DE1670440B2

DE1670440B2 - 1-Alkoxy-6-hydroxy-phenazine, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung derselben zur Herstellung der entsprechenden 5,10-Dioxide

Info

Publication number: DE1670440B2
Application number: DE1967C0042523
Authority: DE
Inventors: Fred D. Edmonton Alberta Cook; Oliver E. Ottawa Ontario Edwards; Douglas C. Winnipeg Manitoba Gillespie; Edwin A. Ottawa Ontario Peterson
Original assignee: CANADIAN PATENTS AND DEVELOPMENT Ltd OTTAWA
Current assignee: CANADIAN PATENTS AND DEVELOPMENT Ltd OTTAWA
Priority date: 1966-06-03
Filing date: 1967-06-02
Publication date: 1979-07-12
Also published as: GB1177697A; NL6707751A; CA945558A; NL158491B; CH473131A; DE1670440A1; DE1670440C3

Description

Die Erfindung betrifft die in obigem Anspruch 1 definierten l-Alkoxy-6-hydroxy-phenazine, die Zwischenprodukte zur Herstellung der entsprechenden 1 -Alkoxy-ö-hydroxy-phenazin-S.l O-dioxide darstellen.

Besonders hervorzuheben ist dabei das l-Hydroxy-6-methoxy-phenazin, das in das kürzlich gefundene Antibiotikum Myxin (Canad. J. MicrobioL, 12 [1966], S. 221 ff) übergeführt werden kann.

Myxin konnte bisher nur durch ein mikrobiologisches Verfahren hergestellt werden.

Der dieses Antibiotikum produzierende Mikroorganismus ist eine Species von Sorangium (ein Myxobacter aus dem Boden). Myxin vermag das Wachstum einer breiten Vielzahl von Mikroorganismen, einschließlich grampositiver und gramnegativer Bakterien, Fungi, Actinomyceten und Hefen zu inhibieren. Das Antibiotikum, welches aus Kulturflüssigkeiten des Organismus isoliert werden kann, kristallisiert in Form von kleinen dunkelroten Nadeln oder Prismen. Bei verlängerter Inkubation des Organismus wird ein purpurfarbenes Pigment erzeugt, und ein oranges Pigment wird bei der thermischen Zersetzung des Antibiotikums erhalten. Sowohl das orange als auch das purpurfarbene Pigment zeigen keine merkliche antibiotische Aktivität.

Gleichzeitig mit dem Auffinden des neuen Synthesewegs zu Myxin und seinen Homologen über die erfindungsgemäßen Verbindungen konnte auch die Struktur von Myxin aufgeklärt werden.

Die kernmagnetisch.; Resonanz (NMR) und die UV-Absorptionsspektren von Myxin zeigen, daß der Phenazinkern intakt ist. Der NMR-Spektrum in Deuterochloroform zeigt ein niederes Feldsignal, das auf ein stark gebundenes Hydroxylwasserstoffatom bei 0=14,7 Hz (relativ zum internen Tetramethylsilan) zurückzuführen ist, einen kompletten Satz von Signalen t>o (wenigstens 9 Linien im aromatischen Wasserstoffbereich [0 = 6,9 bis 8,3, 6 Wasserstoffe]) und ein 3-Wasserstoffsinglett, welches einer Methoxygruppe zuzuschreiben ist, bei (5 = 4,07. Die durch Elementaranalyse erhaltene empirische Formel ist b5

C₁₃H₁₀N₂O₄
(berechnet: C 60.46%. H 3.90%. N 10.85%. O 24,78%, Molekulargewicht 258; gefunden: C 60,81, H 3,95, N 9,01, Molekulargewicht 268).

Beim Erhitzen von Myxin auf etwa 120 bis 130° C oder bei dessen Reduktion, z. B. mit Stannochlorid in Methanol, bildet sich eine orange Verbindung mit folgender Analyse:

C₁₃H₁₀N₂O₃

Berechnet: C 64,46, H 4.16, N 11,57, O 19,82%,

Molekulargewicht 242,
gefunden: C 64,90, H 4,08, N 1036%,
Molekulargewicht 249.

Der Schmelzpunkt beträgt 227 bis 229° C. Das UV-Spektrum dieses orangen Pigmentes ist in Tabelle I gezeigt. Dieses Spektrum ist in Säure unverändert, wird jedoch durch Alkali unter Bildung einer purpurfarbenen Lösung gegen Rot verschoben. Das NMR-Spektrum zeigt das Vorliegen einer gebundenen Hydroxylgruppe ((5=13,7), von 6 aromatischen Wasserstoff atomen (ό = 5,3 bis 6,8) und einer Methoxygruppe (<5 = 4,13). Die orange Verbindung absorbiert 2 Mol Wasserstoff (über einem Palladiumkatalysator) und ergibt ein farbloses Produkt, das sich an Luft schnell zu einer gelben Verbindung oxydiert.

Die gelbe Verbindung ergibt richtig die Analyse für:

Ci₃H₁₀N₂O₂,

mit einer Methoxygruppe, F= 190 bis 191°C,
Berechnet: C 69,01, H 4,46, N 12,38, O 14,14%,

Molekulargewicht 226
gefunden: C 68,92, H 4,31, N 11,58%,
Molekulargewicht 226
(massenspektrometrisch).

Das UV-Spektrum dieser gelben Verbindung ist in Tabelle 1 gezeigt, wobei das Spektrum in Alkali verschoben ist. Das NMR-Spektrum dieser Verbindung zeigt das Hydroxyl als breites Signal mit der Mitte in der Nähe von (5 = 8,0, 6 aromatischen Wasserstoffatomen bei (5 = 6,9 bis 8,0 und einer Methoxygruppe bei δ nahe 4,11.

	Tabelle I	16 70	440	4	ε
3	UV- und sichtbares Spektrum				8 X 10*
Verbindung				5,3 X 10*
			n/10 NaOH	5,9 X 10*
Myxin	n/10 HCl		•^fiux Oll	4,2XlO³
	tfmav nm	ε	272	3,4 X 10*
	283	9,7 X 10*	297	6,1 x 10*
	340	5,4 X ΙΟ³	390	2,7 X 10³
Orange Verbindung	505	6,5XlO³	590	1,8 X 10*
			260	4,8 x IO⁴
	277	9,8 X 10*	295	2 XlO³
Gelbe Verbindung	386	2,7 x 10³	562	2,1 x IO³
	478	3,5 X 10³	260	2,2 X IO³
	272	5,6 X 10*	289
	283	5,6 X 10*	362
	430	7,3 X 10³	380
480	1,8 X 10³	515
525	1,1 X 10³

Die Reduktion von Myxin mit Natriumhydrosulfit ergibt die obige gelbe Verbindung in etwas rohem Zustand, jedoch wurde die Identität der Verbindung aus den zwei Quellen nach Reinigung bestätigt

Die Behandlung der gelben Verbindung mit Dimethylsulfat und Alkali überführt es in ein Dimethoxyphenazin vom F = 247 bis 248° C. Von letzterer Verbindung wurde gezeigt, daß sie identisch mit einer authentischen Probe von 1,6-Dimethoxy-phenazin ist (Mischschmelzpunkt und Vergleich der Infrarotwerte und anderen Werte). Die gelbe Verbindung ist also das erfindungsgemäße 1 -Hydroxy-6-methoxy-phenazin (I).

Daraus ergibt sich, daß das orange Pigment ein Oxid

von l-Hydroxy-6-methoxy-phenazin (I) ist Der Sitz des zusätzlichen Sauerstoffs am Stickstoff folgt aus der reversiblen Alkaliverschiebung des UV-Spektrums, was eine freie phenoüsche Funktion anzeigt Im Hinblick auf die starke innere Wasserstoffbindung in diesem orangen Pigment (ersichtlich aus dem NMR-Spektrum) und anderen Erwägungen ist es ersichtlich, daß diese orange Verbindung das l-Hydroxy-6-methoxy-phenazin-IO-oxid (II) ist. Dieser Schluß wurde durch die Oxydation der gelben Verbindung (I) mit m-Chlorperbenzoesäure zu der orangen Verbindung (II) nach der folgenden Gleichung bestätigt.

Gleichzeitig mit der Herstellung des orangen 50 ebenfalls die reversible Alkaliverschiebung des UV-Pigments wird bei dieser Oxydation auch Myxin Spektrums zeigt, ist der Schluß zu ziehen, daß es gebildet. Die Oxydation der orangen Verbindung mit entwederdieStruktur(lII)oder(IV)hat. dem gleichen Reagens überführt sie in Myxin. Da Myxin

OCH₃

OCH.,

(III)

ην)

Die polarographisc.he Reduktion von Myxin ergibt drei 2-Elektronenwelien, von denen eine einmalig ist, während die anderen zwei bei sehr ähnlichen Potentialen ZM den zwei Wellen liegen, welche das orange Pigment gibt Die der Verbindung IV entsprechende Struktur müßte in Analogie zu dem Antibiotikum jodinin (= l,6-Dihydroxy-phenazin-5,10-dioxid) tief gefärbt sein und eine 4-Elektronenreduktionsweüs und eine 2-Elektronenwelle bei Potentialen ergeben, welche denjenigen entsprachen, die durch das orange Pigment geliefert werden. Das kräftig purpurne Pigment, das aus dem Sorangiumstamm zusammen mit Myxin erhalten wird, ergibt das erwartete polarographische Muster für Jodinin. Von den zwei möglichen Strukturen für Myxin (II und IV) hat die Röntgenkristallographie gezeigt, daß Struktur IV die richtige ist

Durch eine Reihe von Oxydationen und Reduktionen "■st es möglich, die Verbindungen I, II und IV ineinander zu überführen. Die Umwandlung des gelben Pigments I und des orangen Pigments II zu Myxin IV wird anschließend in den Beispielen 1 und 2 beschrieben.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen benötigten Ausgangsverbindungen, die entsprechenden 1,6-Dialkoxy-phenazine, können z. B. durch die Wohl-Aue-Kondensationsreaktion hergestellt werden.

Die zu Myxin führende Folge besteht darin, 1,6-Dimethoxyphenazin herzustellen, dieses in 1-Hydroxy-6-methoxy-phenazin durch gesteuerte partielle Demethylierung zu überführen, und letzteres langsam unter Bildung des 5,10-Dioxyds zu oxydieren.

Es wurde gefunden, daß es am vorteilhaftesten ist, die partielle Demethylierung bzw. Dealkylierung durch Einwirkung des Thiophenolats in Dimethylformamid durchzuführen. Die kontrollierte Oxydation zum 5,10-Dioxyd wird bequem durch verlängerte Behandlung mit überschüssiger m-Chlorperbenzoesäure bei Zimmertemperatur durchgeführt

Die aus cien erfindungsgemäßen Verbindungen gewonnenen 5,10-Dioxide sind in der Landwirtschaft (z. B. in roher Form als Fungizide) oder als Therapeutika in der Medizin verwendbar.

Die Wirkung von Myxin (l-Hydroxy-6-methoxy-phenazin-5,10-dioxid) auf verschiedene infizierte Saaten wurde untersucht Diese Versuche mit Gerste haben gezeigt, daß die Behandlung durch Einweichen der Saat in eine 50 μg/ml wäßrige Lösung des Antibiotikums eine oberflächliche Verunreinigung durch Bakierien, Fungi und Hefen, welche normalerweise Verderben bei der Lagerung hervorrufen, vollständig beseitigt und keine nachteilige Wirkung auf die Keimfähigkeit der Saat hat. Die Samen von Gerste, Weizen, Hafer, Flachs und Luzerne (Alfalfa) keimten normal und zeigten kein sichtbares Anzeichen eines abnormales Schießens, nachdem sie 4 Stunden in einer wäßrigen Lösung von 50 μg Myxin/ml eingeweicht waren. Außerdem zeigte die tägliche Anwendung einer ähnlichen Lösung auf das Blattwerk von Sojabohnen- und Weizensämlingen für eine Zeitspanne von 5 Tagen kein sichtbares Anzeichen einer Schädigung der Pflanzen.

Außerdem wurden Samen verschiedener Feldfrüchte nach Behandlung mit 500 μg Myxin pro ml einer 10%igen wäßrigen Dimethylsufoxydlösung untersucht. Die Keimung von Weizen, Winterroggen und Alfalfasamen schien nach 24stündigem Eintauchen in diese Lösung normal, und die erhaltenen Sämlinge zeigten kein Anzeigen einer Schädigung der Wurzel oder des Schaftes. Myxin desinfiziert bei dieser Konzentration Saaten vollständig, welche viele kontaminierende

Mikroorganismen aufweisen.

Die folgenden Beispiele 1 und 2 erläutern die Herstellung und die Weiterverarbeitung des erfindungv gemäfsen l-Hydroxy-6-methoxy-phenazins, demnach also die Totalsynthese von Myxin.

Beispiel 1

Kaliumthiophenolat (hergestellt aus Thiophene»! und Kalium-tert-butylat) wurde mit einer Lösung von

ίο 1,6-Dimethoxy-phenazin (hergestellt durch Kondensation von o-Nitroanisol mit o-Anisidin) in wasserfreiem Dimethylformamid (133 g/l) in einem Verhältnis von 2,6 Mol Kaliumthiophenolat je Mol Dimethoxyphenazin gemischt und die erhaltene Lösung bei 150 bis 155° C 1 Stunde lang unter einer Stickstoff atmosphäre zum Rückfluß erhitzt Das Reaktionsgemisch wurde abgekühlt mit Wasser verdünnt und die wäßrige Schicht mit Benzol extrahiert (zur Entfernung von nicht umgesetztem Dimethoxyphenazin), und die wäßrige Schicht wurde mit verdünnter Salzsäure angesäuert und mit

Diäthyläther extrahiert Nach Verdampfen des Diäthyl-

äthers wurde eine Minimumausbeute von 20% an 1 -Hydroxy-6-methoxy-phenazin (I) erhalten.

Eine vergleichsweise durchgeführte Ahernativmetho-

de bestand darin, daß eine gesättigte Lösung an Kaliumhydroxyd in Triäthylenglykol mit 25 Gew.-°/o (bezogen auf KOH) an Dimethoxyphenazin gemischt und das Gemisch unter Stickstoffatmosphäre 2,5 Stunden lang bei 170°C gehalten wurde. Das Reaktions gemisch wurde abgekühlt, mit Wasser verdünnt und das l-Hydroxy-6-methoxyphenazin wie vorhin angegeben, jedoch in geringen Ausbeuten, gewonnen.

Das Produkt l-Hydroxy-6-methoxy-phenazin, wurde bezüglich der Spektren und der anderen physikalischen Eigenschaften der von Myxin abgeleiteten gelben Verbindung I verglichen, wobei sich Identität zeigte.

Beispiel 2 Eine Benzollösung der gelben Verbindung 1-Hydro-

xy-6-methoxy-phenazin (I) und von m-Chlorperbenzoesäure in einem Verhältnis von 1 Mol 1 zu 2,5 Mol der Säure wurde bei Zimmertemperatur 24 Stunden stehengelassen. Nach 4 Stunden zeigte die chromatographische Untersuchung das Vorliegen der zwei Komponenten, einer großen Menge von orangem Material mit einer Spur des roten Materials mit Beweglichkeiten oder Rf Werten, welche denjenigen für das orange (II) und das rote (IV) Pigment entsprechen. Gegebenenfalls kann das orange Pigment II isoliert und

so wie unten angegeben weiter oxydiert werden.

Nach 24 Stunden zeigte die Papierchromatographie, daß nur eine Spur der gelben Verbindung zurückgeblieben war und die rote Verbindung, welche die Merkmale von Myxin aufwies, überwog. Es wurde die Umwand lung von etwa 95% zur roten Verbindung IV bewirkt. Der Vergleich der biologischen Untersuchungen der physikalischen Eigenschaften zeigt wieder, daß die rote Verbindung identisch mit Myxin aus Kulturflüssigkeit ist

Ein isoliertes oranges Pigment wurde wie folgt weiterverarbeitet 1 Millimol der orangen Verbindung (II), gelöst in 50 ecm Benzol, wurde mit 2 Millimol m-Chlorperbenzoesäure gemischt und das Gemisch bei Zimmertemperatur 4 Tage (im Dunkeln) stehengelas sen. Die verbleibende m-Chlorperbenzoesäure (und Benzoesäure) wurden aus dem Reaktionsgemisch mit gesättigter Kaliumcarbonatlösung extrahiert. Das Benzol wurde unter vermindertem Druck ibei Zimmertem-

7 8

peratur) entfernt und die zurückgebliebene Festsub- 5,10-dioxyd (IV) in 60- bis 70%iger Umwandlung von II.

stanz in Aceton gelöst. Die Chromatographie dieser Der Vergleich dieses Produktes mit Myxin durch

Lösung an Cellulose mit Methanol als Entwicklungslö- biologische Prüfungen und bezüglich der physikalischen

sungsmitlel und anschließende Kristallisation ergaben Eigenschaften beweist, daß es mit Myxin identisch ist,

die rote Verbindung l-Hydroxy-6-methoxyphenazin- 5 das aus Kulturflüssigkeit erhalten ist.

Claims

Patentansprüche:

1. l-Alkoxy-6-hydroxy-phenazine der allgemeinen Formel

10

15

worin R einen niederen Alkylrest bedeutet.

2. l-/'ilkoxy-6-hydrcxy-phenazin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um 1-Hydroxy-6-methoxy-phenazin handelt

3. Verfahren zur Herstellung von l-Alkoxy-6-hydroxy-phenazinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein entsprechendes 1,6-Dialkoxyphenazin mit einer Lösung eines Thiophenolats in einem polaren aprotischen Lösungsmittel, teilweise sntalkylierL

4. Verwendung der 6-Alkoxy-1-hydroxy-phenazine nach Anspruch 1 zur Herstellung der entsprechenden 5,10-Dioxide durch Oxydation des 1-Mkoxy-6-hydroxy-phenazins zum 5-Monoxid und weiter zum 5,10- Dioxid.

5. Verwendung nach Anspruch 4 zur Herstellung der 5,10-Dioxide durch Oxidation mit einer organischen Persäure in einem Lösungsmittel.