Untersuchungen zur stereokontrollierten Synthese von 3-Mercaptolysinderivaten und Untersuchungen zur Synthese von Ansa-Seco-Steroiden

Untersuchungen zur stereokontrollierten Synthese von 3-Mercaptolysinderivaten: 3-Mercaptolysin und Peptide mit einer 3-Mercaptolysin-Einheit sind als Liganden für Nukleardiagnostika in der Kontrastmittelforschung von großem Interesse. Für das Screening Gewebe-selektiver Diagnostika sollten Mercaptolysinderivate, die sich für den Einbau in Peptide eignen, stereokontrolliert aufgebaut werden. Als Grundlage wurde im Rahmen dieser Arbeit eine sehr effiziente Synthese von Methoxymethyl-(4-oxo-butyl)-carbaminsäure-tert-butylester aus Pent-4-en-1-ol entwickelt. Nach Olefinierung des Aldehyds konnten Auxiliar-substituierte 6-Amino-hexensäure-derivate in guten Ausbeuten erhalten werden. Diese bildeten die Startmaterialien für auxiliargesteuerte Aziridinierungen mit anschließender Ringöffnung durch Schwefel-Nukleophile. Zudem wurden Azidierungen an Auxiliar-bewehrten Substraten, Michael-Additionen von Schwefel-Nukleophilen an Dehydroaminosäuren und viele weitere Reaktionen untersucht. Es galt dabei auf patentrechtlich geschützte Reaktionen zu verzichten, weil die Produkte ggf. in großem Maßstab kommerziell genutzt werden sollen. Dabei konnten alle vier stereoisomeren 2-Acetylamino-6-(tert-butoxycarbonyl-methoxymethyl-amino)-3-(4-methoxy-benzylsulfanyl)-hexansäurementhylester in guter Ausbeute synthetisiert werden. Nach Herstellung größerer Mengen der entsprechenden am Schwefelatom ungeschützten N-Fmoc-Aminosäurederivate sollen alle vier Stereoisomere in Peptide eingebaut und auf ihre Eignung als Liganden in Nukleardiagnostika untersucht werden. Untersuchungen zur Synthese neuartiger Ansa-Steroide: Über die Synthese von Ansa-Seco-Steroiden mittels eine Kaskade von intermolekularer Diels-Alder-Reaktion und anschließender Retro-Diels-Alder-Reaktion an 5,6,7,8-Tetradehydrosteroiden wurde erstmals 1986 von E. Winterfeldt et al. berichtet. Die damit eröffnete Möglichkeit eines völlig neuen Zugangs zu pharmakologisch interessanten Makrolid-Substraten konnte aber bislang nicht effektiv genutzt werden, weil insbesondere im Zusammenhang mit der Diels-Alder-Reaktion erhebliche präparative Probleme auftraten: Brauchbare Reaktivität nur bei sehr wenigen Dienophilen, Regioselektivitätsprobleme, etc. Hier galt es zu untersuchen, inwiefern sich diese Probleme durch die intramolekulare Reaktionsführung der Cycloaddition unterdrücken lassen können. Für die intramolekulare Diels-Alder-Reaktion zwischen der 5,7-Dien-Einheit des Steroids und einer an das Substrat gebundenen Dienophil-Einheit ist die Möglichkeit einer günstigen Anordnung der beiden Reaktanden-Gruppen entscheidend. Dafür wurden umfangreiche Untersuchungen zur alpha-konfigurierten Anbindung eines Dienophils in die 3-Position an 3-Hydroxy-5,6,7,8-Tetradehydrosteroiden durchgeführt: Mitsunobu-Reaktionen, Oxidations-Reduktions-Sequenzen, Oxidations-Ketalisierungs-Sequenzen, etc. Hierbei wurden zahlreiche neue Steroide synthetisiert. Es gelang jedoch nicht, 5,6,7,8-Tetradehydrosteroide mit axial in Position 3 eingebundenen Dienophilen in präparativ nutzbaren Mengen zu synthetisieren. Bei der Untersuchung intermolekularer Diels-Alder-Reaktionen zwischen Ergosterol und Brommaleinsäureanhydrid wurde vorzugsweise die Bildung der Addukte des 7,8,14,15-Tetradehydroisomers des Ergosterols beobachtet.

Synthesis of novel derivatives of 3-mercaptolysin: 3-mercaptolysin and peptides with a 3-mercaptolysin subunit are of special interest as novel diagnostic agents in the field of diagnostic nuclear medicine. In order to develop tissue-selective diagnostics chiral 3-mercaptolysin derivatives suitable for the direct incorporation into a peptide chain were synthesized as part of this work. Starting from pent-4-en-1-ol an efficient synthesis of Methoxymethyl-(4-oxo-butyl)-carbamic acid tert-butylester was developed. After olefination of the aldehyde various auxiliary connected 6-aminohexenoic acid derivatives were prepared in good yields. These compounds served as starting materials for auxiliary-controlled aziridine opening reactions by sulfur nucleophiles. Other reactions covered by this work include the auxiliary directed introduction of azide and 1,4-additions of sulfur nucleophiles to dehydroamino acids. All employed routes had to be free of any patent protection in order to enable a potential commercial use of the developed routes on a industrial scale. As a result of this work all four stereoisomers of 2-Acetylamino-6-(tert-butoxycarbonyl-methoxymethyl-amino)-3-(4-methoxy-benzylsulfanyl)-hexenoic acid menthylester were synthesised in a good yield. After the preparation of sufficient quantities of various Fmoc-protected 3-mercapto substituted amino acids these compounds can be incorporated into peptides and their potential use as novel nuclear diagnostic agents will be explored. Synthesis towards novel ansa-steroids: The synthesis of ansa-seco steroids via a reaction cascade of an intermolecular Diels-Alder reaction followed by a retro-Diels-Alder process was first described in 1986 by the group of E. Winderfeldt. This reaction sequence allowed a novel access to a pharmacologically interesting class of macrolide substrates. However, the synthetic access to these compounds was limited due to synthetic problems during the Diels-Alder step caused by the lack of suitably reactive dienophiles and by regioselectivity problems. In order to address these isssues preparations for an intramolecular variation of this reaction sequence were investigated as part of this PhD thesis. The success of an intramolecular Diels-Alder reaction between the 5,7-diene-unit of the steroid and the attached dienophile depends on the correct spacial orientation of both reacting groups. Using a large variety of chemical transformations numerous attempts were made in order to obtain alpha-attached dienophiles on the 3-position of 3-hydroxy-5,6,7,8-tetradehydrosteroids. Although many novel steroid derivatives were synthesized during these attempts the synthesis of 5,6,7,8-tetradehydrosteroids bearing an axial 3-substituent proved to be extremely difficult. During the investigation of the intermolecular Diels-Alder reaction between ergosterol and bromomaleic anhydride the preferred formation of adducts of the 7,8,14,15-tetradehydroisomers of ergosterol was observed.