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Verfahren zur Herstellung von ß-Carotin
| Die vorliegende Erfindung betrifft die Totalsyn- |
| these des fl-Carotins. Das neue Verfahren ist da- |
| durch gekennzeichnet, daB man 6-[2', 6', 6'-Tri- |
| methvlcyclohexeii-(i') -y1] -4-oxy-4-methylhexen- |
| (5)-in-(i) (I) über die Grignardverbindung mit |
| Octen-(4)-dion-(2, 7) (1I) kondensiert und die er- |
| haltene Tetraoxyverbindung, das i, iR-Bis- [2', 6', |
| 6'-trimethylcycloliexen-(i')-yl]-3, 7, 12, i6-tetra- |
| oxy-3, 7, 12, 16-tetramethyldecaoctatrieii-(i, 9, 17)- |
| diin-(5, 13) (11I), in beliebiger Reihenfolge einer- |
| seits an den Dreifachbindungen mit je i Nlol |
| Wasserstoff hydriert und anderseits dehydratisiert. |
| Die Synthese erfolgt nach beiliegendem Formel- |
| schema. |
| Die Ausgangsmaterialien sind gut zugängliche |
| Verbindungen. So wird das 6- [2', 6', 6'-Trimethyl- |
| cyclohexen- (i') -y1] -4-oxy-4-metliylliexen-(5)-in- |
| (1) (I) durch Kondensation von ß-Jonon mit Pro- |
| pargylbromid dargestellt (Schweizer Patentschrift |
| 258 514). Das Octen-4-dion-(2, 7) (1I) ist z. B. |
| durch Kondensation von Glyoxal mit Acetessig- |
| säure erhältlich (vgl. P. K a r r e r u. C. H. E u g s t e
r, |
| Helv. Chim. Acta, Band 32, Seite 1934 [i949]), |
| ferner durch Oxydation des Octadien-(3, 5)-diols- |
| (2, 7) zum Octadien-(3, 5)-dion-(2, 7) und nach- |
| folgende Reduktion zum Octen-(4)-dion-(2, 7) (1I) |
| (s. H. H. I n h o f f e n, Zeitschrift f. Angew. Chemie, |
| Band 62, Seite 452 [195o]). |
| A. Für die Kondensation zum i, ig-Bis- [2', 6', |
| 6'-trimethylcyclohexen-(i')-y1T-3, 7, 12, 16-tetra- |
| oxy-3, 7, 12, 16-tetramethyldecaoctatrien-(i, 9, |
| 17)-diin-(5, 13) (1I1) wird durch Umsetzen des |
| Acetylencarbinols I mit der Verbindung R Mg X |
| (in der R einen organischen Rest, vorzugsweise |
| C2 H5, und X ein Halogenatom, vorzugsweise Br |
| bedeuten) eine metallorganische Verbindung her- |
gestellt. Der Ersatz des Magnesiums gegen Lithium ist möglich,
befördert jedoch die Eigenkondensation des Octendions (II). Als Lösungsmittel für
die vorstehende Reaktion und für die Kondensation ist Äther brauchbar, besser eignen
sich höhere Äther, z. B. Butyläther, Anisol oder Dioxan, die jedoch vorteilhaft
gegen Toluol, Benzol oder Xylol oder einen ähnlichen bis etwa 13o° siedenden Kohlenwasserstoff
ersetzt werden.
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Nach der Kondensation mit Octen-(4)-dion-(2, 7) wird das gebildete
Magnesium- oder Lithiumsalz in üblicher Weise hydrolisiert, z. B. mit einer Ammoncarbonatlösung
oder mit verdünnter Schwefelsäure, vorteilhaft hat sich ioo/oige Phosphorsäure erwiesen.
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Das erhaltene Kondensationsprodukt kann entweder durch Lösungsmittelextraktion
oder durch Chromatographie gereinigt werden. Die gereinigte Verbindung besitzt ein
Molekulargewicht von 6oo bis 61o; sie enthält, wie die Bestimmung nach Z e r e w
i t i n o f f zeigt, 4 Hydroxylgruppen. Mit Antimontrichlorid in Chloroform zeigt
sich eine anfangs grüne, langsam in ein beständiges Blau übergehende Färbung.
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B. Für die partielle Anlagerung von Wasserstoff an die Dreifachbindungen
in III zum i, i8-Bis-[trimethyl-2', 6', 6'-cyclohexen-(1')-yl]-3, 7, 12, 16-tetraoxy-3,
7, 12, 16-tetramethyldecaoctapentaen-(1, 5, 9# 13, 17) (IV) hat sich ein mit Blei
vergifteter Palladium - Calciumcarbonat - Katalysator sehr bewährt, als Lösungsmittel
dient Benzol; ebenso brauchbar erwies sich in alkoholischer Lösung ein Palladium
- Kohle - Katalysator, an den vor Gebrauch Chinolin angelagert worden war. Unerläßlich
ist es, durch Behandlung mit Hydrierungskatalysatoren, vorzugsweise Platinkohle,
in dem gleichen Lösungsmittel, das zur Hydrierung verwandt wird, III von Katalysatorgiften
zu befreien.
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Die erhaltene Verbindung IV stellt ein zähes, farbloses C51 dar, das
bei der Bestimmung nach 7, e r e w i t i n o f f 4 Hydroxylgruppen zeigt und mit
Antimontrichlorid in Chloroform eine sofortige beständige Blaufärbung ergibt.
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C. Die vierfache Wasserabspaltung zum ß-Carotin (V) erfolgt in einer
Reaktionsfolge. Als Wasserabspaltungsmittel dienen organische Säuren in inerten
Lösungsmitteln, wie Benzol, Toluol oder Petroläther (Kp. = 8o bis i io°), oder Phosphoroxychlorid
in Toluol und Pyridin oder Halogenwasserstoffsäuren in Chloroform. Vorteilhaft ist
es, p-Toluolsulfonsäure in Toluol zu verwenden. Die Aufarbeitung erfolgt zweckmäßig
durch Lösungsmittelextraktionen, z. B. mit goo/oigem Methanolpetroläther und Chromatographie
der Epiphase (Petrolätherschicht): (Aus der Hypophase [wäßrige Methanolschicht)
kann nicht umgesetztes IV zurückgewonnen und erneut zur Wasserabspaltung verwendet
werden).
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In bereits bekannter Weise kann aus dem Chroinatogramm all-trans-ß-Carotin
(stereochemisch einheitliches trans-ß-Carotin) in tiefvioletten Blättchen abgetrennt
werden.
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Die daneben entstehenden cis - Isomeren des ß-Carotins können nach
bekannten Verfahren in die all-trans-Verbindung, z. B. finit Jod, umgelagert werden.
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Die Reaktionsfolgen B und C können auch vertauscht werden. Durch vierfache
Wasserabspaltung aus 11I, die mit den vorstehend genannten Wasserabspaltungsmethoden
ebenfalls glatt gelingt, wird ß-Carotin-diin-(5, 13) (VI) erhalten. Die Isolierung
erfolgt zweckmäßig durch Verteilung zwischen 9oo/oigem Methanol und Petroläther
und Chromatographie der Epiphase.
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VI bildet dunkelrote Blättchen vom F. = i43° (unkorr.).
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Mit Antimontrichlorid in Chloroform zeigt sich eine grüne, langsam
in Blau übergehende Färbung. Die partielle Anlagerung von Wasserstoff an die Dreifachbindungen
in 1'I erfolgt mit einem mit Blei vergifteten Palladium - Calciuincarbonat - Katalysator,
an den noch Chinolin adsorbiert ist.
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Durch Behandlung der entstehenden ß-Carotinisomeren nach bekannten
'Methoden, z. B. mit Jod, wird all-trans-ß-Carotiii erhalten, das die gleichen Eigenschaften
wie das oben beschriebene aufweist.
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Nach den vorstehend erläuterten Ausführungsformen der Erfindung erhält
man synthetisches ß-Carotin, das die gleiche biologische Wirksamkeit besitzt wie
das aus natürlichen Materialien gewonnene ß-Carotin. Die Verfahrensprodukte sind
gekennzeichnet durch ihre Farbe, durch die Absorptionsmaxima bei 426, 4;2 und 483
m« in Äther und Benzinlösung und durch Blaufärbung mit Antimontrichlorid in Chlorofornilösung
(Absorptionsmaximum bei 58o nip). Die Verfahrensprodukte können nach den gleichen
Methoden gereinigt werden wie die aus natürlichen Materialien gewonnenen Carotinkonzentrate
(Trennen durch Lösungsmittelextraktion. Chrornatographie und Kristallisation). Es
empfiehlt sich der Zusatz von Antioxydationsmitteln, die auch während des gesamten
Ablaufes der Synthese anwesend sein können; als Antioxydationsmittel eignen sich
besonders Tocopherole. Beispiel A. 2 g 6- [2', 6', 6'-Trimethylcyclohexen-(i')-yl]-4-oxy-4-methylhexen-(5)-in-(i)
(I) wurden in 5o ccm absolutem Toluol gelöst und eine Lösung der berechneten Menge
von @thylinagnesiumbromid in absolutem Toluol im Verlaufe von 2o Minuten zugetropft.
Dabei erwärmte sich das Reaktionsgemisch und wurde noch eine Stunde auf 7o° Badtemperatur
erhitzt. Nach dein Abkühlen wurden innerhalb io Minuten 440 mg Octen-(4)-dion-(2,
7) (II) in 4o ccm absolutem Toluol gelöst zugetropft, wobei sofortige Ausscheidung
eines gelblichen Niederschlages stattfand. Das Reaktionsprodukt wurde nun noch eine
Stunde auf 55° Badtemperatur erwärmt. Nach dem Zersetzen mit ioo/oiger Phosphorsäure,
Waschen finit wäßriger Bicarbonatlösung und Wasser wurde vorn Lösungsmittel im Vakuum
abdestiiliert. Der Rückstand war ein hellgelbes, zähes C)1, das hartnäckig Wasser
zurückhielt. Das trockene Öl wurde in einem Gemisch
aus Petrol<ltlier-Äther
(8 :2) aufgenommen und an Aluminiumoxyd (Aktivitätsstufe nach B r o c k m a n n
3) chromatographiert. Es wurde so lange finit Äther eluiert, bis mit Antimontrichlorid
in Chloroform keine Färbung mehr zu erkennen war. Aus dem Ätliereluat wurden 1,459
erhalten, die niedermolekular waren. Mit Methanol ließen sich Soo mg eltiieren,
sie stellten das gesuchte Kondensationsprodukt i, 18-Bis- [2', 6', 6'-trimethylcyclohexen-(i')-yl]-3,
7, 12, 16-tetraoxy-3, 7, 12, 16-tetramethyldecaoctatrien-(i, 9, 17)-diin-(5, 13)
(111) dar.
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Aktiver H :3,9-Mit Antimontrichlorid in Chloroform zeigte sich eine
grüne, schnell in Blau übergehende Färbung. 13. Partielle Anlagerung von Wasserstoff
an 11I.
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1,2 g 111 wurden in 5o ccm absolutem Alkohol gelöst und mit
6oo mg 4%iger Platinkohle versetzt. Nach etwa 30 Minuten Schütteln wurde
filtriert und dem Filtrat 300 mg 4%ige Palladiumkohle, an die Chinolin adsorbiert
war, zugesetzt. Bei der Hydrierung wurden bis zum Stillstand 95% der berechneten
Wasserstoffmenge aufgenommen, Dauer cgo Minuten. Nach dem Abfiltrieren vom Katalysator
wurde die alkoholische Lösung im Vakuum eingedunstet, der Rückstand in Äther aufgenommen
und zweimal mit je 40 ccm io0o/iger Phosphorsäure und zweimal mit je 30 ccm
Wasser ausgeschüttelt. Nach dem Trocknen über Natriumsulfat und Verdampfen des Lösungsmittels
im Vakuum blieben i g eines fast festen farblosen Öles als Rückstand, i, i8-Bis-[2',
6', 6'-trimethylcycloliexen-(i')-yl]-3, 7, 12, 16-tetraoxy-3, 7, 12, 16-tetramethyldecaoctapentaen-(i,
5, 9, 13, 17) (IV). Mit Antimontrichlorid in Chloroform zeigte sich eine sofortige
beständige Blaufärbung.
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C. `'Wasserabspaltung aus IV zum ß-Carotin (V). Das vorstehend erhaltene
i g Öl wurde in i 5o ccm absolutem Toluol gelöst und am Steigrohr unter Durchleiten
von Stickstoff zum Sieden erliitzt. Zu der siedenden Lösung wurden 250 mg
p-Toluolsulfonsäure zugesetzt, wobei starkes Rufsieden eintrat und die Farbe nach
Tiefrot umschlug. Es wurde nun noch 20 Minuten im schwachen Sieden gehalten, wobei
sich die Farbe immer mehr vertiefte, um schließlich mit grünem Oberflächenglanz
tiefdunkel zu werden. Nach dem Abkühlen der Lösung wurden 20o ccm Petroläther zugesetzt
und dreimal mit je 200 ccm go%igem Methanol ausgeschüttelt. Die nunmehr reinrote
Epiphase wurde noch mehrfach mit `'Wasser ausgeschüttelt und nach dem Trocknen über
Natriumsulfat das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert. Als Rückstand blieb ein
dunkelrotes Öl, das in Petroläther gelöst und an Aluminiumoxyd (Aktivitätsstufe
i nach B r o c k -in a n n) chromatographiert wurde. Beim Entw ikkeln des
Chromatogramms durch Zusatz von 150/0 Benzol zum Petroläther zeigten sich 4 Hauptzonen
von oben: i. Zone (Harzzone, dunkel), 2. Zone violettrnt. 3. 7.011e liellrnt. d.
7otie gelb. Die 2. und 3. Zone wurden herausgeschnitten und getrennt an Aluminiumoxyd
(Aktivitätsstufe4 nach B ro ck m a n n) im Durchlauf mit Petroläther als Eluierungsmittel
chromatographiert. Nach dem Lösen der erhaltenen roten Öle in Schwefelkohlenstoff,
Zusatz von absolutem Alkohol und Einengen der Lösung konnten 5 mg tiefrote Kristalle
erhalten «erden. Nach dem Umkristallisieren aus PetrolätherAlkohol zeigten sie einen
F. von 178 bis 179'
(unkorr.), die Kristallstruktur waren Blättchen. Der 'Mischschmelzpunkt
mit natürlichem ß-Carotin zeigte keine Depression. Das Absorptionsspektrum war mit
dem des natürlichen ß-Carotins völlig identisch. i max. 452 bis 453 mit und 481
bis .182 m«.