DE60214361T2

DE60214361T2 - Verfahren zur herstellung von gallensäure

Info

Publication number: DE60214361T2
Application number: DE60214361T
Authority: DE
Inventors: Peter Faarup
Original assignee: Novo Nordisk AS
Current assignee: Novo Nordisk AS
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: EP1698636A1; ES2271255T3; EP1385867A1; JP2004529160A; EP1385867B1; ATE338055T1; DE60214361D1; WO2002088166A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Gallensäuren aus nicht-tierischen Ausgangsmaterialien.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gallensäuren kommen zusammen mit Glycin oder Taurin in der Galle der meisten Wirbeltiere vor, und einige davon finden in der Medizin Verwendung. So werden einige Gallensäuren aufgrund ihrer eigenen pharmakologischen Eigenschaften als Cholerektika verwendet. Siehe z.B. James EF Reynolds (Herausgeber) Martindale The Extra Pharmacopoeia, 30. Auflage, The Pharmaceutical Press, London (1993), Seite 1341). Aufgrund ihrer oberflächenaktiven Eigenschaften wurden Gallensäuren als Absorptionsverstärker in Arzneimitteln getestet ( GB 1,527,605, Takeda). Auch können Gallensäuren zur Herstellung von Derivaten von therapeutischen Peptiden mit dem Zweck des Beeinflussens des Wirkungsprofils der Peptide verwendet werden (WO 95/07391; WO98/08871, beide Novo Nordisk).
Traditionell wurden Gallensäuren von tierischen Quellen erhalten. Jedoch verursachte die weit reichende Verbreitung von ernsten Krankheiten wie HIV, AIDS und spongiforme Rinderenzephalopathie (BSE) eine weit verbreitete Furcht davor, dass Material tierischen Ursprungs eine Infektion verursachen kann. Selbst wenn die Furcht möglicherweise nicht immer begründet ist, ist es in allen Fällen erwünscht, die Gegenwart von Bestandteilen tierischen Ursprungs in Medikamenten so weit wie möglich zu vermeiden, um jegliche Gefahr und Furcht vor der Gefahr zu eliminieren. Gallensäuren weisen ziemlich komplizierte Molekülstruk turen auf und können zu einem wirtschaftlich akzeptablen Preis aus einfachen Ausgangsmaterialien nicht synthetisiert werden.
DEFINITIONEN
Die Bezeichnung „wahlweise substituierte Derivate" von Lithocholinsäuren und den zu deren Herstellung verwendeten Zwischenverbindungen wird zum Bezeichnen von eng verwandten Produkten und Zwischenverbindungen verwendet, die sich von Lithocholinsäuren oder den zu Lithocholinsäuren führenden Zwischenverbindungen dadurch unterscheiden, dass sie eine oder zwei weitere Hydroxygruppen aufweisen (Deoxycholinsäure, Chenodeoxycholinsäure, Cholinsäure).
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Natürliche Produkte mit einer gewissen Strukturähnlichkeit zu den Gallensäuren sind in der Pflanzenwelt zu finden und zu einem Preis erhältlich, der nicht von vornherein deren Verwendung als Ausgangsmaterialien in einer groß angelegten Synthese von Gallensäuren ausschließt.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von Lithocholinsäure der Formel (I)
oder eines wahlweise substituierten Derivats davon bereit, umfassend
Schritt a) katalytisches Hydrieren mit Palladium auf Kohle unter basischen Bedingungen bei einer Temperatur zwischen 0 und 80°C von Ethyl-3-oxo-4,22-choladienat (Formel (II)) oder eines wahlweise substituierten Derivats davon
um Ethyl-3-oxocholanat (Formel (III)) oder das entsprechende substituierte Derivat zu erhalten;
gefolgt von
Schritt b): Hydrolyse der C-24-Estergruppe der in Schritt a) erhaltenen Zwischenverbindung der Formel (III) oder des entsprechenden substituierten Derivats davon, um 3-Oxocholansäure (Formel (IV)) oder das entsprechende substituierte Derivat davon zu erhalten,
und Reduktion der 3-Ketogruppe dieser Zwischenverbindung, um Lithocholinsäure (Formel (I)) oder das entsprechende substituierte Derivat davon zu erhalten;
oder als Alternative zu Schritt b)
Schritt c): Reduktion der in Schritt a) erhaltenen 3-Ketogruppe der Zwischenverbindung (III) oder des entsprechenden substituierten Derivats davon, um die Zwischenverbindung der Formel (V) zu erhalten
gefolgt von Hydrolyse der C-24-Estergruppe, um Lithocholinsäure (Formel (I)) oder das entsprechende substituierte Derivat davon zu erhalten,
wobei das in den Schritten b) und c) verwendete Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Lithium-tri-tert-butoxyaluminiumhydrid, Natriumborhydrid und Natriumborhydrid in Kombination mit einem Modifikationsmittel, bei welchem es sich um Cer(III)-chlorid handelt.
Bei Stigmasterol handelt es sich um ein Sterol, das aus Sojabohnen isoliert werden kann. Das vorstehend erwähnte Ausgangsmaterial der Formel (II) kann von Stigmasterol durch Oxidation und Ozonolyse zu 3-Ketobisnor-4-cholenaldehyd wie beschrieben von JA Campbell et al. J. Am. Chem. Soc 79 (1957) 1127-129, gefolgt von Umsetzung des Aldehyds mit Triethylphosphonoacetat wie von ED Bergmann et al., Steroids 27 (1976) 431-437 beschrieben, erhalten werden.
Die katalytische Hydrierung gemäß vorstehendem Schritt a) kann in jedem beliebigen geeigneten Lösungsmittel, das herkömmlich für katalytische Hydrierungen verwendet wird, z.B. in Alkoholen und Ethern durchgeführt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das verwendete Lösungsmittel 99%iger Ethanol.
Der in Schritt a) verwendete Katalysator ist Palladium auf Kohle, z.B. 5% Palladium auf Kohle oder 10% Palladium auf Kohle. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zur Reduktion der Verbindung der Formel (II) verwendete Katalysator 10% Palladium auf Kohle.
Die in Schritt a) beschriebene Reduktion wird in Gegenwart einer Base wie eines Alkalimetallhydroxids oder eines Erdalkalimetallhydroxids oder eines anderen Metallhydroxids oder wie eines aliphatischen Amins, z.B. von tert-Butylamin durchgeführt. In einer besonderen Ausführungsform wird die Reduktion in Gegenwart von Kaliumhydroxid durchgeführt.
Die in Schritt a) beschriebene Reduktion wird bei einer Temperatur zwischen 0 und 80°C durchgeführt. In einer spezifischeren Ausführungsform wird die Reduktion bei Raumtemperatur, z.B. zwischen 15 und 30°C durchgeführt.
Der Wasserstoffdruck, unter welchem die Reduktion gemäß Schritt a) durchgeführt wird, kann innerhalb eines breiten Bereichs ausgewählt werden. So kann der Druck in einer Ausführungsform im Bereich von Atmosphärendruck bis 10 Atmosphären liegen. Andere Ausführungsformen finden bei Atmosphärendruck oder im Bereich von Atmosphärendruck bis 2 Atmosphären statt.
Die gemäß Schritt b) und Schritt c) durchgeführte Hydrolyse der Estergruppe kann unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt werden. So kann sie bei Raumtemperatur in einem alkalischen Gemisch aus Wasser und einem wassermischbaren Lösungsmittel, z.B. einem Alkohol, durchgeführt werden. Wird Schritt b) verwendet, kann die Base günstigerweise die Base sein, die zugesetzt wurde, bevor die katalytische Hydrierung durchgeführt wurde. Jedoch kann dem Reaktionsgemisch zur Hydrolyse der Estergruppe eine weitere Menge derselben oder einer anderen Base zugesetzt werden. Wird Schritt c) verwendet, kann das Reaktionsgemisch, in welchem die Zwischenverbindung (V) gebildet wird, nach der Verdünnung mit Wasser stark alkalisch gestellt und die Hydrolyse der Estergruppe in diesem Gemisch durchgeführt werden. Alternativ dazu kann die Zwischenverbindung (V) isoliert und gereinigt und anschließend die Estergruppe z.B. unter Verwendung von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid in wässrigem Ethanol hydrolysiert werden.
Für die Reduktion der 3-Ketogruppe in den Zwischenverbindungen der Formel (III) und (IV) ist das Reduktionsmittel, das eine spezifische Reduktion dieser Gruppe bereitstellt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithium-tri-tert-butoxyaluminiumhydrid, Natriumborhydrid und Natriumborhydrid in Kombination mit einem Modifikationsmittel, bei welchem es sich um Cer(III)-chlorid handelt. Die Reduktionen werden beginnend bei Eisbadtemperatur durchgeführt. Anschließend lässt man die Temperatur auf Raumtemperatur ansteigen. Ein günstiges Lösungsmittel bei Verwendung von Lithium-tri-tert-butoxyaluminiumhydrid als Reduktionsmittel ist Tetrahydrofuran. Andere Optionen sind Dioxan, Ethy lenglycoldimethylether und Diethylenglycoldimethylether. Ein günstiges Lösungsmittel bei Verwendung von Natriumborhydrid oder Natriumborhydrid in Kombination mit einem Modifikationsmittel als Reduktionsmittel ist Methanol oder Ethanol, wahlweise enthaltend Wasser.
BEISPIELE
Beispiel 1
Herstellung von Lithocholinsäure aus Stigmasterol
Stigmasterol, das aus Sojabohnen erhalten wurde, wird wie von JA Campbell et al. J. Am. Chem. Soc 79 (1957) 1127-1129 beschrieben zu 3-Ketobisnor-4-cholenaldehyd umgewandelt. Der Aldehyd wird dann mit Triethylphosphonoacetat wie beschrieben von ED Bergmann et al., Steroids 27 (1976) 431-437, umgesetzt, um Ethyl-3-oxo-4,22-choladienat zu erhalten.
Herstellung von 3-Oxo-5β-cholan-24-onsäure:
Ethyl-3-oxo-4,22-cholandientat (2,39 g) wurde in 99%igem Ethanol (170 ml), enthaltend 0,9 g Kaliumhydroxid, gelöst. 10% Palladium auf Kohle, enthaltend 50% H₂O (0,16 g) wurde zugesetzt und das Gemisch bei Raumtemperatur und 1 Atmosphäre für eine Dauer von etwa 3 Stunden hydriert (280 ml Wasserstoff wurden verbraucht). Der Katalysator wurde abfiltriert, und Wasser (20 ml) wurde zugesetzt. Nach Rühren für eine Dauer von 3 Tagen wurde Essigsäure auf einen pH-Wert von 4 zugesetzt, die Lösung wurde unter reduziertem Druck auf etwa 10 ml eingeengt, und 20 ml Wasser wurden zugesetzt. Nach Rühren kristallisierte das Gemisch. Durch Filtration und Waschen mit Wasser wurden 2,1 g der Titelverbindung erhalten. ¹H-NMR (CDCl₃, 300 MHz), 0,67 (3H, s); 0,92 (3H, d); 1,00 (3H, s); 2,68 (1H, t).
Reduktion von 3-Oxo-5β-cholan-24-onsäure zu Lithocholinsäure:
3-Oxo-5β-cholan-24-onsäure (3,0 g) wurde in trockenem Tetrahydrofuran (40 ml) gelöst, über einem Eisbad abgekühlt und über eine Dauer von 15 Min. gerührt. 17,5 ml einer 1,1 M Lösung von Lithium-tri-tert-butoxyaluminiumhydrid wurde unter Rühren zugesetzt. Des Weiteren wurden 10 ml Tetrahydrofuran zugesetzt, und es wurde für eine Dauer von 15 Min. über einem Eisbad und für eine Dauer von 1,5 Stunden bei Raumtemperatur weiter gerührt. Nach Abkühlen des Gemischs über einem Eisbad wurde die Reaktion durch Zugabe von 16 ml Wasser, gefolgt von 20 ml 6 M HCl abgeschreckt. Das Gemisch wurde mit Dichlormethan extrahiert, und die vereinigten organischen Phasen wurden mit 1 M HCl und Wasser gewaschen und getrocknet (Na₂SO₄). Durch Entfernen des Lösungsmittels unter reduziertem Druck wurden 3,0 g rohe Lithocholinsäure erhalten. Eine NMR-Analyse (CDCl₃, 300 MHz) des Produkts zeigte ein charakteristisches Signal bei 0,66 (3H, s); 0,93 (6H, s und d); 2,15-2,49 (2H, m); 3,63 (1H, m) gemäß dem ¹H-NMR-Spektrum der Bezugslithocholinsäure.
Beispiel 2
Synthese von N^εB29Lithocholoyl-γ-Glu-des(B30)-Humaninsulin unter Verwendung von N-Lithocholoyl-Glu(OSu)-OH
1000 mg des(B30)-Humaninsulin wurden in einem Gemisch aus 3,7 ml Wasser und 18,5 ml N-Methylpyrrolidon gelöst. Das die Lösung enthaltende Reaktionsgefäß wurde in ein bei 10°C äquilibriertes Wasserbad gegeben, und der pH-Wert der Lösung wurde durch Zugabe von 4 M NaOH auf 10,2 eingestellt. 316 mg N-Lithocholoyl-Glu(OSu)-OH wurden in 2,6 ml N-Methylpyrrolidon bei Raumtemperatur gelöst, und 1 ml Triethanolamin wurde zugesetzt. Das gelöste Reagenz wurde dann der Insulinlösung zugesetzt, und man ließ dies für eine Dauer von 1 Stunde reagieren, bevor die Reaktion durch Zugabe von 19 ml 0,2 M Ethanolamin, eingestellt durch Zugabe von 4 M HCl auf pH 9, gestoppt wurde. Das Produkt wurde durch RP-HPLC gegen einen N^εB29Lithocholoyl-γ-Glu-des(B30)-Humaninsulin-Standard analysiert, und die Ausbeute betrug 43%.
Beispiel 3
Synthese von N^εB29Lithocholoyl-γ-Glu-des(B30)-Humaninsulin unter Verwendung von N-Lithocholoyl-Glu(OSu)-O^tBu
3000 mg des(B30)-Humaninsulin wurden in 150 ml 50 mM Borsäure in einem Reaktionsgefäß gelöst, das in ein bei 15°C äquilibriertes Wasserbad gegeben wurde, und der pH-Wert der Lösung wurde durch Zugabe von 4 M NaOH auf 10,2 eingestellt. 690 mg N-Lithocholoyl-Glu(OSu)-O^tBu wurden in 150 ml Acetonitril, erwärmt auf etwa 50°C, gelöst. Das gelöste Reagenz wurde dann der Insulinlösung zugesetzt, und man ließ dies für eine Dauer von 1 Stunde reagieren, bevor die Reaktion durch Zugabe von 57 ml 0,2 M Ethanolamin, eingestellt durch Zugabe von 4 M HCl auf pH 9, gestoppt wurde. Wasser wurde auf eine Endkonzentration von 20 Vol.-% in Bezug auf organisches Lösungsmittel dem Reaktionsgemisch zugesetzt, und der pH-Wert des Gemischs wurde durch Zugabe von 4 M HCl auf 5,5 eingestellt. Das Reaktionsgemisch wurde dann bei 4°C über Nacht stehen gelassen. Am folgenden Tag wurde das ausgefällte Material abzentrifugiert und dann gefriergetrocknet. Das getrocknete Material wurde in 30 ml Trifluoressigsäure gelöst, um die O^tBu-Schutzgruppe zu entfernen. Das Insulinmaterial wurde dann durch Zugabe von 10 Volumina Aceton zusammen mit ein paar Tropfen konzentrierter HCl ausgefällt und einer Reinigung unterzogen. Ausbeute: 1820 mg mit einer Reinheit von 98,8%.
Molekülmasse, gefunden durch MS: 6193±6, Theorie: 6193.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Lithocholinsäure der Formel (I)
oder von Derivaten davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen, umfassend Schritt a) katalytisches Hydrieren mit Palladium auf Kohle unter basischen Bedingungen bei einer Temperatur zwischen 0 und 80°C von Ethyl-3-oxo-4,22-choladienat (Formel (II)) oder von Derivaten davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen
um Ethyl-3-oxocholanat (Formel (III)) oder Derivate davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen zu erhalten;
gefolgt von Schritt b): Hydrolyse der C-24-Estergruppe der in Schritt a) erhaltenen Zwischenverbindung der Formel (III) oder von Derivaten davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen, um 3-Oxocholansäure (Formel (IV)) oder Derivate davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen zu erhalten,
und Reduktion der 3-Ketogruppe dieser Zwischenverbindung, um Lithocholinsäure (Formel (I)) oder Derivate davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen zu erhalten; oder als Alternative zu Schritt b) Schritt c): Reduktion der in Schritt a) erhaltenen 3-Ketogruppe der Zwischenverbindung (III) oder von Derivaten davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen, um die Zwischenverbindung der Formel (V) zu erhalten
gefolgt von Hydrolyse der C-24-Estergruppe, um Lithocholinsäure (Formel (I)) oder Derivate davon mit einer oder zwei weiteren Hydroxygruppen zu erhalten, wobei das in den Schritten b) und c) verwendete Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Lithium-tri-tert-butoxyaluminiumhydrid, Natriumborhydrid und Natriumborhydrid in Kombination mit Cer(III)-chlorid
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hydrierung in Gegenwart von Kaliumhydroxid durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hydrierung in Gegenwart eines aliphatischen Amins durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hydrierung in Schritt a) unter einem Wasserstoffdruck von 1 bis 10 Atmosphären durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hydrolyse in Schritt b) und c) in einem Gemisch aus Wasser und einem wassermischbaren organischen Lösungsmittel, enthaltend Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, durchgeführt wird.