-
Verfahren zum Abbau der Seitenkette von kernungesättigten Sterinabkömmlingen,
welche in der Seitenkette CO-Gruppen enthalten Obwohl in den letzten Jahren z. B.
in gewissen Sapogeninen recht brauchbare neue Ausgangsmaterialien für die Darstellung
bestimmter Steroidhormone aufgefunden worden sind, hat der oxydative Abbau der Seitenkette
von Sterinen trotz seines uneinheitlichen Verlaufs und seiner nur sehr unbefriedigenden
Ausbeuten an direkt verwertbaren Abbauprodukten auch heute noch große Bedeutung
für die technische Herstellung der Steroidhormone behalten. Dieser Tatbestand erklärt
sich daraus, daß die neuen Ausgangsstoffe einerseits nicht überall in den erforderlichen
Mengen zur Verfügung stehen und andererseits auch nicht unmittelbar zum Dehydroepiandrosteron
führen, das durch die historische Entwicklung nun einmal eine bevorzugte Schlüsselstellung
als Zwischenprodukt für die Herstellung der meisten Steroidhormone einnimmt.
-
Die Sterinoxydation hat daher bis in die jüngste Zeit hinein immer
wieder erneute Bearbeitung erfahren (vgl. z. B. Helvetica Chimica Acta, Bd. 31,
S. aiz ff. sowie Gag ff.). Neben Versuchen, die Ausbeute an dem Hauptprodukt Dehydroepiandrosteron
durch Abänderung der Oxydationsbedingungen zu steigern, hat man auch immer versucht,
die Wirtschaftlichkeit des oxydativen Sterinabbaues dadurch zu erhöhen, daß man
danach strebte; die Nebenprodukte einer geeigneten Verwertung zuzuführen. Vor allem
war man bemüht, den Teil der Nebenprodukte, der noch ein intaktes Vierringsystem
besitzt, ebenfalls in Steroidhormone überzuführen, und hat zu
diesem
Zweck -teilweise recht interessante Verfahren eigens entwickelt. Als Beispiel sei
hier nur das Verfahren von Meystre und Miescher (Helvetica Chimica Acta, Bd. 27,
S. 1815, Bd. 28, S. T252, Bd. 29, S.627 und Bd.3o. S. 1o22) genannt, welches das
Nebenprodukt 3-Oxycholensäure durch Überführung in Progesteron nutzbar zu machen
strebt.
-
In der Praxis haben sich jedoch eigene Nebenverfahren nach Art des
beispielsweise erwähnten auf die Dauer in größerem Umfange nicht durchsetzen können.
Dies mag bis zu einem gewissen Grade daran liegen, daß die betreffenden Nebenverfahren
meist noch kompliziertere Reaktionswege benutzen als die vom Dehydroepiandrosteron
ausgehenden Hauptverfahren. In der Hauptsache aber liegt es offenbar mehr daran,
daß die gleichzeitige Ausübung zweier voneinander unabhängiger Verfahren, nämlich
Haupt- und Nebenverfahren, zur Herstellung des gleichen Endproduktes obwohl an sich
wenig wirtschaftlich, so doch praktisch kaum zu umgehen ist. Denn die im Betriebe
anfallende Menge der Nebenprodukte wird wohl niemals dem durch die in gewissen Grenzen
schwankende Absatzlage gegebenen Bedarf so genau entsprechen, daß man, ein Idealfall,
auf die Ausübung des bisherigen Hauptverfahrens für das betreffende Hormon zugunsten
des Nebenverfahrens ganz verzichten könnte.
-
Eine wesentliche Vereinfachung der Betriebsführung wäre hingegen erreicht,
wenn es gelänge, die interessierenden Nebenprodukte der Sterinoxydation durch weiteren
oxydativen Abbau in wirtschaftlicher Weise zunächst in Dehydroepiandrosteron, d.
h. also die Schlüsselsubstanz, überzuführen, die ihrerseits nun je nach Bedarf nach
den betreffenden Hauptverfahren auf die gerade gewünschten Einzelhormone weiter
verarbeitet werden kann.
-
Dies war bisher nicht möglich. Die beim oxydativen Abbau der Nebenprodukte
erzielbaren Ausbeuten an Dehydroepiandrosteron lagen nämlich durchweg so erheblich
unter den aus - Sterinen auf direktem Wege erzielbaren, daß sich eine Verwertung
der Nebenprodukte auf diesem Wege nicht lohnte. Der einmal an unerwünschten Stellen
im Molekül eingetretene Sauerstoff lenkt demnach offensichtlich den weiteren Angriff
des Oxydationsmittels bevorzugt weiter in unerwünschte Richtungen.
-
Es wurde nun gefunden, daß man eine solche unerwünschte Reaktionslenkung
in verhältnismäßig einfacher Weise durch bestimmte Vorbehandlungen bei einer Reihe
dazu geeigneter Nebenprodukte so weit ausschalten kann, daß die Dehydroepiandrosteronausbeute
bei der oxydativen Weiterbehandlung den bei den Sterinen erzielbaren Wert nicht
nur erreicht, sondern unter Umständen sogar noch überschreitet. Da die Abtrennung
der zur Weiteroxydation geeigneten Nebenprodukte von den dafür ungeeigneten, mit
Hilfe der üblichen, an sich bekannten Trennungsmethoden keine besonderen Schwierigkeiten
bietet, ist durch das neue Verfahren also tatsächlich die angestrebte Erhöhung der
Wirtschaftlichkeit des oxydativen Sterinabbaues auf dem Wege einer wirklich brauchbaren
Verwertung der Nebenprodukte erreicht. Dieser technisch wertvolle Effekt läßt sich
noch verstärken, wenn man die durch das neue Verfahren gegebene Möglichkeit zur
rationellen Verwertung der Nebenprodukte bereits bei der Durchführung der primären
Sterinoxydation gebührend berücksichtigt. Während man bisher danach streben mußte,
eine möglichst hohe Primärausbeute an Dehydroepiandrosteron zu erzielen, wird es
nun darauf ankommen, durch entsprechende Oxydationsführung daneben bewußt auf gleichzeitig
möglichst hohe Ausbeuten an verwertbaren Nebenprodukten hinzuarbeiten. Wie man hierbei
praktisch zu verfahren hat, ist für den Fachmann auf Grund der vorliegenden Erkenntnis,
daß @ die primär gebildeten und nun wertvoll gewordenen Nebenprodukte bei der bisherigen
Oxydationsführung zum erheblichen Teile durch Weiteroxydation zu unverwertbaren
Sekundärprodukten abgebaut wurden, an Hand einfach durchzuführender Vorversuche
ohne zusätzliche erfinderische Leistung nun leicht zu ermitteln. Im wesentlichen
handelt es sich nur darum, das Optimum einer weniger weitgehenden Oxydation festzulegen.
-
Der Erfindungsgedanke sei hier an Hand eines willkürlich herausgegriffenen
bekannten Nebenproduktes der Oxydation- von Cholesterinacetatdibromid mit Chromsäure,
nämlich der d 5-3 ß-Oxycholensäure, näher erläutert. Diese Säure ist nach vorliegenden
Literaturangaben Hauptbestandteil des sauren Anteils der Oxydationsprodukte des
Cholesterins (vgl. Helvetica Chimica Acta, Bd. 23, S. 757, Bd.18, S. 986, Journ.
Americ. Society, Bd. 57, S.1379, 25o4, Bd. 63, S. 163o) und leicht abzutrennen.
Sie liefert unter den üblichen Bedingungen der Cholesterinoxydation mittels Chromsäure,
d.-h. also unter Schutz der 3ständigen Hydroxylgruppe durch Acetylieren und der
d 5-Doppelbindung durch Bromanlagerung, sowohl als freie Säure wie als Methylester
nur äußerst geringe Dehydroepiandrosteronausbeuten. Reduziert man jedoch die Carboxylgruppe
zuerst in Form ihres Methylesters, z. B. nach einem etwas modifizierten Bouveault-Blanc-Verfahren
zum primären Alkohol, so liefert das hierbei entstehende d5-3ß-Oxycholenol-(24)
als Diacetatbromid unter den obigen Oxydationsbedingungen ungefähr die gleiche Dehydroepiandrosteronausbeute
wie Cholesterin.
-
Wie man sieht, genügt also bereits die reduktive Entfernung des Carbonylsauerstoffs
der Carboxylgruppe, um deren unerwünschte Reaktionslenkung bei der Weiteroxydation
weitgehend auszuschalten. Der reaktionslenkende Einfluß der verbleibenden Hydroxylgruppe
der Carboxylgruppe ist, sofern sie in acetylierter Form vorliegt, offensichtlich
von minderer Bedeutung.
-
Es ist für den Fachmann ohne weiteres klar, daß sich das hier erläuterte
Verfahren in ganz gleicher Weise nicht nur auf die unter den Oxydationsprodukten
von Sterinen auftretenden niedrigeren Homologen der 3 ß-Oxycholensäure, nämlich
die 3ß-Oxynorcholensäure, die 3 ß-Oxybisnorcholensäure und die 3 ß-Oxyaetiocholensäure,
sondern auch auf die entsprechenden kernungesättigten Säuren der epimeren 3a-Reihe
übertragen läßt. Für die Anwendbarkeit des Verfahrens spielt es offensichtlich dabei
keine Rolle, wenn die Kerndoppelbildung in den als mögliche Ausgangsmaterialien
erwähnten Säuren aus der 5, 6-Stellung
in eine andere Lage, z. B.
die 4, 5-Stellung, verschoben ist. Die Anwendbarkeit erstreckt sich ferner naturgemäß
auf kernsubstituierte Abkömmlinge aller bisher aufgeführten Säuren, insbesondere
Hydroxylderivate, beispielsweise solche mit einer zusätzlichen Hydroxylgruppe in
ii-Stellung.
-
Der Erfindungsgedanke ist in seiner Anwendbarkeit auch nicht auf die
sauren Produkte des Sterinabbaues und ihre bereits genannten Isomeren und Derivate
beschränkt. Auch auf neutrale Produkte des Sterinabbaues, z. B. das 25-0x0-27-norcholesterin,
läßt er sich mit gutem Erfolg übertragen, indem man vor dem Weiterabbau die Oxogruppe
zur sekundären Hydroxylgruppe reduziert und durch Acetylierung blockiert. Wiederum
erweist sich die Auflösung der Sauerstoffdoppelbindung einer Carbonylgruppe als
entscheidend für die Ausschaltung der unerwünschten Reaktionslenkung.
-
Immerhin hat sich bei der Weiterverfolgung des Erfindungsgedankens
gezeigt, daß auch bei der reduktiven Entfernung der CO-Gruppen entstehenden Hydroxylgruppen,
einerlei, ob sie nun aus einer Carboxylgruppe oder aus einer Ketogruppe übriggeblieben
sind, auch im acetylierten Zustand noch ein gewisser Rest von reaktionslenkender
Wirkung zukommen dürfte. Denn die praktische Wirkung solcher Entfernungen läßt sich
noch verstärken, wenn man die neugebildeten Hydroxylgruppen durch Halogen oder Wasserstoff
ersetzt, wie sich aus den unten folgenden Ausführungsbeispielen (3-Oxy-24-chlorcholen
und 3-Oxycholen) ersehen läßt. Die erwähnte Substitution durch Wasserstoff empfiehlt
sich besonders für die neutralen Nebenprodukte, da Ketogruppen sich nach bekannten
Methoden, z. B. der Methode von Wolf f-Kishner, bzw. ihren modernen Verbesserungen
auch unmittelbar, ohne Abtrennung der Hydroxylverbindung als Zwischenprodukt, in
Methylengruppen überführen lassen. Bei den sauren Ausgangsstoffen des Verfahrens
ist die Entfernung des unerwünschten Sauerstoffs vor der Weiteroxydation bei den
obenerwähnten Säuren zwar weniger einfach zu erreichen als bei den neutralen Produkten,
kann aber in Einzelfällen ebenfalls lohnend sein. Methoden zur Umwandlung einer
Carbonsäure in den entsprechenden Kohlenwasserstoff gleicher, nächstniedriger oder
-höherer Kohlenstoffzahl sind genügend bekannt.
-
Die aus den unten folgenden Ausführungsbeispielen für 3-Oxycholensäure
näher ersichtliche ausbeutesteigernde Wirkung der Entfernung des doppelt gebundenen
Seitenkettensauerstoffs war in diesem Ausmaß durchaus nicht zu erwarten, zumal das
Diacetat des 3a-Oxycholanols-(24) aus Lithocholsäure nach Literaturangaben (vgl.
Helvetica Chimica Acta, Bd. 18, S. 668 bis 675) nur ganz geringe Oxydationsausbeuten
geliefert hatte.
-
Beispiel a) Darstellung der verschiedenen Ausgangssubstanzen Reduktion
von 45-3ß-Oxycholensäuremethylester zu 45-3ß-Oxycholenol-(24) oder Cholen-(5)-diol-(3ß,
24) 29 g 3-Oxycholensäuremethylester werden in einem 2-1-Rundkolben (zweifach tubuliert,
mit langem Steigrohr versehen) in z63 ccm wasserfreiem Isoamylalkohol heiß gelöst
und bei einer Ölbadtemperatur von 16o bis 17o° innerhalb 5 Minuten mit 6,8 g Natrium
(erbsengroße Stücke) versetzt. Das Reaktionsprodukt wird mit ioo ccm Amylalkohol
verdünnt und so lange mit heißem Wasser gewaschen, bis das Waschwasser nicht mehr
phenolphthalein-alkalisch reagiert. Die Trennung der Wasser-Amylalkohol-Schicht
erfolgt rascher, wenn bei jedem Waschen etwas Natriumbicarbonat zugesetzt wird.
Die ämylalkoholische 3-Oxycholenol-(24)-lösung wird im Vakuum eingeengt und das
Rohprodukt aus Methanol umkristallisiert; F. = 194 bis 196°; Rohausbeute 219
= 72,5 % der Theorie. Ausbeute an reinem 3-Oxycholenol-(24) 13,6 g = 47 °/o der
Theorie. Cholen-(5)-diol-(3ß, 24)-diacetat 2,0 g 3-Oxycholenol-(24) werden mit 2o
ccm Essigsäureanhydrid und 20 ccm Pyridin 5 Stunden bei 12o° im Ölbad erhitzt, das
Reaktionsprodukt in etwa 500 ccm Wasser unter Rühren eingetragen, abgesaugt,
neutral gewaschen, getrocknet und aus Methanol umkristallisiert; F. = 13o bis 132°.
Cholen-(5)-diol-(3ß, 24)-monoacetat-(3) 5295 g Cholen-(5)-diol-(3ß, 24)-diacetat
werden in 950 ccm reinem (säurefreiem) Dioxan gelöst, auf 35 bis 40° erwärmt
und unter Rühren mit 113 ccm n-Natronlauge (o,95 Mol) versetzt. Zu dieser Lösung
werden dann innerhalb 5 Stunden 262 ccm Wasser langsam zugegeben und so lange weitergerührt,
bis die Lösung nur noch schwach lackmusalkalisch reagiert. Man versetzt mit 5 ccm
Eisessig, gießt in 6 L Wasser ein, läßt 3 bis 4 Stunden stehen, saugt ab und wäscht
neutral. Das Halbverseifungsprodukt wird über Phosphorpentoxyd im Vakuum getrocknet
und über 545 g .neutralem Aluminiumoxyd chromatographiert.
-
Das Cholen-3, 24-diol-3-monoacetat entsteht neben Cholen-3, 24-diol
und unverseiftem Cholen-3, 24-diolacetat zu etwa 33 °/o und schmilzt bei 148 bis
149°. 3 ß-Acetoxy-24-chlorcholen 5,18 g Cholen-(5)-diol-(3ß-24)-monoacetat-(3) werden
mit 10,36 ccm Thionylchlorid 2 Stunden bei 7o bis 8o° Badtemperatur erwärmt, das
Reaktionsprodukt im Vakuum bis zur Trockne eingeengt und neben Ätzkali im Vakuumexsikkator
getrocknet. Das Rohprodukt wird in Benzol gelöst und über i5o g Aluminiumoxyd (neutral)
gegeben. Das 3-Acetoxy-24-chlorcholen läßt sich mit Benzol eluieren und wird nach
Umkristallisieren der eingeengten Benzoleluate aus Hexan in einer Ausbeute von 42
°/o der Theorie erhalten.
-
Ausbeute 2,62o g; F. = 137 bis 138°.
-
Durch Verseifung mit methanolischer Kalilauge erhält man daraus das
3-Oxy-24-chlorcholen. 3-Oxycholen 1,2 g 3-Oxy-24-chlorcholen werden in 34 ccm wasserfreiem
Amylalkohol auf i7o° erhitzt und bei dieser Temperatur mit i,8 g Natrium (in kleinen
Stücken) versetzt. Nach Verbrauch des Natriums wurde das Reaktionsprodukt abgekühlt,
in Äther aufgenommen
und mit Wasser neutral gewaschen. Die getrocknete
Ätheramylalkohollösung wurde eingeengt, der ölige Rückstand aus Methanol umkristallisiert.
-
Man erhält ein unreines 3-Oxycholen vom F. = 125 bis 13o°, das durch
Acetylierung zu 3-Acetoxycholen vom F. = 130 bis 133° führt. b) Seitenkettenabbau
im Vergleichsversuch Man unterwirft: 1. d 5-3ß-Oxycholensäure, 2. 4 5-3ß-Oxycholensäuremethylester
und 3. Cholen-(5)-diol-(3, 24), 4. 2# Chlorcholen-(5)-01-(3), 5. Cholen-(5)-01-(3)
einer Oxydation mit Chromsäure unter intermediärem Schutz der freien Oxygruppen
und Doppelbindungen z. B. in der Art, wie sie nachfolgend (vgl. auch französische
Patentschrift 834 941) für die Oxydation von Cholesterin beschrieben ist.
-
25 g Cholesterin, .12,5 ccm Äthylenchlorid und 12,5 ccm Essigsäureanhydrid
werden 5 Stunden zum Sieden erhitzt. Nach Abkühlen wird mit Zoo ccm Äthylenchlorid
verdünnt und bei -15° unter Rühren mit der bei 13 bis 15° hergestellten Lösung von
3,59 ccm Brom, 137,5 ccm Äthylenchlorid und 2,67 ccm Pyridin im Laufe von 2 Stunden
vereinigt. Zu dieser Lösung werden nach Stehen über Nacht 289 ccm Eisessig, 5o ccm
Äthylenchlorid und 12o g Kieselgur zugefügt. In die Mischung läßt man eine Lösung
von 64,8 g Chromsäure, 83 ccm Wasser, 3oo ccm Eisessig und 54,3 ccm Schwefelsäure
unter Rühren und Kühlen bei 15 bis 2o° im Laufe von etwa 1o Stunden einlaufen. Es
wird noch 111/2 Stunden bei der gleichen Temperatur nachgerührt. Dann fügt man zur
Zerstörung der unverbrauchten Chromsäure etwa 25 bis 29 ccm Alkohol bei 24 bis 25°
unter Rühren zu und rührt 1 Stunde nach. Nach Abtrennen des Chromsulfat-Kieselgurniederschlags
wird das Filtrat vom Äthylenchlorid durch Abdestillieren bei vermindertem Druck
und einer Höchsttemperatur der siedenden Flüssigkeit von etwa 40° befreit. In die
übrigbleibende Eisessiglösung werden unter Rühren und Kühlen bei 2o bis 25° im Laufe
von 2 Stunden 2o g Zinkstaub eingetragen und 7 Stunden nachgerührt. Man verdünnt
mit 350 ccm Benzol und 3000 ccm Wasser, schüttelt durch, läßt absitzen
und schüttelt die vom Zinkstaub durch Dekantieren befreite A-äßrige Lösung noch
dreimal mit je 15o ccm Benzol aus. Die vereinigten Benzollösungen werden zur Entfernung
der sauren Reaktionsprodukte mit 8o ccm 16,5°/oiger Natronlauge geschüttelt, wobei
schwerlösliche Natriumsalze ausgefällt werden. Nach mindestens zweistündigem Absitzen
trennt man letztere samt der Natronlauge vom Benzol ab und schüttelt noch zweimal
mit je 5o ccm Benzol aus. Die vereinigten Benzollösungen werden mit 30 ccm
halbgesättigter Kaliumbicarbonatlösung nachgewaschen, durch eine Schicht festes
Kochsalz filtriert und anschließend, zuletzt bei vermindertem Druck, durch Abdestillieren
vom Benzol befreit. Es hinterbleiben etwa 7 g neutrale Oxydationsprodukte. Durch
Aufnehmen in 13 ccm Alkohol und zweistündiges Kochen mit der in üblicher Weise aus
2,2 g Semicarbazidhydrochlorid, 3,2 g kristallisiertem Natriumacetat und 13,5 ccm
Alkohol bereiteten Semicarbazidacetatlösung erhält man eine Fällung von Dehydroepiandrosteronacetatsemicarbazon,
die 2 bis 3 Stunden bei 55° gehalten, dann bei der gleichen Temperatur rasch abgenutscht,
fünf- bis sechsmal mit j e 2 ccm siedendem Alkohol nachgewaschen und im Trockenschrank
bei 5o° bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wird. Ausbeute 2 g; F. = 278° (unter
Zersetzung).
-
Die erzielbare Ausbeute an Dehydroepiandrosteron beträgt in gleichartig
durchgeführten Reihenversuchen durchschnittlich einen bestimmten Anteil derjenigen
Ausbeute, die man aus Cholesterin erhält.
-
Dieser Anteil beträgt bei 3-Oxycholensäure nur 1/4, 3-Oxycholensäuremethylester
nur 1/3, jedoch bei Cholendiol-(3, 24) 3/4, 24-Chlorcholenol-(3) 4/4, Cholenol-(3)
mehr als 4/4 der Ausbeute, die man aus Cholesterin als Ausgangsmaterial erhält.
Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß bei allen diesen Oxydationen die höchste
für Cholesterin erforderliche Chromsäuremenge benutzt worden ist. Bei der Oxydation
der im Vergleichsversuch angegebenen Substanzen kann deshalb gegebenenfalls die
Ausbeute gesteigert werden, wenn man die für den Abbau der jeweiligen Substanz optimalen
Bedingungen wählt.
-
Wenn man dies durchführt, dann zeigt sich, daß die Ausbeuten an Dehydroepiandrosteron
bei Oxycholensäure und dessen Methylester sowohl bei Verringerung als auch bei Erhöhung
der benutzten Chromsäuremengen jeweils absinken, d. h. daß hier das Optimum schon
erreicht ist.
-
Umgekehrt zeigt sich aber, daß bei Cholendiol durch Verringerung der
Chromsäuremengen um 1/4 bis 1/a die Dehydroandrosteronausbeute auf die gleiche Höhe
wie bei Cholesterin steigt. Bei 24-Chlorcholenol wird sogar die zum Vergleich herangezogene
Ausbeute bei Cholesterin durch Chromsäureverminderung auf etwa 3/4 wesentlich überschritten.
Das gleiche gilt für das Cholenol.
-
Der Unterschied bei den reduktiv vorbehandelten und den noch CO-gruppenhaltigen
Ausgangsstoffen wird dadurch noch erheblicher.