Download pdf - Über die Pyro-vitamine D3 und ihre Dehydro-derivate

JUSTUS LIEBIGS ANNALEN DER CHEMIE

53r. Band

Ober die Pyro-vitamine D3

und ihre Dehydro-derivate; von A. FVindaus, JC Beppe und C. Roosen-Runge.

[Aus dem Allgem. Chemischen Universitiita-Laboratorium Giittingen.] (Eingelaufen am 8. November 1938.)

In einer Ende 1937 veroffentlichten Arbeit haben W i n d a u s , Deppe und Wunder l i ch l ) iiber einige Be- strahlungeprodukte des 7- Behydro - cholesterins (Lumisterin,, Tachysterin, und Vitamin D,) berichtet. Bei der Bedeutung, die das Vitamin D, als Hauptvitamin des Lebertrans besitzt, haben wir die Versuche fortgesetzt und beschreiben in der vorliegenden Arbeit die Pyro-derivate des Vitamins I), nnd ihr Verhalten bei der Dehydrierung mit Mercnriacetat. Als Vorbild haben nns dabei die entsprechenden Versuche von I(. Dimroth,) am Vitamin D, (Calciferol) gedient; doch sind die Arbeiten am Vitamin D, schwieriger, weil das Material kostbarer ist und weil die Umsetzungsprodukte des D, weniger leielit krystallisieren.

Beim Erhitzen des Vitamins I), auf 200° entstehen, wie bekannt , 2 Umwandlungsprodnkte, das Pyro-calciferol und das Iso-pyro-calciferol, die zusammen ein partielles Racemat bilden. Es ist nachgeaiesen worden, daB diese thermische Umwandlung des Vitamins 1), darin besteht, daQ die bei der Ultraviolettbestrahlnng des Ergosterins aufgespaltene Bin- dung zwischen C, und C,, wieder geschlossen wird.

I) A. 53.7, 118 (1938). *) B. 70, 376 (1937).

Amelen der Chemie. 607, Band. 1

2 W i n d a u s , Deppe und Roosen-Runge ,

CH, /'eH11 CH, /'aHt7 n i / \

CH3I I J (y) - + @?\/-- /\:/A/-

k" r0 p F I / v \

I1 Pyro-celciferole H ' la/U

I Vitamin DB

Da hierbei die Kohlenstoffatome 9 nnd 10 asymmetrisch werden, Kind im ganzen 4 Stereo-isomere moglich, die im Ergosterin, Lumisterin, Pyro-calciferol und Iso-pyro-calci-

c, c,, ferol vorliegen. Ergosterin l) . . . . . . . . . . . . + 3.

f Iso-pyro-calciferol . . . . . . . . . Lumisterin - . . . . . . . . . . . . + Pyro-calciferol. . . . . . . . . . . -

-

- Die Zusammengehorigkeit der 4 Isomeren ist dadurch

bewiesen worden, daO Ergosterin und Iso-pyro-calciferol bei der Uehydrierung mit Mercuriacetat beide Dehydro -ergosterin (111) liefern, wahreud Lumisterin und Pyro-calciferol in Dehydrolnmisterin (IV) ubergehen z).

/ \ I / cH3<cQH1' (\77' /\A\/

C d _I /\I/\/+

I OH I I1 H A / \ /

! OH pE131i *K/\/

I11 Dchydro-ergosterin IV Dehydro-lumisterin

Beim Erhitzen von VitaminD, anf ZOOo entstehen, wie aus dem Vitamin I) 2 Pyro-derivate, die wir Ppo-vitamin D, uiid Iso-pyro-vitamin L), nennen wollen. 2::

l) Die Wahl dervorzeichen + C, + C,, beim Ergosterin ist willkiirlich. *) Die stereoiuorneren Sterine, die sich vom Ergosterin durch die

sterische Anordnung an C, und C,, unterscheiden, sind bemerkenswert. weil sich miiglicherweise die Bufo- cholsnsauren, das Samentogenin und die sog. ,,Uran-derivate" von M a r k e r u. a. von solchon Stereo- isomeren ableiten. Eine experimentelle Priifung dieser Hypothese er- scheint durchaus moglich [vgl. auch J. B s r n e t t u. T. R e i c h s t e i n , Hclv. 21, 926 (1938)l.

Uher die Pyro-vitamine D3 und ihre Dehydrodeiivate. 3

Das Pyro-vitamin D3, das wir nicht krystallisiert erhalten haben, gibt ein krystallisiertes m-Dinitro-benzoat vom Schmelzp. 142 ein p-Nitro-benzoat vom Schmelzp. 93 O

und ein Acetat vom Schmelzp. 1219 Das Iso-pyro-vitamin D, gibt ein m-Dinitro-benzoat vom Schmelzp. 170' und ein p-Nitro- benzoat vom Schmelzp. 150O. Der freie Alkohol und das Acetat wurden bis jetzt nicht krystallisiert erhalten.

Die weitere Untersucliung erstreckte sich auf die De- hydrierung der 4 Isomeren 7-Dehydro-cholesterin, Lumi- sterin,, Pyro-vitamin D3 und Iso-pyro-vitamin D,.

Das 7-Uehydro-cholesterin (d6,,-Cholesta-dien-3-ol) wurde zunachst als freier Alkohol mit Mercuri - acetat dehydriert: es entstand ein Tetradehydro-cholesterin (LI~,,,~, ll-

Cholesta-trien-3-01) vom Schmelzp. 112 O, das dasselbe Spek- trum besaS wie das Dehydro-ergosterin (Maximum bei 313 mp). Das sch6n krystallisierte Acetat schmolz bei 88-89O. Es kann durch Acetylierung des Tetradehydro-cholesterin-acetats erhalten werden. Das Uinitro-benzoat des Tetradehydro- cholesterins krystallisiert i n Nadeln und schmilzt bei 205 9

Da das Iso-pyro-vitamin D, und sein Acetat nicht krystallisieren, haben wir das entsprechende Dinitro- benzoat vom Schmelzp. 170 O mit Mercuriacetat dehydriert und haben nach einigen Y'ersuchen dasselbe Dinitro - benzoat vorn Schmelzp. 205 isolieren kSnnen, wie bei der Uehydrierung des '7-Dehydro-cholesterin-dinitro-benzoats. Daraus geht hervor, daB sich 7 - Dehydro- cholesterin und Iso-pyro-vitamin D, nur durch die sterische Anordnung der Substituenten an C, unterscheiden.

Wir baben dann die entsprechenden Versuche mit dem Lumisterin, und dem Pyro-vitamin D, vorgenommen. l)as Pyro-vitamin D3-acetat gibt dabei ein Uehydro-acetat vom Schmelzp. 103-104°, das das erwartete Spektrum (Maximurn 313 mp) besitzt. Auch das Dinitro-benzoat des Pyro-vitamins D, gibt ein krystallisiertes Uehydro-derivat vom Schmelz- punkt 120 '. VerbiiltnismaBig schwierig erwies sich die Dehydrierung des Lumisterins, und seiner Uerivate; bei Zimmertemperatur wird es sehr langsam angegriffen und bei erhohter Temperatur liefert es keine krystallisierten

1*

4 Windaus, D e p p e und R o o s e n - R u n g e ,

Beaktionsprodnkte. Endlich haben wir Erfolg gehabt, als wir Lumisterin,-dinitro-benzoat 150 Stunden bei Zimmertempe- ratnr mit Mercuriacetat dehydrierten. Wir erhielten in ziemlich geringer dusbeute ein Dehydro-derivat, das sich mit dem Debydro - derivat des Pyro -vitamin D,-dinitro-benzoats als identisch erwies. Wir nennen es Uehydro-lumisterin,. Dadurch ist bewiesen, daD sich Lumisterin, und Pyro-vitamin D, nur dnrch die sterische Anordnung der Substituenten an C, nnter- scheiden.

Die Formeln der hier beschriebenen Verbindungen kirnnen also in der folgenden Weise wiedergegeben werden:

CEI, ,Wl, / \ I / \

p PH311 H /\/

V 'i-Dehydro-cholesterin VI Lumisterin,

C H , F i I p/' /-- OH I Ii

VII Iso-pyro-vitamin I),

CH, /'SH17

IX Tetradehydro-cholesterin X Dehydro-lumisterin,

Beschreibung der Versuche. P y r o - d e r i v a t e des V i t a m i n s I&.

Isolieruiig als m-Diltitro-benzoate: 1 g Vitamin L), wird in ein evakuiertes Glasrohr eingeschmolzen nnd 7 Stunden in siedendem Tetralin (205 ') erhitzt. Nach dem Erkalten

Uber die Pyro-vitamine B3 und ihre Dehydro-derivate. 5

ist im Rohr eine glasig erstarrte gelbe Masse vorhanden, die keine Neigung zu Krystallisation besitzt; sie wird darum in wenig Pyridin geliist und mit 1 g m-Dinitro-benzoyl-chlorid verestert. Nach der ublichen Aufarbeitung scheiden sich a m Ather-Methanol schone orange gefarbte Nadeln ab, die in kaltem Aceton schwer, in siedendem $ceton und in Chloro- form ziemlich leicht loslich sind. Nach dem Umkrystallisieren aus Chloroform-Methanol liegt der Schmelzpunkt bei 1709 Ausbeute 220 mg.

10,7 mg Subst., 2 ccm Chloroform, 1 = 1 dm, uD = -I- 1,70°. = 4- 318O.

4,789 mg Subst.: 12,410mg CO,, 3,470mg H,O. - 3,624mg Subst.: 0,152 ccm N4 (19", 761 mm).

C,,H,,O,N, Ber. C 70,55 H 8,Ol N 4,84 Gef. ,, 70,67 ,, 8 , l O ,, 4,91.

Wir bezeichnen diesen Stoff als das Uinitro-benzoat des Iso-pyro-vitamins D, (VII).

Aus den Mutterlaugen dieses Dinitro-benzoats krystallisieren nach einigem Stehen aus Aceton-Methanol derbe gelbe Nadeln aus, deren Schmelzpnnkt nach mehrfachem Umkrystallisieren bei 142 liegt. Ausbeute 700 mg.

9,6 mg Subst., 2 ccm Chloroform, I = 1 dm, a, = + 1,06".

4,798 mg Subst.: 12,375 mg CO,, 3,390 mg H,O. - 3,940 mg Subst.: [a]hQo= + 221O.

0,166 ccm N, (20" 759 mm). C,,H,,O,N, Ber. C 70,55 H 8,01 N 4,84

Cef. ,, 70,34 ,, 7,90 ,, 4,SO.

Dieser Stoff ist das Dinitro-benzoat des Pyro- vitamins D, (VIII).

Da die vollstLndige Treanung der beiden Dinitro- benzoate wegen ihrer nicht sehr verschiedenen Loslichkeit ziemlich schwierig ist, haben wir die Xufarbeitung des ther- misch zersetzten Vitamins I), mit Hilfe anderer Ester versucht.

Isolierzmg als p-Nitro-belzzoat'e : 1 g in Tetralindampf erhitztes Vitamin D, wird mit Pyridin und p-Nitro-benzoylchlorid stehen ge- laesen. Nach der ublichen Aufarbeituog erhLlt man als schwerer los- lichen Anteil feine, fast weiBe Blgttchen, die nach mehrmaligem Umkrystallsieren BUS Ather-Methanol bei 150 O schmelzen.

9,4 mg Subst., 2 ccm Chloroform, 2 = 1 dm, a, = + 1,560. [ a ] g o = + 332O.

6 Win da us , B e p p e und Ro o s e n - R u ng e

4,830 mg Subst.: 13,525 mg CO,, 3,850 mg Q O . - 6,048 mg Subst.: 0,139 ccm Ns (22,5O, 756 mm).

C,,H,,O,K Ber. C 76,52 H 8,88 N 2,63 Gef. ,, 76,42 ,, 8,92 ,, 2,64.

Dieser Stoff ist ein Uerivat des Iso-pyro-vitamins D3, denn durch Perseifen und Veresterung mit m-Uinitro- benzoylchlorid erhait man das Iso-pyro-sitamin I),-dinitro- benzoat vom Schmelzp. 1704

Xus den Mutterlaugen des Iso-pyro-vitamin I),-p-nitro- benzoate kommt nach langerem Stehen ein in feinen hell- gelben Xadeln krystallisierender Stoff, dcr nach mehrmaligem Umkrystallisieren au8 Aceton-Methanol konstant bei 93' schmilzt.

8,0 mg Subst., 2 ccm Chloroform, 1 = 1 dm, a, = + 0,85O. = f 212O.

4,150 mg Subst.: 13,315 mg CO,, 3,796 mg H,O. - 3,389 rng Subst.: 0,078 ccm N, (22,5O, 756 mm).

C,,H,,O,N Ber. C 76,52 H 8,88 N 2,63 Gef. ,, 76,45 ,, 8,94 ,, 2,64.

Der Stoff ist ein Derivat des Pyro-vitamins Ds (VIIII; denn er lat sich in daa Pyro-vitamin D,-dinitro-benzoat vom Schmelsp. 143O iiberfiihren.

Die Trennung der beiden stereoisomeren pNitro-benzoate ist nicht ganz einfach und miblingt biswcilen, menu man beim Umkrystallisieren aus Aceton-Methanol zu vie1 Methanol hineugibt. Wir haben darum noch die Acetate versucht.

Isoiiieruwg aZs Acetate: 2 6 Vitamin D, werden 10 Stuuden im Dampf von siedendem Dekalin (1880) erhitzt; das erhaltene Reaktions- produkt wird in Pyridin sufgelost uud nach Zusatz von 5 ccm Essig- siinreanhyddd 14 Stundeu stehen gclassen ; d a m wird die Losung vor- sichtig und tropfenweise mit Wasser versetzt, bis sich Krystalle ab- zuscheiden beginnen; diese werden abfiltriert, mit weiiig Methylalkohol gewaschen und nach dem Trocbnen im Exsiccator aus Ather-Petrol- iither umkrystallisiert; man erhslt so das Acetat in schonen, weiBen Nadeln, die bei 121O schmelzen; sie sind in siedendem Ather leicht loslich, in kaltem Methanol schwer loslich. Ausbeute 1 g.

11,2 mg Subst., 2 ccm Chloroform, 1 = 1 dm, an = + 2,40°.

5,170 mg Subst.: 15,420 mg CO,, 4,970 mg H,O. = f 428".

C,,H,,O, Ber. C 81,62 H 10,88 Gef. C 81,39 H 10,75.

Ober die Pyro-vitamine D3 und ihre Deh9dro-derivate. 7

Das Acetat leitet sich vom Pyro-vitamin D, (VIII) ab; denn es lii5t sieh auch ane dem Pyro-vitamin D,-dinitro-benzoat vom Schmelz- punkt 143 a gewinnen.

Aus den Mutterlaugen dee Acetats vom Schmelzp. 1210 haben wir das Iso-pyro-vitamin Ds-acetat nicht in krystallisiertem Zustande zu isolieren vermocht. Dagegen haben wir durch Verseifen der Mutter- laugen und durch Behandeln des Verseifungsprodukts mit Dinitro- benzoylchlorid das Is0 - pyro -vitamin D, - dinitrobenzoat (VII) vom Schmelzp. 170° isolieren k6nnen.

D e h y d r i e r un gs v e r such e. a) Dehydrieruny des ‘7-Dehydro-c~oleste1.ins (V).

1 g 7-Dehydro-cholesterin wird in 10 ccm Chloroform gelbst und die Losung rnit 2,28 g Mercuriacetat in 50 ccm Eisessig versetzt; nach 2-stundigem Stehen bei Zimmer- temperatur wird das ausgeschiedene Mercuro-acetat abfiltriert und das Filtrat nach Zusatz von Wasser mit Chloro- form ausgeschiittelt; der Chloroform-Aaszug wird grundlich rnit Wasser gewaschen, getrocknet und eingedampft; der Riickstand krystallisiert aus Aceton-Methanol in Nadeln oder glanzenden Blattcben, die bei 112 O schmelzen. Ausbeute nur 0,20 g. Versuche, die Ausbeute durch langeres Schutteln oder durch Dehydrieren bei erhohter Temperatur zu ver- bessern, fiihrten nicht zum Ziel.

10,3 mg Subst., 2 ccm Chloroform, 2 = 1 dm, aD = + 0,75O. = + 146’ .

Die Analyse des freien Alkohols liefert leicht zu niedrige Kohlen- stoffwerte, da der Stoff Krystallwasser enthiilt, das sich nur sehr schwer entfernen la&.

Etwas glatter als beim Dehydro-cholesterin selbst ge- lin gt die Dehydrierung des 7-Dehydro-cholestery~-acetats:

0,82 g 7-Dehydro-cholesteryl-acetat werden in 8 ccm Chloroform gelost und rnit 1,91 g Mercuriacetat in 40 ccm Eisessig versetzt; nach 2-stundigem Stehen wird das Material in der eben beschriebenen Weise aufgearbeitet; dabei erhalt man nach dem Umkrystallisieren aus Ather-Methanol schone Nadeln vom Schmelzp. 88-89O, die das gesuchte Tetra- dehydro-cholesteryl-acetat (IX) darstellen. Ausbeute 225 mg.

[a ]” ,~ = f 2200. 8,O mg Subst., 2 ccm Chloroform, 1 = 1 dm, aD 5;: f O,8S0.

8 Findaus, B e p p e und Roosen-Ruri.Lge,

4,606 mg Subst.: 13,865 mg CO,, 4,290 m g H,O. C,,H,O, Ber. C 82,Ol H 10,45 Gef. C 82,lO H 10,42.

Dasselbe Acetat erhiilt man auch bei der Acetyliernng des Tetradehydro-cholesterins vom Schmelzp. 112 O.

Wir haben dann auch noch das 7-Dehydro-cholesteryl- dinitrobenzoat dehydriert. 1 g dieser Verbindung wird in 50 ccm Chloroform gelost, mit 2,3 g Meremiacetat in 48 ccm Eisessig versetzt und 60 Stnnden bei Zimmertempe- ratur geschiittelt. Nach der ublichen Aufarbeitung erhait man BUS Chloroform-Methanol orangefarbige Nadeln, die bei 205O schmelzeo. Mit dem Ausgangsmaterial gibt das Dehydro - derivat keine Schmelzpunktserniedrigung; die optische Drehnng ist aber ganz verschieden.

10,l mg Subst., 2 ccm Chloroform, E = 1 dm, an = + 0,84O. [u]&~'= + 166".

4,441 mg Subst.: 11,550 mg CO,, 3,010 mg HpO. - - 3,657 mg Subst.: 0,152 C C L ~ N, (244 760mm).

C J L O 2 4 Ber. C 70,79 H 7,70 N 4,86 Clef. ,, 70,92 ,, 7,58 ,, 4,75.

Dasselbc Dinitro-benzoat kann man auch durch Be- handeln des Tetradehydro-cholesterins (IX) rnit Pyridin und I)initrobcnzoylclilorid erhalten.

b) Dehydrierung des Iso-p,yro-vitamins D, (VII). D a der Alkohol und das Acetat keine Xeigung zur Krystallisation

besitzen, haben wir das Dinitro-benzoat dehydriert. 0,30 g leo-pyro-vitamin D,-dinitro-benzost vom Schmelzp. 170°

werden in 10 ccm Chloroform gelost, mit O,75 g Mercuriacetat in 25 cem Eisessig versetet und 70 Stunden bei Zimmertemperatur geschiittelt. Nach der ublichen Aufarbeitung erhiilt man orangefarbige Xadeln, die nech dern Umkrystallisierrn aus Aceton-Methanol bei 205 schmelzen ; sie geben mit dem Tctrsdehydro-cholesteryl-dinitro-benzoat vermischt keine SchmelzpunktserniedrigunS. Ausbeute 80 mg.

8,1 m g Subst., 2 ccm Chloroform, 1 = 1 dm, aD = f 0,6(i0.

4,561 mg Subst.: 11,952 mg GO,, 3,119 mg H,O. - 3,820 mg [ c g ~ ~ 7 0 = + 163O.

Subst.: 0,164 ccm S, (240, 759 mm). CMH,&N, Ber. C :o,n H 7,~o s 4,86

Gef. n 70781 ,, 7,65 ,, 4,82.

U b e ~ die Pyro-vitamine B, und ihTe Dehydro-den'vak. 9

Znr sicheren Identifizierung wird das Dehydro-isopyro- vitamin D,-dinitro-benzoat in der ublichen Weise verseift und der gebildete Alkohol in das Acetat verwandelt. Dieses krystallisiert und stimmt im Schmelzp. (88O) nnd in der optischen Urehnng ([ct]pO = $- 217 O) mit dem Tetradehyro- cholesterin-acetat {IX) iiberein.

c) Behydrierung des Pyro-vitamins B, (VIII). 0,70 g Pyro-vitamin D,-acetat vom Schmelzp. 121O werden in der-

selben Weise wie das 7-Dehydro-cholesteryl-acetat mit Mercuriacetat dehydriert. Bei der Aufarbeitung des Reaktionsproduktes erhalt man aus Aceton-Methanol gllnzende Blattchen, die bei 103-104 O schmelzen. Ausbeute 220 mg.

7,7 mg Subst.: 2 ccm Chloroform, 1 = 1 dm, aD = 4- 0,970'.

5,039 mg Subst., 15,145 mg CO,, 4,750 mg H,O. = f 252'.

C2&440t Ber. C 82,01 H 10,45 Gef. C 81,97 H 10,56. Dae Dehydro-derivat (X) eeigt dasselbe Spektrum wie Dehydro-

ergosterin mit einem a maximal bei 313 mp.

Auch hier ist noch das Dinitro-benzoat des Pyro-vitamins D, dehydriert worden.

0,30 g Pyro - vitamin D,-dinitro - benzoat vom Schmelzp. 1420 werden in 10 ccm Chloroform gelirst, mit 750 mg Mercuriacetat in 25 ccm Eisessig versetzt und 70 Stunden bei Zimmertemperatur geschiittelt. Nach der iiblichen Aufarbeitung krystallisiert das Dehydro- derivat in derben Nadeln , die nach mehrfachem Umkryatallisieren aus her-Methanol bei 120° schmelzen; sie sind in Chloroform, Ather und siedendem Aceton leicht liislich, schwer liialich in Methanol. Aus- beute 60 mg.

11,f mg Subst., 2 ccm Chloroform, I = 1 dm, aD = f 0,lO'. [ a ] y = + 180.

4,384 mg Subst.: 11,385 mg CO,, 3,010 mg H,O. - 3,581 mg Subet.: 0,149 ccm N, (23,5O, 754 mm).

C,,H,,O& Ber. C 70,79 H 7,70 N 4,86 Gef. ,, 70,82 ,, 7,68 ,, 4,75.

Ans dem oben erwghnten Dehydro-pyro-vitamin L),- acetat') erhZilt man dnrch Verseifen nnd Behandeln des

I) Identisch mit Dehydro-lumisterin-acetat.

10 Windnus und Bitarb., Uber die Pyro-vitamine B3 usw.

Verseifungsproduktes mit Dinitro- benzoylchlorid dasselbe Dinitro-benzoat.

d) Dehydrierung des Lurnisterin.9, (VI). 0,20 g Lumisterin,-dinitro-benzoat vom Schmelzp. 131 O

werden in 6 ccm Chloroform ge16st und mit 0,46 g Mercuri- acetat in 10 ccm Eisessig 150 Stnnden bei Zimmertemperatur geschiittelt. Nach der iiblichen Aufarbeitung haben wir aus dem Chloroformextrakt znnachst kein krystallisiertes Dehydro-lumisterin,-dinitro-benzoat gewinnen konnen. Erst nachdem wir die Losung der Reaktionsprodukte durch eine Saule von Aluminiumoxyd geschickt hatten, haben wir aus den mittleren Fraktionen ein schon krystallisiertes Dinitro- benzoat erhalten. Dieses L)ehydro-lumisterin-dinitro-benzoat (X) schmilzt bei 120° und gibt mi t dem Dehydro-derivat des Pyro-vitamin l),-dinitro-benzoats keine Schmelzpunkts- erniedrigang.

8,s mg Subst., 2 ccm Chloroform, E = 1 dm, a = f 0,070'. [a]p' = + 160.

5,116 mg Sobst.: 13,270mg CO,, 3,540 rng H,O. - 3,040 mg Sub8t.: 0,129 ccm N, (21,5O, 757 mm).

C,,H,,O,N, Ber. C 70,79 H 7,70 N 4,S6 Gef. ,, 70,74 ,, 7,74 ,, 4,90.

Der Deutsc?wa Forseh~~gsgemeisehaft , der Chemisehen Fubrik E. Herck-Darrnstadt und der I. c f . Fm-benk&str& 8.- Q-, Werk Elber- feld, die unsere Forschungen unterstiitzt haben, sprechen wir unseren verbindlichcn Dank aus.