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Verfahren zur Herstellung von 1α-Hydroxy-cholesterinen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur technischen Herstellung von 1a-Hydroxy-cholesterin
bzw dem in 21- und/oder 25-Stellung hydroxylierten 1α-Hydroxy-cholesterin
als Zwischenprodukte für Verbindungen mit verstärkter Vitamin D3-Wirkung. Das aus
1«-Hydroxy-cholesterin herstellbare 1α-Hydroxy-Vitamin-D3 zeigt gegenuber
dem natürlichen Vitamin D3 eine Wirkungssteigerung um etwa den Faktor 10. Beim Vitamin
D3 treten als Metaboliten zunächst das 25-Hydroxy-Vitamin D) (gebildet in der Leber)
und dann das 1α,25-Dihydroxy-Vitamin D3 (gebildet in den Nieren) auf, Nach
Untersuchungen von De Luca (Seience 180 (1973) 190) erweist sich speziell das 1α-Hydroxy-Vitamin
D3 als geeigneter Ersatz für das Vitamin D3, da seine Wirkungs- Zeit-Kurve ähnlich
wie beim Vitamin D3, seine Wirkungs-Dosis-Kurve aber wie beim 1,25-Dihydroxy-Vitamin
D3 verläuft.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 259 661 ist 1α-Hydroxy-Vitamin
D3 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung aus Cholesterin bekannt, Dieses Verfahren
ist jedoch sehr aufwendig.
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Es führt uber 16 Reaktionsstufen0 Eine vereinfachte Synthese über
nur 9 Stufen wurde von H D. R. Barton in J. Amer. Chem.
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SocO 95 (8) 2748 von 1973 beschrieben0 Ein wesentlicher Schritt dieser
Synthese ist die Reduktion des Epoxyketons der Formel II
in der R1 und R2 für Wasserstoff oder Hydroxyl stehen, mit einem großen Überschuß
an Lithium in flüssigem Ammoniak in Gegenwart eines Protonendonators. Barton gibt
für diesen Reaktionsschritt
Ausbeuten von etwa 60 % an. Trotz intensiver
Bemühungen konnten auf diesem Wege von uns bisher nur Ausbeuten von 45 bis 52 ffi
der Theorie erreicht werde. Da man mit einem etwa 100fachen Überschuß an Lithium
arbeitet und Lithium ein recht teures Metall ist, ist die technische Herstellung
des 1-Hydrcxycholesterins auf diesem Wege sehr unvorteilhaft.
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Es wurde nun gefunden, daß man 1α-Hydroxy-cholesterine der Formel
I
in der R1 und R2 für Wasserstoff oder Hydroxyl stehen, durch Reduktion der entsprechenden
Epoxyketone der Formel II
in der R1 und R2 die oben angegebene Bedeutung haben, in flüssigem Ammoniak als
Lösungsmittel und in Gegenwart eines Protonendonators auf technisch vorteilhaftere
Weise in Ausbeuten von 50 bis 61,5 % der Theorie herstellen kann, wenn man die Reduktion
der Epoxyde II mit einem 2- bis 200fachen Überschuß an Natrium durchführt.
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Es war überraschend, daß die genannte Umsetzung auch mit Natrium mit
gleichguten oder sogar besseren Ausbeuten durchgeführt werden kann, obwohl es sich
um eine Reaktion handelt, die nach Barton nur mit einem sehr hohen Überschuß an
Lithium befriedigend verläuft und obwohl bekannt ist, daß das normale als auch das
aktuelle
Reduktionspotential des Natriums gerniger ist als das des Lithiums. Es war ferner
nicht zu erwarten, daß die Umsetzung mit Natrium mit gleichguter Stereoselektivität
verlauft. Be°-spielseiseverläuft die Reduktion von disubstituierten Acetylenderivaten
zu stereospezifisch einheitlichen trans-Olefinen mit -Li/NHD weitaus besser als
die entsprechende Reduktion mit Na/NH3 (vgl. R. E. A. Dear et al, Amer. Cheme Soc.
85 (1963) 622).
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Die als Ausgangsverbindungen benötigten Epoxyketone der Formel II
erhält man auf relativ einfache Weise durch Dehydrierung von Cholesterin mit 2,3-Dichlor-5,6-dicyanobenzochinon
und anschließende Epoxidierung des erhaltenen Cholesta-1,4,6-trien-3-ons mit H202/NaOH/MeOH
gemäß Tetrahedron 26 (1970) 3866.
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Zur Durchführung der Reaktion löst man Natrium in möglichst.
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frisch destilliertem flüssigen Ammoniak und fügt zu der erhaltenen
dunkelblauen Lösung langsam eine Lösung des Epoxyketons II in einem trockenen inerten
Lösungsmittel zu und läßt das Reaktionsgemisch noch einige Zeit nachreagieren0 Anschließend
gibt man den Protonendonator zu dem Reaktionsgemisch und arbeitet das Ganze auf.
Man kann aber auch den Protonendonator schon während der Reduktionsreaktion zufügen.
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Natrium verwendet man im allgemeinen in einem 2- bis 200fachen Überschuß,
vorzugsweise einem 2- bis 80fachen Überschuß, bezogen auf die theoretisch notwendige
Menge.
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Pro Mol des Epoxyketons II verwendet man 10 bis 100 1 Ammoniak, vorzugsweise
60 bis 80 1 Ammoniak.
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Als inerte organische Lösungsmittel können polare Verbindungen verwendet
werden, die unter den Reaktionsbedingungen nicht mit den Reaktionspartnern reagieren,
flüssig sind und als Lösungsvermittler wirken. Genannt seien insbesondere alicyclische
oder cyclische aliphatische Äther, wie Diäthyläther, Tetrahydrofuran oder Dioxan.
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Das Volumenverhältnis von organischem Lösungsmittel zu Ammoniak beträgt
Im allgemeinen 1 : 2 bis 1 1 1, vorzugsweise etwa 4 {. t. 7.
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Die Reaktionstemperatur beträgt im allgemeinen -50°C bis 0°C.
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vorzugsweise -35 0C bis -25 0C, die Reaktionszeit insgesamt etwa 15
Minuten bis 24 Stunden, insbesondere 1 bis 3 Stunden.
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Die Umsetzung wird im allgemeinen unter einer Schutzgasatmosphäre,
wie N2, durchgeführt.
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Die bei der Reduktion durchlaufenen Zwischenstufen steilen Enolationen
dar, die unter den Reaktionsbedingungen vcn NH3 nicht protoniert werden können,
Als Protonendonator werden dem Reaktionsgemisch Alkohole wie Methanol, Äthanol,
Propanol, iso-Propanol, n-Butanol oder festes NH4Cl zugefügt. Insbesondere geeignet
sind NX4C1 oder tert.-Butanol.
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Die Protonendonatoren verwendet man im allgemeinen in Mengen von 0,1
bis 2 Mol pro Mol Alkalimetall. Vorzugsweise werden etwa äquivalente Mengen verwendet.
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Zur Aufarbeitung des Reaktionsgemisches treibt man NH3 und das organische
Lösungsmittel mit Hilfe eines starken N@-Stromes aus oder destilliert beides ab,
versetzt den Rückstand mit: einem niedrigsiedenden inerten wasserscnweriö slichen
Lösungsmittel wie ether, und unter Eiskühlung langsam mit Wasser. Der er haltene
organische Extrakt wird gewaschen, getrocknet und eingeengt.
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Das hierbei erhaltene feste Reaktionsprodukt wird in möglichst wenig
eines geeigneten lösungsmittels gelöst und uber Kieselgel chromatographiert. Man
verwendet einen 10- bis 100fachen Überschuß an Si02, insbesondere einen 60- bis
90fachen Überschuß.
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Als LauSmittel können alle Lösungsmittel der eluotropen Reihe verwendet
werden, wie z. B. Petroläther, Cyclchexan, Benzol, Methylenchlorid, Chloroform,
Diäthyläther, Tetrahydrofuran, Essigester, Aceton, Methanol. Sehr gut geeignet sind
Gemische von Methylenchlorid und Essigester mit steigendem Anteil Essig ester.
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Die erhaltenen 1α-Hydroxy-cholesterine der Formel I und wert
volle Zwischenprodukte für Verbindungen rtt verstärkter Vitamin-D3-Wirkung.
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Das folgende Beispiel soll das Verfahren erläutern.
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Beispiel 1 In 700 ml frisch destilliertes NH3 werden bei einer Temperatur
von -40°C bis -50°C 23 g (1 Mol) Na gelöst0 Zu der dunkelblauen Lösung werden unter
Stickstoffatmosphäre 4 g (10 mMol) des Epoxyketones I; gelöst in 400 ml trockenem
Tetrahydrofuran (THF), in 15 Minuten zugegeben und das Reaktionsgemisch 2 Stunden
bei -300C nachgerührt; dabei tritt keine Entfärbung der Lösung ein.
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Anschließend gibt man 50 g festes NH4C1 zu dem Reaktionsgemisch und
treibt die Lösungsmittel durch Einleiten eines N2-Stromes über Nacht ab. Unter N2-Atmosphäre
wird 500 ml Äther und danach unter Eiskühlung langsam 500 ml Wasser zugegeben0 Die
Wasserphase wird abgetrennt und zweimal mit je 250 ml Ather ausgeschüttelt. Die
Atherphase wird mit 2n HGl und zweimal mit je 200 ml Wasser neutral gewaschen, mit
Na2SO4 getrocknet und unter vermindertem Druck eingeengt.
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Man erhält 3,9 g eines festen Rückstandes, der in CH2Cl2/Essigester
(80/20) gelöst und über 300 g SiO2 chromatographiert wird.
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Eluiert wird mit 500 ml CH2Cl2/Essigester 80/20 und 4 1 CH2Cl2/ Essigester
1/1 in 500 ml Fraktionen0 Fraktionen 1 bis 4 ergeben 0,9 g eines nicht näher untersuchten
Produktes; Fraktionen 5 bis 9 ergeben 2,5 g 1-Hydroxy-cholesterin, entsprechend
einer Ausbeute von 61,5 % der Theorie0 Nach einmaligem Umkristallisieren aus Methanol
hatte das Produkt einen Schmelzpunkt F - 158 bis 160°C sowie einen Wert für [α]D25
= -36° (in Chloroform).
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D - 360 H-NMR-, C13-NMR- und Massenspektren entsprechen der angegebenen
Struktur.
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Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) In 300 ml frisch destilliertes NH3
werden bei -40°C bis -500C 7 g (1 Mol) Lithium gelöst. Zu der blauen Lösung läßt
man 4 g (10 mMol) des Epoxyketons II gelöst In 300 ml THF (absolut) langsam zufließen.
Ohne Kühlung wird zwei Stunden nachgerührt, wobei die Temperatur auf -300C ansteigt
(nach etwa einer Stunde ist die Blaufärbung verschwunden)¢ Nach erneuter Abkühlung
auf -500C wird langsam 50 g festes NH4C1 zu dem Reaktionsgemisch gegeben und durch
Einleiten von N2 über Nacht die gesamten Lösungsmittel abgetrieben. Unter N2-Atmosphäre
wird 250 ml Ather zugegeben und anschließend bei Eisbadkühlung 100 ml H20. Die Wasserphase
wird abgetrennt und zweimal mit Je 150 ml Äther extrahiert.
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Die vereinigten organischen Phasen werden mit wenig 2 n HCl neutralisiert
und zweimal mit Je 200 ml H20 nachgewaschen. Nach Trocknen über Na2 SO4 wird das
Lösungsmittel unter vermindertem Druck abgezogen. Man erhält 5 g eines zum Teil
kristallinen Rohproduktes und reinigt dieses analog der in Beispiel 1 beschriebenen
Arbeitsweise chromatographisch, Die Ausbeute an la-Hydroxy-cholesterin beträgt 2,1
g, entsprechend 52 % der Theorie0 Schmelzpunkt 157 bis 159°C.
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ß%7 D25 = 360 (in Chloroform).