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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt 5-Androsten-3β-ol-Steroide und Verfahren für ihre Herstellung
bereit.
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Hintergrund
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Steroid-Intermediate
sind oft bei der Herstellung pharmazeutischer Mittel verwendbar
bzw. nützlich. 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
ist ein Steroid-Intermediat, verwendbar zur Herstellung von Eplerenon.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen liefert die vorliegende Erfindung ein praktisches Pilz-Verfahren
für die
11α-Hydroxylierung
von 5-Androsten-3β-ol-17-on
und anderen zugehörigen
Analoga der allgemeinen Formel (I), um 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
und andere zugehörige
Analoga der allgemeinen Formel (IV) zu ergeben.
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In
einem weiteren Aspekt bietet die Erfindung ein 7β,11α-Dihydroxysteroid der Formel
(IV)
worin R
3 ist:
worin R4 H oder C1-C5-Alkyl ist;
worin R17 und
R18 zusammen =O bilden oder
worin R17 und R18 zusammen
mit dem C17-Kohlenstoffatom des Steroidgerüsts, an welches sie gebunden
sind, einen Lactonring der folgenden Formel bilden:
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Ein
Beispiel des 7β,11α-Dihydroxysteroids
der Formel (IV) ist 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on.
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In
einem noch weiteren Aspekt bietet die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines 7β,11α-Dihydroxysteroids
der Formel (IV)
worin R
3 ist:
worin R4 H oder C1-C5-Alkyl ist;
worin R17 und
R18 zusammen =O bilden oder
worin R17 und R18 zusammen
mit dem C17-Kohlenstoffatom des Steroidgerüsts, an welches sie gebunden
sind, einen Lactonring der folgenden Formel bilden, wobei das Verfahren
folgendes umfasst: - (1) In-Kontakt-Bringen eines
7β-Hydroxysteroids
der Formel (II) worin R3,
R17 und R18 wie
oben definiert sind und worin Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, mit 11α-Hydroxylase von
Aspergillus, zum Beispiel Aspergillus ochraceus. Ein Beispiel des
7β,11α-Dihydroxysteroids
(IV) ist 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on.
Das Verfahren des In-Kontakt-Bringens kann mittels Fermentation,
Zellkonzentrat, ganzer Zellen oder zellfreier Reaktion sein bzw.
geschehen.
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In
einem noch weiteren Aspekt bietet die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines 7β,11α-Dihydroxysteroids
der Formel (IV)
worin R
3 ist:
worin R4 H oder C1-C5-Alkyl ist;
worin R17 und
R18 zusammen =O bilden oder
worin R17 und R18 zusammen
mit dem C17-Kohlenstoffatom des Steroidgerüsts, an welches sie gebunden
sind, einen Lactonring der folgenden Formel bilden, wobei das Verfahren
folgendes umfasst: - (1) In-Kontakt-Bringen eines Δ5-Steroids
der Formel (I) worin R3,
R18 und R17 wie
oben definiert sind und worin Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, mit 7β-Hydroxylase von
Diplodia, zum Beispiel Diplodia gossypina, um ein 7β-Hydroxysteroid der
Formel (II) zu erzeugen, worin R3,
R17 und R18 wie
oben definiert sind; und
- (2) In-Kontakt-Bringen des 7β-Hydroxysteroids
(II) aus Schritt (1) mit 11α-Hydroxylase von Aspergillus,
zum Beispiel Aspergillus ochraceus. Ein Beispiel des 7β,11α-Dihydroxysteroids
(IV) ist 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on.
Das Verfahren zur Herstellung eines 7β,11α-Dihydroxysteroids (IV), wobei
man das 7β-Hydroxysteroid
(II) von Schritt (1) vor dem In-Kontakt-Bringen von Schritt (2)
nicht isolieren kann.
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In
einem weiteren Aspekt bietet die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines 7β,11α-Dihydroxysteroids
der Formel (IV)
worin R
3 ist:
worin R4 H oder C1-C5-Alkyl ist;
worin R17 und
R18 zusammen =O bilden oder
worin R17 und R18 zusammen
mit dem C17-Kohlenstoffatom des Steroidgerüsts, an welches sie gebunden
sind, einen Lactonring der folgenden Formel bilden, wobei das Verfahren
Folgendes umfasst: - (1) In-Kontakt-Bringen eines Δ5-Steroids
der Formel (I) worin R3,
R18 und R17 wie
oben definiert sind und worin Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, mit der/den 7β,11α-Hydroxylase(n)
von Absidia, zum Beispiel Absidia coerulea. Ein Beispiel des 7β,11α-Dihydroxysteroids
(IV) ist 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on.
Das Verfahren des In-Kontakt-Bringens kann mittels Fermentation,
Zellkonzentrat, ganzer Zellen oder zellfreier Reaktion sein bzw.
geschehen.
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Ausführungsformen
jedes Aspekts der Erfindung können
ein oder mehrere der folgenden einschließen. R
3 ist
H. R
3 ist -C(O)-CH
3.
R
3 ist -C(O)-H. R
17 und
R
18 bilden =O. R
17,
R
18 und das C17-Kohlenstoffatom des Steroidgerüsts bilden
den oben gezeigten Lactonring. Der Lactonring weist die α- und β-Stereochemie, gezeigt
in der folgenden Formel, auf:
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DEFINITIONEN UND KONVENTIONEN
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Die
Definitionen und Erklärungen
unten gelten für
die Ausdrücke,
wie sie durch das gesamte Dokument hindurch verwendet werden, einschließlich sowohl
der Beschreibung und der Ansprüche.
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KONVENTIONEN
FÜR FORMELN
UND DEFINITIONEN VON VARIABLEN
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Die
chemischen Formeln, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verschiedene
Verbindungen oder molekulare Fragmente repräsentieren, können zusätzlich zu
ausdrücklich
definierten strukturellen Eigenschaften variable Substituenten enthalten.
Diese variablen Substituenten sind durch einen Buchstaben definiert
oder einen Buchstaben, gefolgt von einem numerischen Subskript,
zum Beispiel „Zi" oder „Ri",
wobei „i" eine ganze Zahl
ist.
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DEFINITIONEN
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Die
unten stehenden Definitionen und Erklärungen gelten für die Ausdrücke, die
durch dieses gesamte Dokument hindurch, einschließlich sowohl
der Beschreibung als auch der Ansprüche, verwendet werden.
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Alle
Temperaturen sind in Grad Celsius.
- U.p.M.
- bezieht sich auf Umdrehungen
pro Minute.
- DC
- bezieht sich auf Dünnschicht-Chromatographie.
- HPLC
- bezieht sich auf Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie.
- psig
- bezieht sich auf „pounds
per square inch gage".
- DO
- bezieht sich auf gelösten Sauerstoff
(„dissolved
oxygen").
- RO
- bezieht sich auf Revers-Osmose.
- SLM
- bezieht sich auf Standard-Liter
pro Minute.
- VVM
- bezieht sich auf Volumen
pro Minute.
- OUR
- bezieht sich auf Sauerstoff-Aufnahmerate
(„oxygen
uptake rate").
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Wenn
Lösungsmittelgemische
verwendet werden, sind die Verhältnisse
verwendeter Lösungsmittel Volumen/Volumen
(V/V).
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen betrifft die Erfindung 7β,11α-Dihydroxysteroide und Verfahren
für ihre
Herstellung. Verbindungen dieser Erfindung können bei der Herstellung von
Eplerenon verwendet werden. Schema I illustriert ein mögliches
Verfahren zur Verwendung eines 7β,11α-Dihydroxysteroids,
um Eplerenon herzustellen.
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Bezug
nehmend auf Schema I kann Intermediat 2 hergestellt werden durch
Zugeben von Hexamethyldisilazan (HMDS) (100 ml) zu einer gerührten Aufschlämmung von
50,0 g Triol 1 in 400 ml Methylenchlorid. Saccharin (0,57 g) wird
dann zugegeben, und das Gemisch wird unter Rückfluss 3 Stunden lang erwärmt, während welcher
Zeit die Aufschlämmung
sich schrittweise zu einer klaren, bernsteinfarbenen Lösung auflösen wird.
Wasser (5 ml) wird zugegeben, um irgendwelches überschüssiges HMDS zu quenchen. Nach
5 Minuten bei Rückfluss
wird das Gemisch durch eine CH2Cl2-nasse Schicht aus 32,6 g Magnesol auf einem
350 ml-Grobfrittenfiltertrichter filtriert. Das Filtrat sollte klar
und nahezu farblos sein. Der Filterkuchen wird mit 2 × 100 ml
CH2Cl2 gewaschen.
Die vereinigten Filtrate werden unter reduziertem Druck filtriert
und verbleibendes Methylenchlorid wird entfernt durch Evaporieren
mit 2 × 500
ml Portionen Tetrahydrofuran (THF), Konzentrieren zur Trockene nach
jeder Zugabe, um einen weißen
Feststoff zu ergeben.
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Eine
Suspension von Kalium-t-butoxid (42,0 g) in 500 ml THF wird mit
einem Eis/Methanol-Bad auf –9° ± 5°C abgekühlt. Acetylen
wird mit moderatem Rühren
für wenigstens
1 Stunde knapp unter der Oberfläche
in die Mischung geperlt. Das silylierte Steroid-Intermediat von
oben in THF (400 ml) wird über
30 min. zugegeben, während
eine Reaktionstemperatur von 0° ± 5°C aufrechterhalten
wird. Nach der Zugabe wird das Gemisch eine weitere Stunde lang
bei 5° ± 5°C gerührt. Wasser
(100 ml) wird langsam zugegeben, was dem Reaktionsgemisch erlaubt,
sich auf 15° ± 5°C zu erwärmen. 125
ml 10% HCl werden langsam zugegeben, um den pH auf 2,5 bis 3 zu
erniedrigen. Das Gemisch wird bei pH 2,5 bis 3 1 bis 2 Stunden bei
20°C ± 5°C gerührt, wobei kleine
Mengen 5%-iger HCl, wie erforderlich, um einen pH von 2,5 bis 3
beizubehalten, zugegeben werden. Wenn die Hydrolyse komplett ist,
wird halbgesättigte
NaHCO3-Lösung zugeben,
um den pH auf 5,5 bis 6 zu erhöhen.
Das Gemisch wird mit Ethylacetat (500 ml) verdünnt und die Phasen getrennt.
Die wässrige
Phase wird mit Ethylacetat extrahiert und die vereinigten Ethylacetatphasen
werden mit Wasser, Salzlösung
gewaschen, über
Magnesiumsulfat getrocknet und konzentriert, um das Additionsprodukt
2 zu ergeben.
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Das
Intermediat 2 kann durch Auflösen
von Tetraol 2 (50,00 g, 144 mmol) in Pyridin (150 ml) und Abkühlen des
resultierenden Gemisches auf < 10°C in einem
Eisbad acyliert werden. Dimethylaminopyridin (DMAP) (1,7 g, 14 mmol)
wird zugegeben, gefolgt von langsamer Zugabe von Essigsäureanhydrid
(41,4 ml, 439 mmol) bei einer Rate, um die Lösungstemperatur unterhalb von
10°C beizubehalten.
Auf die Zugabe folgend wird das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur
erwärmt.
Das Gemisch wird mit Ethylacetat (75 ml) und Wasser (50 ml) verdünnt, 5 Minuten
lang gerührt
und die Schichten bzw. Phasen werden getrennt. Die organische Phase
wird mit 10% HCl (4 × 25
ml), gefolgt von H2O (2 × 50 ml) gewaschen, über MgSO4
getrocknet und konzentriert. Das Produkt wird aus Toluol (100 ml)
umkristallisiert.
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Hydroformylierung
des acylierten Intermediats 3 kann produziert werden durch Erwärmen von
Verbindung 3 (25,4 g, 54 mmol) mit PPh3 (2,13
g, 8,1 mmol) und Rh2(OAc)4 (716
mg, 1,62 mmol) in Ethylacetat (200 ml) auf etwa 80°C unter einem
1/1-Gemisch von Wasserstoff/Kohlenmonoxid bei einem Druck von 170
psi für 12
Stunden. Das Gemisch wird unter reduziertem Druck konzentriert und
das Produkt 4 durch Säulenchromatographie
(70/30 EtOAc/Hex und 500 g Silica) gereinigt.
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Oxidation
der Lactolverbindung 4 kann durch Mischen des Lactols 4 (25 g, 50
mmol), von Methylenchlorid (250 ml), Wasser (38 ml), 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1oxyl
(TEMPO) (156 mg, 1 mmol), KBr (595 mg, 5 mmol) und NaHCO3 (5,5 g, 65 mmol) und Abkühlen des
Gemisches auf ≤ 10°C in einem
Eisbad erreicht werden. Eine Lösung
von 1,1 M Natriumhypochlorit (NaOCl) (50 ml, 55 mmol) wird langsam
zugegeben. Das Gemisch wird auf Raumtemperatur erwärmen gelassen
und mit Wasser (50 ml) verdünnt.
Die Phasen werden getrennt und die organische Phase mit Salzlösung (2 × 50 ml)
gewaschen. Die organische Phase wird mit MgSO4 getrocknet,
filtriert und konzentriert, um 5 als einen cremefarbenen Schaum
hervorzubringen.
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Das
Erwärmen
eines Gemisches des Triacetats 5 (2,0 g), von Pd(dppp)Br2 (126 mg), Diisopropylamin (0,78 ml), Et4NBr (260 mg), NaBr (1,09 g) in 20 ml Methanol
unter 1200 psi CO bei 65°C
für zwölf Stunden, gefolgt
von Kühlen,
Konzentrieren und Chromatographieren des Rückstands an Silicagel mit 40–75% Ethylacetat/Hexan
ergibt den Methylester 6.
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Eine
Lösung
des Diacetylesters 6 (5,01 g) in 0,15 N Kaliumcarbonat in Methanol
(50 ml) wird bei Raumtemperatur gerührt und die Reaktion mittels
TC überwacht.
Wenn das Ausgangsmaterial 6 nicht mehr detektiert wird, wird das
Gemisch mit Wasser (200 ml) verdünnt
und mit Ethylacetat (3 × 200
ml) extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden mit Wasser (100
ml), Salzlösung
(100 ml) gewaschen, über
Magnesiumsulfat getrocknet und bei reduziertem Druck zur Trockene
konzentriert. Der Rückstand
wird chromatographiert über
Silicagel mit Ethylacetat/Hexan ergibt die 3-Hydroxyverbindung 7.
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Ein
Gemisch des Alkohols 7 (6,0 g), von CH2Cl2 (40 ml), Wasser (9,0 ml), 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-oxyl
(TEMPO) (38 mg), KBr (142 mg) und Natriumbicarbonat (4,0 g) wird
auf 5°C
abgekühlt.
Zu diesem Gemisch werden langsam 14,1 ml 1,1 M NaOCl zugegeben.
Nach der Zugabe wird das Gemisch eine zusätzliche Stunde lang rühren gelassen
und mit verdünnter
HCl angesäuert.
Das Produkt 8 wird mit CH2Cl2 isoliert.
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Eine
Lösung
der Verbindung 8 (5,01 mg) in 0,15 N Kaliumcarbonat in Methanol
(50 ml) wird bei Raumtemperatur gerührt und die Reaktion mit DC überwacht.
Wenn das Ausgangsmaterial 8 nicht mehr detektiert wird, wird das
Gemisch mit Wasser (200 ml) verdünnt
und mit Ethylacetat (3 × 200
ml) extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden mit Wasser (100
ml), Salzlösung
(100 ml) gewaschen, über
Magnesiumsulfat getrocknet und bei reduziertem Druck zur Trockene
konzentriert. Der Rückstand
wird über
Silicagel mit Ethylacetat/Hexan chromatographiert, um Verbindung
9 zu ergeben.
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PCl5 (1,08 g) wird zu einer Lösung der
Verbindung 9 in THF bei –51°C gegeben,
was in einer Temperaturerhöhung
auf –48°C resultiert.
Nach 2 Stunden wird das Gemisch in wässriges NaHCO3 gegossen
und mit EtOAc extrahiert und konzentriert. Das Material wurde auf
Silicagel mit EtOAc/Hexan chromatographiert, um die Dienverbindung
10 hervorzubringen.
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Eperlenon
wird durch Epoxidierung von Verbindung 10 mittels bekannter Verfahren,
beschrieben beispielsweise in US-Patent Nrn. 4 559 332 und 5 981
744, deren Inhalte in ihrer Gesamtheit mittels Referenz hierin inkorporiert
sind, hergestellt.
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Bezug
nehmend auf Diagramm A können
Androst-5-en-17-on-Verbindungen der Formel (I) über Pilz-Reaktionen in unterschiedliche
Steroid-Intermediate umgewandelt werden. Beispielsweise erzeugt In-Kontakt-Bringen
von Androst-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (I), wo Z1-Z2 entweder
eine Einfachbindung oder eine Dop pelbindung ist, mit Diplodia gossypina
7β-Hydroxyandrost-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (II). 11α-Hydroxyandrost-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (III) werden erzeugt durch In-Kontakt-Bringen von Androst-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, mit Aspergillus ochraceus. Überraschenderweise erzeugt
das In-Kontakt-Bringen von 11α-Hydroxyandrost-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (III) mit Diplodia gossypina nicht die 7β,11α-Dihydroxyandrost-5-en-17-on-Verbindungen der
Formel (IV), wohingegen das In-Kontakt-Bringen von 7β-Hydroxyandrost-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (II), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, mit Aspergillus ochraceus 7β,11α-Dihydroxyandrost-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (IV) produziert. Unerwartet produziert das In-Kontakt-Bringen
von Androst-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, mit Absidia coerulea direkt 7β,11α-Dihydroxyandrost-5-en-17-on-Verbindungen
der Formel (IV).
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Die
Fadenpilz-Reaktanten gehören
zu den Genera Dipodia (Synonyme Botryodiplodia, Lasiodiplodia), Aspergillus
und Absidia coerulea und werden im Allgemeinen durch eine primäre und eine
sekundäre
vegetative Impfstufe hergestellt. Das sekundäre Impfgut wird verwendet,
um die Steroid-Bioumwandlungsstufe anzuimpfen.
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Die
hierein offenbarten Verfahren können
verwendet werden, um Steroidverbindungen der Formel (I), (II), (III)
und (IV) herzustellen, die als Intermediate für die Herstellung von pharmazeutisch
aktiven Steroiden, wie zum Beispiel Aldosteronrezeptor-Antagonisten verwendbar
sind. Zusätzlich
ist 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on
(Formel II, worin R3 ein Wasserstoff ist
und R17 und R18 zusammen
ein Keton sind und Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist) ein attraktives Intermediat für die Synthese
von 5-Androsten-3β-ol-7,17-dion, einem
kommerziell erhältlichen
Steroid-Supplement, bei dem postuliert worden ist, dass es nützliche
Effekte auf Herzerkrankungen, Immunfunktion, Altern und allgemeines
Wohlbefinden aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
des 7b-Hydroxylierungsschritts
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Steroidverbindungen
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung oder eine Doppelbindung ist, werden mikrobiologisch
an der 7-Position hydroxyliert, um Steroidverbindungen der Formel
(II) zu erzeugen, wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung oder eine Doppelbindung ist.
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Jeder
filamentöse
Pilz bzw. Fadenpilz vom Genus Diplodia, Botryodiplodia oder Lasiodiplodia,
fähig zum
7β-Hydroxylieren
von Steroiden der Formel (I), kann in dem Erfindungsverfahren verwendet
werden. Vorzugsweise werden Diplodia gossypina ATCC 20571 (Synonym
Botryodiplodia theobromae IFO 6469) oder Botryodiplodia malorum
ATCC 24444 (Synonym CBS 134.50) verwendet. Bevorzugter wird Diplodia
gossypina ATCC 20571 (Synonym Botroydiplodia theobromae IFO 6469)
verwendet.
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Die
Pilz-Hydroxylase kann in der Form einer aktiv wachsenden Kultur,
eines Konzentrats ganzer Zellen oder eines zellfreien Extraktes
eingesetzt werden. Vorzugweise wird der Pilz in Flüssigkultur
unter aeroben Bedingungen unter Verwendung eines beliebigen im Fachgebiet
anerkannten Verfahrens kultiviert und die 7β-Hydroxylierungsreaktion in
situ durchgeführt.
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Der
gewünschte
Pilz kann kultiviert werden unter Bedingungen, dargelegt in BEISPIELEN
1 und 2 unter Verwendung der angegebenen Inhaltsstoffe, oder anderer
geeigneter Kohlenstoff- und Stickstoffquellen, wie sie dem Fachmann
bekannt sind. Im Allge meinen wird eine Prozedur mit primärem und
sekundärem
vegetativem Impfgut bei der Herstellung für die Pilz-7β-Hydroxylierung
verwendet. Alternativ kann ein primäres vegetatives Impfgut direkt
verwendet werden, um Bioumwandlungsmedien anzuimpfen.
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Primäre vegetative
Impfkulturen können über einen
Zeitraum von etwa 24 bis etwa 96 Stunden (vorzugsweise etwa 48–72 Stunden)
bei einer Temperatur zwischen etwa 20'' und
etwa 37° (vorzugsweise
etwa 28°)
und einem pH zwischen etwa 3,0 und etwa 7,5 inkubiert werden. Sekundäres vegetatives
Impfgut-Medium wird mit etwa 0,006% bis etwa 0,1% (V/V) primärer vegetativer
Impfkultur, jedoch typischerweise etwa 0,012% (V/V) angeimpft und über einen
Zeitraum von etwa 36 bis etwa 72 Stunden (vorzugsweise etwa 60 Stunden) bei
einer Temperatur zwischen etwa 20° und
etwa 37° (vorzugsweise
etwa 28°)
inkubiert. Der pH des Sekundär-Impfgutmediums
kann zwischen etwa 2,5 und etwa 7,0 sein, jedoch vorzugsweise zwischen
etwa 3,0 und etwa 5,0. Das Bioumwandlungsmedium, welches das gleiche
wie das sekundäre
vegetative Impfgutmedium sein kann oder ähnlich dazu sein kann, wird
mit etwa 1% bis etwa 10% (V/V) sekundärer vegetativer Impfkultur (vorzugsweise
etwa 3% bis etwa 5%) angeimpft. Nach einem anfänglichen Inkubationszeitraum
von etwa 12 bis etwa 72 Stunden (vorzugsweise etwa 16 bis etwa 24
Stunden) werden Steroidsubstrate der Formel (I), vorzugsweise mikronisiert,
zu der Bioumwandlungskultur zugegeben. Mikronisierte Steroidsubstrate
der Formel (I) können
als ein trockenes Pulver oder eine wässrige Aufschlämmung, entweder
als Einzelzugabe, eine Reihe von Zugaben oder eine kontinuierliche
Zuführung,
zugegeben werden. Es ist bevorzugt, die mikronisierten Steroidsubstrate
der Formel (I) bei einer Konzentration größer als 1 g/l, bevorzugter
größer als
2,5 g/l, noch stärker
bevorzugt größer als
5 g/l, zu verwenden. Die biologische Umwandlung von Steroidsubstraten
der Formel (I), um entsprechend 7β-hydroxylierte
Produkte der Formel (II) zu bilden, wird zwischen etwa 2 und etwa 6
Tage lang, jedoch typischerweise etwa 3 bis etwa 4 Tage lang, fortschreiten
gelassen.
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Die
Rate und das Ausmaß von
7β-Hydroxylierung
kann in großem
Ausmaß verbessert
werden durch: (i) Kultivieren des ausgewählten Pilzes und Durchführen der
biologischen Stoffumwandlung bzw. Bioumwandlung in Gegenwart eines
Detergens. Das Detergens kann ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend
aus nicht-ionischen Detergentien, jedoch vorzugsweise den Untergruppen,
bestehend aus ethoxylierten Al kylphenolen und Polyoxyethylensorbitanestern.
Bevorzugter wird Polyoxyethylensorbitanmonooleat verwendet; (ii) Kultivieren
des ausgewählten
Pilzes und Durchführen
der biologischen Stoffumwandlung in Gegenwart eines natürlichen Öls. Das
natürliche Öl kann ausgewählt sein
aus, ist jedoch nicht beschränkt
auf, der/die Gruppe bestehend aus Rizinusöl, Maiskeimöl, Baumwollsamenöl, Schweineschmalzöl, Leinsamenöl, Olivenöl, Erdnussöl, Rapssamenöl, Distelsamenöl, Sojabohnenöl, Sonnenblumensamenöl und Weizenkeimöl. Vorzugsweise
wird Sojabohnenöl
verwendet; (iii) Verwenden einer Kombination der in (i) und (ii)
identifizierten Methodologien.
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Sobald
die biologische Umwandlung von Steroidsubstraten der Formel (I)
zu 7β-hydroxylierten Produkten
der Formel (II) abgeschlossen ist, können Verbindungen der Formel
(II) unter Verwendung irgendeines einer Anzahl im Fachgebiet anerkannter
Verfahren isoliert werden. Vorzugsweise werden filtrierte oder zentrifugierte
Bierfeststoffe unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels
wie zum Beispiel Methanol, Aceton, Butylacetat oder Methylenchlorid
extrahiert und wird das 7β-hydroxylierte
Produkt der Formel (II) mittels Kristallisation isoliert. Die Kristallisationslösungsmittel
schließen
ein Lösungsmittel
ein, ausgewählt
aus, jedoch nicht beschränkt
auf, der/die Gruppe bestehend aus Wasser, Methanol, Aceton, Butylacetat,
Methylenchlorid oder Kombinationen davon. Das bevorzugte Extraktions-
und Kristallisationslösungsmittel
für das
7β-hydroxylierte Produkt
von Formel (II) ist Methylenchlorid.
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Detaillierte Beschreibung
des 11α-Hydroxylierungsschritts
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Steroidverbindungen
der Formel (I) oder (II), wo Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, werden mikrobiologisch an
der 11-Position hydroxyliert, um Steroidverbindungen der Formel
(III) bzw. (IV) herzustellen.
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Jeder
filamentöse
Pilz des Genus Aspergillus, fähig
zum 11α-Hydroxylieren
von Steroiden der Formel (I) oder (II), wo Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, kann in dem Erfindungsprozess
verwendet werden. Vorzugsweise wird Aspergillus ochraceus ATCC 18500
(Synonym NRRL 405) verwendet.
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Die
Pilz-Hydroxylase kann in der Form einer aktiv wachsenden Kultur,
eines Ganzzellkonzentrats oder eines zellfreien Extraktes eingesetzt
werden. Vorzugsweise wird der Pilz in Flüssigkeitskultur unter aeroben Bedingungen
unter Verwendung eines beliebigen, im Fachgebiet anerkannten Verfahrens
kultiviert und wird die 11α-Hydroxylierungsreaktion
in situ durchgeführt.
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Der
gewünschte
Pilz kann kultiviert werden unter Bedingungen, dargelegt in BEISPIELEN
3 und 4, unter Verwendung der angegebenen Inhaltsstoffe oder anderer
geeigneter Kohlenstoff- und Stickstoffquellen, wie sie dem Fachmann
bekannt sind. Im Allgemeinen wird eine Prozedur mit primärem und
sekundärem
vegetativem Impfgut bei der Zubereitung für die Pilz-11α-Hydroxylierung
verwendet. Alternativ kann ein primäres vegetatives Impfgut direkt
verwendet werden, um die Bioumwandlungsmedien anzuimpfen.
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Primäre vegetative
Impfkulturen können über einen
Zeitraum von etwa 24 bis etwa 96 Stunden (vorzugsweise etwa 48–72 Stunden)
bei einer Temperatur zwischen etwa 20° und etwa 37° (vorzugsweise etwa 28°) und einem
pH zwischen etwa 3,0 und etwa 7,5 inkubiert werden. Sekundäres vegetatives
Impfgut-Medium wird mit etwa 0,006% bis etwa 0,1% (V/V) primärer vegetativer
Impfkultur, jedoch typischerweise etwa 0,012% (V/V), angeimpft und über einen
Zeitraum von etwa 36 bis etwa 72 Stunden (vorzugsweise etwa 60 Stunden) bei
einer Temperatur zwischen etwa 20° und
etwa 37° (vorzugsweise
etwa 28°)
inkubiert. Der pH des Sekundär-Impfgutmediums
kann zwischen etwa 2,5 und etwa 7,0 sein, jedoch vorzugsweise zwischen
etwa 3,0 und etwa 5,0. Das Bioumwandlungsmedium, welches das gleiche
wie das sekundäre
vegetative Impfgutmedium sein kann oder ähnlich dazu sein kann, wird
mit etwa 1% bis etwa 10% (V/V) sekundärer vegetativer Impfkultur (vorzugsweise
etwa 3% bis etwa 5%) angeimpft. Nach einem anfänglichen Inkubationszeitraum
von etwa 12 bis etwa 72 Stunden (vorzugsweise etwa 16 bis etwa 24
Stunden) werden Steroidsubstrate der Formel (I) oder der Formel
(II), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, zu der Bioumwandlungskultur gegeben. Vorzugsweise
sind die Substrate mikronisiert. Mikronisierte Steroidsubstrate
der Formel (I) oder (II), wo Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, können als
ein trockenes Pulver oder eine wässrige
Aufschlämmung,
entweder als Einzelzugabe, eine Reihe von Zugaben oder eine kontinuierliche
Zuführung,
zugegeben werden. Es ist bevorzugt, die mikronisierten Steroidsubstrate
der Formel (I) oder (II), wo Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, bei einer Konzentration
größer als 1
g/l, bevorzugter größer als
2,5 g/l, noch stärker
bevorzugt größer als
5 g/l, zu verwenden. Die biologische Umwandlung der Steroidsubstrate
der Formel (I) oder (II), wo Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, um 11α-hydroxylierte
Produkte der Formel (III) bzw. (IV) zu bilden, wird zwischen etwa
1 und etwa 6 Tage lang, jedoch typischerweise etwa 2 bis etwa 3
Tage lang, fortschreiten gelassen.
-
Die
Rate und das Ausmaß an
11α-Hydroxylierung
kann in großem
Ausmaß verbessert
werden durch: (i) Kultivieren des ausgewählten Pilzes und Durchführen der
biologischen Umwandlung in Gegenwart eines Detergens. Das Detergens
kann ausgewählt
sein aus der Gruppe bestehend aus nicht-ionischen Detergentien, jedoch
vorzugsweise den Untergruppen, bestehend aus ethoxylierten Alkylphenolen
und Polyoxyethylensorbitanestern. Bevorzugter wird Octylphenoxypolyethoxyethanol
oder Nonlyphenoxypolyethoxyethanol verwendet; (ii) Kultivieren des
ausgewählten
Pilzes und Durchführen
der biologischen Umwandlung in Gegenwart eines natürlichen Öls. Das
natürliche Öl kann ausgewählt sein
aus, ist jedoch nicht beschränkt
auf, der/die Gruppe bestehend aus Rizinusöl, Maiskeimöl, Baumwollsamenöl, Schweineschmalzöl, Leinsamenöl, Olivenöl, Erdnussöl, Rapssamenöl, Distelsamenöl, Sojabohnenöl, Sonnenblumensamenöl und Weizenkeimöl. Vorzugsweise
wird Sojabohnenöl
verwendet; (iii) Verwenden einer Kombination der in (i) und (ii)
identifizierten Methodologien.
-
Sobald
die biologische Umwandlung von Steroidsubstraten der Formel (I)
oder (II), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, zu 11α-hydroxylierten
Produkten der Formel (III) oder (IV) abgeschlossen ist, können Verbindungen
der Formel (III) oder (IV) unter Verwendung irgendeines einer Anzahl
im Fachgebiet anerkannter Verfahren isoliert werden. Vorzugsweise
werden filtrierte oder zentrifugierte Bierfeststoffe oder Gesamtbiere
unter Verwendung eines wassermischbaren organischen Lösungsmittels
wie zum Beispiel Methanol oder Aceton bei Temperaturen von bis zu
15°C niedrig
oder bis zu 55°C
hoch extrahiert. Die bevorzugte Extraktionstemperatur ist etwa 45–50°C. Das rohe
11α-hydroxylierte Produkt
der Formel (III) oder (IV) wird erzeugt durch evaporative Kristallisation,
um das organische Lösungsmittel
zu entfernen, und Abkühlen.
Das bevorzugte Extraktionslösungsgemisch
ist 80–85%
Aceton/15–20%
Wasser. Die eingesetzte wässrige
Flüssigkeit
wird verworfen.
-
Rohes
kristallines 11α-hydroxyliertes
Produkt der Formel (III) oder (IV) wird gereinigt durch Kohlenstoffbehandlung
und Kristallisation. Es ist bevorzugt, dass die Kohlenstoff-Behandlung und nachfolgende
Kristallisation unter Verwendung eines wassermischbaren Lösungsmittels,
ausgewählt
aus, aber nicht beschränkt auf,
der/die Gruppe bestehend aus Methanol oder Aceton, ausgeführt wird.
Das bevorzugte Lösungsmittel
für Kohlenstoffbehandlung/Kristallisation
ist Methanol. Nach dem Entfernen von Kohlenstoff bzw. Kohle mittels
Filtration wird die Kristallisation durch Evaporieren des Lösungsmittels
und Kühlen
durchgeführt.
-
Verbindungen
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Doppelbindung ist, können
durch Eliminieren des 11α-Hydroxyls
aus dem Produkt der Formel (III) unter Verwendung bekannter chemischer
Verfahren hergestellt werden.
-
Detaillierte Beschreibung
des 7β,11α-Dihydroxylierungsschritts
-
Steroidverbindungen
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, werden in einem einzelnen Schritt mikrobiologisch
an der 7- und 11-Position hydroxyliert, um Steroidverbindungen der
Formel (IV) herzustellen.
-
Jeder
filamentöse
Pilz des Genus Absidia, fähig
zum 7β,11α-Dihydroxylieren
von Steroiden der Formel (I), wo Z1-Z2 eine Einfachbindung ist, kann in dem Erfindungsverfahren
verwendet werden. Vorzugsweise wird Absidia coerulea ATCC 6647 (Synonym
Absidia orchidis) verwendet.
-
Die
Pilz-Hydroxylase(n) kann/können
in der Form einer aktiv wachsenden Kultur, eines Ganzzellkonzentrats
oder eines zellfreien Extraktes verwendet werden. Vorzugsweise wird
der Pilz in Flüssigkultur
unter aeroben Bedingungen unter Verwendung irgendeines im Fachgebiet
anerkannten Verfahrens kultiviert und die 7β,11α-Hydroxylierungsreaktionen werden
in situ durchgeführt.
-
Der
gewünschte
Pilz kann kultiviert werden unter Bedingungen, dargelegt in BEISPIEL
5, unter Verwendung der angegebenen Inhaltsstoffe oder anderer geeigneter
Kohlen stoff- und Stickstoffquellen, wie sie dem Fachmann bekannt
sind. Im Allgemeinen wird eine Prozedur mit primärem und sekundärem vegetativem Impfgut
bei der Zubereitung für
die Pilz-7β,11α-Dihydroxylierung
verwendet. Alternativ kann ein primäres vegetatives Impfgut direkt
verwendet werden, um Bioumwandlungsmedien anzuimpfen.
-
Primäre vegetative
Impfkulturen können über einen
Zeitraum von etwa 24 bis etwa 96 Stunden (vorzugsweise etwa 48–72 Stunden)
bei einer Temperatur zwischen etwa 20° und etwa 37° (vorzugsweise etwa 28°) und einem
pH zwischen etwa 3,0 und etwa 7,5 inkubiert werden. Sekundäres vegetatives
Impfgut-Medium, welches das gleiche sein kann wie oder ähnlich sein
kann zu das/dem primäres
vegetatives Impfgut-Medium, wird mit etwa 0,006% bis etwa 0,1% (V/V)
primärer
vegetativer Impfkultur angeimpft, jedoch typischerweise etwa 0,012%
(V/V), und über
einen Zeitraum von etwa 36 bis etwa 96 Stunden (vorzugsweise etwa
70 bis 80 Stunden) bei einer Temperatur zwischen etwa 20° und etwa
37° (vorzugsweise
etwa 28°)
inkubiert. Der pH des sekundären
Impfgut-Mediums kann zwischen etwa 2,5 und etwa 7,0 sein, jedoch
vorzugsweise zwischen etwa 3,0 und etwa 7,0. Das Bioumwandlungsmedium,
welches das gleiche wie das sekundäre vegetative Impfgutmedium
sein kann oder ähnlich
dazu sein kann, wird mit etwa 1% bis etwa 10% (V/V) sekundärer vegetativer
Impfkultur (vorzugsweise etwa 3% bis etwa 5%) angeimpft. Nach einem
anfänglichen
Inkubationszeitraum von etwa 12 bis etwa 72 Stunden (vorzugsweise
etwa 15 bis etwa 24 Stunden) werden Steroidsubstrate der Formel
(I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, zu der Bioumwandlungskultur gegeben. Vorzugsweise sind
die Substrate mikronisiert. Mikronisierte Steroidsubstrate der Formel
(I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, können
als ein trockenes Pulver oder eine wässrige Aufschlämmung, entweder
als eine Einzelzugabe, eine Reihe von Zugaben oder eine kontinuierliche
Zuführung,
zugegeben werden. Es ist bevorzugt, die mikronisierten Steroidsubstrate
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, bei einer Konzentration größer als 1 g/l, bevorzugter
größer als
2,5 g/l, noch stärker
bevorzugt größer als
5 g/l, zu verwenden. Die biologische Umwandlung von Steroidsubstraten
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, um 11α-hydroxylierte
Produkte der Formel (IV) zu bilden, wird zwischen etwa 2 und etwa
9 Tage lang, jedoch typischerweise etwa 5 bis etwa 7 Tage lang,
fortschreiten gelassen. Sobald die biologische Umwandlung der Steroidsubstrate
der Formel (I), wo Z1-Z2 eine
Einfachbindung ist, zu 7β,11α-dihydroxylierten
Produkten der Formel (IV) abgeschlossen ist, können Verbindungen der Formel
(IV) unter Verwendung irgendeines einer Anzahl von im Fachgebiet
anerkannter Verfahren isoliert werden. Vorzugsweise werden filtrierte
oder zentrifugierte Bierfeststoffe oder Gesamtbiere unter Verwendung
eines wassermischbaren organischen Lösungsmittels wie zum Beispiel
Methanol oder Aceton bei Temperaturen von bis zu etwa 15°C niedrig
oder bis zu etwa 55°C
hoch extrahiert. Die bevorzugte Extraktionstemperatur ist etwa 45–50°C. Das rohe
7β,11α-dihydroxylierte
Produkt der Formel (IV) wird durch evaporative Kristallisation,
um das organische Lösungsmittel
zu entfernen, und Abkühlen
erzeugt. Das bevorzugte Extraktionslösungsmittelgemisch ist 80%
Aceton/20% Wasser. Die eingesetzte wässrige Flüssigkeit wird verworfen.
-
Rohes
kristallines 7β,11α-dihydroxyliertes
Produkt der Formel (IV) wird gereinigt durch ein Methylenchlorid-Verreiben,
um ungewünschte
Verunreinigungen zu entfernen, gefolgt von Kohlenstoffbehandlung
und Kristallisation. Es ist bevorzugt, dass die Kohlenstoff Behandlung
und nachfolgende Kristallisation unter Verwendung eines wassermischbaren
Lösungsmittels,
ausgewählt
aus, aber nicht beschränkt
auf, der/die Gruppe bestehend aus Methanol oder Aceton oder Gemischen,
ausgeführt
wird. Das bevorzugte Lösungsmittel
für Kohlenstoffbehandlung/Kristallisation
ist Methanol. Nach dem Entfernen von Kohlenstoff bzw. Kohle mittels
Filtration wird die Produktkristallisation durch Evaporieren des
Lösungsmittels
und Kühlen
erzielt.
-
BEISPIELE
-
Ohne
weitere Erläuterungen
wird angenommen, dass ein Fachmann unter Verwendung der voranstehenden
Beschreibungen die vorliegende Erfindung in ihrem vollsten Ausmaß praktizieren
kann. Die folgenden detaillierten Beispiele beschreiben die Herstellung
der verschiedenen Verbindungen und/oder Durchführungen der verschiedenen Verfahren
der Erfindung und sollen als lediglich veranschaulichend ausgelegt
werden und nicht als Beschränkungen
der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise. Der Fachmann
wird prompt geeignete Variationen von den Verfahren, sowohl was
Reaktanten als auch Reaktionsbedingungen und -techniken betrifft,
erkennen.
-
3β-Hydroxyandrost-5-en-17-on,
auch als 5-Androsten-3β-ol-17-on
bezeichnet, ist von Jiangsu Wujin Pharmaceuticals, ansässig in
China, erhältlich.
-
BEISPIEL 1
-
- Biologische Umwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on (I, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton
und Z1-Z2 eine Einfachbindung
ist, zu 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on
(II, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton
und Z1-Z2 eine Einfachbindung
ist)
-
Die
Bioumwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on
zu 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on
wird unter Verwendung einer Flüssigkultur
von Diplodia gossypina ATCC 20571 (Synonym Botryodiplodia theobromae
IFO 6469) in einem 10-L-Fermentationsmaßstab durchgeführt.
-
(A) Primär-Impfgut-Stufe
-
Gefrorene
vegetative Zellen von Diplodia gossypina ATCC 20571 werden aufgetaut,
auf Kartoffel-Dextrose-Agar-Platten (PDA) (potato-dextrose-agar
plates) transferiert und bei 28° 72
Stunden lang inkubiert. Einzelne Myzel-Pfropfen („plugs") (6–7 mm Durchmesser)
werden verwendet, um siliconisierte 500 ml-„stippled" Schüttelkolben,
enthaltend 100 ml Primär-Impfgut-Medium
anzuimpfen. Primär-Impfgut-Medium
besteht aus (pro Liter RO-Wasser): Dextrin, 50 g; Sojamehl, 35 g;
Cerelose, 5 g; Cobaltchloridhexahydrat, 2 mg; Siliconentschäumer (SAG
471), 0,5 ml; Vorsterilisations-pH 7,0–7,2, eingestellt mit Natriumhydroxid
(2N). Diplodia gossypina ATCC 20571 wird 48 Stunden lang bei 28° inkubiert,
indem ein Inkubator-Schüttler
mit kontrollierter Umgebung, eingestellt auf 280 UpM verwendet wird
(1''-Kreisschlag).
-
(B) Sekundär-Impfgut-Stufe
-
Zehn
Liter Sekundär-Impfgut-Fermentationen
werden angeimpft unter Verwendung von 1,2 ml vegetativer Primär-Impfkultur
(0,012% [V/V] Animpfrate). Sekundär-Impfgut-Medium enthält (pro Liter RO-Wasser): Cerelose,
60 g; Sojamehl, 25 g; Sojabohnenöl,
30 ml; Magnesiumsulfatheptahydrat, 1 g; Kaliumdihydrogenphosphat,
0,74 g; Polyoxyethylensorbitanmonooleat, 2ml; Siliconentschäumer (SAG
471), 0,5 ml; Vorsterilisations-pH 3,95–4,00, eingestellt mit konzentrierter
Schwefelsäure.
Die Fermentoren, die Sekundär-Impfgut-Medium
enthalten, werden 20 Minuten lang bei 121° unter Verwen dung von sowohl
Mantel- als auch Injektionsdampf sterilisiert. Die Bewegungsrate
während
Sterilisation ist 200 UpM. Nach Sterilisation wird der pH des Mediums
unter Verwendung steriler Schwefelsäure (5%) auf 4,0 eingestellt.
Diplodia gossypina ATCC 20571 wird bei 28° unter Verwendung der folgenden
Ausgangsparameter inkubiert: Bewegung bzw. Schütteln, 100 UpM; Gegendruck
= 5 psig; Luftfluss = 2,5 SLM (0,25 VVM); Niedrig-DO-Einstellpunkt,
30%, pH-Kontrolle, keine. Wenn der DO das erste Mal auf 30% absinkt,
wird der Luftfluss auf 5 SLM erhöht
(0,5 VVM). Wenn die Kultur wiederum niedrigen DO erreicht, werden
30% DO unter Verwendung von Bewegungskontrolle aufrechterhalten.
Sekundär-Impfgut-Kulturen
werden bei ungefähr
60 Stunden nach Animpfen, wenn die OUR zwischen etwa 10 und etwa
15 mM/l/h ist, geerntet.
-
(C) Steroid-Bioumwandlung
-
Zehn
Liter Steroid-Bioumwandlungs-Fermentationen werden unter Verwendung
von 500 ml vegetativer Sekundär-Impfkultur
(5% [V/V] Animpfrate) angeimpft. Steroid-Bioumwandlungs-Medium ist das gleiche wie
Sekundär-Impfgut-Medium.
Sterilisationsbedingungen und pH-Einstellen sind wie für Sekundär-Impfgut-Medium
beschrieben. Diplodia gossypina ATCC 20571 wird bei 28° unter Verwendung
der im wesentlichen gleichen Anfangsparameter wie jene, die für Sekundär-Impfgut-Kultivierung
verwendet werden, mit der Ausnahme inkubiert, dass der Niedrig-DO-Einstellpunkt
von 30% auf 50% erhöht
ist. Wenn der DO das erste Mal auf 50% absinkt, wird der Luftfluss
auf von 2,5 SLM (0,25 VVM) auf 5 SLM erhöht (0,5 VVM) erhöht. Wenn
die Kultur wiederum niedrigen DO erreicht, werden 50% DO unter Verwendung
von Bewegungskontrolle aufrechterhalten. Beginnend bei 24 Stunden
nach Animpfen wird mikronisiertes 5-Androsten-3β-ol-17-on, aufgeschlämmt in einem
minimalen Volumen an 0,2% Polyoxyethylensorbitanmonooleat zu der
Fermentation in 1-Stunden-Intervallen zugegeben, bis insgesamt 400
g zugegeben sind. Bei etwa 3 Tagen nach Animpfen werden der 10-L-Fermentation zusätzliche
100 g Cerelose zugesetzt.
-
Bioumwandlungs-Kulturen
werden auf einer täglichen
Basis unter Verwendung von DC auf 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on untersucht. Ein
Milliliter Gesamtbier wird mit 10 ml Methanol extrahiert. Zellen
werden von dem wässrigen
Methanolgemisch mittels Zentrifugation (3.000 × g, 10 Minuten lang) abgetrennt,
und einige Mikroliter auf eine DC- Platte appliziert. Die DC-Platte wird
in Cyclohexan:Ethylacetat:Methanol (90:60:15) entwickelt und das
Produkt durch Sprühen
der DC mit 50% Schwefelsäure,
gefolgt von Ankohlen in einem Ofen, visualisiert. Das Produkt wird
mit authentischem Standard verglichen, welcher beim Besprühen mit
50% Schwefelsäure
blau wird. Bioumwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on in 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on
ungefähr
4 Tage nach Animpfen vollständig.
-
(D) Isolationsverfahren
-
Das
Gesamtbier wird bei der Ernte zentrifugiert und die reichen Feststoffe
werden mittels Zentrifugation zurückgewonnen. Die reichen Feststoffe
werden mit 10 Litern Methylenchlorid extrahiert und der reiche Extrakt
wird mittels Zentrifugation zurückgewonnen.
Der Extrakt wird verfeinert („polished") und auf etwa 1
Liter mittels Destillation konzentriert und die Kristallaufschlämmung wird
auf –10°C abgekühlt. Die
Kristalle werden mittels Filtration zurückgewonnen, mit kaltem Methylenchlorid
gewaschen, um Farbe zu entfernen, und getrocknet, um 227 Gramm gereinigtes
kristallines 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on zu ergeben.
-
BEISPIEL 2
-
- Biologische Umwandlung von 5,9(11)-Androstadien-3β-ol-17-on
(I, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton
und Z1-Z2 eine Doppelbindung
ist, zu 5,9(11)-Androstadien-3β,7β-diol-17-on
(II, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=
Keton und Z1-Z2 eine
Doppelbindung ist)
-
Die
Bioumwandlung von 5,9(11)-Androstadien-3β-ol-17-on zu 5,9(11)-Androstadien-3β,7β-diol-17-on wird unter Verwendung
einer Flüssigkultur
von Diplodia gossypina ATCC 20571 (Synonym Botryodiplodia theobromae
IFO 6469) bei einer 10-L-Fermentationsskala
durchgeführt.
-
(A) Primär-Impfgut-Stufe
-
Primär-Impfkulturen
werden wie in BEISPIEL 1 beschrieben hergestellt.
-
(B) Sekundär-Impfgut-Stufe
-
Zehn
Liter Sekundär-Impfkulturen
werden wie in BEISPIEL 1 beschrieben hergestellt.
-
(C) Steroid-Bioumwandlung
-
Zehn
Liter Steroid-Bioumwandlungs-Kulturen werden wie in BEISPIEL 1 beschrieben
hergestellt. Bei etwa 24 Stunden nach Animpfen werden 120 g mikronisiertes
5,9(11)-Androstadien-3β-ol-17-on,
aufgeschlämmt
in einem minimalen Volumen an 0,2% Polyoxyethylensorbitanmonooleat
zu der 10-L-Fermentation gegeben.
-
Bioumwandlungs-Kulturen
werden auf einer täglichen
Basis auf 5,9(11)-Androstadien-3β,7β-diol-17-on
unter Verwendung der in BEISPIEL 1 beschriebenen Vorgehensweise
untersucht. Bioumwandlung von 5,9(11)-Androstadien-3β-ol-17-on
in 5,9(11)-Androstadien-3β,7β-diol-17-on
ist ungefähr
3 Tage nach Animpfen vollständig.
-
(D) Isolationsverfahren
-
Die
reichen Feststoffe von dem Gesamtbier werden mittels Zentrifugation
gewonnen. Die Flüssigbierphase
wird unter Verwendung von 15 Litern Methylenchlorid extrahiert.
Nach dem Absetzen wird die obere eingesetzte Bierschicht dekantiert
und verworfen. Das verbleibende reiche Methylenchlorid wird dann
verwendet, um die reichen Feststoffe zu extrahieren. Der resultierende
reiche Methylenchloridextrakt wird von den eingesetzten Feststoffen
abgelassen, verfeinert, mittels Destillation auf etwa 0,5 Liter
konzentriert und auf –10°C abgekühlt. Die
erhaltenen Kristalle werden mittels Filtration gewonnen, mit n-Butylacetat
gewaschen, um Farbe zu entfernen, und getrocknet, um 52,2 Gramm
gereinigtes kristallines 5,9(11)-Androstadien-3β,7β-diol-17-on zu ergeben.
-
BEISPIEL 3
-
- Biologische Umwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on (I, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton
und Z1-Z2 eine Einfachbindung
ist, zu 5-Androsten-3β,11α-diol-17-on
(II, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton
und Z1-Z2 eine Einfachbindung
ist)
-
Die
Bioumwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on
zu 5-Androsten-3β,11α-diol-17-on
wird unter Verwendung einer Submerskultur von Aspergillus ochraceus
ATCC 18500 (Synonym NRRL 405) bei einem 10-L-Fermentationsmaßstab durchgeführt.
-
(A) Primär-Impfgut-Stufe
-
Primär-Impfkulturen
von Aspergillus ochraceus ATCC 18500 werden wie für Diplodia
gossypina ATCC 20571 in BEISPIEL 1 beschrieben hergestellt.
-
(B) Sekundär-Impfgut-Stufe
-
Zehn
Liter Sekundär-Impfgut-Fermentationen
werden unter Verwendung von 1,2 ml vegetativer Primär-Impfkultur
(0,012% [V/V] Animpfrate) angeimpft. Sekundär-Impfgut-Medium enthält (pro Liter RO-Wasser): Cerelose,
40 g; Sojamehl, 25 g; Sojabohnenöl,
30 ml; Magnesiumsulfatheptahydrat, 1 g; Kaliumdihydrogenphosphat,
0,74 g; Nonlyphenoxypolyetehoxyethanol, 0,25 ml; Siliconentschäumer (SAG
471), 0,5 ml; Vorsterilisations-pH 3,95–4,00, eingestellt mit konzentrierter
Schwefelsäure.
Die Fermentoren, die Sekundär-Impfgut-Medium
enthalten, werden 20 Minuten lang bei 121° unter Verwendung von sowohl
Mantel- als auch Injektionsdampf sterilisiert. Die Schüttelrate
während
Sterilisation ist 200 UpM. Nach Sterilisation wird der pH des Mediums
unter Verwendung steriler Schwefelsäure (5%) auf 4,0 eingestellt.
Aspergillus ochraceus ATCC 18500 wird bei 28° unter Verwendung der folgenden
Ausgangsparameter inkubiert: Schütteln,
100 UpM; Gegendruck = 5 psig; Luftfluss = 2,5 SLM (0,25 VVM); Niedrig-DO-Einstellpunkt,
50%, pH-Kontrolle, keine. Wenn der DO das erste Mal auf 50% absinkt,
wird der Luftfluss auf 5 SLM erhöht
(0,5 VVM). Wenn die Kultur wiederum niedrigen DO erreicht, werden
50% DO unter Verwendung von Bewegungskontrolle aufrechterhalten. Sekundär-Impfkulturen
werden bei zwischen 50 und 54 Stunden nach Animpfen, wenn die OUR
zwischen etwa 20 und etwa 26 mM/l/h ist, geerntet.
-
(C) Steroid-Bioumwandlung
-
Zehn
Liter Steroid-Bioumwandlungs-Fermentationen werden unter Verwendung
von 500 ml vegetativer sekundärer
Impfkultur (5% [V/V] Animpfrate) angeimpft. Steroid-Bioumwandlungs-Medium
ist im Wesentlichen das gleiche wie Sekundär-Impfgut- Medium, mit der Ausnahme, dass das Nonylphenoxypolyethoxyethanol
von 0,25 ml/l auf 2 ml/l erhöht
ist und der pH vor Sterilisation mit konzentrierter Schwefelsäure auf 2,95–3,00 eingestellt
wird. Sterilisationsbedingungen sind wie für Sekundär-Impfgut-Medium beschrieben. Nach Sterilisation
wird der Medium-pH unter Verwendung steriler Schwefelsäure (5%)
auf 3,0 eingestellt. Aspergillus ochraceus ATCC 18500 wird unter
Verwendung der im Wesentlichen gleichen Anfangsparameter wie jene
verwendet, die für
Sekundär-Impfgut-Kultivierung
verwendet werden, bei 28° inkubiert,
mit der Ausnahme, dass das Schütteln
ursprünglich
auf 200 UpM eingestellt ist. Bei etwa 18 Stunden nach Animpfung
werden 200 g mikronisiertes 5-Androsten-3β-ol-17-on, aufgeschlämmt in einem
minimalen Volumen an 0,2% Nonylphenoxypolyethoxyethanol zu der 10-L-Fermentation
gegeben.
-
Bioumwandlungs-Kulturen
werden auf einer täglichen
Basis unter Verwendung von DC auf 5-Androsten-3β,11α-diol-17-on untersucht. Ein
Milliliter Gesamtbier wird mit 19 ml Methanol extrahiert. Zellen
werden von dem wässrigen
Methanolgemisch mittels Zentrifugation (3.000 × g, 10 Minuten lang) getrennt
und einige Mikroliter auf eine DC-Platte appliziert. Die DC-Platte
wird in Cyclohexan:Ethylacetat:Methanol (90:60:15) entwickelt und
das Produkt durch Besprühen
der DC mit 50% Schwefelsäure,
gefolgt von Ankohlen in einem Ofen, sichtbar gemacht. Bioumwandlung
von 5-Androsten-3β-ol-17-on
zu 5-Androsten-3β,11α-diol-17-on
ist ungefähr
3 Tage nach Animpfen vollständig.
-
(D) Isolationsverfahren
-
Die
Gesamtbierfeststoffe werden mittels Zentrifugation gewonnen. Die
Flüssigkeit
wird verworfen. Die reichen Feststoffe werden mit 10 Litern 85%
Aceton/15% Wasser bei 45°C
bis 50°C
extrahiert und der reiche Extrakt mittels Zentrifugation zurückgewonnen.
Der Extrakt wird mittels Destillation konzentriert, um Aceton zu entfernen,
um eine wässrige
Aufschlämmung
von Rohkristallen zu erzeugen. Die Rohkristalle werden mittels Filtration
zurückgewonnen
und die Mutterlauge wird verworfen. Die wassernassen Rohkristalle
werden in 700 Millilitern Methanol durch Erwärmen auf 55°C gelöst und dann mit 5 g Darco G-60-Kohlenstoff
entfärbt.
Nach Filtration, um Kohle zu entfernen, wird das Filtrat konzentriert,
um das Produkt auszukristallisieren. Das Methanol wird ferner durch
Zugeben von 300 ml n-Butylacetat und Konzentrieren zu einer dicken
Kris tallaufschlämmung
entfernt. Die Kristalle werden filtriert, mit n-Butylacetat gewaschen
und getrocknet, um 174 Gramm gereinigtes kristallines 5-Androsten-3β,11α-diol-17-on
zu ergeben.
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BEISPIEL 4
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Biologische
Umwandlung von 5-Androsten-3β,7β-ol-17-on
(II, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton
und Z1-Z2 eine Einfachbindung
ist, zu 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
(IV, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton)
-
Die
Bioumwandlung von 5-Androsten-3β,7β-ol-17-on
zu 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on wird unter Verwendung
einer Flüssigkultur
von Aspergillus ochraceus ATCC 18500 (Synonym NRRL 405) in einem 10-L-Fermentationsmaßstab durchgeführt.
-
(A) Primär-Impfgut-Stufe
-
Primär-Impfkulturen
von Aspergillus ochraceus ATCC 18500 werden wie in BEISPIEL 3 beschrieben hergestellt.
-
(B) Sekundär-Impfgut-Stufe
-
Zehn
Liter Sekundär-Impfkulturen
von Aspergillus ochraceus ATCC 18500 werden wie in BEISPIEL 3 beschrieben
hergestellt.
-
(C) Steroid-Bioumwandlung
-
Zehn
Liter Steroid-Bioumwandlungs-Kulturen von Aspergillus ochraceus
ATCC 18500 werden wie in BEISPIEL 3 beschrieben hergestellt.
-
Bei
etwa 18 Stunden nach Animpfung werden 200 g mikronisiertes 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on, aufgeschlämmt in einem
minimalen Volumen an 0,2% Nonylphenoxypolyethoxyethanol zu der 10-L-Fermentation gegeben.
-
Bioumwandlungs-Kulturen
werden auf einer täglichen
Basis unter Verwendung von DC auf 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on untersucht, wie
in BEISPIEL 1 beschrieben. Bioumwandlung von 5-Androsten-3β,7β-diol-17-on
zu 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
ist ungefähr
4 Tage nach Animpfen vollständig.
-
(D) Isolationsverfahren
-
Die
Gesamtbierfeststoffe werden mittels Zentrifugation gewonnen. Die
Flüssigkeit
wird verworfen. Die reichen Feststoffe werden mit 10 Litern 80%
Aceton/20% Wasser bei 45°C
bis 50°C
extrahiert und der warme Extrakt wird mittels Filtration aufgeklärt. Das
reiche Filtrat wird mittels Destillation konzentriert, um Aceton
zu entfernen, was eine wässrige
Aufschlämmung
von Rohkristallen erzeugt. Die Rohkristalle werden mittels Filtration
gewonnen und die Mutterlauge wird verworfen. Die wassernassen Kristalle
werden in 600 Millilitern Methylenchlorid verrieben, um Verunreinigungen
zu entfernen, in 700 Millilitern Methanol (durch Erwärmen auf 55°C) gelöst und dann
mit 5 g Darco G-60-Kohle
entfärbt.
Nach Filtration, um Kohle zu entfernen, wird das Filtrat konzentriert,
um das Produkt auszukristallisieren. Das Methanol wird ferner durch
Zugeben von 300 ml n-Butylacetat und Konzentrieren zu einer dicken
Kristallaufschlämmung
entfernt. Die Kristalle werden filtriert, mit n-Butylacetat gewaschen
und getrocknet, um 158 Gramm gereinigtes kristallines 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
zu ergeben.
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BEISPIEL 5
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- Biologische Umwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on (I, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton
und Z1-Z2 eine Einfachbindung
ist, zu 5-Androsten-3β,7βn,11α-triol-17-on
(IV, wobei R3=Wasserstoff, R17,18=Keton)
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Die
Bioumwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on
zu 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
wird unter Verwendung einer Submerskultur von Absidia coerulea ATCC
6647 (Synonym Absidia orchidis) in einem 10-L-Fermentationsmaßstab durchgeführt.
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(A) Primär-Impfgut-Stufe
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Primär-Impfkulturen
von Absidia coerulea ATCC 6647 werden wie für Diplodia gossypina ATCC 20571 in
BEISPIEL 1 beschrieben hergestellt.
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(B) Sekundär-Impfgut-Stufe
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Zehn
Liter Sekundär-Impfgut-Fermentationen
werden unter Verwendung von 1,2 ml vegetativer Primär-Impfkultur
(0,012% [V/V] Animpfrate) angeimpft. Sekundär-Impfgut-Medium enthält (pro Liter RO-Wasser): Dextrin,
50 g; Sojamehl, 35 g; Cerelose, 5 g; Cobaltchloridhexahydrat, 2
mg; Siliconentschäumer
(SAG 471), 0,5 ml; Vorsterilisations-pH 4,95–5,00, eingestellt mit konzentrierter
Schwefelsäure.
Die Fermentoren, die Sekundär-Impfgut-Medium
enthalten, werden 20 Minuten lang bei 121° unter Verwendung von sowohl
Mantel- als auch Injektionsdampf sterilisiert. Die Schüttelrate
während
Sterilisation ist 200 UpM. Nach der Sterilisation wird der pH des
Mediums unter Verwendung steriler Schwefelsäure (5%) auf 5,0 eingestellt.
Absidia coerulea ATCC 6647 wird bei 28° unter Verwendung der folgenden
Ausgangsparameter inkubiert: Schütteln,
100 UpM; Gegendruck = 5 psig; Luftfluss = 2,5 SLM (0,25 VVM); Niedrig-DO-Einstellpunkt, 50%,
pH-Kontrolle, keine. Wenn der DO das erste Mal auf 30% absinkt,
wird der Luftfluss auf 5 SLM erhöht
(0,5 VVM). Wenn die Kultur wiederum niedrigen DO erreicht, werden
30% DO unter Verwendung von Bewegungskontrolle aufrechterhalten.
Sekundär-Impfkulturen
werden etwa 76 Stunden nach Animpfen geerntet, wenn die OUR zwischen
etwa 4 und etwa 7 mM/l/h ist.
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(C) Steroid-Bioumwandlung
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Zehn
Liter Steroid-Bioumwandlungs-Fermentationen werden unter Verwendung
von 500 ml vegetativer sekundärer
Impfkultur (5% [V/V] Animpfrate) angeimpft. Steroid-Bioumwandlungs-Medium
enthält
(pro Liter RO-Wasser): Dextrin, 50 g; Sojamehl, 35 g; Cerelose,
20 g; Siliconentschäumer
(SAG 471), 0,5 ml; Vorsterilisations-pH 2,95–3,00, eingestellt mit konzentrierter
Schwefelsäure.
Sterilisationsbedingungen sind wie für Sekundär-Impfgut-Medium beschrieben.
Nach Sterilisation wird der Medium-pH unter Verwendung steriler Schwefelsäure (5%)
auf 3,0 eingestellt. Absidia coerulea ATCC 6647 wird bei 28° unter Verwendung
der gleichen Anfangsparameter wie jener, die für Sekundär-Impfgut-Kultivierung verwendet
werden, inkubiert. Bei etwa 17 Stunden nach Animpfung werden 200
g mikronisiertes 5-Androsten-3β-ol-17-on,
aufgeschlämmt
in einem minimalen Volumen an 0,2% Octylphenoxypolyethoxyethanol
zu der 10-L-Fermentation
gegeben.
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Bioumwandlungs-Kulturen
werden auf einer täglichen
Basis unter Verwendung von DC, wie im BEISPIEL 1 beschrieben, auf
5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
untersucht. Bioumwandlung von 5-Androsten-3β-ol-17-on zu 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on
ist ungefähr
6–7 Tage
nach Animpfen vollständig.
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(D) Isolationsverfahren
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Die
Gesamtbierfeststoffe werden mittels Zentrifugation gewonnen. Die
Flüssigkeit
wird verworfen. Die reichen Feststoffe werden unter Verwendung von
10 Litern 85% Aceton/15% Wasser bei 45°C bis 50°C extrahiert und der warme Extrakt
mittels Filtration aufgeklärt.
Das reiche Filtrat wird durch Destillation konzentriert, um Aceton
zu entfernen, was eine wässrige
Aufschlämmung
von Rohkristallen erzeugt. Die Kristallaufschlämmung wird filtriert und die
Mutterlauge wird verworfen. Die wassernassen Kristalle werden in
600 Millilitern Methylenchlorid verrieben, um Verunreinigungen zu
entfernen, in 700 Millilitern Methanol (durch Erwärmen auf 55°C) aufgelöst und dann
mit 5 g Darco G-60-Kohle entfärbt.
Nach Filtration, um Kohle zu entfernen, wird das Filtrat konzentriert,
um das Produkt zu kristallisieren. Das Methanol wird durch Zugeben
von 300 ml n-Butylacetat und Konzentrieren zu einer dicken Kristallaufschlämmung weiter
entfernt. Die Kristalle werden filtriert, mit n-Butylacetat gewaschen
und getrocknet, um 75,5 Gramm rohes kristallines 5-Androsten-3β,7β,11α-diol-17-on zu
ergeben.
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Die
Rohkristalle werden in 600 Millilitern Methylenchlorid verrieben,
um zusätzliche
Verunreinigungen zu entfernen, in 700 Millilitern Methanol (durch
Erwärmen
auf 55°C)
aufgelöst
und dann mit 5 g Darco G-60-Kohle entfärbt. Nach Filtration, um die
Kohle zu entfernen, wird das Filtrat konzentriert, um das Produkt zu
kristallisieren. Das Methanol wird durch Zugeben von 300 ml n-Butylacetat
und Konzentrieren zu einer dicken Kristallaufschlämmung weiter
entfernt. Die Kristalle werden filtriert, mit n-Butylacetat gewaschen
und getrocknet, um 42,1 Gramm gereinigtes kristallines 5-Androsten-3β,7β,11α-triol-17-on zu ergeben.
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BEISPIEL
6: Herstellung von 5,9(11)-Androstadien-3β-ol-17-on aus 5-Androsten-3β,11α-diol-17-on
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Stufe 1
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Zu
einer Aufschlämmung
von 5-Androsten-3β,11α-diol-17-on
(30,4 g, 100 mmol) in CH2Cl2 (300
ml) wurde TMEDA (18,1 ml, 120 mmol) gegeben. Die Aufschlämmung wurde
auf –10°C abgekühlt und
Methylchlorformiat (7,72 ml, 100 mmol) zugegeben. Die Reaktion wurde
auf Raumtemperatur aufwärmen
gelassen. Die Reaktion war mittels DC nicht vollständig, also
wurde mehr Methylchlorformiat (772 μl, 10 mmol) zugegeben. Als mittels
DC bestimmt wurde, dass die Reaktion fertig war, wurden EtOAc (300
ml) und H2O (100 ml) zugegeben und die resultierenden
Phasen getrennt. Die organische Phase wurde mit 50 ml H2O
gewaschen, über
MgSO4 getrocknet und zu einem Öl konzentriert,
das sich beim Stehenlassen verfestigte. Das Rohprodukt wurde aus
heißem
EtOAc/CH2Cl2 und
Heptan umkristallisiert. Die Aufschlämmung wurde ferner auf 0–5°C abgekühlt und
das Produkt mittels Filtration gesammelt (22 g, 60,8% chemisch).
Das Carbonat wurde mit Säulenchromatographie über Silicagel
unter Elution mit einem Gradienten von 5%–20% Aceton/CH2Cl2 weiter gereinigt, um reines Monocarbonat
zu erhalten (20,57; 56,8%).
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Stufe 2
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Das
Carbonat von Stufe 1 (38,0 g; 0,105 mol) wurde in 570 ml THF gelöst und auf –35°C abgekühlt. Festes
PCl5 (31,7 g; 0,178 mol) wurde langsam zugegeben,
wobei die Temperatur unterhalb von –30°C gehalten wurde. Als DC eine
vollständige
Reaktion anzeigte, wurde das Gemisch in NaHCO3 Lösung gegossen
und das Produkt mit Ethylacetat extrahiert. Die organischen Phasen
wurden über
MgSO4 getrocknet und konzentriert, um ein Öl hervorzubringen.
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Stufe 3
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Dieses Öl von Stufe
2 wurde in Methanol gelöst
(500 ml) und mit 36,1 g K2CO3 behandelt,
und das Gemisch 15 h lang bei Raumtemperatur gerührt. Das verbleibende Carbonat
wurde mittels Filtration entfernt. Die Lösung wurde partiell konzentriert
und Wasser wurde zugegeben, um den gewünschten Dien-Alkohol („dienic
alcohol") zu präzipitieren,
welcher in einem Ofen bei 45°C
getrocknet wurde. Ausbeute 29,52 g.