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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Kollagen
ist in verschiedenen Formen in allen Geweben vorhanden. Es ist allgemein
anerkannt, dass Kollagen die Form von Aminosäure-Ketten aufweist, die durch
Pyridinium-Vernetzungen vernetzt sind. Die Pyridinium-Vernetzungen
werden aus drei Hydroxylysin-Resten gebildet, von denen zwei aus
den endständigen (nicht-helikalen)
Peptiden des Kollagen-Moleküls, welche
enzymatisch in Aldehyde vor der Reaktion überführt werden, und aus einem dritten
Hydroxylysin stammen, das im helikalen Teil eines benachbarten Kollagen-Moleküls vorliegt.
Zwei Pyridinium-Vernetzungen, nämlich
Pyridinolin (PYD) und Deoxypyridinolin (DPD), sind identifiziert
worden. Es sind in der Literatur Verfahrensweisen zur Messung von
Pyridinolin in Urin durch Enzym-markiertes anti-PYD zur Bildung
eines Pyridinolin-Enzym-markierten Komplexes beschrieben worden, der
mit einem Enzym-gebundenen Imunosorbens-Assay nachgewiesen werden
kann. Während
sich die PYD-Analyse als Mittel zur Untersuchung von Osteoporose
und rheumatoider Arthritis eignet, kann dessen Vorliegen und Vorhandensein
in verbindendem Gewebe sowie im Knochen verfälschte Ergebnisse für die Diagnose
von Osteoporose oder von Knochenabbau verursachen. Demzufolge haben
Immunoassayverfahren für
Deoxypyridinolin (DPD), das nur im Knochen vorgefunden wird, Vorrang
gegenüber
denjenigen für
PYD zum frühen
Nachweis eines Knochenabbaus erhalten.
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Ein
Testverfahren für
DPD kann durchgeführt
werden, wobei man eine fluide Testprobe, z. B. Urin, in Kontakt
mit einem für DPD
spezifischen markierten Antikörper
bringt. Ein besonders bequemes Verfahren zur DPD-Analyse beinhaltet
die Anwendung eines Teststreifens des in 1 dargestellten Typs. Was 1 betrifft, bindet der Steifen 10,
der einen markierten anti-DPD-Antikörper-Komplex aufweist (in typischer
Weise mit Gold-Sol als das Markierungsmaterial, um einen Gold-Sol-DPD-Antikörper-Komplex
zu ergeben), mit DPD in der fluiden Testprobe, die auf die Aufbringzone 12 des
Streifens 10 aufgetragen wurde, worauf der Komplex durch
die erste Einfangzone 14 und die zweite Einfangzone 16 wandert.
In der ersten Einfangzone 14 liegt immobilisiertes DPD
vor, das ungebundenes, markiertes anti-DPD einfängt. Der markierte Antikörper, der
nicht in der ersten Einfangzone eingefangen wurde, weil er mit DPD
in der fluiden Testprobe verbunden wurde, wird in der zweiten Einfangzone 16 durch
anti-DPD-Antikörper eingefangen,
die in dieser Zone immobilisiert sind. Die DPD-Konzentration in
der Testprobe kann durch spektrofotometrische Messung der Menge
an markiertem DPD, die in der ersten Einfangzone 14 eingefangen
wurde, oder noch genauer durch Anwendung einer algorithmischen Behandlung
von Reflexionsmessungen aus beiden Zonen 14 und 16 ermittelt
und bestimmt werden.
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In
der ersten Einfangzone 12 wird immobilisiertes DPD benötigt, mit
welchem das markierte anti-DPD, das nicht mit DPD in der fluiden
Probe reagiert hat, verbunden werden kann, um in dieser Einfangzone
immobilisiert zu werden. Diese Sorte eines verfügbaren Testsystems bedarf der
Anwendung beachtlicher Mengen an DPD, das, bei Erhalt aus tierischem
Knochen, ziemlich teuer ist. Der mit der Bereitstellung von natürlichem DPD
verbundene Aufwand hat zu Versuchen Anlass gegeben, dieses Material
zu synthetisieren und dadurch die Kosten diagnostischer Teststreifen
zu senken, in denen DPD in DPD-Nachweissystemen zur Anwendung gelangt.
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Ein
Verfahren zur Synthese von DPD sowie von PYD und Derivaten davon
ist in der veröffentlichten
EP 0 556 152 A1 offenbart.
In diesem Verfahren wird eine Verbindung der Formel:
mit einer R-Gruppe zur Reaktion
gebracht, die als X
5-CH
2-CHX
1-Z-R
3 definiert ist, worin die Gruppen R, X,
Y und Z ausgewählt
sind, um DPD, PYD oder verschiedene Derivate davon zu ergeben. In
jedem Fall wird der Pyridin-Ring vor der Zufügung der Seitenkette zum Stickstoffatom
gebildet. Im Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Herstellung des DPD sind weniger Stufen enthalten,
weil es nicht notwendig ist, X
5-CH
2-CHX
1-Z-R
3 getrennt herzustellen,
wodurch ein weniger Labor-intensives Verfahren angegeben und zur Verfügung gestellt
wird.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Synthese von DPD, welche durch die vorliegende Erfindung in Betracht
gezogen und durchgeführt wird,
beinhaltet die Stufen, in denen man:
- a) ein
Nα-geschütztes-O-geschütztes Lysin
(Verbindung 1, Schema 1) mit mindestens 2 Äquivalenten des 5,6-Epoxy-2-N-geschützten-O-geschützten(2S)-2-aminohexanoats
(Verbindung 5, Schema 1) in einem geeigneten Lösungsmittel zur Reaktion bringt,
um das entsprechende Aminodiol zu erzeugen (Verbindung 6, Schema
1). Geeignete Lösungsmittel
schließen
Acetonitril, Methanol und Wasser/Alkohol ein. Im Schema 1 ist Lithiumperchlorat
als ein Zugabestoff angegeben, welcher zur Katalyse der Reaktion
vorgesehen ist. 2 Äquivalente
des Epoxids pro Äquivalent
des Aminohexanoats werden benötigt,
weil eine Dialkylierung im Verfahren durchgeführt werden muss.
- b) Das Aminodiol 6 wird dann mit einem geeigneten Oxidiermittel,
wie Oxalylchlorid-DMSO, in einem geeigneten Lösungsmittel wie Methylenchlorid
oxidiert, um das entsprechende Aminodiketon zu ergeben (Verbindung
7, Schema 1). Geeignete oxidierende Mittel, die sich von Oxalylchlordi-DMSO
unterscheiden, schließen
Thionylchlorid-DMSO, Trifluoressigsäureanhydrid-DMSO und Essigsäureanhydrid-DMSO
ein. Geeignete Lösungsmittel,
die sich von Methylenchlorid unterscheiden, schließen Diethylether,
Tetrahydrofuran und Chloroform ein.
- c) Das Aminodiketon von Stufe (b) wird mit einer Base wie Natriumhydroxid
in Alkohol oder einem tertiären Amin,
z. B. mit Triethylamin, weiter umgesetzt, um das 3-Hydroxydihydropyridin
zu erzeugen, das mit einem oxidierenden Mittel wie der Base (DBN)
in der Gegenwart von O2 in einem geeigneten
Lösungsmittel
wie Methylenchlorid zusammengebracht wird, um den 3-Hydroxypyridin-Ring
zu bilden, um das Pyridinium-Produkt 8 in Schema 1 zu ergeben. Weitere
geeignete oxidierende Mittel schließen Dicyanodichlorchinon (DDQ),
Brom oder MnO2, ein, wobei die Reaktion
auch in weiteren Lösungsmitteln,
wie Methylenchlorid, Essigsäure
oder Methanol, durchgeführt
werden kann. Aus dem Produkt 8 werden die Schutzgruppen abgespalten,
um Deoxypyridinolin zu ergeben:
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Die
vorliegende Erfindung wird nun durch das folgende Beispiel noch
weiter erläutert.
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Beispiel
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A. Herstellung von Nα-CNBZ-O-t-butyl-L-lysin
(1)
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Eine
Mischung aus 25 g Nα-CBZ-L-lysin
von Sigma, worin CBZ Benzyloxycarbonyl bedeutet, aus 250 mL t-Butylacetat
und 14 mL 70%-iger Perchlorsäure
wurde gründlich
durchmischt, bis alle Feststoffe gelöst waren. Nach Rühren über Nacht
wurden 375 mL Ethylacetat und dann 250 mL Wasser zugegeben. Der
pH-Wert der wässrigen
Schicht wurde auf 5,5 mit 20%-iger NaOH angehoben, worauf die organische
Phase abgetrennt wurde. Die wässrige
Phase wurde mit der Ethylacetat-Lösung extrahiert, und der pH-Wert
wurde auf 10,5 erneut angehoben, worauf das Ganze mit 200 mL frischem
Ethylacetat erneut extrahiert wurde. Die organischen Extrakte wurden
vereinigt, mit gesättigter
Kochsalzlösung
gewaschen, über
Na2SO4 getrocknet
und eingeengt. Der Rückstand
wurde über
Nacht unter Hoch-Vakuum
getrocknet, um dann 23,2 g eines farblosen, viskosen Materials zu
ergeben.
1H-NMR (60 MHz, CDCl3) δ:
7,35 (s, 5H), 5,1 (s, 2H), 4,2 (m, 1H), 3,1 (m, 2H), 1,4 (s, 9H),
2,1–1,4
(m, 4H)
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B. Nε-Dimethylamino-Nα-CBZ-O-t-butyl-L-lysin
(2)
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Eine
Mischung aus 3,7 g (27,2 mMol) ZnCl2, 3,2
g (53 mMol) NaCNBH3 und aus 60 mL Methanol
wurde hergestellt, und es wurde eine Lösung von 18 g (51,7 mMol) des
Amins (1) in 180 mL Methanol zugegeben. Nach Kühlung auf 10 bis 15°C wurden
12,4 mL 37%-iger Formaldehyd (165 mMol) über eine Dauer von 2 bis 3
min zugetropft. Die Reaktion wurde 1 h lang gerührt und durch Silika-Gel-TLC
unter Elution mit einer 60 : 10 : 1 (V/V/V)-Mischung aus Chloroform/Methanol/konzentriertem
Ammoniak (Lösungsmittel
A) verfolgt. 100 mL Wasser wurden zugegeben, und die Mischung wurde
auf ein Volumen von 200 mL eingeengt. Ethylacetat (200 mL) wurde
zugegeben, und der pH-Wert wurde auf 10,5 mit 10%-iger NaOH angehoben.
Das Ethylacetat wurde abgetrennt, und der pH-Wert der wässrigen
Phase wurde auf 10,5 erneut angehoben, worauf diese mit 200 mL frischem
Ethylacetat extrahiert wurde. Die Ethylacetat-Extrakte wurden vereinigt,
mit NaCl gewaschen, über
Na2SO4 getrocknet,
filtriert und eingeengt, um nach Trocknung über Nacht unter Hochvakuum
14,86 g viskoses Öl
zu ergeben.
1H-NMR (300 MHz, d6-DMSO), δ:
7,56 (d, 1H), 7,35 (s, 5H), 5,05 (s, 2H), 3,85 (m, 1H), 2,15 (t,
2H), 2,08 (s, 6H), 1,60 (d von t, 2H), 1,40 (s, 9H), 1,35 (m, 4H)
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C. Nε-Dimethylamino-Nα-CBZ-O-t-butyl-L-lysin-N-oxid
(3)
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Eine
Lösung
aus 25,3 g des Dimethylamins (2), 7,9 mL 30%-igem Wasserstoffperoxid
und aus 150 mL Methanol wurde 5 h lang gerührt, worauf weitere 7,9 g des
30%-igen Wasserstoffperoxids zugegeben wurden. Die Reaktion wurde
48 h lang gerührt
und mit Silika-Gel-TLC unter Eluieren mit dem Lösungsmittel A verfolgt. Eine
1 mL wässrige
Aufschlämmung
von ca. 5 mg Platin-Schwarz wurde zugegeben, worauf die Reaktion
7 h lang gerührt
und eine weitere Aufschlämmung
von 5 bis 10 mg Platin-Schwarz zugegeben wurden. Die Mischung wurde über Nacht
gerührt
und bezüglich
Peroxid mit Peroxid-Testpapier
unter Erwärmung
auf 60°C
zur gegebenenfalls notwendigen Entfernung von Peroxiden verfolgt.
Sobald die Reaktion negativ bezüglich
der Peroxide getestet war, wurde die Mischung filtriert und eingeengt.
Der Rückstand
wurde in 300 mL EtOAc gelöst,
worauf das Ganze über
Na2SO4 getrocknet,
filtriert, eingeengt und an 400 g Silika-Gel unter Eluieren mit dem
Lösungsmittel
A chromatografiert wurde, um 13 g Produkt als farbloses Öl zu erzeugen.
1H-NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ: 7,78 (d,
1H), 7,37 (s, 5H), 5,05 (dd, 2H), 2,88 (m, 1H), 3,05 (t, 2H), 2,95
(s, 6H), 1,70 (m, 4H), 1,40 (s, 9H), 1,32 (m, 2H)
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Die
Synthese des Nα-geschützten-O-geschützten Lysins
ist in der Literatur bekannt (Scott et al, Commun. 1981, 11(4) 303–314).
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D. N-CBZ-2-Amino-5-hexenoat-5-t-butylester
(4)
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Eine
Lösung
von 14,8 g des N-Oxids 3 in 250 mL DMSO wurde auf 125°C 2 h lang
unter Spülen
mit Argon erhitzt. Das DMSO wurde bei 70°C unter Hochvakuum abdestilliert.
Unter Chromatografie des Rückstands
an 450 mL Silika-Gel und Eluieren mit 20 : 80 (V/V) EtOAc/Hexan
wurde das Produkt in den Fraktionen 70 bis 120 (18 mL Fraktionen)
gewonnen. Diese wurden vereinigt und eingeengt, um 3,15 g des Produkts
als farbloses Öl
zu ergeben.
1H-NMR (d6-DMSO) δ: 7,62 (d,
1H), 7,35 (s, 5H), 5,78 (m, 1H), 5,08 (dd, 2H), 4,98 (m, 2H), 3,86
(m, 1H), 2,08 (dt, 2H), 1,68 (m, 2H), 1,38 (s, 9H), 1,35 (m, 2H)
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E. N-CBZ-2-Amino-5,6-epoxyhexanoat-5-t-butylester
(5), ausgehend von Verbindung 4 (Stufe D)
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Die
85%-ige m-Chlorperbenzoesäure
(mCpBA) von Aldrich Chemical Co. wurde durch Auflösen in Methylenchlorid
und waschen mit einem Puffer von pH = 7,5 gereinigt. Die organische
Schicht wurde abgetrennt, über
Na2SO4 getrocknet,
filtriert und eingeengt. Der Feststoff wurde über Nacht unter Hochvakuum
getrocknet und bei 3°C
aufbewahrt.
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Eine
Mischung aus 3,15 g des Hexanoats 4 (9,75 mMol) und 1,76 g mCpBA
(10,2 mMol) in 25 mL Methylenchlorid wurde 48 h lang bei Raumtemperatur
gerührt.
Die Reaktion wurde mit 125 mL EtOAc verdünnt und 2 Mal mit 5%-iger NaOH
und dann mit Kochsalzlösung
gewaschen. Nach Trocknung über
Na2SO4 wurde die
Reaktionsmischung filtriert und eingeengt, um 2,9 g des Produkts
als farbloses Öl
zu erzeugen.
1H-NMR (d6-DMSO) δ: 7,35 (s,
5H), 5,05 (s, 2H), 3,90 (m, 1H), 2,65 (m, 1H), 2,50 (m, 1H), 2,42
(m, 1H), 1,8–1,5 (m,
2H), 1,40 (s, 9H), 1,35 (m, 2H)
MS (FAB): 358 (m+ +
Na+)
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F. 2,12-Benzyloxycarbonylamino-7-(5-benzyloxycarbonylamino-5-t-butoxycarbonylpentyl-)aza-1,13-di-t-butyl-5,9-dihydroxytridecanodiat
(6)
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Das
Epoxid 5 (1,68 g, 5,01 mMol) wurde in 1,5 mL trockenem Acetonitril
gelöst,
worauf 0,53 g (5,01 mMol) wasserfreies LiClO4 zugegeben
wurden. Als der Feststoff aufgelöst
war, wurden 0,8 g (23 mMol) des Amins (1) in 1,5 mL Acetonitril
zugegeben. Die Mischung wurde bei 50°C über Nacht gerührt und
dann unter vermindertem Druck eingeengt. Der Rückstand wurde an 150 g Silika-Gel
unter Eluieren mit 7 : 1 (V/V) Chloroform/Lösungsmittel A chromatografiert,
um 1 g Aminodiol 6 und 0,5 g rückgewonnenes
Epoxid zu ergeben. Das Diol wurde in einer bekannten Menge Methylenchlorid
gelöst
und über
3 Å Molekularsieben
zum späteren Gebrauch
aufbewahrt.
MS (FAB): 1007 (M+)
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G. 3-Hydroxy-1-(5-benzyloxycarbonylamino-5-t-butoxycarbonylpentyl)-4-(2-benzyloxycarbonylamino-2-t-butoxycarbonylethyl)-5-(3-benzyloxycarbonylamino-3-t-butoxycarbonylpropyl)pyridinium-Salz
(8)
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Zu
1 mL Methylenchlorid wurden 0,6 mL 2 M (1,2 mMol) Oxalylchlorid
in Methylenchlorid gegeben und die Mischung auf –55°C gekühlt. Dimethylsulfoxid (DMSO)
(78 μL,
1,1 mMol) in 0,25 mL Methylenchlorid wurde dann zugetropft. Nach
15 min wurden 400 mg des Diols 6 in 1 mL Methylenchlorid zugetropft.
Die Mischung wurde auf –30°C unter Rühren über 20 min
erwärmt,
und die Reaktionsmischung wurde dann zurück auf –55°C gekühlt, worauf 0,26 g (2,6 mMol)
Triethylamin zugegeben wurden. Die Reaktionsmischung wurde auf Raumtemperatur
erwärmt
und dann mit 25 mL EtOAc verdünnt,
mit 5%-iger NaOH und dann mit Kochsalzlösung gewaschen und über Na2SO4 getrocknet.
Nach Filtrieren wurde die Lösung
eingeengt, um 0,39 g 2,12-Benzyloxycarbonylamino-7-(5-benzyoxycarbonylamino-5-t-butoxycarbonylpentyl)aza-1,13-di-t-butyl-5,9-dioxotridecanodiat
7 zu ergeben, das wegen seiner Instabilität nicht charakterisiert wurde.
Der Rückstand
wurde in 4 mL Methylenchlorid gelöst, worauf 0,25 g Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en
(DBN) zugegeben wurden. Die Mischung wurde über Nacht unter Schutz eines
Trocknungsrohrs gerührt.
Essigsäure
(100 μL)
wurde zugefügt,
und das Lösungsmittel
wurde eingedampft. Der Rückstand
wurde an 100 g Silika-Gel unter Eluieren mit 20 : 1 : 0,5 Chloroform/Methanol/Essigsäure chromatografiert.
Die Fraktionen 11 bis 14 (18 mL Fraktionen) enthielten 0,26 g Pyridinium-Produkt
8.
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H. Deoxypyridinolin (DPD)
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Eine
Mischung aus 160 mg des Pyridiniumacetats 8 und aus 1 mL HBr in
HOAc wurde 30 min lang gerührt,
worauf noch einmal 1 mL HBr/HOAc zugegeben wurde. Nach 1 h wurde
das Lösungsmittel
entfernt, und der Rückstand
wurde in 50 mL einer 4 : 1 : 1 (V/V/V)-Mischung aus n-Butanol/Wasser/HOAc
(Lösungsmittel
B) gelöst,
worauf 5 g Faser-Cellulose zugegeben wurden. Die Suspension wurde
30 min lang stehen gelassen und filtriert, worauf weitere 3 g Cellulose
zum Filtrat gegeben und nach 2 h erneut filtriert wurde. Die zwei
Cellulose-Feststoffe wurden vereinigt und in 50 mL Wasser aufgeschlämmt und
nach 30 min filtriert. Ein Mengenanteil wurde entnommen, dessen
Absorption in einem Puffer von pH = 8 bei 326 nm unter Zugrundelegen
eines molaren Extinktionskoeffizienten von 5290 und eines Molekulargewichts
von 413 28 mg DPD anzeigte. Die Lösung wurde lyophilisiert, und
der Rückstand
wurde in 10 mMol HCl und 8 g gewaschenem BioRad AG-1X10 (Cl–-Form)
aufgelöst.
Nach 1 h wurden das entstandene Produkt filtriert und das Filtrat
zur Trockene in einem Savant Speed-Vac®-Konzentrator eingeengt,
um 56 mg des sehr hygroskopischen Tetrachlorid-Salzes zu ergeben.
1H-NMR (300 MHz, d6-DMSO) δ: 8,65 (s,
1H), 8,50 (s, 1H), 4,51 (t, 2H, J = 7,5), 4,28 (t, 1H, J = 7), 4,10
(t, 1H, J = 6), 3,99 (t, 1H, J = 7), 3,4 (m, 2H), 3,2–2,9 (m,
2H), 2,2 (m, 2H), 2,1 (m, 2H), 2,0 (m, 2H), 1,5–1,3 (m, 2H)
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Die
O-t-Butylester- und CBZ-Schutzgruppen können mit einer Vielzahl von
Behandlungsverfahren entfernt werden, mit denen der Fachmann vertraut
ist, wie beschrieben von Greene et al in Protective Groups in Organic
Synthesis; John Wiley & Sons:
New York, 1991: S. 246 und 335–7.
Somit kann der t-Butylester mit weiteren Säuren wie mit Ameisen-, Salz-,
p-Toluolsulfon-, Trifluormethansulfon-, Methansulfon- und mit Trifluoressigsäure entfernt
werden. Die CBZ-Gruppe kann mit einer Vielzahl von Verfahren wie
z. B. durch Hydrogenolyse, mit Lewis-Säuren wie Aluminiumchlorid,
Trimethylsilyljodid und Bortribromid, durch Fotolyse, Elektrolyse,
mit Bariumhydroxid und mit weiteren Säuren wie mit Trifluor- und
Methansulfonsäure
entfernt werden.