DE69910031T2

DE69910031T2 - Verfahren zur herstellung von hydroxy-25-ene vitamin d verbindungen

Info

Publication number: DE69910031T2
Application number: DE69910031T
Authority: DE
Inventors: Hans Wynberg; Ton Vries; Kees Pouwer
Original assignee: Bone Care International Inc
Current assignee: Bone Care International Inc
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: ATE246172T1; JP2002516306A; DE69910031D1; IL139354A0; EP1091936B1; US6441207B1; EP1091936A2; CA2333256A1; CN1148347C; WO1999061417A2; AU755701B2; IL139354A; AU4320999A; CN1303369A; WO1999061417A3; US20030009042A1; ES2204165T3

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Gemäß U.S.C. §119 beansprucht diese Anmeldung die Priorität der US-Provisional-Anmeldung Nr. 60/087.222, die am 29. Mai 1998 eingereicht wurde.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Vitamin-D-Verbindungen und insbesondere Vitamin-D-Verbindungen, in denen die C-25- oder eine äquivalente Position eine Doppelbindung aufweist, genauer gesagt ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbindungen.
Lange Zeit wurde angenommen, dass Vitamin D eine bedeutende biologische Rolle beim Knochen- und Mineralstoffwechsel spielt. Vitamin D spielt beispielsweise eine entscheidende Rolle bei der Stimulierung von Calciumabsorption und der Regulierung des Calciumstoffwechsels. Außerdem ist bekannt, dass nicht Vitamin D selbst, sondern in vivo erzeugte Metaboliten davon den Calciumstoffwechsel regulieren. Die Entdeckung von aktiven Formen von Vitamin D (M. F. Holick et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 68, 803–804 (1971); G. Jones et al., Biochemistry 14, 1250–1256 (1975)) und anderen aktiven Vitamin-D-Analogen (M. F. Holick et al., Science 180, 190–191 (1973); H. Y. Lam et al., Science 186, 1038–1040 (1974)) löste große Aufregung und viele Spekulationen über den Nutzen dieser Vitamin-D-Verbindungen bei der Behandlung von Knochenschwunderkrankungen aus.
Untersuchungen an Tieren in Bezug auf die Wirkung dieser aktiven Vitamin-D-Verbindungen, insbesondere des 1α,25-Dihydroxyvitamins D₃, der hormonell aktiven Form von Vitamin D₃, führten zu der Annahme, dass solche Wirkstoffe zur Wiederherstellung des Calciumhaushalts eingesetzt werden könnten. Eine frühe klinische Studie zeigte, dass die orale Verabreichung von 0,5 μg/Tag 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ an eine Gruppe von postmenopausalen Frauen die intestinale Calciumabsorption sowie den Calciumhaushalt der Frauen verbesserte. Davon ausgehend beschrieb und beanspruchte das US- Patent 4.225.596 ("'596-Patent") den Einsatz des 1α,25-Dihydroxyvitamins D₃ zur Erhöhung der Calciumabsorption und -retention, d. h. diese Verbindung ist hochwirksam bei der Stimulierung der intestinalen Calciumabsorption sowie der Resorption von Calcium aus Knochen (d. h. Knochenmobilisierung).
Der beste Indikator für die Wirksamkeit von Vitamin-D-Verbindungen zur Vorbeugung oder Behandlung von Knochenschwunderkrankungen ist jedoch ein Knochen selbst, und nicht die Calciumabsorption oder der Calciumhaushalt. Neuere klinische Daten zeigen, dass das 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ im Dosisbereich des '596-Patents höchstens mittelmäßige Wirksamkeit bei der Vorbeugung oder Wiederherstellung eines Rückgangs von Knochenmasse oder des Knochenmineralgehalts besitzt (S. M. Ott und C. H. Chesnut, Ann. Int. Med. 110, 267–274 (1989); J. C. Gallagher et al., Ann. Int. Med. 113, 649– 655 (1990); J. Aloia et al., Amer. J. Med. 84, 401–408 (1988)).
Diese klinischen Studien mit 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ und eine weitere Studie mit 1α-Hydroxyvitamin D₃ (M. Shiraki et al., Endocrinol. Japan 32, 305–315 (1985)) zeigen, dass die Fähigkeit dieser beiden Vitamin-D-Verbindungen, Rückgänge der Knochenmasse oder des Knochenmineralgehalts wiederherzustellen, von der Dosis abhängt. Diese Studien zeigen jedoch auch, dass in den Dosisbereichen, die erforderlich sind, damit eine Verbindung wirklich wirksam ist, Toxizität in Form von Hyperkalzämie und Hyperkalziurie zu einem großen Problem wird. Vor allem Versuche, die Menge des 1α,25-Dihydroxyvitamins D₃ auf über 0,5 μg/Tag zu erhöhen, haben häufig zu Toxizität geführt. Bei Dosen unter 0,5 μg/Tage sind keinerlei Wirkungen auf die Knochenmasse oder den Mineralgehalt nachweisbar (siehe G. F. Jensen et al., Clin. Invest. 16, 305–309 (1981)). Es zeigte sich, dass zwei μg/Tag 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ Wirkung auf die Knochenmasse von Patienten mit Altersosteoporose haben (O. H. Sorensen et al., Clin. Endocrinol. 7, 169S–175S (1977)). Daten von klinischen Studien aus Japan – ein Volk, das nur wenig Calcium zu sich nimmt – zeigen, dass das 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ Wirkung zeigt, wenn es in einer Dosis von 1 μg/Tag verabreicht wird (M. Shiraki et al., Endocrinol. Japan. 32, 305–315 (1985); H. Orimo et al., Bone and Mineral 3, 47–53 (1987)). Bei 2 μg/Tag 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ tritt jedoch bei etwa 67 Prozent der Patienten Toxizität auf, und bei 1 μg/Tag beträgt dieser Anteil etwa 20 Prozent. Somit kann die 1α-hydroxylierte Vitamin-D₃-Verbindung aufgrund ihrer inhärenten kalzämischen Aktivität zu gefährlich erhöhten Blutcalciumwerten führen.
Aufgrund ihrer Toxizität können 1-hydroxylierte Vitamin-D₃-Verbindungen nur in oralen Dosen verabreicht werden, die höchstens mittelmäßig zur Vorbeugung oder Behandlung von Knochenverlust oder Rückgängen des Knochenmineralgehalts beitragen. Tatsächlich empfiehlt Aloia, alternative Verabreichungsarten zu suchen, um die Toxizitätsprobleme zu vermeiden und höhere Dosen zu ermöglichen J. Aloia et al., Amer. J. Med. 84, 401–408 (1988)). Trotz nachgewiesener Toxizität des 1α-Hydroxyvitamins D₃ und des 1 α,25-Dihydroxyvitamins D₃ werden diese beiden Medikamente immer noch gerne zur Behandlung von Knochenschwunderkrankungen und Calciumstoffwechselstörungen, wie beispielsweise renaler Osteodystotrophie, Hypoparathyreoidismus, Vitamin-D-resistenter Rachitis und Osteoporose, eingesetzt.
Diese beiden Medikamente sind auch immer noch die einzigen genehmigten Formen des 1α-hydroxylierten Vitamins D zur Behandlung oder Vorbeugung von Hyperparathyreoidismus, der als Folge renaler Erkrankungen auftritt, obwohl die beiden Medikamente derzeit nicht auf allen wichtigen pharmazeutischen Märkten genehmigt sind.
Vor kurzem sind neben der Rolle von Vitamin D bei der Regulierung von Calciumhomöostase auch andere biologische Rollen von Vitamin D aufgedeckt worden. In Zellen verschiedener Organe, die nicht an der Calciumhomöostase beteiligt sind, wurden bestimmte nukleare Rezeptoren für das 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ gefunden. Miller et al., Cancer Res. 52, 515–520 (1992) haben beispielsweise in der humanen Prostatakarzinom-Zelllinie LNCaP biologisch aktive, spezifische Rezeptoren für das 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ nachgewiesen.
Außerdem wurde gezeigt, dass bestimmte Vitamin-D-Verbindungen und Analoge wirksame Inhibitoren für maligne Zellproliferation und Induktoren/Stimulatoren für Zelldifferenzierung sind. Das US-Patent Nr. 4.391.802 von Suda et al. offenbart beispielsweise, dass 1α-Hydroxyvitamin-D-Verbindungen, insbesondere das 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃ und das 1α-Hydroxyvitamin D₃, starke antileukemische Wirkung besitzen, da sie die Differenzierung von malignen Zellen (insbesondere Leukemiezellen) und nichtmalignen Makrophagen (Monozyten) induzieren, und daher zur Behandlung von Leukämie eingesetzt werden können. Skowronski et al., Endocrinology 136, 20–26 (1995) haben außerdem über antiproliferative und differenzierende Wirkungen des 1α-Hydroxyvitamins D₃ und anderer Vitamin-D₃-Analoge auf Prostatakrebs-Zelllinien berichtet.
Weitere Rollen von Vitamin D wurden in der Modulation der Immunantwort (siehe beispielsweise US-Patent 4.749.710 von Truitt et al.; US-Patent 5.559.107 von Gates et al., US-Patent 5.540.919, 5.518.725 und 5.562.910 von Daynes et al.; US-Patent 5.880.114 von DeLuca et al.) und der Entzündungsreaktion (siehe beispielsweise US-Patent 5.589.471 von Hansen et al.) sowie in der Behandlung von Multipler Sklerose (siehe US-Patent 5.716.946 von DeLuca et al.) vorgeschlagen.
Aber trotz ihrer Mitwirkung an verschiedenen biologischen Funktionen bleibt die Tatsache bestehen, dass die bekannten Vitamin-D-Verbindungen in den zum wirksamen Einsatz in vivo notwendigen Mengen, d. h. als Antileukämiewirkstoffe, aufgrund ihrer inhärenten kalzämischen Aktivität bedeutend erhöhte und möglicherweise gefährliche Blutcalciumkonzentrationen induzieren können. D.h. der klinische Einsatz von aktiven Vitamin-D-Verbindungen, wie beispielsweise des 1α-Hydroxyvitamins D₃ und anderer Vitamin-D₃-Analoge, ist aufgrund ihrer ebenfalls starken Wirkung auf den Calciumstoffwechsel, d. h. in Form eines Risikos von Hyperkalzämie, ausgeschlossen oder streng beschränkt.
In Anbetracht der verschiedenen biologischen Wirkungen von Vitamin D und seines Potentials als therapeutischer Wirkstoff besteht Bedarf an Verbindungen mit größerer spezifischer Aktivität und Wirkungsselektivität, d. h. an Vitamin-D-Verbindungen mit antiproliferativen und differenzierenden Wirkungen, die jedoch geringere kalzämische Aktivität aufweisen als therapeutische Mengen der bekannten Verbindungen oder Analoge von Vitamin D.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen bereit. Diese Verbindung werden aufgrund ihrer Vitamin-D-Aktivität und geringeren Toxizität als bekannte Vitamin-D-Verbindungen als wertvolle Arzneimittel betrachtet. Im Detail umfassen diese Verbindungen Hydroxy-25-en-Vitamine D, wie beispielsweise 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen und 24-Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen. Diese Verbindungen sind geeignete Prodrugs für 1α,24-dihydroxylierte Vitamin-D-Verbindungen, da sie im Falle der 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen in vivo an der 24-Position und im Falle der 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen an der 1α-Position hydroxyliert werden, um in die aktive Form von Vitamin D übergeführt zu werden. Als Prodrugs umgehen diese Verbindungen tatsächlich die Probleme des First-Pass-Effekts von intestinaler Vitamin-D-Rezeptorbindung, die intestinale Calciumabsorption vermittelt, wodurch keine oder geringere Hyperkalzämie als bei ähnlichen Dosen bekannter aktiver Vitamin-D-Verbindungen, wie beispielsweise 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃, erzielt wird.
Die oben genannten und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in einem Aspekt der Erfindung, der ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen umfasst, realisiert. Die 25-en-Vitamin-D-Verbindungen sind entweder 1α-hydroxyliert oder 24-hydroxyliert, so dass sie, wenn sie einem Menschen oder einem Tier verabreicht werden, zu aktiven 1α,24-dihydroxylierten Vitamin-D-Verbindungen dihydroxyliert werden. Dieses Verfahren umfasst das Umsetzen des geeigneten Vitamin-D-Ausgangsmaterials mit SO₂ und Schützen der Hydroxylfunktionalität an C-3 und/oder C-1 mit t-Butyldimethylsilyloxychlorid, um ein SO₂-Addukt zu erhalten. Ozonolyse und Reduktion des SO₂-Addukts ergibt die C-17-Seitenkette und einen C-22-Alkohol mit verkürzter Seitenkette. Durch SO₂-Extrusion und darauf folgende Oxidation unter Einsatz der bekannten Swern-Oxidation wird ein C-22-Aldehyd erhalten. Die Seitenkette wird durch Umsetzen des C-22-Aldehyds mit einem geeigneten Phenylsulfon wieder zusammengesetzt, um, je nach Art des Ausgangsmaterials, eine 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindung oder eine 25-en-Vitamin-D-Verbindung zu erhalten.
Wenn die 24-hydroxylierte 25-en-Vitamin-D-Verbindung als Endprodukt erhalten werden soll, wird die 25-en-Vitamin-D-Verbindung mit humanen Hepatom-Zellen inkubiert, und das 24-Hydroxy-Metabolit wird isoliert und gereinigt, um die 24(S)-25-en-Vitamin-D-Verbindung zu erhalten.
Im Detail stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen bereit, das den Schritt des Umsetzens eines 2,3-Dimethyl-3-butenphenylsulfons mit einem Hydroxyl-geschützten C-22-Aldehyl eines Vitamins D umfasst, wobei das Vitamin D an C-3 oder an C-3 und C-1 Hydroxyl-geschützt ist.
Das 2,3-Dimethyl-3-butenphenylsulfon wird durch Methylieren, Isomerisieren und Hydrolysieren von Ethyldimethylacrylat, um eine Dimethyl-3-enbutansäure zu erhalten; Amidieren der Dimethyl-3-enbutansäure mit Oxazolidon, um Oxazolidinone zu bilden; Auftrennen der Oxazolidinone zum gewünschten Isomer; Oxidieren und Reduzieren des gewünschten Isomers, um ein Methyl-3-enbutanol zu erhalten; Umsetzen des Methyl-3-enbutanols mit Methansulfonylchlorid, um ein Mesylat zu bilden; und Ersetzen der Mesylatgruppe durch eine Phenylsulfongruppe, um das 2,3-Dimethyl-3-butenphenylsulfon zu erhalten, hergestellt.
Das Hydroxyl-geschützte C-22 Aldehyd von Vitamin D wird durch Hydroxyl-Schützen der C-3-Position von Vitamin D₂, um ein C-3-Hydroxyl-geschütztes Vitamin D₂ zu erhalten; Sulfonieren des C-3-Hydroxyl-geschützten Vitamin D₂, um ein SO₂-Addukt zu erhalten; SO₂-Extrudieren des Addukts, um das trans-C-3-Nydroxyl-geschützte Vitamin D₂ zu erhalten; Hydroxylieren des trans-C-3-Hydroxyl-geschützten Vitamin D₂ an der C-1-Position; Hydroxyl-Schützen der C-1-Position; Bilden eines SO₂-Addukts; Verkürzen der C-17-Seitenkette, um einen C-22-Alkohol zu bilden; und SO₂-Extrudieren und Swern-Oxidieren des C-22-Alkohols, um das C-22-Aldehyd zu bilden, hergestellt. Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung umfasst darüber hinaus das Reduzieren, Isomerisieren, Entfernen der Schutzgruppe(n) vom und Bestrahlen des Hydroxyl-geschützten 25-en-Vitamins D, um ein Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ zu erhalten.
Wenn 25-en-Vitamin-D₂-Verbindungen hergestellt werden sollen, wird das Hydroxyl-geschützte C-22-Aldehyd von Vitamin D durch Hydroxyl-Schützen der C-3-Position von Vitamin D₂, um ein C-3 um ein C-3-Hydroxyl-geschütztes Vitamin D₂ zu erhalten; Sulfonieren des C-3-Hydroxyl-geschützten Vitamin D₂, um ein SO₂-Addukt zu erhalten; Verkürzen der C-17-Seitenkette des Addukts, um einen C-22-Alkohol zu bilden; SO₂-Extrusion und Swern-Oxidieren des C-22-Alkohols, um das C-22-Aldehyd zu bilden, erhalten.
Die Umsetzung des C-22-Aldehyds und die Phenylsulfonumsetzung ergibt ein Hydroxyl-geschütztes 25-en-Vitamin D, das reduziert, isomerisiert und von seinen Schutzgruppen befreit ist, um ein 25-en-Vitamin D₂ zu ergeben. Wenn 24-Hydroxy-Verbindungen hergestellt werden sollen, wird das 25-en-Vitamin D₂ außerdem mit Hepatom-Zellen inkubiert, um das 24-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ zu erhalten.
Es ist anzumerken, dass als Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ein Vitamin D, ein Provitamin D, ein Cholesterin oder ein Ergosterin ist.
Weitere Vorteile und genauere Kenntnis der speziellen Attribute dieser Erfindung können durch die folgenden Zeichnungen, die detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und die beiliegenden Ansprüche erlangt werden. Es versteht sich, dass die Zeichnungen nur zur Illustration und Beschreibung und nicht als Einschränkung der Erfindung dienen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die als Beispiel angeführte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird weiter unten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin gleichartige Bezeichnungen für gleichartige Elemente dienen und worin:
1 ein Reaktionsschema zur Herstellung des Phenylsulfons zeigt, um die geeignete Seitenkette an das Vitamin D von 2 zu binden;
die 2A–2B Reaktionsschemata zur Herstellung von 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ gemäß vorliegender Erfindung zeigen; und
3 ein Reaktionsschema zur Herstellung von 24-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer neuen Art von Vitamin-D-Verbindungen, die eine äußerst vorteilhafte biologische Aktivität aufweisen. Im Detail ist das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung vor allem für die Herstellung von Hydroxy-25-en-Vitamin-D-Verbindungen angepasst. Demgemäß wird die vorliegende Erfindung im Folgenden unter Bezugnahme auf solche Bemühen beschrieben; Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden jedoch erkennen, dass solch eine Beschreibung der Erfindung nur als Beispiel dient und nicht als Einschränkung ihres Schutzumfangs zu verstehen ist.
Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es Prodrugs von 1α,24-dihydroxylierten Vitamin-D-Verbindungen ergibt, die in vivo an der 24-Positon oder der 1α-Position hydroxyliert werden, um in aktive Formen von Vitamin D überführt zu werden. Als Prodrugs umgehen diese Verbindungen tatsächlich die Probleme des First-Pass-Effekts von intestinaler Vitamin-D-Rezeptorbindung, die intestinale Calciumabsorption vermittelt, wodurch keine oder geringere Hyperkalzämie als bei ähnlichen Dosen bekannter aktiver Vitamin-D-Verbindungen, wie beispielsweise 1α,25-Dihydroxyvitamin D₃, erzielt wird.
Die Begriffe "kalzämische Aktivität" und "kalzämische Wirkung" beziehen sich hierin auf die bekannte Fähigkeit von Vitamin-D-Verbindungen, Blutcalciumwerte durch die Stimulierung von intestinaler Calciumabsorption (Calciumtransport) und von Calciumresorption aus Knochen (Knochenmobilisierung) zu erhöhen. Der Begriff "Nieder-" als Modifikator für Alkyl, Alkenyl, Fluoralkyl, Fluoralkenyl oder Cycloalkyl bezieht sich hierin auf einen unverzweigten, verzweigten oder zyklischen, gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Spezifische Beispiele für solche Kohlenwasserstoffreste sind Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, t-Butyl, Ethenyl, Propenyl, Butenyl, Isobutenyl, Isopropenyl, Formel, Acetyl, Propionyl, Butyryl oder Cyclopropyl. Der Begriff "äquivalente Position", z. B. "C-24- oder äquivalente Position", bezeichnet hierin einen bestimmten Kohlenstoff in der C-17-Seitenkette einer Vitamin-D-Verbindung, worin dieser Kohlenstoff der C-24-Kohlenstoff wäre, jedoch zur Homologisierung der Seitenkette. Der Begriff "Hydroxyl-geschützt" bezieht sich hierin auf einen Sauerstoff, der an eine Schutzgruppe gebunden ist, z. B. TBDMSCI, dise inert bleibt, wenn sie nicht spezifisch in eine Hydroxylgruppe übergeführt wird.
In Bezug auf die Struktur besteht das wichtigste Merkmal der Verbindungen gemäß vorliegender Erfindung, welche die erwünschten biologischen Attribute aufweisen, darin, dass ihre C-17-Seitenkette an der C-25- oder einer äquivalenten Position eine Doppelbindung aufweist. Darüber hinaus kann die Seitenkette gegebenenfalls durch Einfügen einer oder zwei Methylen- (CH₂-) oder Methin- (CH=) Einheiten verlängert sein. Somit werden die Vitamin-D-Verbindungen gemäß vorliegender Erfindung geeigneterweise durch die folgenden allgemeine Formel (I) dargestellt: D-Z (I)worin D ein Gruppierung ist, die D¹, D² oder D³ ist, worin D¹ ein Vitamin D, D² ein Provitamin D und D³ eine Cholesterin- oder eine Ergosteringruppierung ist, die im Folgenden als Formel (II), (III) und (IV) beschrieben sind, und worin Z eine C-17-Seitenkette darstellt, die eine gesättigte oder ungesättigte, substituierte oder unsubstituierte, unverzweigte, verzweigte oder zyklische Kohlenwasserstoffgruppe ist, worin die C-25- oder eine äquivalente Position eine Doppelbindung aufweist, und worin die C-24- oder eine äquivalente Position durch eine C-C-Einfachbindung an Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl und durch eine zweite Bindung an eine Wasserstoff- oder Hydroxylgruppe gebunden ist.
Es ist anzumerken, dass Provitamin-D-Verbindungen die thermischen Isomere der entsprechenden Vitamin-D-Verbindungen darstellen. Provitamin D₃ ist beispielsweise das thermische Isomer von Vitamin D₃ und steht im thermischen Gleichgewicht damit. Cholesterin- und Ergosterinverbindungen sind bekannte Vorläufer in der Biosynthese von Vitamin-D-Verbindungen.
D₁-Z ist vorzugsweise ein Vitamin-D-Analog, das durch die folgenden allgemeine Formel (II) charakterisiert ist:
worin Z wie oben beschrieben ist; Y eine Methylengruppe ist, wenn die Bindung an Y eine Doppelbindung ist, oder eine Methylgruppe oder ein Wasserstoff ist, wenn die Bindung an Y eine Einfachbindung ist, d. h. wenn Y Wasserstoff ist, ist die Verbindung der Formel (II) eine 19-Nor-Verbindung; R Wasserstoff oder Hydroxyl ist, so dass, wenn R Wasserstoff ist, Z eine Seitenkette ist, worin die C-24- oder eine äquivalente Position hydroxyliert ist; und wenn R Hydroxyl ist, die C-24- oder eine äquivalente Position der Z-Seitenkette nicht hydroxyliert ist; und X Wasserstoff, Niederalkyl oder Niederfluoralkyl ist.
Ein weiteres Beispiel für die D₁-Z-Verbindung ist durch die folgenden Formel (IIA) dargestellt:
worin X, Y, R und Z wie oben definiert sind.
D²-Z ist ein Provitamin-D-Analog, das durch die folgende allgemeine Formel (III) dargestellt ist:
worin Z, R und X wie oben beschrieben sind und Y Wasserstoff oder eine Methylgruppe i st.
D³-Z ist ein Cholesterin- oder Ergosterin-Analog, dargestellt durch die allgemeine Formel (IV):
worin Z, R und X wie oben beschrieben sind und Y Wasserstoff oder eine Methylgruppe i st.
Z, die C-17-Seitenkette, ist vorzugsweise durch die allgemeine Formel (VA) dargestellt:
worin n eine ganze Zahl von 1 oder 2 ist; R³ Wasserstoff, Niederalkyl, Niederalkenyl, Niederfluoralkyl oder Niederfluoralkenyl ist; R⁴ und R⁵ unabhängig voneinander Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl sind; A Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff ist; r = 1 ist und s = 0 ist, wenn A Stickstoff ist; r und s = 0 sind, wenn A Schwefel oder Sauerstoff ist; und R⁶ und R⁷ unabhängig voneinander Wasserstoff, Niederalkyl, Niederalkenyl, Niederfluoralkyl oder Niederfluoralkenyl sind.
Z umfasst beispielsweise eine Seitenkette, worin A Kohlenstoff ist, r und s = 1 sind und n = 1 ist, dargestellt durch die Formel (VB):
worin R³, R⁶ und R⁷ unabhängig voneinander Wasserstoff, Niederalkyl, Niederfluoralkyl und Niederfluoralkenyl sind und R⁴ und R⁵ Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl sind.
Z umfasst auch eine Seitenkette, die durch die Formel (VC) dargestellt ist:
worin eine punktierte Linie entlang der Seitenkette eine optionale zusätzliche C-C-Bindung darstellt; q = 0 oder eine ganze Zahl von 1 oder 2 ist; R³ Wasserstoff, Niederalkyl, Niederalkenyl, Niederfluoralkyl oder Niederfluoralkenyl ist; A Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff ist; r = 1 und s = 0 ist, wenn A Stickstoff ist, r und s = 0 sind, wenn A Sauerstoff oder Schwefel ist; R⁶ und R⁷ unabhängig voneinander Wasserstoff, Niederalkyl, Niederalkenyl, Niederfluoralkyl oder Niederfluoralkenyl sind. In Bezug auf die optionale C-C-Bindung kann, wenn q beispielsweise 0 ist, die Bindung zwischen C-22 und C-23 einfach, doppelt oder dreifach sein. In Bezug auf die Gruppen, auf die sich q bezieht, so kann diese eine -CH₂-Gruppe sein.
Z umfasst beispielsweise eine Seitenkette, worin q = 0 ist und A Kohlenstoff ist, dargestellt durch die Formel (VD):
worin R³, R⁶ und R⁷ unabhängig voneinander Wasserstoff, Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl und Niederfluoralkenyl sind und R⁴ und R⁵ unabhängig voneinander Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl sind.
Z ist vorzugsweise auch eine Seitenkette, die durch die Formel (VE) dargestellt ist:
worin n eine ganze Zahl von 1 oder 2 ist; R³ Wasserstoff, Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl ist; R⁴ und R⁵ unabhängig voneinander Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl sind; A Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff ist; r = 1 ist und s = 0 ist, wenn A Stickstoff ist; r und s = 0 sind, wenn A Schwefel oder Sauerstoff ist; und R⁶ und R⁷ unabhängig voneinander Wasserstoff, Niederalkyl, Niederfluoralkyl; Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl sind.
Z umfasst beispielsweise eine Seitenkette, wenn n = 1 ist, A Kohlenstoff ist, r und s = 1 sind und R³, R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ wie oben beschrieben sind, die durch die Formel (VF) dargestellt ist:
Außerdem umfasst Z eine Seitenkette, die durch die Formel (VG) dargestellt ist:
worin eine punktierte Linie entlang der Seitenkette eine optionale zusätzliche C-C-Bindung darstellt; q = 0 oder eine ganze Zahl von 1 oder 2 ist; R³ Wasserstoff, Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl ist; R⁴ und R⁷ unabhängig voneinander Niederalkyl, Niederfluoralkyl, Niederalkenyl oder Niederfluoralkenyl sind; A Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff ist; r = 1 und s = 0 ist, wenn A Stickstoff ist, r und s = 1 sind, wenn A Schwefel oder Sauerstoff ist; R⁶ und R¹⁰ unabhängig voneinander Wasserstoff, Niederalkyl, Niederalkenyl, Niederfluoralkyl oder Niederfluoralkenyl sind. In Bezug auf die optionale zusätzliche Bindung kann, wenn q beispielsweise 0 ist, eine Doppelbindung zwischen C-22 und C-23 vorhanden sein.
Z umfasst beispielsweise eine Seitenkette, worin q = 0 ist, A Kohlenstoff ist, r und s = 1 sind, R³, R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ wie oben beschrieben sind, dargestellt durch die Formel (VH):
Von den Verbindungen der Formel (I) sind die 1α-hydroxylierten oder die 24-hydroxylierten Verbindungen bevorzugt, die Prodrugs für 1α,24-dihydroxyliertes Vitamin D sind. Beispiele für die Verbindungen der Formel (I) sind:
1α-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂
1α-Hydroxy-25-oxo-Vitamin D₂
24-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂
24-Hydroxy-25-oxo-Vitamin D₂
Von den Verbindungen der Formel (III) sind die 1-Hydroxy-Provitamin-D-Verbindungen bevorzugt, die Prodrugs und Isomere für 1α,24-dihydroxyliertes Vitamin D sind. Beispiele für die Verbindungen der Formel (III) sind:
1α-Hydroxy-25-en-Provitamin D₂
1α-Hydroxy-25-oxo-Provitamin D₂
24-Hydroxy-25-en-Provitamin D₂
24-Hydroxy-25-oxo-Provitamin D₂
Von den Verbindungen der Formel (IV) sind die 1α-hydroxylierten Vorläuferverbindungen von Vitamin-D-Verbindungen bevorzugt, d. h. 1α-hydroxylierte Cholesterin- oder Ergosterinverbindungen, die auch Prodrugs für 1α,24-dihydroxyliertes Vitamin D sind. Beispiele für die Verbindungen der Formel (IV) sind:
1α-Hydroxy-24-methyl-25-en-Cholesterin
1α-Hydroxy-24-methyl-25-oxo-Cholesterin
1α-Hydroxy-25-oxo-Ergosterin
24-Hydroxy-25-en-Cholesterin
24-Hydroxy-25-en-Ergosterin
24-Hydroxy-25-oxo-Cholesterin
24-Hydroxy-25-oxo-Ergosterin
Es versteht sich, dass von diesen Verbindungen gemäß vorliegender Erfindung, die, z. B. an C-20 oder C-24 in der C-17-Seitenkette, Chiralitätszentren aufweisen, beide Diastereomere (z. B. R und S) und das Gemisch davon innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
In der folgenden Beschreibung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung werden die Prozessschritte, sofern nicht anders angegeben, bei Raumtemperatur (RT) und unter Atmosphärendruck durchgeführt.
Die Verbindungen der Formel (I) können durch den in 1 als Beispiel dargestellten Reaktionsvorgang hergestellt werden. Die Synthese ist durch die Kopplung der geeigneten, separat synthetisierten Seitenketteneinheit an den gewünschten, vorgeformten Vitamin-D-Nukleus, der eine verschiebbare Gruppe auf C-22 aufweist, gekennzeichnet. Die erforderliche Seitenkette wird als Phenylsulfonderivat hergestellt.
Im Detail umfasst das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung zur Herstellung der 1αhydroxylierten Verbindungen den Einsatz von Vitamin D als Ausgangsmaterial, das Hydroxylieren der Kohlenstoff-1-Position und Schützen derselben sowie die Bildung des 1α-Hydroxy-25-en-Vitamins D. Zur Herstellung der 24-hydroxylierten Verbindungen wird ebenfalls Vitamin D als Ausgangsmaterial verwendet, und eine 25-en-Vitamin-D-Verbindung wird gebildet, die dann an der 24-Position durch beispielsweise biologische Synthese hydroxyliert wird.
Im Folgenden wird auf 2A–2B Bezug genommen, die Beispiele von Reaktionsschemata für die Synthese des 1α-Hydroxy-25-en-Vitamins D₂ zeigen. Die Hydroxyl-Funktionalität an der C-3-Position von Vitamin D₂ (11) wird in Gegenwart von Imidazol durch t-Butyldimethylsiloxychlorid (TBDMSCI) geschützt, um das C-3-geschützte Produkt (12) zu bilden, das dann mit SO₂ umgesetzt wird, um das Addukt als Zwischenprodukt (13) zu erhalten. Das Addukt (13) wird dann einer SO₂-Extrusion (Natriumbicarbonat (NaHCO₃)/Ethanol (EtOH)) unterzogen, um das trans-Isomer (14) von (12) zu erhalten. Das trans-Isomer (14) wird an der C-1-Position hydroxyliert (NMO/SeO₂), um (15) zu erhalten. Die Hydroxyl-Funktionalität an C-1- wird dann geschützt (TBDMSCI) und mit SO₂ umgesetzt, um das Addukt (17) zu bilden. Eine Ozonolyse und Reduktion ergibt einen C-22-Alkohol (19) (siehe Manchand et al., J. Org. Chem. 60, 6574 (1995), durch Verweise hierin aufgenommen). Eine SO₂-Extrusion (NaHCO₃; EtOH) und darauf folgende Oxidation unter Einsatz der bekannten Swern-Oxidation ((COCl)₂; DMSO) ergibt das C-22-Aldehyd (20). Die Seitenkette wird durch Umsetzung des Aldehyds (20) mit dem geeigneten Phenylsulfon (10) eingeführt, gefolgt von einer geeigneten Reduktion, Entfernung der Schutzgruppe(n) und Isomerisierung, um die 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin-D₂-Verbindung (1) zu erhalten.
Die Verbindungen der Formel (III) können im Allgemeinen durch das in 1 dargestellte Verfahren hergestellt werden, worin das Provitamin-Ausgangsmaterial durch einen Reaktionsvorgang hergestellt werden kann, der im US-Patent 5.252.191 von Pauli et al., im US-Patent 5.025.783 von Coethals et al. oder im US-Patent 4.388.243 beschrieben ist. Die 19-Nor-Verbindungen der Formel (I) können im Allgemeinen auch durch den hierin als Beispiel aufgeführten Reaktionsvorgang hergestellt werden, wobei das Ausgangsmaterial dafür durch das Verfahren hergestellt werden kann, das im US-Patent 5.710.294 angeführt ist. Das in 1 dargestellte Verfahren ist auch für die Herstel lung von Verbindungen der Formel (IV) geeignet, wobei die Cholesterin- oder Ergosterin-Ausgangsmaterialien im Handel erhältlich sind.
Um das geeignete Phenylsulfon (10) zu bilden, wird nun Bezug auf 1 genommen, die ein Reaktionsschema dafür zeigt. Ethyldimethylacrylat (2) wird einer Methylierung und Doppelbindung-Isomerisierung an die C-3-Position unterzogen. Die Ethergruppe wird in eine Alkoholgruppe überführt, um eine Säure (4) zu bilden. Die Säure (4) wird in die Oxazolidinon-Isomere (5) überführt und aufgetrennt, um das gewünschte Isomer (6) zu erhalten. Das Oxazolidinon (6) wird in ein Butansäure-3-en (7) überführt. Die Carbonylgruppe dieser Säure (7) wird entfernt, um den Alkohol (8) zu erhalten. Der Alkohol (8) wird umgesetzt, um die Alkoholgruppe zu ersetzen und ein Mesylat (9) zu erhalten. Das Mesylat (9) wird dann in eine Phenylsulfongruppe überführt, um R-(2,3-Dimethyl-3-buten-1-yl)phenylsulfon (10) zu erhalten.
Bestimmte der hierin beschriebenen Verbindungen und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in Calverley, Tetrahedron 51, 1609 (1987); Manchand et al., ). Org. Chem. 60, 6574 (1995); Walba et al., J. Org. Chem. 53, 1046 (1988); Smith III et al., ). Am. Chem. Soc. 103, 1996 (1981) beschrieben.
Die Verbindungen der Formel (II), worin die Seitenkette durch die Formel (IIC) oder (IIE) dargestellt ist, können durch den in 3 als Beispiel dargestellten Reaktionsvorgang hergestellt werden. Im Detail handelt es sich hierbei um ein Verfahren zur Herstellung eines 24-Hydroxy-25-en-Vitamins D₂, das die Verwendung von Vitamin D₂ als Ausgangsmaterial, die Eliminierung der C-1-Hydroxylierung und die Schutzschritte des Verfahrens von 2A sowie die Bildung des 25-en-Vitamins D₂, gefolgt vom Inkubieren des 25-en-Vitamins D₂ mit beispielsweise kultivierten humanen Hepatom-Zellen HEP3B oder HEPG3 umfasst, um den Metabolit 24(S)-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ zu erhalten, der dann isoliert und durch Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie gereinigt wird.
Wie in 3 dargestellt wird das Vitamin D₂ (11), ähnlich wie in 2A–2B, mit SO umgesetzt und die Hydroxyl-Funktionalität wird mit t-Butyldimethylsilyloxychlorid geschützt, um das Addukt als Zwischenprodukt (24) zu erhalten. Ozonolyse und Reduktion ergibt den C-22-Alkohol (25). Eine SO₂-Extrusion und darauffolgenden Oxidation unter Einsatz der bekannten Swern-Oxidation ergibt das Aldehyd (26). Die Seitenkette wird durch Umsetzung des Aldehyds (9) mit dem geeigneten Phenylsulfonreagens eingeführt, um die 25-en-Vitamin-D₂-Verbindung (27) durch geeignete Reduktion, Isomerisierung und Entfernung der Schutzgruppe(n) zu erhalten. Das 25-en-Vitamin D₂ wird dann mit Human-Hepatom-Zellen inkubiert, um das 24-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ (28) zu erhalten, das dann extrahiert und zum 24(S)-Hydroxy-Diastereomer gereinigt wird.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, die nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind.
¹H-NMR-Spektren wurden mithilfe eines Varian VXR-300 erstellt. Chemische Verschiebungen sind in δ-Einheiten (ppm) in Bezug auf TMS angegeben. Für eine HPLC-Analyse wurde eine EPS C18 150 × 4,6 mm Platinsäule mit einer flüssigen Phase aus CH₃CH – 0,1% COOH 70 : 30, einer Detektionswellenlänge von 265 nm, einem Fluss von 1 ml/ min und einer Temperatur von 22°C verwendet. Schmelzpunkte wurden mithilfe eines Mettler-FP-2-Schmelzpunktgerät mit einem Mettler-FP-21-Mikroskop bestimmt.
Beispiel 1: Synthese von 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin D
Herstellung von R-(2,3-Dimethyl-3-buten-1-yl)phenylsulfon (10)
Zu einer Lösung von 110 ml Diisopropylamin in 750 ml Tetramethylfuran (THF) wurden bei einer Temperatur zwischen –25°C und –10°C 315 ml 2,5 N n-Butyllithium (n-BuLi) zugesetzt. Das Gemisch wurde auf –70°C abgekühlt, 150 ml HMPA wurden zugetropft und das Gemisch wurde eine weitere Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Nachdem 100 g Ethyldimethylacrylat (2) in 100 ml THF zugetropft worden waren, wurde das Ge misch 2 Std. lang bei 70°C gerührt, wonach 60 ml Methyliodid (Mel) zugesetzt wurden, wobei die Temperatur unter –50°C gehalten wurde. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht auf RT erwärmen gelassen und durch Zusatz von 400 ml gesättigter NH₄Cl-Lösung gequencht. Die Phasen wurden getrennt, und die wässrige Phase wurde mit Ether-Hexan 1 : 1 (400 ml und 300 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit 0,5 N HCl, gesättigter NaHCO₃-Lösung und Kochsalzlösung gewaschen und getrocknet (Na₂SO₄). Das Abdampfen des Lösungsmittel ergab 113 g eines Rohprodukts (3) als Öl. NMR (CDCl₃): δ: 1,2 (m, 6H); 1,65 (s, 3H); 3,15 (q, 1H); 4,05 (q, 2H); 4,75 (s, 2H).
Das Öl (3) wurde in 800 ml EtOH-Wasser 1 : 1 mit 52 g KOH 4 Tage lang bei RT gerührt. Nachdem das Gemisch eingeengt worden war, wurde es mit Ether (2 × 100 ml) gewaschen, angesäuert und mit Ether-Hexan 1 : 1 (4 × 300 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung gewaschen und getrocknet (Na₂SO₄) und die Lösungsmittel wurden abgedampft, um 74 g der Säureverbindung (4) zu erhalten. NMR (CDCl₃): δ: 1,3 (d, 3H); 1,8 (s, 3H); 3,2 (q, 1H); 4,9 (q, 2H); 11 (breites s, 1H).
Eine Lösung von 71,5 g der Verbindung (4) und 176 Triethylamin (NEt₃) in 1,25 l THF wurde mechanisch gerührt und auf –40°C gekühlt. Zur Lösung wurden 83 g Pivaloylchlorid zugetropft. Die resultierende weiße Suspension wurde 1,5 Std. lang gerührt, während die Temperatur auf –8°C anstieg, und wurde dann wieder auf –50°C gekühlt, wonach 29,5 g LiCl und 102,2 g S(+)-Phenyloxazolidon zugesetzt wurden. Das Gemisch wurde über Nacht auf RT erwärmen gelassen, in 1 l Wasser gegossen und mit Ethylacetat (EtOAc) (2 × 0,5 l) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung gewaschen, getrocknet (Na₂SO₄) und eingedampft. Kugelrohr-Destillation ergab 136 g (75% in Bezug auf Ethyldimethylacrylat) eines Oxazolidinon-Produkts (5) als dickes gelbes Öl. NMR (CDCl₃): δ: 1,2 (d, 3H); 1,65 und 1,8 (2s, 3H); 4,2 (dd, 1H); 4,35 (m, 1H); 4,45, 4,75, 4,8, 4,85 (4s, 2H); 4,65 (m, 1H); 5,45 (m, 1H); 7,3 (m, 5H).
Die Oxazolidinone (5) wurden unter Einsatz von 8,6. kg Kieselgel und CH₂Cl₂ als Eluent chromatographiert. Abnahme der geeigneten Fraktion (R_f= 0,5) ergab 581 g des gewünschten Isomers (6). NMR (CDCl₃): δ: 1,2 (d, 3H); 1,8 (s, 3H); 4,2 (dd, 1H); 4,4 (q, 1H); 4,65 (q, 1H); 4,8 (s, 1H); 4,85 (s, 1H); 5,4 (dd, 1H); 7,3 (m, 5H).
61,6 g des Oxazolidinons (6) in 1 l THF wurden auf 0°C abgekühlt, und 21 g LiOH·H₂O in 300 ml wurden zugetropft, wonach 95 ml 30% H₂O₂ zugesetzt wurden. Das Gemisch wurde über Nacht langsam auf RT erwärmen gelassen und auf 0°C abgekühlt. Na₂SO₃ (105 g) wurden zugesetzt, wonach 200 ml Wasser und 100 ml Ether zugesetzt wurden, um eine Phasentrennung zu erreichen. Die wässrige Phase wurde mit Hexan gewaschen, angesäuert und mit Ether (2 × 250 ml, 150 ml) extrahiert. Die Etherphasen wurden getrocknet (Na₂SO₄), und das Lösungsmittel wurde abgedampft, wodurch 23 g der Säure (7) erhalten wurden. Eine Lösung dieser Säure in 100 ml THF wurde unter Kühlung zu einem Gemisch von 8,2 g LiAIH₄ in 150 ml THF zugetropft. Nachdem das Gemisch RT erreicht hatte, wurde es 1 Stunde lang rückflusserhitzt, auf 0°C abgekühlt und mit einer zugetropften Na₂SO₄-Lösung gequencht. Der resultierende Feststoff wurde abfiltriert und mit THF gewaschen. Die vereinigten THF-Phasen, die den Alkohol (8) enthielten, wurden auf 0°C abgekühlt, wonach 42 ml NEt₃ und 20 ml Methansulfonylchlorid zugetropft wurden. Das Gemisch wurde über Nacht bei RT stehen gelassen, in 300 ml Wasser gegossen und mit Kochsalzlösung gewaschen, getrocknet und eingedampft. Kugelrohr-Destillation ergab 4,9 g eines Mesylats (9) als farbloses Öl (11% in Bezug auf das Oxazolidinon). NMR (CDCl₃): δ: 1,1 (d, 3H); 1,7 (s, 3H); 2,55 (m, 1H); 2,95 (s, 3H); 4,1 (m, 1H); 4,75 (s, 1H); 4,85 (s, 1H).
Eine Lösung von 4,9 g (9), 5,8 g Natriumbenzolsulfonat (PhSO₂Na) und 4,1 g Nal in 50 ml Dimethylfuran (DMF) wurde bei 50°C 4 Tage lang gerührt. Das Gemisch wurde in 100 ml Eiswasser gegossen und mit EtOAc (2 × 100 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung (2 × 50 ml) gewaschen, getrocknet und eingedampft. Kugelrohr-Destillation ergab 5,6 (90%) des Produkts R-(2,3-Methyl-3-buten-1- yl)phenylsulfon (19) als farbloses Öl. NMR (CDCl₃): δ: 1152 (d, 3H); 1,6 (s, 3H); 2,7 (m, 1H); 3 (dd, 1H); 3,2 (dd, 1H); 5,65 (s, 2H); 7,5 (m, 3H); 7,85 (d, 2H).
Herstellung von 1(S),3(R)-Bis-(t-butyldimethylsilyloxy)-20(S)-formyl-9,10-secopregna-5(E),7(E),10(19)-tien (20)
57,5 g (145 mMol) Vitamin D₂ (11) und 16,1 g Imidazol in 500 ml CH₂Cl₂ wurden auf –5°C abgekühlt. Zu diesem Gemisch wurden 28,9 g TBDMSCI portionsweise zugesetzt. Die Temperatur wurde auf RT steigen gelassen und 5 Std. lang auf dieser Temperatur gehalten. Die Reaktion wurde durch Dünnschichtchromatographie (DC) (Kieselgel, CH₂Cl₂) überwacht, in Wasser gegossen, und die Phasen getrennt. Die wässrige Phase wurde mit CH₂Cl₂ extrahiert, und die organischen Phasen wurden mit Wasser und Kochsalzlösung gewaschen. Trocknen (Na₂SO₄) und Eindampfen ergab die C-3-geschützte Verbindung (12) als gelbes Öl. NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 6H); 0,5 (s, 3H); 0,9 (m, 18H); 1 (d, 3H); 1,1– 2,4 (m, 20H); 2,75 (d, 1H); 3,75 (m, 1H); 4,7 (s, 1H); 4,95 (s, 1H); 5,15 (m, 2H); 5,95 (d, 1H); 6,1 (d, 1H).
Das Öl (12) wurde in 100 ml Ether gelöst und bei –50°C zu 100 ml SO₂ zugesetzt. Das Gemisch wurde 2 Std. lang bei –10°C rückflusserhitzt, und das SO₂ wurde unter Argonatmosphäre abgedampft, wodurch die geschützte Adduktverbindung (13) als grauweißer Feststoff erhalten wurde: NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 6H); 0,6, 0,65 (s, 3H); 0,9 (m, 18H); 1 (d, 1H); 1 (d, 3); 1,1–2,2 (m, 20H); 2,5 (m, 1H); 3,6 (breites s, 2H); 3,95 (m, 1H); 4,4– 4,75 (m, 2H); 5,15 (m, 2H).
Der zurückbleibende grauweiße Feststoff (13) wurde in 675 ml 96% Ethanol gelöst; 75 g NaHCO₃ wurden zugesetzt, und das Gemisch wurde rückflusserhitzt, bis ein DC (Kieselgel, CH₂Cl₂) das Verschwinden des Ausgangsmaterials anzeigte (4 Std.). Die Reaktion wurde auf 0°C abgekühlt, Hexan (700 ml) und EtOAc (700 ml) wurden zugesetzt, und das Gemisch wurde über Celite^TM filtriert. Eindampfen ergab 73 g der trans-Verbindung (14) als gelbes Öl. NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 6H); 0,5 (s, 3H); 0,9 (m, 18H); 1 (d, 3H); 1,1– 2,3 (m, 18H); 2,5 (m, 1H); 2,65 (dd, 1H); 2,85 (dd, 1H); 3,85 (m, 1H); 4,65 (s, 1H); 4,95 (s, 1H); 5,2 (m, 2H); 5,85 (d, 1H); 6,5 (d, 1H).
Das Öl (14) wurde in 600 ml CH₂Cl₂ gelöst. Nach Zusetzen von 36,3 g NMO, wurde die Lösung über Na₂SO₄ getrocknet, filtriert und rückflusserhitzt. Zu dieser Lösung wurde innerhalb von 5 min eine Lösung von 16,2 g SeO₂ in 375 ml heißem McOH zugesetzt. Das Erhitzen wurde weitere 70 min lang fortgesetzt, dann wurde das Gemisch abgekühlt und in 700 ml Wasser gegossen. Die Phasen wurden getrennt, und die wässrige Phase wurde mit CH₂Cl₂ (3 × 100 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung gewaschen, getrocknet (Na₂SO₄) und durch Kieselgel filtriert. Eindampfen ergab 73 g gelbes Öl, das unter Einsatz von 800 g Kieselgel, 5 l 2,5 EtOAc in Hexan und 2 l 75% EtOAc in Hexan chromatographiert wurde. Die letzteren 2 l wurden gesammelt und eingedampft, um 55,6 g der C-1-geschützten Verbindung (15) als gelbes Öl zu erhalten. NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 6H); 0,5 (s, 3H); 0,9 (m, 16H); 1 (d, 3H); 1,1–2,0 (m, 18H); 2,35 (d, 1H); 2,5 (d, 1H); 2,8 (d, 1H); 4,15 (m, 1H); 4,9 (s, 1H); 5,05 (s, 1H); 5,8 (d, 1H); 6,45 (d, 1H).
55,6 g (15) wurden in 700 ml CH₂Cl₂ gelöst, 11,8 g Imidazol wurden zugesetzt, und unter Kühlen auf –5°C wurden 21,3 g TBDMSCI zugesetzt. Das Gemisch wurde über Nacht auf RT erwärmen gelassen und in 500 ml Wasser gegossen. Die Phasen wurden getrennt, die wässrige Phase wurde mit CH₂Cl₂ extrahiert, und die vereinigten organischen Phasen wurden mit Wasser und Kochsalzlösung gewaschen. Trocknen (Na₂SO₄) und Abdampfen des Lösungsmittels ergaben 56,6 g eines Feststoffs. Dieser Feststoff wurde in 250 ml heißem EtOAc gelöst, und 300 ml heißes McOH wurden zugesetzt. Innerhalb von 10 min erfolgte Kristallisation, und das Gemisch wurde auf 0°C abgekühlt. Der Feststoff wurde isoliert und mit einem Gemisch von McOH und EtOAc gewaschen. Das ergab 29,8 g (325 in Bezug auf (11)) des α-Isomers (16) als weißen, kristallinen Feststoff. NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 12H); 0,5 (s, 3H); 0,9 (m, 27H); 1 (d, 3H); 1,1–2,0 (m, 16H); 2,25 (d, 1H); 2,5 (dd, 1H); 2,8 (d, 1H); 4,15 (m, 1H); 4,5 (m, 1H); 4,9 (s, 1H); 4,95 (s, 1H); 5,15 (m, 2H); 5,8 (d, 1H); 6,4 (d, 1H).
Verbindung (16) (9 g) wurde in einem Gemisch aus 39 ml SO₂ und 30 ml CH₂Cl₂ gelöst und 1 Std. lang rückflusserhitzt. Die Lösungsmittel wurden abgedampft, und 10 g eines Addukts (17) wurden als weißer Feststoff erhalten. NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 12H); 0,5 (s, 3H); 0,9 (m, 27H); 1 (d, 3H); 1,1–2,2 (m, 18H); 2,55 (m, 1H); 3,6 (d, 1H); 3,9 (d, 1H); 4,15 (m, 1H); 4,35 (m, 1H); 4,6–4,8 (m, 2H); 5,15 (m, 2H).
Ozonolyse dieser 10 g des Feststoffs (17) wurde bei –65°C in 100 ml CH₂Cl₂ und 50 ml McOH durchgeführt und mittels DC (Kieselgel, CH₂Cl₂) überwacht. Danach wurden 1 g NaBH₄ zugesetzt, das Reaktionsgemisch wurde auf 10°C erwärmen gelassen und in 150 ml Acetatpuffer mit pH 4,3 (11 g Kaliumacetat (KOAc)) gegossen. Das Gemisch wurde mit Hexan (2 × 60 ml) extrahiert, und die organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung gewaschen und getrocknet (Na₂SO₄). Eindampfen ergab das Rohprodukt des Adduktalkohols (18) als gelbes Öl, das in 150 ml EtOH (96%) gelöst wurde. Nach Zusetzen von 12 g NaHCO₃ wurde das Gemisch unter Argonatmosphäre rückflusserhitzt, bis ein DC (Kieselgel, CH₂Cl₂) die Abwesenheit des Ausgangsmaterials aufzeigte (2 Std.). Nach Abkühlen wurden 200 ml Hexan und 100 ml EtOAc zugesetzt, gefolgt von Na₂SO₄ und Celite^TM. Das Gemisch wurde über Celite^TM filtriert, und die Lösungsmittel wurden abgedampft, um 11 g eines sich verfestigenden gelben Öls zu erhalten. Säulenchromatographie (Kieselgel, CH₂Cl₂) ergab 5,2 g (64%) des trans-Isomers der Alkoholverbindung (19). NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 12H); 0,5 (s, 3H); 0,85 (s, 9H); 0,9 (s, 9H); 1 (d, 3H); 1,1–2 (m, 14H); 2,25 (d, 1H); 2,5 (dd, 1H); 2,85 (d, 1H); 3,35 (m, 1H); 3,6 (m, 1H); 4,2 (m, 1H); 4,5 (m, 1H); 4,9 (s, 1H); 4,95 (s, 1H); 5,8 (d, 1H); 6,4 (d, 1H).
Zu einer Lösung von 0,124 ml Oxaloylchlorid in 30 ml CH₂Cl₂ wurde bei –70°C eine Lösung von 0,26 ml Dimethyfsulfoxid (DMSO) in 10 ml CH₂Cl₂ über einen Zeitraum von 15 min zugesetzt, wobei die Temperatur unter –65°C gehalten wurde, und das Ganze wurde 10 min lang bei –60°C gehalten. Das Gemisch wurde wieder auf –70°C abgekühlt, und 710 mg Alkohol (19) in 30 ml CH₂Cl₂ wurden in 10 min zugesetzt, wobei die Temperatur unter –60°C gehalten wurde. Nach 20 min bei einer Temperatur zwischen –60°C und –50°C wurde das trübe Gemisch wieder auf –70°C abgekühlt, und 0,88 ml NEt₃ wurden auf ein Mal zugesetzt. Die Temperatur wurde auf RT ansteigen gelassen, und die klare Lösung wurde in 50 ml Wasser gegossen. Die Phasen wurden getrennt, die Wasserphase wurde mit CH₂Cl₂ (50 ml) extrahiert, und die vereinigten organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung gewaschen und getrocknet (Na₂SO₄). Nach Entfernen der Lösungsmittel wurde der Rückstand durch Säulenchromatographie (Kieselgel, CH₂Cl₂) gereinigt, wodurch 630 mg (89%) 1(S),3(R)-Bis-(t-butyldimethylsilyloxy)-20(S)-formyl-9,10-secopregna-5(E),7(E),10(19)-tien (20) als weißer kristalliner Feststoff erhalten wurden. NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 12H); 0,5 (s, 3H); 0,85 (s, 9H); 0,9 (s, 9H); 1,1 (d, 3H); 1,1–2,4 (m, 15H); 2,5 (dd, 1H); 2,85 (d, 1H); 4,2 (m, 1H); 4,5 (m, 1H); 4,9 (s, 1H); 4,95 (s, 1H); 5,8 (d, 1H); 6,4 (d, 1H); 9,55 (d, 1H). MS m/z (M⁺).
Herstellung von 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ (1)
Eine Lösung von 1,36 g des Phenylsulfons (10) in 40 ml THF wurde auf –70°C abgekühlt; 2,4 ml 2,5 M n-BuLi wurden zugesetzt, und das Gemisch wurde 1 Std. lang bei gleichbleibender Temperatur gerührt. 850 mg Aldehyd (20) in 10 ml THF wurden zugetropft und 15 min lang bei –70°C gerührt. Danach wurden 10 ml gesättigte NH₄Cl-Lösung zugesetzt, und die Temperatur wurde auf RT ansteigen gelassen. Die Phasen wurden getrennt, und die wässrige Phase wurde mit EtOAc (2 × 50 ml) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit dem Rohprodukt Hydroxysulfon (21) als Gemisch von Diastereomeren mit komplexen NMR-Daten gewaschen. MS m/z 797 (M⁺).
Natrium (1,5 g) wurde in 130 g Hg gelöst; 40 ml THF wurden zugesetzt, und das Gemisch wurde auf –20°C abgekühlt. Nach Zusetzen von 4 ml McOH und 30 g KH₂PO₄ wurde das Hydroxysulfongemisch in 15 ml THF zugesetzt. Die Reaktion lief 6 Std. (überwacht durch DC (Kieselgel, CH₂Cl₂)) bei –10°C bis –5°C, bevor Wasser zugesetzt wurde. Die flüssige Phase wurde dekantiert, das restliche Hg mit Wasser (exotherm) und EtOAc gewaschen, und die Phasen wurden getrennt. Die organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung gewaschen, getrocknet (Na₂SO₄) und eingedampft. Säulenchromatographie (Kieselgel, CH₂Cl₂) ergab 440 mg (46%) von (22) als weißen kristallinen Fest stoff. NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 12H); 0,5 (s, 3H); 0,85 (s, 9H); 0,9 (s, 9H); 0,95 (d, 3H)_; 1,05 (d, 3H); 1,2–2 (m, 18H); 2,25 (d, 1H); 2,5 (dd, 1H); 2,7 (m, 1H); 2,85 (d; 1H)_; 4,2 (m, 1H); 4,5 (m, 1H); 4,65 (m, 2H); 4,9 (s, 1H); 4,95 (s, 1H); 5,25 (m, 2H); 5,8 (d, 1H)_; 6,4 (d, 1H). MS m/z 639 (M⁺).
Ein Gemisch von 140 mg (22) in 35 ml Toluol mit 5 Tropfen Net₃ und 5 mg 9-Acetylanthracen wurde 4 Std. lang unter einem konstanten Argonstrom bestrahlt. Das ergab 140 mg der cis-Verbindung (23). NMR (CDCl₃): δ: 0 (s, 12H); 0,5 (s, 3H); 0,85 (s, 9H)_; 0,9 (s, 9H); 0,95 (d, 3H); 1,05 (d, 3H); 1,2–2 (m, 18H); 2,2 (m, 1H); 2,45 (dd, 1H); 2,8 (m, 2H); 4,2 (m, 1H); 4,35 (m, 1H); 4,7 (m, 2H); 4,85 (m, 1H); 5,15 (m, 1H); 5,25 (, 21H); 6 (d, 1H); 6,25 (d, 1H).
Ein Gemisch von 280 g TBAF und 140 mg (23) in 20 ml THF wurde bei 45°C 4 Std. lang gerührt (überwacht mittels DC (Kieselgel, CH₂Cl₂)). Das Gemisch wurde in 50 ml gesättigte NaHCO₃-Lösung gegossen und mit EtOAC extrahiert. Die organische Phase wurde mit Wasser und Kochsalzlösung gewaschen und getrocknet (Na₂SO₄). Abdampfen der Lösungsmittel und Chromatographie (Kieselgel (EtOAc-Hexan 2 : 1)) ergaben 70 mg eines Produkts als weißen Feststoff. Die Verbindung enthielt etwa 10% der trans-Verbindung. Umkristallisation aus Methylformiat ergab 15 mg (17 5) reines 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ (1 ). Fp. 134,6–138,4°C; NMR (CDCl₃): δ: 0,5 (s, 3H); 0,95 (d, 3H); 1,05 (d, 3H); 1,05 (d, 3H); 1,2–2 (m, 185H); 2,25 (m, 1H); 2,55 (m, 1H); 2,8 (d, 1H); 4,2 (m, 1H); 4,4 (m, 1H); 4,65 (m, 2H); 4,95 (s, 1H); 5,2 (m, 2H); 5,3 (s, 1H); 6,0 (d, 1H); 6,35 (d, 1H). MS m/z 393 (M⁺ – 18) 413 (M⁺).
Zu einer Lösung von 320 mg (22) in THF wurden 400 mg TBAF zugesetzt. Das Gemisch wurde über Nacht bei RT und 3 Std. bei 55°C gerührt und in 75 ml gesättigte NaHCO₃-Lösung gegossen. Das Gemisch wurde mit EtOAc (2 × 50 ml) extrahiert, die organischen Phasen wurden mit Kochsalzlösung gewaschen und getrocknet, und die Lösungsmittel wurden abgedampft. Säulenchromatographie (Kieselgel (EtOAc-Hexan 2 : 1)) ergab einen weißen Feststoff, der in 40 ml Toluol gelöst und nach Zusetzen von 6 Tropfen NEt₃ und 5 mg 9-Acetylanthracen 1,5 Std. lang bestrahlt wurde. Abdampfen der Lösungsmittel und Chromatographie (Kieselgel (EtOAc-Hexan 2 : 1)) ergaben 65 mg (31%) 1α-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ (1) mit einer Reinheit von 96,7% (HPLC). UV : λ_max 265 nm.
Beispiel 2: Synthese von 24-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂
Die Synthese von 24-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ folgt denselben Schritten wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass die Hydroxylierungsschritte auf C-1 ausgelassen werden und keine Schutzgruppe an der Kohlenstoff-1-Position angefügt wird. Das Produkt 25-en-Vitamin D₂ wird dann mit Human-Hepatom-Zellen inkubiert, um das 24-hydraxylierte Produkt zu erhalten, dass mithilfe bekannter Verfahren extrahiert und gereinigt wird.
Zusammengefasst stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Art von Vitamin-D-Verbindungen bereit, bei dem die C-25- oder eine äquivalente Position eine Doppelbindung aufweist. Außerdem ist die Seitenkette gegebenenfalls durch eine oder zwei Methylen- oder Methingruppen verlängert. Die durch das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung hergestellten Verbindungen können als Prodrugs für aktive 1α,24-dihydroxylierte Vitamin-D-Verbindungen eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von 25-en-Vitamin-D-Verbindungen, umfassend die Schritte des Umsetzens eines 2,3-Dimethyl-3-butenphenylsulfons mit einem Hydroxylgeschützten C-22-Aldehyd eines Vitamin D, wobei das Vitamin D an C-3 oder an C-3 und C-1Hydroxyl-geschützt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das 2,3-Dimethyl-3-butenphenylsulfon hergestellt wird durch: Methylieren, Isomerisieren und Hydrolysieren von Ethyldimethylacrylat, um eine Dimethyl-3-enbutansäure zu erhalten; Amidieren der Dimethyl-3-enbutansäure mit Oxazolidon, um Oxazolidinone zu bilden; Auftrennen der Oxazolidinone zum gewünschten Isomer; Oxidieren und Reduzieren des gewünschten Isomers, um ein Methyl-3-enbutanol zu erhalten; Umsetzen des Methyl-3-enbutanols mit Methansulfonylchlorid, um ein Mesylat zu bilden; und Ersetzen der Mesylatgruppe durch eine Phenylsulfongruppe, um das 2,3-Dimethyl-3-butenphenylsulfon zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Hydroxyl-geschützte C-22-Aldehyd von Vitamin D hergestellt wird durch: Hydroxyl-Schützen der C-3-Position von Vitamin D₂, um ein C-3-Hydroxyl-geschütztes Vitamin D₂ zu erhalten; Sulfonieren des C-3-Hydroxyl-geschützten Vitamin D₂, um ein SO₂-Addukt zu erhalten; SO₂-Extrudieren des Addukts, um das trans-C-3-Hydroxyl-geschützte Vitamin D₂ zu erhalten; Hydrolyse des trans-C-3-Hydroxyl-geschützten Vitamin D₂ an der C-1-Position; Hydroxyl-Schützen der C-1-Position; Bildung eines SO₂-Addukts; Verkürzen der C-17-Seitenkette, um einen C-22-Alkohol zu bilden; und SO₂-Extrudieren und Swern-Oxidation des C-22-Alkohols, um das C-22-Aldehyd zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die C-22-Aldehyd/Phenylsulfon-Reaktion ein Hydroxyl-geschütztes 25-en-Vitamin D ergibt; und das weiters das Reduzieren, Isomerisieren, Entfernen der Schutzgruppe(n) vom und Bestrahlen des Hydroxyl-geschützten 25-en-Vitamin D umfasst, um ein Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Hydroxyl-geschützte C-22-Aldehyd von Vitamin D hergestellt wird durch: Hydroxyl-Schützen der C-3-Position von Vitamin D₂, um ein C-3-Hydroxyl-geschütztes Vitamin D₂ zu erhalten; Sulfonieren des C-3-Hydroxyl-geschützten Vitamin D₂, um ein SO₂-Addukt zu erhalten; Verkürzen der C-17-Seitenkette des Addukts, um einen C-22-Alkohol zu bilden; SO₂-Extrudieren und Swern-Oxidation des C-22-Alkohols, um das C-22-Aldehyd zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die C-22-Aldehyd/Phenylsulfon-Reaktion ein Hydroxyl-geschütztes 25-en-Vitamin D ergibt; und weiters umfassend: das Reduzieren und Isomerisieren des und Entfernen der Schutzgruppe(n) vom Hydroxyl-geschützten 25-en-Vitamin D, um ein 25-en-Vitamin D₂ zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiters das Inkubieren des 25-en-Vitamin D₂ mit Hepatom-Zellen umfasst, um das 24(S)-Hydroxy-25-en-Vitamin D₂ zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Vitamin D ein Prävitamin D ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Vitamin D ein Cholesterin oder ein Ergosterin ist.