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Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxy-a-methyltryptophanen und deren
Salzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxy-a-methyltryptophanen
der allgemeinen Formel
in der Ri und R2 Wasserstoffatome oder niedere Alkylgruppen bedeuten, und cieren
Salzen.
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Als niedere Alkylgruppen werden geradkettige oder verzweigte Alkylreste
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet.
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Man stellt die Verbindungen der angegebenen allgemeinen Formel
(1) und deren Salze her, indem man eine Verbindung der allgemeinen Formel
in der R eine Alkyl- oder Aralkylgruppe und R3 und R4 niedere Alkylreste bedeuten,
mit einem a-Nitropropionsäurealkylester unter Erhitzen in Gegenwart eines inerten
Lösungsmittels umsetzt, den erhaltenen a-Methyl-a-nitroindolyl-(3)-propionsäurealkylester
(III), gegebenenfalls nach einer N-Alkylierung, in an sich bekannter Weise mit einem
Reduktionsmittel behandelt, den erhaltenen Alkylester des in 5-Stellung substituierten
Hydroxya-Methyltryptophans hydrolysiert und das in 5-Stellung substituierte Hydroxy-a-methyltryptophan
in an sich bekannter Weise der Hydrogenolyse bzw. Entalkylierung unterwirft sowie
die erhaltene Verbindung gegebenenfalls mit einer Säure oder einer anorganischen
Base umsetzt.
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Das als Ausgangsstoff verwendete Graminderivat enthält in 5-Stellung
eine Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, z. B. die Methoxy-,
Äthoxy-, Isopropoxy-, Butoxy- oder Octyloxygruppe, oder eine Aralkoxygruppe mit
1 bis zu 15 Kohlenstoffatomen, z. B. die Benzyloxy-, Benz)jydryloxy-,
die p-Methylbenzyloxy- und p,p'-Dünethylbenzhydryloxygruppe, die p-Chlorbenzyloxy-,
die p,p'-Dichlorbenzhydryloxygruppe, die p-Methoxybenzyloxy- und die p,p'-Dirnethoxybenzhydryloxygruppe.
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Das Verfahren zur Herstellung von 5-Hydroxya-methyltryptophanen umfaßt
folgende Stufen:
Die Nitroalkylierung eines 3-(Dialkylamirromethyl)-indols
(11), z.B. des 5-Benzyloxy-3-(dimethylaminomethyl)-indols, mit einem Alkylester
der a-Nitropropionsäure unter Bildung eines Alkylesters, z. B. des Äthylesters,
der a-Methyl-a-nitroindolyl-(3)-propionsäure (III) nach obigem Formelschema kann
nach dem in den USA.-Patentschriften 2557041 und 2616896 beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden.
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Wenn der erhaltene Alkylester der a-Methyla-nitroindolyl-(3)-propionsäure
in 1-Stellung des lndolkerns keinen Substituenten trägt, wird die Verbindung gegebenenfalls
in das entsprechende 1-Alkylderivat übergeführt. Die Alkylierung kanr, nach den
im Journal of the Chemical Society (London), 1940, S. 458 bis 463, oder 1954,
S. 2641 bis 2643, beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Vorzugsweise
setzt man das in 1-Stellung unsubstituierte Inctol mit einem Alkyljodid und Natriumhydrid
in Gegenwart von Dimethylformamid um.
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B. Die Reduktion der Nitrogruppe des in Stufe A
erhaltenen a-Methyl-a-nitro-indolyl-(3)-propionsäurealkylesters
(III) zu dem Alkylester des entsprechenden a-Methyltryptophans, z. B. dem Äthylester
des 5-Benzyloxy-a-methyltryptophans, wird z. B. mit Lithiumaluminiumhydrid oder
Wasserstoff in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators, wie Raney-Nickel, Platinoxyd
oder Palladium, durchgeführt. Bei der katalytischen Hydrierung zur Reduktion der
Nitroverbindung, in der R einen Aralkylrest bedeutet, wird vorzugsweise ein Katalysator,
der nicht gleichzeitig eine Hydrogenolyse der Aralkoxygruppe bewirkt, wie Platinoxyd,
verwendet. Unter diesem Vorbehalt kann das Verfahren der USA.-Patentschrift 2
557 041 auf die Reduktion der Nitroverbindung (III) angewandt werden.
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C. Die Hydrolyse des Alkylesters des a-Methyltryptophans zu
der entsprechenden freien Säure erfolgt z. B. mit wäßrigem Alkali, wie wäßriger
Natron- oder Kalilauge. Für diese Hydrolysestufe kann man das rohe Reaktionsgemisch
der Stufe B benutzen, ohne den in dieser Stufe gebildeten Alkylester des a-Methyltryptophans
zu isolieren.
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D. Stellt die Gruppe R in dem in der Stufe C erhaltenen
a-Methyltryptophan (V) eine Aralkylgruppe dar, so kann diese Verbindung durch Hydrogenolyse
in das 5-Hydroxy-a-methyltryptophan in Gegenwart eines Palladium-Tierkohle-Katalysators,
gemäß dem Verfahren der USA.-Patentschrift 2 708 197, übergeflührt werden.
Mit bestimmten Hydrierungskatalysatoren, wie Palladium-Tierkohle, kann die Reduktion
der Nitroverbindung (III) gleichzeitig mit der Hydrogenolyse der Aralkoxygruppe
durchgeflührt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es wenig zweckrriäßig
ist, diese beiden Stufen gleichzeitig durchzuführen, da es gewisse Schwierigkeiten
bereitet, die Verfahrensprodukte aus der erhaltenen Reaktionsmischung zu isolieren.
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Stellt die Gruppe R in dem in der Stufe C
erhaltenen a-Methyltryptophan
eine Alkylgruppe dar, so kann diese Verbindung mit Aluminiumchlorid zu dem 5-Hydroxy-a-methyltryptophan
(1)
nach der in Liebigs Annalen der Chemie, Bd. 576
(1952), S. 69
bis 74, beschriebenen Methode entalkyliert werden.
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Die als Ausgangsverbindungen verwendeten 3-(Dialkylaminomethyl)-indole
(II) können z. B. nach dem im Journal of the American Chenücal Society, Bd.
76 (1954), S. 5579 bis 5588, oder Journal of Organic Chemistry,
Bd. 13 (1948), S. 547 bis 553,
beschriebenen Verfahren hergestellt
werden.
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Die als Ausgangsmaterial verwendeten Alkylester der a-Nitropropionsäure
können nach dem ini Joumal of the American Chenücal Society, Bd. 77
(1955),
S. 6654 und 6655, bekannten Verfahren hergestellt werden.
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Die Verfahrensprodukte sind, wenn sie in Form ihrer freien Aminosäuren
vorliegen, amphoter und bilden sowohl mit Säuren als auch mit Basen Salze. So kann
man Säureadditionssalze dieser Verbindungen in der Weise herstellen, daß man eine
freie Aminosäure der Formel (1) mit einer stöchiometrischen Menge einer organischen
oder anorganischen Säure in Gegenwart eines Lösungsmittels, z. B. Wasser, eines
niederen Alkohols, z. B. Me. thanol, Äthanol, Isopropanol, behandelt. Als Säuren
können z. B. die Schwefel-, Chlorwasserstoff-, Bromwasserstoff-, Salpeter-, Phosphor-,
Essig-, Milch-, Citronen-, Wein-, Benzoe-, p-Toluolsulfonsäure sowie eine Mischung
von Schwefelsäure- mit der stöchiometrischen Menge von Kreatinsulfat benutzt werden.
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Wenn man eine Lösung oder eine Suspension einer freien Aminosäure
der Formel (1) mit einer stöchiometrischen Menge einer Base, wie Natrium-,
Kalium- oder Calciumhydroxyd, behandelt, werden die Natrium-, Kalium- oder Caleiumsalze
des entsprechenden a-Methyltryptophans erhalten. Ammoniumsalze werden analog mit
Ammoniak hergestellt. Vorzugsweise wird die Neutralisation in einem organischen
Lösungsmittel, wie Methanol, Äthanol, Isopropanol oder Essigester, durchgeführt.
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Die gemäß der Erfindung erhaltenen 5-Hydroxya-methyltryptophane und
deren Salze sind pharmakologisch wirksam. So wirkt sich z. B. das 5-Hydroxy-a-methyltryptophan
auf* das Enzynisystein 5-Hydroxytryptophan-Decarboxylase, das die Umwandlung von
5-Hydroxytryptophan in Serotonin im Körper bewirkt, hemmend aus und stellt somit
ein Mittel für die Regelung der Versorgung des Gehirns mit Serotonin dar. Die Aktivität
dieser Verbindung war nicht vorauszusehen, da das in 5-Stellung unsubstituierte
a-Methyltryptophan eine derartige Wirkung nicht aufweist.
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Vergleichsversuche mit dem 5-Hydroxy-a-methyltryptophan gegenüber
dem als Serotoninantagonist bekannten Gramin auf Grund ihrer Inhibitorwirkung auf
das Enzymsystem der 5-Hydroxytryptophan-Decarboxylase (hergestellt aus frischen
Schweinenieren) nach der im Joumal of Biological Chemistry, Bd. 210 (1954),
S. 139 bis 148, beschriebenen Methode ergaben bei der manometrischen Bestimmung
der Inhibitorwirkung in der Warburg-Apparatur, daß unter gleichen Bedingungen in
10-2-molaren Konzentrationen Gramin eine 31%ige und 5-Hydroxya-methyltryptophan
eine 85%ige Inhibitorwirkung auf die 5-Hydroxytryptophan-Decarboxylase aufweist.
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Die Verfahrensprodukte hindern auch andere Decarboxylasen, wie die
Dioxyphenylalanin-Decarboxylase, und stellen damit Mittel dar, um die Körperspiegel
wie auch die Gehirnspiegel an pharmakologisch aktiven Aminen, z. B. Dopamin, Epinephrin
und Norepinephrin, zu regulieren. Sie können daher zur Behandlung von anomalen Zuständen,
wie
Geisteskrankheiten, Entzündungen, Allergien und gastrointestinaler
Hypermotilität, verwendet werden. Beispiel 1
5-Hydroxy-a-methyltryptophan,
dessen Hydrochlorid und Natriumsalz A. 66 g (0,2355 Mol) 5-Benzyloxygramin,
34#7 g
(0,2355 Mol) a-Nitropropionsäureäthylester und 235 ccm
trockenes Xylol werden unter Rühren 10 Stunden am Rückfluß erhitzt. Während
dieser Zeit wird ein kräftiger Stickstoffstrom durch die Mischung geleitet, um das
bei der Umsetzung abgespaltene Dimethylamin aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen.
Die erhaltene Lösung wird gekühlt und nacheinander mit 2 n-Salzsäure, 2 n-Natronlauge
und Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen über Magnesiumsulfat wird die Lösung mit
lOg Tierkohle entfärbt und im Vakuum eingeengt. Es werden 78,3 9 a-Methyl-a-nitro-5-benzyloxyindolyl-(3)-propionsäureäthylester
als Öl (A) von rötlichoranger Farbe erhalten. Eine Lösung von 15 g
dieses Öles in 25 ccm Benzol wird in einer Kolonne mit 1 kg Magnesiumsilikat
als Adsorptionsmittel chromatographiert. Die Kolonne wird nacheinander mit 2
1
einer Mischung von 5 Volumteilen Aceton und 95
Volumteilen
n-Hexan (Kp. 60 bis 68'C), 21 einer Mischung von 7,5 Volumteilen Aceton
und 92,5
Volumteilen n-Hexan (Kp. 60 bis 68'C) und fünfmal mit
je 3 1 einer Mischung von 10 Volumteilen Aceton und 90 Volumteilen
n-Hexan (Kp. 60 bis 68'C) entwickelt. Die ersten 12 1 des Eluats werden
vereinigt und zur Trockne verdampft, wobei man ein Öl
erhält. Der andere Teil
des Rohproduktes (A) wird in Methylenchlorid gelöst und mit 40
g Magnesiumsilikat behandelt. Die Lösung wird filtriert, nach erneuter Behandlung
mit 30 g Magnesiumsilikat wiederum filtriert und eingedampft. Der dabei erhaltene
Rückstand wird mit dem bei der chromatographischen Reinigung erhaltenen
Öl vereinigt. Man erhält insgesamt 48,9 g a-Methyl-a-nitro-5-benzyloxyindolyl
- (3) - j?ropionsäureäthylester in Form eines klaren gelben Ols.
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B und C. 60,3 g (0,1628 Mol) a-Methyl-a-nitro-5-benzyloxyindolyl-(3)-propionsäureäthylester
12,0 g
eines frischen braunen Platinoxyds (Adams Katalysator) und 500 ccm
95%iges Äthanol werden mit Wasserstoff bei 2,81 kg/CM2 Druck in einem Rührautoklav
behandelt. Die Wasserstoffaufnahme ist nach 21/2 Stunden beendet. Nach dem Vertreiben
des Wasserstoffs durch Stickstoff werden 81,0 g einer 20"/()igen wäßrigen
Natronlauge zugefügt. Die Hydrolyse des Esters wird im Autoklav in einer Wasserstoffatmosphäre
über Nacht bei 35'C durchgeführt. Dann fügt man einige Natriumhydrosulfitkristalle
hinzu und behandelt die Reaktionsmischung mit 25 ccm Eisessig, filtriert
den Katalysator ab und wäscht ihn auf dem Filter mit 95(1/()igem Äthanol. Das Filtrat
und die Waschwässer werden vereinigt und unter vermindertem Druck eingeengt. Nachdem
400 ccm des Lösungsmittels entfernt worden sind, wird der Rückstand, der zu kristallisieren
beginnt, mit 400 ccm Wasser behandelt, die Mischung 12 Stunden auf 4'C gehalten,
die ausgeschiedenen Kristalle werden abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet,
wobei man 35,1 g 5-Benzyloxya-methyltryptophan erhält. Bei der Einengung
der Mutterlauge werden weitere 5,14 g erhalten. F. nach Umkristallisation
aus wäßrigem Äthanol 273 bis 275'C (Zersetzung).
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D. Eine Suspension von 43,8 g (0,135 Mol) nicht umkristallisiertem
5-Benzyloxy-a-methyltryptophan in 200 ccm 95 %igem Äthanol und 400 ccm Wasser werden
in einem Parr-Hydrierungsgefäß in Gegenwart von 25g eines Katalysators, bestehend
aus lO()/o Palladium auf Tierkohle, mit Wasserstoff behandelt. Die Wasserstoffaufnahme
ist innerhalb von 11/2 Stunden beendet. Nach dem Filtrieren wird die Lösung unter
vermindertem Druck zur Trockene eingedampft. Der Rückstand wird mit der gleichen
Menge heißem Wasser behandelt und die Lösung filtriert. Das Filtrat wird unter vermindertem
Druck bis zur beginnenden Kristallisation eingeengt und über Nacht auf 4'C gehalten.
Es werden 17,8 g und beim Einengen der Mutterlauge weitere 6,39 g
5-Hydroxy-a-methyltryptophan
erhalten. Nach mehrmaligem Umkristallisieren aus Wasser wird das 5-Hydroxy-a-methyltryptophan
kristallin erhalten.
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Die Kristalle färben sich beim Erhitzen auf 250'C
dunkel, schmelzen
jedoch beim Erhitzen bis 296'C nicht.
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E. Eine Lösung von 1,0 g 5-1#ydroxy-a-methyltryptophan
in 25 cem absolutem Äthanol wird mit einem geringen Überschuß einer gesättigten
Chlorwasserstofflösung in Äther behandelt. Die erhaltene Lösung wird mit überschüssigem
wasserfreiem Äther versetzt und das ausgeschiedene 5-Hydroxy-a-methyltryptophan-hydrochlorid
abfiltriert, mit Äther gewaschen und getrocknet.
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F. Eine Suspension von 1,0 g (0,00427 Mol) 5-Hydroxy-a-methyltryptophan
in 25 ccm Wasser wird mit 0, 17 g (0,00427 Mol) Natriumhydroxyd in
20 ccin Wasser bis zur vollständigen Lösung geschüttelt und unter vermindertem Druck
zur Trockene verdampft. Man erhält das Natriumsalz des 5-Hydroxy-a-methyltryptophans.
In entsprechender Weise wird das Kaliumsalz des 5-Hydroxy-a-methyltryptophans erhalten.
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Beispiel 2 1 a-Dimethyl-5-hydroxytryptophan A. 32,0 g (0,108
Mol) 5-Benzyloxy-l-methylgramin (F. 48 bis 50'C), 15,8 g (0,108 Mol) a-Nitropropionsäureäthylester,
1,0 g (0,025 Mol) Natriumhydroxyd und 120 ccm Xylol werden 24 Stunden im
langsamen Stickstoffstrom unter Rückfluß erhitzt. Das abgekühlte Gemisch wird filtriert
und nacheinander mit Wasser, verdünnter Salzsäure und dann wieder mit Wasser gewaschen,
bis die Waschwässer neutral sind. Die über Kaliumcarbonat getrocknete Lösung wird
dann durch eine Magnesiumsilikat-Kolorine geschickt, bis die dunkle Farbe verschwunden
ist. Nach dem Verdampten der Lösung zur Trockene werden 5,5 g 1,a-Dimethyl-a-nitro-5-benzyloxyindo-1..Y1-(3)-propionsäureäthylester
als bernsteinfarbenes 01 erhalten.
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B und C. 5,4g (0,013 Mol) 1,a-Dimethyl-a-nitro-5
- benzyloxyindolyl - (3) - propionsäureäthylester, 1,0 g Plattinoxyd,
60 ccm Äthanol und 30 ccm Essigester werden mit Wasserstoff bei einem
Druck von 3,52 kg/CM2 in einem Rührautoklav behandelt. Nach 11/2 Stunden
wird der Autoklav geöffnet, und es werden 6,6ccm einer 20%igen wäßrigen Natronlauge
zugefügt, dann wird die Mischung 24 Stunden unter Stickstoff geschüttelt. Es werden
wenige
Natriumhydrosulfitkristalle und 2,1 ccm Essigsäure hinzugefügt,
und die Mischung wird filtriert. Nach dem Waschen des Filters mit Alkohol werden
die vereinigten Filtrate und Waschwässer zur Trockene verdampft. Der Rückstand wird
nach dem Waschen mit Wasser und Trocknen aus einer Mischung von Äther und Aceton
umkristallisiert. Es werden 0,9 g
1,a-Dimethyl-5-benzyloxytryptophan kristalfin
erhalten. F. 234 bis 238-C.
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D. 1,4 g (0,0041 Mol) 1,a-Dimethyl-5-benzyloxytryptophan,
4,1 ccm 0,1 n-Salzsäure, 25 cem Wasser, 25 ccm 95%iges Äthanol und
1,0 g eines Katalysators, bestehend aus 10()/o Palladium auf Tierkohle, wird 4 Stunden
bei 40'C bei einem Anfangsdruck von 3,52 kg/cm2 geschüttelt. Die Mischung
wird mit 4,1 ccm 0,1 n-Natronlauge neutralisiert und durch ein Seitzfilter
filtriert. Das Filtrat wird unter vermindertem Druck bei einer Temperatur unterhalb
von 25'C auf nahezu 10 ccm eingeengt, der erhaltene Rückstand mit
100 ccm Aceton verdünnt und wiederum filtriert. Das mit weiteren
100 ccm Aceton verdünnte Filtrat wird auf O'C abgekühlt, die überstehende
Flüssigkeit von dem gefärbten Öl abdekantiert und mit 100 ccm Aceton
verdünnt. Nach 7tägigem Stehen bei O'C wird der ausgefallene Niederschlag abfiltriert
und aus Wasser umkristalli-Jert, wobei 0,3 g kristallines 1,a-Dimethyl-5-hydroxytryptophandihydrat
vom Schmelzpunkt 270 bis 271'C erhalten werden. Beispiel
3
1,a-Dimethyl-5-hydroxytryptophan A. Gemäß Beispiel 1, A wird
der a-Methyl-a-nitro-5 - benzyloxyindolyl - (3) - propionsäureäthylester
hergestellt. 45 g (0, 118 Mol) a-Methyl-a-nitro-5-benzyloxyindolyl
- (3) - propionsäureäthylester werden in 100 ccm wasserfreiem Dimethylformamid
gelöst, zu einer Mischung von 5,0 g (0,21 Mol) Natriumhydrid und
100 ccm Dimethylformamid, das auf nahezu -50'C gekühlt worden ist, zugefügt.
Wenn die Wasserstoffentwicklung aufgehört hat, setzt man 29,8 g (0,21 Mol)
Methyljodid innerhalb von einer Stunde zu, rührt die Mischung über Nacht bei Raumtemperatur
und verdünnt sie dann mit 9,0 ccm Äthanol. Die erhaltene Mischung gießt man
in Wasser, kühlt einige Stunden auf O'C, filtriert den entstandenen Niederschlag
ab und kristallisiert viermal aus Methanol um. Man erhält 14,0 g 1,a-Dimethyl
- a - nitro - 5 - benzyloxyindolyl - (3) - propionsäureäthylester
vom Schmelzpunkt 75 bis 76,5'C. Diese Verbindung wird nach dem in den Beispielen
1, B bis 1, D beschriebenen Verfahren in 1,a-Dimethyl-5-benzyloxytryptophan
und 1,a-Dimethyl-5-hydroxytryptophan-dihydrat (F. 270 bis 271'C)
übergeführt.
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Beispiel 4 ,#,.,a-Dimethyl-5-hydroxytryptophan A. 32,0 g (0, 108
Mol) 5-Benzyloxy-2-methylgramin (F. 150 bis 153'C), 15,8 g (0,108
Mol) a-Nitropropionsäureäthylester, 1,0 g (0,025 Mol) Natriumhydroxyd
und 120 ccin Xylol werden 5 Stunden bis zur Beendigung der Dimethylaminentwicklung
im Stickstoffstrom am Rückfluß erhitzt. Das abgekühlte Gemisch wird filtriert und
dreimal mit Wasser, dann mit verdünnter Salzsäure und schließlich so lange mit \Vasser
gewaschen, bis die Waschwässer säurefrei sind. Die über Kaliumcarbonat getrocknete
Lösung wird filtriert und mit Tierkohle entfärbt. Nach dem Eindampfen zur Trockene
werden 32,5 g
eines Öles erhalten. 5,0 g dieses Öles werden wie folgt
chromatographiert: 300 g Magnesiumsilikat werden in eine Kolonne mit n-Hexan
(Kp. 60 bis 68'C) gegeben, das überschüssige Lösungsmittel wird abgezogen,
und in die Kolonne werden 50 ccm Benzol eingeflührt. Man läßt die Lösung
in den oberen Teil der Kolonne ziehen und eluiert sodann die Kolonne zunächst mit
660 ccm einer Mischung von n-Hexan (Kp. 60 bis 68'C) und
7,5 Volumprozent Aceton und dann mit 41 einer Mischung von n-Hexan (Kp.
60 bis 68'C) und 10 Volumprozent Aceton. Die Trennung wird unterbrochen,
wenn am Boden der Kolonne ein grünes Band erscheint. Das Filtrat der zweiten Elution
wird eingeengt. Es werden 4,8 g
2, a-Dimethyl-a-nitro-5-benzyloxy-indolyl-(3)-propionsäureäthylester
als bernsteinfarbenes Öl erhalten.
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B und C. Nach dem in den Beispielen 1, B und
1, C beschriebenen Verfahren erhält man aus dem 2,a-Dimethyl- a-nitro-5-benzyloxyindolyl-(3)-propionsäureäthylester
2,a - Dimethyl - 5 - benzyloxytryptophan-monohydrat vom Schmelzpunkt
222 bis 224'C (Zersetzung).
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Nach dem im Beispiel 1, D beschriebenen Verfahren erhält man
aus dem 2,a-Dirnethyl-5-benzyloxytryptophan das 2,a-Dimethyl-5-hydroxytryptophan
in kristalliner Form mit unscharfem Schmelzpunkt.