Sposób wytwarzania zwiazków 21-hydroksysteroidowych z szeregu pregnanu Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia zwiazków 21-hydroksysteroidowych z szere¬ gu pregnanu, okreslonych ogólnym wzorem 1, w którym Ri i R2 oznaczaja atomy wodoru lub Ri i R2 razem oznaczaja wiazanie podwójne, R3 oz¬ nacza atom wodoru lub grupe hydroksylowa, R4 oznacza atom wodoru lub atom chlorowca, R5 oznacza atom wodoru lub wolna grupe hydroksy¬ lowa, a R6 oznacza atom wodoru, wolna grupe hydroksylowa lub grupe metylowa, przy czym R5 i R6 razem moga oznaczac grupe o wzorze 2.Sposobem wedlug wynalazku zwiazek o wzo¬ rze 1 wytwarza sie droga hydrolizy estrów kwa¬ su azotowego ze sterolami-21, okreslonych wzo¬ rem 3, w którym Ri. — R6 maja wyzej podane znaczenie, z tym, ze R3 i R4 razem moga ozna¬ czac wiazanie podwójne lub grupe epoksydowa, a R5, R6 moze oznaczac zestryfikowana grupe wo¬ dorotlenowa, prowadzonej w obecnosci bezwod¬ nego fluorowodoru.Estry kwasu azotowego ze sterolami-21 sa waz¬ nymi produktami przejsciowymi w procesie wyt¬ warzania steroidów stosowanych jako srodki lecz¬ nicze, takich jak na przyklad 21-hydroksypochod- ne zawierajacych atom fluoru przylaczony do atomu wegla umiejscowionego w pozycji 9, to zna¬ czy fluorokortikoidów. Wprowadzanie grupy hy- droksy w pozycje 21 oraz wprowadzanie atomu fluoru na przyklad droga kwasowej hydrolizy 10 zwiazków epoksy bezwodnym fluorowodorem stanowia wazne etapy procesu syntezy.Dokladne badania nad hydroliza estrów kwasu azotowego zwiazków organicznych prowadzili R.Boschan i wsp., Chemical Reviews 55, 458—510 (1955). Stwierdzili oni, ze w czasie hydrolizy es¬ trów kwasu azotowego zachodza 3 reakcje pro¬ wadzace do powstawania alkoholu, nienasyconego zwiazku lub aldehydu. Kierunek przebiegu hydro¬ lizy zalezy od rodzaju czynnika hydrolizujacego oraz struktury estru wyjsciowego. Przebieg hy¬ drolizy nie jest jednak jednoznaczny, gdyz po¬ wyzsze reakcje moga równiez przebiegac równo¬ legle. Wedlug badan stanowiacych podstawe spo- 15 sobu wedlug wynalazku, przy hydrolizie estrów azotanowych steroli-21, w srodowisku alkalicz¬ nym powstaja glównie wodziany aldehydów-21.Estry-21 powstaja wtedy gdy hydrolize prowadzi sie przy pomocy alkoholowych roztworów zasad. 20 Dla spowodowania hydrolizy estrów kwasu a- zotowego w kwasnym srodowisku, zgodnie z da¬ nymi literaturowymi potrzeba jest protonów — patrz na przyklad „Rodd's Chemistry of Carbon Compounds", Tom I B, str. 59 (1959). W przypad- 25 ku prowadzenia reakcji hydrolizy kwasowej estrów kwasu azotowego w obecnosci stezonego kwasu siarkowego otrzymuje sie estry kwasu siarkowego.Hydroliza kwasowa estrów kwasu azotowego w obecnosci mieszaniny stezonego kwasu siarkowego i bezwodnika kwasu octowego prowadzi poprzez 30 7945579455 3 4 reakcje wymiany grup estrowych do powstania oc¬ tanów — patrz na przyklad M.L. Wolfram, J.Am.Chem. Soc. 73, 874 (1951).Dla rozszczepienia steroidowych estrów kwasu azotowego na wyjasciowe alkohole szerokie zasto¬ sowanie znajduja równiez metody redukcji — patrz na przyklad C. Djereasi, Steroid Reactions str. 75— 6 (1963).Z powyzszych wywodów wynika, ze reakcja hy¬ drolizy estrów kwasu azotowego nie ma jedno¬ znacznego przebiegu i wskutek tego mozna odzys¬ kiwac wyjsciowy alkohol ze stratami, a ponadto powstaja pochodne alkoholu — na przyklad estry i etery. Z tej przyczyny zamiast hydrolizy steroi¬ dowych estrów kwasu azotowego stosuje sie bar¬ dziej klopotliwy proces redukcji. Estry sterydowe kwasu azotowego mimo wysokiej trwalosci w licz¬ nych reakcjach zapewniajacej przydatnosc tych estrów na przyklad do ochraniania grup hydroksy w reakcjach utleniania kwasem chromowym, octa¬ nem olowiu lub kwasami nadtlenowymi oraz w reakcjach acylowania, nie znalazly szerszego zasto¬ sowania, gdyz hydroliza na alkohole wyjsciowe wiaze sie z wyzej przytoczonymi trudnosciami.Przylaczenie atomu fluoru do atomu wegla umiejscowionego w pozycji 9 mozna przeprowadzic za pomoca kwasowej hydrolizy odpowiednich 9 0, 11 a- epoksysteroidów prowadzonej przy pomocy fluorowodoru, patrz C Djerassi, Steroid Resctions, str. 156-7 (1963); wegierski opis patentowy 148017.Na podstawie literatury mozna jednoczesnie stwier¬ dzic, ze wydajnosc reakcji rozszczepienia pierscie¬ nia epoksydowego zalezy od efektywnego stezenia jonów fluorkowych w mieszaninie reakcyjnej — patrz R.F. Horschamm i wsp.: J. Am. Chem. Soc. 78, 4956 (1956). W ogólnie stosowanych reakcjach mozna zwiekszac stezenie jonów fluorkowych przez dodanie zasad organicznych, na przyklad pipery- dyny, dwumetyloformamidu, czterowodorofuranu.Zasady te moga równiez spelniac role rozpuszczal¬ ników, patrz niemiecki opis patentowy nr 1 178 060, lecz równiez moga one tworzyc z fluorowodo¬ rem zwiazki czasteczkowe lub kompleksy, które mozna nastepnie stosowac do fluorowania — patrz niemieckie opisy patentowe nr 1035133 i 1139 118.W przypadku nie stosowania zasad, wydajnosci reakcji przeksztalcania epoksysteroidów we wspom¬ niane juz 9 a-fluoro-11 p-hydroksy-pochodne sa nizsze od 50%, wedlug S. Bernsteina i wsp., J. A.Chem. Soc. 81 s. 1963, przyklad III g, 1959). Nie przereagowany wyjsciowy zwiazek epoksy jest trudny do odzysku z uwagi na tworzenie sie dosc znacznych ilosci produktów ubocznych utrudnia¬ jacych odzyskanie nieprzereagowanego produktu.Sposób ten nie znalazl z tej przyczyny zastoso¬ wania przemyslowego.W charakterze zasady w praktyce stosuje sie na ogól czterowodorofuran. Najprostszy sposób polega na dodawaniu roztworu zwiazku steroido- wego rozpuszczonego w chlorowcowanym weglo¬ wodorze w temperaturze od —50 do —60°C, do roztworu bezwodnego fluorowodoru w czterowo- dorofuranie. Znany jest równiez sposób polegaja¬ cy na dodawaniu skladników reakcji w odwrotnej kolejnosci, jest on jednak trudniejszy do reali¬ zacji. Po ukonczeniu reakcji nadmiar fluorowo¬ doru zobojetnia sie wodnym roztworem zasady i poddaje przerobowi wodno-organiczna miesza- 5 riine rozpuszczalników. Reakcja trwa zazwyczaj 3 — 5 godzin, a wydajnosc waha sie w zakresie 60 — 80%.Istotne znaczenie dla wydajnosci reakcji ma stosunek molowy fluorowodoru do uzytej zasady.W przypadku czterowodorofuranu wartosc stosun¬ ku molowego fluorowodoru do tetrahydrofuranu waha sie w zakresie 1,6—3. Stosuje sie przy tym 10—100 krotny molowy nadmiar fluorowodoru w stosunku do steroidu. W przypadku gdy ilosc fluorowodoru, przy zachowaniu wyzej okreslonego stosunku fluorowodoru do czterowodorofuranu zo¬ stanie obnizona do prawie ekwimilarnej wartosci w stosunku do steroidu to znaczy gdy uzyje sie na przyklad 3 mole fluorowodoru na 1 mol steroidu, to wedlug doswiadczen twórców sposobu wedlug wynalazku w takich warunkach zapoczatkowana zostanie reakcja, która wkrótce potem ustanie, prowadzac tym samym do uzyskania nizszych wy¬ dajnosci* Podobnie, zmiana okreslonej powyzej wartosci stosunku molowego fluorowodoru i czte¬ rowodorofuranu pociagnie za soba zmniejszenie wydajnosci.W przypadku stosowania przewazajacej czesci znanych sposobów ochrania sie wrazliwe grupy hydroksy czasteczek steroidowych, takie jak na przyklad grupy 21-hydroksy, przeprowadzajac je w forme estrów organicznych, na przyklad droga acylowania.Z uwagi na to, ze w stosowanych w farmacji steroidach grupy 21-hydroksy wystepuja w wol¬ nej postaci lub sa zestryfikowane takimi kwasa¬ mi, które nie wywieraja zadnego dzialania ochron¬ nego, nalezy po rozszczepieniu pierscienia epoksy odtworzyc równiez ochraniana grupe hydroksy.Te pozornie proste operacje wiaza sie z licz¬ nymi trudnosciami. Oprócz wyzej omówionych trudnosci wynikaja równiez problemy technolo¬ giczne przy realizacji tych procesów w skali prze¬ myslowej, a takze dalsze, wiazace sie z wymaga¬ niami jakosciowymi wobec reagentów. I tak na przyklad stosowany czterowodorofuran nie moze zawierac nadtlenków, lecz wytwarzanie i prze¬ chowywanie czterowodorofuranu nie zawierajace¬ go sladów nadtlenku nasuwa wiele trudnosci. Ba¬ dania wykonane przez twórców sposobu wedlug wynalazku swiadcza, ze srodki powstrzymujace proces powstawania nadtlenków oddzialywuja na przebieg reakcji. Równiez rózne rozpuszczalniki oraz zasady Lewisa musza byc calkowicie czyste.Zobojetnianie 30—100-krotnego nadmiaru molowe¬ go uzytego fluorowodoru jest czasochlonne i wy¬ maga aparatury o wielkiej obojetnosci. Najczes¬ ciej stosowane zasady, wzglednie zasady Lewisa takie jak na przyklad czterowodorofuran, które stosuje sie w 30—70-krotnym nadmiarze molowym w celu zachowania optymalnego stosunku molo¬ wego fluorowodoru do czterowodorofuranu, mie¬ szaja sie z woda w kazdej proporcji i sa bardzo dobrymi rozpuszczalnikami zwiazków steroido¬ wych. Na skutek tego mozna ekstrahowac stero- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 79 455 6 idy ze zobojetnionych roztworów wodnych z mo¬ zliwa do przyjecia wydajnoscia jedynie po bardzo duzym — to znaczy w odniesieniu do steroidów wielosetkrotnym — rozcienczeniu.W toku badan nad kwasowa hydroliza estrów kwasu azotowego ze ster.olami-21 prowadzona przy pomocy bezwodnych kwasów, nieoczekiwanie stwierdzono, ze rozpuszczone w chlorowcowanych weglowodorach estry kwasu azotowego ze stero- lami-21 sa przeprowadzane ilosciowo w odpowied¬ nie 21-alkohole przez reakcje z bezwodnym fluo¬ rowodorem.W przypadku gdy ester sterolu-21 z kwasem azotowym zawiera równiez grupe 9,11-epoksy, to równoczesnie zachodzi kwasowa hydroliza estru kwasu azotowego oraz ugrupowania epoksy i po¬ wstaje 9a-fluoro-lip-21-diol. Ta reakcja azotanu sterylu-21 byla nieoczekiwana, poniewaz na pod¬ stawie przytoczonych wyzej zródel literaturowych nie mozna bylo oczekiwac, ze z azotanów steroli-21 mozna bylo odzyskiwac odpowiednie alkohole bez reakcji ubocznych, a takze, ze rozszczepienie ugrupowania epoksydowego moze miec miejsce równiez w nieobecnosci zasad lub zasad Lewisa.W okreslonych wyzej warunkach reakcji — a wiec w srodowisku bezwodnym i w nieobecnosci zasad Lewisa moga obie reakcje przebiegac tylko wtedy, gdy role zasady Lewisa odgrywa w sto¬ sunku do bezwodnego fluorowodoru azotan ste¬ rolu-21.Podstawe sposobu wedlug wynalazku stanowi wiec nieoczekiwane odkrycie, ze estry azotanowe steroli-21 zachowuja sie wzgledem bezwodnego fluorowodoru jak zasady Lewisa i dzieki temu sa zdolne do spowodowania dysocjacji fluorowodoru, koniecznej dla przebiegu kwasowej hydrolizy.Sposób wedlug wynalazku wytwarzania 21-hy- droksysteroidów z szeregu pregnanu, o ogólnym wzorze 1, w którym symbole Ri do Re maja wy¬ zej podane znaczenie, polega na tym, ze ester wytworzony z kwasu azotowego i steroido-21-al¬ koholu lub jego pochodnej, okreslony ogólnym wzorem 3, w którym Ri do Re maja wyzej podane znaczenie, poddaje sie hydrolizie w chlorowcowa¬ nym weglowodorze, w temperaturze nizszej .od 20°C, przy 3 do 20 krotnym nadmiarze molowym bezwodnego fluorowodoru.Reakcje hydrolizy sposobem wedlug wynalazku prowadzi sie w ten sposób, ze na przyklad roz¬ twór estru 9(3, llp-epoksysterolu-gl w chlorowco¬ wanym weglowodorze w temperaturze — 50°C do¬ daje sie do roztworu bezwodnego fluorowodoru w chloroformie. Ilosc fluorowodoru wynosi — za¬ leznie od rodzaju wyjsciowego steroidu-3 do 20 moli/l mol steroidu. Meszanine reakcyjna ogrze¬ wa sie po zakonczeniu dodawania skladników do temperatury 0—5°C i miesza w tej temperaturze w ciagu 3 godzin. Przybierajaca w koncowym .okresie- reakcji ciemnoczerwone zabarwienie mie¬ szanine wylewa sie na 5°/a wodny roztwór wegla¬ nu potasu, zobojetnia do wartosci pH 6—7 i eks¬ trahuje chloroformem. Faze rozpuszczalnika prze¬ mywa sie nastepnie do obojetnego odczynu, od¬ parowuje pod zmniejszonym cisnieniem prawie do sucha i oczyszcza pozostalosc przy pomocy za¬ wierajacego wode dioksanu. Otrzymuje sie przy tym surowy 9 o czystosci powyzej 90§/o z wydajnoscia okolo 90%. Po przekrystalizowaniu z acetonu otrzymu- 5 je sie fluorosteroid o czystosci dostatecznej dla zastosowan farmaceutycznych.Od znanych sposobów sposób wedlug wyna¬ lazku rózni sie nastepujacymi zaletami: a) nie wymaga stosowania duzych ilosci zasad lub zasad Lewisa; b) umozliwia latwe wyodrebnienie zawie¬ rajacych fluor steroidów z roztworu wodnego po zobojetnieniu nadmiaru fluorowodoru, c) nie wy¬ maga dodatkowego procesu hydrolizy dla odszcze- pienia grup ochronnych, stosowanego dotychczas w znanych sposobach przy oslanianiu grupy 21- -hydroksylowej, jak na przyklad grupy acetylo- wej, poniewaz kwasowa hydroliza ugrupowania epoksydowego oraz estru azotowego przebiega równoczesnie.Wyzej podane zalety sposobu wedlug wynalazku sa szczególnie istotne przy prowadzeniu reakcji w skali przemyslowej.Wynalazek ilustruja nizej podane przyklady.Przyklad I. 2 g (0,0043 M) azotanu-21 00, 110-epoksy-16a, 17a, 21-triolo- 3,20-dwuketo-16a, i7a-dwuacetylopregnadienu-l,4 rozpuszcza sie w 30 ml bezwodnego chlorodormu. Roztwór ten ozie¬ bia sie do temperatury — 50°C i dodaje do roz¬ tworu 1 ml (0,05 M) fluorowodoru w 10 ml bez¬ wodnego chloroformu. Mieszanine reakcyjna mie¬ sza sie w ciagu 3 godzin w temperaturze 0°C, a nastepnie wlewa do 100 ml nasyconego roztwo¬ ru kwasnego weglanu potasu. Faze chloroformowa oddziela sie, a czesc wodna ekstrahuje dwukrot¬ nie porcjami po 10 ml chloroformu. Polaczone ekstrakty chloroformowe przemywa sie nastepnie dwukrotnie porcjami po 10 ml wody, osusza i od- destylowuje chloroform pod zmniejszonym cisnie¬ niem. Pozostalosc miesza sie z 10 ml dioksanu, a nastepnie oddestylowuje dioksan. Produkt roz¬ ciera sie z 20 ml wody. Wydzielajace sie zólte krysztaly odsacza sie i po osuszeniu przekrystali- zowuje z acetonu. Otrzymuje sie 1,49 g produktu stanowiacego 9<^-fluoro-110, 16a, 17a, 21-tetraolu- -3,20-dwuketo- 16a, 17a-dwuacetyIopregnadien-l,4, co odpowiada 80% wydajnosci teoretycznej. Tem¬ peratura topnienia: 260—265°C.Przyklad II. 2,7 g (0,005 M) 9a-bromo-l,4- -dieno-lip, 16a, 17a-21-tetraolo- 3,20-dwuketo-16a, 17a-dwuacetylbpregnadienu-l,4 zestryfikowanego w pozycji 21 kwasem azotowym rozpuszcza sie w 30 ml chloroformu i doprowadza do reakcji z roz¬ tworem 1 ml (0,05 M) fluorowodoru w 10 ml chloroformu. Mieszanine reakcyjna przerabia sie sposobem zilustrowanym w przykladzie I. Otrzy¬ muje sie 2,05 g produktu stanowiacego 9a-bromo- -1,4-dieno-lip, 16a, 17a, 21-tetraolo-3,20-dwuketo- -16a, 17 83°/o wydajnosci teoretycznej. Temperatura top¬ nienia 210—215°C.Przyklad III. 1,95 g (0,005 M) 17a, 21-dwu- hydroksy- 3,20-dwuketo- pregna- 4-enu zestryfi¬ kowanego kwasem azotowym w pozycji 21 pod¬ daje sie procesowi kwasowej hydrolizy w sposób okreslony w przykladzie I. Otrzymuje sie 1,46 g 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6079455 8 produktu stanowiacego 17a, 21-dwuhydroksy-3,20- -dwuketo-pregna-4-en, co stanowi 85% wydaj¬ nosci teoretycznej. Temperatura topnienia 207— 210°C.Przyklad IV. 2,03 g (0,005 M) 16a-metylo- -17a, 21-diolo- 3,20-dwuketo-pregna-4-enu zestry- fikowanego w pozycji 21 kwasem azotowym pod¬ daje sie procesowi kwasowej hydrolizy w sposób okreslony w przykladzie II. Otrzymuje sie 1,62 g produktu stanowiacego 16a-metylo-17a, 21-diolo- -3,20-dwuketo-pregna-4-en, co stanowi 90% wy¬ dajnosci teoretycznej. Temperatura topnienia 172—175°C. PL PL