DE2954557C2

DE2954557C2 -

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Publication number: DE2954557C2
Application number: DE2954557A
Authority: DE
Inventors: Hector F. De Luca; Heinrich K. Schnoes; David E. Hamer; Herbert E. Madison Wis. Us Paaren
Original assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Current assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Priority date: 1978-01-16
Filing date: 1979-01-15
Publication date: 1991-07-11
Anticipated expiration: 1999-01-16
Also published as: US4195027A; CH653321A5; JPS5828876B2; GB2013686A; FR2438035A1; DK436182A; DK147912B; FR2529888B1; DK169871B1; JPS54500080A; FR2478631B1; DK147912C; FR2438035B1; CH658050A5; CA1156251A; DK365079A; WO1979000513A1; SE7907631L; FR2436140A1; DE2933189T1

Description

Die Erfindung schlägt neue 3,5-Cyclovitamin D-Verbindungen zur Herstellung von 1α-hydroxylierten Vitamin D-Derivaten vor.

Es ist bekannt, daß Vitamin D und Abkömmlinge von diesem bestimmte biologische Wirkungen zeigen, wie die Stimulierung der intestinalen Calciumabsorption, die Stimulierung der Knochen-Mineralien-Resorption und die Verhinderung von Rachitis. Es ist auch bekannt, daß diese biologische Wirksamkeit davon abhängt, daß diese Verbindungen in vivo verändert werden, d. h. zu hydroxylierten Derivaten metabolisiert werden.

So wurde beispielsweise nachgewiesen, daß 1α-, 25- Dihydroxyvitamin D₃ die in vivo wirksame Form von Vitamin D₃ darstellt und die für die vorstehend erwähnten biologischen Wirkungen verantwortliche Verbindung ist.

Synthetische 1α-Hydroxyvitamin D-Analoge, wie 1α-Hydroxyvitamin D₃ und 1α-Hydroxyvitamin D₂, zeigen gleichfalls eine ausgeprägte biologische Wirksamkeit, so daß derartige Verbindungen sowie die natürlichen Metabolite als vielversprechende Mittel zur Behandlung verschiedener Calcium- Metabolismen und Knochenerkrankungen, wie Osteodydtrophie, Osteomalazie und Osteoporse, anzusehen sind.

Da die 1α-Hydroxylierung für die biologische Wirksamkeit der Vitamin D-Verbindungen und ihrer Derivate wesentlich ist, bestand ein zunehmendes Interesse an chemischen Verfahren zur Erzielung dieser Hydroxylierung. Mit Ausnahme einer vorgeschlagenen Verfahrensweise für die Totalsynthese von 1α- Hydroxyvitamin D₃ [(Lythoe et al., J. Chem. Soc., Perkin Trans I, Seite 2654 (1974)] führten sämtliche bisherigen Synthesen für 1α-hydroxylierte Vitamin D-Verbindungen über die Herstellung eines 1α-hydroxylierten Steroids, aus dem nach Umwandlung in das entsprechende 1α-Hydroxy-5,7-diensterol- Derivat die gewünschte Vitamin D-Verbindung nach den bekannten photochemischen Methoden erhalten wird. Es handelt sich somit bei diesen Synthesen um mehrstufige Verfahren, die in vielen Fällen nicht ökonomisch und aufwendig sind.

Beispiele für andere Synthesen unter Einbeziehung der 1α- Hydroxylierung in mit Vitamin D verwandten Verbindungen sind beschrieben in: Process for Preparation of Steroid Derivative, Ishikawa et al., US-PS 39 29 770 vom 30. Dezember 1957; Process for Preparation of 1α-Dihydroxycholecalciferol, Matsunaga et al., US-PS 40 22 768 vom 10. Mai 1977; 1α-Hydroxycholecalciferol, De Luca et al., US-PS 37 41 996 vom 26. Juni 1973; 1α-Hydroxyergocalciferol and Processes for Preparing Same, De Luca et al., US-PS 39 07 843 vom 23. September 1975; The Selenium Dioxide Oxidation of Cholcalciferol, Bohumil Pelc, Steroids, Band 30, Nr. 2, August 1977. Bei dem in der zuletzt zitierten Literaturstelle beschriebenen Verfahren findet eine direkte 1-Hydroxylierung von Vitamin D₃ durch Oxidation mit Selendioxid und Hydroperoxid statt, bei der eine Mischung verschiedener Produkte anfällt. Die Ausbeute an dem gewünschten Hydroxyvitamin ist gering.

Es wurde nun gefunden, daß sich die neuen, in den Patentansprüchen angegebenen Cyclovitamin D-Verbindungen auf verhältnismäßig einfachem Wege in die korrespondierenden 1α- Hydroxyverbindungen überführen und diese sich ebenfalls vergleichsweise einfach in die entsprechenden 1α-Hydroxyvitamin D-Verbindungen umwandeln lassen. Bei der hierbei durchgeführten, nachfolgend im einzelnen beschriebenen Synthese, die sich von den vorerwähnten bekannten Methoden deutlich unterscheidet, wird die Sauerstoff-Funktion in der C-1 Stellung durch Oxidation auf direktem Wege eingeführt. Es handelt sich dabei um eine Allyloxidation der erfindungsgemäßen Verbindungen. Die hierbei entstehende 1α-hydroxylierte Cyclovitamin D-Verbindung wird aus dem Allyloxidations- Reaktionsgemisch abgetrennt und anschließend acyliert, wobei das entsprechende 1α-O-Acyl-Derivat anfällt. Dieses wird einer säurekatalysierten Solvolyse ausgesetzt, wobei die entsprechende 1α-O-Acyl-Vitamin D-Verbindung anfällt. Diese wird anschließend durch Hydrolysieren (oder Reduzieren mit Hydrid- Reagenzien) in die gewünschte 1α-Hydroxy-Vitamin D-Verbindung umgewandelt.

Wie sich aus den in den Ansprüchen angegebenen Formeln ergibt, besitzen die erfindungsgemäßen Cyclovitamin D-Verbindungen eine Steroidseitenkette. Hierbei kann es sich um eine substituierte oder unsubstituierte, eine gesättigte oder ungesättigte oder eine substituierte und ungesättigte Cholesterinseitenkettengruppe handeln. Vorzugsweise wird die Steroidseitenkette durch eine Cholesterin- oder Ergosterinseitenkettengruppe gebildet, die durch die Anwesenheit eines Wasserstoffs oder der Hydroxylgruppe in 25-Stellung charakterisiert ist.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung von "niederen" Alkyl- oder Acylgruppen die Rede ist, dann soll dies eine Kohlenwasserstoffkette mit 1-4 Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei eine gradkettige oder verzweigte Konfiguration vorliegen kann.

Unter einer aromatischen Acylgruppe ist vorzugsweise ein ggf. substituierter Benzoylrest zu verstehen.

Soweit in einer der nachfolgenden Formeln einem Substituenten eine Wellinlinie zugeordnet ist, so soll hiermit zum Ausdruck gebracht werden, daß der betreffende Substituent entweder in der stereoisomeren α- oder β-Form vorliegt.

In den erfindungsgemäßen Cyclovitamin-D-Verbindungen liegt insbesondere eine Cholesterinseitenkettengruppe vor, die charakterisiert ist durch die Formel

worin R₁, R₂ und R₃ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Hydroxygruppe, einen C₁-C₄-Alkyl-, einen O-C₁-C₄-Alkyl-, einen O-C₁-C₄-Acyl-, einen O-Benzoylrest oder ein Fluoratom bedeuten. Bevorzugt ist eine Seitenkette mit R₁ und R₃ = Wasserstoff und R₂ = Hydroxyl. Andere bevorzugte Seitenkettengruppen sind solche, worin R₁, R₂ und R₃ Wasserstoff darstellen oder worin R₁ Hydroxyl ist und R₂ und R₃ Wasserstoff sind oder worin R₁ und R₂ Hydroxyl sind und R₃ Wasserstoff ist.

Eine weitere bevorzugte Seitenkettengruppe, die durch R dargestellt wird, ist die Ergosterinseitenkettengruppe, charakterisiert durch die Formel

worin R₁, R₂ und R₃ die vorerwähnte Bedeutung haben und R₄ für ein Wasserstoffatom oder einen C₁-C₄-Alkylrest steht. Die bevorzugtesten Ergosterinseitenkettengruppen sind solche, worin R₁ und R₃ Wasserstoff, R₂ Hydroxyl und R₄ Methyl sind, oder worin R₁, R₂ und R₃ Wasserstoff bedeuten und R₄ Methyl ist und worin die Stereochemie von R₄ die des Ergosterins ist.

Es versteht sich, daß, wo immer Hydroxylgruppen in der Seitengruppe R der erfindungsgemäßen Cyclovitamin D-Verbindungen auftreten, derartige Gruppen acyliert sein können.

Ferner sei bemerkt, daß die Seitenkettengruppe R nicht auf die vorstehend aufgezählten Arten beschränkt sein muß. Die Synthese ist ganz allgemein auf Cyclovitamin D-Verbindungen anwendbar. Diese können die üblichen Steroidseitenketten enthalten, z. B. die Seitenkette von Pregnenolon, Desmosterin, Cholensäure oder Homocholensäure.

Das Cyclovitamin-Ausgangsmaterial für das Oxidationsverfahren wird zweckmäßig aus einer Vitamin D-Verbindung mittels eines zweistufigen Verfahrens hergestellt, das darin besteht, eine Vitamin D-Verbindung, die eine 3β-Hydroxygruppe enthält, in das entsprechende 3β-Tosylat-Derivat umzuwandeln und anschließend dieses Tosylat in einem geeigneten gepufferten Lösungsmittelgemisch, wie Methanol/Aceton, das Natriumacetat enthält, unter Bildung des Cyclovitaminprodukts zu solvolysieren. Sheves und Mazur beschreiben in einer Veröffentlichung [J. A., Chem. Soc. 97, 6249 (1975)], die sich mit einer Methode zur Funktionalisierung von Vitamin D bei Schutz seines reaktiven Triensystems befaßt, die Anwendung dieser Folge auf Vitamin D₃, wobei als Hauptprodukt ein Cyclovitamin D₃ erhalten wird, dem sie die unten angegebene Struktur zuordneten (6R-Methoxy-3,5- cyclovitamin D₃). Ein geringer Anteil des bei diesem Verfahren gebildeten Cyclovitamins wurde als die entsprechende Verbindung mit dem Methoxy in der 6S-Konfiguration identifiziert.

Es wurde nunmehr gefunden, daß man bei Durchführung der Solvolysereaktion in Methanol unter Verwendung der NaHCO₃- Puffer eine bessere Ausbeute an Cyclovitaminprodukt erhält als bei der Methode nach Sheves und Mazur.

Es wurde auch gefunden, daß Vitamin D-Verbindungen, die andere chemisch reaktive Substituenten tragen (z. B. Seitenketten- Hydroxylgruppen), wirksam in ihre Cyclovitamin D-Derivate umgewandelt werden können. Beispielsweise wird mit 25- Hydroxyvitamin D₃ als Ausgangsmaterial bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren 25-Hydroxy-6-methoxy-3,5-cyclovitamin D₃ festgestellt. Die Struktur dieser Verbindung wird nachstehend gezeigt, worin R die 25-Hydroxycholesterin- Seitenkette darstellt. In gleicher Weise führt das vorstehende Verfahren mit 24,25-Dihydroxyvitamin D₃ als Ausgangsmaterial zu 24,25-Dihydroxy-6-methyl-3,5-cyclovitamin D₃, das durch die nachstehend gezeigte Struktur dargestellt wird, worin R die 24,25-Dihydroxycholesterin-Seitenkette darstellt. Mit Vitamin D₂ als Ausgangsmaterial führt die gleiche Reaktionsfolge zu Cyclovitamin D₂, das ebenfalls durch die nachstehende Struktur dargestellt wird, worin jedoch R die Ergosterin-Seitenkette bedeutet.

In Analogie mit den Ergebnissen von Sheves und Mazur, log. cit., kann dem Haupt-Cyclovitamin D-Produkt, das durch diese Reaktionen erhalten wird, die 6R-Methoxy-Stereochemie zugeordnet werden und dem geringeren Bestandteil (5-10%) des Cyclovitaminproduktgemischs die 6S-Methoxy-Konfiguration. Das Verfahren erfordert keine Trennung dieser Stereoisomeren, wobei es sich jedoch versteht, daß, falls gewünscht, eine derartige Trennung nach bekannten Methoden erzielt werden kann und daß jedes C-(6)-Epimere verwendet werden kann, jedoch nicht notwendigerweise mit der gleichen Verfahrensleistungsfähigkeit. Aus diesen Gründen ist die stereochemische Konfiguration am C-6 der Cyclovitamin D-Verbindungen bei der Beschreibung der Erfindung und in den Ansprüchen nicht angegeben.

Durch geeignete Wahl geeigneter Reagentien oder Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man Cyclovitamin D-Analoge, die durch die folgende allgemeine Struktur veranschaulicht werden:

worin Z Wasserstoff, Alkyl oder Acyl bedeutet und R jegliche der Seitenkettenstrukturarten, wie sie vorstehend bzw. früher definiert wurden, darstellen kann. Wird beispielsweise Äthanol anstelle von Methanol in dem Solvolysemedium verwendet, so erhält man ein Cyclovitamin der vorstehenden Struktur, worin Z Äthyl bedeutet. Es ist ersichtlich, daß andere O-alkylierte Cyclovitamin D-Produkte erhalten werden können durch Verwendung des geeigneten Alkohols in dem Reaktionsmedium.

In gleicher Weise führt ein Solvolysereaktionsmedium, das aus Lösungsmitteln zusammengesetzt ist, die H₂O enthalten, wie Aceton/H₂O oder Dioxan/H₂O, in Anwesenheit eines Acetatsalzes oder eines anderen Puffermittels zu der entsprechenden Cyclovitamin D-Verbindung der vorstehend gezeigten Formel, worin Z Wasserstoff bedeutet. Sheves und Mazur [Tetrahedron Letters (Nr. 34) Seite 2987-2999 (1976)] haben so tatsächlich 6-Hydroxycyclovitamin D₃ hergestellt, d. h. die Verbindung, die durch die vorstehende Struktur dargestellt wird, worin Z Wasserstoff ist und R die Cholesterinseitenkette bedeutet, durch Behandlung von Vitamin D₃-tosylat mit wäßrigem Aceton, gepuffert mit KHCO₃.

Es wurde nunmehr gefunden, daß gegebenenfalls ein 6-Hydroxycyclovitamin in das entsprechende Acyl-Derivat (d. h. Z=Acyl, wie Acetyl oder Benzoyl) umgewandelt werden kann durch Acylierung unter Verwendung von Standardbedingungen (z. B. Essigsäureanhydrid/Pyridin). Das acylierte Cyclovitamin D der vorstehend gezeigten Struktur, worin Z Acetyl darstellt, kann ebenfalls als geringeres Produkt erhalten werden, wenn die Solvolysereaktion in einem Medium von trockenem Methanol durchgeführt wird, das Natriumacetat enthält. Die Cyclovitamin D-Verbindung, worin Z Methyl darstellt, ist ein bevorzugtes Ausgangsmaterial für nachfolgende Reaktionen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Allyloxidation normalerweise in einem geeigneten Lösungsmittel durchgeführt, wie beispielsweise CH₂CL₂, CHCL₃, Dioxan oder Tetrahydrofuran, unter Verwendung von Selendioxid als Oxidationsmittel. Auf Grund der Natur dieser Oxidationsreaktion ist es bevorzugt, sie bei Raumtemperatur oder niedrigeren Temperaturen durchzuführen. Die Oxidationsreaktion wird besonders zweckmäßig auch in Anwesenheit eines Hydroperoxids, wie tert.-Butylhydroperoxid, durchgeführt. Das Oxidationsprodukt, d. h. die 1α-Hydroxycyclovitamin D-Verbindung, wird leicht aus dem Reaktionsgemisch durch Lösungsmittelextraktion (z. B. Äther) gewonnen und wird zweckmäßig weiter durch Chromatographie gereinigt. Andere Allyloxidationsmittel können gegebenenfalls verwendet werden, wobei es sich versteht, daß mit derartigen anderen Oxidationsmitteln Änderungen der Produktausbeute erfolgen können und daß die Bedingungen zur Durchführung der Oxidation einzustellen sind, was für den Fachmann ersichtlich ist. Die bei der Allyloxidation von Cyclovitamin D-Produkten resultierenden Produkte der vorstehend gezeigten Struktur, worin Z niedrig-Alkyl (z. B. Methyl) darstellt, lassen sich leicht durch die folgende Formel darstellen:

worin R jegliche der vorstehend bzw. früher definierten Seitenkettenstrukturen darstellt und Z niedrig-Alkyl (z. B. Methyl) bedeutet.

Die Oxydation der Cyclovitamine durch das beschriebene Verfahren führt zur Bildung von 1-Hydroxycyclovitaminen, die zu der gewünschten 1α-Stereochemie führen, d. h. die Stereochemie von biologisch wirksamen 1-hydroxylierten Vitamin D-Metaboliten. Die Stellungs- und stereochemische Selektivität sowie die ausgeprägte Wirksamkeit des Oxidationsverfahrens sind beide neu und überraschend.

Geringfügige Produkte, die aus der Selendioxidoxidation von Cyclovitamin D-Verbindungen resultieren, sind 1-Oxo-cyclovitamin D-Derivate der folgenden Struktur

worin Z niedrig-Alkyl bedeutet und R jegliche der früher bzw. vorstehend definierten Seitenkettengruppen darstellt. Diese 1-Oxocyclovitamin D-Derivate werden leicht durch Hydrid- Reagentien (z. B. LiAlH₄ oder NaBH₄ oder äquivalente Reagentien) unter Bildung von vorwiegend 1α-Hydroxycyclovitamin D-Derivaten der vorstehend dargestellten Formel reduziert. Die leichte Reduktion von 1-Oxocyclovitamin D-Verbindungen und insbesondere die überwiegende Bildung von 1-Hydroxycyclovitamin D-Verbindungen, die die 1α-Stereochemie aufweisen stellt ein überraschendes Moment dar, da mechanistische Argumente die Näherung des Hydrid-Reduktionsmittels von der weniger gehinderten Seite des 1-Oxocyclovitamin D-Moleküls vorsehen würden, was zur überwiegenden Funktion des 1β-Hydroxycyclovitamin- Epimeren führen würde.

Die Acylierung der gewonnenen 1α-Hydroxycyclovitamin D-Verbindung führt man zweckmäßig mittels Standardmethoden mit bekannten bzw. üblichen Acylierungsmitteln, eines davon ist beispielsweise Essigsäureanhydrid, in einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. Pyridin, durch, und man arbeitet normalerweise bei Raumtemperatur während mehrerer Stunden, z. B. über Nacht. Das Acylierungsprodukt ist die entsprechende 1α-O-Acylcyclovitamin D-Verbindung, die zweckmäßig in ausreichender Reinheit für weitere Reaktionen gewonnen wird durch Lösungsmittel- (z. B. Äther)-extraktion aus dem Medium mit anschließender Verdampfung der Lösungsmittel.

Es kann erwartet werden, daß unter diesen Bedingungen auch jegliche primäre oder sekundäre Hydroxylgruppen, die in der Seitenkette (R) der 1α-Hydroxycyclovitamin D-Verbindung vorhanden sind, ebenfalls acyliert werden. Wird eine vollständige Acylierung von tertiären Hydroxylgruppen (z. B. der 25-Hydroxygruppen) gewünscht, so sind normalerweise kräftigere Acylierungsbedingungen erforderlich, z. B. erhöhte Temperaturen (75-100°C). In solchen Fällen ist es günstig, die Reaktion unter einer Stickstoffatmosphäre durchzuführen, um eine Zersetzung labiler Verbindungen zu vermeiden. Die Produkte derartiger Acylierungen können durch die folgende Formel dargestellt werden:

worin Y eine niedrig-Acylgruppe oder aromatische Acylgruppe darstellt und Z niedrig-Alkyl bedeutet, und worin R jegliche der früher in dieser Beschreibung definierten Steroidseitenketten darstellen kann, wobei es sich versteht, daß ursprünglich vorhandene sekundäre oder primäre Hydroxylgruppen nunmehr als der entsprechende O-Acyl-Substituent erscheinen und jegliche ursprünglich vorhandene tertiäre Hydroxylgruppe je nach der gewählten Bedingung Hydroxyl oder O-Acyl sein kann.

Die Umwandlung des 1α-O-Acylcyclovitamins in das 1α-O- Acylvitamin D-Derivat erzielt man durch säurekatalysierte Solvolyse des Cyclovitamins. So führt das Erwärmen von 1α-O- Acylcyclovitamin D mit p-Toluolsulfonsäure in einem geeigneten Lösungsmittelgemisch (z. B. Dioxan/H₂O) zur 1α-O-Acylvitamin D- Verbindung. Sheves und Mazur verwendeten diese Reaktion zur Umwandlung von Cyclovitamin D₃ in Vitamin D₃ [J. Am. Chem. Soc., 97, 6249 (1975)].

Es war aus dem Stand der Technik nicht herzuleiten und ist überraschend, daß nunmehr 1α-O-Acylcyclovitamin D-Verbindungen klar in guten Ausbeuten in das entsprechende 1α-O-Acylvitamin durch saure Solvolyse umgewandelt werden. Dieses Ergebnis war völlig unvorhersehbar, da es zu erwarten war, daß die allylische 1α-Sauerstoff-Funktion einer 1α-Hydroxycyclovitamin D-Verbindung Solvolysebedingungen zugänglich sein würde. Die direkte Solvolyse des 1α-Hydroxycyclovitamins D kann in Anwesenheit von organischen Carbonsäuren, z. B. Essigsäure, Ameisensäure, mit anschließender Gewinnung des entsprechenden 3-O-Acyl-1α-hydroxyvitamin D-Derivats und Umwandlung dieses Derivats in die entsprechende Hydroxyverbindung durchgeführt werden.

Es ist auch wichtig, daß jegliche tertiäre oder Allylalkoholfunktion, die in der Seitenkette auftreten kann, als entsprechende Acylate oder andere geeignete säurestabile Schutzgruppe geschützt wird. Das erzeugte 1α-O-Acylvitamin D wird leicht aus dem Solvolysegemisch durch Lösungsmittelextraktion gewonnen und wird weiter gereinigt durch Chromatographie. Die Solvolysereaktion führt sowohl zu 1α-O- Acylvitamin D, das die natürliche 5,6-cis-Doppelbindungsgeometrie aufweist, als auch zum entsprechenden 1α-O- Acylvitamin D mit der 5,6-trans-Geometrie in einem Verhältnis von etwa 5 : 1. Diese Produkte werden durch Lösungsmittelextraktion und Chromatographie getrennt unter Bildung der reinen Form des 1α-O-Acylvitamin D-Produkts der nachstehend gezeigten allgemeinen Formel (sowie, falls gewünscht, des entsprechenden 5,6-trans-Isomeren)

worin Y eine niedrige Acylgruppe (z. B. Acetyl) oder aromatische Acylgruppe (z. B. Benzoyl) darstellt und worin R jegliche der früher bzw. vorstehend definierten Steroidseitenketten bedeutet, wobei es sich versteht, daß alle Hydroxylfunktionen als ihre entsprechenden O-Acyl-Derivate vorliegen.

1α-O-Acylvitamin D-Derivate werden bequem in die gewünschten 1α-Hydroxyvitamin D-Verbindungen durch hydrolytische oder reduktive Entfernung der Acylschutzgruppe umgewandelt. Die speziell gewählte Methode hängt von der Natur der Verbindung ab, insbesondere auch von der Natur der Seitenkettengruppe R und ihren Substituenten. Es versteht sich beispielsweise, daß man die Hydridreduktion nicht verwenden würde, wenn eine gleichzeitige Reduktion einer anderen reduzierbaren Funktion, z. B. von Keton oder Ester, vermieden werden soll, oder würde man derartige Funktionen vor der reduktiven Entfernung von Acylgruppen in geeigneter Weise modifizieren. So führt die Behandlung der acylierten Verbindung mit einem geeigneten Hydridreduktionsmittel (z. B. Lithiumaluminiumhydrid) zu der entsprechenden 1α-Hydroxyvitamin D-Verbindung. In gleicher Weise wird durch milde basische Hydrolyse (z. B. KOH/MeOH) die acylierte Verbindung in das gewünschte 1α-Hydroxy-Derivat umgewandelt, wobei es sich versteht, daß, falls die Seitenkette sterisch gehinderte (z. B. tertiäre) O-Acylgruppen trägt, kräftigere Bedingungen (erhöhte Temperaturen, verlängerte Reaktionszeiten) erforderlich sein können. Die nach jeglicher Methode hergestellte 1α-Hydroxyvitamin D-Verbindung kann leicht in reiner Form durch Lösungsmittelextraktion (z. B. Äther) und Chromatographie und/oder Kristallisation aus einem geeigneten Lösungsmittel gewonnen werden.

Eine alternative und neue Methode zur Umwandlung der 1α-O-Acylcyclovitamin D-Verbindungen in entsprechende Vitamin D-Derivate besteht in der säurekatalysierten Solvolyse der Cyclovitaminverbindung in einem Medium, das aus einer organischen Säure (z. B. Essigsäure, Ameisensäure) oder aus einer organischen Säure mit einem Co-Lösungsmittel, wie Aceton oder Dioxan, falls zur Löslichmachung des Cyclovitamins erforderlich, besteht. Es stellt einen besonderen Vorteil dieses Verfahrens dar, daß, falls die Seitenkettengruppe R irgendwelche tertiäre Hydroxylgruppen (z. B. die 25-Hydroxygruppe) enthält, der Schutz derartiger funktioneller Gruppen, z. B. in Form ihrer Acyl-Derivate, nicht notwendig ist. So führt beispielsweise die Solvolyse von 1α-O-Acetoxyvitamin D₃ in Eisessig zu 1α-Acetoxyvitamin D₃-3β-acetat, sowie zu ein wenig der entsprechenden 5,6-trans-Verbindung (Produktverhältnis etwa 3 : 1). Diese Produkte können durch Chromatographie getrennt werden oder kann das Gemisch unter basischen Bedingungen (wie KOH/MeOH) hydrolysiert werden unter Bildung von 1α-Hydroxyvitamin D₃ und dem entsprechenden 1α- Hydroxy-5,6-trans-5,6-vitamin D₃, die anschließend durch Chromatographie getrennt werden können. Diese Methode kann auf jegliche 1α-O-Acylcyclovitamin D-Verbindung angewendet werden, die irgendeine der Seitenkettengruppen R aufweist, die vorstehend in der Beschreibung definiert wurden.

Noch vorteilhafter kann die Solvolyse von 1α-O-Acylcyclovitaminen in Ameisensäure oder Ameisensäure plus einem geeigneten Co-Lösungsmittel, wie Dioxan, durchgeführt werden. Dieses Verfahren führt zur Bildung von 1α-O-Acylvitamin D-3β- formiat-Derivaten, dargestellt durch die folgende Formel:

worin Y eine niedrig-Acylgruppe (vorzugsweise nicht Formyl) oder eine aromatische Acylgruppe darstellt und R jegliche der früher bzw. vorstehend definierten Seitenkettengruppen bedeutet. Wiederum wird die entsprechende 5,6-trans-Verbindung ebenfalls als geringeres Produkt gebildet. Da die 3β-O-Formylgruppe sehr leicht unter Bedingungen hydrolysiert wird, bei denen die 1α-O-Acylgruppe nicht angegriffen wird (z. B. durch Behandlung mit Kaliumcarbonat während einiger Minuten, wie durch die speziellen Beispiele gezeigt), werden die vorstehenden gemischten 3-O-Formylprodukte leicht in 1α-O-Acylvitamin D und sein entsprechendes 5,6-trans-Isomeres umgewandelt. Dieses Gemisch kann zweckmäßig in dieser Stufe durch chromatographische Methoden getrennt werden unter Bildung von reinem 1α-O-Acylvitamin D und dem entsprechenden 5,6-trans- 1α-O-Acylvitamin D, die nunmehr getrennt der basischen Hydrolyse oder der reduktiven Spaltung der Acylgruppe unterzogen werden können unter Bildung der 1α-Hydroxyvitamin D- Verbindung und der 5,6-trans-1α-Hydroxyvitamin D-Verbindung.

Eine andere neue Verfahrensweise zur Umwandlung der 1α-O- Acylcyclovitamin-Derivate in 1α-O-Acyl-3β-formylvitamin D-Verbindungen der vorstehend veranschaulichten Formel erfolgt unter Verwendung der "Kronenäther"-Katalyse. Beispielsweise wandelt ein Zwei-Phasen-System, bestehend aus Ameisensäure und einer Kohlenwasserstofflösung (z. B. Hexan/Benzol) von 1α-O-Acylcyclovitamin D, das einen geeigneten Kronenäther (z. B. 15-Krone-5 bzw. 15-crown-5, Aldrich Chemical Co., Milwaukee) und Formiat-Ion enthält, das 1α-O-Acylcyclovitamin D in guter Ausbeute in das 1α-O-Acyl-3β-O-formylvitamin D-Derivat um. Das entsprechende 5,6-trans-Isomere wird als geringeres Produkt gebildet und wird zweckmäßig durch Chromatographie abgetrennt.

Eine weitere Variation der eben beschriebenen Methoden besteht in der Umwandlung einer 1α-Hydroxycyclovitamin D-Verbindung in das entsprechende 1α-O-Formyl-Derivat (z. B. mittels Essigsäure- Ameisensäure-Anhydrid in Pyridin), dargestellt durch die folgende Formel:

worin R jegliche der vorstehend definierten Seitenkettengruppen darstellt und Z niedrig-Alkyl bedeutet, und Unterziehen dieses Zwischenprodukts einer Solvolyse in Eisessig, wie vorstehend beschrieben, unter Erzielung von 1α-Formyloxyvitamin D-3β-acetat und als geringeres Produkt des entsprechenden 5,6- trans-Isomeren. Die Entfernung der Formylgruppe wie vorstehend beschrieben führt zum 1α-Hydroxyvitamin D₃-acetat und seinem 5,6-trans-Isomeren, die zweckmäßig in dieser Stufe durch Chromatographie getrennt werden und anschließend getrennt der Hydrolyse oder reduktiven Spaltung der Acetate unterzogen werden unter Bildung einer reinen 1α-Hydroxyvitamin D-Verbindung und ihres 5,6-trans-Isomeren.

Als Allyloxidationsverfahren kann auch auf Cyclovitamin D-Verbindungen angewendet werden, die 6-Hydroxy- oder 6-O- Acylgruppen tragen. So können Cyclovitamin D-Verbindungen der folgenden Struktur

worin Z Wasserstoff darstellt und R jegliche der vorstehend definierten Seitenkettengruppen bedeutet, am Kohlenstoff 1 durch das Allyloxidationsverfahren der Erfindung oxidiert werden unter Bildung von 1α-Hydroxy-6-hydroxycyclovitamin D-Verbindungen und 1-Oxo-6-hydroxycyclovitamin D-Verbindungen. Unter den vorstehend beschriebenen Oxidationsbedingungen tritt auch eine gewisse Cycloumkehrung der 1α-Hydroxy-6-hydroxycyclovitamin D-Verbindung in ein Gemisch von 5,6-cis- und 5,6- trans-1α-Hydroxyvitamin D-Verbindungen auf. Alle Produkte werden leicht aus dem Oxidationsgemisch durch Chromatographie gewonnen. Die 1α-Hydroxy-6-hydroxycyclovitamin D-Verbindungen, die durch Allyloxidation erhalten werden, können acyliert werden (z. B. acetyliert) nach dem vorstehend beschriebenen Standardverfahren, und die resultierenden 1,6-Diacylcyclovitamin D-Zwischenprodukte werden leicht durch saure Solvolyse, wie vorstehend diskutiert, in 5,6-cis- und 5,6-trans-1α-O-Acylvitamin D-Verbindungen umgewandelt, die leicht durch Chromatographie getrennt werden. Die Hydrolyse (nach bekannten bzw. üblichen Verfahren) der 1-O-Acyl-Derivate führt zu den gewünschten 1α-Hydroxyvitamin D-Produkten bzw. zu deren 5,6- trans-Isomeren. Die 1-Oxo-6-Hydroxycyclovitamin D-Produkte werden leicht durch Hydrid-Reagentien zu 1α-Hydroxycyclovitamin- Derivaten reduziert.

In gleicher Weise können Cyclovitamin D-Verbindungen der vorstehend gezeigten Struktur, worin Z Acyl bedeutet (z. B. Acetyl, Benzoyl) und R jegliche der vorstehend definierten Seitenkettengruppen darstellt, durch die Reaktionsfolge Allyloxidation, Acylierung, saure Solvolyse und schließlich Hydrolyse der Acylgruppen, wie für den Fall der 6-Hydroxy- Analogen beschrieben, in 1α-Hydroxyvitamin D-Produkte und ihre entsprechenden 5,6-trans-Isomeren umgewandelt werden.

In den folgenden Beispielen entsprechen die in diesen und insbesondere in deren Überschrift verwendeten Identifikationssymbole, z. B. "2b" in Beispiel 1 für 25-Hydroxycyclovitamin D₃, den nachstehenden Strukturen wie sie sich aus den für diese verwendeten Identifkationssymbolen ergeben.

Beispiel 1 25-Hydroxycyclovitamin D₃ (2b)

Eine Lösung von 100 mg 25-Hydroxyvitamin D₃ (1b) und 150 mg p-Toluolsulfonylchlorid in 0,5 ml trockenem Pyridin läßt man 24 Stunden bei 3°C reagieren und schreckt anschließend mit 5 ml gesättigtem NaHCO₃ ab. Die wäßrige Phase wird mit 2×10 ml Äther extrahiert, und der ätherische Extrakt wird mit 3×10 ml gesättigtem NaHCO₃, 2×10 ml 3% HCl und 2×10 ml H₂O gewaschen und anschließend über MgSO₄ getrocknet. Das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt, und der rohe Rückstand (25-Hydroxyvitamin D₃-3-tosylat) wird in 1,5 ml wasserfreiem Methanol und 0,3 ml wasserfreiem Aceton aufgenommen; 170 mg (8 Äq.) NaOAc werden zugesetzt, und die Lösung wird 20 Stunden auf 55°C erwärmt. Das Gemisch wird gekühlt, mit 10 ml H₂O verdünnt und mit 3×10 ml Äther extrahiert. Die organischen Extrakte werden mit drei 10 ml-Anteilen H₂O gewaschen, über MgSO₄ getrocknet, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Der rohe Rückstand wird auf eine 20 cm×20 cm- Siliciumdioxidgel-Dünnschichtchromatographieplatte (750 µm dick) aufgetragen, die einmal in einem Skellysolve B : Äthylacetat (8 : 2)-System entwickelt wird, unter Bildung von 48 mg (45% Gesamtausbeute von 1b) von 2b; Massenspektrum: m/e: 414 (M⁺, 40), 399 (10), 382 (80), 253 (50), 59 (100); NMR- Spektrum: δ 0,53 (3H, s, 18-H₃), 0,74 (2H, m, 4-H₂), 0,94 (3H, d, J = 6,2 Hz, 21-H₃), 1,21 (6H, s, 26-H₃ und 27-H₃) 3,25 (3H, s, 6-OCH₃), 4,16 (1H, d, J=9,2 Hz, 6-H, 4,89 (1H, m (scharf), 19 (Z)-H), 4,99 (1H, d, J=9,3 Hz, 7-H), 5,04 (1H, m (scharf), 19 (E)-H).

Beispiel 2 Cyclovitamin D₂ (2c)

Eine Lösung von 100 mg Vitamin D₂ (1c) und 100 mg p-Toluolsulfonylchlorid in 0,3 ml Pyridin läßt man 24 Stunden bei 3°C reagieren und schreckt anschließend mit 10 ml gesättigtem NaHCO₃ ab. Das wäßrige Gemisch wird mit zwei 10 ml-Anteil Äther extrahiert, und der ätherische Extrakt wird nacheinander mit 3×10 ml gesättigtem NaHCO₃, 2×10 ml 3% HCl und 2×10 ml H₂O gewaschen und anschließend über MgSO₄ getrocknet. Das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt, und das rohe Vitamin D₂-3-tosylat wird in 1,5 ml wasserfreiem Methanol und 0,3 ml wasserfreiem Aceton aufgenommen. Nach Zusatz von 170 mg Natriumacetat wird die Lösung 20 Stunden auf 55°C erwärmt. Nach dem Kühlen wird die Lösung mit 10 ml H₂O verdünnt und mit drei 10 ml-Anteilen Äther extrahiert. Die organischen Extrakte werden mit drei 10 ml-Anteilen H₂O gewaschen, mit MgSO₄ getrocknet, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird an einer Siliciumdioxidgel-Dünnschichtplatte (20×20 cm, 750 µm) in Skellysolve B : Äthylacetat (8 : 2) chromatographiert unter Bildung von 60 mg (59%) (2c): Massenspektrum: m/e 410 (M⁺, 15), 378 (40), 253 (40), 119 (60); NMR-Spektrum: δ 0,55 (3H, s, 18-H₃), 0,74 (2H, m, 4-H₂), 0,82 und 0,84 (6H, dd, J=4,1 Hz, 26-H₃ und 27-H₃), 0,91 (3H, d, J= 7,0 Hz, 21-H₃), 1,02 (3H, d, J=6,6 Hz, 28-H₃), 3,26 (3H, s, 6-OCH₃), 4,13 (1H, d, J=9,6 Hz, 6-H), 4,89 (1H, m, 19 (Z)-H, 5,00 (1H, d, J=9,4 Hz, 7-H), 5,04 (1H, m (scharf), 19 (E)-H), 5,20 (2H, m, 22-H und 23-H).

Beispiel 3 Cyclovitamin D₃ (2a) durch NaHCO₃-gepufferte Solvolyse von Vitamin D₃-tosylat

Zu einer Suspension von 170 mg Vitamin D₃-tosylat in 6,0 ml wasserfreiem Methanol fügt man 213 mg (8,0 Äq.) NaHCO₃. Das System wird mit Stickstoff gespült und 20 Stunden auf 58°C erwärmt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch mit gesättigter NaCl-Lösung verdünnt, in einen Scheidetrichter überführt und mit 2×10 ml-Anteilen Et₂O extrahiert. Die organischen Extrakte werden mit 1×10 ml-Anteil gesättigtem NaCl gewaschen und über MgSO₄ getrocknet. Nach Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum wird der ölige Rückstand an einer 750 µm, 20×20 cm- Siliciumdioxidgel-präparativen Platte in Äthylacetat: Skellysolve B (2 : 8) chromatographiert unter Bildung von 94 mg (75%) Cyclovitamin D₃ (2a).

Beispiel 4 6-Hydroxycyclovitamin D₃ (8a)

Eine Lösung von 100 mg Vitamin D₃, 100 mg TsCl und 500 µl trockenem Pyridin wird 24 Stunden bei 5°C gehalten, anschließend mit Äther verdünnt und mehrfach mit gesättigtem NaHCO₃ gewaschen. Die organische Schicht wird über MgSO₄ getrocknet, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Das rohe D₃-Tosylat wird in 4,0 ml Aceton: H₂O (9 : 1) zusammen mit 175 mg (8 Äq.) NaHCO₃ suspendiert. Das resultierende Gemisch wird über Nacht auf 55°C erwärmt, mit gesättigtem NaCl verdünnt und 2× mit Äther extrahiert. Der ätherische Extrakt wird 1× mit Wasser gewaschen, über MgSO₄ getrocknet, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Durch präparative Dünnschichtchromatographie (20×20 cm, 750 µm, 8 : 2 Skellysolve B : Äthylacetat) erhält man 55 mg des 6-Hydroxy-3,5-cyclovitamins D₃ (8a); Massenspektrum: m/e 384 (M⁺), 366, 253, 247.

Beispiel 5 6-Acetoxycyclovitamin D₃ (9a)

Zu einer Lösung von 300 µl trockenem Pyridin und 200 µl AC₂O fügt man 6 mg 6-Hydroxycyclovitamin D₃ (8a) in 200 µl Pyridin. Das Reaktionsgemisch wird 2,0 Stunden auf 55°C unter N₂ erwärmt und anschließend mit einem großen Überschuß an Toluol verdünnt. Die Lösung wird bei 40°C im Vakuum zur Trockne verdampft unter Bildung von rohem 6-Acetoxycyclovitamin D₃ (9a); Massensprektrum: m/e 426 (M⁺).

Beispiel 6 24(R),25-Dihydroxy-cyclovitamin D₃ (2d)

Zu 150 µl trockenem Pyridin fügt man 10,4 mg 24R,25-(OH)₂D₃ und 7,13 mg (1,5 Äq.) TsCl. Die Reaktion wird 72 Stunden bei 0°C gehalten, worauf mit gesättigtem NaHCO₃ verdünnt und mit Äther extrahiert wird. Nach dem Waschen des ätherischen Extrakts mit gesättigtem NaHCO₃, Trocknen über MgSO₄ und Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum wird das rohe Tosylat (∼70% durch Dünnschichtchromatographie) in 2 ml wasserfreiem MeOH zusammen mit 25 mg NaHCO₃ suspendiert und 20 Stunden unter N₂ auf 58°C erwärmt. Das Reaktionsgemisch wird anschließend mit gesättigtem NaCl verdünnt und mit Äther extrahiert. Die ätherischen Extrakte werden mit Wasser gewaschen, über MgSO₄ getrocknet, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Präparative Dünnschichtchromatographie (10×20 cm, 750 µm Siliciumdioxidgel, 6,4 Skellysolve B : Äthylacetat) ergibt 2,5 mg des gewonnenen 24R,25-(OH)₂D₃ und 4,4 mg 24R,25-Dihydroxycyclovitamin D (2d): Massensprektrum: (m/e) 430 (15), 398 (65), 253 (40), 159 (45), 119 (55), 59 (100); NMR-Spektrum: δ 0,55 (3H, s, 18-H₃), 0,74 (2H, m, 4-H₂), 0,94 (3H, d, J=6,2 Hz, 21-H₃), 1,17 (3H, s, 26-H₃), 1,22 (3H, s, 27-H₃), 3,26 (3H, s, 6-OCH₃), 3,34 (1H, m, 24-H), 4,17 (1H, d, J=9,0 Hz, 6-H), 4,88 (1H, m (scharf), 19 (Z)-H), 5,00 (1-H, d, J=9,0 Hz, 7-H), 5,04 (1H, m (scharf), 19 (E)-H).

Claims

1. Cyclovitamin D-Derivate der allgemeinen Formel I worin Z ein Wasserstoffatom, einen C₁-C₄-Alkyl-, einen C₁-C₄-Acyl- oder einen Benzoylrest und R eine der folgenden Gruppierungen bedeutet, wobei R₁, R₂ und R₃ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Hydroxygruppe, einen C₁-C₄-Alky-, einen O-C₁-C₄-Alkyl-, einen O-C₁-C₄-Acyl-, einen O-Benzoylrest oder ein Fluoratom, und R₄ ein Wasserstoffatom oder einen C₁-C₄-Alkylrest bedeuten, mit der Maßgabe, daß bei gesättigter Steroidseitenkette R₂ kein Wasserstoffatom sein kann, falls Z ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe und sowohl R₁ als auch R₃ ein Wasserstoffatom bedeuten.

2. Verbindung nach Anspruch 1, worin Z eine Methylgruppe bedeutet.

3. 25-Hydroxy-6-methoxy-3,5-cyclovitamin D₃.

4. 6-Methoxy-3,5-cyclovitamin D₂.

5. 24,25-Dihydroxy-6-methoxy-3,5-cyclovitamin.