Enantiospecific total synthesis of indole alkaloids (+)-eburnamonine, (-)-aspidospermidine and (-)-quebrachamine

An enantiospecific total synthesis of indole alkaloids eburnamonine, aspidospermidine and quebrachamine is described from lactic acid. Synthesis of all three alkaloids is accomplished from a single chiral building block. Johnson-Claisen rearrangement of a chiral allyl alcohol is the main feature for the installation of the required quaternary centre.

Facile synthesis of isochromanones and isoquinolones by AuCl3 catalyzed cascade triggered by an internal nucleophile

Synthesis of isochromanones and isoquinolones comprising a quaternary center with high diastereoselectivity was realized via a AuCl3 catalyzed tandem intramolecular exo-dig heterocyclization/enol isomerization/Claisen rearrangement sequence in excellent yields. The reaction is general and amenable for the synthesis of structurally diverse analogues.

An Approach to a Bislactone Skeleton: A Scalable Total Synthesis of (+/-)-Penifulvin A

An efficient and scalable total synthesis of the architecturally challenging sesquiterpenoid (+/-)-penifulvin A has been accomplished via a 12-step sequence with an overall yield of 16%. For the construction of this structurally complex tetracyclic molecule, the key steps used included 1,4-conjugate addition, a Pd(0) catalyzed cross-coupling reaction between an enol phosphate and trimethyl aluminum, Claisen rearrangement using the Johnson orthoester protocol, Ti(III)-mediated reductive epoxide opening-cyclization, Lewis acid catalyzed epoxy-aldehyde rearrangement, and finally a substrate controlled oxidative cascade lactonization process.

Formal synthesis of degraded sterol (+)-aplykurodinone-1

The formal synthesis of aplykurodinone-1 is accomplished starting from a suitably functionalized bicyclic lactone having the requisite cis-fused ring junction with a quaternary chiral center that was assembled following a Cp2TiCl-mediated radical cyclization protocol. Our synthetic route further elaborates implementation of Grubbs ring closing metathesis (RCM), Eschenmoser-Claisen rearrangement and iodo-lactonization reactions for the synthesis of the final tricyclic precursor of the target molecule. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The intramolecular Buchner reaction of α-diazo-β-ketonitriles : development and application to the total synthesis of (+)-Salvileucalin B

Since its discovery in 1896, the Buchner reaction has fascinated chemists for more than a century. The highly reactive nature of the carbene intermediates allows for facile dearomatization of stable aromatic rings, and provides access to a diverse array of cyclopropane and seven-membered ring architectures. The power inherent in this transformation has been exploited in the context of a natural product total synthesis and methodology studies.

The total synthesis work details efforts employed in the enantioselective total synthesis of (+)-salvileucalin B. The fully-substituted cyclopropane within the core of the molecule arises from an unprecedented intramolecular Buchner reaction involving a highly functionalized arene and an α-diazo-β-ketonitrile. An unusual retro-Claisen rearrangement of a complex late-stage intermediate was discovered on route to the natural product.

The unique reactivity of α-diazo-β-ketonitriles toward arene cyclopropanation was then investigated in a broader methodological study. This specific di-substituted diazo moiety possesses hitherto unreported selectivity in intramolecular Buchner reactions. This technology was enables the preparation of highly functionalized norcaradienes and cyclopropanes, which themselves undergo various ring opening transformations to afford complex polycyclic structures.

Finally, an enantioselective variant of the intramolecular Buchner reaction is described. Various chiral copper and dirhodium catalysts afforded moderate stereoinduction in the cyclization event.

EFFICIENT SYNTHESIS OF 3-MONO AND DISUBSTITUTED LACTAMS USING MEERWEIN-ESCHENMOSER [3,3] SIGMATROPIC REARRANGEMENTS

3-Allyl substituted five six and seven membered ring lactams, are readily available in good yields and reasonable selectivity by a formal Meerwein Eschenmoser [3,3] rearrangement, using readily available methoxymethyleniminium salts and lithium alkoxides derived from allyl alcohols.

Development of thermally stable versions of the Burgess Reagent : approaches to the chemoenzymatic total synthesis of morphine

The present studies describe our recent work on expanding the use of the Burgess reagent and its reaction with oxiranes. Several new variants of the Burgess reagent and its chiral auxiliary version were evaluated for their thermal stability by NMR spectroscopy. Three new versions of the reagent were synthesized and their stability was determined. The reactivity of all five Burgess reagents was compared in a dehydration reaction and reactions with epoxides and diols. Progress toward a chemoenzymatic synthesis of morphine is also included in this report. The synthesis began with the whole cell oxidation of bromobenzene by Escherichia coli JMI09(pDTG601). The preparation of several precursors for a key step involving the lohnson-Claisen rearrangement and progress toward the total synthesis are described.

Aufbau und Kupplung von Schlüsselintermediaten zur enantioselektiven Steroidsynthese

Steroide sind im Organismus weit verbreitete, vielfältig substituierte Naturstoffe mit einem breiten biologischen Wirkungsspektrum. C/D-cis-verknüpfte Steroide kommen in der Natur zwar selten vor, sie sind aber in ihrer pharmakologischen Aktivität nicht weniger interessant. Total- bzw. Partialsynthesen sind bisher in der Literatur kaum beschrieben worden. Die Arbeit beschäftigt sich mit grundlegenden Reaktionen zur enantioselektiven Synthese eines 13,14-cis-verknüpften Steroids. Als Fernziel wurde C/D-cis-verknüpftes Östradiol ausgewählt mit der Option, das Substitutionsmuster dieses Steroids vielfältig variieren zu können. Der Syntheseplan beinhaltet zunächst den Aufbau des Kohlenstoffgerüsts im Sinne einer konvergenten Synthese, abschließende Cyclisierungen sollten dann das vollständige Molekül ergeben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst das C/D-Ringfragment als Allylamin hergestellt. Das Amin ist dabei als chirales Auxiliar ausgelegt. Als A,B-Ringfragment wurden eine Reihe 4-Aryl-2,3-ungesättigte Carbonsäurefluoride synthetisiert. Im Verknüpfungsschritt, einer zwitterionischen Aza-Claisen-Umlagerung, konnten nun beide Fragmente mit hoher simpler, aber mäßiger induzierter Diastereoselektivität gekuppelt werden. Das Entfernen der Doppelbindung im Produkt erwies sich als erhebliche Hürde, die jedoch durch die Verwendung eines Enolethers genommen werden konnte. Das im Rahmen der Arbeit hergestellte Material sollte nun in wenigen Stufen zum C/D- cis-verknüpften Steroid umgesetzt werden können.

Elaeocarpacae-Alkaloide: flexible Synthese optisch aktiver (-) Elaeokanin C Schlüsselbausteine

Kurzzusammenfassung Elaeocarpacae-Alkaloide: flexible Synthesen optisch aktiver (-) Elaeokanin C Schlüsselbausteine Im Tier- und Pflanzenreich sind Alkaloide weit verbreitet und werden von der Biogenese her als Produkte des Aminosäure-Stoffwechsels angesehen. Die Elaeocarpacae-Alkaloide zählen zu den Indolizidinen, welche durch ein Azabicyclo-[4.3.0]-nonan Grundgerüst charakterisiert sind und erstmals Ende der 60er Jahre des letzten Jahrhunderts aus den Blättern der in Neu Guinea beheimateten Ölbaumgewächse isoliert wurden. Für verschiedene Vertreter dieses Alkaloid-Typs wurden sowohl racemische als auch asymmetrische Totalsynthesen entwickelt. Während für das (+) Elaeokanin C bereits Totalsynthesen existieren, gibt es für das (-) Elaeokanin C bis heute keine asymmetrische Synthese. Als Fernziel der vorliegenden Arbeit wurde die erste Totalsynthese von (-) Elaeokanin C ausgewählt. Der Syntheseplan sieht zunächst den diastereoselektiven Aufbau eines optisch aktiven Schlüsselbausteins mit Naturstoff-Stereotriade im Sinne einer konvergenten ex-chiral-pool Synthese vor. Im Rahmen dieser Arbeit konnte dies durch die Aza-Claisen-Umlagerung realisiert werden. Ausgehend von diesem Schlüsselbaustein wurden verschiedene Synthesewege verfolgt um sowohl das Substitutionsmuster der Seitenkette als auch das des Piperidinsegments vielfältig variieren zu können. Die Einführung der Seitenkette erwies sich durch vielfältige Nachbargruppeneffekte wie die unerwünschte 5-exo-trig Cyclisierung zu einem Pyrrolizidin Derivat als große Hürde. Eine geänderte Synthesestrategie mit einem schrittweisen Aufbau der Kette lieferte schließlich den Baustein, aus dem nun in wenigen Stufen das (-) Elaeokanin C sowie vielfältige Analoga herzustellen sein sollten.

Untersuchungen zur asymmetrischen Totalsynthese von Cripowellin

Im Rahmen dieser Arbeit konnten wichtige Schritte auf dem Weg zur asymmetrischen Totalsynthese des Cripowellin-Aglycons gemacht und wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Es gelang dabei, einen Teil des Grundgerüsts des Kerns mit dem entscheidenden stereogenen Zentrum optisch aktiv aufzubauen. Die Aza-Claisen-Umlagerung diente hierbei als Schlüsselschritt zum stereoselektiven Aufbau eines Epoxids. Für die Aza-Claisen-Umlagerung dienten ein Allylamin und ein Säurefluorid als Ausgangsverbindungen. Das Allylamin konnte ausgehend von Piperonylalkohol über sechs Stufen (Schutzgruppen-operationen, Bromierung, metallorganische Reaktionen, Reduktion) mit einem Auxliar versehen und mit einer Gesamtausbeute von 56 % synthetisiert werden. Die Synthese des Säurefluorids konnte im Rahmen dieser Arbeit entscheidend verbessert werden, insbesondere bezüglich der Reinheit. Die Aza-Claisen-Umlagerung zu einem Pentensäurederivat selbst konnte mit einer sehr befriedigenden Ausbeute von 91 % durchgeführt werden. Dabei entstanden zwei Diastereomere im Verhältnis 92:8. Kristallisationsversuche schlugen leider fehl, sodass der Konfigurationsbeweis noch aussteht. Dieses Pentensäurederivat konnte zunächst durch einen Reduktionsschritt und saure Abspaltung der Schutzgruppe und des Auxiliars in ein Benzylchlorid überführt werden, welches dann durch Umsetzung mit Ammoniak zu einem Benzazepinon reagierte, ein weiteres wichtiges Schlüsselintermediat in dieser Synthese. Mit diesem Benzazepinon wurden viele Versuche zur Doppelbindungsfunk-tionalisierung unternommen, so z. B. Dihydroxylierungen und Epoxidierungen. Auch wurde das Amid zum Amin reduziert und mit Pentensäure erneut funktionalisiert. Mit dem so gewonnenen Dien wurden erste Versuche unternommen, über eine Grubbs-Metathese das bicyclische System des Cripowellins aufzubauen, die jedoch scheiterten.

Synthese von optisch aktiven 2-Vinyl-piperidinen - Schlüsselbausteine für die Clavepictin-Totalsynthese

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden eine Vielzahl optisch aktiver 1,2,6-trisubstituierte Piperidine stereoselekiv dargestellt. Bei der anschließenden Aza-Claisen-Umlagerunge wurden daraus chirale Azecinone (zyklische, ungesättigte, zehngliedrige Lactame) gebildet, die sich für die Totalsynthese u. a. von Clavepictin A eignen.rnrnDazu wurde zunächst über eine weitere zwitterionische Aza-Claisen-Umlagerung ein Dien aufgebaut, welches durch intramolekulare Grubbs-Metathese zum Piperidin geschlossen werden konnte. Daraus wurde ein Baikiain- sowie ein Pipecolinsäure-Derivat hergestellt.rnrnAuf einem weiteren Weg zu hochsubstituierten Piperidinen wurde eine von Katritzky et al. erarbeitete Synthese eines Bisaminals auf ihre Flexibilität bezüglich des Substitutionsmusters in 2- und 6-Position am Piperidinring durch eine Kaskade an Reduktionen und Grignard-Reaktionen zu stereoselektiv trisubstituierten 2-Vinyl-Piperidinen untersucht. rnrnDie anschließende zwitterionische Aza-Claisen-Umlagerung an diesen Vinyl-Piperidinen mit verschiedenen Säurefluoriden diente jeweils zur Überprüfung der Tauglichkeit der ausgewählten Reaktionswege zur Totalsynthese von Clavepictin. Durch Strukturbestimmung der gebildeten Azecinone mittels NOESY wurde der erwartete Chiralitätstransfer bei der Umlagerungsreaktion untersucht bzw. bestätigt.rnrnNebenbei wurde dabei ein Chinolizidin-Derivat gefunden, dessen Darstellung durch eine neuartige Dominoreaktion erklärt wurde und dessen Grundstruktur einen weiteren und ggf. kürzeren Syntheseweg zu Clavepictin A und seinen Derivaten zulassen sollte. rn

Soft Lewis acid catalyzed cycloisomerization of oxo-alkynes and enynes

In the literature, some transition metal salts have been used as soft Lewis acids to activate alkynes toward nucleophilic attack. For example, Pt(II), Au(I) and Pd(II) catalysts can catalyze cycloisomerization reactions of alkynyl compounds to give a variety of cyclic products. In order to expand the scope of these reactions, in chapter 2 of this dissertation, several alkynyl epoxides were isomerized to cyclic allyl vinyl ethers using PtCl2 as the catalyst. Three of these allyl vinyl ethers were hydrolyzed to 2-hydroxymorpholine derivatives and two were converted to piperidine derivatives by thermal Claisen rearrangement. In order to find more benign and inexpensive catalysts for these types of reactions, in chapter 3 of this dissertation, BiCl3 was used to catalyze the isomerization of eight enynes to pyrrolidine derivatives. This reaction was normally catalyzed by expensive noble metal catalysts, such as Pd(II), Pt(II) and Au(I). All the cyclic products are valuable intermediates in the synthesis of bioactive molecules, these soft Lewis acid catalyzed cycloisomerization may find applications in the synthesis of bioactive molecules.

Yeast chorismate mutase in the R state: Simulations of the active site

The isomerization of chorismate to prephenate by chorismate mutase in the biosynthetic pathway that forms Tyr and Phe involves C5—O (ether) bond cleavage and C1—C9 bond formation in a Claisen rearrangement. Development of negative charge on the ether oxygen, stabilized by Lys-168 and Glu-246, is inferred from the structure of a complex with a transition state analogue (TSA) and from the pH-rate profile of the enzyme and the E246Q mutant. These studies imply a protonated Glu-246 well above pH 7. Here, several 500-ps molecular dynamics simulations test the stability of enzyme–TSA complexes by using a solvated system with stochastic boundary conditions. The simulated systems are (i) protonated Glu-246 (stable), (ii) deprotonated Glu-246 (unstable), (iii) deprotonated Glu-246 plus one H2O between Glu-246 and the ether oxygen (unstable), (iv) the E246Q mutant (stable), and (v) addition of OH− between protonated Glu-246 and the ether oxygen. In (v), a local conformational change of Lys-168 displaced the OH− into the solvent region, suggesting a possible rate-determining step that precedes the catalytic step. In a 500-ps simulation of the enzyme complexed with the reactant chorismate or the product prephenate, no water molecule remained near the oxygen of the ligand. Calculations using the linearized Poisson–Boltzmann equation show that the effective pKa of Glu-246 is shifted from 5.8 to 8.1 as the negative charge on the ether oxygen of the TSA is changed from −0.56 electron to −0.9 electron. Altogether, these results support retention of a proton on Glu-246 to high pH and the absence of a water molecule in the catalytic steps.

Aromatic claisen rearrangements in carbohydrates: stereocontrol of rearrangement rates in unsaturated sugar substrates

A remarkable difference is observed in the rates of [3,3]-sigmatropic rearrangement of aryl 4,6-di-O-acetyl-2,3-dideoxy-D-erythro-hex-2-enopyranosides 1 and 2; the slower reactivity of the alpha-isomers is consistent with AM1 calculated transition state energetics of model systems.

EFFICIENT SYNTHESIS OF 3-SUBSTITUTED LACTAMS USING MEERWEIN ESCHENMOSER CLAISEN [3,3] SIGMATROPIC REARRANGEMENTS

3-Allyl substituted five, six, and seven membered ring lactams are readily available in good yields and reasonable selectivity by a formal Meerwein Eschenmoser Claisen [3,3] rearrangement, using the readily available N,N-dialkylalkoxymethylene iminium salts and lithium alkoxides derived from allyl alcohols.