DE2717737C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft neue Derivate des 8-Dehydro-
Vitamin A der allgemeinen Formel I
in der R¹ und R² Wasserstoff oder eine Methylgruppe und X Chlor, Brom
eine -O-CO-Alkylgruppe mit 2 bis 16 C-Atomen, vorzugsweise die
Gruppe -O-CO-CH₃, -O-CO-C₂H₅ oder -O-CO-(CH₂)₁₄-CH, oder eine
P(R³)₃Y-Gruppe bedeuten, wobei die Reste R³ für gleiche oder
verschiedene gesättigte oder aromatische Kohlenwasserstoffreste
mit jeweils insgesamt bis zu 10 C-Atomen, vorzugsweise für Phenyl-
oder Toluylgruppen stehen und Y das Äquivalent einer starken
Mineralsäure bedeutet, sowie ein Verfahren zur Herstellung
dieser Verbindungen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Carotenoidchemie um
neue Zwischenprodukte zu bereichern, die einerseits aus einfach
und wirtschaftlich zugänglichen Ausgangsverbindungen hergestellt
werden können und andererseits einen neuen, von der technisch
bisher üblichen Wittigschen Ylid-Synthese unabhängigen oder
weitgehend unabhängig vorteilhaften Weg zur Herstellung von
Vitamin A und verwandten Verbindungen eröffnet. Das bei der
Wittig-Reaktion notwendige Arbeiten mit Triphenylphosphinen
ist nämlich wegen deren Giftigkeit und wegen des Anfallens
der großen stöchiometrischen Mengen an Phosphinoxid aus Umweltgründen
mit Nachteilen behaftet.
Es wurde gefunden, daß man Derivate des 8-Dehydro-Vitamin-A der
allgemeinen Formel I
in der R¹ und R² Wasserstoff oder die Methylgruppe und X Chlor, Brom,
eine -O-CO-Alkylgruppe mit 2 bis 16 C-Atomen, vorzugsweise die
Gruppe -O-CO-CH₃, -O-CO-C₂H₅ oder -O-CO-(CH₂)₁₄-CH, oder eine
P(R³)₃Y-Gruppe bedeuten, wobei die Reste R³ für gleiche oder verschiedene
gesättigte oder aromatische Kohlenwasserstoffreste mit
jeweils insgesamt bis zu 10 C-Atomen, vorzugsweise für Phenyl-
oder Tolylgruppen stehen, und Y das Äquivalent einer starken
Mineralsäure bedeutet, in einer bemerkenswerten Reaktionsfolge
erhält, wenn man
- a) ein Cyclohexenderivat der allgemeinen Formel II in der R¹ und R² Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeuten, entweder durch eine Grignardreaktion mit der Lösung eines Vinylmagnesiumchlorids oder -bromids oder durch Äthinylierung und anschließende Partialhydrierung in an sich bekannter Weise in den Alkohol der allgemeinen Formel III überführt und
- b) für den Fall, daß X in der allgemeinen Formel I gleich Cl oder Br sein soll, den Alkohol III mit Thionylchlorid oder Phosgen bzw. den Bromanaloga dieser Chlorierungsmittel oder HBr umsetzt;
- c) für den Fall, daß X gleich P(R³)₃Y sein soll, den Alkohol III bei -50 bis +50°C in an sich bekannter Weise mit P(R³)₃ · HY umsetzt oder die gemäß b) erhaltenen Halogenverbindungen durch Umsetzen mit P(R³)₃ in an sich bekannter Weise bei -50 bis +50°C in die Phosphoniumsalze I überführt; und
- d) für den Fall, daß X die -O-CO-Alkylgruppe sein soll, die gemäß b) erhaltenen Halogenverbindungen bei -30 bis +50°C, vorzugsweise -10 bis +20°C oder mit einem Alkali- oder Erdalkalisalz der entsprechenden Alkylcarbonsäure, der entsprechenden freien Alkylcarbonsäure oder dem Anhydrid dieser Säure umsetzt.
Die Ausgangsverbindungen II, unter denen das 1-[3-Methyl-pent-
1-in-3-en-5-al-1-yl]-2,6,6-trimethyl-cyclohex-1-en besondere
Bedeutung hat, sind auf die in J. Chem. Soc. 1952, S. 1094 f
beschriebene Weise durch Aldolkondensation der Verbindungen IV
mit Aceton leicht erhältlich.
Die Verbindungen IV ihrerseits sind durch Umsetzung der entsprechenden
Verbindungen V
mit Orthoameisensäurealkylestern in Gegenwart saurer Kondensationsmittel
wie BF₃ und anschließende Entalkoxylierung der
zunächst erhaltenen Verbindungen VI
worin R = niederes Alkyl ist, auf wirtschaftlich und technisch
vorteilhafte Weise zugänglich.
Die Umsetzung der Cyclohexenderivate der Formel II in den neuen
Alkohol III durch Grignardreaktion mit einem Vinylmagnesiumhalogenid
erfolgt im allgemeinen auf die für Grignardreaktionen
übliche Weise bei Temperaturen von etwa -20 bis +70°C, vorzugsweise
0 bis 40°C. Die Herstellung der Vinylmagnesiumhalogenidlösungen
wird in bekannter Weise durch Umsetzung von Vinylchlorid
oder -bromid mit Magnesium in ätherischen Lösungsmitteln
wie Diäthyläther, Tetrahydrofuran oder Diäthylenglykoldimethyläther,
durchgeführt. Man verwendet 0,5- bis 5-, vorzugsweise
etwa 1- bis 2molare Lösungen. Um eine möglichst vollständige
Umsetzung des Ketons zu erzielen, empfiehlt es sich, einen
etwa 10%igen molaren Überschuß der Vinylgrignardverbindung zu
verwenden. Aus dem Reaktionsumsatz erhält man die Alkohol III
auf übliche Weise durch Hydrolyse und fraktionierte Destillation
der abgetrennten organischen Phase.
Eine Äthinylierung der Cyclohexenderivate der Formel II erfolgt
entweder durch Umsetzen mit einer Lösung von Äthinylmagnesiumhalogeniden
unter den für die Umsetzung mit Vinylmagnesiumhalogeniden
beschriebenen Bedingungen oder durch Umsetzen mit Acetylen
in inerten organischen Lösungsmitteln in Gegenwart von
Schwermetallacetyliden, wie Kupferacetylid oder Silberacetylid,
oder in Gegenwart von basisch reagierenden Katalysatoren, wie
Natrium- oder Kaliumacetylid, den Oxiden, Hydroxiden, Alkoholaten
oder Amiden der Alkali- oder Erdalkalimetalle oder in Gegenwart
von quartäre Ammoniumgruppen enthaltenden Anionenaustauschern
(siehe z. b. BE-PS 7 25 275).
Besonders vorteilhaft ist es, die Umsetzung mit Acetylen in Gegenwart
von Acetyliden des Natriums, Kaliums, Lithiums oder Magnesiums
oder von Stoffen, die unter den Reaktionsbedingungen
diese Acetylide bilden können, wie Oxide bzw. Hydroxide, Alkoholate
oder Amide dieser Metalle, und in Lösungsmitteln, wie
Ammoniak, Diäthyläther, Tetrahydrofuran, N-Methylpyrrolidon oder
Dimethylformamid, vorzunehmen. Die Äthinylierung wird bei Temperaturen
von -20 bis +50°C, vorzugsweise -5 und +30°C, und
Drücken von Normaldruck bis etwa 30 bar durchgeführt. Die Aufarbeitung
und Isolierung der Reaktionsprodukte erfolgt durch
Hydrolyse und fraktionierte Destillation der organischen Phase
in der oben beschriebenen Weise.
Das partielle Hydrieren der erhaltenen Acetylenalkohole zum
Alkohol der Formel III kann in Abwesenheit wie in Gegenwart von
Lösungsmitteln durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft arbeitet
man in Gegenwart von Lösungsmitteln. Besonders geeignet
sind hierfür Lösungsmittel wie Alkohole, z. B. Methanol oder
Äthanol, Äther, z. B. Tetrahydrofuran, Diäthyläther, Dioxan und
Trioxan, sowie Ester, wie Essigsäureäthylester und Propionsäuremethylester.
Als Katalysatoren sind Palladiumträgerkatalysatoren, die 0,01
bis 5 Gewichtsprozent Palladium enthalten, besonders geeignet.
Als Katalysatorträger seien insbesondere Calciumcarbonat,
Aluminiumoxid und Siliciumdioxid genannt. Zur Erhöhung der
Selektivität empfiehlt es sich, die genannten Katalysatoren
z. B. gemäß der DE-PS 11 15 238 durch Behandeln
mit Zink- oder Bleiionen zu desaktivieren.
Die partielle Hydrierung wird im allgemeinen bei Normaldruck
oder einem Wasserstoffüberdruck von 0,1 bis 1 bar und bei Temperaturen
von etwa 0 bis 80°C, vorzugsweise 15 bis 35°C, durchgeführt.
Die dem Cyclohexenring benachbarte Dreifachbindung wird unter
den genannten Bedingungen wesentlich langsamer angegriffen als
die endständige Dreifachbindung.
Die Herstellung der Halogenderivate I aus den Alkoholen III erfolgt
ebenfalls in an sich bekannter Weise.
Die Menge des Halogenisierungsmittels, das man zweckmäßigerweise
zu der vorgelegten III-Lösung gibt, ist vorzugsweise äquimolar
zu III, jedoch kann sich ein geringer molarer Überschuß zur
Vervollständigung der Reaktion empfehlen.
Diese Reaktion erfolgt im allgemeinen bei Temperaturen zwischen
-30 und +20°C besonders gut im gewünschten Sinne, bei Verwendung
von HBr jedoch bei -80 bis -60°C. Als Lösungsmittel können beispielsweise
aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe
oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Petroläther, Ligroin,
Benzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan, Methylenchlorid oder Chloroform
verwendet werden.
Für weitere Synthesen auf dem Carotinoidgebiet haben die Phosphoniumsalze
der Formel I, in der X für P(R³)₃Y steht, besondere Bedeutung.
Für ihre Herstellung eignen sich die Verfahrensschritte
c) und d).
In beiden Fällen geht man im allgemeinen von dem handelsüblichen
und leicht zugänglichen Triphenylphosphin aus. Nur in Ausnahmefällen
mögen sich andere tertiäre Phosphine, die zwar in chemischer
Hinsicht meist gleichwertig, meist aber auch teuer sind,
z. B. Tritolylphosphin, Tricyclohexylphosphin oder Tributylphosphin
empfehlen.
Zur Umsetzung des Alkohols III mit P(R³)₃ · HY wird der Alkohol
mit etwa äquimolaren Mengen des Säureadditionssalzes des Phosphins
P(R³)₃ oder aber mit dem Phosphin unter Zugabe der starken
Säure umgesetzt. Geeignete Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe,
wie Benzol, Toluol, Xylol und Cyclohexan; Äther, wie
Diäthyläther, Tetrahydrofuran und Dioxan; Amide wie Dimethylformamid
und N-Methylpyrrolidon; Alkohole, wie Methanol, Äthanol,
Isopropanol und Butanol; Ester, wie Essigsäureäthylester,
Acetonitril, Benzonitril, Nitromethan, Nitrobenzol und Chloroform,
vor allem aber die polaren Lösungsmittel, wie Alkohole,
Amide und Nitrile.
Als starke Säuren eignen sich vor allem Halogenwasserstoffsäuren,
wie HCl und HBr sowie Schwefelsäure.
Die Reaktionstemperaturen betragen im allgemeinen -50 bis +50°C,
vorzugsweise 0 bis +30°C; die Reaktionszeiten von wenigen Minuten
bis zu 24 Stunden, vorzugsweise 30 Minuten bis 12 Stunden.
Die Umsetzung des Alkohols III mit P(R³)₃ · HX kann aber auch gemäß
dem Verfahren der DE-OS 25 37 072 in Gegenwart von basischen
Verbindungen wie Pyridin, Anilin oder Chinolin durchgeführt werden.
Die Reaktionstemperatur liegt dann vorzugsweise bei 20 bis
30°C, im übrigen gelten die obengenannten Reaktionsbedingungen.
Zur Umsetzung der Halogenverbindungen I mit P(R³)₃ werden im
allgemeinen äquimolare Mengen des Phosphins und des Halogenids
in einem geeigneten Lösungsmittel bei der Reaktionstemperatur
gerührt. Das ausgefallene Salz wird abgesaugt; lösliche Phosphoniumsalze
werden nach Einengen des Lösungsmittels erhalten.
Als Lösungsmittel sind die für den Reaktionsschritt c) genannten
Lösungsmittel geeignet.
Die Reaktionstemperatur liegt im allgemeinen bei -50 bis +50°C,
vorzugsweise etwa 0 bis +30°C; die Reaktionszeit bei wenigen
Minuten bis mehreren Stunden, insbesondere bei 30 Minuten bis
24 Stunden.
Im allgemeinen werden die gebildeten Phosphoniumsalze für
weitere Umsetzungen verwendet, so daß eine Isolierung meist
nicht erforderlich ist. Will man sie jedoch in reiner Form
darstellen, so ist es zweckmäßig, sie aus verdünnter Lösung
auskristallisieren zu lassen.
Zur Herstellung der 8-Dehydro-Vitamin-A-Ester setzt man die
gemäß b) erhaltenen Halogenverbindungen I bei -30 bis +50°C,
vorzugsweise -10 bis +25°C mit einem Salz der entsprechenden
Alkylcarbonsäure um. Als Salze kommen in erster Linie die Natrium-
oder Kaliumsalze in Betracht. Andere Salze eignen sich
ebenfalls, bieten aber normalerweise keine Vorteile. Auch die
freien Säuren oder deren Anhydride können für die Veresterung
verwendet werden; im Hinblick auf die Aufarbeitung eignen sich
jedoch die Salze am besten.
Unter den Estern der Vitamin-A-Verbindungen kommen die Ester
von Alkylcarbonsäuren mit 2 bis 16 C-Atomen in Betracht. Das
Acetat, das Propionat und das Palmitat haben besondere Bedeutung.
Zusatz von ionischen Jodiden und Stickstoffverbindungen,
wie Triäthylamin und Dimethylformamid beschleunigen die Veresterung.
Durch übliche Hydrolyse der Ester mit wäßrigem Akali gelangt
man zu Derivaten der Vitamin-A-Reihe. Das 8-Dehydro-Vitamin A
selbst ist zwar bekannt, ist nach dem vorliegenden Verfahren
aber besonders vorteilhaft zugänglich.
Alle Verfahrensprodukte I lassen sich partiell zu den entsprechenden
Polyen-Verbindungen hydrieren, wobei die zunächst erhältlichen
cis-trans-Isomerengemische in bekannter Weise zu den
physiologisch aktiven all-trans-Isomeren umgelagert werden
können. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet soweit einen von
der Wittigschen Ylid-Synthese unabhängigen Weg zur Totalsynthese
des Vitamin A und anderen Verbindungen der Carotinoidreihe.
45 ml einer Tetrahydrofuranlösung, die 73 mMol Vinylmagnesiumchlorid
enthielt, wurden bei 0°C allmählich mit einer Lösung aus
15,5 g (64 mMol) 1-[3-Methyl-octa-1-in-3,5-dien-7-on-1-yl]-
2,6,6-trimethyl-cyclohex-1-en und etwas Tetrahydrofuran versetzt.
Nach der Zugabe, die nach etwa 30 Minuten beendet war, wurde
das Reaktionsgemisch noch 12 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt.
Die übliche Aufarbeitung lieferte das obengenannte Verfahrensprodukt
in 91%iger Ausbeute als schwach gelbliches
Öl. Die Konstitution dieses Alkohols wurde durch Infrarot- und
Kernresonanzspektroskopie sichergestellt.
IR (Film): 3100-3600 (-OH); 2160 (C≡C); 1550-1640 (C=C);
¹H-NMR (CDCl₃; TMS)
δ =1,05 (s) 6 Protonen; 1,3 (s) 3 Protonen; 1,42 (m) 4 Protonen;
1,6-2,1 (m) 8 Protonen; 4,8-6,9 (m) 6 Protonen.
Die Ausgangsverbindung wurde durch Erhitzen von 11 g 1-[3-Methyl-
penta-1-in-3-en-5-al-1-yl]-2,6,6-trimethyl-cyclohex-1-en mit
0,2 g KOH in einer Lösung aus 3 ml Wasser und 80 ml Aceton hergestellt.
Ausbeute 79%.
2,84 g (10 mMol) des Verfahrensproduktes von Beispiel 1 wurden
in 10 ml Toluol gelöst und bei 0°C langsam mit 1,3 g (11 mMol)
Thionylchlorid versetzt. Anschließend wurde das Gemisch noch
3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, mit Wasser gewaschen und
getrocknet. Die obengenannte Verbindung fiel in einer praktisch
quantitativen Ausbeute, bezogen auf den eingesetzten Alkohol an.
Die Konstitution wurde durch IR-, UV- und NMR-spektroskopische
Daten nachgewiesen.
UV: R max = 328 mµ (Cyclohexan)
IR (Film): 2160 (C≡C); 1550-1640 (C=C);
IR (Film): 2160 (C≡C); 1550-1640 (C=C);
1H-NMR (CDCl₃, TMS)
δ =1,17 (s) 6 Protonen; 1,55 (m) 4 Protonen;
1,7-2,2 (m) 11 Protonen; 4,25 (m) 2 Protonen;
5,4-7,1 (m) 4 Protonen
3,2 g (11 mMol) der in Beispiel 2 erhaltenen Chlorverbindung
wurden 20 Stunden lang in einer Lösung aus 10 ml Toluol und 2 ml
Dimethylformamid und in Gegenwart von 0,1 g NaJ und 0,1 g Triäthylamin
mit 1,7 g (21 mMol) Natriumacetat bei Raumtemperatur
gerührt. Die übliche Aufarbeitung lieferte das rohe 8-Dehydro-
Vitamin-A-Acetat in Form eines hellgelben Kristallbreis. Die
Verbindung konnte durch Säulenchromatographie (Kieselgel/Petroläther/Äther)
in reiner Form erhalten werden. Die Ausbeute an
reinem Produkt betrug 77%.
IR (Film): 2170 (C≡C); 1730 (C=O); 1550-1640 (C=C); 1230 (C-O);
1H-NMR (CDCl₃, TMS)
δ =1,1 (s) 6 Protonen; 1,48 (m) 4 Protonen; 1,75-2,1 (m) 11 Protonen;
2,0 (s) 3 Protonen; 4,6 (m) 2 Protonen; 5,4 (m) 1 Proton;
5,7-6,7 (m) 3 Protonen.
2,84 g des in Beispiel 1 hergestellten Alkohols III wurden in
50 ml Äther gelöst und zu dieser Lösung bei -70°C unter Rühren
die äquimolare Menge einer ätherischen HBr-Lösung zugetropft.
Das Reaktionsgemisch wurde zunächst 15 Minuten bei Temperaturen
von -60 bis -70°C und dann 15 Minuten bei -15°C gehalten. Anschließend
wurde 30 ml Wasser zugegeben, die organische Phase
abgetrennt, neutral gewaschen, getrocknet und eingeengt. Es hinterblieben
3,2 g Rückstand (Rohausbeute 93,5%), dessen Struktur
mittels IR-, NMR- und UV-Spektroskopie bestimmt wurde.
UV: R max = 338,2 mµ in Cyclohexan
IR (Film): 2150 cm-1 (C≡C); 1550-1640 cm-1 (C=C); 1200;
IR (Film): 2150 cm-1 (C≡C); 1550-1640 cm-1 (C=C); 1200;
IH-NMR (CDCl₃; TMS)
δ =1,17 (s) 6 Protonen; 1,55 (m) 4 Protonen;
1,8-2,2 (m) 11 Protonen; 4,15 (m) 2 Protonen;
5,4-7,3 (m) 4 Protonen.
Diese Verbindung wurde analog Beispiel 3 aus 3,2 g der gemäß Beispiel
2 erhaltenen Chlorverbindung und 5,2 g Na-Palmitat hergestellt.
Das erhaltene Palmitat wurde chromatographiert und anschließend
durch NMR-, IR- und UV-Spektren identifiziert.
UV: R max = 328 mµ in Cyclohexan
IR (Film): 2160 (C≡C); 1730 (C=O); 1550-1640 (C=C);
IR (Film): 2160 (C≡C); 1730 (C=O); 1550-1640 (C=C);
1H-NMR (CDCl₃; TMS)
δ =0,9-1,15 (m) 30-35 Protonen; 1,4 (m);
1,6-1,8 (m); 2,0-2,1 (m); 4,15 (m)
2 Protonen; 4,9 (m) 1 Proton; 5,5 (m)
2 Protonen; 6,0 (m) 1 Proton.
1,5 g (4,3 mMol) des gemäß Beispiel 4 erhaltenen Bromids wurden
in 15 ml Toluol gelöst, mit 1,15 g (4,4 mMol) Triphenylphosphin
versetzt und das Reaktionsgemisch 12 Stunden bei Raumtemperatur
gerührt. Das ausgefallene Salz wurde abgesaugt, mit Toluol nachgewaschen
und getrocknet. Man erhält 1,5 g des gewünschten Phosphoniumsalzes
mit einem Zersetzungspunkt von 145°C. IR-, NMR-
und UV-Spektren bestätigen die Struktur.
UV: R max = 342 mµ in Cyclohexan
Claims (2)
1. Derivate des 8-Dehydro-Vitamin A der allgemeinen Formel I
in der R¹ und R² Wasserstoff oder eine Methylgruppe und X Chlor,
Brom eine -O-CO-Alkylgruppe mit 2 bis 16 C-Atomen oder
eine P(R³)₃Y-Gruppe bedeuten, wobei die Reste R³ für gleiche
oder verschiedene gesättigte oder aromatische Kohlenwasserstoffreste
mit jeweils insgesamt bis zu 10 C-Atomen
und Y für das Äquivalent einer starken Mineralsäure stehen.
2. Verfahren zur Herstellung von Derivaten des 8-Dehydro-Vitamin
A gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man
- a) ein Cyclohexenderivat der allgemeinen Formel II in der R¹ und R² Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeuten, entweder durch eine Grignardreaktion mit der Lösung eines Vinylmagnesiumchlorids oder -bromids oder durch Äthinylierung und anschließende Partialhydrierung in an sich bekannter Weise in den Alkohol der allgemeinen Formel III überführt und
- b) für den Fall, daß X in der allgemeinen Formel I gleich Cl oder Br sein soll, den Alkohol III mit Thionylchlorid oder Phosgen bzw. den Bromanaloga dieser Chlorierungsmittel oder HBr umsetzt;
- c) für den Fall, daß X gleich P(R³)₃Y sein soll, den Alkohol III bei -50 bis +50°C in an sich bekannter Weise mit P(R³)₃ · HY umsetzt oder die gemäß b) erhaltenen Halogenverbindungen durch Umsetzen mit P(R³)₃ in an sich bekannter Weise bei -50 bis +50°C in die Phosphoniumsalze I überführt; und
- d) für den Fall, daß X die -O-CO-Alkylgruppe sein soll, die gemäß b) erhaltenen Halogenverbindungen bei -30 bis +50°C mit einem Alkali- oder Erdalkalisalz der entsprechenden Säure oder auch der entsprechenden freien Säure oder deren Anhydrid umsetzt.
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