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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Betulinolderivate und insbesondere
Verfahren zur Herstellung dieser Betulinolderivate.
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Das
Betulinol ist eines der am häufigsten
vorkommenden Triterpene und stellt bis zu 24 Prozent der äusseren
Rinde der weissen Birke (Betula alba) sowie 35 Prozent der äusseren
Rinde und ca. 5 Prozent der inneren Rinde der weissen Manchuria-Birke
(Betula platyphylla) (Hirota et al., J.S.C.I. Japan, 47:922 (1944)) dar.
Es ist auch in freiem Zustand in den Rinden folgender Bäume zu finden:
der gelben und schwarzen Birke (Steiner, Mikrochemie, Molisch-Festschrift,
S. 405 (1936)), Corylus avellana, Carpinus betulus (Feinberg et
al., Monatsh, 44:261 (1924); Brunner et al., Monatsh, 63:368 (1934);
sowie Brunner et al., Monatsh, 64:21 (1934)), und Lophopetalum toxicum
(Dieterle et al., Arch. Pharm., 271:264 (1933)). Das Exudat der
Rinde des Trochodendron aralioides, das den japanischen Vogelleim
darstellt, enthält
Betulinpalmitat (Shishido et al., J.S.C.I. Japan, 45:436 (1942)).
Das Betulin ist auch aus Hagebutte (Zimmermann, Helv. Chim. Acta,
27:332 (1944)) extrahiert worden sowie aus den Samen des Zizyphus
vulgaris Lamarck var. spinosus Bunge (Rhamnaceae) (Kawaguti et al.,
J. Pharm. Soc. Japan, 60:343 (1940)). Ruhemann et al., Brennstoff-Ch.,
13:341 (1932) beschreibt die Anwesenheit von Betulin, Alobetulin
und eines "Oxyalobetulins" in der verseifbaren
Menge eines Benzenalkoholextraktes mitteldeutscher Braunkohle. Des
weiteren ist folgende Gruppe höherer
Derivate aus Birkenrindenextrakt identifiziert worden: (a) Betulinol,
(b) Betulinsäure,
(c) Betulinaldehyd, (d) Betulonsäure, sowie
(e) Betulonaldehyd (Rimpler et al., Arch. Pharm. Und. Ber. Dtsh.
Ppharmaz Jes, 299:422-428 (1995); Lindgren et al., Acta Chem., 20:720
(1966); und Jaaskelainen, P. Papperi Ja Puu-Papper Och Tra., 63:599-603 (1989)).
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V.
Pouzar et al., Collect. Czech. Chem. Comm., 41:3459 (1976) beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines Betulindiethers, welches die
Umsetzung des entsprechenden Dialkohols mit Methyljodid beinhaltet.
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Das
aus der Birkenrinde extrahierte Betulinol wurde erstmals 1899 als
Antiseptikum angegeben.
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Später zeigte
sich, dass die aus Extrakten von Hyptis emory und Alnus oregonu
abgetrennten Verbindungen, die als pentazyklische Estirene und deren
Derivate identifiziert sind, das Wachstum von Karzinosarkomen hemmen
(Sheth et al., J. Pharm. Sci., 61:1819 (1972) und Sheth et al.,
J. Pharm. Sci., 62:139-140 (1973)). Es wurde angedeutet, dass die
Betulinsäure
das wichtigste antitumorale Mittel in der Terpenoidenmischung ist
(Tomas et al., Planta Medicina, 54:266-267 (1988) und Ahmat et al.,
J. Indian Chem. Soc., 61:92-93 (1964)). Insbesondere zeigte die
Betulinsäure
eine zytotoxische Wirkung gegenüber
der Zelllinie CO-115 des Dickdarmkarzinoms (DL 50 = 0,375 mg/ml)
(Ukkonen et al., Birch bark extractive kemia kemi, 6:217 (1979)).
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Die
Verwendung chemotherapeutischer Mittel bei der Behandlung verschiedener
Krebsarten ist zu einem festen Bestandteil der Krebsbehandlung geworden,
besonders wenn sich die Krankheit in einem fortgeschrittenen Stadium
befindet. Diese chemotherapeutischen Mittel wirken jedoch nicht
nur auf die bösartigen Zellen,
sondern haben auch Nebenwirkungen auf Zellen, die kein Ziel darstellen,
insbesondere auf die schnell wuchernden Zellen des Gastrointestinaltraktes
sowie des Knochenmarks. Bei Anwendung in den hohen Konzentrationen,
die zur wirksamen Eliminierung der Krebszellen häufig nötig sind, führen diese zytotoxischen Medikamente
zu unerwünschten
und häufig
schwerwiegenden Nebenwirkungen. Obwohl das Konzept der gesteuerten
Chemotherapie recht alt ist, ist nur eine geringe Anzahl antineoplastischer
Medikamente und Toxine erfolgreich mit monoklonalen und poliklonalen
Antikörpern
kombiniert worden.
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Es
besteht daher weiterhin der Bedarf an chemotherapeutischen Mitteln
und besonders an gesteuerten chemotherapeutischen Mitteln. Die vorliegende
Erfindung hat zum Ziel diesen Bedarf zu lösen.
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Erfindungsgemäss ist ein
Verfahren vorgesehen zum Synthetisieren eines Diethers der Formel:
in welcher R Alkyl ist,
wobei
das genannte Verfahren folgendes umfasst:
Bereitstellung eines
Dialkohols der Formel:
und Alkylieren des Dialkohols
mit einem Nitril der Formel:
R-C≡N unter wirksamen
Bedingungen zur Bildung des Diethers.
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Die
erfindungsgemäss
gebildeten Diether können
zur Behandlung von an Krebs leidenden Patienten eingesetzt werden.
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Die 1 ist
ein Fliessschema gezeigt, in welchem ein Verfahren zur Herstellung
von Betulinol dargestellt ist.
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Die
vorliegende Erfindung bildet einen Diether der Formel:
R ist eine Alkylgruppe. R
kann ein nicht substituiertes Alkyl sein oder kann mit einer beliebigen
Anzahl und Kombination von bekannten Substituenten wie Sulfo, Carboxy,
Cyano, Halogen (z.B. Fluor, Chlor), Hydroxyl, Alkenyl (z.B. Allyl,
2-Carboxyallyl),
Alkoxy (z.B. Methoxy, Ethoxy), Aryl (z.B. Phenyl, p-Sulfophenyl),
Aryloxy (z.B. Phenyloxy), Carboxylat (z.B. Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl),
Acyloxy (z.B. Acethyloxy), Acyl (z.B. Acethyl, Propionyl), Amino
(einschliesslich nicht substituierter, monosubstituierter und disubstituierter
Amine, sowie zyklischen Aminogruppen (wie Piperidin und Morpholin)
und ähnlichen
substituiert sein.
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Die
Alkylgruppe kann geradlinig, verzweigt oder zyklisch sein. Einige
anschauliche Beispiele geeigneter Alkylgruppen umfassen Methyl,
Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, terc. Butyl, n-Pentyl,
Neopentyl, Cyclopentyl, n-Hexyl und Cyclohexyl. Vorzugsweise ist
R Methyl wobei dann der Diether Betulinol-Dimethylether (auch "Cornelon" genannt) ist.
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Der
durch die vorliegende Erfindung gebildete Diether hat mehrere optisch
aktive Kohlenstoffatome. Bevorzugt ist der Diether optisch rein
und besonders bevorzugt hat jedes der Chiralzentren des Diethers
die Ausbildung derjenigen, die auf natürliche Weise im Betulinol vorkommen,
wie in folgender Formel gezeigt ist:
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Das
Verfahren gemäss
der vorliegenden Erfindung umfasst die Alkylierung eines Dialkohols
der Formel:
mit einem Nitril der Formel:
R-C≡N -
Der
Dialkohol, das Ausgangsmaterial dieser Reaktion, kann Betulinol
sein wie das aus natürlichen Produkten
extrahierte Betulinol. Die Verfahren zur Abtrennung von Betulinol
aus verschiedenen Substanzen sind allgemein bekannt. Das Betulinol
kann z.B. aus der äusseren
Schicht der Rinde der weissen Birke Betula alba durch Sublimation
abgetrennt werden (Lowitz, Crell's
Annalen, 1:312 (1788) und Mason, Silliman's Am. J., 20:282 (1831), die hier durch
Bezugnahme mit aufgenommen werden) oder durch die Extraktion mit
einem Alkohol wie Ethanol (Hunefeld, J. Prakt. Chem., 7:53 (1836)
und Hess, Poggendorf's
Annalen, 46:319 (1839), die hier durch Bezugnahme mit aufgenommen
werden). Es sind weitere Betulinolquellen und Verfahren für deren
Abtrennung und Reinigung beschrieben worden, z.B. in Sheth et al.,
J. Pharm. Sci., 61:1819 (1972) (rohe Pflanzen und Extrakte von Hyptis
emory) und Sheth et al., J. Pharm. Sci., 62:139-140 (1973) (Alnus
oregonu), die hier durch Bezugnahme mit aufgenommen werden.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren wird das Betulinol aus der nicht verseifbaren
Substanz aus Blumenseife abgetrennt, wie z.B. durch das in 1 dargestellte
Verfahren. Kurz, die ursprünglichen
zerkleinerten Blätter,
Holz und Bestandteile eines Sulfat-Kochvorgangs (NaOH, Na2SO4, Na2S2O3, Na2SO3) werden in einen Kochtopf gegeben in Batch-
oder durchgehender Fahrweise. Bei einer Temperatur von 110°C bis 120°C und wahlweise
unter erhöhten
Druck, löst
sich das Lignin (Holzbestandteil) auf. Die Rohzellulose stammt aus
Papierlauge und besteht aus Lignin, Zellulose und Schwarzlauge.
Die Schwarzlauge ist eine Zusammensetzung aus Schwarzlauge mit Harzsäuresalzen
und nicht verseibaren Stoffen. Die Rohzellulose wird bei der Herstellung
von Papier verwendet, während
die Sulfatseife von der Schwarzlauge durch Zentrifugieren oder durch
einen Absetzvorgang abgetrennt wird. Durch Behandlung der Sulfatseife
mit Schwefelsäure
entsteht flüssiges Harz.
Die nicht verseifbaren Stoffe werden als Rohbetulinol abgetrennt.
Die Umkristallisierung des Rohbetulinols wie z.B. in Aceton, Ethylacetat,
Isopropanol, Butanol, Ethanol und ähnlichen führt zu reinem Rohbetulinol. Der
nach dem Zentrifugieren oder dem Absetzen vorliegende Schwarzlaugenrückstand
kann vorteilhaft wieder aufbereitet werden, wie in 1 gezeigt
ist.
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Auch
wenn die Reinheit des als Ausgangsmaterial der Synthese des Diethers
verwendeten Betulinols in der Praxis der vorliegenden Erfindung
nicht kritisch ist, wird vorzugsweise ein Betulinol verwendet, das
eine Reinheit von mindestens 92-94%
und einen Schmelzpunkt von 241-243°C aufweist. Ein Betulinol mit
derartigen Eigenschaften kann unter Anwendung der zuvor beschriebenen,
bevorzugten Abtrennungs- und Reinigungsverfahren erhalten werden.
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Nach
Erhalt des Dialkohols wird mit einem Nitril der Formel R-C≡N alkyliert.
Die Identität
des eingesetzten Nitrils hängt
von der Identität
der im Diether erwünschten
R-Gruppen ab. Wenn z.B. Betulinol-Dimethyl-Ether gewünscht wird
ist das Nitril Acetonitril. Andere zur Verwendung bei der Herstellung
anderer Diether geeignete Nitrile umfassen Propionylnitril, Butyrylnitril,
Pentanoylnitril, Hexanoylnitril, Benzylacetonitril und ähnliche.
Vorzugsweise liegen der Dialkohol und das Nitril in einem Molverhältnis von
mindestens 1:2, besonders bevorzugt in einem Molverhältnis von
ca. 1:20 bis 1:60, und ganz besonders bevorzugt in einem Molverhältnis von
ca. 1:40 vor. Die Reaktion kann durchgeführt werden ahne Einsatz eines
Lösemittels,
wenn das Nitril eine Flüssigkeit
ist, in welcher der Dialkohol löslich
ist, als auch wenn das Nitril Acetronitril ist. Falls das Nitril
ein Feststoff oder eine Flüssigkeit
ist, in welcher der Dialkohol nicht löslich ist, kann die Reaktion
in einem Reaktionslösemittel
durchgeführt
werden, vorzugsweise in einem solchem, in dem sowohl der Dialkohol
als auch das Nitril ausreichend löslich sind und mit welchem
keines der beiden reagiert. Geeignete Lösungsmittel sind z.B. Ketonlösemittel
wie Aceton sowie Chlorkohlenwasserstoff-Lösemittel wie Methylenchlorid
und Chloroform. Die Reaktion kann bei einer Temperatur von etwa
der Umgebungstemperatur bis etwa der Rückflusstemperatur des Nitrils
oder des Reaktionslösemittels,
vorzugsweise bei ca. 30°C
bis ca. 70°C,
und besonders bevorzugt bei ca. 50°C durchgeführt werden. Die Reaktionsdauer
hängt weitgehend
von der Reaktionsfähigkeit
des Nitrils, der Konzentration der Reaktionspartner und anderen
Faktoren ab. Im Allgemeinen wird sie während einer Zeitdauer von ca.
5 Minuten bis ca. 12 Stunden, vorzugsweise von ca. 5 Minuten bis
ca. 1 Stunde und besonders bevorzugt ca. 20 Minuten lang durchgeführt.
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Nach
der Reaktion wird der Diether abgetrennt. In Fällen, in denen der Diether
nicht im Reaktionsmittel (d.h. im Nitril oder im Reaktionslösemittel)
löslich
ist, wird die Abtrennung besser durch Abfiltern des ausgefällten Diethers,
vorzugsweise nach dem Abkühlen
der Reaktionsmischung durchgeführt.
In anderen Fällen
kann der Diether als Öl
oder Niederschlag abgetrennt werden, indem der Reaktionsmischung
ein Lösemittel
hinzugegeben wird, in welchem der Diether nicht nennenswert löslich ist,
normalerweise ein Alkan wie Petrolether oder ein Ether wie Diethylether.
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Nachdem
der Diether aus der Reaktionsmischung abgetrennt worden ist, kann
er gereinigt werden z.B. durch Waschen mit einem Lösemittel
wie Aceton, Acetonitril, Methanol und ähnlichen. Es kann eine zusätzliche
Reinigung durch Standardtechniken wie der Rekristallisierung oder
der Chromatographie durchgeführt
werden.
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Beispiel -
Herstellung von Cornelon
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Das
Betulinol wurde in Acetonitril gelöst in einem Molverhältnis von
1:40 zwischen dem Betulinol und dem Acetronitril. Die Lösung wurde
auf 50°C
erhitzt und es wurde 20 Minuten langt gerührt. Der als "Cornelon" bezeichnete kristalline
Rückstand
wurde mit Acetonitril gewaschen, gefiltert und bei 60°C getrocknet.
Es wurde ein Cornelon mit einer Ausbeute von 80-95% erhalten und
durch HPLC untersucht.
und Alkylieren des Dialkohols mit einem Nitril der Formel: