Brevet FR2537145A1 — publié le 19840608

La présente invention concerne un procédé nouveau pour séparer les mélanges de 4-androstène-3,17-dione et de 1,4-androstadiène-3,17-dione obtenus à la dégradation microbiologique des chaînes latérales de stérols. La 4-androstène-3,17-dione et la 1,4-androstadiène3,17-dione sont des produits de départ importants des synthèses de dérivés de l'androstane et du prégnane ainsi que d'oestratriènes. L'application industrielle de la dégradation microbiologique de la chaîne latérale des stérols a fait que la 4-androstène-3,17-dione et la 1,4-androstadiène-3,17-dione sont devenues des produits faciles à préparer et utilisables dans les synthèses de stéroïdes. La 4-androstène-3,17-dione est le produit de départ pour les synthèses - des dérivés de l'androstane comme la testostérone, la méthylstéstostérone, la spironolactone entre autres, - des dérivés du prégnane comme la progestérone, la 17 alphahydroxyprogestérone, l'hydrocortisone entre autres. La 1,4-androstadiène-3,17-dione peut être convertie facilement en dérivés de l'oestratriène par des réactions d'aromatisation. La 1,4-androstadièn-3, 17-dione qu'on peut obtenir par ce procédé permet des synthèses de l'oestratriène plus économiques que la synthèse totale de ces produits D'après les procédés décrits dans la littérature scientifique pour la dégradation microbiologique de la chaîne latérale des stérols, on obtient en général des mélanges de la 4-androstène-3,17-dione et de la 1,4-androstadiène-3,17dione à des compositions variables, avec de petites quantités d'autres produits de dégradation (brevet autrichien No 130.789, brevet de la RFA No 2.703.645).Les rendements sont en moyenne de 50% à 80% de la théorie en mélange 4-androstène-3,17-dione/ 1, 4-androstadiène-3, 17-dione. L'utilisation demicroorganismes différents pour la dégradation des chaînes latérales des stérols permet de diriger le processus de dégradation microbiologique de maniere à obtenir en produit principal la 4-androstène-3,17 dione ou la 1,4-androstadiène-3,17-dione, l'autre composant du mélange étant présent en quantités d'un ordre de grandeur d'environ -5 à 25%. On a déjà décrit dans la littérature scientifique plusieurs procédés pour séparer ces mélanges. Ainsi, par exemple, on peut séparer et purifier la 1,4-androstadiène-3,17-dione à partir du mélange stéroïdi- que de 1,4-androstadiène-3,17-dione et de cholestérol isolé par dégradation microbiologique des chaînes latérales des stérols en traitant par des charbons actifs puis par chromatographie sur colonne (brevet japonais No 7.514.958). Selon un autre procédé (brevet japonais No 78 127 454), on convertit les stéroïdes 3-céto-1,4-diéniques par traitement à l'aide du ter-tbbutylate de potassium en les dérivés 3-céto-1,5-diéniques correspondants qu'on hydrogène ensuite en la 5-androstène-3,17-dione à l'aide d'un catalyseur au rhodium sur charbon en système hétérogène. Dans ce procédé en deux stades, les rendements sont d'environ 50 à 60%. Un autre procédé (brevet japonais No 78 130 650) prévoit I'hydrogénation directe des stéroïdes 3-ceto-1,4- diéniques à l'aide de. catalyseurs du type tris-triphénylphos- phine)-chlorure de rhodium en système homogène. Les rendements en stéroïdes 3-céto-4-éniques par rapport au stérol de 3-céto4-énique contenu dans le mélange sont d'environ 90%. - La séparation du stéroïde à partir du mélange stéroïde-catalyseur demande beaucoup de difficultés et des frais, et conduit à de nouvelles pertes de produits. Le rendement global tombe à environ 80% des produits de dégradation obtenus (brevet japonais No 78 127 452 et 78 130 649).Un autre inconvénient de ce procédé réside en ce que la sélectivite des catalyseurs dans cette réaction est insuffisante : on peut obtenir dans le-mélange de réaction jusqu'à 5% de 5 alphaandrostane-3,17-dione entièrement hydrogénée (brevet japonais No 78 127 452). On a également proposé de réduire sélectivement la 1,4-androstadiène-3,17-dione présente dans le mélange en 4-androstène-3,17-dione en pratiquant une deuxième opération microbiologique (WP No 137.361). Tous les procédés proposés antérieurs exigent des frais supplémentaires élevés qui s'accompagnent en outre de ouvel- les diminutions du -rendement. Du fait que les deux produits, la 1,4-androstadiène -3,17-dione et surtout la 4-androstène-3,17-dione, sont nécessaires pour les synthèses de stéroïdes, il faut disposer pour la préparation de ces produits de procédés différents de ceux décrits dans la littérature scientifique antérieure car la séparation du deuxième dérivé d'androstane contenu dans le mélange obtenu n'a pas trouvé de solution entierement satisfaisante pour l'application industrielle. La présente invention concerne un procédé nouveau permettant de séparer par des-opérations simples et sans perte appréciable de rendement, dans un état de haute pureté, la 4-androstène-3,17-dione et la 1,4-androstadiène-3,17-dione obtenues à l'état de mélange par dégradation microbiologique - des chaînes latérales de stérols, les composés séparés pouvant ensuite être utilisés pour les synthèses de dérives du prégnane, de l'androstane et de l'oestratriène. L'invention concerne donc un procédé pour séparer les mélanges de 4-androstène-3,17-dione et de 1,4-andrcstadiène- 3,17-dione sans frais techniques importants, les produits séparés étant dans un état de pureté suffisant pour pouvoir être utilisés comme prodùits de départ dans les synthèses d'androstanes, de prégnane et d'oestratriènes. On a trouvé avec surprise que l'on pouvait convertir les mélanges de 4-androstène-3,17-dione et de l,4- androstadiène-3,17-dione en solution, par réaction avec des cyanhydrines comme l'acétone-cyanhydrine ou d'autres composés organiques cyanés libérant HCN, en un mélange de 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-4-androstène-3-one et'de 17 bêtacyano-17 alpha-hydroxy-1,4-androstadiène-3-one à partir duquel on sépare la 17 beta-cyano-17 alpha-hydroxy-4-androstène-3one peu soluble par cristallisation, tandis qu'on scinde à nouveau la 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-1,4-androstadiène- 3-one restant en solution, directement ou après extraction par des solvants organiques, par des modes opératoires connus, en la 1,4-androstadiène-3,17-dione qu'on isole. Les procédés connus pour traiter les produits ou mélanges de produits obtenus par dégradation microbiologique des stérols visent - à convertir la 1,4-androstadiene-3,17-dione contenue dans la 4-androstène-3,17-dione, par réduction microbiologique, en la -4-androstène-3, 17-dione, - à convertir la 1,4-androstadiène-3,17-dione obtenue en pro duit principal par réduction microbiologique ou chimique en 4-androstène-3,17-dione. Les raisons-de cette manière d'opérer sont en particulier - que la 4-androstène-3,17-dione e+ le produit le plus impor tant pour les transformations ultérieures et constitue un enrichissement important de l'approvisionnement en matières premières pour les synthèses d'androstanes et de prégnanes, - que la 1,4-androstadiene-3,17-dione est utilisée principale ment pour les synthèses d'oestratriènes, le besoin en ces produits étant très inférieur au besoin en dérivés de l'androstane et du prégnane et - que les procédés de dégradation ;^robiologique connus antérieurement donnent principalement la 1,4-androstadiène 3,17-dione ou des mélanges de 4-androstène-3,17-dione et de 1,4-androstadiène-3,17-dione. Les opérations supplémentaires nécessaires pour convertir les mélanges 4-androstène-3,17-dione/1,4-androstadiegm 3,17-dione en un produit unique exigent des installations industrielles, des matières premières, de l'énergie et de la maind'oeuvre supplémentaires. Du fait que les deux produits, à savoir la 4-androstène-3, 17-dione et la l,4-androstadiène-3, 17-dione sont des produits de départ importants pour d'autres synthèses de stéroïdes, un procédé de séparation ma7antageux permet de contribuer à une solution technique optimale du problème global d'approvisionnement en produits de départ de la synthèse de stéroïdes. L'avantage d'une telle manière d'opérer réside également en ce que, pour la préparation des deux produits de départ importants (4-androstène-3,17-dione et 1,4-androstadiène -3,17-dione), il suffit d'une seule opération de dégradation microbiologique, cette unique opération de dégradation des chaînes latérales de stérols permettant de disposer de la 4-androstène-3,17-dione comme de la 1,4-androstadiène-3,17dione qui sont les produits de départ recherchés. Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la 4-androstène-3,17-dione et la 1,4-androstadiène-3,17dione obtenues à la dégradation microbiologique des chaînes latérales de stérols sont converties en cyanhydrines correspondantes et séparées sous cette forme par des opérations simples. La préparation des cyanhydrines sous la forme des dérivés 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxylés apporte pour l'utilisation ulterieure de ces dérivés de l'androstane d'autres avantages économiques car la 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy4-androstène-3-one en particulier est un produit intermédiaire qui peut également être converti par des modes opératoires chimiques simples en composés à la structure du prégnane. Ainsi, la mise en oeuvre industrielle du procédé de séparation selon l'invention crée également des possibilités de valorisation industrielle simple pour les produits obtenus. Le traitement de ces produits pour la synthèse de dérivés de 17 aipha-aikyl-testérones n' exige pas non plus d'opérations supplémentaires pour éliminer le groupement cyanhydrine car une réaction de Grigard sur le groupement cyanhydrine non protégé permet une alkylation directe en position 17 alpha de la molécule de stéroïde. Pour convertir la 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy1,4-androstadiène-3-one en stéroïdes aromatiques en C 18, l'élimination du groupe cyanhydrine est nécessaire mais cette élimination peut également être réalisée par le procédé selon l'invention sans frais techniques supplémentaires notables. Conformément à l'invention, les mélanges de 4-androstène-3, 17-dione et de 1,4-androstadiène-3, 17-dione obtenus à la dégradation microbiologique des chaînes latérales de stérols sont dissous ou mis en suspension dans un s-o-lvant et convertis par addition de cyanhydrines, par exemple l'acétone-cyanhydrine ou d'autres composés cyanés libérant HCN, en présence d'additifs alcalins tels que des hydroxydes métalliques, des cyanures métalliques, des carbonates métalliques ou des bases organiques, dans un intervalle de pH de 7,5 à 10,5, de préférence de 8,3 à 9,7, en un mélange des dérivés 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxylés de la 4-androstène-3,17dione et de la 1,4-androstadiène-3,17-dione dans des conditions d'équilibre à des températures de 0 à 600C, de préférence de 30 à 450C. La 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-4-androstène-3one peu- soluble cristallise à partir du mélange de réaction, l'opération de cristallisation pouvant être dirigée par certaines additions, par exemple d'eau ou encore de solvants organiques, de manière à récupérer par cristallisation au moins 96 à 98% de la 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-4-androstène-3one présente dans le mélange, le produit cristallisé contenant moins de 0,5 à 1% de 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-1,4androstadiène-3-one. Le contrôle de l'opération de cristallisation exige une conduite exacte par réglage de la température en liaison avec une addition intentionnelle du diluant en fonction de la composition du mélange de départ. La séparation du produit de réaction cristallisé est faite par filtration avec des rendements d'environ 93 à 96% de la théorie, par rapport à la 4-androstène-3,17-dione contenue dans le mélange. La 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-1,4-androstadiène3-one restant dans les liqueurs-mères est convertie en 1,4 androstadiene-3,17-dione par addition d'un alcali et par un léger chauffage, et isolée sous cette forme, mais on peut également la soumettre à cette opération connue de scission en retour après une extraction par des solvants organiques, en solution alcoolique, après quoi on l'isole. Après une simple recristallisation dans des solvants organiques tels que des alcools, des cétones, des esters ou des hydrocarbures aromatiques comme le toluène, la 1,4-androstadiène-3,17-dione contenue dans le mélange peut être obtenue avec un rendement d'environ 75 à 80% (par rapport a la 1,4 androstadiène-3,17-dione contenue dans le mélange) sous une forme suffisamment pure pour la conversion subséquente. La préparation des dérivés de 17-cyano-17 alphahydroxy-androstane pour séparation des mélanges de 4-androstène 3, 17-dione et de 1,4-androstadiène-3,17-dione est surprenante et ne pouvait pas être prévue mais, compte tenu de la valorisation économique de la 4-androstène-3,17-dione et de la 1,4androstadiène-3,17-dione obtenues à la dégradation microbiolo- gique des chaînes latérales de stérols, elle est particulièrement intéressante car ainsi, dans l'ensemble des opérations - il ne faut qu'une seule opération de dégradation microbiologique des chaînes latérales de stérols, - la séparation des mélanges de produits obtenus permet d'obtenir la 4-androsfène-3,17-dione et la 1,4-androstadiène3,17-dione prêtes pour les conversions subséquentes sans opérations supplémentaires coûteuses, - les produits obtenus, par exemple la 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-4-androstène-3-one, constituent déjà ie premier stade de la synthèse des chaînes latérales de prégnanes. Avec l'introduction de ce procédé dans la pratique industrielle, la synthèse des cyanhydrines en particulier acquiert à nouveau un intérêt spécial pour la synthèse des dérivés du prégnane à partir des dérivés de l'androstane. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée ; dans ces exemples, les indications de parties et de % s'entendent en poids sauf mention contraire. EXEMPLE 1 On met en suspension 5 g d'un mélange 4-androstène 3,17-dione/1,4-androstadiène-3, 17-dione (3,75 g/1,25 g) dans 21 ml de méthanol et on ajoute 5 ml d'acétone-cyanhydrine. On ajoute au mélange 2,1 ml d'eau, on règle sous agitation à une température de 400C puis à pH 8,7 par addition de NaOH méthanolique N. Au bout de 40 mn environ, le produit mis en oeuvre est totalement dissous ; encore 30 mn plus tard, la 17 bêtacyano-17 alpha-hydroxy-4-androstène-3-one formée cammence à cristalliser. On agite le mélange pendant encore 4 heures après addition de 3 ml d'eau à une température de 35 à 400C puis on abandonne au repos pendant une nuit à température ambiante. On règle à nouveau à 350C et on ajoute encore 21 ml d'eau sous agitation en 4 heures. Après l'addition d'eau, on refroidit en 2 heures à 150C, on agite encore 1 heure à cette température et on essore le produit, qui a cristallisé. On le lave sur verre fritté avec un peu d'eau puis on essore pratiquement à sec et on sèche à l'air. Rendement : 3,95 g (96% de la théorie par rapport à la 4androstène-3,17-dione contenue dans le mélange). Aux liqueurs-mères obtenues on ajoute 50 ml d'eau, on extrait à plusieurs reprises par le chloroforme, on lave les extraits chloroformiques à l'eau et on concentre ie produit à sec. Résidu sec : 1,45 g. On reprend lue résidu sec dans 10 ml d'éthanol, on ajoute 1 ml de pyridine et on chauffe au reflux pendant 20 mn. On coule la solution dans l'eau, on extrait à plusieurs reprises par le chloroforme, on lave la solution chloroformiqùe à l'eau puis on concentre à sec. On recristallise le résidu dans l'acétone -aqueuse. Rendement : 970 mg (77% de la théorie par rapport à la 1,4androstadiène-3,17-dione contenue dans le mélange). EXEMPLE 2 On met en suspension 5 g d'un mélange 4-androstène3,17-dione/1,4-androstadiène-3,17-dione (4g/lg) dans 16 ml de méthanol, on ajoute 1,6 ml d'eau et 5 ml d'acétone-cyanhydri- ne et on règle à une température de 40"C. On règle le mélange sous agitation à pH 8,7 par addition de NaOH méthanolique N ; - au bout de 30 mn environ, le mélange de produits est entièrement dissous ; 15 mn plus tard, la 17 beta-cyano-17 alphahydroxy-4-androstène-3-one commence à cristalliser. Dans un délai de 8 heures encore, on ajoute à 400C 21 ml d'eau puis on refroidit le mélange à +150C et on agite encore 3 heures à cette température. On essore le produit cristallisé, on le lave à l'eau sur verre fritté, on essore pratiquement à sec puis on sèche sous vide. Rendement : 4,11 g (94% de la théorie, par rapport à la 4androstène-3,17-dione présente dans le mélange). On traite ensuite les liqueurs-mères comme décrit dans l'exemple 1. Pour la purification, on dissout le produit dans l'acétone, on filtre sur AI 203 et on fait cristalliser dans l'acétone aqueuse. Rendement : 865 mg (79% de la théorie! par rapport à la 1,4androstadiène-3,17-dione contenue dans le mélange). EXEMPLE 3 Dans cet exemple, le mode opératoire est le même que dans l'exemple 1 mais on utilise comme solvant l'isopropanol et comme base NAIN. Rendement : 3,86 g (94%de la théorie, par rapport à la 4 androstène-3,17-dione contenue dans le mélange). Aux liqueurs-mères obtenues on ajoute 20 ml d'éthanol et 0,5 ml de NaOH N et on chauffe au reflux pendant 20 mn. On coule le mélange dans l'eau, on extrait à plusieurs reprises par le chloroforme, on concentre à sec, on reprend le résidu dans l'acétone, on filtre sur A1203 basique puis on fait cristalliser dans l'acétone aqueuse. Rendement : 945 mg (75%-de la théorie, par rapport à la 1,4androstadiène-3,17-dione contenue dans le mélange). RVENDlCATION Procédé pour séparer es mélanges de 4-androstène3,17-dione et de 1,4-androstadiène-3,17-dione, caractérisé en ce que l'on convertit ces mélanges, par réaction avec des composés cyanés libérant HCN, par exemple l'acétone-cyanhydrine ou des cyanures alcalins, en un mélange de 17 bêta-cyano17 alpha-hydroxy-4-androstène-3-one et de 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-1,4-androstadiène-3-one à partir'duquel on sépare la 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-4-androstène-3 -one peu soluble par cristallisation etl lorsque c'est nécessaire, on la scinde en retour par des modes opératoires connus en g- androstène-3-one, et on scinde en retour la 17 bêta-cyano-17 alpha-hydroxy-1,4-androstadiène-3-one restant en solution, directement ou après extraction par des solvants organiques, par des modes opératoires connus, en 1,4-androstadiène-3,17- dione qu'on isole.