstuten der Umsetzung von Zinn-(IV)-chlorid mit Fucosterin-24(28)-epoxid oder dessen Ester, dargestellt durch die Formel

dargestellt ist, und, sofern erforderlich, weitere Behandlung des 25-Hydroxycholesterin mit einem Veresterungsmittel unter Erhalt des entsprechenden Esters.