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Verfahren zur Herstellung von 3-Keto-A 4, 6-10 ( < x)-methylsteroiden
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Unter einem Steroid ist bei dieser Erfindung eine Verbindung zu verstehen, die das Kohlenstoffskelett des Perhydro-cyclopentano-phenanthrens besitzt, Die Kohlenstoffatome dieses Skelettes sind auf die übliche Weise numeriert, Die Ringe A, B, C oder D dieses Skelettes können mindestens eine Doppelbindung enthalten. Weiter kann mindestens ein Wasserstoffatom des Ringsystems, z. B. an den Stellen 9,11, 16 und/oder 17, durch funktionelle Gruppen ersetzt sein, z. B. durch eine Hydroxy-oder eine veresterte Hydroxygruppe, eine Ketogruppe, ein Halogenatom, z. B. Chlor, Brom oder Jod, eine Alkylgruppe, z. B. eine Methyl-, Äthyl-, Propyl- und Dodecylgruppe, eine Acylgruppe oder hydroxylierte Acylgruppe, z.
B.
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Es ist bereits bekannt, dass nach A4, 7, 22-Lumistratien-3-on (in dieser Verbindung hat die 10-Me- thylgruppe die a-Konfiguration) sich in saurem Reaktionsmilieu zu einer Verbindung isomerisieren lässt, die keine Doppelbindung mehr zwischen den Kohlenstoffatomen 7 und 8, dagegen wohl zwischen den Kohlenstoffatomen 6 und 7 enthält. Einzelheiten dieser bekannten Isomerisationsreaktion sind aber nicht bekannt.
Beim Zustandekommen der Erfindung stellte es sich heraus, dass die Ausbeute dieser Reaktion in hohem Masse von den Umständen abhängig ist, unter denen diese ausgeführt wird, und dass die Bedingungen, um maximale Ausbeuten zu erhalten, beträchtlich von den Bedingungen abweichen, die erfüllt werden müssen, um hohe Ausbeuten bei der bekannten Isomerisation von A4, 7, 22-Ergostratien-3-on in A4, 6, 22-Ergostratien-3-on zu erhalten ; in diesen beiden Verbindungen hat die 10-Methylgruppe die ssKonfiguration.
Im Zusammenhang mit letzterem sei auf eine Anzahl bekannter Verfahren hingewiesen, die im folgenden näher beschrieben werden. Der Beschreibung von jedem dieser Verfahren folgt kurz die beim Zustandekommen der Erfindung mit dem bekannten Verfahren bei der Isomerisierung von A4, 7, 22-Lumi- stratien-3-on gemachte Erfahrung.
Nach einem dieser Verfahren wird einer heissen Lösung von A4, 7, 22-Ergostratien-3-on in Methanol eine geringe Menge konzentrierte Salzsäure beigegeben. Bei dieser Reaktion entsteht sofort ein weisser Niederschlag, dem die Struktur von 3-Methoxy-A3, 4,7, 22-ergostatetraen zuerkannt werden kann. Wird dem Reaktionsprodukt mehr konzentrierte Salzsäure beigegeben und die Erwärmung des dispergiertenNiederschlages fortgesetzt, so entsteht A4, 6, 22-Ergostatrien-3-on (Isoergosteron) mit einer Ausbeute von 80%, auf das Ausgangsmaterial bezogen.
Bei dieser letzten Stufe der Reaktion wird die Methoxygruppe des intermediär gebildeten 3-Enoläthers gespalten und das Reaktioisprodukt wird in die entsprechende 3-Keto-Verbindung unter Verschiebung des Systems doppelter Bindungen umgesetzt, wobei sich auch die Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen 7 und 8 zur Stellung zwischen den Kohlenstoffatomen 6 und 7 verschiebt.
Bei Anwendung dieser Technik in der Lumisterolreihe zeigte es sich, dass die Isomerisation von
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Produkt der letztgenannten Formel erhalten werden konnte. Diesem Ausbeuteunterschied ist gemäss Erfindung die Gegenwart von Wasser im bekannten Reaktionsmittel (nämlich 4 g Wasser auf 100 g Methanol) zuzuschreiben.
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Nach einem zweiten Verfahren wird A4, 7, 22-Ergostatrien-3-on in das 3-Enolacetat dadurch umgesetzt, dass das erwähnte Ausgangsprodukt in einem Gemisch von Pyridin und Essigsäureanhydrid erhitzt wird. Das bei dieser Reaktion gebildete 3-Enolacetat kristallisiert aus und kann anschliessend abgeschieden werden. Durch Hydrolyse dieser Verbindung mit verdünnter Säure oder Lauge entsteht ebenfalls die gewünschte 3-Keto-A4, 6, 22-Verbindung, u. zw. mit einer Ausbeute von etwa 55je, auf A4, 7, 22-Ergostatrien-3-on bezogen. Wenn versucht wird, das 3-Enolacetat von 4, 7, 22-Lumistatrien-3-on einer Hydrolyse mit verdünnter Säure oder Lauge zu unterziehen, entstehen merkwürdigerweise nur zirka 20% A4, 6, 22-10 (a)-Verbindung.
Nach einer ändern Vorschrift wird ebenfalls von A4, 7, 22-Ergostatrien-3-on ausgegangen, das in Gegenwart einer Menge konzentrierter Salzsäure in Eisessig gelöst wird ; diese Lösung wird eine Zeit lang gekocht. Bei dieser Reaktion, von'der keine Ausbeuten bekannt sind, tritt eine direkte Verschiebung der Doppelbindung von der Stellung 7-8 zur Stellung 6-7 auf. Wendet man dieses Verfahren bei den entsprechenden 10 (ct) -Methylverbindungen an, so wurde ein Isomerisationsgrad von nur 10 bis 20% gefunden, was durch das Auftreten eines Maximums im rohen Absorptionsspektrum bei 286 - 287 mal mit einer niedrigen Extinktionhöhe festgestellt wurde.
Weiter ist ein Verfahren beschrieben worden, bei dem sorgfältig gereinigtes A4, 7, 22-Ergostatrien- - 3-on durch eine Behandlung bei OOC in Chloroform, gesättigt mit Salzsäuregas, isomerisiert wird, was eine Ausbeute von 60% an der A4, 6-Verbindung ergeben soll. Falls die Reinigung des Ausgangsproduktes unterlassen wurde, sind beträchtlich kleinere Ausbeuten am gewünschten A4, 6, 22-Ergostatrien-3-on erhalten worden.
Wird das gleiche Verfahren zur Isomerisation von gereinigtem A4, 7, 22-Lumistatrien- - 3-on ausgeführt, so zeigte es sich, dass auch in diesem Falle der Prozentsatz der Umsetzung in das A4, 6, 22-Trien-3-on Produkt sehr gering war, während bei der Auswahl von Umständen, erforderlich
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Ausgangsproduktes in an HCl-Gas gesättigtem wasserfreiem Chloroform : 5 Gew./Vol, -0/0) nach sorgfältiger chromatographischer Reinigung eine Ausbeute von höchstens 18% an kristallinem Material erhalten wird.
Es wurde festgestellt, dass auf andern Gebieten der Chemie bekannte Isomerisierverfahren ebensowenig zum gewünschten Ergebnis führten, So wurde im wesentlichen ein unverändertes Ausgangsprodukt zu- rückgewonnen, wenn versucht wurde, A4, 7, 22-Lumistatrien-3-on unter dem Einfluss von Bortrifluorid in Diäthyläther zu A4, 6, 22-Lumistatrien-3-on zu isomerisieren.
Bei der Verwendung von Chlorbenzol und Natrium waren die Erfahrungen ebenfalls enttäuschend, da nur wenig A4, 6, 22-Lumistatrien-3-on aus A4, 7, 22-Lumistatrien-3-on entstand. Wenn versucht wurde, das A4, 7, 22-Lumistatrien-3-on in Chloroform mit Paratoluolsulfonsäure als Katalysator bei einer Temperatur von 350C zu isomerisieren, wurde stets unverändert das Ausgangsprodukt zurückgewonnen.
Auf Grund experimenteller Erfahrungen muss angenommen werden, dass die Konfiguration der Methylgruppe am Kohlenstoffatom 10 des Steroidskelettes einen grossen Einfluss auf die Isomerisierungsmöglichkeit der Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen 7 und 8 hat, wenn im Molekül zugleich am Kohlenstoffatom 3 eine Ketogruppe und zwischen den Kohlenstoffatomen 4 und 5 eine Doppelbindung vorhanden ist.
Die Erfindung vermeidet diese Übelstände und ermöglicht die Ausführung der Isomerisierung von 3-Keto-A4. 7-10 (ct) -methylsteroiden nach einem neuen Verfahren, bei dem das Ausgangsprodukt bis zu mindestens 50% in ein 3-Keto-A4. 6-10 ( < x)-methylsteroid übergeführt wird.
Beim Zustandekommen der Erfindung wurde gefunden, dass die Erzielung dieses Resultats unter anderem in wechselseitiger Beziehung mit der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit steht, in der die Isomerisierung erfolgt. Insbesondere stellte es sich heraus, dass eine verhältnismässig hohe elektrische Leitfähigkeit des Reaktionsmittels günstig zur Erzielung eines hohen Isomerisationsprozentsatzes ist.
Weiter wurde gefunden, dass die Gegenwart von Wasser im Reaktionsmittel die Isomerisation beeinträchtigt. Insbesondere ist es wichtig, dass das Isomerisationsmittel weniger als 1% Wasser enthält. Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, dass die Isomerisation unter dem Einfluss einer Halogenwasserstoffsäure ausgeführt werden soll. z. B. mit HC1, HBr. HJ oder HF. Auch die Wahl des Lösungsmittels hat sich als sehr wichtig erwiesen. Es wurde z. B. festgestellt, dass Lösungsmittel, mit denen das Ergebnis der Erfindung erreichbar ist, alle bei Sättigung mit HC1 unter wasserfreien Bedingungen (weniger als 0, 1 Gew.-% Wasser) eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 10* Siemens haben.
Auch der Sät- : igungsprozentsatz des Lösungsmittels an der Halogenwasserstoffsäure während der Reaktion spielt eine entscheidende Rolle. Es wurde gefunden, dass das Ergebnis der Erfindung erreicht wird, wenn das Lösungsmittel bis zu mindestens 60% bei der Reaktionstemperatur an der Halogenwasserstoffsäure gesättigt ist.
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Die Maximalausbeute bei Verwendung bestimmter Lösungsmittel und einer bestimmten Säure ist nicht nur von der Reaktionstemperatur, sondern auch von der Reaktionsdauer abhängig, aber im allgemeinen hat es sich gezeigt, dass dafür wenig kritische Bedingungen gelten. Die Mehrzahl der beim Zustandekommen der Erfindung gemachten Versuche ergab Maximalausbeuten bei einer Temperatur zwischen 0 und 60 C und bei einer Reaktionsdauer zwischen 15 min und 4 h. Dies galt namentlich, wenn die Isomerisation in einem niedrigeren aliphatischen Alkohol erfolgte. Wurde Propanol-2 als Lösungsmittel und Chlorwasserstoffgas als Säure verwendet, so lag das Optimum der Reaktion für die Isomerisation von #4,7,22-Lumistatrien-3-on bei einer Reaktionstemperatur zwischen 5 und 15 C und bei einer Reaktionsdauer zwischen 15 min und 1 h.
Es stellte sich heraus, dass von sämtlichen versuchten Möglichkeiten diese Umstände ausserdem die günstigsten zur Isomerisation von A4, 7, 22-Lumistatrien-3-on sind. (Aus- beute ungefähr 85%.)
Es sei noch bemerkt, dass die Konzentration der zu isomerisierenden Verbindung im Lösungsmittel die Ausbeute an isomerisiertem A4, 6-Steroid wenig beeinflusst. Hohe Ausbeuten entstehen bei einer Kon-
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Wasser oder in wässerige Lösungen von Alkali- oder andern Säure neutralisierenden Verbindungen ausgegossen wird. So wurde gefunden, dass das Ausgiessen in eine gegebenenfalls gesättigte Natriumbicarbo- nat-, Calciumcarbonat-, Ammoniumcarbonat-oder Ammoniumbicarbonatlosung bei Zimmertemperatur, gegebenenfalls in Gegenwart des festen Salzes, sehr gute Ergebnisse lieferte.
Beispiel l : Durch sehr energisches Rühren wurden 125 g #4,7,22-Lumistatrien-3-on bei +10 C in 2, 21 trockenem Propanol-2, vorher mit trockenem Salzsäuregas gesättigt, zur Lösung gebracht. Nach weiterem Durchleiten eines langsamen Salzsäuregasstromes während 1/2 h wurde die Lösung möglichst schnell unter Rühren in ein Gemisch von festem Natriumbicarbonat und einer gesättigten Bicarbonatlösung, durch Aufrühren von 4 kg Natriumbicarbonat mit 8 1 Wasser erhalten, ausgegossen. Die Mischung wurde eine Zeit lang stehen gelassen, dann wurde die gelbfarbige Isopropanolschicht abgeschieden und die Salzschicht mit 2x11 Petroläther extrahiert.
Die gesammelten Schichten wurden dann mit Natriumbicarbonatlösung bzw. mit Wasser (dreimal) gewaschen, anschliessend über Natriumsulfat getrocknet und
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und schliesslich über Nacht bei -250C kristallisiert.
Absaugen lieferte 80, 5 g #4,6,22-Lumistatrien-3-on mit einem Schmelzpunkt von 99 bis 100, 5 C (Ausbeute gut 640/o). Ein Teil des Produktes wurde für Analysezwecke wiederholt aus Petroläther umkristallisiert, wobei der Schmelzpunkt bis zu 101-102 C anstieg.
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<tb>
<tb> Gefunden <SEP> : <SEP> C <SEP> 85, <SEP> 67U <SEP> H <SEP> 10, <SEP> 65% <SEP>
<tb> 85, <SEP> 68% <SEP> 10. <SEP> 77%
<tb> Berechnet <SEP> für <SEP> C,. <SEP> HO <SEP> : <SEP> C <SEP> 85, <SEP> 22% <SEP> H <SEP> 10,73go.
<tb>
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Bei einem früheren orientierenden Versuch wurden für den Schmelzpunkt der reinen Substanz Werte von 88 bis 890C gefunden. Nach einigen Wochen Stehenlassen waren die Schmelzpunkte sämtlicher Präparate bis zu 101 - 1020C angestiegen. Von dieser Substanz bestehen also zwei Modifikationen.
Durch Chromatographie in Petroleumäther über Aluminiumoxyd nach Brockmann (Stärke III) gefolgt durch Eluierung mit einem Gemisch von Petroläther + Diäthyläther (19 + 1) konnte aus der Mutterlauge eine weitere'Fraktion erhalten werden, aus der nach Einengen bis zur Trockne und Auflösen in wenig Petroläther mit einer Ausbeute von zirka 5% ziemlich reines A4, 6, 22-Lumistatrien-3-on kristallisierte.
Beispiel 2 : Durch eine Lösung von 1 g #4,7,22-Lumistatrien-3-on in 20 ml mit trockenem Salzsäuregas gesättigtem wasserfreiem Äthanol wurde bei Zimmertemperatur ein Strom des gleichen Gases langsam hindurchgeführt.
Nach verschiedenen Reaktionszeiten wurde eine Probe genommen und diese durch Ausgiessen in eine gesättigte wässerige Natriumbicarbonatlösung aufgearbeitet, in der noch ein Überschuss am festen Salz vorhanden war. Nach Extrahieren mit Diäthyläther wurde entsprechend dem Beispiel 1 aufgearbeitet und von den gewonnenen Harzen die Extinktionen bei 287 m ermittelt.
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<tb>
<tb> Nr. <SEP> Reaktionszeit <SEP> El% <SEP> À <SEP> == <SEP> 287 <SEP> mu
<tb> 1 <SEP> cm
<tb> 1 <SEP> 3 <SEP> min <SEP> 396
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> min <SEP> 400
<tb> 3 <SEP> 30 <SEP> min <SEP> 402
<tb> 4 <SEP> 45 <SEP> min <SEP> 378
<tb> 5 <SEP> 1h <SEP> 310
<tb>
Aus der Höhe des Absorptionsmaximums bei 287 mu konnte berechnet werden, dass unter den ge-
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- 30mistatrien-3-on vorhanden war.
Beispiel 3 : In 40 ml wasserfreiem Methanol, das vorher bei 100C mit trockenem HCl-Gas gesättigt worden war, wurde unter energischem Rühren 1 g A4, 7, 22-Lumistatrien-3-on gelöst. Bei 10 C wurde anschliessend unter fortwährendem Rühren noch trockenes HCl-Gas eingeführt.
In der hellroten Lösung entstand fast sofort ein zäher Niederschlag, der sich innerhalb von 2 h nahezu ganz auflöste.
Es wurden Proben nach 10, 20,30, 60 und 120 min genommen, die durch Ausgiessen in eine wässerige gesättigte NaHCO3-Lösung aufgearbeitet wurden, wonach in Diäthyläther aufgenommen und mit Wasser gewaschen wurde. Anschliessend wurde von dem durch Filtrieren und Abdampfen des Lösungsmittels erhaltenen Rückstand das Ultraviolett-Absorptionsspektrum ermittelt.
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<tb>
<tb>
Nr. <SEP> Reaktionszeit <SEP> El% <SEP> X <SEP> = <SEP> 286 <SEP> mp
<tb> l <SEP> cm <SEP>
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> min <SEP> 390 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> min <SEP> 419
<tb> 3 <SEP> 30 <SEP> min <SEP> 435
<tb> 4 <SEP> 1h <SEP> 396
<tb> 5 <SEP> 2 <SEP> h <SEP> 365
<tb>
Aus der Höhe des Maximums bei 286 mg zeigt es sich, dass zwischen 20 und 60 min unter diesen Reaktionsbedingungen 65-70% des gewünschten Reaktionsproduktes entstanden sein muss.
Beispiel 4 : Unter energischem Rühren wurde 1 g A4, 7, 22-Lumistatrien-3-on in 20 ml trockenem Butanol-2 gelöst, das bei 10 C mit trockenem Salzsäuregas gesättigt worden war.
Unter Einführung von Salzsäuregas wurde das Reaktionsgemisch auf 100C gehalten und es wurden Muster genommen. Diese wurden durch Ausgiessen in eine gesättigte Natriumbicarbonatlösung aufgearbeitet.
Nach dem Abscheiden wurde die Wasserschicht mit Petroläther (40-60 C) extrahiert und die Extrakte mit einer gesättigten Bicarbonatlösung (3mal) und anschliessend mit Wasser (3mal) gut gewaschen. Nach Trocknen über Natriumsulfat wurde filtriert und bis zur Trockne eingeengt. Von den erhaltenen
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<tb>
<tb> Nr. <SEP> Reaktionszeit <SEP> E1 <SEP> cm <SEP> 1% <SEP> # <SEP> = <SEP> 287 <SEP> m
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> min <SEP> 280
<tb> 2 <SEP> 20 <SEP> min <SEP> 400
<tb> 3 <SEP> 30 <SEP> min <SEP> 400
<tb> 4 <SEP> 1h <SEP> 415
<tb> 5 <SEP> 2h <SEP> 380
<tb> 6 <SEP> 4h <SEP> 336
<tb>
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Unter diesen Reaktionsbedingungen wird also nach einer Reaktionszeit von 20 min bis zu 1 h zirka 60 - 65% an gewünschtem Isomerisationsprodukt gewonnen.
Beispiel 5 : Unter energischem Rühren wurden bei zirka 109C 2, 5 g #4,7,22-Pyrostatrien-3-on, durch Oppenauer-Oxydation von Pyrocalciferol erhalten, in 50 ml Propanol-2 gelöst, das vorher bei die- ser Temperatur mit trockenem Salzsäuregas gesättigt worden war. Während dieser Beigabe stieg die Temperatur kurz bis zu 18 C an; diese betrug aber innerhalb von einigen Minuten bereits wieder zirka löoc.
Nach 15 min Rühren wurde in ein durch Verrühren von 125 g NaHCO mit 250ml destilliertem Wasser erhaltenes Gemisch ausgegossen und weitere 15 min gerührt.
Die organische Schicht wurde durch zwei Extraktionen in Petroläther aufgenommen und die Extrakte mit Wasser (2mal), wässeriger Natriumbicarbonatlösung bzw. Wasser gewaschen. Nach Trocknen über NaSO und Filtrieren wurde im Vakuum bis zur Trockne eingeengt, und der Rückstand aus 2,5 ml Äthanol (bei -5oC) kristallisiert.
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<tb> 76%).Berechnet <SEP> für <SEP> CHO <SEP> : <SEP> C <SEP> 85, <SEP> 22'po <SEP> H <SEP> 10, <SEP> 73ufo
<tb> Gefunden <SEP> : <SEP> C <SEP> 84. <SEP> 89% <SEP> H <SEP> 10, <SEP> 95%
<tb> 85, <SEP> 12eo <SEP> 10, <SEP> 95il'
<tb>
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-1,PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zur Herstellung eines 3-Keto-A4, 6-10(α)-methylsteroids durch Verschiebung der Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen 7 und 8 eines 3-Keto-#4,7-10(α)-methylsteroids infolge von Isomerisation in einem sauren Mittel, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3-Keto-#4,7-10(α
)-methylste- roid einer Isomerisation in einem Lösungsmittel unterzogen wird, das weniger als 1% Wasser enthält und welches Lösungsmittel, falls es an HCl-Gas gesättigt wäre, bei 180C eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 10** Siemens hat, wobei die Isomerisation im Lösungsmittel unter dem Einfluss einer Halogenwasserstoffsäure erfolgt, die zu mindestens 60% des Sättigungsgrades im Lösungsmittel vorhanden ist, wonach das isomerisierte Produkt aus dem Reaktionsmittel abgeschieden wird.