DE2537060C3 - Optisch aktives [4R.6R] -4-Hydroxy-2,2, 6-trimethyl-cyclohexanon und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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

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Description

CH,
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 Pediococcus Staphylococcus Streptococcus Sarcina
Acetobacter Acetomonas Aerobacter Alcaligenes Azotobacter Escherichia Flavobacter Klebsiella 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
H,C CH
aus der Gärbrühe isoliert und dieses anschließend in üblicher Weise mit Hilfe einer aluminiumorganischen Verbindung, einem Alkaliborhyd.hi, 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 500C 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 ^-verzweigtes Aluminium-tri-nieder-alkyl, wie Triisobutylaluminium oder Isobutylaluminiumdichlorid verwendet.
Die Erfindung betrifft das optisch aktive Cyclohexanderivat [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-irimethyl-cyclohexanon der Formel
H.,C CH,
HO
(111)
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Substituenten der in dieser Beschreibung enthaltenen Strukturformeln sind, sofern sie vor der Ebene des Moleküls liegen, durch das Zeichen -^m, sofern sie hinter der Ebene des Moleküls liegen, durch das Zeichen IMIIIIII gekennzeichnet. Die Substituenten der in dieser Beschreibung stereochemisch nicht
b5 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
HjC CH,
O CH1
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—35" C mit Hilfe von Mikroorganismen aus den Gattungen
Candida KJoeckera Rhodotorula Saccharomyces Torula
Torulopsjs Aspergillus Cunninghamella Curvularia Cylindrocarpon Fusarium Hypomyces Mucor
Neurosphora Penicillium Rhizopus Trichothecium Arthrobacter (Corysiebactt-, ium) Bacillus Lactobacillus Micrococcus Propionibacterium Pediococcus Staphylococcus Streptococcus Sarcina Acetobacter Acetomonas Aerobacter Alcaligenes Azotobacter Escherichia Flavobacter Klebsiella Pseudomonas Proteus Salmonella Serratia Vibrio
. Actinomyces Mycobacterium Nocardia Streptomyces bzw. Proactinomyces
fermentativ hydriert, das gebildete [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandion der Formel
HjC CH,
aus der Gärbrühe isoliert und dieses anschließend in ge- üblicher Weise mit Hilfe einer aluminiumorganischen Verbindung, einem Alkaliborhydrid, zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen — 700C und Raumtemperatur 5 oder durch katalytische Hydrierung mit Raney-Nickel, zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen etwa 0 und etwa 500C reduziert.
Die oben definierte fermentative Hydrierung gelingt
ίο 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 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 Nährsto/fe, 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 wachstumsfördernder 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 verwendeten Fermentationsniediums 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 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 10, insbesondere 3—8, liegen und ist zumeist ohne besondere Zusätze
6ö erreichbar. Erwünsehtenfalls 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—35°C, 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%,
insbesondere 0,5—1,5%, vorliegt. Nach erfolgter fermentativer Hydrierung kann erneut Ketoisophoron in einer bevorzugten Konzentration von 0,5—1% zugesetzt werden. Dieses Vorgehen läßt sich bis zur Inaktivierung der Mikroorganismen mehrfach wiederholen. Für ein bevorzugtes Fermentationsverfahren mit Preßhefe als Mikrooiganismus können auf diese Weise bei periodischer Eduktzugabe bis zu 10% Ketoisophoron (vorzugsweise 6—8%) umgesetzt werden. Die Reaktionstemperatur bei dieser periodischen Eduktzu- in gäbe beträgt vorzugsweise 15—25°C.
Die nützliche Fermentationszeit ist von den verwendeten Mikroorganismen abhängig, schwankt jedoch bei einmaliger Eduktzugabe zumeist zwischen 10 und 200 Stunden. Für ein bevorzugtes Fermentationsverfahren, bei dem der Mikroorganismus in Form von Preßhefe vorliegt, ist bei einmaliger Eduktzugabe die bevorzugte Fermentationszeit 10—30 Stunden. Bei wiederholter Eduktzugabe wird die Fermentationszeit entsprechend verlängert und kann mehrere Wochen betragen.
Wie bereits erwähnt, kann die Fermentation unter Verwendung von beliebigen Mikroorganismen erfolgreich durchgeführt werden. Die folgenden repräsentativen Beispiele seien genannt:
A. Eukaryonten
1) Hefe der Gattungen:
Candida
ζ. B. C. albicans
C. guillermondii
C. utilis
Kloeckera
z. B. K. brevis
Rhodotorula
z. B. R. rotundata
Saccharomyces
z. B. S. carlsbergensis
S. cerevisiae
S. cer. ellipsoides
Torula
Torulopsis
z. B. T. apicola
T. rotundata
2) Pilze der Gattungen:
Aspergilius
z. B. A. clavatus
A. fischeri
A. flavus
A. fumigatus
A. ochraceus
A. wentii
Cunninghamella
z. B. C. blakesleeana
Curvularia
z. B. C. lunata *>5
Cylindrocarpcn
z. B. C. radicicola
30
35
45
50
55 Fusarium
z. 3. F. culmorum F. solani
Hypomyces
z. B. H. rosellus
Mucor
z. B. M. circinelloides M. corymbifer M. griseo-cyanus M. hiemalis M. parasiticus M. spinosus M. subtilissimus
Neurospora
z. B. N. crassa
■penicillium
z. B. P- brevi-compactun; P. digitatum P. frequemans P. griseofulvum P. notatum P. novae-zeeiandiae P. viride
Rhizopus
z. B. R. arrhizus R. nigricans R. circinans
Trichothecium
z. B. T. roseum
B. Prokaryonten
1) Gram- positive Bakterien der G?ttung^n: Arthrobacter (Corynebacterium)
z. B. A. simplex (Q simplex) Bacillus
ζ. B. B. megaterium B. sphaericus B. subtilis
Lactobacillus
ζ. B. L. casei rhamnosus L fermenti L leichmannii
Micrococcus
ζ. B. M. lyjodeikticus
Propionibacterium z. B. P. shermanii
Pediococcus
z. B. P. cerevisiae
Staphylococcus ζ. B. S. albus S. aureus
Streptococcus
ζ. B. S faecalis S. lactis
Sarcina
z. B. S. lutea
2) Gram-negative Bakterien der Gattungen: Acetobacter
ζ. B. A. accti
A. suboxydans
Acctomonas z. B. A. mclanogena A.oxydans
Acrobactcr
z. B. A. aerogenea
Alcaligencs
z. B. A. faccalis
Azotobacter
z. B. A. agilis
A : i: ^
Escheriehia
z.B. F.. coil
Flavobacter
z. B. F. dehydrogenans
Klebsiella
z. B. K. pneumoniae
Pseudomonas z. B. P. fluorescein P. saccharophila P. testosteron!
Proteus
ζ. B. P. vulgaris
Salmonella
ζ. B. S. typhimurium
Serratia
ζ. B. S. marcescens
Vihrin
ζ. B. V. metschnikovii
3) Mycelbildende Bakterien (Actinomyceten) derGattungen:
Actinomyces
z. B. A. cellulosae
Mycobacterium z. B. M. butyricum M. phlei M. rhodochrous ΐΜ. thamnopheos
Nocardia
z. B. N. asteroides N. brasiliensis N.opaca
Streptomyces
z. B. S. albus (Nocardia rangoonensis) S. fradiae
S. geiäliciiS
S. lavendulae S. rimosus S. venezuelae
Proactinomvees
z. B. P. rcstrictus
P. roseus
Die Unspezifität des benötigten Mikroorganismus wird dadurch bestätigt, daß beliebige, mikrobiell infizierte trd- und Wasserproben aus der Natur in der Lage sind, in der erfindungsgemäßen fermentative!! Hydrierung als Mikroorganismendonatoren erfolgreich 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, Polyalkylenglykol-Derivate, Sojabohnenö'. und dgl. zugesetzt werden. In Anbetracht der Unspezifität des benötigten Mikroorganismus hat der Gärvorgang den Vorteil, nicht unter sterilen Bedingungen ausgeführt wprHpn 711 müssen.
Nach Beendigung des Kultivierens wird das [6R]-2.2.6-Trimethyll,4-cyclohexandion in üblicher Weise aus der Gärbrühe isoliert. Vorzugsweise kommt Extraktion mit einem nicht wasserlöslichen organischen Lösungsmittel in Betracht, beispielsweise mit einem aliphatischen oder cycloaliphatische^ gegebenenfalls chlorierten Kohlenwasserstoff, wie η Hexan, Cyclonexan. Methv'enchlorid. Chloroform. Tetrachlorkohlenstoff, einem aliphatischen Ester, wie Äthylacetat. n-Butylacetat. Amylacetat oder einem aliphatischen Äther, v. ie Diethylether oder Diifopropyläther. Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist Meihylenchlorid. Nach einer bevorzugten Isoliermethode wird die fermentierte Brühe filtriert oder zentrifugiert und die wäßrige Phase und das Sediment getrennt aufgearbeitet. Das erhaltene 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 guter Ausbeute stereospezifisch selektiv, d. h. sowohl unter Beibehaltung der Öxofunktion in Stellung 1 als aucn unter bildung der R.R-Transkonfiguration für die beiden Substituenten in 4- und 6-Stellung(Hydroxy bzw. Methyl). Diese Reduktion läßt sich vornehmlich unter Zuhilfenahme von aluminiumorganischen Verbindungen durchführen, insbesondere mit Hilfe von /?-verzweigten Aluminium-tri-nieder-alkylen. z. B. Triisobutylaluminium. oder entsprechend halogensubstituierten Derivaten hiervon, z. B. Isobutylaluminiumdichlorid. Zur Erzielung optimaler Ausbeuten an dem gewünscht .n [4R,6R]-4-Hydroxy-2v2,6-trimethylhexanon der Formel 111 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 Alkalimetailborhydride, 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 Methylenchlorid oder Chlorbenzol oder in Mischungen dieser Lösungsmittel durchgeführt Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist Methylenchlorid; eine bevorzugte Mischung besieht aus vorwiegend n-Kexan im Gemisch mit Benzol. Die Reaktionstemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa —70° C und der Zimmertemperatur. Die Reaktion hat den
Vorteil, daß sie, insbesondere bei Verwendung von Aluminiumalkylen oder deren halogensubstituierten Derivaten, in l'urzer 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 'Jblicher Weise, z. B. durch Chromatographie an Kiesdgel, Aluminiumoxid, Dextran oder dgl., oder durch Extraktion im Gegenstromverfahren, gewonnen werden kann.
Die erfindungsgemäße stereospezifische Reduktion kann auch mit Vorteil durch katalytische Hydrierung mit Raney-Nickel 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-aliphatischen 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 O0C und etwa 50 C; 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
H.,C
Hill r»
HO
CH1
ist eine Schlüsselsubstanz für die Herstellung von 4» optisch aktiven Carotinoiden. zum Beispiel für die Herstellung von:
3R]-/i-Cryptoxanthin,
3R,3'R]-Zeaxanthin.
3R]-Rubixanthin.
3R]-#-Citraurin und
3R]-Reticulataxanthin.
d. h. von optisch aktiven Carotinoiden, die bisher allenfalls durch Extraktion und Chromatographie zugänglich waren. Solche Verfahren sind aber zeitraubend und liefern das gewünschte Produkt nur in unbefriedigenden Ausbeuten. Außerdem steht das natürliche Ausgangsmaleiial nicht in beliebiger Menge zur Verfügung. Demgegenüber ermöglicht die beanspruchte Verbindung imd das Verfahren zu ihrer Herstellung erstmals, Carotinoide mit ehiralen Hydroxygruppen, d. h. von Verbindungen, wie sie in der Natur vorkommen, in beliebigen Mengen und in befriedigenden 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, racemisches Kryptoxanthin, racemisches 3-Hydroxy-rt-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 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 Carotinoidchemie üblichem Wege durch Verknüpfen eines durch Kettenverlängerung aus dem Hydroxyketon der Formel III gewonnenen neuen C13-, C15- oder C2o-Bausteins mit einer dem gewünschten Produkt entsprechenden Kondensationskomponente herstellen.
Das[3R]-/?-Cryptoxanthin der Formel
HO
(IVa)
ist zum Beispiel durch Kondensieren eines [3R]-3-Hydroxy-retiny!-triarylphosphoniumhalogenids mit Retinal, das[3R3'R]-Zeaxanthin der Formel
HO
(IVb)
zum Beispiel durch Kondensieren eines [3R]-3-Hydroxy-retinyi-triaryiphosphoniumhaiogenids mit [3R]-3-Hydroxy-retinal oder auch durch Kondensieren eines 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyl-cyclohex-1 -en-1 -yl)-but-3-en-2-triarylphosphoniumhalogenids mit 4,9-Di- methyl-dodeca-2,4,6,8,M)-pentaen-l,12-dial oder
43-Dinielhyl-dodeca-2,4,8,i0-teiraen-8-in-i,12-dial
folgt von Partialhydrierung des erhaltenen [R 15,15'-Didehydrozeaxanthins zugänglich.
mit ge
Das [3R]-Rubixanthin der Formel
HO
Ii ι
kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß man [3R]-3-Hydroxy-retinyl-triarylphosphoniumhalogenid mit γ- Retinal kondensiert.
Das[3R]-/?-Citraiirin der Formel (VI)
HO
läöt sich zum Beispiel dadurch herstellen, daß man ein [3R]-3-Hydroxy-retinyltriarylphosphoniumhalogenid mit l.i-Diäthoxy^.e-dimethyl-octa^Ae-trien-S-al kondensiert und das erhaltene Acetal verseift.
Das[3R]-Reticulataxanthin der Formel
HO
(VlI)
ist zum Beispiel durch Kondensation von [3R]-/?-Citraurin mit Aceton gewinnbar.
Die für die vorstehend skizzierten Synthesen benötigten neuen Cm-Bausteine, nämlich das[3R]-3-Hydroxy-retinyl-triaryl-phpsphoniumhalogenid und das [3R]-3-Hydroxy-retinal können,ausgehend von [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethylcYclohexanon der Formel III zum Beispiel dadurch hergesteiii werden, daß man:
^R.eR^-Hydroxy^^e-trimethyl-cyclohexanon der Formel
ji methylcyclohex-l-yl)-but-3-in der Formel
n>, OCCH.,
C)
OH
H5C-C-O
H.,C CH, (IX)
HO
O CH,
(IH) acetyliert;
— das Diacetat zu 2-Acetoxy-4-([4R]-4-acetoxy-2.6,6-trimethyI-cyclohex-l-en-l-yl)-but-3-inder Formel
mit But-3-in-2-ol umsetzt;
— das erhaltene 2-Hydroxy-4-([4R,6R]-l,4-dihydroxy-2^,6-trimethyl-cyclohex-l-yl)-but-3-in der Formel /
/// OC-CH,
il
HO
OH
(VIII) " H3C-C-O
Il ο
dehydratisiert und die vorhandene Acetylenbindung zur 60 Äthylenbindung hydriert;
— das erhaltene [3R]-3-Hydroxy-0-ionol der Formel
OH
HO
OH
zu 2-Acetoxy-4-[(4R,6R]-4-acetoxy-l-hydroxy-2^,6-tri- durch Umsetzen mit einem Triaryiphosphoniumhaioge-
nid oder mil einem Triarylphosphin in Gegenwart einer Mineralsäure in das 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimelhylcyclohex-l-en-l-yl)-but-3-en-2-triarylphosphoniumhalogenid der Formel
Brom, darstellt.
umwandelt,
— oder zu [3R]-3-Hydroxy-retinol der Formel
OH
HO
P(Ar)., Hai
(XII)
in der Ar Aryl, ζ. B. Phenyl, und Hai 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
O C ClI1
HO
(XV)
verseift und den erhaltenen Alkohol zu [3R]-3-Hydroxyretinalder Formel
(XIII)
kondensiert und dieses
— entweder durch Umsetzen mit einem Triarylphosphoniumhalogenid oder mit einem Triarylphosphin in Gegenwart einer Mineralsäure in das [3R]-3-Hydroxyretinyl-triarylphosphonium-halogenid der Formel
J(I HO
(XVI)
HO
P(Ar)., Hai
(XIVI
in der Ar Aryl, ζ. B. Phtnyl, und Hai Halogen, z. B.
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 <x-Methoxy-«-Methyl-äthoxy- oder die Tetrahydropyranyloxy-gruppe.
Durch Hydrolyse in Hydroxy überführbare Estergruppen sind z. B. Estergruppen, deren Säureanteil sich von einer niederen Alkancarbonsäure, einer niederen Alkandicarbonsäure, einer Aryl-niederen Alkancarbonsäure, 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 oxidiert.
Der Ci j-Baustein ist die obige Verbindung der Formel XII. Der Cis-Baustein kann z.B. gemäß dem nachstehenden Beispiel 13 hergestellt werden.
2j Von dem beispielhaft genannten, aus dem Hydroxyketon der Formel III herstellbaren, optisch aktiven Carotinoiden nehmen das[3R]-/?-Cryptoxanthin und das [3R,3'R]-Zeaxanthin eine Verzugsstellung ein. Beide Verbindungen lassen sich, wie vorgängig beschrieben.
jo dadurch herstellen, daß man das [4R,6R]-4-Hydroxy-2,2,6-trimethyl-cyclohexanon der Formel III durch in der Carotinoidchemie übliche Kettenverlängerungsreaktionen in [3R]-/?-Cryptoxanthin oder [3R,3'R]-Zeaxanthin bzw. Derivate hiervon der allgemeinen Formel
(IV)
-bromiden, mit Essigsäureanhydrid, oder m.: 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 überführbart 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 200-1-Umwurffermenter zusammen mit 5 kg Haushaltzucker sterilisiert und nach der Sterilisation auf 30°C 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 (30°C) 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 Fermcrstationszeit wiedergegeben (das erhaltene Dihydroderivat besteht zu etwa 95—97% aus dem gesuchten [6R]-2^,6-Trimethyl-l,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 5mal 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 Na2SÜ4 entwässert, filtriert und unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt. Der Rückstand (17j'5g) wird in 61 Diisopropyläther heiß gelöst, mit 80 g Aktivkohle entfärbt, über Diatomeenerde-Polster filtriert und mit 8Gg Aktivkohle entfärbt, über Diatomeenerde-Polster filtriert und mit 1,81 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 400C 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 η-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 400C 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 [6R]-2,2,6-Tri methyl-1,4-cyclohexandion mit einem Schmelzpunk von 90,5-91,50C.
Das Sediment (Naßgewicht ca. 7 kg) wird 2mal mit j 701 Methylenchlorid ausgerührt, die Filtrate 2mal mit j 70 I Wasser gewaschen, auf 5 I eingeengt, mit 600 f NaiSO^ getrocknet, filtriert und bis zur Trocken! eingeengt.
Der Rückstand (82 g) wird in 300 ml Diisopropyläthe heiß gelöst, mit 4 g Aktivkohle entfärbt, bei Normal druck auf 250 ml eingeengt, über Nacht bei 5° C kristallisiert, abgenutscht, 2mal mit wenig kalten η-Hexan gewaschen und unter vermindertem Druck be 400C getrocknet. Auf diese Weise werden nochmal; 40 g optisch reines [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexan dion gewonnen (Schmelzpunkt: 90,5—91,5°C).
Die optische Reinheit des Produktes wird durcl NMR-Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzier nachgewiesen.
Die Gesamtausbeute an optisch reinem [6R]-2,2,6-Tri methyl-1,4-cyclohexandion beträgt 1363 g. Bezogen aui das eingesetzte Edukt (Ketoisophoron) ergibt dies ein« relative Ausbeute von 68%.
Das [6R]-2,2,6-Trimethyl- 1,4-cyclohexandion zeig einen stark negativen Cotton-Effekt und weist eine spezifische Drehung [a]o von -265° C auf (gemessen ir Methanol; C = 0,4%).
Beispiel 2
Drei an verschiedenen Stellen entnommenen Erdpro ben resp. einige Tropfen Rheinwasser werden einzeln ir je 50 ml sterilisiertes Anzucht-Medium der folgenden Zusammensetzung eingeimpft:
KH2PO4 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 300C bebrütet. Dann wird jedem Ansatz nochmals 0,5 g D( + )-Glucose (Monohydrat) (10 g/l) sowie 0,05 g Ketoisophoron (1 g/l) zugesetzt und die Bebriitung unter unveränderten Bedingungen fortgesetzt. Nach 7 Tagen wird eine 10 m 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
wiedergegeben, wobei das erhaltene Dihydroderivat ähnlich wie in Beispiel 1, vorwiegend aus dem gesuchten [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-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 hi Kleinfcrmenter werden zwei Transformationsexperimente A und B mit Ketoisophoron als Substrat durchgeführt. Der Fermentcr wird mit folgenden Substanzen beschickt:
909 683/283
Tabelle 3
Substanz Experiment A Experiment B 80g 80g 30°
Entionisiertes Wasser 4000 ml 3920 ml 40 g 48 g Oberflächenbelüftung, d. h. die
(nicht steril) Die Transformationen werden unter folgenden Zuluft wird in den Gasraum
Bedingungen durchgeführt: oberhalb der Brühe eingeleitet.
Kristalliner Zucker 80 g 40 g Experiment A: Luftfluß 240 l/h.
Preßhefe Temperatur: 1000 U/min
Ketoisophoron Belüftung: 3,8-3,9
Rührerdrehzahl:
pH:
IO
15
Fermentationszeit: 77 h
Experiment B:
Temperatur:
Belüftung:
Rührerdrehzahl:
pH:
30° C
Durchflußbelüftung, d. h. die Zuluft wird unterhalb des Rührpropellers in die Brühe eingeleitet. Luftfluß etwa 10 l/h
1000 U/min
3,6-4,0
JO
Fermentationszeit: 142 h
Nach einer Fermentationszeit von 48 h werden in Experiment B nochmals 40 g Zucker und 80 g Preßhefe zugesetzt. r>
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 Experiment B 82%, wobei das erhaltene Dihydroderivat, ähnlich wie in Beispiel 1, vorwiegend aus dem gesuchten [6R]-2,2,6-Trimethyl-!,4-cyc|ohexandion 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 Na^SO4 getrocknet und unter vermindertem Druck eingeengt Das kristalline Rohprodukt wird in dem fünffachen Volumen Benzol gelöst, über die dreilache 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 40°C wird das optisch reine [6R]-2,2,6-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 27,8 g reines [6R]-2^,6-Trin-ieihyi-!,4-cyciohexandion mit einem Schmelzpunkt von 90—92° C isoliert. Dementsprechend betragen die relativen Nettoausbeuten (Produktimenge bezogen auf das eingesetzte Edukt) 43% resp. 53%.
Beispiel 4
In einem Laborfermenter (Arbeitsvolumen: 5 I) und einem großen Umwurffermenter (Arbeitsvolumen: 1601) wir die Transformation von Ketoisophoron mit halbkontinuierlicher Eduktzugabe bei einer Temperatur von 20° C 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:
S I - Fermenter Ketoisophoron Zucker 1601 - iFermenter Ketoisophoron Zucker
Zeit 50 g 125 g Zeit 1,6 kg 4,0 kg
Oh 50 g Oh 0,8 kg 0,0 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 118h 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
Total Total
eingesetzt eingesetzt
20
Beim 5-l-Fermenter werden somit bei einem Zuckerverbrauch von 65 g/I total 80 g Ketoisophoron pro Liter eingesetzt. Die Fermentationszeit beträgt 17 Tage (406 h).
Im 160-1-Fermenter werden bei einer Fermentationszeit von 16 Tagen (384 h) 65 g/I Zucker und 60 g/I Ketoisophoron eingesetzt Zur Schaumbekämpfung werden nach 126 h Fermentationszeit 16 ml Polypropy- !englykolmonobutyläther 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-l-Fermenter 93% und aus dem 160-1-Fermenter 87% von dem gewünschten Dihydroderivat. Das Produkt aus dem 5-l-Fermenter wird wie folgt isoliert:
Die Gärbrühe wird auf ITC abgekühlt und das auskristallisierte f%Odukt mit einem groben Filter abgetrennt Auf dem Filter wird auch ein Teil des Mycels zurückgehalten. Der Rückstand und das Filtrat werden mit der 3fachen Menge Methylenchlorid zweimal extrahiert Die organische Phase wird mit Na2SC>4 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 Filtral gewinnt man 303 g und aus der Mutterlauge nochmals 153 g optisch reines Produkt (Schmelzpunkt 91 - <13OC). Die optische Reinheit konnte durch NMR-Untersuchungen unter Zusatz von Eu (HFQ3 als Shift-Reagens und durch Messung der optischen Drehung nachgewiesen werden. Die gesamte Ausbeute an [6R]-2,2,6-Trimethyl-l,4 cyclohexandion J5 beträgt 303,1 g (75,8% bezogen auf das eingesetzte Edukt).
Das Produkt aus dem 160-1-Fermenter wird folgendermaßen isoliert:
Die Brühe wird auf ca. 10°C 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: 100 I, 2. und 3. je 50 I), abgetrennt, zweimal mit je 30 1 Wasser gewaschen, am Umlaufverdampfer bis auf ca. 201 eingeengt, mit NajSC^ getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Gewichtskonstanz eingeengt. Der auf diese Weise resultierende kristalline Rohextrakt wird mit 241 Diisopropyläther heiß gelöst, mit 200 g Aktivkohle entfärbt über Diatomeenerde-Polster filtriert und über Nacht bei 5° C umkristallisiert. Das Kristaliisat wird abgenutscht, zweimal mit je 101 kaltem Hexan (0°C) gewaschen und unter vermindertem Druck bei 300C getrocknet. Auf diese Weise gewinnt man 6250 g optisch reines [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cycIohexandion (Schmelzpunkt: 91—92"C). Die Mutterlauge wird bis auf ein Volumen von ca. 31 t>o eingeengt und die darin noch enthaltene Substanz über Nacht bei 5°C auskristallisiert. Das Kristaliisat wird wiederum abgenutscht, zweimal mit 500 ml kaltem Hexan gewaschen und unter reduziertem Druck bei 35°C getrocknet. Es resultieren 442 g Produkt mit M einem Schmelzpunkt von 88—89°C. Das Produkt wird nochmals aus 1,31 Isopropyläther umkristallisiert (über Nacht bei 50C), zweimal mit je 500 ml kaltem Hexan gewaschen und bei 35°C unter vermindertem Druck getrocknet. Daraus ergeben sich 399 g optisch reines [6R]-2,2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandion mit einem Schmelzpunkt von 90,5—91,5°C. Die gesamte Ausbeute an optisch reinem Produkt beträgt demnach 6649 g (69,3% der eingesetzten Substrat-Menge).
Die optische Reinheit wurde wiederum durch NMR-Untersuchungen unter Zusatz von Eu(HFC)3 bestätigt.
Beispiel
Auf ihre Fähigkeit, Ketoisophoron zu transformieren, werden 99 verschiedene Mikroorganismen getestet, die aus .'Dlgenden Gruppen ausgewählt werden:
A) Eukaryonten
1) Hefen der Gattungen:
Candida Kloeckera Rhodotorula Saccharomyces Torula
Torulopsis
2) Pilze der Gattungen:
Aspergillus Cunninghamella Curvularia Cylindrocarpon Fusarium Hypomyces Mucor
Neurospora Penicillium Rhizopus Trichothecium
B) Prokaryonten
1) 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 Azotobacter Escherichia Flavobacter Klebsiella Pseudomonas Proteus
Salmonella Serratia Vibrio
3) Mycelbildende Bakterien (Actinomyceten)
der Gattungen:
Actinomyces
Mycobacterium
Nocardia
Streptomyces
Proactinomyces
Die Mikroorganismen werden unter Anwendung der üblichen mikrobiologischen Arbeitstechnik in 50 ml eines komplexen Anzuchtmediums eingeimpft und auf einer Schüttelmaschine bei 300C während 48—72 h bebrütet. Das Medium :st wie folgt zusammengesetzt:
KH2PO4 3,7 g/l
Na2HPO4 7,0 g/l
Kefeextrakt 10,0 g/l
D ( + J-GIucoseiMonohydrat) 20.0 g/l
Nach 48—72 Stunden Bebrütungszeit werden in jedem 50 ml-Ansatz nochmals 0,5 g D(+)-G!ucose (Monohydrat) (10 g/l) sowie 0,05 g Ketoisophoron (1 g/l) zugegeben und die Bebriitung unter gleichen Bedingungen eine Woche lang fortgesetzt. Nach ei.iem Tag und nach 7 Tagen werden je 10 ml der Zellsuspension aller Ansätze zweimal mit Chloroform extrahiert, die organische Phase unter vermindertem Druck bei 4O0C eingeengt und getrocknet. DeRückstand wird in 1 ml Dioxan aufgenommen und gaschromatographisch analysiert. Wie aus der nachstehenden Tabelle 4 ersichtlich, sind sämtliche Mikroorga-
Hi nismen befähigt, das Ketoisophoron in dessen Dihydroderivat umzuwandeln. Das erhaltene Dihydroderivat besteht, ähnlich wie in Beispiel 1, vorwiegend aus dem gesuchten [6R]-2,2,6-Trimetnyl-l,4-cyclohexandion, welches in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 oder 4 isoliert werden kann. In der Tabelle 4 bedeuten
+ 0,1 — 10% Transformation
+ + 10,1 — 30% Transformation
+ + + 30,1 — 50% Transformation
+ + + + 50,1 - 70% Tr?-iformation
+ + + + + über 70% Trarisfo-mation
von Ketoisophoron in dessen Dihydroderivat.
Tabelle 4 Mikroorganismus Stamm 1 Transformation
Hefen Stamm 2 1 Tag 7 Tage
Nr. Candida albicans +++ +
Candida guillermondii +++ +
1 Candida utilis ++ +++++
2 Kloeckera brevis Stamm 1 +++++ +++++
3 Kloeckera brevis Stamm 2 +++++ +++++
4 Rhodotorula sp. Stamm 3 +++ +
5 Rhodotorula rotundata ++ +
6 Saccharomyces carlsbergensis ++++ +++++
7 Saccharomyces cerevisiae ++++ ++++
8 Saccharomyces cerevisiae ++ +
9 Saccharomyces cerevisiae ++ ++
10 Saccharomyces cer. ellipsoides ++++ ++++
11 Torula sp. +++ +
12 Torulopsis apicola + +
13 l'jrulopsis rotundata +++
14 4 (Fortsetzung)
15
Tabelle Mikroorganismus Transformation
Pil/x 1 Tag 7 Tage
Nr. Aspergillus clavatus +++++ ++
Aspergillus fischeri +++ +++
16 Aspergillus flavus (Lendner) ++++ ++++
17 Aspergillus fumigatus Fres. + + +
18 Aspergillus echraceus ++ ++++
19 Aspergillus sp. + + +
20 Aspergillus wentii Wehmer +++ ++++
21 Cunninghamella blakesleeana + + ++
22
23
2?
loilsCl/UMl!
Nr. Mikroorganismus Transformation
I lüg 7 Tape
24 Curvularia lunata (Wakker Boedijn) +
25 Cylindrocarpon radicicola +++
26 Fusarium culmorum + + + + + f I (- +
27 Fusarium solani + +
28 llypomyces rosellus (Dactylium dendroides) +
29 Mucor circinelloides +4-4-4-
30 Mucor corymbifer (Absidia lichtheimi) + + +
31 Mucor griseo-cyanus + + + 4- +
32 Mucor hipmslis Wphmrr 4-4-4+ 4 t
33 Mucor parasiticus 4-4-4-4-
34 Mucor spinosus 4-+
35 Mucor subtilissimus +4-4-4-
36 Neurospora crassa + + + +
37 Penicillium brevi-compactum + + + + +
38 Penicillium digitatum +
39 Penicillium frequentans +++
40 Penicillium griseofulvum +
41 Penicillium notatum + +
42 Penicillium novae-zenlandiac + + + +
43 Penicillium viride + +
44 Rhizopus arrhizus + +++ +
45 Rhizopus nigricans Ehrenberg + + +++
46 Rhizopus circinans (Rhizopus reflexus Bain) + +++
47 Rhizopus circinans v. Tieghcim ++++
48 Trichothecium roseum +
Tabelle 4 (Fortsetzung) Gram-positive Bakterien
Nr. Mikroorganismus Transformation
I Tag 7 Tage
49 Arthrobacter simplex (Corynebact. simpl.) + ++
50 Bacillus megaterium ++ ++++
51 Bacillus sphaericus + 4- +
52 Bacillus subtilis +++ +++++
53 Lactobacillus casei rhamnosus + +
54 Lactobacillus fermenti + +
55 Lactobacillus leichmannii + + +
56 Micrococcus Iysodeikticus + +++++
57 Propionibacterium shermanii ++ +++++
58 Pediococcus cerevisiae + +
59 Staphylococcus albus + +
ου Staphylococcus aureus + +
61 Streptococcus faecalis + +
62 Streptococcus Iactis + +
63 Sarcina lutea + + +
25 2β
Tabelle 4 (Fortsetzung) Gram-negative Bakterien
Nr. Mikroorganismus Transformation
I Tag 7 Tage
64 Acctobacter aceti
65 Acetobacter suboxydans Stamm I
66 Acetobacter suboxydans Stamm ? ++ + +
67 Acetomonas mclanogena + + +
68 Acetomonas oxydans +++ + + ++++H
69 Aerobacter aerogenea ++ + + + +
70 Alcaligenes faccalis ++ +++ +
71 A/otobacter agilis
T) K'tf t K· tor irwli/^iic
73 Kscherichia coli
74 Flavobacter dehydrogenans
75 Klebsiella pncumoniae
76 Pseudomonas fluorescens
77 Pseudomonas saccharophila
78 Pseudomonas testosteroni
79 Proteus vulgaris
80 Salmonella typhimurium
81 Serratia marcescens
82 Vibrio metschnikovii
Tabelle 4 (Fortsetzung)
Actinomyceten (mycelbildende Bakterien)
Nr. Mikroorganismus Transformation
I 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 + +
94 Streptomyces gelaticus Waksman ++ +++
95 Streptomyces lavendulae ++ ++
96 Streptomyces rimosus ++ +
97 Streptomyces venezuelae 4- +
98 Proactinomyces restrictus Turfitt (Noc. rest.) + +
99 Proactinomyces roseus ++ ++
. -if, (13OmMoI) [6R]-2^,6-Trimethyl-l,4-cyclohexandion in
Beispiel 6 ^ J55001I ejrier Mischung von n-Hexan und Benzol im
In einem mit Thermometer, Rührer, Begasungsauf- Volumenverhältnis 7:3 auf -5°C gekühlt. Der
satz und Chlorcalciumrohr versehenen Vierhalskolben Begasungsaiufsatz 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 Reaklionsgeniisch wird dann mit 1085 ml 5%iger wäßriger Salzsäure vermischt. Die beiden Phasen werden nach etwa 30 Minuten voneinander getiennt 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 0,2 mm) mit n-Hexan/Älher 80/20 als Eluierungsmittel erhält man 11,6 g eines Produkts, das nach zweimaliger Umkristallisation aus n-Hexan/Diisopropyläther bei % ^1
70° C !00 "'
H"drcx·· 2.26 irirncth··!
r> Die optische Reinheit des Produktes wird durch NMR-Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzien nachgewiesen.
Beispiel 9
In einem mit Thermemeter, Rührer, Begasungsaufsatz und Chlorcalciumrohr versehenen 10-l-Sulfierkolbcn wird in einer Argonatmosphäre eine Lösung von 120g (778 mMol) [6R]-2.2,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandion in 4680 ml Toluol auf -40°C 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 -40°C gesenkt. Das Reaktionsgemisch wird noch während 80 Minuten bei
cyclohexanon als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt >n 49-500C liefert.
Die optische Reinheit des Produktes wird durch NMR-Untersuchungen mit chiralen Shiftreagenzien nachgewiesen.
Anstelle von Triisobutylaluminium kann mit dem >> gleichen Ergebnis Isobutylaluminiumdichlorid verwendet werden.
Beispiel 7
Eine Aufschlämmung von 30 g Raney-Nickel in 200 ml Methanol wird in einem Rundkolben unter Rühren mit 65 ml Eisessig versetzt. Nach Zugabe von 10 g (65 mMol) [6R}2,2.6-Trimethyl-l,4-cyc!ohexandion in 300 ml Methanol wird unter kräftigem Schütteln Wasserstoffgas bei Zimmertemperatur eingeleitet. r> 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 eemäß NMR (UntcjsuchunEen 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.6RJ- « 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 v> 150 ml Äther wird in einem Rundkolben mit 10 g (65 mMol) [6R]-2^,6-Trimethyl-1,4-cyclohexandion in 150 ml Äther versetzt Nun wird unter kräftigem Schütteln Wasserstoffgas bei Zimmertemperatur eingeleitet Nach 45mmütiger 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 erhält 10 g eines gelben Öls, das gemäß Gaschromatogramm zu 63% aus trans-4-Hydroxy-6-methyI-Produkt besteht Nach chromatographischer Reinigung dieses Öls an Kieselgel (0,06—0,2 mm) mit η Hexan/Äther 80/20 als Ehiierungsrnittel erhält man 4,65 g eines Produkts, das nach zweimaliger Umkristallisation aus n-Hexan/Diisopropyläther bei -700C 3,0 g (30%) [4R,6R]-4-Hydroxy-2J2,6-trimethylcyclohexanon als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 49—50° C liefert
. » in
VVSII JW
Sekunden mit 1344 ml IO%iger Salzsäure (4160 mMol) versetzt. Das Zweiphasengemisch wird noch 30 Minuten ohne weitere Kühlung gerührt und dann in ein I5-I-Ausrührgefäß gespült. Es wird in 3 Extraktionsschritten mit total 2800 ml Methylenchlorid 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 Gaschromatognimm zu 66,7% aus trans-4-Hydroxy-6-methyl-Produkt besteht. (18% Ausgangsmaterial liegen in unveränderter Form vor und können je nach Reinisolierungsverfahren 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-2Z6-trimethyl-cyclohexanon als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 49—500C liefert.
Weiterverarbeitung:
Beispiel 10
9,8 g
non 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]-2Z6-trimethylcyclohexanon)
schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Hexan bei IO9-111°C.
Eine in üblicher Weise aus 18,2 g Magnesium, 81,8 g 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 mt Tetrahydrofuran versetzt Das Reaktionsgemisch wird 2 Stunden unter Rückflußbedingungen gerührt und anschließend tropfenweise mit einer Lösung von 11,1 g
[4R,4'R]-4'4'-(isoProPy|idendioxy)-bis-([6R>2^,6-trimethylcyclohexanon) in 75 ml Tetrahydrofuran versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 12 Stunden unter Rückflußbedingungen gerührt, anschließend durch Zugabe von 1 h 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-([4R.6n]-l,4-Dihydroxy-2,2,6-trimethylcyclohex-l-yl)-but-3-in-2-ol wird anschließend durch Behandeln mit Essigsäureanhydrid in Gegenwart von PyriJin acetyliert. Das erhaltene, ölige 2-Acetoxy-4-([4R,6R]-1-hydroxy^-aceloxy^^.ö-trimelhyl-cyclohex-l-ylj-but^-in wird durch Adsorption an Kieselgel (Elutionsmittel: n-Hexan/Älher3 :2) gereinigt.
8,6 g 2-Acetoxy-4-([4R,6R]-1-hydroxy-4-acetoxy-2,2,6-trimethyl-cyclohex-1-yl)-but-3-in werden in einem Gemisch aus 53,5 ml Pyridin und 22 ml Phosphoroxychlorid gelöst und 18 Stunden auf 100° erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird danach abgekühlt und in Eis/Wasser eingetragen. Das Gemisch wird mit Äther extrahiert, der Ätherexlrakt wird mit Wasser und 1 -η-Schwefelsäure neutral gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Das 7.iirückbleibende ölige 2-Acetoxy-4-([4R]-4-
Acetoxy- 2,6,6-trimethylcyclohex-l -en-1 -yl)-but-3-in wird dur h Adsorption an Kieselgel (Elutionsmittel : Hexan/Äther 4 : I)gereinigt.
4.0 g 2-Acetoxy-4-([4R]-4-Acetoxy-2,6,6-trimethyl-cyclohex-l-en-1-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 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 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-cyclohex-1 -en-1 -yl)-but-3-en-2-ol-([3P]-3-hydroxy-/?-ionol) wird durch Adsorption an Kieselgel (Elutionsmittel : [Hexan/Äther 1:1]) gereinigt.
2.1 g [3R]-3-Hydroxy-j3-ionol werden in 50 ml absolutem Methanol gelöst. Die Lösung wird nach Zugabe von 3,43 g Triphenylphosphinhydrobromid 12 Stunden bei 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 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-1-en-1-yl)-but-3-en-2-triphenylphosphoniumbromid wird wie folgt weiterverarbeitet:
16,05 g 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyl-cyclohex-len-1 -yl)-but-3-en-2- triphenylphosphoniumbromid und 539 g 6-Acetoxy-4-methyl-hexa-2,4-dien-l-al werden in 100 ml Isopropanol gelöst Die Lösung wird bei -35° C unter Rühren tropfenweise mit einer Lösung von 2,09 g 86%igem Kaliumhydroxid in 13 ml Wasser versetzt. Die lunentemperatur steigt dabei auf -2C°C. 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% all-trans-[3R]-3-Hydroxy-retinylacetat best?V>t, kann z. B. nach einer der folgenden Methoden a) und b) isomerisiert werden.
a) 3 g des 9-cis/all-trans-[3R]-3-Hydroxy-retinylacetat Isomerengemisches werden in 15 ml Acetonitril
"> gelöst. Nach Zugabe von 6 g PdO/BaSCVKatalysator mit 0,5% Pd auf dem Träger wird unter Rühren 1 Stunde bei 70°C erhitzt. Nach Erkaltendes Reaktionsgemisches wird der Katalysator abflltriert und das Filtrat i.i: Vakuum eingedampft. Das dabei erhaltene Isomerenge-Hi misch besteht aus etwa 74% all-trans- und etwa 26% 9-cis-[3R]-3-Hydroxy-retinylacetat
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(Q1HsCN)^h und
r> 0,03 ml Triethylamin wird das Reaktionsgemis"h 1 Stunde bei 65° gerührt. Nach dem Abkühlen wird mit 10 ml Wasser verdünnt und mit Äther extrahiert. Der ÄthprPYtraifι wird ΓπΙί Wasser CTcwHschcn, "^trocknet und eingedampft. Das dabei erhaltene Isomerengemisch besteht nus etwa 78% all-trans- und etwa 22% 9-cis-[3R]-3-Hydroxy-retinylacelat
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 Kondensationskomponente eingesetzte [3R]-3-Hydroxy-retinaI kann z. B. aus dem vorstehend erwähnten [3R]-3-Hydroxy-retinylai ctat wie folgt hergestellt werden:
5 g [3R]-3-Hydroxy-retinylacetat werden in 16,5 ml
so Äthanol gelöst. Die Lösung wird bei 40°C innerhalb 15 Minuten tropfenweise mit einer Lösung von etwa 1,85 g Natriumhydroxid in 7,5 mi Wasser versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 30 Minuten bei 40°C gerührt, danach auf 10°C gekühlt und mit 20 ml tiefsiedendem
r> 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-retinol werden in 50 ml Methy-
4Ii lenchlorid gelöst. Die Lösung wird nach Zugabe von 30 g Mangandioxyd 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Das unverbrauchte Mangandioxid >«ird abfiltriert und mit 30 ml Methylenchlorid ausgewaschen. Die mit dem Filtrat vereinigten Waschlaugen werden unter j 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-retinal wird abnitriert, mit kaltem Petroläther gewaschen und bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet Der Aldehyd kann ohne weitere Reinigung mit [3R]-3-Hydroxy-retinyl-triphenylphosphoniumbromid iu [3R3'R]-Zeaxanthin 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 037 mi 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
Chloroformextrakte 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 abgedampft. Das Konzentrat wird nach Zugabe von 2,5 ml Wasser auf -200C gekühlt Das anfallende [3R,3'R]-Zeaxanthin schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Pentan bei 201—2030C.
Beispiel 11
1,605 g 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyi-cyclohex-len-1 -yl)-but-3-en-2-triphenyIphosphoniumbromid — herstellbar gemäß Beispiel 10 — gelöst in 10 ml Isopropanol werden bei Raumtemperatur unter Rühren in eint Lösung von 214 mg 4,9-Dimethyl-dodeca-2,4,8,10-tetraen-6-in-l,12-dial [Cu-Aldehyd] in 10 ml Methylenchlorid eingetragen. Die entstehende homogene Lösung wird mit 0336 ml einer 50%igen wäßrigen Käliumhydroxydiösurig versetzt Die anfangs schwach gelbe Reaktionslösung färbt sich nach 2—3 Minuten dunkelrot Das Reaktionsgemisch wird 90 Minuten bei Raumtemperatur nachgerührt, danach erschöpfend mit Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten Methylenchloridauszüge werden mit Wasser neutral gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Das zurückbleibende rohe cis/trans [3R3'R]-15,15'-Didehydro-zeaxanthin wird durch Anreiben mit 3 ml Methanol in der Kälte zur Kristallisation gebracht, abfiitriert, 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 700C 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[3R3'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 und nach Zugabe von 46 ml abs. Essigsäureäthylester und 0,0125 ml Chinolin vorhydnert. Nach beendeter Wasserstoffaufnahme wird das Katalysatorgemisch mit 213 mg all-trans [3R,3'R]-15,15'-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 mit 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 MO0C isomerisiert. Das in der Kälte kristallin ausfallende all-trans-[3R,3'R]-Zeaxanthin schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Methanol bei 208,5-209,50C.
Beispiel 12
Ersetzt man in dem in Beispiel 11 beschriebenen Verfahren das 4,9-Dimethyl-dodeca-2,4,8,10-tetraen-6-in-l,12-dial durch 4,9-Dimethyl-dodeca-2,4,6,8,10-penta en-l,?-dial, so erhält man nach Kondensation mi 4-([4R]-4-Hydroxy-2,6,6-trimethyl-cyclohex-1-en-1-yl)-but-3-en-2-triphenylphosphoniumbromid und nacl 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-j3-ionol und 30 g 2,3-Dich!or-5,6 dicyan-benzochinon werden in 400 ml abs. Dioxar gelöst. Die Lösung wird 1'/2 Stunden auf 50—55°C erhitzt. Anschließend wird die Lösung auf 00C abgekühlt und das ausgefallene 2,3-DichIor-5,6-cyanbenzohydrochinon abfiltriert Das Filtrat wird untei vermindertem Druck bei 500C eingedampft Dei 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 mit gesättigter wäßriger Kochsalzlösung, 1-n-Natroniauge 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-0-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 η-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-/?-ionol wird wie folgt weiterverarbeitet:
12 g [3R]-3-Hydroxy-äthyniI-0-ionoI werden in 30 ml η-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 2O0C 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-0-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—1O0C unter Rühren tropfenweise mit einer Lösung von 22,7 g [3R]-3-Hydroxy-/?-ionon in 150 ml abs. Toluol versetzt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt, dann auf 0—50C abgekühlt, mit 0,6-n wäßriger Ammoniumf>5 hydroxidlösung und gesättigter wäßriger Ammoniumchloridlösung versetzt und mit Äther extrahiert. Der Ätherextrakt wird mit gesättigter wäßriger Kochsalzlösung neutral gewaschen, getrocknet und eingedampft.
909 683/283
Das zurückbleibende ölige [3R]-3-Hydroxy-vinyl-/J-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-vinyI-/?-ionol werden in 300 ml abs. Methanol gelöst Die Lösung wird nach Zugabe von 17,1 g Triphenylphosphin, 26 mg 2,6-Di-(t-butyl)-p-kresol und 83 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-j3-ionyIidenäthyltriphenylphosphoniumchlorid schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Methylenchlorid/Aceton/Essigester bei 211-212°C. [α]? = 57,2° (c = 1 in Chloroform).
1,291 g [3R]-3-Hydroxy-/3-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumchlorid und 162 mg 2,7-Dimethyl-octa-2,6-dien-4-in-l,10-dial (Cio-Dialdehyd) werden in 20ml Methylenchlorid gelöst Die entstehende homogene Lösung wird bei -100C bis -14°C unter Rühren mit 0364 ml einer 38%igen wäßrigen Kaliumhydroxidlösung versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 1 Stunde bei -1O0C 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-[3R3'R]-15,15'-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 [3I^3'R]-15,15'DidehydiO^eaxanthin abfiltriert, getrocknet und anschließend wie folgt isomerisiert:
477 mg cis/trans-[3R,3'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-Hexan bei 210-2120C.
Das aIl-trans-[3R3'R]-15,l5'-Didehydrozeaxanthin kann gemäß Beispiel 11 in all-trans-[3R3'R]-zeaxanthin übergeführt werden.
Beispiel 14
Ersetzt man in der in Beispiel 13 beschriebenen Methode das ^/-Dimethyl-octa-^ö-dien^-in-I.IO-dial durch 2,7-Dimethyl-2,4,6-trien-1,10-dial, so erhält man nach Kondensation mit [3R]-3-Hydroxy-^-ionylidenäthyltripihenylphosphoniumchlorid und nach Isomerisierung des erhaltenen cis/trans-[3R,3'R]-Zeaxanthins unmittelbar all-trans-[3R3'R]-Zeaxanthin, das nach Umkristallisieren aus Methylenchlorid/n-Hexan bei 208-209°C schmilzt.
Beispiel 15
ίο Das in den Beispielen 13 und 14 verwendete [3R]-3-Hydroxy-/}-ionyIidenäthyltripheiiylphosphoniumchlorid kann durch [3R]-3-Hydroxy-ß-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumbromid ersetzt werdan, welches wie folgt hergestellt werden kann:
1,6 g [3R]-3-Hydroxy-vinyl-/3-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-/J-ionylidenäthyltriphenylphosphoniumbromid schmilzt nach dem Umkristallisieren aus Aceton bei 186-1870CO]S1 55,1° (c = 1
in Chloroform).
Beispiel 16
5,16 g [3R]-3-Hydroxy-0-ionylidenäthyItriphenylphosphoniumchlorid und 1,49 g y-Acetoxytiglinaldehyd werden in 120 ml Methylenchlorid gelöst. Die Lösung 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-HydroxyretinyIacetat, 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]-Zeaxanthin übergeführt werden. Die Verseifung der 3-Acetoxygruppe erfolgt am erhaltenen [3R3'R]-O-Acetyl-Zeaxanthin durch Rühren mit 1-n wäßriger Natronlauge und Methylenchlorid bei 50-600C.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. ^^
non der Formel
H,C CH,
V=O
HO
2. Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Ketoisophoron der Formel
CH,
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