-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung
von Phytofluen (7,8,11,12,7',8'-Hexahydrolycopin)
der Formel I.
-
-
Phytofluen
ist ein begehrter Wirkstoff zum Schutz der Haut vor durch Sauerstoff
oder durch UV-Strahlung induzierten Schäden (u.a. beschrieben in WO
03/041678 und WO 00/13654).
-
Phytofluen,
eine Vorstufe der Biogenese des Carotinoids Lycopin, kann zwar aus
natürlichen
Quellen isoliert werden. Jedoch ist die Verfügbarkeit dieser Quellen begrenzt,
und, da Phytofluen von anderen biogenetischen Vorstufen wie z.B.
Phytoen oder Zeta-Carotin begleitet wird, ist es außerdem schwierig,
auf diesem Weg zum reinen Wirkstoff zu gelangen.
-
Die
Strategie der Wahl ist daher die chemische Totalsynthese. Die synthetische
Herausforderung bei Phytofluen besteht in seiner unsymmetrischen
Molekülstruktur
(Bindung C11-C12 ist
gesättigt;
Bindung C11'-C12' ist
olefinisch).
-
Aus
dem Stand der Technik ist folgendes Verfahren zur Herstellung von
Phytofluen bekannt (J. Chem. Soc. C., 1966, 2154 f.; Proc. Chem.
Soc. 1961, 261):
Das technisch verfügbare Nerolidol VII wird über zwei
Stufen in den Aldehyd VIII überführt. Anschließend wird die
Doppelbindung C11'-C12' durch Wittig-Horner-Reaktion
von VIII mit dem Phosphonat IX eingeführt. Es schließt sich
die Reduktion des Esters X zum Alkohol XI und dessen Reoxidation
mit Braunstein zum Aldehyd V an.
-
-
In
der letzten Stufe wird V mit dem aus Geranyllinalool zugänglichen
Phosphoniumsalz VI nach Wittig zu Phytofluen kondensiert.
-
-
Der
entscheidende Nachteil dieser Synthese besteht in der außerordentlich
umständlichen
und vielstufigen Überführung von
VII in den Aldehyd V. Die Stufen Alanat-Reduktion (X → XI) und Braunsteinoxidation (XI → V) beinhalten
teures und – bei
LiAlH4 – gefährliches
Feststoffhandling. Zudem ist das Phosphonat IX technisch nicht verfügbar und
muss über
weitere zwei Stufen aus β-Methyl-crotonester
hergestellt werden (J. Chem. Soc. C., 1968, 1984 f.). Aufgrund dieser
Nachteile stellt diese Synthese keinen technisch und ökonomisch
interessanten Zugang zu Phytofluen dar.
-
Es
war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung von Phytofluen bereitzustellen, die die Nachteile
des o.g. Standes der Technik nicht aufweisen.
-
Diese
Aufgabe wurde gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung von Phytofluen der Formel I,
dadurch
gekennzeichnet, dass man
- a) ein Phosphoniumsalz
der Formel II, bei dem R1 für Aryl und
X– für das Anionenäquivalent
einer anorganischen oder organischen Säure steht, mit einem Aldehyd
der Formel III in einer Wittig-Reaktion
zu einem Acetal der Formel IV kondensiert, wobei
die Substituenten R2 und R3 unabhängig voneinander
für C1-C8-Alkyl stehen
oder gemeinsam mit den Sauerstoffatomen und dem Kohlenstoffatom,
an denen sie gebunden sind einen 1,3-Dioxolan- oder 1,3-Dioxan-Ring
der folgenden Strukturen bilden können, in denen R4 und
R5 sowie R6 jeweils
unabhängig
voneinander Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl bedeuten können,
- b) das Kondensationsprodukt der Formel IV einer sauer katalysierten
Acetalhydrolyse zum Aldehyd der Formel V unterwirft
- c) und V in einer weiteren Wittig-Reaktion mit einem Phosphoniumsalz
der Formel VI, bei dem
R7 für
Aryl und Y– für das Anionenäquivalent
einer anorganischen oder organischen Säure steht, zu Phytofluen kondensiert.
-
Im
Falle von offenkettigen Acetalen seien als Alkylreste für R2 und R3 lineare
oder verzweigte C1-C8-Alkylketten,
z.B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, 1-Methylethyl, n-Butyl, 1-Methylpropyl,
2-Methylpropyl, 1,1-Dimethylethyl, n-Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl,
3-Methylbutyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, n-Hexyl, 1,1-Dimethylpropyl,
1,2-Dimethylpropyl, 1-Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl,
4-Methylpentyl, 1,1-Dimethylbutyl, 1,2-Dimethylbutyl, 1,3-Dimethylbutyl,
2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl,
2-Ethylbutyl, 1,1,2-Trimethylpropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl,
1-Ethyl-2-methylpropyl,
n-Heptyl und n-Octyl genannt.
-
Bevorzugte
Alkylreste für
R2 und R3 sind Methyl,
Ethyl, n-Propyl und 1-Methylethyl, besonders bevorzugt Methyl und
Ethyl.
-
Als
Alkylreste für
R4 bis R6 seien
lineare oder verzweigte C1-C4-Alkylketten,
z.B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, 1-Methylethyl, n-Butyl, 1-Methylpropyl,
2-Methylpropyl und 1,1-Dimethylethyl genannt.
-
Bevorzugte
Reste für
R4 bis R6 sind Wasserstoff
und Methyl.
-
Der
Begriff Aryl für
R1 und R7 bezeichnet übliche,
in Phosphoniumsalzen vorkommende Arylreste, wie Phenyl, Toluol,
Naphthyl, ggf. jeweils substituiert, bevorzugt Phenyl.
-
Die
Reste X– und
Y– stehen
für ein
Anionenäquivalent
einer anorganischen oder organischen Säure, bevorzugt einer starken
anorganischen oder organischen Säure.
-
Der
Ausdruck starke Säure
umfasst Halogenwasserstoffsäuren
(insbesondere Salzsäure
und Bromwasserstoffsäure),
Schwefelsäure,
Phosphorsäure,
Sulfonsäuren
und andere anorganische oder organische Säuren mit vergleichbarem Dissoziationsgrad.
Als starke organische Säuren
sind in diesem Zusammenhang auch C1-C6-Alkansäuren
wie Ameisensäure,
Essigsäure,
Propionsäure,
Buttersäure
sowie Capronsäure
zu verstehen.
-
Besonders
bevorzugt sind Anionen solcher Säuren,
ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure und
Sulfonsäuren zu
nennen. Ganz besonders bevorzugt Cl–,
Br–,
CnH2n+ 1-SO3 – (mit n = 1–4), Ph-SO3 –, p-Tol-SO3 – oder
CF3-SO3 –.
-
Der
erste Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet die
Olefinierungsreaktion eines Phosphoniumsalzes der allgemeinen Formel
II mit einem C
5-Acetalaldehyd der allgemeinen
Formel III,
in denen
die Substituenten die bereits eingangs genannte Bedeutung haben.
-
Als
Ausgangsverbindung verwendet man Nerolidol VII, das in an sich bekannter
Weise (J. Chem. Soc. C., 1966, 2154 f.) in das Phosphoniumsalz der
Formel II überführt werden
kann. Beschrieben ist dieser Prozess für X– =
Bromid, X– kann
aber auch das Anion anderer starker Säuren, wie z.B. Chlorid, Hydrogensulfat oder
Sulfonat bedeuten.
-
Die
Kondensation des Phosphoniumsalzes II mit dem Aldehyd III nach Wittig
zu einem C20-Acetal der Formel IV wird unter
den für
diese Reaktionen typischen Bedingungen durchgeführt (siehe Carotenoids, Vol. 2, "Synthesis", S. 79 ff.; Birkhäuser Verlag,
1996, und dort zitierte Literatur).
-
Die
Kondensation von II mit III kann beispielsweise in einem inerten
organischen Lösungsmittel
z.B. in offenkettigen oder cyclischen Ethern wie Diethylether, Diisopropylether,
Methyl-tert.butylether, 1,4-Dioxan oder THF, in halogenierten Kohlenwasserstoffen
wie Dichlormethan, Chloroform, in aromatischen Kohlenwasserstoffen
wie Toluol, Xylol oder Benzol oder in polaren Lösungsmitteln wie Dimethylformamid,
Dimethylsulfoxid oder Acetonitril durchgeführt werden. Bevorzugte Lösungsmittel
sind Diethylether, Toluol, THF und DMSO oder Mischungen davon.
-
Als
Base können
alle für
derartige Kondensationen üblichen
Basen verwendet werden, z.B. Alkalimetallhydroxide wie Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid oder Lithiumhydroxid; Alkalimetallhydride wie Natriumhydrid
oder Kaliumhydrid.
-
Als
Basen kommen außerdem
Lithiumorganyle wie z.B. n-Butyllithium, tert. Butyllithium, Phenyllithium oder
Alkalimetallamide wie Lithium-, Kalium- oder Natriumamid, Lithium-diisopropylamid
aber auch Alkalimetallhexamethyldisilazide in Frage. Als bevorzugte
Base für
die erfindungsgemäße Wittig
Reaktion werden Natrium- oder Kaliumhexamethyldisilazid, n-Butyllithium
sowie Kalium- oder Natriumamid eingesetzt.
-
Die
Menge an eingesetzter Base liegt in der Regel im Bereich von 0,8
bis 5 Mol, bevorzugt 1 bis 3 Mol pro Mol, des eingesetzten Phosphoniumsalzes
II.
-
Wenn
X– ein
Halogenidanion ist, können
auch Oxirane vorteilhaft als latente Basen eingesetzt werden (siehe
Chem. Ber. 1974, 107, 2050).
-
Vorzugsweise
werden für
diese Wittig-Reaktion als Basen Lithiumorganyle in Hexan oder Lösungen von
Alkalimetallalkoholaten im korrespondierenden Alkohol oder Oxirane,
vor allem 1,2-Epoxibutan, ohne zusätzliches Solvens oder im Gemisch
mit einem der obengenannten Lösungsmittel
oder einem niederen Alkanol verwendet.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
von Verfahrensschritt a) ist dadurch gekennzeichnet, dass man als Phosphoniumsalz
das Bromid der Formel IIa
und als Aldehyd eine Verbindung
der Formel IIIa verwendet,
in der die Substituenten
R
4 und R
5 unabhängig voneinander
Wasserstoff und/oder Methyl, bevorzugt jeweils gemeinsam Wasserstoff
oder Methyl, besonders bevorzugt gemeinsam Methyl bedeuten.
-
Die
Herstellung des Phosphoniumsalzes II kann in an sich bekannter Weise
aus Nerolidol VII erfolgen (J. Chem. Soc. C., 1966, 2154 f.). Beschrieben
ist dieser Prozess für
X– =
Bromid, X– kann
aber auch das Anion anderer starker Säuren, wie z.B. Chlorid, Hydrogensulfat
oder Sulfonat bedeuten.
-
Aldehyde
des Typs III sind als Bausteine für technische Polyensynthesen
bekannt („Carotenoids", Vol. 2., „Synthesis", p. 125 f.; Birkhäuser Verlag,
1996, und dort zitierte Literatur).
-
Im
Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Acetalgruppe in IV bzw. IVa zur Aldehydfunktion V hydrolysiert.
-
Prinzipiell
sind hier alle dem Fachmann bekannten Bedingungen zur vorzugsweise
sauer katalysierten Acetalspaltung geeignet, z. B. mit verdünnten Mineralsäuren wie
Schwefelsäure.
Es hat sich als besonders geeignet erwiesen, die Hydrolyse der Acetalfunktion
mit Zitronensäure
zu katalysieren. Die Zitronensäure
wird zweckmäßigerweise
in einer Menge von 5 bis 50 Mol-%, vorzugsweise 20 bis 30 Mol-%,
bezogen auf die Verbindung der Formel IV bzw. Iva, eingesetzt. Die
Hydrolyse erfolgt vorzugsweise in wässrigen Medien, insbesondere
in einem Gemisch von Wasser mit einem wassermischbaren organischen
Lösungsmittel,
wie C1-C4-Alkanolen,
z.B. Methanol, Ethanol oder Isopropanol, bevorzugt Ethanol bei einer
Temperatur von geeigneterweise 0°C
bis zum Siedepunkt des Lösungsmittels,
vorzugsweise 25°C
bis 55°C.
-
Im
letzten Schritt des Verfahrens wird der so erhaltene Aldehyd V in
an sich bekannter Weise (J. Chem. Soc. C., 1966, 2154 f.) mit dem
Phosphoniumsalz VI zu Phytofluen umgesetzt. Diese Umsetzung erfolgt
unter Bedingungen, die für
eine Wittig-Reaktion typisch sind, wozu auf die eingangs genannten
Ausführungen
verwiesen wird.
-
Als
bevorzugtes Phosphoniumsalz VI verwendet man Geranylgeranyltriphenylphosphoniumbromid der
Formel VIa
-
Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung des C
20-Aldehyds der Formel V,
dadurch
gekennzeichnet, dass man
- a) ein Phosphoniumsalz
der Formel II, bei dem R1 für Aryl und
X– für das Anionenäquivalent
einer anorganischen oder organischen Säure steht, mit einem Aldehyd
der Formel III in einer Wittig-Reaktion
zu einem Acetal der Formel IV kondensiert, wobei
die Substituenten R2 und R3 unabhängig voneinander
für C1-C8-Alkyl stehen
oder gemeinsam mit den Sauerstoffatomen und dem Kohlenstoffatom,
an denen sie gebunden sind einen 1,3-Dioxolan- oder 1,3-Dioxan-Ring
der folgenden Strukturen bilden können, in denen R4 und
R5 sowie R6 jeweils
unabhängig
voneinander Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl bedeuten können,
- b) das Kondensationsprodukt der Formel IV einer sauer katalysierten
Acetalhydrolyse zum Aldehyd der Formel V unterwirft.
-
Einzelheiten
zu den Verfahrensschritten a) und b) finden sich in den bereits
eingangs gemachten Ausführungen.
-
Gegenstand
der Erfindung sind außerdem
Acetale der allgemeinen Formel IV,
in der
die Substituenten R
2 und R
3 unabhängig voneinander
für C
1-C
8-Alkyl stehen
oder gemeinsam mit den Sauerstoffatomen und dem Kohlenstoffatom,
an denen sie gebunden sind einen 1,3-Dioxolan- oder 1,3-Dioxan-Ring
der folgenden Strukturen bilden können,
in denen R
4 und R
5 sowie R
6 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff
oder C
1-C
4-Alkyl bedeuten können.
-
Bezüglich einer
näheren
Beschreibung der Substituenten R2 bis R6 sei auf die eingangs gemachten Ausführungen
hingewiesen.
-
Bevorzugt
ist das Acetal der Formel IVa
-
Anhand
der folgenden Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
-
Beispiel 1:
-
a. Herstellung des Acetals
IVa
-
30,12
g (55 mmol) Farnesyltriphenylphosphoniumbromid IIa (X– =
Bromid) wurden in 1000 ml Diethylether suspendiert. Bei 0°C bis +5°C ließ man innerhalb
von 30 min. 31,0 g einer 15 %igen Lösung von n-Butyllithium in
Hexan (= 66,5 mmol Butyllithium) zulaufen. Man rührte die entstandene dunkelrote
Lösung
30 min. bei 0°C
bis +5°C
nach und tropfte bei dieser Temperatur dann eine Lösung von
9,43 g (51 mmol) Aldehyd IIIa (R4 und R5 = Methyl) in 100 ml Diethylether zu.
-
Nach
einstündigem
Nachrühren
bei 0°C
bis +5°C
tropfte man 200 ml Eiswasser zu. Die organische Oberphase wurde
abgetrennt, zweimal mit je 200 ml Eiswasser gewaschen, über Natriumsulfat
getrocknet und am Rotationsverdampfer eingeengt. Das Rohprodukt
wurde mittels Flash-Filtration an Kieselgel (Eluens: Cyclohexan/Methyl-tert.butylether
4/1) gereinigt. Man erhielt 19,0 g Acetal IVa als zähes gelbliches Öl, das in
dieser Form direkt in die Acetalspaltung eingesetzt wurde.
-
b. Herstellung des Aldehyds
V
-
19,0
g Acetal IVa aus Beispiel 1a) wurden in 200 ml Ethanol gelöst. Dann
gab man eine Lösung
von 2,9 g (13,7 mmol) Zitronensäure
in 48 ml Wasser und erhitzte 1 Stunde unter Rückfluss. Das Reaktionsgemisch
wurde mit 550 ml Hexan und 220 ml Essigester verdünnt, zweimal
mit je 40 ml gesättigter
Natriumbicarbonatlösung
und einmal mit 40 ml gesättigter
Kochsalzlösung
gewaschen. Die vereinigten Wasserphasen wurden zweimal mit je 80
ml eines Gemisches aus Hexan/Essigester = 1/1 re-extrahiert.
-
Die
beiden organischen Phasen wurden vereinigt, mit 40 ml gesättigter
Kochsalzlösung
nachgewaschen und zusammen mit der ersten organischen Phase über Natriumsulfat
getrocknet. Das Lösungsmittel wurde
am Rotationsverdampfer bei 50°C
bis 20 mbar abdestilliert.
-
Der
Eindampfrückstand
wurde mittel Flash-Chromatographie an Kieselgel (Eluens: Cyclohexan/Essigester
= 20/1) gereinigt.
-
Man
erhielt 13,4 g Aldehyd V. Dies entsprach einer Ausbeute von 92 %
d. Th., bezogen auf eingesetzten Aldehyd IIIa.
-
c. Herstellung von Phytofluen
-
26,2
g (42,5 mmol) Geranylgeranyltriphenylphosphoniumbromid VI (X– =
Bromid) wurden in 770 ml Diethylether suspendiert. Bei 0°C bis +5°C ließ man 21,7
g einer 15 %igen Lösung
von n-Butyllithium in n-Hexan zulaufen (= 50,8 mmol Butyllithium).
Die entstandene dunkelrote Lösung
wurde 30 min. bei 0°C
bis +5°C
nachgerührt.
Dann tropfte man innerhalb von 30 min. eine Lösung von 11,1 g (38,8 mmol)
Aldehyd V zu und rührte 1
Stunde bei 0°C
bis +5°C
nach. Anschließend
wurde der Ansatz durch Zutropfen von 150 ml Eiswasser hydrolysiert.
Die organische Oberphase wurde abgetrennt, zweimal mit je 150 ml
Eiswasser gewaschen, über Natriumsulfat
getrocknet und am Rotationsverdampfer bei 50°C bis 20 mbar eingedampft.
-
Das
Rohprodukt wurde durch Flash-Chromatographie an Kieselgel (Eluens:
Cyclohexan) gereinigt. Man erhielt 14,9 g Phytofluen (E/Z-Isomerengemisch)
als gelbes Öl.
Ausbeute: 70,7 % d. Th.