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DE1793784A1 - Verfahren zur herstellung optisch aktiver oestran-derivate - Google Patents

Verfahren zur herstellung optisch aktiver oestran-derivate

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DE1793784A1
DE1793784A1 DE19651793784 DE1793784A DE1793784A1 DE 1793784 A1 DE1793784 A1 DE 1793784A1 DE 19651793784 DE19651793784 DE 19651793784 DE 1793784 A DE1793784 A DE 1793784A DE 1793784 A1 DE1793784 A1 DE 1793784A1
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methoxy
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Klaus Dr Kieslich
Hans-Joachim Dr Koch
Horst Dr Kosmol
Clemens Dr Rufer
Eberhard Dr Schroeder
Geb Voessing Rosemarie D Walsh
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Description

  • Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Östran-berivate Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Östran-Derivaten der allgemeinen Formel I mit a- oder ß-ständigen Substituenten R2 und OR3, worin n die Ziffern 1 oder 2, R1 einen niederen Alkylrest oder einen Acylrest, R2 eine Methyl- oder Äthylgruppe und R3 ein Wasserstoffatom oder einen Acylrest darstellen und worin die Bindungen ---- Einfach- oder Doppelbindungen darstellen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein 8,14-seco-Steroid der allgemeinen Formel II worin n, R1 und R2 die obengenannte Bedeutung besitzen, mit einer Pilzkultur, Bakterienkultur oder Hefekultur fermentiert und die erhaltenen optisch aktiven Verbindungen der allgemeinen Formel III worin n, R1 und R2 die obengenannte Bedeutung besitzen und die Substituenten R2 und OH a- oder ß-ständig sein können, gegebenenfalls nach Veresterung der Hydroxylgruppe mit Säuren cyclisiert und gewünschtenfalls die #14-und #9-Doppelbindungen hydriert.
  • Verfahren zur Totalsynthese racemischer Östran-Derivate der allgemeinen Formel 1 sind bekannt (J.Chem.Soc.(London),1963, 5072). Ferner ist bekannt, daß man racemische Steroide mittels chemischer Methoden oder mittels mikrobiologischer Verfahren in ihre optischen Antipoden aufspalten kann (Deutsche Auslegeschrift 1 030 8285.
  • Diese bekannten Verfahren sind aber zur technischen Herstellung von optisch aktiven Östran-Derivaten wenig geeignet, da die erforderlichen Racemattrennuigen sehr aufwendig sind und zu geringe Ausbeuten an dem letztlich gewünschten optisch aktiven Östran-Derivat erhalten werden.
  • Es wurde nun gefunden, daß man die optisch inaktiven Secosteroide der allgemeinen Formel II überaschenderweise mikrobiologisch zu optisch aktiven Secoverbindungen der allgemeinen formel III reduzieren kann, welche dann in optisch aktive Östran-Derivate der Formel I überführt werden kennen, ohne daß eine Racemattrennung erforderlich ist.
  • Zur Durchführung der mikrobiologischen Reaktionsstufe sind insbesondere Pilze, wie beispielsweise Aspergillus ochraceus, Aspergillus niger, Rhizopus nigricans, Penicillum notatum, oder Hefen, wie zum Beispiel Saccharomyces uvarum, Saccharomyces cerivisiae, Saccharomyces carlsbergensis, Saccharomyces pastorianus oder Bakterien, wie zum Beispiel Bacillus esterificans, Bacillus laterosporus, Brevibacterium vitarumen, Propionibacterium arabinosum, PMotaminobacter alboflavus, Mesentericus spec., Mycoplana dimorpha und Bacillus thuringiensis geeignet.
  • Die Wahl des geeigneten Mikroorganismus und geeigneter Fermentationsbedinungen für die erfindungsgemäße, enzymatische Reaktionsstufe ist davon abhängig, ob das letztlich gewünschte Verfahrensprodukt in der d- oder l-Form vorliegen soll. Mikroorganismus und Fermentationsbedinungen werden mittels eines Vorversuches, wie er dem mit enzymatischen Reaktionen vertrauten Fachmann geläufig ist, ermittelt.
  • Besonders gute Ausbeuten an optisch aktiven Secosteroiden der allgemeinen Formel III erhält man, wenn man als Mikroorganismen Bakterien der Species Bacillus thuringiensis oder Bacillus esterificans oder tiefen der Species Saccharomyces uvarum verwendet.
  • Die optisch aktiven Secoverbindungen der allgemeinen Formel III können in der gleichen Weise wie die optisch inaktiven Secosteroide der allgemeinen Formel II cyclisiert werden, und man erhält optisch aktive 1,3,5(10),8,14-Östrapentaen-Derivate der allgemeinen Formel 1. Um aber einen glatten Verlauf aer.
  • Cyclisierungsreaktion zu erreichen und Nebenreaktionen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Hydroxygruppen der optisch aktiven Secoverbindungen vor der Cyclisierung zu verestern.
  • Die sich als Gegebenenfallsmaßnaghmen, anschließenden Hydrierungen der optisch aktiven 1,3,5(10) ,8,14-Östrapentaen-Derivate der allgemeinen Formel I zu optisch aktiven 1,3,5(10),8-Östratetraen-Derivaten und 1,3,5(10)-Östratrien-Derivaten der allgemeinen Formel I erfolgt unter den gleichen Bedingungen, die bei der Hydrierung von racemischen 1,3,5(10)8,14-Östrapentaen-Derivaten zu den entsprechenden racemischen Östratetraenen und Östratrienen angewendet werden.
  • Die chemische Umwandlung einer optisch aktiven 8(14)-Seco-Verbindung kann beispielsweise durch folgendes Schema
    erläutert werden
    , : ti
    1793,784
    R10 -.
    1 R-2 3
    S < Verseifung X
    R10 1
    R10 --- iO
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    -I ' I :5
    0>
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    DR
    R OH C Verseifu-ng R23
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    R7 0
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    H I
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    R, -.~ 0,
    ---R-O
    Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des. erfindungsgemäßen Verfahrens; B e i s p i e l l: a) Ein Fermenter aus rostfreiem Stahl mit 50 1 Fassungsvermögen wird mit 30 1 Nährlösung aus 5% Stärke zucker und t Corn-steep liquor beschickt, durch halbstündiges Erhitzen auf 12000 sterilisiert und mit 1 1 einer einen Tag alten Schüttelkultur von Saccharomyces uvarum (OBS 1508) beimpft.
  • Nach eintägiger Vermehrung bei 29°C unter Rühren (220 Umdrehungen pro Minute)und Belüftung (1,65 m3/h) werden 1,8 1 der Kultur unter sterilen Bedingungen in einen ebensogroßen Fermenter mit 28 1 der gleichen Nährlösung überführt. Nach 6stündiger Anzucht unter Rühren und Eejütlen wie oben, setzt man Siliconöl SH + 5% Lardöl als Antischaummittel und eine Lösung von 45,0 g 3-Methoxy-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-14,17-dion in 800 ml Äthanol zu und fermentiert weitere 19 Stunden. Danach extrahiert einer die Fermentersuspension zweimal mit je 15 1 Methylisobutylketon, engt den Extrakt bei 45°C Badtemperatur im Vakuum zum Sirup ein, versetzt diesen mit 400 ccm Diisepropyläther und läßt die erhaltene Lösung 16 Stungen bei 0°C stehen.
  • Die erhaltenen Kristalle werden abgesaugt, mit 25 ccm eiskaltem Diisopropyläthergeaschen, im Vakuum bei 6000 getrocknet, und man erhält 31,8 g 3-Methoxy-8,14-secol1,3,5(10),9(11)-östratetraen-17ß-ol-14-on vom Schmelzpunkt 108-109°C.
  • [α]D20 = -34,5°C (Dioxan; c = 1%). b) 30,04 g 3-Methoxy-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-17-ol--14-on werden zweieinhalb Stunden in 42 ml Methanol und 84 ml Methylenchlorid mit 0,81 ml konzentrierter Salzsäure am Rückfluß gekocht. Die Lösung wird dann in 85 ml Wasser gegossen, die organische Phase abgetrennt und die wässrige Phase noch zweimal mit Methylenchlorid extrahiert.Die vereinigten organischen Phasen werden mit Bicarbonatlösung und Wasser neutral gewaschen, getrocknet. Nach Abziehen des Lösungsmittels im Vakuum und Umkristallisation aus Äthanol erhält man 21,00 g 3-Methoy-1,3,5(10),8,14-östrapentaen-17ßol vom Schmelzpunkt 107-109°C.
  • [α]D20 = -141° (Chloroform; c = 1%) c) 58,00 g 3-Methoxy-1,3,5(10),8,14-östrapentaen-17ß-ol werden mit 8,2 g vorhydriertem 5%igem palladium/Calciumcarbonat in 200 ml Benzol und 200 ml Tetrahydrofuran hydriert. 4820 ml Wasserstoff werden innerhalb von 50 Minuten aufgenommen.
  • Die Lösung wird vom Katalysator abfiltriert. Nach Abdampfen des Lösungsmittels im Vakuum und Umkristallisation aus Äthanol erhält man 39,80 g 3-Methoxy-1,3,5(10),8-östratetraen-17ß-ol vom schmelzpunkt 123-126°C.
  • [α]D20 = -7,1° (Chloroform; c = 1%) d) 11,35 g 3-Methoxy-1,3,5(10),8-östratetraen-17ß-ol werden in 120 ml absolutem Tetrahydrofuran gelöst und be8 -50°C zu einer lösung von 100 mg Lithium in 120 ml flüssigem Ammoniak und 9,9 ml Anilin gegeben. Bei derselben Temperatur werden portionsweise 340 mg Lithium zugegeben und noch zehn Minuten gerührt. Dann werden 0,72 ml Wasser in 12 ml Tetrahydrofuran zugegeben, wobei die Lösung klar wird. Nach Zugabe von weiteren 0,59 g Lithium wird noch 20 Minuten gerührt un die Lösung dann mit Ammonchlorid entfärbrt.
  • Nach Abdampfen des Ammoniak wird Wasser zugegeben, die organischen Lösungsmittel weitgehend im Vakuum abgezogen und die zurückbleibende Mischung mit Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten Methylenchloridlösungen werden mit ln Salzsäure anilinfrei und mit Bicarbonatlösung und Wasser neutral gewaschen. Nach Trocknen der Lösung, Abziehen des Lösungsmittels im Vakuum und Umkristallisation aus Äthanol erhält man 8,5 g 3-Methoxy-1,3,5(10)-östratrien-17ß-ol ("bstradiolmethyläther") vom Schmelzpunkt 114-116°C.
  • [α]D20 = +72° Die Substanz ist mit aus natürlichem Material gewonnenem Östradiolmethyläther nach Schmelzpunkt, Drehung und allen Spektren sowie Gas- und Dünnschichtchromatographie identisch.
  • B e i s p i e 1 2: a) 5,0 g 3-Methoy-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-ästratetraen-14,17-dion werden 15 Stunden in Pyridin bei Raumtemperatur mit 30 ml Acetanhydrid behandelt. Denn wird in Salzsäure gegossen, mit Methylenchloridlösung extrahiert und die vereinigten Methylenchloridphasen mit ln Salzsäure, Bicarbonatlösung und Wasser neutral gewaschen. Das nach Trocknen und Abziehen des Lösungsmittels im Vakuum zurückbleibende Öl wird in 800 ml Benzol aufgenommen und 15 Minuten am Wasserabscheider mit 2,8 g p-Toluolsulfonsäure gekocht. Nach Abkühlen wird mit Bicarbonatlösung und Wasser neutral gewaschen. Trocknen und Abziehen des Lösungsmittels ergibt 4,89 g 3-Methoxy-1,3,5(10),8,14-östrapentaen-17ß-ol-acetat vom Schmelzpunkt 79-82°C.
  • 20 o [α]D=-100 b) 2,40 g 3-Methoxy-1,3,5(10),8,14-östrapentaen-17ß-ol-acetat werden mit 664 mg vorhydriertem 5%igen Palladium/Calciumcarbonat in 8 ml Benzol und 8 ml Tetrahydrofuran hydriert.
  • In 2 Stunden werden 180 ml Wasserstoff (97* d.Th.) aufgenommen.
  • Nach Abfiltrieren vom Katalysator, Abziehen des Lösungsmittels im Vakuum und Umkristallisation aus Äthanol erhält man 1,61 g 3-Methoxy-1,3,5(10),8-östratetraen-17ß-ol-acetat vom Schmelzpunkt 110-113°C.
  • [α]D20 = -49° (Chloroform; c =1%) c) 2,70 g 3-M35hoxy-1,3,5(10),8-östratetraen-17ß-ol-acetat werden bei Raumtemperatur drei Stunden in 50 ml In methanolischer Kalilauge gerührt. Dabei löst sich die Substanz vollständig auf. Bein Kühlen der Lösung fällt ein Niederschlag aus. Die Fällung wird mit 100 ml Eiswasser vervoliständigt. Mar erhält 2,14 g 3-Methoxy-1,3,5(10),8-östratetraen-17ß-ol vom Schmelzpunkt 125-127°C.
  • [α]D20 = -7,9° (Chloroform; c = 1%) Die Substanz ist also mit der durch Hydrierung des 3-Methoxy-1,3,5(10),8-östratetraen-17ß-ols erhaltenen identiseh.
  • Beispiel 3 150 mg 3-Methoxy-1,3,5(10),8-östrapentaen-17ßol-acetat werden in 3 ml methanolischer 1 n Kalilauge 3 Stunden unter Stickstoff gerührt. Die Substanz löst sich dabei allmählich. Unter Eiskühlung wird mit 0,6 ml konzentrierter Salzsäure angesäuert und mit 2,4 ml Wasser gefällt. Man erhält nach erneuter Umkristallisation aus Äthanol/Wasser 107,5 mg 3-Methoxy-1,3,5(10),8-östrapentaen-17ß-ol vom Schmelzpunkt 101-102°C.
  • [α]D20 = -135° (Chloroform; c = 1%) B e i s p i e 1 4 Ein 2-1-Erlenmeyerkolben mit 500 ml Nährlösung aus 0,5% Glucose 0,2% Corn-steep liquor 0,5% Hefeextrakt 0,1% Pepton (Merck) wird sterilisiert und dann mit einer Suspension von Bacillus esterificans, die durch Abschwemmen einer Schrägagariniltur mit physiologischer Kochsalzlösung erhalten wird, beimpft.
  • Man schüttelt die Vorkultur einen Tag lang bei 300C und einer Schwingungszahl von 145 Umdrehungen pro Minute, überführt je 50 com der Kultur in vier 2-l-Fermentationskolben, die mit je 450 ml der gleichen Nährlösung beschickt sind, schüttelt diese vier Stunden bei 30°C, setzt jedem Kolben 5 ml einer 2%igen, äthanolischen 3-Methoxy-8,14-seco-1,3,5(10),- 9(11)-östratetraen-l4, 17-dion-Lösung zu und fermentiert weitere 20 Stunden.
  • Dann werden die vereinigten Fermentationsansätze zweimal mit je 2500 ml Methylisobutylketon extrahiert und der Extrakt bei 45 0C Badtemperatur im Vakuum auf ca. 5 ml eingeengt. Nan reinigt das Konzentrat durch präparative Dünnschichtchromatographie unter Verwendung von Kieselgel GF254 als Absorbens und Benzol-Essigester 9 + 1 als Laufmittel.
  • Die im kurzwelligen UV-Licht sichtbare Hauptzone (mit dem RF-Wert von ca. 0,4) wird abgetrennt, mit 100 ccm Nethylenchlorid bei Raumtemperatur eluiert, das Eluat bei 25°C Badtemperatur eingeengt, der Rückstand aus 10 Teilen Diisopropyläther umkristallisiert, und man erhält das 3-Nethoxy-8,14-secol-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-14α-ol-17-on vom Schmelzpunkt 102-103,5°C.
  • [α]D20 = + 47,8° (Dioxan; c = 1%) Beispiel 5 a) Ein Fermenter aus rostfreiem Stahl mit 50 1 Fassungsvermögen wird mit 30 1 Nährmedium aus 0,5% Glucose 0,2% Corn-steep li uor 0,5% Hefeextrakt 0,1% Pepton (Merck) beschickt, durch halbstündiges Erhitzen auf 1200C sterilisiert und mit 1 1 einer 1 Tag alten Schüttelkultur von Bacillus thuringiensis (BBA-Darmstadt) beimpft.
  • Das Inokulum wird unter gleichen Bedingungen erhalten, wie sie für~die Anzuchtskolben im Beispiel 1 beschrieben sind.
  • Nach eintägiger Vermehrung bei 290C unter Rühren (220 Umdrehungen pro Minute) und Belüftung (1,65 m3/h) werden 1,8 1 der Kultur unter sterilen Bedingungen in einen ebensogroßen Fermenter mit 28 1 der gleichen Nährlösung überführt.
  • Nach 6 stündiger Anzucht unter Rühren und Belüftung wie oben, setzt man Siliconöl SH+5% Lardöl als Antischaummittel und eine Lösung von 15,0 g 3-Methoxy-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-14,17-dion in 800 ml Äthanol zu und fermentiort weitere 16 Stunden. Danach extrahiert man die Bermentersuspension zweimal mit je 15 1 Methlisobutylketon, engt den Extrakt bei 45°C Badtemperatur im Vakuum zum Sirup ein und löst diesen in 150 ccm Diisopropyläther. Nach 20stündigem Stehen bei OOC werden die abgeschiedenen Kristalle abgesaugt, mit wenig eiskaltem Diisopropyläther gewaschen, bei 600C getrocknet, und man erhält 13,1 g 3-Methoxy-8,14-seco-1,3,5(10),-9(11)-östratetraen-14α-ol-17-on vom Schmelzpunkt 99-102°C.
  • [α]D20 = 460 (Dioxan; c = 1%) b) 2,00 g 3-Methoy-8,14-secol-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-14α-ol-17-on werden 16 Stunden bei Raumtemperatur in 20 ml Pyridin mit 12 ml Acetanhydrid behandelt. Dann wird in Wasser gegossen,mit Methylenchlorid extrahiert und die vereinigten Methylchloridphasen mit Salzsäure, Bicarbonat und Wasser neutral gewaschen. Nach Trocknen und Abziehen des Lösung mittels im Vakuum wird der ölige, nicht kristallisierbare Rückstand in 50 ml Benzol aufgenommen und mit 120 mg p-Toluolsulfonsäure 10 Minuten am Wasserabscheider gekocht.
  • Nach Verdünnen mit Äther wird mit Wasser und Bicarbonat neutral gewaschen, die Lösung getrocknet und das lösungsmittel im Vakuum abgezogen. Umkristallisation aus Äthanol ergibt 1,83 g $3-Methoy-13α-1,3,5(10),8,14-östrapentaen-17ß-olacetat vom Schmelzpunkt 127-129°C [α]D20 = +183° (Chloroform; c =1%) c) 800 mg 3-Methoy-13α-1,3,5(10),8,14-östrapentaen-17ß-olacetat werden in 16 ml l-normaler methanoliseher Kalilauge 3 Stunden unter Stickstoff gerührt. Dabei löst sich die Substanz auf. Unter Eiskühlung wird mit Wasser gefällt und gründlich gewaschen. Man erhält 681 3-Methoy-13α-1,3,5-(10),8,14-östrapentaen-17ß-ol-.
  • Zersetzung oberhalb von 320C [α]D20 = +199° (Chloroform; c =1%) Die Substanz ist nach allen Spektren und Chromatogrammen einheitlich, zersetzt sich aber sehr leicht.
  • 3 e i s p i e 1 6 a) Ein Fermenter aus rostfreiem Stahl mit 50 1 Fassungsvermögen wird mit 30 ml Nährlösung aus 5% Stärke zucker und 2% Corn-steep liquor beschickt, durch halbstündiges Erhitzen auf 1200C sterilisiert und mit 1 1 einer einen Tag alten Schüttel)niltur von Saccharamyces uvarum (CBS 1508 oder NCYC 91) beimpft.
  • Nach eintägiger Vermehrung bei 29°C unter Rühren (220 Umdrehungen pro Minute) und Belüftung (1,65 m3/h) werden 1,8 1 der Kultur unter sterilen Bedingungen in einen ebensogroßen Fermenter mit 28 1 der gleichen Nährlösung überführt. Nach 6stündiger Anzucht unter Rühren und Belüften wie oben, setzt man Siliconöl SH + 5% Lardöl als Antischaummittel und eine Lösung von 15,0 g 3-Methoxy-18-methyl-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-14,1?-dion zu und fermentiert weitere 18 Stunden.
  • Danach extrahiert man die Fermentersuspension zweimal mit je 15 1 Methyl-iso-butylketon, engt den Extrakt bei 45°C Badtemperatur im Vakuum zum Sirup ein, kristallisiert das erhaltene Rohprodukt aus Diisopropyläther um und erhält 8,7 g 3-Methoxy-18-methyl-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-17ß-ol-14-on vom Schmelzpunkt 85-86,5°C.
  • [α]D20 = +15,2°C (Dioxan; c =1%) b) 5,34 g 3-Methoxy-18-methyl-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-östratetraen-17a-ol-14-on in 7ml Methanol und 14 ml Methylenchlorid werden in Gegenwart von 0,274 ml konzentrierter Salzsäure 3 1/2 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Die Lösung wird dann in 14 ml Wasser gegossen und analog Beispiel lb aufgearbeitet. Nach Umkristallisation aus Äthanol erhält man 4 g 18-Methyl-3-methoxy-1,3,5(10),8,14-östrapentaen-17ßol vom Schmelzpunkt 88-900C.
  • 7D20 = -140° (Chloroform; c = 1%) Beispiel ? 5,34 g 3-Methoxy-18-methyl-8,14-seco-1,3,5(10),9(11)-östratetraen 17a-ol-14-on werden 48 Stunden mit 4,30 ml Acetanhydrid und 5,1 ml Pyridin in 38 ml absolutem Benzol bei Raumtemperatur stehengelassen. Dann wird in Wasser gegossen, mit Salzsäure und Bicarbonat neutral gewaschen. Die erhaltene benzolische Lösung wird getrocknet, filtriert und anschließend in Gegenwart von 110 mg p-Toluolsulfonsäure 30 Minuten am Wasserabscheider erhitzt. Dann wird die Lösung neutral gewaschen, getrocknet, filtriert und zur Trockne eingeengt. Nach Umkristallisation aus Äthanol erhält man 4,60 g 18-Methyl-3-methoxy, 3, 5810),-8,14-östrapentaen-17ß-ol-acetat vom Schmelzpunkt 75-760C.
  • [α]D20 = -202° (Chloroform; c =1%)

Claims (2)

  1. Patentansprüche 1) Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Östran-Derivaten der allgemeinen Formel I mit α- oder ß-ständigen Substituenten R2 und OR3, worin n die Ziffern 1 oder 2, R1 einen niederen Alkylrest oder einen Acylrest, R2 eine Mehyl- oder Äthylgruppe und R3 ein Wasserstoffatom oder einen Acylrest darstellen und worin die Bindungen Einfach- oder Doppelbindungen darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein 8,14-seco-Steroid der aalgemeinen Formel II worin n, R1 und R2 die obengenannte Bedeutung besitzen, mit einer Pilzkultur, Bakterienkultur oder Hefekultur fermentiert und die erhaltenen optisch aktiven Verbindungen der als gemeinen Formel III worin n, R1 und R2 die obengenannte Bedeutung besitzen und die Substituenten R2 und OK α- oder ß-stämdig sein können, gegebenenfalls nach Veresterung der Hydroxyl£ruppe mit Säuren cyclisiert und gewünschtenfalls die 14 und A9-Doppelbindung hydriert.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fermentation unter Verwendung von Bakterien der Species Bacillus esterificans oder Bacillus thuringiensis oder von Hefen der Species Saccharomyces uvarum durchführt.
DE19651793784 1965-09-14 1965-09-14 Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Östran-Derivate Expired DE1793784C3 (de)

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