DE2537060B2 - Optisch aktives [4R.6R] -4-Hydroxy-2,2, e-trimethyl-cyclohexanon und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Optisch aktives [4R.6R] -4-Hydroxy-2,2, e-trimethyl-cyclohexanon und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

in an sich bekannter Weise zweckmäßig unter aeroben Bedingungen, in einem wäßrigen Medium bei einem pH-Wert von 2 bis 10 und einer Temperatur von 15 bis 35° C mit Hilfe von Mikroorganismen aus den Gattungen
Candida Kloeckera Rhodotorula ' Saccharomyces Torula
Torulopsis Aspergillus Cunninghamella Curvularia Cylindrocarpon Fusarium Hypomyces Mucor
Neurospora Penicillium Rhizopus Trichothecium Arthrobacter (Corynebacterium) Bacillus Lactobacillus Micrococcus Propionibacterium Pedi ococcus Staphylococcus Streptococcus Sarcina
Acetobacter Acetomonas Aerobacter Alcaligenes Azotobacter Escherichia Flavobacter Klebsieila Pseudomonas Proteus Salmonella Serratia Vibrio
Actinomyces
Mycobacterium
Nocardia
Streptomyces bzw.
Proactinomyces
fermentativ hydriert, das gebildete [6R]-2,2,6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion der Formel
H3C CH3
aus der Gärbrühe isoliert und dieses anschließend in üblicher Weise mit Hilfe einer aluminiumorganischen Verbindung, einem Alkaliborhj-jrid, zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen —70° C und Raumtemperatur oder durch katalytische Hydrierung mit Raney-Nickel, zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen etwa 0 und etwa 50°C reduziert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die fermentative Hydrierung bei einem pH-Wert von 3 bis 8 durchführt
4. Verfahren nach Anspruch 2—3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ketoisophoron in einer Portion von 0,1—2,0%, bezogen auf das wäßrige Medium, einsetzt oder mit mehrmaligen Gaben in einer Konzentration von 0,5— 1 % arbeitet, bis durch die anschließende fermentative Hydrierung die Gesamtkonzentration an umgesetztem Ketoisophoron auf bis zu 10% erhöht worden ist
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß man die fermentative Hydrierung unter Zuhilfenahme von Saccharomyces cerevisiae (Preßhefe; Bäckereihefe) durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 2—5, dadurch gekennzeichnet daß man als aluminiumorganische Verbindung ein /J-verzweigtes Aluniinium-tri-nieder-alkyl, wie Triisobutylaluminium oder Isobutylaluminiumdichlorid verwendet.
Die Erfindung betrifft das optisch aktive Cyclohexanderivat [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,C irimethyl-cyclohexanon der Formel
H1C" CH,
rn,
(III)
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Substituenten der in dieser Beschreibung
en enthaltenen Strukturformeln sind, sofern sie vor der Ebene des Moleküls liegen, durch das Zeichen -^*. sofern sie hinter der Ebene des Moleküls liegen, durch das Zeichen IMIIIIII gekennzeichnet. Die Substituenten der in dieser Beschreibung stereochemisch nicht
hi besonders gekennzeichneten Strukturformeln können entweder R- oder S-orientiert sein. Die Verbindungen können auch als Gemische der R- und S-Isomeren vorliegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch kennzeichnet, daß man Ketoisophoron der Formel
H3C CHj
O CHj
in an sich bekannter Weise, zweckmäßig unter aeroben Bedingungen in einem wäßrigen Medium bei einem pH-Wert von 2 bis 10 und einer Temperatur von 15—35CC mit Hilfe von Mikroorganismen aus den Gattungen
Candida K-Ioeckera
Rhodotorula
Saccharomyces Torula
Toruiopsis
Aspergillus
Cunninghamella Curvularia
Cylindrocaφon Fusarium Hypomyces Mucor
Neurosphora Penicillium
Rhizopus Trichothtcium Arthrobacter (CorynebaC vrium) Bacillus.
Lactobacillus
Micrococcus
Propionibacterium Pediococcus
Staphylococcus Streptococcus Sarcina
Acetobacter Acetomonas Aerobacter Alcaligenes Azotobacter Escheriehia
Flavobatter
Klebsieila Pseudonnonas Proteus
Salmonella Serratia
Vibrio
Actinomiyces Mycobacterium Nocardia Streptornyces bzw. Proactinomyces
fermentativ hydriert, das gebildete [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandioin der Formel
H1C CH,
CH,
aus der Giirbrühi: isoliert und dieses anschließend in ge- üblicher Weise mit Hilfe einer aluminiumorganischen Verbindung, einem Alkaliborhydrid, zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel hei einer Temperatur zwischen — 700C und Raumtemperatur 5 oder durch katalytische Hydrierung mit Raney-Nickel, zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel bei einsr Temperatur zwischen etwa 0 und etwa 500C reduziert
Die oben definierte fermentative Hydrierung gelingt
durch Verwendung von beliebigen Mikroorganismen, welche in wäßrigem Medium zusammen mit dem Ketoisophoren aerob oder anaerob bebrütet werden; bevorzugt ist die aerobe Fermentation. Es versteht sich, daß der Mikroorganismus vor der
is Verwendung in der erfindungsgemäßen Fermentation angezüchtet werden soll; die Anzucht erfolgt in der Regel in an sich bekannter Weise in einem wäßrigen Medium unter Zuhilfenahme der üblichen Nährstoffe, d. h. in Gegenwart einer Kohlenstoffquelle, wie Glucose, Fructose, Saccharose und/oder Maltose, einer Stickstoffquelle, wie Harnstoff, Pepton, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Aminosäuren und/oder Ammoniumsalze, anorganischer Salze, wie Magnesium, Natrium-, Kalium-, Calcium und/oder Ferrosalze, anderer wachstums fördernder Substanzen, wie Aminosäuren, Vitamine. Manchmal ist es zweckmäßig, das Anzuchtmedium ebenfalls in der erfindungsgemäßen Fermentation zu verwenden, obwohl — wie nachstehend näher erläutert — die Zusammensetzung des erfindungsgemäß verwen deten Fermeniationsmediums wesentlich einfacher sein kann.
Die erfindungsgemäße Fermentation ist ohne weitere Zusätze als das Ketoisophoron und den zu verwendenden Mikroorganismus durchführbar. Es ist jedoch vorteilhaft, dem wäßrigen Medium eine assimilierbare Kohlenstoffquelle als Mikroorganismennährstoff zuzusetzen, vorzugsweise in einer Menge von etwa 10—100 g pro Liter, beispielsweise in Form eines Zuckers, wie Glucose, Fructose, Saccharose, Maltose
<to und dergleichen, damit die Lebensfähigkeit und die damit verbundene Stoffwechselaktivität des Mikroorganismus möglichst lange erhalten bleiben. Mehr als 100 g Kohlenstoffquelle pro Liter Nährmedium beeinträchtigt das Endergebnis nicht, bringt jedoch keine Vorteile gegenüber dem Fall, bei dem 10—100 g Kohlenstoffquelle zugesetzt wird. Der Zusatz einer Stickstoffquelle ist nicht notwendig; gegebenenfalls kann aber eine assimilierbare Stickstoffquelle zugesetzt werden, vorzugsweise in einer Menge von etwa 1 —50 g pro Liter, beispielsweise in Form von Harnstoff, Pepton, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Aminosäuren, Ammoniumsalze und dgl. Das Kulturmedium kann ferner auch anorganische Salze, wie Magnesium-, Natrium-, Kalium-, Calcium- und/oder Ferrosalze, andere wachstumsfördernde Substanzen, wie Aminosäuren, Vitamine, und dgl. enthalten.
Der pH-Wert der Fermentation soll vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 2 bis lü, insbesondere 3—8, liegen und ist zumeist ohne besondere Zusätze erreichbar. Erwünschtenfalls kann der pH-Wert durch Verwendung von Puffer, z. B. Phosphat-, Phthalat- oder Trispuffer [tris-(Hydroxymethyl)-aminomethan], reguliert werden. Die Temperatur kann in weitem Rahmen schwanken, z. B. zwischen 4° und 500C, wobei eine Temperatur von 15—350C, insbesondere 25—35°C, bevorzugt ist. Zwecks Erhalts von optimalen Ausbeuten ist es bevorzugt, daß das Ketoisophoron in der Gärbrühe in einer Konzentration von 0.1—2.0%.
25 37 5 "Torula 5 060 6 Fusarium Sarcina
insbesondere 0,5—1,5%, vorliegt Nach erfolgter fer- z. B. F. culmorum z. B. S. lutea
mentativer Hydrierung kann erneut Ketoisophoron in Torulopsis F. solani
einer bevorzugten Konzentration von 03—1% zuge z. B. T. apicola
setzt werden. Dieses Vorgehen läßt sich bis zur T. rotunJata Hypomyces
Inaktivierung der Mikroorganismen mehrfach wieder 10 z. B. H. rosellus
holen. Für ein bevorzugtes Fermentationsverfahren mit 2) Filze der Gattungen:
Preßhefe als Mikroorganismus können auf diese Weise Aspergillus Mucor
bei periodischer Eduktzugabe bis zu 10% Ketoisopho z. B. A.clavatus z. B. M. circinelloides
ron (vorzugsweise 6—8%) umgesetzt werden. Die A. fischeri M. corymbifer
Reaktionstemperatur bei dieser periodischen Eduktzu A.flavus 15 M. griseo-cyanus
gabe beträgt vorzugsweise 15—25° C A. fumigatus M. hiemalis
Die nützliche Fermentationszeit ist von den verwen A. ochraceus M. parasiticus
deten Mikroorganismen abhängig, schwankt jedoch bei A. wentii M. spinosus
einmaliger Eduktzugabe zumeist zwischen 10 und 200 M. subtilissimus
Stunden. Für ein bevorzugtes Fermentationsverfahren, Cunninghamella 20 Neurospora
bei dem der Mikroorganismus in Form von Preßhefe z. B. C. blakesleeana z. B. N. crassa
vorliegt, ist bei einmaliger Eduktzugabe die bevorzugte Fenicillium
Fermentationszeit 10—30 Stunden. Bei wiederholter Curvularia z. B. P. brevi-comnacturrr
Eduktzugabe wird die Fermentationszeit entsprechend z. B. C. lunata P. digitatum
P freauentans
verlängert und kann mehrere Wochen betragen. Cylindrocarpon 25 • ■ ■ * \*^J Ll\*Il LtIl IO
P. griseofulvum
Wie bereits erwähnt, kann die Fermentation unter z. B. C. radicicola P. notatum
Verwendung von beliebigen Mikroorganismen erfolg P. novae-zeelandiae
reich durchgeführt werden. Die folgenden repräsentati JO P. viride
ven Beispiele seien genannt: Rhizopus
35 z. B. R. arrhizus
R. nigricans
R. circinans
A. Eukaryonten Trichothecium
z. B. T. roseum
1) Hefe der Gattungen: B. Prokaryonten
Candida 40 1) Gram- positive Bakterien der Gattungen:
ζ. B. C. albicans
C. guillermondii
C. utilis		 Arthrobacter (Corynebacterium)
Kloeckera z.B. A.simplex(C.simplex)
z. B. K. brevis Bacillus
Rhodotorula 45 ζ. B. B. megaterium
z. B. R. rotundata B. sphaericus
Saccharomyces B. subtilts
z. B. S. carlsbergensis Lactobacillus
S. cerevisiae ζ. B. L. casei rhamnosus
S. cer. ellipsoides 50 L. ferment!
L. leichmannii
Micrococcus
z. B. M. lysodeikticus
55 Propionibacterium
z. B. P. shermanii
Pediococcus
z. B. P. cerevisiac
60
Staphylococcus
i, B. S. albus
S.aureus
fv5 Streptococcus
7.. B. S. faecalis
S. lautis
2) Gram- negative Bakterien der Gattungen: Acetobacter ζ. B. A. aceti
A. suboxydans
Acetomonas z. B. A. melanogena A.oxydans
Aerobacter
z. B. A. aerogenea
Alcaligenes z. B. A. faccalis
Azotobacler z. B. A. agilis A. indicus
Escherichia z. B. Fi. col i
Havobacter z.B. F. dehydrogenans
Klebsieila z. B. K. pncumoniac
Pseudomonas z. B. P. fluorescens P. saccharophila P. testosteroni
Proteus
ζ. B. P. vulgaris
Salmonella ζ. B. S. typhimurium
Serratia
z. B. S. marcescens
Vibrio
z. B. V. metschnikovii
3) Mycelbildende Bakterien (Actinomyceten) der Gattungen: Actinomyces
z. B. A.cellulosae
Mycobacterium z. B. M. butyricum M. phlei M. rhodochrous M. thamnopheos
Nocardia z. B. N. asteroides N. brasiliensis N.opaca
Streptomyces
z. B. S. albus (Nocardia rangoonensis) S. fradiae S. gelaticus S. lavendulae S. rimosus S. venezuelae Proactinomyces
z. B. P. restrictus P. roseus
■j Die Unspezifität des benötigten Mikroorganismus wird dadurch bestätigt, daß beliebige, mikrobiell infizierte Erd- und Wasserproben aus der Natur in der Lage sind, in der erfindungsgemäßen fermentativen Hydrierung als Mikroorganismendonatoren erfolgreich
ίο eingesetzt zu werden.
Das Kultivieren wird im allgemeinen aerob bewirkt, vorzugsweise unter Rühren, Schütteln oder mittels eines Belüftungsvorganges. Zur Schaumbekämpfung können die üblichen Antischaummittel, wie Siliconöle, Polyalky-
ΙΊ lenglykol-Derivate, Sojabohnenöl, und dgl. zugesetzt werden. In Anbetracht der Unspezifität des benötigten Mikroorganismus hat der Gärvorgang den Vorteil, nicht unter sterilen Bedingungen ausgeführt werden zu müssen.
:ii Nach Beendigung des Kultivierens wird das [6R]-2,2,6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion in üblicher Weise aus der Gärbrühe isoliert. Vorzugsweise kommt Extraktion mit einem nicht wasserlöslichen organischen Lösungsmittel in Betracht, beispielsweise mit einem
r. aliphatischen oder cycloaliphatische^ gegebenenfalls chlorierten Kohlenwasserstoff, wie η-Hexan, Cyclohexan, Methylenchlorid. Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, einem aliphatischen Ester, wie Äthylacetat. n-Butylacetat, Amylacetat oder einem aliphatischen
in Äther, wie Diäthyläther oder Diisopropyläther. Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist Methylenchlorid. Nach einer bevorzugten Isoliermethode wird die fermentierte Brühe filtriert oder zentrifugiert und die wäßrige Phase und das Sediment getrennt aufgearbeitet. Das erhaltene
υ Rohprodukt kann in üblicher Weise, z. B. durch wiederholte Umkristallisation,gereinigt werden.
Die erfindungsgemäße Reduktion der Oxogruppe in Stellung 4 des erhaltenen [6R]-2.2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandions der Formel Il zur Hydroxygruppe verläuft
in in guter Ausbeute stereospezifisch selektiv, d. h. sowohl unter Beibehaltung der Oxofunktion in Stellung I als auch unter Bildung der R.R-Transkonfiguration für die beiden Substituenten in 4- und 6-Stellung (Hydroxy bzw. Methyl). Diese Reduktion läßt sich vornehmlich unter
4) Zuhilfenahme von aluminiumorganischen Verbindungen durchführen, insbesondere mit Hilfe von ß-verzweigten Aluminium-tri-nieder-alkylen, z. B. Triisobutvialuminium. oder entsprechend halogensubstituierten Derivaten hiervon, z. B. Isobutylaluminiumdichlorid. Zur
-,n Erzielung optimaler Ausbeuten an dem gewünschten [4R.6R]-4-Hydroxy-2,2.6-trimethylhexanon der Forme! Ill soll die Aluminiumverbindung und die Ausgangsverbindung der Formel II in etwa äquimolaren Mengen verwendet werden. Weitere mögliche Reduktionsmittel sind die organischen Alkalimetallaluminiumhydride, z. B. Natrium-di-hydro-bis-(2-methoxy-äthoxy)-aluminat, und die Alkalimetallborhydride, z. B. Natriumborhydrid. Die erfindungsgemäße Reduktion wird vorzugsweise in einem inerten organischen Lösungsmittel, z. B.
η-Hexan, n-Heptan, Benzol, Toluol, Diäthyläther, Tetrahydrofuran, in einem chlorierten Kohlenwasserstoff, wie Methytenchlorid oder Chlorbenzol oder in Mischungen dieser Lösungsmittel durchgeführt Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist Methylenchlorid; eine bevorzugte Mischung besteht aus vorwiegend n-Hexan im Gemisch mit Benzol. Die Reaktionstemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa — 700C und der Zimmertemperatur. Die Reaktion hat den
Vorteil, daß sie, insbesondere bei Verwendung von Aluminiumalkylen oder deren halogensubstituierten Derivaten, in kurzer Zeit beendet ist (bei Temperaturen von etwa 0" und darüber zumeist in wenigen Minuten) wonach nach Neutralisation des Reaktionsgemisches mit Säure die gewünschte Verbindung durch Reinigung in üblicher Weise, z. B. durch Chromatographie an kicielgel, Aluminiumoxid, Dextran oder dgl., oder durch Extraktion im Gegenstromverfahren, gewonnen werden kann.
Die erfindungsgemäße stereospezifische Reduktion kann auch mit Vorteil durch katalytische Hydrierung mit RaneyNickel als Katalysator durchgeführt werden. Die Reaktion wird vorzugsweise in einem inerten organischen Lösungsmittel durchgeführt, wie z. B. in einem niederen Alkanol, wie Methanol oder Äthanol, in einem Äther, wie Diäthyläther, Diisopropyläther oder Tetrahydrofuran, oder in einem nieder-aliphatisthen Kohlenwasserstoff, wie η-Hexan. Bevorzugt verwendet man ein niederes Alkanol, wie Methanol, mit einem etwa 5—20%igen Zusatz von Essigsäure. Die Temperatur der Umsetzung liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 00C und etwa 500C; bevorzugt ist Zimmertemperatur. Nach beendigter Wasserstoffaufnahme wird das Reaktionsgemisch vom Katalysator getrennt und in üblicher Weise, z. B. wie oben angegeben, aufgearbeitet.
Das erhaltene [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethyl-cyclohexanon der Formel
H1C CH,
/ '■, ο HO CH.,
din
ist eine Schlüsselsubstanz für die Herstellung von optisch aktiven Carotinoiden, zum Beispiel für die Herstellung von:
3R]-j3-Cryptoxanthin, 3R,3'R]-Zeaxanthin, 3R]-Rubixanthin, 3R]-0-Citraurin und 3R]-Reticulataxanthin,
d. h. von optisch aktiven Carotinoiden, die bisher
to allenfalls durch Extraktion und Chromatographie zugänglich waren. Solche Verfahren sind aber zeitrau bend und liefern das gewünschte Produkt nur in unbefriedigenden Ausbeuten. Außerdem steht das natürliche Ausgangsmaterial nicht in beliebiger Menge
i> zur Verfügung. Demgegenüber ermöglicht die beanspruchte Verbindung und das Verfahren zu ihrer Herstellung erstmals, Carotinoide mit chiralen Hydroxygruppen, d. h. von Verbindungen, wie sie in der Naliir vorkommen, in beliebigen Mengen und in befriedigen-
-'Ii den Ausbeuten zu synthetisieren. Bislang konnten außerdem, ausgehend von dem bekannten racemischen 4-Hydroxy-2,2,6-trimethyl-cyclohexanon (US-PS
33 80 456) ausschließlich racemische Carotinoide synthetisiert werden, z. B. racemisches Zeaxanthin, racemi-
>> sches Kryptoxanthin, racemisches 3-Hydroxy-<x-carotin und racemisches Lutein (GB-PS 11 73 063).
Das Verfahren der Überführung des erfindungsgemäßen Zwischenproduktes in die natürlichen Hydroxy-Carotinoide stellt zudem einen neuen Weg dar, der als
so chemisch eigenartig anzusehen ist, da es überraschend war, daß das Zwischenprodukt ohne Racemisierung weiterverarbeitet werden kann.
Die beispielhaft genannten optisch aktiven Carotinoide lassen sich in einfacher Weise auf in der
r> Carotinoidchemie üblichem Wege durch Verknüpfen eines durch Kettenverlängerung aus dem Hydroxyketon der Formel III gewonnenen neuen Cn-, C15- oder Cjo-Bausteins mit einer dem gewünschten Produkt entsprechenden Kondensationskomponente herstellen.
J" Das [3R]-jS-Cryptoxanthin der Formel
.A-
HO
ist zum Beispiel durch Kondensieren eines [3R]-3-Hydroxy-retinyi-triarylphosphoniumhalogenids mit Retinal. das[3RJ'R]-Zeaxanthin der Formel
HO
VWvAAAAA
zum Beispiel durch Kondensieren eines [3R]-3-Hydroxy-retinyl-triaryiphosphoniurnhaiogenids mit [3 Hydroxy-retinal oder auch durch Kondensieren eines 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyI-cyclohex-l-en-l-yl)-but-3-en-2-triarylphosphoniumhaIogenids mit 4,9-Di- methyl-dodeca-2,4,6,8,10-pentaen-l,12-dial oder mit jyR]-3- 65 ^g-Dimethyl-dodeca^AS.iO-tetraeri-S-in-i.^-dial gefolgt von Partialhydrierung des erhaltenen [3R^3'R]-15,15'-Didehydrozeaxanthins zugänglich.
Das [3R]-Rubixanthin der Formel
12
kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß man [3R]-3-Hydroxy-retinyl-triarylphosphoniumhalugenid mit y-Retinal kondensiert.
Das[3R]-/?-Citraurin der Formel
(VI)
HO
/v\
läßt sich zum Beispiel dadurch herstellen, daß man ein [3R]-3-Hydroxy-retinyltriarylphosphoniumhalogenid mit l.l-Diäthoxy^.e-dimethyl-octa^Aö-trien-S-al kondensiert und das erhaltene Acetal verseift.
Das[3R]-Reticulataxanthinder Formel
(VII)
ist zum Beispiel durch Kondensation von [3R]-/?-Citraurin mit Aceton gewinnbar.
Die für die vorstehend skizzierten Synthesen benötigten neuen C20-Bausteine, nämlich das [3R]-3-Hydroxy-retinyl-triaryl-ph.osphoniumhalogenid und das [3R]-3-Hydroxy-retinal können, ausgehend von [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethylcyclohexanon der Formel III zum Beispiel dadurch hergestellt werden, daß man:
^RiRJ^-Hydroxy^Ze-trimethyl-cyclohexanon der Formel
H1C CH,
methylcyclohex-l-yl)-but-3-in der Formel
HII)
φ OCCH, HXl
O
OH
acetyliert;
— das Diacetat zu 2-Acetoxy-4-([4R]-4-acetoxy-2,6,6-trimethyI-cyclohex-1 -en-1 -yl)-but-3-in der Formel
HO
(H,
mit But-3-in-2-oI umsetzt;
— das erhaltene 2-Hydroxy-4-{[4R,6R]-l,4-dihydro xy-^^-lrimethyl-cycIohex-1 -yl)-but-3-in der Formel
(VIII)
HO
dehydratisiert. und die vorhandene Acetylenbindung zur Äthylenbindung hydriert;
— das erhaltene [3R]-3-Hydroxy-0-ionol der Formel
HO
OH
zu 2-Acetoxy-4-f(4R,6R]-4-acetoxy-l-hydroxy-2^2,6-tri- durch Umsetzen mit einem Tnarylphosphoniumhaloge-
nid oder mit einem Triarylphosphin in Gegenwart einer Mineralsäure in das 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-tritTtethylcyclohcx-l-en-i-y^-but-S-en^-triarylphosphoniumhalogenid der Formel
P(Ar)Jf Hai
(XII)
in der Ar Aryl, ζ. B. Phenyl, und HhI Halogen, ζ. Β. Brom, darstellt,
überführt und das Wittigsalz mit l-Acetoxy-3-methylhexa-2,4-dien-6-al zu [3R]-3-Hydroxy-retinyl-acetat der Formel
OC -CH,
kondensiert und dieses
— entweder durch Umsetzen mit einem Triarylphosphoniumh;)logenid oder mit einem Triarylphosphin in Gegenwart einer Mineralsäure in das [3R]-3-Hydroxyretinyl-triarylphosphoniuin-halogenid der Formel
P(ArIv Hai
(XIVl
HO
in der Ar Aryl. ζ. B. Phenyl, und Hal Halogen, ζ. Β.
in der die Substituenten R Wasserstoff, in R-Konfiguration stehendes Hydroxy oder eine durch Hydrolyse in R-Konfiguration stehendes Hydroxy überführbare Äther- oder Estergruppe darstellen, wobei mindestens einer der Substituenten R nicht Wasserstoff ist,
überführt und vorhandenes Äther- oder Estergruppen hydrolysiert.
Die vorstehend erwähnten Substituenten R sind laut Definition durch Hydrolyse in Hydroxy überführbare Äther- oder Estergruppen.
Durch Hydrolyse in Hydroxy überführbare Äthergruppen sind z. B. die Benzyloxygruppe oder niedere Alkoxy-niedere-Alkoxygruppen, wie die Methoxymethoxy-, die «-Methoxy-ix-Methyl-äthoxy- oder die Tetrahydropyranyloxy-gruppe.
Durch Hydrolyse in Hydroxy überführbare Estergruppen sind z. B. Estergruppen, deren Säureanteil sich von einer niederen Aikancarbonsäure, einer niederen Alkandicarbonsäure, einer Aryl-niederen Aikancarbonsäure, der Phosphor- oder der Kohlensäure ableitet
Die Ester lassen sich in einfacher Weise durch Umsetzen der Hydroxyverbindung mit den entsprechenden Säurehalogeniden oder Säureanhydriden herstellen; z. B. durch Behandeln mit Säurechloriden und
Brom, darstellt,
umwandelt,
— oder zu [3R]-3-Hydroxy-retinol der Formel
HO"
PCV]
verseift und den erhaltenen Alkohol zu [3R]-3-Hydroxyretinalder Formel
J,
WiJ
(XVIi
oxidiert.
Der Cij-Baustein ist die obige Verbindung der Formel XII. Der Cis-Baustein kann z. B. gemäß dem nachstehenden Beispiel 13 hergestellt werden.
Von dem beispielhaft genannten, aus dem Hydroxy· keton der Formel III herstellbaren, optisch aktiven Carotinniden nehmen das [3R]-/?-Cryptoxanthin und das [3R,3'R]-Zeaxanthin eine Verzugsstellung ein. Beide Verbindungen lassen sich, wie vorgängig beschrieben, dadurch herstellen, daß man das [4R,6R]-4-Hydroxy-2.2,6-trimethyl-cyclohexanon der Formel III durch in der Carotinoidchemie übliche Kettenveriängerungsreaktionen in [3R]-/?-Cryptoxanthin oder [3R,3'R]-Zeaxanthin bzw. Derivate hiervon der allgemeinen Formel
(IV)
-bromiden. mit Essigsäureanhydrid, oder mi! Chlorformiaten, wie Trichloräthylchlorformiat.
Stellt R eine durch Hydrolyse in Hydroxy überführbare Äthergruppe dar, so kann diese durch Behandeln mit einer starken Mineralsäure, z. B. durch Einwirkung von Schwefelsäure oder Salzsäure, hydrolysiert werden.
Ist R eine durch Hydrolyse in Hydroxy überführbare Estergruppe, so kann diese sowohl durch Behandeln mit Säuren, als auch durch Einwirkung von Base in die freie Hydroxygruppe umgewandelt werden. Von den Säuren eignen sich vornehmlich Mineralsäuren, wie die Schwefel- und Salzsäure, von den Basen zum Beispiel wäßrige Alkalihydroxyde, insbesondere Natronlauge oder, aber bevorzugt, alkoholische Lösungen von Alkalihydroxiden, insbesondere Alkalialkoholate, wie Natriummethylat.
Das von den vorstehend genannten, optisch aktiven Carotinoiden an bevorzugter Stelle aufgeführte [3R3'R]-Zeaxanthin ist mit dem insbesondere im Mais vorkommenden natürlichen Carotinoid identisch. Das [3R3'R]-Zeaxanthin ist deshalb hervorragend für das Schönen und Färben von Nahrungsmitteln, Kosmetika und pharmazeutischen Präparaten brauchbar und besonders geeignet zum Pigmentieren von Eidottern und Färben von Fett und Haut von Geflügel.
Beispiel 1
200 I deionisiertes Wasser werden in einem 200-l-Umwurffermenter zusammen mit 5 kg Haushaltzucker sterilisiert und nach der Sterilisation auf 300C abgekühlt. In dieser Zuckerlösung werden 10 kg Preßhefe (Bäckereihefe) suspendiert und anschließend 2 kg Ketoisophoron aufgelöst. Dieser Ansatz wird während 36 Stunden bei konstant gehaltener Temperatur (300C) mit einer Rührerdrehzahl von 800 U/min gemischt und mit einer Luftflußrate von 3200 l/h belüftet Der pH-Wert beträgt vor Beginn der Fermentation 6,6 und nach deren Beendigung 4,6. Zur Schaumbekämpfung werden nach 6'/2 h 20 ml Polypropylenglykolmonobutyläther zugegeben. — Alle 3 h werden eine 10 ml Probe mit Chloroform extrahiert, unter vermindertem Druck eingeengt und getrocknet, wieder in 10 ml Dioxan gelöst und gaschromatographisch analysiert. Die prozentuale Transformation von Ketoisophoron in dessen Dihydroderivat wird in Tabelle 1 in Abhängigkeit der Fermentationszeit wiedergegeben (das erhaltene Dihydroderivat besteht zu etwa 95—97% aus dem gesuchten [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandion).
Tabelle 1
Fermen % Transfor Fermen- % Trans
tationszeit in mation tationszeit in formation
Stunden Stunden
3 9 21 70
6 19 24 74
9 32 27 79
12 45 30 80
15 55 33 82
18 63 36 82
Nach Abbruch der Fermentation (36 Stunden) wird die fermentierte Brühe zentrifugiert Wasserphase und Sediment werden getrennt aufgearbeitet.
Die Wasserphase (1901 + 51 Waschwasser) wird 5ma! mit je 601 Methylenchlorid ausgerührt. Die Lösungsmittelphase wird abgetrennt, zweimal mit je 60 I Wasser gewaschen und am Umlaufverdampfer auf etwa 15 I eingeengt. Dieses Konzentrat wird mit 1,5 kg Na2SO4 entwässert, filtriert und unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt. Der Rückstand (1755 g) wird in 61 Diisopropyläther heiß gelöst, mit 80 g Aktivkohle enifärbt, über Diatomeenerde-Polster filtriert und mit 80 g Aktivkoh!? entfärbt, über Diatomeenerde-Polster filtriert und mit 1,8 1 heißem Diisopropyläther nachgewaschen. Von dieser Lösung werden 2,6 I Diisopropyläther bei Normaldruck abdestilliert, so daß die Substanz in 3facher Menge Diisopropyläther gelöst ist. Das Produkt wird über Nacht bei 5°C kristallisiert, abgenutscht, 2mal mit je 1500 ml kaltem η-Hexan gewaschen und bei 40"C unter vermindertem Druck während 15 h getrocknet Diese erste Kristallisation ergibt 1280 g optisch reines [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandion (Schmelzpunkt 91—92°C). Die Mutterlauge enthält noch 447 g Substanz. Diese Substanz wird in der gleichen Menge n-Hexan aufgenommen, mit Diisopropyläther versetzt, bis die Lösung klar wird, über Nacht bei 5° C kristallisiert, abgenutscht und 2mal mit wenig kaltem η-Hexan gewaschen. Das Kristallisat wird unter vermindertem Druck bei 4O0C getrocknet. Diese zweite Kristallisation ergibt 83,6 g Substanz mit einem Schmelzpunkt von 70—88°C. Nach dreimaligem Umkristallisieren mit der dreifachen Menge Diisopropyläther
erhält man nochmals 43 g optisch reines [6RJ-2A6-Tri methyl- 1,4-cycIohexandion mit einem Schmelzpunk von 90,5—91 $°C
Das Sediment (Naßgewicht ca. 7 kg) wird 2mal mit je 701 Methylenchlorid ausgerührt, die Filtrate 2mal mit je 70 1 Wasser gewaschen, auf 5 I eingeengt, mit 6001 Na2S(>4 getrocknet, filtriert und bis zur Trockene eingeengt.
Der RücksUnd (82 g) wird in 300 ml Diisopropyläthei heiß gelöst, mit 4 g Aktivkohle entfärbt, bei Normaldruck auf 250 ml eingeengt, über Nacht bei 5°C kristallisiert, abgenutscht, 2mal mit wenig kaltem η-Hexan gewaschen und unter vermindertem Druck bei 400C getrocknet Auf diese Weise werden nochmals 40 g optisch reines [6R]-2,2,6-TrimethyI-l,4-cyclohexandion gewonnen (Schmelzpunkt: 90,5—91,5° CX
Die optische Reinheit des Produktes wird durch NMR-Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzien nachgewiesen.
Die Gesamtausbeute an optisch reinem [6R]-2^,6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion betrag» 1363 g. Bezogen auf das eingesetzte Edukt (Ketoisophoron) ergibt dies eine relative Ausbeute von 68%.
Das [6R]-2,2,6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion zeigt einen stark negativen Cotton-Effekt und weist eine spezifische Drehung [o]d von -265° C auf (gemessen in Methanol;C %)
Beispiel 2
Drei an verschiedenen Stellen entnommenen Erdproben resp. einige Tropfen Rheinwasser werden einzeln in je 50 ml sterilisiertes Anzucht-Medium der folgenden Zusammensetzung eingeimpft:
KH2PO, 3,7 g/l
Na2HPO4 7,0 g/l
Hefeextrakt 10,0 g/l
D( + )-Glucose (Monohydrat) 20,0 g/l
Die Ansätze werden auf einer Schüttelmaschine während 23 h bei einer Temperatur von 3O0C bebrütet Dann wird jedem Ansatz nochmals 03 g D( + )-Glucose (Monohydrat) (10 g/l) sowie 0,05 g Ketoisophoron (1 g/l) zugesetzt und die Bebrütung unter unveränderten Bedingungen fortgesetzt Nach 7 Tagen wird eine 10 ml Probe mit Chloroform extrahiert, unter vermindertem Druck eingeengt und getrocknet. Der Rückstand wird in 1 ml Dioxan aufgenommen und gaschromatographisch analysiert. Die prozentuale Transformation von Ketoisophoron in dessen Dihydroderivat wird in Tabelle 2 so wiedergegeben, wobei das erhaltene Dihydroderivat, ähnlich wie in Beispiel 1, vorwiegend aus dem gesuchten [6R]-2,2,6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion besteht
Tabelle 2
Mikroorganismen aus:
% Transformation
Erdprobe 1 62,1
Erdprobe 2 45,8
Erdprobe 3 71,8
Rheinwasser 25,2
Beispiel 3
In einem sauberen, jedoch nicht sterilisierten Kleinfermenter werden zwei Transformationsexperimente A und B mit Ketoisophoron als Substrat durchgeführt. Der Fermenter wird mit folgenden Substanzen beschickt:
909 521/298
Tabelle 3
Substanz
Experiment A Experiment B
Entionisiertes Wasser 4000 ml 3920 ml (nicht steril)
Kristalliner Zucker 80 g 40 g Preßhefe 80 g 80 g Ketoisophoron 40 g 48 g
Die Transformationen wenden unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
Experiment A: Temperatur: 30°
Belüftung: Oberflächenbelüftung, d. n. die
Zuluft wird in den Gasraum
oberhalb der Brühe eingeleitet
Luftfluß 240 I/h.
Rührerdrehzahl: 1000 U/min
pH: 3.8-35
Fermentationszeit: 77 h
Experiment B:
Temperatur: 300C
Belüftung: Durchflußbelüftung, d. h. die Zu
luft wird unterhalb des Rührpro
pellers in die Brühe eingeleitet.
Luftfluß etwa 10 i/h
Rührerdrehzahl: 1000 U/min
pH: 3,6-4,0
10
15
25
30
Fermentationszeit: 142 h
Nach einer Fermentationszeit von 48 h werden in experiment B nochmals 40 g Zucker und 80 g Preßhefe zugesetzt. J5
Der Verlauf der Fermentationen A und B wird durch gaschromatographische Analysen der Chloroform-Extrakte von 5-ml-Proben überwacht. Die prozentuale Transformation von Ketoisophoron in dessen Dihydroderivat ist nach Experiment A 84% und nach ίο Experiment B 82%, wobei das erhaltene Dihydroderivat, ähnlich wie in Beispiel 1, vorwiegend aus dem gesuchten [6R]-2Ä6-Trimethyl-l(4-cyclohexandion besteht
In beiden Ansätzen wird das Fermentationsprodukt folgendermaßen isoliert:
Die unfiltrierte Brühe wird mit dem dreifachen Volumen Methylenchlorid zweimal extrahiert Die organische Phase wird mit Na2SC>4 getrocknet und unter vermindertem Druck eingeengt Das kristalline Rohprodukt wird in dem fünffachen Volumen Benzol gelöst, über die dreifache Menge Kieselgel perkoliert und wieder unter vermindertem Druck eingeengt Der farblose Rückstand wird im fünffachen Volumen η-Hexan heiß gelöst und über Nacht bei Raumtemperatur kristallisiert Nach Absaugen des Lösungsmittels und Trocknen der Kristalle unter vermindertem Druck bei 400C wird das optisch reine [6R]-2£6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion gewonnen.
Die optische Reinheit wird durch NMR-Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzien nachgewiesen.
Aus Experiment A werden 17,5 g, aus Experiment B 27,Sg reines [6R}-2^,6-Trimeihyi-i,4-cyciohexandion mit einem Schmelzpunkt von 90—92°C isoliert Dementsprechend betragen die relativen Nettoausbeuten (Produktmenge bezogen auf das eingesetzte Edukt) 43%resp.58%.
Beispiel 4
In einem Laborfermenter (Arbeitsvoiumen: 5 I) und einem großen Umwurffermenter (Arbeitsvoiumen: 1601) wir die Transformation von Ketoisophoron mit halbkontinuierlicher Eduktzugabe bei einer Temperatur von 200C durchgeführt Die beiden Fermenter werden ohne Sterilisation mit 4,751 resp. 1501 deionisiertem Wasser beschickt, in dem 250 g resp. 8 kg Preßhefe suspendiert werden. Der 5-l-Fermenter wird durch Einleiten eines Luftstromes von 360 l/h in den Gasraum oberhalb der Brühe belüftet und mit einem Blattrührer bei 1100 U/min gemischt. Bei dem 160-l-Fermenter wird ein Luftstrom von 3200 l/h in die Gärbrühe eingeleitet und mit dem Umwurfsystem bei einer Rührerdrehzahl von 800 U/min gemischt Ketoisophoron und Zucker werden gemäß der folgenden Tabelle zugesetzt:
5 I - Fermenter Ketoisophoron Zucker 1601 - Fermenter Ketoisophoron Zucker
Zeit 50 g 125 g Zeit 1,6 kg 4,0 kg
Oh 50 g Oh 0,8 kg 0,8 kg
48 h 25 g 46 h 0,8 kg 0,8 kg
78 h 25 g 50 g 70 h 0,8 kg
94 h 25 g 94 h 0,8 kg
102 h 25 g 118 h 0,8 kg 1,6 kg
126 h 25 g 146 h 0,8 kg
149 h 25 g 50 g 170 h 0,8 kg
168 h 25 g 194 h 0,8 kg 1,6 kg
192 h 25 g 218 h 0,8 kg
216 h 25 g 242 h 0,8 kg
243 h 25 g 50 g 286 h 1,6 kg
267 h 25 g 310 h
291 h 25 g
335 h 50 g
358 h 400 g 325 g 9,6 kg 10,4 kg
ToUl Total
eingesetzt eingesetzt
20
Beim 5-l-Fennenter werden somit bei einem Zuckerverbrauch von 65 g/l total 80 g Ketoisophoron pro Liter eingesetzt Die Fermentationszeit beträgt 17 Tage (406 h).
Im 160-l-Fermenter werden bei einer Fermentationszeit von 16 Tagen (384 h) 65 g/l Zucker und 60g/I Ketoisophoron eingesetzt. Zur Schaumbekämpfung werden nach 126 h Fermentationszeit 16 ml Polypropylenglykolmonobutyläther zugesetzt Der Verlauf der Transformationsreaktion wird durch regelmäßige gas- ι ο chromatische Analyse der eingeengten Chloroform-Extrakte von 5-ml-Proben verfolgt Das Dihydroderivat beginnt bei Konzentrationen oberhalb von 10 g/I auszukristallisieren. Nach Beendigung der Fermentation enthalten die Chloroform-Extrakte aus dem 5-1-Fermenter 93% und aus dem 160-l-Fermenter 87% von dem gewünschten Dihydroderivat Das Produkt aus dem 5-1-Fermenter wird wie folgt isoliert:
Die Gärbrühe wird auf ITC abgekühlt und das auskristallisierts: Produkt mit einem groben Filter abgetrennt Auf dem Filter wird auch ein Teil des Myceis zurückgehalten. Der Rückstand und das Rltrat werden mit der 3fachen Menge Methylenchlorid zweimal extrahiert Die organische Phase wird mit N82SO4 getrocknet und unter vermindertem Druck eingeengt Der kristalline Rohextrakt wird aus Isopropyläther rekristallisiert Aus dem Filterrückstand werden 2573 g optisch reines Produkt (Schmelzpunkt 91—93°C) isoliert Aus dem Filtrat gewinnt man 303 g und aus der Mutterlauge nochmals 153 g optisch reines Produkt (Schmelzpunkt 9! -930C). Die optische Reinheit konnte durch NMR-Untersuchungen unter Zusatz von Eu (HFC)3 als Shifl-Reagens und durch Messung der optischen Drehung nachgewiesen w-rden. Die gesamte Ausbeute an [6R]-2,2,6-Trimethyi-l,4-cyclohexandion beträgt 303,t g (75,8% bezogen auf das eingesetzte Edukt).
Das Produkt aus dem 160-l-Fermenter wird folgendermaßen isoliert:
Die Brühe wird auf ca. 100C gekühlt, mit 5 kg Diatomeenerde vermischt und anschließend zentrifugiert Der Fermenter wird mit 201 Waschwasser nachgespült Das Sediment (kristallines Produkt und Mycel) wird viermal mit je 501 Methylenchlorid extrahiert Die organische Phase wird anschließend als Extraktionsmittel für den Überstand verwendet (1 Extraktion: 1001, 2. und 3. je 501), abgetrennt, zweimal mit je 301 Wasser gewaschen, am Umlaufverdampfer bis auf ca. 201 eingeengt mit Na2SO4 getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Gewichtskonstanz eingeengt Der auf diese Weise resultierende kristalline Rohextrakt wird mit 24 I Diisopropyläther heiß gelöst, mit 200 g Aktivkohle entfärbt, über Diatomeenerde-Polster nitriert und über Nacht bei 5° C umkristallisiert. Das Kristallisat wird abgenutscht, zweimal mit je 101 kaltem Hexan (00C) gewaschen und unter vermindertem Druck bei 300C getrocknet. Auf diese Weise gewinnt man 6250 g optisch reines [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cyclohcxandion (Schmelzpunkt: 91—920C). Die Mutterlauge wird bis auf ein Volumen von ca. 31 bO eingeengt und die darin noch enthaltene Substanz über Nacht bei 5°C auskristallisiert Das Kristallisat wird wiederum abgenutscht, zweimal mit 500 ml kaltem Hexan gewaschen und unter reduziertem Druck bei 35°C getrocknet. Es resultieren 442 g Produkt mit 6D einem Schmelzpunkt von 88-89° C. Das Produkt wird nochmals aus 13 I Isopropyläther umkristallisiert (über Nacht bei 5°C), zweimal mit je 500 ml kaltem Hexan gewaschen und bei 350C unter vermindertem Druck getrocknet Daraus ergeben sich 399 g optisch reines [6R]-2,2,6-TrimethyI-l,4-cyclohexandion mit einem Schmelzpunkt von 90,5—91,5° C Die gesamte Ausbeute an optisch reinem Produkt beträgt demnach 6649 g (693% der eingesetzten Substrat-Menge).
Die optische Reinheit wurde wiederum durch NMR-Untersuchungen unter Zusatz von E)(HFC)3 bestätigt
Beispiel
Auf ihre Fähigkeit Ketoisophoron zu transformieren, werden 99 verschiedene Mikroorganismen getestet, die aus folgenden Gruppen ausgewählt werden:
A) Eukaryonten
1) Hefen der Gattungen: Candida Kloeckera Rhodotorula Saccharomyces Torula Torulopsis
2) Pilze der Gattungen:
Aspergillus Cunningbamella Curvularia Cylindrocarpon
Fusarium Hypomyces Mucor
Neurospora Penicillium
Rhizopus
Trichothecium B) Prokaryonten I) Gram-positive Bakterien der Gattungen: Arthrobacter (Corynebacterium)
Bacillus
Lactobacillus Micrococcus
Propionibacterium Pediococcus
Staphylococcus Streptococcus
Sarcina
2) Gram-negative Bakterien der Gattungen:
Acetobacter Acetomonas Aerobacter Alcaligenes
Azptobacter
Escherichia Flavobacter Klebsieila Pseudomonas
Proteus
Salmonella
Serratia Vibrio
21 22
3) MycelbildendeBakterien(Actinomyceten) (lg/i) zugegeben und die Bebrimng unter gleichen
der Gattungen: Bedingungen eine Woche lang fortgesetzt Nach einem
Actinomvces Tag und nach 7 Tagen werden Je 1Oml dei
Mvcobacterium Zellsuspension aller Ansätze zweiimal mit Chloroform
Nocardia 5 extran'ert· d'e organische Phase unter vermindertem
Streptomvces Druck bei 40°C ein£eenS} ™d getrocknet Der
Proactinomvce- Rückstand wird in 1 ml Dioxan aufgenommen und
y " gaschromatographisch analysiert Wie aus der nachste-
Die Miicroorganismen werden unter Anwendung der henden Tabelle 4 ersichtlich, sind sämtliche Mikroorga-
üblichen mikrobiologischen Arbeitstechnik in 50 ml io nismen befähigt, das Ketoisophoron in dessen Dihy-
eines komplexen Anzuchtmediums eingeimpft und auf droderivat umzuwandeln. Das erhaltene Dihydroderivat
einer Schüttelmaschine bei 300C während 48—72 h besteht, ähnlich wie in Beispiel 1, vorwiegend aus dem
bebrütet Das Medium ist wie folgt zusammengesetzt: gesuchten [6R]-2^2,6-Trimethyl-l,4-cycIohexandion, welches in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 oder 4
15 isoliert werden kann. I η der Tabelle 4 bedeuten
KH2PO4 3,7 g/l
Na2HPO4 7,0 g/I
Hefeextrakt 10,0 g/l
D (+)-Glucose (Monohydrat) 20,0 g/I
H- 0,1 — 10% Transformation
+ + 10,1 — 30% Transformation
+ + H- 30,1 — 50% Transformation
Nach 48-72 Stunden Bebrütungszeit werden in 20 + + + + . 50^i ~ I^ ^a"s[°[™tion
jedem 50 ml-Ansatz nochmals 04g D ( + ) Glucose τ τ τ τ τ ^, ,„-,υ ..öi.5.oiiimuoo
(Monohydrat) (10 g/l) sowie 0,05 g Ketoisophoron von Ketoisophoron in dessen Dihydroderivat
Tabelle 4 Mikroorganismus Mikroorganismus Stamm 1 Transformation
Hefen Stamm 2 1 Tag 7 Tage
Nr. Candida albicans Aspergillus clavatus +++ +
Candida guillermondii Aspergillus fischen +++ +
1 Candida utilis Aspergillus flavus ++ +++++
2 Kloeckera brevis Aspergillus fumigatus Fres. Stamm 1 +++++ +++++
3 Kloeckera brevis Aspergillus echraceus Stamm 2 ++++Η- +++++
4 Rhodotorula sp. Aspergillus sp. Stamm 3 +++ +
5 Rhodotorula rotundata Aspergillus wentii Wehmer ++ f
6 Saccharomyces carlsbergensis Cunninghamella blakesleeana + +++ + + 4-+ +
7 Saccharomyces cerevisiae ++++ ++++
8 Saccharomyces cerevisiae ++ +
9 Saccharomyces cerevisiae ++ ++
10 Saccharomyces cer. ellipsoides ++++ ++++
11 Torula sp. +++ +
12 lorulopsis apicola + +
13 Torulopsis rotundata +++
14 Tabelle 4 (Fortsetzung)
15 Pilze
Nr. Transformation
1 Tag 7 Tage
16 +++++ ++
17 +++ +++
18 (Lendner) +++H- ++Hf·
19 ++ +
20 ++ ++++
21 ++ +
22 +++ ++++
23 ++ + +
23 24
Fortsetzung
Nr. Mikroorganismus Transformation
I Tag 7 Tage
24 Curvularia lunata (Wakker Boedijn) + +++
25 Cylindrocarpon radicicola +++ +++
26 Fusarium culmorum +++++ ++++
27 Fusarium solani ++ + + + +
28 Hypomyces rosellus (I)actylium dendroides) + + +
29 Mucor circinelloides + -H- + + +
30 Mucor corymbifer (Absidia lichtheimi) + + + + + + +
31 Mucor griseo-cyanus +++ + +
32 Mucor hiemalis Wehmcr + + + + + +
33 Mucor piirnsiiiciis ί ϊ r-r +++
34 Mucor spinosus ++ ■+■
35 Mucor subtilissimus + + + + +
36 Neurospora crassa + + + + + + +
37 Penicillium brevi-compactum + + + + + + +
38 Penicillium digitatum + +
39 Penicillium frequentans + + + + + +
40 Penicillium griseofulvum + + +
41 Penicillium notatum ++ +
42 Penicillium novae-zenlandiae + + + + + +
43 Penicillium viride ++ +
44 Rhizopus arrhizus + + + + + + + +
45 Rhizopus nigricans Ehrenberg + ++++ + + + +
46 Rhizopus circinans (Rhizopus reflexus Bain) + + + + + + +
47 Rhi/opus circinans v. Tiegheim + +++ +
48 Trichothecium roseum + +
Tabelle 4 (Fortsetzung) Gram-positive Bakterien
Nr Mikroorganismus Transformation
1 Tag 7 Tage
49 Arthrobacter simplex (Corynebact. simpl.) + + +
50 Bacillus megaterium ++ ++++
51 Bacillus sphaericus + ++
52 Bacillus subtilis +++ +++++
53 Lactobacillus casei rhamnosus + +
54 Lactobacillus fermenti + +
55 Lactobacillus leichmannii + ++
56 Micrococcus lysodeikticus + +++++
57 Propionibacterium shermanii ++ +++++
58 Pediococcus cerevisiae + +
59 Staphylococcus albus + +
60 Staphylococcus aureus + +
61 Streptococcus faecaiis -f- +
62 Streptococcus 'actis + +
63 Sarcina lutea + ++
25 26
Tabelle 4 (Fortsetzung) Gram-negative Bakterien
Nr. Mikroorganismus Transformation
I Tag 7 Tage
64 Acetobacter aceti ++ ++
65 Acetobacter subrxydans Stamm I ++++ ++++
66 Acetobacter suboxydans Stamm 2 ++ -f (■
67 Acetomonas mclanogcna + + +
68 Acetomonas oxydans + + + + + + + + +
69 Aerobacter aerogenea ++ + + + +
70 Alcaligencs faecalis ++ ++++
71 Azotobacter agilis ++ + + + +
72 Azotobacter indicus ++ +++ +
73 Escherichia coli ++ + +
74 Flavobacter dehydrogenans + +
75 Klebsiella pneumoniac +■»· + + + +
76 Pseudomonas fluorescens + + + +
77 Pseudomonas saccharaphila ++ + +
78 Pseudomonas testosteron! ++ + + + +
79 Proteus vulgaris + + + + + + +■
80 Salmonella typhimurium ++ + +++
81 Serratia marcescens ++ +++
82 Vibrio metschnikovii ++ + + + +
Tabelle 4 (Fortsetzung)
Actinomyceten (mycelbildende Bakterien)
Nr. Mikroorganismus Transformation
1 Tag 7 Tage
83 Actinomyces cellulosae + + +
84 Mycobacterium butyricum +++ +++
85 Mycobacterium phlei + + + + +
86 Mycobacterium phlei + + + +
87 Mycobacterium rhodochrous +++ +++
88 Mycobacterium thamnopheos + +
89 Nocardia asteroides + +++ +
90 Nocardia brasiliensis ++ +++++
91 Nocardia opaca + + + +
92 Streptomyces albus (Nocardia rangoonensis) ++ +++
93 Streptomyces fradiae + -f
94 Streptomyces gelaticus Waksman ++ +++
95 Streptomyces lavendulae ++ ++
96 Streptomyces rimosus ++ +
97 Streptomyces venezuelae + +
98 Proactinomyces restrictus Turfitt (Noc. rest.) + +
99 Proactinomyces roseus ++ ++
. . (13OmMoI) [6R]-2^,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandion in
Beispiel O .. ,ccn l ~:-~- »<«: l - LJ ι ο ι : OD uju im ciiiei nriiauiiung vun u-i lCAciii uiiu UC1IZ.U1 im In einem mit Thermometer, Rührer, Begasungsauf- Volumenverhältnis 7:3 auf -5°C gekühlt Der
satz und Chlorcalciumrohr versehenen Vierhalskolben Begasungsaufsatz wird entfernt und durch einen
wird in einer Argonatmosphäre eine Lösung von 20 g Tropftrichter ersetzt Die gekühlte Lösung wird unter
starkem Rühren innerhalb etwa 4 Minuten mit 173 ml einer 0,81 M Lösung von Triisobutylaluminium in Toluol (14OmMoI) in der Weise durch den Tropftrichter versetzt, daß die Innentemperatur zwischen —4°C und 0°C erhalten bleibt. Das Reaktionsgemisch wird dann mit 1085 ml 5%iger wäßriger Salzsäure vermischt. Die beiden Phasen werden nach etwa 30 Minuten voneinander ge'.iennt und die wäßrige Phase mit Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit Wasser neutral gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Man erhält 18,7 g eines gelben Öls, das gemäß Gaschromatogramm zu 63% aus trans-4-Hydroxy-6-methyl-Produkt besteht. Nach chromatographischer Reinigung dieses Öls an Kieselgel (0,06 bis i> 0,2 mm) mit n-Hexan/Äther 80/20 als Eluierungsmittel erhäit man 11,6 g eines Produkts, das nach zweimaliger Umkristallisation aus n-Hexan/Diisopropyläther bei - 70°C10,0g (50%) [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethylcyclohexanon als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt >o 49-500C liefert.
Die optische Reinheit des Produktes wird durch NMR-Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzien nachgewiesen.
Anstelle von Triisobutylaluminium kann mit dem 2> gleichen Ergebnis Isobutylaluminiumdichlorid verwendet werden.
Beispiel 7
Eine Aufschlämmung von 30 g Raney-Nickel in jo 200 ml Methanol wird in einem Rundkoibcn unter Rühren mit 65 ml Eisessig versetzt. Nach Zugabe von 10 g (65 mMol) f6R]-2,2,6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion in 300 ml Methanol wird unter kräftigem Schütteln Wasserstoffgas bei Zimmertemperatur eingeleitet. Nach 13stündiger Hydrierung (Wasserstoffaufnahme 955 ml) wird das Reaktionsprodukt vom Katalysator getrennt, mit Natriumbicarbonat neutralisiert und mit Methylenchlorid extrahiert. Man erhält ein gelbes Öl, das gemäß Gaschromatogramm zu 81% aus trans-4-Hydroxy-6-methyl-Produkt besteht. Das trans-Produkt besteht gemäß NMR (Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzien) zu 67% aus [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethylcyclohexanon. Das öl wird in der in Beispiel 8 angegebenen Weise aufgearbeitet. Man erhält [4R.6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethylcyclohexanon, das mit der nach Beispiel 8 hergestellten Verbindung identisch ist.
Beispiel 8
Eine Aufschlämmung von 30 g Raney-Nickel in 150 ml Äther wird in einem Rundkolben mit 10 g (65 mMol) [6R]-2Ä6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion in 150 ml Äther versetzt Nun wird unter kräftigem Schütteln Wasserstoffgas bei Zimmertemperatur eingeleitet Nach 45minütiger Hydrierung (Wasserstoffaufnähme 1160 ml) wird das Reaktionsprodukt vom Katalysator getrennt und der Katalysator mit 200 ml Äther gewaschen. Die Ätherphase wird unter vermindertem Druck eingedampft Man erhäit 10 g eines gelben Öls, das gemäß Gaschromatogramm zu 63% aus trans-4-Hydroxy-6-methyl-Produkt besteht Nach chromatographischer Reinigung dieses Öls an Kieselgel (0,06—0,2 mm) mit n-Hexan/Äther 80/20 als Eluierungsmittel erhäit man 4,65 g eines Produkts, das nach zweimaliger UmkristaHisation aus p.-Hexan/Diisopvo- &5 pyläther bei -700C 3,0 g (30%) [4R,6R]-4-H5-:!roxy-2,2,6-trimethylcydohexanon als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 49-500C liefert
Die optische Reinheit des Produktes wird durch NMR-Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzien nachgewiesen.
Beispiel 9
In einem mit Thermometer, Rührer, Begasungsaufsatz und Chlorcalciumrohr versehenen 10-l-Sulfierkolben wird in einer Argonatmosphäre eine Lösung von 120 g (778 mMol) [6R]-2,2,6-TrimethyI-l,4-cyclohexandion in 4680 ml Toluol auf -400C gekühlt. Die durch partielle Kristallisation entstandene Suspension wird nun unter fortgesetztem Rühren und Belassen des Kühlbades innerhalb <20 Sekunden mit 1080 ml einer 20%igen Lösung von Triisobutylaluminium in Toluol (1090 mMol) versetzt. Die dabei um ca. 22°C ansteigende Innentemperatur wird sofort durch andauernde Kühlung (etwa 4 Min.) wieder auf -400C gesenkt. Das Reaktionsgemisch wird noch während 80 Minuten bei — 40±2°C belassen und dann innerhalb von 30 Sekunden mit 1344 ml 10%iger Salzsäure (416OmMoI) versetzt. Das Zweiphasengemisch wird noch 30 Minuten ohne weitere Kühlung gerührt und dann in ein 15-1-Ausrührgefäß gespült. Es wird in 3 Extraktionsschritten mit total 2800 ml Methyienchlorid extrahiert, die organischen Phasen mit Wasser neutral gewaschen, vereinigt, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Man erhält 119,2 g eines gelben Öls, das gemäß Gaschromatogramm zu 66,7% aus trans-4-Hydroxy-6-methyl-Produkt besteht. (18% Ausgangsmaterial liegen in unveränderter Form vor und können je nach RcinisüiierungsverfänreM recyclisiert werden.) Nach chromatographischer Reinigung dieses Öls an Kieselgel (0,06—0,2 mm) mit n-Hexan/Äther 70/30 als Eluierungsmittel erhält man 79 g eines Produktes, das nach zweimaliger Umkristallisation aus n-Hexan/Diisopropyläther bei —45°C 64 g (53%) [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethyl-cyclohexanon als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 49 —50°C liefert.
Weiterverarbeitung:
Beispiel 10
9,8 g [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethyl-cyclohexanon werden in 6,8 g Isopropenylmethyläther gelöst. Die Lösung wird in der Kälte mit 4 Tropfen einer l%igen methanolischen Lösung von p-Toluolsulfonsäure versetzt, danach durch Zugabe von Triethylamin neutralisiert und anschließend unter vermindertem Druck eingedampft. Das erhaltene [4R,4'R]-4,4'-(Isopropyli-
dendioxy)-bis-([6R]-2,2,6-trimethylcyclohexanon)
schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Hexan bei 109-Ul0C.
Eine in üblicher Weise aus 18,2 g Magnesium, 81,8g Äthylbromid und 200 ml Tetrahydrofuran bereitete Lösung von Äthylmagnesiumbromid in Tetrahydrofuran wird tropfenweise bei Raumtemperatur innerhalb von 30 Minuten mit 26,6 g But-3-in-2-ol in 75 ml Tetrahydrofuran versetzt Das Reaktionsgemisch wird 2 Stunden unter Rückflußbedingungen gerührt und anschließend tropfenweise mit einer Lösung von 11,1 g
methylcyclohexanon) in 75 ml Tetrahydrofuran versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 12 Stunden unter Rückflußbedingungen gerührt, anschließend durch Zugabe von ! η Schwefelsäure angesäuert, danach mit Kochsalz gesättigt und mit Äther extrahiert Der Ätherextrakt wird mit einer wäßrigen Kochsalzlösung neutral gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter
vermindertem Druck eingedampft. Das erhaltene, ölige 4-([4 R,6R]-1 ^-Düiydroxy^ö-trimethylcyclohex-1 -yl)-but-3-in-2-ol wird anschließend durch Behandeln mit Essigsäureanhydrid in Gegenwart von Pyridin acetyliert. Das erhaltene, ölige 2-Acetoxy-4-([4R,6R]-l-hydroxy^-acetoxy^.e-trimethyl-cyclohex-1 -yl)-but-3-in wird durch Adsorption an Kieselgel (Elutionsmittel: n-Hexan/Äther 3 : 2) gereinigt.
8,6 g 2-Acetoxy-4-([4R,6R]-l-hydroxy-4-acetoxy-2.2.6-trimethyl-cyclohex-l-yl)-but-3-in werden in einem in Gemisch aus 53,5 ml Pyridin und 22 rnl Phosphoroxy chlorid gelöst und 18 Stunden auf 100° erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird danach abgekühlt und in Eis/Wass:r eingetragen. Das Gemisch wird mit Äther extrahiert, der Ätherextrakt wird mit Wasser und π 1 -η-Schwefelsäure neutral gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende ölige 2-Acetoxy-4-(T4R]-4-
Acetor j -2,6,6-trimethylcyclohex-1 -en-1 -yl)-but-3-in wird '■urch Adsorption an Kieselgel (Elutionsmit- ." tel : Hexan/Äther 4 :1) gereinigt.
4.0 g 2-Acetoxy-4-([4R]-4-Acetoxy-2,6,6-trimethyl-cyclohex-1-en-l-yl)-but-3-in werden in 50 ml abs. Tetrahydrofuran gelöst. Die Lösung wird unter Rühren bei Raumtemperatur zu einer Suspension von 2,4 g 2r> Lithiumaluminiumhydrid in 180 ml Tetrahydrofuran getropft und 12 Stunden unter Rückflußbedingungen erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird gekühlt, nacheinander mit wasserhaltigem Äther und einer wäßrigen Ammoniumchloridlösung versetzt, danach mit Kochsalz jo gesättigt und erschöpfend mit Äther extrahiert. Der Ätherextrakt wird neutral gewaschen, getrocknet und eingedampft. Das zurückbleibende ölige 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyl-cyc!ohex-1 -en-1 -yl)-but-3-en-2-ol-(|"3R]-3-hydroxy-/?-ionoI) wird durch Adsorption an r> Kieselgel (Elutionsmittel : [Hexan/Äther 1:1]) gereinigt.
2.1 g [3R]-3-Hydroxy-0-ionol werden in 50 ml absolutem Methanol gelöst. Die Lösung wird nach Zugabe von 3,43 g Triphenylphosphinhydrobromid 12 Stunden bei -to Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wird anschließend unter vermindertem Druck eingedampft. Der Rückstand wird in 80%igem wäßrigem Isopropanol gelöst und 2mal mit Hexan ausgeschüttelt. Die Isopropanolphase wird unter vermindertem Druck n eingedampft. Der Rückstand wird in Methylenchlorid gelöst, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyl-cyclohex-l-en-lyl)-but-3-en-2-triphenylphosphoniumbromid wird wie so folgt weiterverarbeitet:
16,05 g 4-([4Κ]-4-ΗναΓθχγ-2Α6-ΐππιεΐηγΙ^Ιοηεχ-1-en-1 -yl)-but-3-en-2-triphenylphosphoniumbromid und 539 g e-Acetoxy-^-methyl-hexa-i^-dien-l-al werden in 10X) ml Isopropanol gelöst Die Lösung wird bei —35° C unter Rühren tropfenweise mit einer Lösung von 2,09 g 86%igem Kaliumhydroxid in 1,5 ml Wasser versetzt Die Innentemperatur steigt dabei auf -200C. Das Reaktionsgemisch wird anschließend mit 100 ml kaltem tiefsiedendem Petroläther verdünnt und in ein Gemisch aus 100 ml tief siedendem Petroläther und 100 ml Eiswasser eingetragen. Die sich abscheidende Petrolätherphase wird erschöpfend mit insgesamt 120 ml Methanol/Wasser [80:20] gewaschen, danach über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende [3R]-3-Hydroxy-retinylacetat, das aus etwa 73% 9-cis- und etwa 27% alI-trans-[3R]-3-Hydroxy-retinylacetat besteht.
kann z. B. nach einer der folgender» Methoden a) und b) isomerisiert werden.
a) 3 g des 9-cis/all-trans-[3R]-3- Hydroxy-retinylacerat-Isomerengemisches werden iin 15 ml Acetonitril gelöst. Nach Zugabe von 6 g PdO/BaSOvKatalysator mit 0,5% Pd auf dem Träger wird unter Rühren 1 Stunde bei 700C erhitzt. Nach Erkalten des Reaktionsgemisches wird der Katalysator abfiltriert und das Filtrat :m Vakuum eingedampft. Das dabei erhaltene Isomerengemisch besteht aus etwa 74% ail-tians- und etwa 26% 9-cis-[3R]-3-Hydroxy-retinyIacetat.
b) 3.2 g des 9-cis/all-trans-[3R]-3- Hydroxy-retinylacetat-Isomerengemisches werden in 6,5 ml Acetonitril gelöst. Nach Zugabe von 30 mg Pd(CtH5CN)2Cl2 und 0,03 ml Triethylamin wird das Reaktionsgerrisch 1 Stunde bei 65° gerührt. Nach dem Abkühlen wird mit 10 ml Wasser verdünnt und mit Äther extrahiert. Der Ätherextrakt wird mit Wasser gewaschen, getrocknet und eingedampft. Das dabei erhaltene Isomerengemisch besteht aus etwa 78% all-trans- und etwa 22% 9-cis-[3R]-3-Hydroxy-retinylacetat.
Das nach a) oder b) erhaltene Isomerengemisch kann durch Kristallisation in üblicher Weise zur Erhöhung des all-trans-Anteils weiter aufgetrennt werden.
Das nachstehend als Kondensationskomponentc eingesetzte [3R]-3-Hydroxy-retinal kann z. B. aus dem vorstehend erwähnten [3R]-3-Hydroxy-retinylacetat wie folgt hergestellt werden:
5 g [3R]-3-Hydroxy-retinylacetat werden in !6.5 ml Äthanol gelöst. Die Lösung wird bei 400C innerhalb 15 Minuten tropfenweise mit einer Lösung von etwa i.S5 g Natriumhydroxid in 7.5 ml Wasser versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 30 Minuten bei 400C gerührt. danach auf 100C gekühlt und mit 20 ml tiefsiedendem Petroläther extrahiert. Der Extrakt wird mit Eiswasser neutral gewaschen, getrocknet und eingedampft. Das anfallende [3R]-3-Hydroxy-retinol wird wie folgt weiterverarbeitet:
5 g [3R]-3-Hydroxy-retinoI werden in 50 ml Methylenchlorid gelöst. Die Lösung wird nach Zugabe von 30 g Mangandioxyd 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Das unverbrauchte Mangandioxid wird abfiltriert und mit 30 ml Methylenchlorid ausge .· aschen. Die mit dem Filtrat vereinigten Waschlaugen werden unter vermindertem Druck eingedampft. Der Rückstand wird unter Erwärmen in 15 ml tiefsiedendem Petroläther gelöst. Die Lösung wird langsam auf —400C gekühlt. Das anfallende [3R]-3-Hydroxy-relinal wird abfiltriert, mit kaltem Petroläther gewaschen und bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet. Der Aldehyd kann ohne weitere Reinigung mit [3R]-3-Hydroxy-retinyl-triphenylphosphoniumbromid zu [3R3'RJ-Z.eax£nthin kondensiert werden.
3,78 g [3R]-3-Hydroxy-retinylacetat werden in 10 ml absolutem Methanol gelöst. Die Lösung wird nach Zugabe von 4,15 g Triphenylphosphinylhydrobromid 12 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die so erhaltene Lösung von pRj-S-Hydroxy-retinyl-triphenylphosphoniumbromid wird mit 50 ml Chloroform verdünnt. Die Lösung wird bei 0—5°C tropfenweise gleichzeitig mit einer Lösung von 0,55 g Natrium in 5,5 ml Methanol und einer Lösung von 3,0 g [3R]-3-Hydroxy-retinal in 10 ml Chloroform versetzt. Das Reaktionsgemisch wird anschließend 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt, danach mit 0,57 ml Eisessig versetzt und zweimal mit je 50 ml einer 5%igen wäßrigen Natriumhydrogencarbonat-Lösung gewaschen. Die Waschlaugen werden zweimal mit je 10 ml Chloroform ausgeschüttelt. Die
Chloroformexirakte werden mit der ursprünglichen Chloroformlösung vereinigt, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft, wobei das Chloroform sukzessive durch Methanol ersetzt wird. Das Lösungsmittel wird anschließend bis auf ca. 50 ml abgedawipft. Das Konzentrat wird nach Zugabe von 2,5 ml Wasser auf -20°C gekühlt. Das anfallende [3R^'R]-Zeaxanthin schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Penian bei 201 -203° C.
Beispiel 11
1,605 g 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyl-cycIohex-len-1 -yl)-but-3-en-2-triphenyIphosphoniumbromid — herstellbar gemäß Beispiel 10 — gelöst in 10 ml Isopropanol werden bei Raumtemperatur unter Rühren in eine Lösung von 214 mg 4,9-Dimethyl-dodeca-2,4,8,10-tetraen-6-in-l,12-dial [Cu-AIdehyd] in 10 ml Methylenchlorid eingetragen. Die entstehende homogene Lösung wird mit 0336 ml einer 50%igen wäßrigen Kaliumhydroxydlösung versetzt Die anfangs .schwach gelbe Reakiionslösung färbt sich nach 2—3 Minuten dunkelrot. Das Reaktionsgemisch wird 90 Minuten bei Raumtemperatur nachgerührt, danach erschöpfend mit Meihylenchlorid extrahiert. Die vereinigten Methylenchloridauszüge werden mit Wasser neutral gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende ιόγιϊ :is/trans [3RJ'R]-15,15'-Didehydro-zeaxanthin wird durch Anreiben mit 3 ml Methanol in der Kälte zur Kristallisation gebracht, abfiltriert, getrocknet und anschließend, wie folgt, isomerisiert:
468 mg cis/trans [3R3'R]-15,15'-Didehydro-zeaxanthin werden in 18 ml Acetonitril gelöst. Die Lösung wird mit 936 mg eines 0,5% Palladium enthaltenden Palladiumoxid/Bariumsulfat-Katalysators versetzt, 12 Stunden bei 70°C gerührt und anschließend auf Raumtemperatur gekühlt. Der Katalysator wird abgetrennt und wiederholt mit insgesamt 60 ml Methylenchlorid ausgewaschen. Die mit dem Filtrat vereinigten Waschlösungen werden unter vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende kristalline all-trans [3R,3'R]-15,15'-Didehydro-zeaxanthin schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid und Hexan bei 208—210°C.
426 mg Palladium/Calciumcarbonat-Katalysator, partiell inaktiviert, werden in 34 ml abs. Toluol suspendiert unu nach Zugabe von 46 ml abs. Essigsäureäthylester und 0,0125 ml Chinolin vorhydriert. Nach beendeter Wasserstoffaufnahme wird das Katalysatorgemisch mit 213 mg all-trans [3R,3'R]-l5,l5'-Didehydro-zeaxanthin versetzt und unter Normalbedingungen bis zur Aufnahme von 8,43 ml Wasserstoff weiterhydriert. Die Hydrierlösung wird vom Katalysator getrennt. Der Katalysator wird mit Essigsäureäthylester ausgewaschen. Die Waschlaugen werden mit dem Filtrat vereinigt, 3mal mit je 2 ml 0,1-n-Schwefelsäure und danach mil Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende, zum Teil ölige, [3R,3'R]-15-cis-Zeaxanthin wird in 15 ml Heptan suspendiert und 3,5 Stunden bei 100 bis 110°C isomerisiert. Das in der Kälte kristallin ausfallende all-trans-[3R,3'R]Zeaxanthin schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Mcthanol bei 208,5-209,5° C.
Beispiel 12
Ersetzt man in dem in Beispiel 11 beschriebenen Verfahren das 4.9-Dimethyl-dodcca-2,4.8.IO-tetraen-6-
in-l,12-dial durch 4,9-Djmethyl-dodeca-2,4,6,8,10-penta en-l,2-dial, so erhält man nach Kondensation mi 4-(j4 R]-4- Hydroxy-2,6,6- trimethy l-cyclohex-1 -en-1 -yl)-but-3-en-2-triphetiylphosphoniumbromid und nach Isomerisierung des erhaltenen cis/trans pR^'RJ-Zea xanthin unmittelbar all-trans-[3R3'R]-Zeaxanthin, da; nach Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Methano bei 208-209°C schmilzt.
Beispiel 13
20 g [3R]-3-Hydroxy-/>-ionol und 30 g 23-Dichlor-5,6 dieyan-benzochinon werden in 400 ml abs. Dioxar gelöst. Die Lösung wird l'/2 Stunden auf 50—55°C erhitzt Anschließend wird die Lösung auf 00C abgekühlt und das ausgefallene 23-DichIor-5,6-cyanbenzohydrochinon abfiltriert Das Filtrat wird untei vermindertem Druck bei 50° C eingedampft Der Rückstand wird in 250 ml Äther gelöst und mit einer Lösung von 50 g Natriumdithionit mit 250 ml Wasser extrahiert Die ätherische Phase wird anschließend mil gesättigter wäßriger Kochsalzlösung, l-n-Natroniaugc und schließlich mit gesättigter wäßriger Kochsalzlösung neutral gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Das zurückbleibende [3R]-3-Hydroxy-/J- ionon kann durch Adsorption an Kieselgel (Elution mit Äther) gereinigt werden und wird wie folgt weiterverarbeitet:
Eine in üblicher Weise aus 60 ml flüssigem Ammoniak, 2,68 g Natrium und Acetylen bereitete Lösung von Natriumacetylid in flüssigem Ammoniak wird zuerst mit 6,0 ml abs. Äther und dann tropfenweise unter Rühren mit einer Lösung von 6,65 g [3R]-3-Hydroxy-/?-ionon in 12 ml Äther versetzt. Das Reaktionsgemisch wird in einem vorgekühlten Autoklav überführt und 16 Stunden bei Raumtemperatur geschüttelt. Anschließend wird der Autoklav auf — 50°C abgekühlt, geöffnet und das flüssige Ammoniak unter gleichzeitigem Zutropfen von n- Hexan abgedampft. Danach wird das Reaktionsgemisch unter Rühren mit 100 g Eis und 20 g Eisessig versetzt, die Hexanphase mit Wasser, 5-n wäßriger Natriumhydrogencarbonatlösung und wiederum Wasser neutral gewaschen, mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft Das zurückbleibende [3R]-3-Hydroxy-äthynil-j9-ionol wird wie folgt weiterverarbeitet:
12 g [3R]-3-Hydroxy-äthynil-/?-ionol werden in 30 ml n-Hexan gelöst. Die Lösung wird nach Zugabe von 300 mg Lindlar-Katalysator, 180 mg 2-Dimethylaminoäthanol und 3 mg l,2-Bis-(2-hydroxyäthylthio)-äthan unter Rühren bei 20° C und Normaldruck hydriert. Nach beendeter Hydrierung wird vom Katalysator abfiltriert und das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abgedampft. Das zurückbleibende [3R]-3-Hydroxy-vinyl-/?-ionol kann durch Adsorption an Aluminiumoxid
(Aktivität III; Elutionsmittel: Äther)gereinigt werden.
Das [3R]-3-Hydroxy-vinyl-jJ-ionol kann auch wie folgt hergestellt werden:
Eine Lösung von 28,4 g Vinylmagnesiumchlorid in 114 ml abs. Tetrahydrofuran und 200 ml abs. Toluol wird bei 5—10°C unter Rühren tropfenweise mit einer Lösung von 22,7 g [3R>3-Hydroxy-0-ionon in 150 ml abs. Toluol versetzt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt, dann auf 0—5°C abgekühlt, mit 0,6-n wäßriger Ammonium-
f>5 hydroxidlösung und gesättigter wäßriger Ammoniurnchloridlösung versetzt und mit Äther extrahiert. Der Ätherextrakt wird mit gesättigter wäßriger Kochsalzlösung neutral gewaschen, getrocknet und eingedampft.
909 521/298
Das zurückbleibende ölige [3R]-3-Hydroxy-vinyl-/?- ionol kann zur Reinigung durch Adsorption an Aluminiumoxid (Aktivität III; Elutionsmittel: Äther) gereinigt werden und wird wie folgt weiterverarbeitet:
15,4 g [3R]-3-Hydroxy-vinyl-0-ionoI werden in 300 ml abs. Methanol gelöst. Die Lösung wird nach Zugabe von 17,1 g Triphenylphosphm, 26 mg 2,6-Di-(t-butyl)-p-krt.-sol und 8,5 ml 25%iger wäßriger Salzsäure 18 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wird anschließend unter vermindertem Druck bei 400C eingedampft und der Rückstand aus heißem Aceton kristallisiert Das anfallende [3R]-3-Hydroxy-/?-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumchlorid schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Aceton/Essigester bei 211-212°C. [α]? = 57,2° (c = 1 in Chloroform).
131g [3R>3-Hydroxy-0-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumchlorid und 162 mg 2,7-DimethyI-octa-2,6-dien-4-in-l,10-dial (Cio-Dialdehyd) werden in 20 ml Methylenchlorid gelöst Die entstehende homogene Lösung wird bei -10" C bis -14° C unter Rühren mit 0364 ml einer 38%igen wäßrigen Kaliumhydroxidlösung versetzt Das Reaktionsgemisch wird 1 Stunde bei -100C bis -14° C gerührt und anschließend mit Methylenchlorid verdünnt. Die Methylenchloridphase wird mit Wasser neutral gewaschen und mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft Das zurückbleibende rohe cis/trans-[3R,3'R]-15,I5'-Didehydrozeaxanthin wird durch Anreiben in der Wärme mit 6 ml 90%igem wäßrigem Methanol zur Kristallisation gebracht. Die erhaltene Kristallsuspension wird auf - 18°C abgekühlt, das [3R,3'R>15,15'-Didihydrozeaxanthin abfiltriert, getrocknet und anschließend wie folgt isomerisiert:
477 mg cis/trans-[3R3'R]-15,15'-Didehydrozeaxanthin werden in 5 ml n-Heptan suspendiert, die Suspension wird mit 5 Tropfen einer l%o Jodlösung in Chloroform versetzt und unter Rühren 18 Stunden auf 900C erhitzt Anschließend wird das n-Heptan bei vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende all-trans-[3R3'R]-15,15'-Didehydrozeaxanthin schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/n-Hexanbei210-212°C.
Das all-trans-[3R,3'R]-15,15'- Didehydrozeaxanthin kann gemäß Beispiel 11 in all-trans-[3R,3'R]-zeaxanthin übergeführt werden.
Beispiel 14
Ersetzt man in der in Beispiel 13 beschriebenen Methode das 2,7-Dimethyl-octa-2,6-dien-4-in-l,t0-dial durch 2,7-Dimethyl-2,4,6-trien-l,10-dial, so erhält man nach Kondensation mit [3R]-3-Hydroxy-/?-ionyIidenäthyltriphenylphosphoniumchiorid und nach Isomerisierung des erhaltenen cis/trans-[3R3'R]-Zeaxanthins unmittelbar all-trans-[3R3'R]-Zeaxanthin, das nach Umkristallisieren aus Methylenchlorid/n-Hexan bei 208-209°Cschmilzt
Beispiel 15
Das in den Beispielen 13 und 14 verwendete
[3R]-3-Hydroxy-/J-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumchlorid kann durch [3RJ-3-Hydroxy-/?-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumbromid ersetzt werden, welches wie folgt hergestellt werden kann:
1,6 g [3R]-3-Hydroxy-vinyl-/J-ionol werden in 30 ml abs. Methanol gelöst Die Lösung wird nach Zugabe von 233 g Triphenylphosphinhydrobromid 18 Stunden bei Raumtemperatur gerührt Das Lösungsmittel wird anschließend unter vermindertem Druck eingedampft und der Rückstand aus heißem Aceton kristallisiert Das anfallende [3R]-3-Hydroxy-/?-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumbromid schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Aceton bei 186-1870C[Ci]S1 = -55,le (c = 1 in Chloroform).
Beispiel 16
5,16 g [3R]-3-Hydroxy-/3-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumchlorid und 1,49 g y-Acetoxytiglinaldehyd werden in 120 ml Methylenchlorid gelöst Die Lösung
jo wird bei —35°C unter Rühren tropfenweise mit einer Lösung von 130 g 86%igem Kaliumhydroxid in 1,65 ml Wasser versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 1 Stunde bei —35°C gerührt und anschließend mit kaltem Methylenchlorid verdünnt. Die Methylenchloridphase wird mit kalter gesättigter wäßriger Kochsalzlösung neutral gewaschen, getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Der Rückstand wird zwischen η-Hexan und 60%igem wäßrigem Äthanol verteilt, die Hexanphase getrocknet und eingedampft. Das zurückbleibende [3R]-3-Hydroxyretinylacetat, das aus etwa 46% all-trans- und etwa 48% 1 l-cis-[3R]-3-Hydroxyretinylacetat besteht oder das daraus durch Umsetzung mit Essigsäureanhydrid in Pyridin erhältliche [3R]-3-Acetoxyretinylacetat kann zur Erhöhung des all-trans-Anteils gemäß Beispiel 10 isomerisiert werden. Das erhaltene Produkt kann anschließend gemäß Beispiel 10 in [3R3'R]-Zcaxanthin übergeführt werden. Die Verseifung der 3-Acetoxygnjppe erfolgt am erhaltenen [3R,3'R]-O-Acetyl-Zeaxanthin durc;.· Rühren mit l-n wäßriger Natronlauge und Methylenchlorid bei 50-600C.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. [4R,6R]-4-Hydroxy-2£6-trimethylcycIohexanon der Formel
H3C
HO
2. Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Ketoisophoron der Formel
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