908 E. Cohnen, K. Wedemeier und V. Sinnwell

Liebigs Ann. Chem. 1982. 908 - 91 3

Cardenolide, I

D-Ringspal tung von Cardenoliden

Erich Cohnen *a, Karin Wedemeiera und Volker SinnweIP

Pharma-Forschung Beiersdorf AGa, D-2000 Hamburg, Unnastr. 48

lnstitut fur Organische Chemie und Biochcmie der Universitat Hamburgb, Martin-Luther-King-Platz 6, D-2000 Hamburg 13

Eingegangen am 30. Oktober 1981

Die Einwirkung von Ozon auf die Carda-l4,20(22)-dienoIide 3 und nachfolgende reduktive Auf- arbeitung fiihrt iiberraschenderweise nichl zum Abbau des Butenolidringes, sondern nahezu aus- schlienlich zur D-Ringspaltung unter Bildung der 14,15-Secocardenolide 4 und 5. Durch NaBH,- Reduktion erhllt man aus 4 a bzw. 5 stereoselektiv 9a bzw. unter Lactonisierung das D-Homo-l5-oxacard-20(22)-enolid 11.

Cardenolides, I. - Ring D Cleavage of Cardenolides

Action of ozone on the carda-l4,20(22)-dienolidcs 3 and subsequent reductive work-up surprisingly does not lead to degradation of the butenolide ring bul almost exclusively to cleavage of ring D with formation of the 14,15-secocardenolides 4 and 5 . NaBH, reduction of 4a or 5 stereoselectively yields 9 a or, under lactone ring formation, the D-homo-15-ouacardenolide 11, respectively.

Zahlreich sind die partial-synthetischen Abwandlungen von Cardenoliden, die eine Verbesserung ihrer therapeutischen Eigenschaften zum Ziele hatten oder zur Aufila- rung des Wirkmechanismus der Cardenolide unternommen wurden' - 4 ) . Im Rahmen unserer eigenen Arbeiten zur Synthese neuer herzwirksamer Glycoside untersuchten wir die Ozonolyse verschiedener Cardenolide. Die Ozonspaltung ist eine bekannte Methodes) zum Abbau des Butenolidringes der Cardenolide unter Bildung von u-Hydroxyketonen (z. B. 1 + 2), die geeignete Vorstufen fur die Modifizierung oder den Ersatz des Butenolids durch andere Gruppierungen darstellen.

Wir berichten hier uber die ersten Beispiele einer Ozonolyse von Carda-14,20(22)- dienoliden, die nicht unter Abbau des Butenolidringes verlauft, sondern ausschlieBlich zu einer Spaltung des Ringes D des Steroids fuhrt. Dieser ungewohnliche Reaktionsver- lauf 1aBt sich so deuten, daB - bedingt durch die Doppelbindung an C-14 - der Butenolidring eine Annaherung an die angulare C-18-Methylgruppe erfahrt und da- durch gegen einen Angriff des Ozons weitgehend abgeschirmt wird.

Die Behandlung von 3a - dargestellt aus 1 a nach Lit6) - in Dichlormethan/Pyridin bei - 70°C mit Ozon und anschlieaende reduktive Spaltung des Ozonids mit Zink in Eisessig fuhrte zu zwei Verbindungen, die nach Trennung durch Chromatographie an

0 Verlag Cheniie GmbH, D-6940 Weinheim, 1982 01 70 - 2O41/82/0505 - 0908 $ 02.50/0

Cardenolide, 1 909

Kieselgel 'H-NMR-spektroskopisch (Tab. 1) eindeutig als Ketoaldehyd 4a und Keto- saure 5 identifiziert wurden (Gesamtausbeute 81 Vo).

Die Ozonolyse von 3b ergab ebenfalls den entsprechenden Ketoaldehyd 4b nach Rei- nigung in 45proz. Ausbeute neben nicht weiter identifizierten Produkten.

Dagegen verliefen Ozonisierungsversuche rnit 3~-Acetoxy-14-hydroxy-S~, 14!3-carda-16,20 (22)-

Der Aldehyd 4a lie0 sich erwartungsgema zum Acetal6 und die Carbonsaure 5 mit dienolid und 3~-Acetoxy-5~-carda-14,16,20(22)-trienolid unbefriedigend.

Methanol/Salzsaure zum Methylester 7 umsetzen.

C H,OH I co

la: R = Ac lb: R = TA(Dig)3

RO

3a: R = AC 3b: R = TA(Dig)3

2

4a: R = AC 5 : R = H 4b: R = TA(Dig), 7: R = CH,

6

TA(Dig)3 = Tetra-0-ace ty l - (D-digitoxosyl),

Bei der Natriurnborhydrid-Reduktion von 4a entstanden zwei Verbindungen (8 und 9a), die saulenchromatographisch getrennt wurden. Im 13C-NMR-Spektrum von 8 er- kennt man neben einem Signal fur das C-1CKeton bei 6 = 215.63 ein weiteres fur ein Ketal bei 6 = 98.38, was den SchluB auf ein Gleichgewicht zwischen freiem Keton und Hemiketal zulMt. Acetylierung mit Acetanhydrid lieferte ausschliefilich 10.

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Die Reduktion der C-14-Carbonylgruppe gelang stereoselektiv. Die Konfiguration an C-14 ist aus dem 'H-NMR-Spektrum des aus 9a durch Acetylierung erhaltenen 9b ein- deutig bestirnrnbar. Das Proton an (2-14 zeigt eine Kopplungskonstante von J8,,4 = 10.2 Hz, was nur b'ei einer trans-diaxialen Anordnung von 8-H und 14-H zu erwarten ist. Die OH-Gruppe an C-14 von 9a ist dernnach aquatorial angeordnet.

z 4a - 7

AcO AcO

\

9a: R = €1 9b: K = A c

10

Die Natriurnborhydrid-Reduktion der C-I 4-Carbonylgruppe der Ketocarbonsaure 5 fuhrt rnit guten Ausbeuten und hoher Stereoselektivitat unter Lactonisierung zu 11. Die Kopplungskonstante J8,14 = 10.4 Hz im 'H-NMR-Spektrum von 11 weist wie bei 9b auf eine aquatoriale Orientierung der 14-Hydroxygruppe und damit auf eine trans- Verkniipfung der Ringe C und D - irn Gegensatz zu den natiirlichen Cardenoliden - hin.

Die Induzierung der S-Konfiguration a n C-14 ist bedingt durch den Abschirmeffekt der angularen C-18-Methylgruppe; das an die Carboxylgruppe fixierte Borhydrid ver- mag die Carbonylgruppe nur von der Riickseite anzugreifen.

Die cardiotone Wirksarnkeit der Verbindungen 4-11 ist am Vorhof des Meer- schweinchens und in vivo an der Katze im Vergleich zum Digitoxigenin stark abge- schwacht.

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Experirnenteller Teil Die Schmelzpunkte sind nicht korrigiert. Die 'H-NMR-Spektren (Tab. 1) wurden in CDCI,

(TMS als innerer Standard) rnit einem Bruker-WM-400-Spektrometer, das '3C-NMR-Spektrum wurde in CDCI, rnit einem Bruker-WH-270-GerLt aufgenommen. Die optischen Drehungen wur- den mit einem Polarimeter Perkin-Elmer 241 gemessen. Zur Diinnschichtchromatographie wur- den Kieselgelplatten F 1500/LS 254 (Fa. Schleicher u. Schull), zur Saulenchromatographie wurde Kieselgel S (0.063-0.2 mm) der Fa. Riedel-de Ha@n verwendet.

3~-Acetoxy-14,15-dioxo-14,15-seco-5~-card-20(22)-enolid (4 a) und 3P-Acetoxy-I4-oxo-14, 15- sec0-5~-card-20(22)-enolid-ISi-siiure (5): In eine Losung von 11 .O g (28.0 mmol) 3B-Acetoxy-SB- carda-l4,20(22)-dienolid6) (3a) in 300 ml Methylendichlorid und 2 ml Pyridin wurde bei - 70°C bis zum Auftreten einer blauen Farbung Ozon eingeleitet. Nach Entfernen des Losungsmittels wurde das Ozonid in Essigsaure mit Zinkstaub unter Eiskiihlung gespalten. Nach etwa 10 min wurde das Gemisch filtriert und das Ldsungsmittel verdampft. Der Ruckstand wurde mit Wasser verdiinnt und mit Methylendichlorid extrahiert. Das Rohprodukt wurde durch Chromatographie an Kieselgel mit Chloroform gereinigt.

Fraktion I: 6.2 g (52%) 4 a mit Schmp. 212-214"C, [a]:: = + 12" (c = 1, in CHCI,).

C&& (430.5) Ber. C 69.75 H 7.96 Gef. C 69.42 H 8.21

Fraktion [I: 3.6 g (29%) 5 mit Schmp. 197- 199"C, [a]:: = -2' (c = 1, in CHCI,). C,,H,,O, (446.5) Ber. C 67.25 H 7.68 Gef. C 67.56 H 7.90

3~-[(0-3,4-Di-O-ace~yl-2,6-didesoxy-~-~-ribo-hexopyranosyl-(l -+ 4)-0-3-0-aceiyl-2,6-di- desoxy-P-D-ribo- hexopyranosyl-(1 + 4)-0-3-0-aceryl-2,6-didesoxy-~-~-ribohexopyranosyl)oxy]- 14, I5-dioxo-14,15-seco-5~-card-20(22)-eno/id (4b): Es wurde wie fur 4a beschrieben herge- stellt. Nach Ozonolyse von 3.0 g 3 b erhielt man 1.4 g (45%) 4b mit Schmp. 182-184°C.

C,,H,,O,, (947.1) Ber. C 62.14 H 7.45 Gef. C 62.31 H 7.31

3j3-Acetoxy-14-oxo-15,15-dimethoxy-14, IS-seco-5j3-card-20(22)-enolid (6): Eine Lasung von 2.0 g (4.6 mmol) 4 a in 30 ml Methanol wurde mit einer katalytischen Mengep-Toluolsulfonsaure 3 h geriihrt. Nach Neutralisation rnit wtil3rigem Natriumhydrogencarbonat und Extraktion mit Chloroform wurde der Eindampfriickstand der organischen Phase aus Ether umkristallisiert. Es wurden 1.5 g (68%) 6 mit Schmp. 134- 135 "C erhalten.

C,,H,O, (476.6) Ber. C 68.04 H 8.46 Gef. C 67.88 H 8.61

3p-Acetoxy-14-0x0-14, I5-seco-5~-card-20(22)-enolid-I5-siiure-methylester (7): 1 .O g (2.2 mmol) 5 in 30 ml Methanol wurde4 h mit 1.5 ml Ether/HCI (gesattigt) bei 40°C behandelt. Nach Reacetylierung rnit Acetanhydrid in Pyridin erhielt man 0.8 g (73%) 7 mit Schmp. 141 - 142°C (aus Essigester/Diisopropylether).

C26H3607 (460.6) Ber. C 67.80 H 7.88 Gef. C 67.95 H 8.01

3~Acetoxy-15-hydroxy-14-oxo-14,15-seco-5~-card-20(22)-enolid (8) und 3p-Aceloxy-14p. 15- dihydroxy-l4,15-seco-5~-curd-20(22)-enolid (9a): 1.3 g (3.0 mmol) 4 a wurden in Methanol su- spendiert und mit einem UberschuB von 0.43 g (11 mmol) Natrium-tetrahydroborat bei -20°C reduziert. Das Gemisch wurde 1 h bei -20 "C und 15 h bei Raumtemp. geruhrt, danach rnit Essig- saure neutralisiert und zur Trockne eingedampft. Der Ruckstand wurde in Chloroform/Wasser aufgenommen; nach Eindampfen der organischen Schicht erhielt man ein Gernisch der Verbin- dungen 8 und 9a, das durch Saulenchromatographie an Kieselgel mit Chloroform getrennt wurde. 8 : Ausb. 0.8 g (60070); Schmp. 171 - 172°C. - ',C-NMR (CDCI,): 6 = 215.63 (C-14, C=O) , 98.38 (C-14, 0 - C - 0 ) .

C,,H,,06 (432.6) Ber. C 69.41 H 8.39 Gef. C 69.32 H 8.27

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9a: Ausb. 0.5 g (39%); Schmp. 169- 171 "C. C2,H,,06 (434.6) Ber. C 69.10 H 8.81 Gef. C 68.79 H 8.65

3/3,14b, IS-Triacetoxy-l4,1S-seco-S~-card-20(22)-enolid (9 b): Es wurde aus 9a nach dem ubli- chen Acetylicrungsverfahren rnit Acetanhydrid/Pyridin unter Zusatz katalytischer Mengen 4-(Di- methy1amino)pyridin als Sirup erhalten.

C2,H4,08 (516.6) Ber. C 67.43 H 7.80 Gef. C 66.81 H 7.32

3b, 15-Diacefoxy-14-oxo-14,15-seco-5~-card-20(22)-enolid (10): Durch Acetylierung von 8 mit Acetanhydrid/Pyridin wurde 10 nach saulenchromatographischer Reinigung (Kieselgel, Chloro- form) als farbloses 0 1 erhalten.

C,,H,,O, (474.6) Ber. C 68.33 H 8.07 Gef. C 67.90 H 7.56

3~-Acefoxy-l6-oxo-15-oxa-D-homo-S~, I4a-card-20(22)-enoIid (11): 1.26 g (2.80 mmol) 5 wur- den in 50 ml Methanol bei 25 - 30 "C mit 1.1 g Natrium-tetrahydroborat versetzt. Nach 1 h wurde die Losung mit Essigsaure neutralisiert und i. Vak. eingedampft. Der Ruckstand wurde zwischen Chloroform/Wasser verteilt. Nach Eindampfen der organischen Phase und Saulenchromatogra- phie (Kieselgel, Chloroform) erhielt man nach Umkristallisation aus Essigester/Ether 0.8 g (67%) 11 mit Schmp. 258 - 260°C, [alp = - 25' (c = 1, in CHCI,).

C,sH,,O6 (430.5) Ber. C 69.75 H 7.96 Gef. C 70.03 H 8.22

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