Verfahren zur Umwandlung von allo-Isomeren der pentacyclischen Oxindolalkaloide mit der Formel
C21H24N2O4 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von allo- Isomeren der pentacyclischen Oxindolalkaloide mit der Formel C21H24N2O4, in denen sowohl am C-3-Atom als auch am C-20-Atom das Wasserstoffatom in der α-Stellung ist. Pentalcyclischen Oxindolalkaloide besitzen vier Asymmetriezentren, nämlich an den Kohlenstoffatomen C-3, C-7, C-15 und C-20. Da alle bisher bekannten natürlich vorkommenden Oxindole das C-15-Wasserstoffatom α-ständig gebunden haben, beschränkt sich die Zahl der möglichen Isomeren auf acht.
Dabei werden die verschiedenen Stereoisomeren, bezogen auf die Konfiguration des Wasserstoffatoms am C-3 und C-20 als normal-, pseudo-, allo- und epiallo- bezeichnet. Des weiteren unterscheiden sich die beiden Isomeren einer Serie in der Konfiguration am C-7-Atom. Die Isomeren, bei denen der
Lactam-Kohlenstoff des Oxindolringes unterhalb der Ebene der Ringe C und D liegt, werden als A-Isomere jene mit der
Lactam-Carbonylgruppierung über der C-D-Ring-Ebene als B- Isomere bezeichnet.
In Anlehnung an die Cahn-Ingold-Prelog-Regel hat nach POISSON das C-7-Atom der A-Serie die S-Konfiguration und in der B- Serie die R-Konfiguration. Während Isomere der pseudo-Reihe aus sterischen Gründen zu instabil sind, um längere Zeit existieren zu'können und sich schnell in die entsprechenden normal-Verbindungen umlagern, können die Oxindolalkaloide der allo- , epiallo- und normalSerie genuin aus Pflanzenmaterial , insbesondere aus UncariaArten, erhalten werden. (Phillipson et al: Alkaloids of Uncaria, Lloydia, Vol. 41, No. 6, Nov-Dec. 1978, Seiten 503 bis 570).
In der normal-Serie kann lediglich eine Änderung der Konfiguration am C-7-Atom stattfinden, da die entsprechenden pseudoisomere zu energiereich sind. Die umgesetzte Verbindung liegt dann nur mit ihrem A- bzw. B-Isomeren im Gleichgewicht vor. Ebenfalls ein Gleichgewicht zwischen den A- und B-Isomeren der allo-Serie ist gemäß Chan et al.: Alkaloids of Uncaria pteropoda, J. Chem. Soc. (C), 1966, Seite 2245 bis 2249 mittels Pyridin bzw. Essigsäure erzielbar. Alkaloide besitzen als Inhaltstoffe einer Vielzahl von Pflanzen therapeutische Wirksamkeit. Da Alkaloide mittelstarke Pflanzenbasen sind, die in freier Form lipophile Eigenschaften aufweisen, sind sie in Wasser wenig, in organischen Lösungsmitteln wie Ethylazetat, Chloroform, niederen Alkoholen usw. gut löslich. Beispiele dafür zeigen etwa die GB-PSen
1,056,537 und 1,056,863, sowie die DE-PS 2 316 168. Die Ausbeute der Auslaugung mit einem organischen Lösungsmittel kann dabei verbessert werden, wenn zuvor eine Befeuchtung der zerkleinerten Drogen mit NH3 erfolgt (WO 86/00524). Weiters ist auch bereits bekannt, dies durch Einwirkung eines Spaltpilzes zu unterstützen (WO 82/01130). Jedes dieser Gewinnungsverfahren führt zu einem Gemisch aller enthaltenen Alkaloide.
Pentacyclische Oxindolalkaloide der allo- und epiallo-Serie sind zumindest theoretisch durch Änderung der Konfiguration am C-3-Atom oder C-7-Atom isomerisierbar, wobei alle vier möglichen Isomeren im Gleichgewicht sind. Da in der therapeutischen Wirksamkeit der einzelnen Isomeren relativ große Unterschiede liegen, und zumindest in untersuchten Drogen sehr oft ein größerer Anteil weniger wirksamer allo-Isomere zu finden ist, hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Umwandlung der allo-Isomeren zu schaffen. Weiters soll auch ein Verfahren entwickelt werden, bei dem die Umwandlung der allo-Isomeren im Zusammenhang mit der Gewinnung der Oxindolalkaloide aus pflanzlichen Drogen erfolgen kann, und vorzugsweise unmittelbar bei der Gewinnung des Alkaloidgemisches aus den Drogen erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wasserstoffatome am C-3-Atom oder C-20-Atom durch die Einwirkung von Wasserstoffionen von der α- in die ß-Stellung geklappt werden, wobei bei Umklappung am C-3-Atom ein epiallo-Isomer und bei Umklappung am C-20-Atom ein normal-Isomer erzeugt wird.
Die Isomeren der pentacyclischen Oxindolalkaloide weisen folgende Strukturformeln auf:
pseudo-A -Isomer β - A - β pseudo-B-Isomer β - B - β
Wie daraus ersichtlich, sind die Konfigurationen der pentacyclischen Oxindolalkaloide an den asymmetrischen C-Atomen C-3 , C-7 und C-20 wie folgt:
Isomer C-3 C-7 C-20
(1) allo - α A α
(2) allo - a B α
(3) epiallo - ß A α
(4) epiallo - ß B α
(5) normal - a A ß
(6) normal - a B ß
(7) pseudo - ß (A) ß
(8) pseudo - ß (B) ß
Für die Auftrennung eines aus den Drogen gewonnenen
Oxindolalkaloidgemisches aufgrund ihrer nur geringfügig unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften sind bisher vor allem chromatographische Methoden verwendet worden, die verhältnismäßig aufwendig sind. Synthetische Herstellungsmethoden sind bisher nicht bekannt.
Unabhängig davon sind, da die Isomeren (1) und (2) äußerst schwer zu trennen sind, diese kaum als Reinsubstanzen sondern nur als Gemisch zumindest dieser beiden Isomeren, meist auch mit anderen Isomeren, verfügbar.
Es hat sich gezeigt, daß beim allo-A-Isomer (1) die Neigung am C-3-Atom zu isomerisieren viel größer ist als beim allo-B-
Isomer (2), was darauf schließen läßt, daß beim allo-B-Isomer
(2) durch den Benzolring des Oxindol-Fragmentes eine Deckung des C-3-Atoms gegeben ist. Hingegen hat es sich gezeigt, daß beim allo-B-Isomer (2) die Neigung zur Isomerisierung am C-20-Atom größer ist, was ähnliche Ursachen haben dürfte, sodaß weniger das epiallo-B-Isomer (4), sondern hauptsächlich das normal-B-Isomer (6) entsteht.
In Testmodellen hat sich gezeigt, daß das epiallo-A-Isomer
(3) eine große, das allo-A-Isomer (1) eine etwas geringere, das allo-B-Isomer (2) kaum und das normal-B-Isσmer (6) keine therapeutische Wirksamkeit aufweisen. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es gelungen, die in größeren Anteilen erhältlichen, natürlich vorkommenden Isomere der allo-Serie der pentacyclischen Oxindolalkaloide vor allem in das therapeutisch wirksamste epiallo-A-Isomer (3) überzuführen, wobei die Umwandlung des allo-B-Isomers (2) in das normal-B-Isomer (6) zumindest keine Nachteile bewirkt.
Um das allo-B-Isomer (2) in das epiallo-A-Isomer (3) zu überführen, wird daher bevorzugt ein Zwischenschritt eingeschaltet, sodaß das allo-B-Isomer (2) zuerst in das allo-A-Isomer (1) und dieses dann in das epiallo-B-Isomer (2) umgewandelt wird.
[ α B α → α A α → ß A α ] Die Umwandlung des allo-B-Isomeres (2) in das allo-A-Isomer (1) kann beispielsweise in der angegebenen Weise mittels Pyridin erfolgen.
Eine weitere Umwandlung des epiallo-A-Isomers (3) in das epiallo-B-Isomer (4) durch Umlagerung am C-7-Atom ist nur schwer möglich, da sich beim epiallo-B-Isomer (6) die Liganden des C-3-Atoms und des C-7-Atoms gegenseitig behindern. Der kleinere Ligand (H am C-3-Atom) klappt daher leicht wie
der zurück und es entsteht wieder das allo-B-Isomer (2). In relevanter Menge sind daher folgende Isomeren möglich:
(1) allo-A-Isomer (α A α)
(2) allo-B-Isomer (α B α)
(3) epiallo-A-Isomer (ß A α)
(4) normal-B-Isomer (α B ß)
Zur Erreichung der gewünschten Isomere (3) und (6) müssen, wie aus den Strukturformeln ersichtlich ist, die Umlagerungen an den Atomen C-3 und C-20 erfolgen, was durch das erhöhte Angebot von aktiven H-Ionen, insbesondere durch eine Zugabe einer reduzierenden anorganischen Säure, beispielsweise 1 % - Salzsäure erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, daß zusätzlich naszierender Wasserstoff eingesetzt wird.
Der Reaktionsablauf bei Anwendung von naszierendem Wasserstoff konnte noch nicht endgültig geklärt werden. Es ist jedoch zu vermuten, daß der als besonders aggressives Reduktionsmittel bekannte Wasserstoff in statu nascendi bzw. dessen Bildung aus den Wasserstoffionen es ermöglicht, das
Gleichgewicht der Isomeren in eine für die Lösung der gestellten Aufgabe günstige Richtung zu verschieben.
Liegen die Wasserstoffionen in der sauren Lösung vor, so ist bevorzugt vorgesehen, daß die saure Lösung mit einem, den naszierenden Wasserstoff entwickelnden Metall, insbesondere Zinkgranulat versetzt wird.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß die Behandlung mit Wasserstoffionen in einer kationenselektiven Ionenaustauschersäule erfolgt, da die Herkunft der Wasserstoffionen keinen Einfluß auf die Umwandlung der Isomeren ausübt. Auch andere geeignete Wasserstoffionendonatoren können herangezogen werden.
Da Reinalkaloide für eine breite Beweisführung in zu geringen Mengen zur Verfügung standen, wurde weiters Probenmaterial in Form von getrocknetem und gemahlenem Wurzelholz von Uncaria tomentosa (WILLD.DC) verwendet. Untersuchungen an mehreren Pflanzen haben gezeigt, daß die Alkaloidverteilung nur sehr geringen Schwankungen unterworfen ist, was genetisch determiniert sein dürfte.
Eine Serienanalyse von hochdrucksflüssigkeitschromatogra- phische (HPLC) 15 organisch extrahierten Proben ergab eine durchschnittliche Verteilung von:
25,7 Gew.-% ± 5 Gew.-% des allo-A-Isomers (1)
43,9 Gew.-% ± 7 Gew.-% des allo-B-Isomers (2)
9,7 Gew.-% ± 4 Gew.-% des epiallo-A-Isomers (3)
5,6 Gew.-% ± 1 Gew.-% des epiallo-B-Isomers (4)
5.5 Gew.-% ± 3 Gew.-% des normal-A-Isomers (5) und
9.6 Gew.-% ± 4 Gew.-% des normal-B-Isomers (6) Die Menge der Gesamtalkaloide ist variabel und schwankt zwischen 0,2 Gew.-% und 0,5 Gew.-%. Wahrscheinlich ist diese Menge von verschiedenen Boden- und Wachstumsbedingungen abhängig. Diese Parameter sind jedoch erst teilweise bekannt. Nun wurden in einem Perkolator 4 kg des Drogenmaterials mit 30 1 l%iger Salzsäure während 12 Stunden bei 50ºC bis 60°C behandelt, wobei die Salzsäure im Kreislauf umgewälzt wird. Das Perkolat wird dann in einem Rotationsverdampfer auf 20 % des ursprünglichen Volumens, also auf etwa 6 1 eingeengt und anschließend filtritert, wobei die nachfolgenden Verfahrensschritte bei Zimmertemperatur ablaufen.
Anschließend wurde die Probelösung im HPLC untersucht. Die Analyse zeigt folgende Verteilung der Isomeren:
(1) allo-A-Isomer 11,7 Gew.-%
(2) allo-B-Isomer 34,1 Gew.-%
(3) epiallo-A-Isomer 27,6 Gew.-%
(4) epiallo-B-Isomer 5,1 Gew.-%
(5) normal-A-Isomer 5,5 Gew.-%
(6) normal-B-Isomer 16,0 Gew.-%
Zur Erzeugung des naszierenden Wasserstoffs wurde auf Grund des Charakters der oben angeführten Probenlösung ein Metall, insbesondere Zink, zugegeben.
Von Vorteil erweist sich es dabei, die Behandlung mit naszierendem Wasserstoff nicht während der Auslaugungsstufe durchzuführen, sondern die Droge zuerst mit l%iger Salzsäure zu versetzen. Das abfiltrierte Eluat wird dann mit konzentrierter Salzsäure auf eine Säurekonzentration von 15 Vol.-% eingestellt, und erst anschließend wird metallisches Zink in Form von Granalien, Spänen, eventuell auch Staub zugegeben, sodaß der naszierende Wasserstoff entsteht. Diesen läßt man etwa 1 Stunde auf die Lösung einwirken.
Die nachfolgende HPLC-Analyse zeigte eine weitere Verschiebung der Isomeren-Verteilung:
(1) allo-A-Isomer 7.2 Gew.-%
(2) allo-B-Isomer 33,7 Gew.-%
(3) epiallo-A-Isomer 32,4 Gew.-%
(4) epiallo-B-Isomer 4,5 Gew.-%
(5) normal-A-Isomer 4.3 Gew.-%
(6) normal-B-Isomer 17,9 Gew.-%
Wie die Tabellen zeigen, erfolgt die Umlagerung unter den oben genannten Bedingungen nicht selektiv auf die gewünschten Isomere, sondern es werden auch die anderen Formen in geringer Weise umgewandelt.
Es ist jedoch klar ersichtlich, daß bei den Umwandlungen zwei bevorzugte Formen entstehen, nämlich das epiallo-A-Isomer (3) und das normal-B-Isomer (6). Daraus ist ersichtlich, daß die Isomerisierung mittels Wasserstoffionen nicht nur am C-3-Atom sondern auch am C-20-Atom wirksam werden kann.
Eine bevorzugte Durchführungsform des Verfahrens zur Gewinnung der Alkaloide sieht weiters vor, daß nach der Behandlung mit Wasserstoffionen die saure Lösung alkalisiert und, vorzugsweise wiederholt, mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert wird, worauf das organische Lösungsmittel abgetrennt wird.
Wie bereits erwähnt, ist der Reaktionsablauf nicht geklärt. Bei der sauren Extraktion des Drogenmaterials dürfte dabei noch zusätzlich der Effekt auftreten, daß der naszierende Wasserstoff in der Lage ist, die offenbar weniger stabilen tetracyclischen Oxindolalkaloide in Verbindungen zu überführen, die in den weiteren Verfahrensstufen von den offenbar stabileren pentacyclischen Oxindolalkaloiden getrennt werden. Die höhere Stabilität der pentacyclischen Oxindolalkaloide könnte durch deren fünften Ring begründet sein, an dessen Stelle bei den tetracyclischen Oxindolalkaloiden eine oxygenierte Seitenkette und eine Ethyl- oder Vinylgruppe zu finden sind.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Einwirkung der Wasserstoffionen festes Natriumchlorid zumindest bis zur Sättigung und/oder Aceton in einer Menge von 10 Vol.-% der Lösung zugegeben. Dies führt zu einer Übersättigung und/oder Polaritätsverschiebung der sauren wässrigen Phase, die die erwähnte nachfolgende Extraktion mit dem organischen Lösungsmittel begünstigt, sodaß die Ausbeute verbessert wird. Hiefür erfolgt beispielsweise eine Zugabe von 1 1 Ethylazetat und von festem Natriumcarbonat, bis ein pH-Wert zwischen 8 und 9 erreicht ist. Durch Umschütteln bzw. Ausschütteln werden die durch Alkalisierung nunmehr ausfallenden, schwer wasserlöslichen pentacyclischen Oxindolalkaloide in die organische Phase übernommen und im Ethylazetat gelöst, worauf die wässrige Phase und die Feststoffe abgetrennt werden. Die Zugabe von Ethylazetat und das Ausschütteln aus der wässrigen Phase wird zwei- bis dreimal wiederholt, und anschließend werden alle organischen Phasen vereinigt. Für die weitergehende Reinigung werden der organischen Phase nochmals 2 1 5%ige Salzsäure zugegeben, durchgemischt.
die organische Phase abgetrennt und die die Alkaloide enthaltende saure, wässrige Phase mit Aceton versetzt. Anschließend wird wiederum festes Natriumcarbonat zugegeben, bis ein pH- Wert von 8 bis 9 erreicht ist. Nunmehr wird nochmals 1 1 Ethylazetat zugegeben, ausgeschüttelt und die organische
Phase abgetrennt, in der im wesentlichen nur mehr pentacyclische Oxindolalkaloide enthalten sind, deren Isomere im vorstehend angegebenen Gleichgewicht sind. Dünnschichtchromatographische Untersuchungen belegen dies eindeutig, da im organischen Lösungsmittel höchstens noch geringe Reste tetracyclischer Oxindolalkaloide vorliegen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt dabei noch darin, daß auch in einfacher Weise Injektionslö- sungen zubereitet werden können. Hiezu ist vorgesehen, daß das organische Lösungsmittel durch Abdampfen bis zur Trockne entfernt wird, die Alkaloide in 15%iger Salzsäure gelöst werden. Die salzsaure Lösung kann dann mit Natronlauge neutralisiert und isoton eingestellt werden. Wird die salzsaure Lösung schonend eingedampft, so liegen die Alkaloide in ihrer wasserlöslichen, oral verabreichbaren Hydrochloridform vor. Dies erfolgt beispielsweise bei maximal 40ºC im Wasserbad, sodaß das mit den gewünschten Isomeren angereicherte Alkaloidgemisch auskristallisiert.
Für die Herstellung einer Injektionslösung werden die pentacyclischen Oxindolalkaloide nochmals in verdünnter Salzsäure gelöst, und mit Natronlauge und Natriumchlorid isoton eingestellt. Jedes weitere Ansäuern dürfte dabei die Gleichgewichtssituation in die gewünschte Richtung positiv verschieben.
Zusammenfassend werden also für eine Umwandlung von allo-Isomeren der pentacyclischen Oxindolalkaloide mit der Formel C21H24N2O4, in denen sowohl am C-3-Atom als auch am C-20-Atom das Wasserstoffatom in der α-Stellung ist, Wasserstoffionen verwendet. Diese bewirken ein Umklappen der Wasserstoffatome am C-3-Atom oder am C-20-Atom von der α- in die β-Stellung. Die Umklappung am C-3-Atom führt zu einem epiallo-Isomer und
die Umklappung am C-20-Atom zu einem normal-Isomer. Vorzugsweise werden hiezu die Oxindolalkaloide, ein Oxindolalkaloid gemisch oder eine die Oxindolalkaloide enthaltende pfanzlich Droge in einer Säure gelöst, deren Wasserstoffionen die Umklappung bewirken. Bei Auslaugung einer pflanzlichen Droge kann das mit epiallo- und/oder normal-Isomeren angereicherte Alkaloidgemisch anschließend alkalisiert und, vorzugsweise wiederholt, mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert werden, worauf das organische Lösungsmittel von der nichtorganischen Phase getrennt und anschließend abgedampft wird. Das so gewonnene Alkaloidgemisch läßt sich zu therapeutisch einsetzbaren Präparaten weiterverarbeiten.