DE2359880C3 - Verfahren zur Herstellung von 3(S oder R)-Hydroxy-l-jod-t-trans-octen - Google Patents

Description

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Die Prostaglandine, eine Gruppe von C₂₀-Carbonsäuren. sind von großem Interesse aufgrund des breiten Spektrums physiologischer Reaktionen, die sie an Tieren und Menschen hervorrufen, selbst in nanomolaren Konzentrationen. Prostaglandin E, (PGE₂) und Prostaglandin F₂,, (PGF₂,,) haben besondere Aufmerksamkeit erlangt, da sie physiologische Reaktionen hervorrufen, die eng mit der Reproduktion bzw. Fortpflanzung zusammenhängen. Es wurde z. B. beobachtet, daß die intravenöse Injektion einer geringen Dosis von entweder PGE₂ oder PGF₂,, die Uteruskontraktion stimmuliert und daß Prostaglandine in der amniotischen Flüssigkeit vorhanden sind und in dem venösen Blut von Frauen während der Wehentätigkeit. Das legt nahe, daß die Prostaglandine eine wichtige Rolle bei der Geburt spielen können. Andere Beobachtungen der Akvivität von Prostaglandinen und besonders PGF₂,, während des Fortpflanzungszyklus von Tieren zeigen, daß dieses Prostagiandin und vielleicht auch andere ein wichtiges Mittel zur Geburtenregelung werden kann.

Zur Herstellung von PGE, haben C. J. S i h et al. eine vollständige stereospezifische Synthese vorgeschlagen (J. Amer. Chem. Soc, 95, 1676 [1973] von C. J. Sih et al.). In dieser Veröffentlichung wurde darauf hingewiesen, daß die Beachtung der Konfiguration während des Verfahrens wesentlich ist, um die gewünschten Produkte zu erhalten. C. J. S i h gibt auch an, daß bei der Synthese von Prostaglandin E₂ und dessen Analogen zur Herstellung von PGE₁-Reihen die Stereochemie der Asymmetriezenta-π in 8-, 11- und 12-Stellung des PGE₂ Moleküls geregelt wird und durch die Konfiguration der AIkoxy-Funktion an dem C₄-AtOm in dem Zwischenprodukt 2 - (6 - Carbomethoxy - eis - 2 - hexenyl)-4(R) - (2 - tet rahydropyranyloxy) - 2 - cyclopenten -1 - on.

Die Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung nachstehend genannter optisch aktiver Verbindungen zum Gegenstand, die zur Herstellung von Prostaglandinen und besonders zur Herstellung von natürlichen Prostaglandinen der E₂-, F₂-, A₂- und B₂-Reihen dienen.

Das Verfahren zur Herstellung von 3(S oder R)-Hydroxy-1-jod-1-trans-octen, ist dadurch gekennzeichnet, daß man 3-Oxo-l-jod-l-trans-octen der fermentaliven Reduktion durch Mikroorganismen der Klassen Ascomycetes, Phycomycetes und Fungi Imperfecti unterwirft.

Es hat sich gezeigt, daß die Chiralität an dem Ci₅-AtOm in dem PGE₂ Molekül asymmetrisch eingeführt werden kann, über eine mikrobiologische Reduktion von l-Jod-l-octen-3-on. Der entstehende OCHuC-H₂CH, CH,

der mit zwei Mol Äquivalent tert.Bulyllithium behandelt wird, zur Bildung der Vinyllithiumverbindung und mit tri-n-Butylphosphin-Kupfer-jodid-Komplex. wobei man das folgende Cuprat erhält:

LiCu

Ov

Das Cuprat wird wiederum mit 2-(6-Carbomelhoxy - eis - 2 - hexenyl) - 4(R) - (2 - tetrahydropyranyloxy )-2-cyclopenten-l-or < umgesetzt und das entstehende Produkt der sauren Hydrolyse unterworfen, wobei man den PGE₂ Methylester

C0,CH,

erhält, der unter Einwirkung von Rhizopus oryzae in PGE₂ umgewandelt wird.

Es hat sich gezeigt, daß Unterschiede bestehen in der Wirksamkeit, mit der verschiedene Arten der Mikroorganismen der oben angegebenen Klassen die erfindungsgemäße Reduktion bewirken. Besonders günstige Ergebnisse konnten erhalten werden mit Hilfe von Penicillium decumbens, Penicillium vinaceum oder Aspergillus ustus. Die relative Wirksamkeit eines bestimmten Organismus, die Reduktion herbeizuführen, kann leicht mit Hilfe des unten angegebenen Verfahrens bestimmt werden.

Allgemeines Verfahren zur Bestimmung der Wirksamkeit einer bestimmten Organismusart

Sabourauds Agar Schrägen oder andere geeignete Wachstumsmedien auf der Grundlage von Agar werden mit dem Mikroorganismus beimpft. Die beimpften Schrägen werden in einen Inkubator gegeben, der auf 25°C gehalten wird, und eine Woche wachsen gelassen. Die Schrägen werden entfernt und 15 cm³ steriles destilliertes Wasser dazugegeben. Die Sporen und das vegetative Wachstum werden von dem Agar mit einer sterilen Nadel entfernt. Die Suspension wird in einen Kolben gegeben, enthaltend 50 enr¹ Sojabohnen-Dextrose-Medium, das unten beschrieben wird, und der Kolben wird in einen Rolationsschüttler in einem Inkubator gegeben, der auf 25°C gehalten und mit 210 UpM 24 Stunden bewegt wird. Nach dieser Anfangszeit (erster Zustand) werden 5 cm³ des submersen Wachstums zu jedem Doppelkolben von drei Medienarten, nämlich Soja-Dextrose, rohe Dextrose, unter der Bezeichnung »Cerelose«, im Handel

erhältlich, enzymatisches Hydrolysat von Milchproi_cin unter der Bezeichnung »Edamin« im Handel

1.1- U ..„,Ι Γ\οϊΙι·ίη.ΝίιιΙι..., 1 ι

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erhältlich und Dextrin-Maiswasser gegeben, deren Zusammensetzung unten angegeben ist. Die Kolben werden in eine Schüttelvorrichtung gegeben, und die Mikroorganismen ungefähr 24 bis 48 Stunden bei 25°C wachsen gelassen. Die Zellen weiden dann durch Abzcnlrifugicrcn gewonnen.

Inkubation

Dextrin ■— Maiswasser

Dextrin 10 g

Maiswasser 80 g

KH₁PO₄ 1 g

NaCI 5 g

Wasser ... 1 1

pH 7,0

Autoklav 1,1 kg/cm² (15 psi), 30 min

IO

Die gewonnenen Zellen werden in 50 cm³ O,O33-m Boratpuffer, pH 8,5, in einem 250-cm³-Erlenmeyerkolben suspendiert. Dazu werden 25 mg 3-Oxo-l-jod-1-trans-octen in 1 cm³ Aceton gegeben. Die Inkubation wird bei 25^UC auf einem Rotationsschüttler, der sich mit einer Geschwindigkeit von 290 Upm bewegt (2,54-cm-Ausschlag) 19 Stunden durchgefühlt.

Extraktion

Nach 19 Stunden werden die Zellen abzentrifugiert und die überstehende Lösung dreimal mit 25 cm³ Chloroform extrahiert. Die Chloroformschicht wird über Natriumsulfat getrocknet und zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird in einigen Tropfen Aceton gelöst und durch Dünnschichtchromatographie unter Verwendung von Silicagel-G-Platten analysiert. Ein geeignetes Lösungsmittelsystem ist Chloroform. Nach der Entwicklung werden die Platten mit 3%igem Cer-sulfat in 3n-H₂SO₄ besprüht, wobei die Verbindungen als braune Punkte erscheinen.

Es wurden die folgenden Rf-Werte für die interessierenden Verbindungen beobachtet:

Rf = 0.52

Rf = 0,24

35 Das vorstehend angegebene allgemeine Verfahren und die Nährmedien sowie die Fermentationsverfahren, die in den folgenden Beispielen angegeben sind, sind nur beispielhaft und können auf verschiedene Weise abgewandelt werden. So können andere Mikroorganismen, die die erfindungsgemäße Reduktion hervorrufen, angewandt werden als die speziell erwähnten. Es können andere Stickstoff- und Kohlenstoffquellen in den Nährmedien angewandt werden als die obenerwähnten. Zum Beispiel können Maismehl, Hafermehl, Fleischextrakt oder andere Proteinhydrolysate oder Saccharose, Glukose, Maltose, Stärke oder Melasse anstelle des Dextrins verwendet werden. Auch können andere Modifikationen, die bei der Fermentation üblich sind, angewandt werden. Die Zeit der Zugabe des Substrats nach der Zugabe des Mediums kann variiert werden; der Anfangs-pH-Wert für die Zugabe und Umwandlung des Substrats kann von ungefähr 5,0 bis ungefähr 7,5 variiert werden, und die Menge des Substrats und die Rührgeschwindigkeit können ebenfalls variiert werden.

Die Struktur der gemäß den folgenden Beispielen hergestellten Produkte wurden mit Hilfe der Ultraviolett-, Infrarot- und magnetischen Kernresonanzspektren und durch die Dünnschichtchromatographie festgestellt.

40

OH

Die Zusammensetzung der beispielhaft angewandten Nährmedien, die für das oben angegebene Bestimmungsverfahren und die durchgeführten Fermentationen der folgenden Beispiele geeignet sind, ist die folgende:

Soja-Dextrose

Sojabohnenmehl 5 g

Dextrose 20 g

NaCl 5 g

K₂HPO₄ 5 g

Hefe 5 g

Wasser 11

pH 7,0

Autoklav 1,1 kg/cm² (15 psi), 15 min

Cerelose-Edamin

Cerelose (rohe Dextrose) 50 g

Enzymatisches Hydrolysat von

Milchprotein, das unter der

Bezeichnung »Edamin« im Handel erhältlich ist (Sheffield

Farms Co.) 20 g

Maiswasser 5 cm³

Wasser 11

r,H 7 Π

Beispiel 1 Reduktion durch p. decumbens

Es wurden Zellen von einer 2-1-Kulturbrühe (5 χ 400 cm³) in 2-1-Erlenmeyerkolben gewonnen und in 2 1 0,025 m Borsäure-Borax-Puffer-Lösung suspendiert. Die Zellsuspension wurde in vier gleiche Anteile geteilt, von denen jeder in einen 2-1-Erlenmeyerkolben gegeben wurde. Ein Gramm 3-Oxo-l-jod-

1-trans-octen wurde in 40 cm³ Aceton gelöst und die entstehende Lösung gleichmäßig in vier Kolben verteilt. Die Zellsuspension wurde 19 Stunden mit 290 UpM geschüttelt. Die Zellen wurden abzentrifugiert (16 000 g, 15 min); die überstehende Flüssig-

keit wurde dreimal mit 31 Chloroform extrahiert. Die entfernten Zellen wurden in vier Kolben (die für die Reduktion verwendet wurden) suspendiert durch Zusatz von 250 cm³ destilliertem Wasser zu jedem Kolben, und anschließend wurden die Kolben heftig

auf einen Rotationsschüttler geschüttelt und die entstandene Suspension durch Zentrifugieren getrennt. Nach Entfernung des Chloroforms und etwaigem Äthylacetats wurden beide Reste zusammengegeben und auf eine 2 χ 21 cm Chromatographie-Säule mit

6s Aluminiumoxid aufgebracht. Die Säule wurde mit 300 cm³ 10% Äthylacetat-Benzol und anschließend 300 cm³ 30% Äthylacetat-Benzol eluiert und 4 cm³ Fraktionen aufgesammelt. Die Fraktionen 42 bis

102 wurden als Reduktionsprodukt aufgefangen und ergaben 104 mg des gewünschten 3(S)-Enantiomer.

([<«]'/: +7,5 (C, 3,69 in MeOH))

Beispiel 2
Reduktion durch p. Vinaceum

Das Reduktionsverfahren war das gleiche wie im Beispiel l,mit der Ausnahme, daß

a) die Zellen von 2! Kulturbrühe (4 χ 500 cm³ in 2-1-Kolben) gewonnen und in 2 1 0,033-m Borsäure-Borax-Puffer suspendiert wurden,

b) die beim Schütteln entstandene Emulsion aufgebrochen wurde, indem sie durch ein Celit- '⁵ kissen in einem Büchner-Trichter geleitet wurde,

c) die Säulengröße 2 χ 20 cm war und 5,2-cm³-Fraktionen aufgefangen wurden. Die Fraktionen 27—70 wurden zusammengegeben und als Reduktionsprodukt angesehen. Man erhielt 100 mg²⁰ des gewünschten 3(S)-Enantiomeren.

([„]« = +7,56 (C, 5,86 in MeOH))

B e i s ρ i e 1 3

Reduktion durch A. Usius

Das Reduktionsverfahren war das gleiche wie im Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß 6,5 cm³ Fraktionen aufgefangen wurden. Die Fraktionen 16—36 wurden als Reduktionsprodukt zusammengegeben und ergaben 120 mg des gewünschten 3(R)-Enantiomeren.

([«]? = -8,04(C, 5,97MeOH))

35

In den folgenden Beispielen ist nicht angegeben, ob das 3(S)- oder 3(R)-Enantiomere als Reduktionsprodukt erhalten worden ist. Die optische Form des Produktes kann leicht durch übliche Verfahren zur Bestimmung der optischen Rotation bestimmt werden. In den folgenden Beispielen ist, wenn keine Mikroorganismusklasse angegeben ist, der angegebene Mikroorganismus einer der Klasse Ascomycetes.

Beispiele 4—83

45

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde mit jedem der in der folgenden Tabelle angegebenen Mikroorganismen wiederholt. Die angegebenen Mikroorganismen sind bei der Northern Regional Research Laboratory (NRRL), Peoria, Illinois hinttrlegt, und die entsprechende NRRL-Identifikationsnummer ist für jeden Organismus angegeben. In allen Fällen wurde eine Reduktion zu dem gewünschten 3(S- oder R)-Hydroxy^l-jod-.l-trans-octen erzielt.

Beispiel Organismus

5 Y 32 Endomyces verualis

6 Y 4798 Geotrichum candidum-Moniliales

7 Y 25 Endomycopsis fibuli

8 Y 317 Rhodotorula aurantiaca-

Moniiiaies (F. I.)

9 YIl Candida lipolytica-Moniliales

60

Heispiel	Organismus	Pichia aleoholophila
10	Y 114	Oidium laclis-Moniliales (F. 1.)
11	Y 100	Rhodotorula pallida
12	Y 320	Hanscmuia satumus
13	Y 366	Candida guillermondii
14	Y 118	Torulopsis pulcherrima-
15	Y 87	Moniliales (F. I.)
		Saccharomyces acidifaciens
16	Y 1011	Saccharomycodes ludvvigii
17	Y 974	Hansemula silvicola
18	Y 1678	Hanscmuia angusta
19	Y 1798	Endomycopsis chodati
20	Y 1938	Candida curvata
21	Y 750	Saccharomyces carlsbergensis
22	Y 2345	Saccharomyces pastorianus
23	Y 12752	Pichia membranaefaciens
24	Y 5952	Candida utilis
25	EMC-3	Gliocladium vermoeseni
26	1752	Stysanus fimetarius-Moniliales
	1587	(F. I.)
		Thcilavia sepedonium
28	1697	Dematium pullulans
29	1673	Stachybotrys lobulata-Moniliales
30	1695	(F. 1.)
		Chaetomium globosum
31	1669	Sphaeriales (Ascomycetes)
		Trichothecium voseum-
32	1588	Moniliales (F. I.)
		Mucor hiemalis ( + ) Mucorales
33	4087	(Phycomycetes)
		Rhijopus arrhizus Mucorales
34	2286	(Phycomycetes)
		Scopulariopsis constantini-
35	1860	Moniliales (F. I.)
		Fusarium moniliforme-Moniliales
36	2284	(F. I.)
		Haplographium chlorocephalum-
37	2208	Moniliales (F. I.)
		Heterocephaluni aurantiacum-
38	2238	Moniliales (F. I.)
		Gliocladium roseum (F. I.)
39	1085	Memnoniella echinata-Moniliales
40	1982	(F. 1.)
		Trichoderma viride-Moniliales
41	10045	(F. I.)
		Stysomus stemonites (F. I.)
42	4663	Cephalosporium sp.-Moniliales
43	49137	(F. I.)
		Septomyxa offinis Melanconiales
4t	6737	(F. I.)
		Zygorhynchus sp. Mucorales
45	5358	(Phycomycetes)
		Aspergillus janus-Moniliales
46	5056	(F. I.)
		Cephalothecium roseum-
47	4326	Moniliales (F. I.)

Fortsetzung
Beispiel Organismus

48 874 Penicillium caseicolum-Moniliales

49 79 Aspergillus chcvalieri-Moniliales

50 707 Penicillium javanicum-Moniliales

51 888 Penicillium lanoso-coeruleum-

Moniliales (F. 1.)

52 973 Penicillium expansum-Moniliales

53 447 Aspergillus oryzae-Moniliales

54 849 A Penicillium roqueforti (white

mutant) Moniliales (F. I.)

55 1074 Penicillium diversum var. aureum

56 877 Penicillium camemberti (F. 1.)

57 1839 Mucor rammannianns Mucorales

(Phycomyutes)

58 1852 Aspergillus ustus var. laevis (F. I.)

59 2020 Penicillium duclauxi (F. 1.)

60 2254 Aspergillus clavatus (F. 1.)

61 2077 Penicillium thomii (F. 1.)

62 2245 Penicillium simplicissimum (F. 1.)

63 2031 Penicillium claviforme (F. I.)

64 2240 Aspergillus violaceus (F. 1.)

65 5353 Aspergillus kanafawaensis (F. I.)

66 4103 Gliocladium roscum-Moniiiaies

67 5356 Aspergillus janus (F. 1.)

23	59	880	Oruanismu;
		Beispiel	5557
	5	68	5354
Γϊΐΐίιιΐί		69

IO

Penicillium expansum (F. 1.) Mucor ramomianius Mucorales (Phycomyceles)

4896 Gliocladium calenulatum-

Moniliales (F. 1.)

5058 Allcrnaria tenuis-Moniliales

Mycotypha sp.-Moniliales (F. 1.) Penicillium caseicolum (F. 1.) Penicillium granilatum (F. 1.) Penicillium roqueforti (F. 1.) Mycotypha microspora (F. 1.) Güocladium roseum (F. 1.) Paecilomyces varioti-Moniliales (F. 1.)

Mucor genevensis Mucorales (Phycomycetes)

Paecilomyces varioti = 1118(F. 1.) Aspergillus fumigatur (F. 1.) Aspergillus fumiiiatus mut. helvola (F. 1.)
181 Aspergillus fischcri (F. 1.)

Es ist selbstverständlich, daß Variationen in den Mengenverhältnissen und Mengen der Rcaktionsleilnchmer die Ausbeute an den gewünschten Produk-35. ten günstig oder ungünstig beeinflussen können, und es ist selbstverständlich, daß die Mengenverhältnisse und Mengen der Reaktionsteilnehmci. die in den vorstehenden Beispielen angegeben sind, nicht kritisch sind, um die gewünschten Produkte zu erhalten

72	Myc
73	4026
• 5 74	4084
75	5180
76	6S4
77	1085
20 78	1118
79	1407
80	1282
25 81	163
82	174

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von 3(S oder R)-Hydroxy-1-jod-1-trans-octen, dadurch gekennzeichnet, daß man 3-Oxo-l-jodl-trans-octen der fermentativen Reduktion durch Mikroorganismen der Klassen Ascomycetes, Phycomycetes und/oder Fungi Imperfect unterwirft.

   stereospezifischc Jodalkohol wird dann umgewandelt in den Äthoxyäthylester.

   /J