Übergangsmetallvermittelte [2+2+2]-Zyklotrimerisierungsreaktionen zum Aufbau anellierter Phthalide : Intermediate zur Synthese von Anguzyklinonen

Anguzykline sind eine große Gruppe von Naturstoffen. Ihnen ist gemein, dass sie eine Benz[a]anthracen-Struktur besitzen oder dass sie in der Biosynthese aus einer Verbindung mit einem solchem Grundgerüst hervorgegangen sind. Viele Vertreter der Anguzykline sind bioaktive Substanzen mit insbesondere antibiotischer Wirkung. In dieser Arbeit wurde eine flexible, modulare Synthese für Anguzykline erarbeitet. Eine Schlüsselreaktion stellte die intramolekulare [2+2+2]-Zykloaddition aus Triinen zu Phthaliden dar. Die in dieser Umwandlung eingesetzten Triine enthalten eine Diin- und eine Monoinkomponente, die über eine Esterbindung miteinander verknüpft sind. Die intramolekulare [2+2+2]-Zyklotrimerisierung wurde an zwei verschiedenen Strukturen der Triinsysteme untersucht: Zum einen Triine, in denen Nona-2,8-diinsäuren mit 1-Aryl-propargylalkoholen verknüpft waren und zum anderen Substrate, in denen die Propargylsäureester von 1-Aryl-nona-2,8-diin-1-olen gebildet wurden. Für die Umsetzung wurden zwei verschiedene Katalysatoren verwendet. Neben dem Wilkinsonkatalysator wurde der Rutheniumkatalysator [Cp*RuCl(cod)] eingesetzt. Beide Katalysatoren sind für die Reaktion geeignet und ergänzen sich hinsichtlich der verschiedenen Triinsysteme. Die Phthalide dienten als Intermediate für den Aufbau eines Tetrahydrobenz[a]anthrachinon-Grundgerüst. Zum Aufbau dieser Struktur wurde eine Synthesesequenz zur Gerüstumlagerung vorgestellt und die Synthesemethode auf verschiedene Vertreter der Anguzyklin-Familie angewendet. Besonderes Augenmerk wurde auf die Synthese des Urdamycinon B gelegt, in dem das Grundgerüst C-glykosidisch mit einem Olivosesubstituenten verknüpft ist.

Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus Pflanzen und Pilzen : Phenanthro-Alkaloide ; phytotoxische Dioxolanone

Als Phenanthro-Alkaloide wird eine kleine Gruppe von pentacyclischen, auf dem Phenanthren-Strukturmotiv basierenden Indolizidinen sowie Chinolizidinen bezeichnet. Von Letztgenannten sind bisher fünf, von den homologen Phenanthroindolizidinen mehr als sechzig natürliche Vertreter gefunden worden. Das wohl bekannteste Alkaloid in dieser Gruppe ist das Indolizidin-Alkaloid Tylophorin, das beispielsweise aus Tylophora indica (Apocynaceae, "Hundsgiftgewächse") gewonnen werden kann. Tylophorin und verwandte Derivate besitzen potente biologische und physiologische Wirkungen. So entfalten sie sowohl antiinflammatorische als auch antineoplastische Effekte (wirksam auch bei MDR-Tumorzelllinien, MDR = "multi drug resistant").rnrnDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Methoden zur Herstellung von Phenanthro-Alkaloiden und deren Derivaten zu entwickeln. Ausgehend von (S)-Prolin konnten sowohl (S)-(+)-Tylophorin (>99% ee) als auch ein bisher noch nicht beschriebenes Derivat, das sich durch eine deutlich geringere Lichtempfindlichkeit im Vergleich zu Tylophorin aus¬zeichnet, in 33%-iger Gesamtausbeute über neun lineare Stufen, hergestellt werden. Die Synthese von (R)-(-)-Tylophorin gelang in analoger Weise aus (R)-Prolin in 21%-iger Ausbeute (93% ee). Der Einsatz von Schutzgruppen war nicht notwendig.rnDer Schlüsselschritt ist in beiden Fällen eine Cyclisierung an eine C=N-Doppelbindung über freie Radikale, die bei der Synthese des neuen Derivats hochstereoselektiv zur Bildung des (13aS,14S) Diastereomers führt. Die Synthese von 7-Methoxycryptopleurin gelang durch eine ähnliche Synthesestrategie. rnrnZur Herstellung von Cryptopleurin ist zunächst ein neuer Syntheseweg für 9-(Hydroxymethyl)-2,3,6-trimethoxyphenanthren entwickelt worden. Dieser führt über den Aufbau eines Biphenylsystems durch palladiumkatalysierte Kreuzkupplung, eine anschließende COREY-FUCHS-Transformation und als Schlüsselschritt über eine Gold-NHC-Komplex katalysierte 6-endo-dig-Cyclisierung zum entsprechenden Phenanthren. Diese Ringschlussreaktion verläuft in gewünschter Weise regioselektiv unter Bildung des 2,3,6-trimethoxysubstituierten Phenanthrens. Die Bil¬dung des regioisomeren 2,3,8-Trimethoxyphenanthrens wird nicht beobachtet. Der Alkohol wird dann in fünf linearen Stufen (34%) in das Xanthogenat überführt, aus dem sich durch eine zweistufige Reaktionssequenz, bestehend aus einer Radikal¬cyclisierung nach ZARD und einer Reduktion mit LiAlH4 das extrem lichtempfindliche und hochtoxische Alkaloid (R)-(-)-Cryptopleurin gewinnen ließ (50%).rnNachdem beide Enantiomere und das Racemat von Tylophorin synthetisiert worden waren und zum Vergleich bereit standen, wurde Tylophorin aus Tylophora indica extrahiert. rnDie Motivation rührte unter anderem daher, dass in der bisherigen Literatur Unstimmigkeiten über das in der Natur vorkommende Enantiomer des Tylophorins herrschten. Vor Beginn dieser Arbeit ging man davon aus, dass in T. indica nur (R)-(-)-Tylophorin vorkommt und für die Diskrepanzen zwischen den berichteten Drehwerten von, aus Pflanzenmaterial isolierten und des synthetisierten Naturstoffs, dessen Zersetzung vor oder während der Messung verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zwar auch beobachtet werden, jedoch trägt er nur in geringem Maße zur Erniederigung des Drehwertes bei. Schließlich sind Proben von synthetisiertem Tylophorin in gleichem Maße von der schnell eintretenden Oxidation des Alkaloids betroffen. Aus dem Rohextrakt ist Tylophorin durch RP-HPLC isoliert worden. Anschließend wurde die Probe mittels chiraler HPLC/MS analysiert. Durch den Vergleich mit den bereit stehenden synthetischen Proben von (R)- und (S)-Tylophorin konnte in dieser Arbeit erstmals experimentell belegt werden, dass es sich bei (−)-Tylophorin aus T. indica um ein scalemisches Gemisch im Verhältnis von 56:44 (R:S) handelt.rnrnDas Ziel dieses Teilprojektes war die Entwicklung einer Synthese für den bisher noch nicht synthetisch hergestellten phytotoxischen Sekundärmetabolit (+)-Phenguignardiasäure. Isoliert wurde diese Verbindung aus Guignardia bidwellii, dem Erreger der Schwarzfäule der Weinrebe. Die absolute Konfiguration des quartären Stereozentrums war zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt. Ausgehend von (R)-Phenylmilchsäure und 3-Phenylprop-2-in-1-ol gelang die Synthese beider Enantiomere des Dioxolanons in acht linearen Stufen. Sie liefert den experimentellen Beweis (ECD, Polarimetrie) für die (S)-Konfiguration von natürlicher (+)-Phenguignardiasäure.rnrn

Totalsynthesen von Fungerin und strukturmodifizierten Analoga

Es wurden drei Ansätze zur Totalsynthese von Fungerin verfolgt, dessen charakteristisches Strukturmerkmal ein N-methylierter in 4,5-Position disubstituierter Imidazolkern ist. Zunächst wurde ein Syntheseweg eingeschlagen, bei dem die Bildung des Imidazolrings nach Marckwald erfolgte. Das hierfür benötigte α-Aminoketon wurde in einer konvergenten Synthesesequenz aus zwei Bausteinen zusammengesetzt. Die anschließende Ringschlussreaktion mit Kaliumthiocyanat lieferte ein Thioimidazolderivat, welches erfolgreich zum angestrebten Zielmolekül entschwefelt werden konnte. Die Gesamtausbeute betrug 8,1 % über sieben Stufen. In einem zweiten Syntheseweg wurde ein in 4- und 5-Position orthogonal geschütztes Imidazolderivat synthetisiert, um eine höhere Flexibilität bei geplanten Strukturvariationen der Seitenketten zu erreichen. Nach sequentieller Entschützung und Funktionalisierung sollten verschiedene Substituenten angebracht werden. Die Bildung des Imidazolkerns erfolge über eine Kondensationsreaktion von Methylamin mit einem N-formylierten α-Aminoketon, welches über eine Claisen-Kondensation erhalten wurde. Die zur Einführung der C5-Seitenkette geplante Grignard- bzw. Schlosser-Fouquet-Kupplung erwies sich als nicht zuverlässig reproduzierbar. In der Folge wurde in einer dritten Synthesesequenz ein Imidazolderivat mit zwei unterschiedlichen Anknüpfungspunkten in 4- und 5-Position synthetisiert. Dadurch war es möglich über Julia-Kocienski Olefinierungen verschiedene Seitenketten in 5-Position anzubringen. In 4-Position erfolgte die Einführung über Heck-Kupplungen. Insgesamt konnten so, neben Fungerin, noch sieben weitere Fungerinderivate erhalten werden.

Atropisomeric xanthines: Synthesis, stereodynamics and absolute configuration

During the thesis period a new class of atropisomeric xanthine derivatives has been studied. We decided to focus our attention on these purine bases because of their various biological activities, that could play an important role in the discovery of new bioactive atropisomers. The synthesized compounds bear an Aryl-N chiral axis in position 1 of the xanthine scaffold, around which the rotation is prevented by the presence of bulky ortho substituents. Through a retro synthetic analysis we synthesized three atropisomeric structures bearing in position 1 of the purine scaffold respectively an o-tolyl, o-nitrophenyl and a 1-naphthyl group. The conformational studies by DFT simulations showed that the interconversion energy barrier between the two available skewed conformations is higher enough to obtain thermally stable atropisomers. After the separation of the atropisomers, the experimental energy of interconversion was investigated by means of kinetic studies following the thermal racemization process using an enantioselective HPLC column. The absolute configuration of each atropisomer was assigned by experimental ECD analysis and TD-DFT simulations of the ECD spectra.

Development of tandem C-H borylation/functionalization procedures for late stage functionalization of compounds

The development of procedures for the iridium catalyzed C-H borylation of 1-aryl pyrazolopyrimidines and 1-aryl indazoles is reported. Investigation on the activity of the catalyst revealed the combination of an iridium (I) precursor and tetramethylphenantroline as the best catalytic system. Moreover, the procedures are regioselective resulting in the selective borylation of different C-H bonds within the substrates. The application of C-H borylation to late stage functionalization is demonstrated: a biologically active compound in AstraZeneca's project underwent tandem borylation/oxidation reaction, in order to obtain a functionalized product containing an OH group.

Synthesis and dynamic study of atropisomeric compounds containing boron-carbon bond

In this thesis we studied the stereodynamic behavior of 1,2-azaborines variously substituted on boron (7a, 7b, 13). Depending on the hindrance of the asymmetric aryl substituent the resulting conformations could be stereolabile or configurationally stable. Through dynamic NMR and lineshape simulation, the energy rotational barriers of the different conformers are obtained. When the barrier is higher than 22-23 kcal/mol stable atropisomers that are fisically separable could be obtained (case of compound 13) and the free activation energy barrier is determinable by kinetic analysis. Absolute configuration of two atropisomers were assigned by comparison between computational calculations and experimental ECD. Isosteric compound 21 is then synthesized in order to compare the rotational barrier around B-Caryl with the one around Cnaphth-Caryl bond.

Synthesis and cytotoxic activity of non-naturally substituted 4-oxycoumarin derivatives

Coumarins are a large family of natural and synthetic compounds exerting different pharmacological effects, including cytotoxic, anti-inflammatory or antimicrobial. In the present communication we report the synthesis of a series of 12 diversely substituted 4-oxycoumarin derivatives including methoxy substituted 4-hydroxycoumarins, methyl, methoxy or unsubstituted 3-aryl-4-hydroxycoumarins and 4-benzyloxycoumarins and their anti-proliferative effects on breast adenocarcinoma cells (MCF-7), human promyelocytic leukemia cells (HL-60), human histiocytic lymphoma cells (U937) and mouse neuroblastoma cells (Neuro2a). The most potent bioactive molecule was the 4-hydroxy-5,7-dimethoxycoumarin (compound 1) which showed similar potency (IC(50) 0.2-2 μM) in all cancer cell lines tested. This non-natural product reveals a simple bioactive scaffold which may be exploited in further studies.

Microwave-Assisted Bond Forming Reactions

ABSTRACT FOR PART I: PHOSPHA-MICHAEL ADDITIONS TO ACTIVATED INTERNAL ALKENES: STERIC AND ELECTRONIC EFFECTS A method for the phospha-Michael addition of bis(4-methyl)phenyl phosphine oxide to activated internal alkenes has been developed. Michael acceptors including cinnamates, crotonates, chalcones, and internal alkenes containing multiple activating groups were all successfully utilized in this reaction. The reaction was fairly tolerant of electron-donating and electron-withdrawing substituents on the Michael acceptor, and moderate to excellent yields (49-96%) of the adducts were isolated. When steric bulk was increased by a second substituent on the -position of the Michael-acceptor the reaction was suppressed. This was usually overcome by adding a second activating substituent to the -position. ABSTRACT FOR PART II: MICROWAVE-ASSISTED ARYLGOLD BOND FORMATION A microwave-assisted method was developed for the formation of arylgold complexes containing (2-Biphenyl)di-tert-butylphosphine (JohnPhos) as the supporting phosphine ligand. Arylboronic acids with increasingly bulky aromatic groups were screened to determine the steric limitations of the reaction. Arylgold complexes (JohnPhos)Au(p-methoxyphenyl), (JohnPhos)Au(2,4,6-trimethylphenyl), and (JohnPhos)Au(4-bromo-10-anthracene) were all synthesized by microwave irradiation at 70ºC in the presence of Cs2CO3 in either THF or iPrOH. Reactions performed with arylboronic acids containing unhindered ortho positions were carried out in THF. Arylboronic acids with substituents on the ortho position required iPrOH as the reaction solvent. Arylboronic acids with extreme steric hindrance on the ortho position of the aryl substituent, 2,4,6-triisopropylpphenylboronic acid, were unreactive. It was determined that increasing the irradiation temperature increased the formation of side products, therefore to promote conversion to the arylgold complex the duration of the reaction time was increased while maintaining a temperature of 70ºC. Arylgold complexes (JohnPhos)Au(p-methoxyphenyl), (JohnPhos)Au(2,4,6-trimethylphenyl), and (JohnPhos)Au(4-bromo-10-anthracene) were synthesized with moderate yields (40-69%).

Gold Phosphonates as Transfer Agents in Palladium Catalyzed Hirao Reactions

Through a cross-coupling reaction, aryl phosphonates are produced in high yields when the corresponding aryl bromides are reacted with a gold phosphorylating agent in the presence of a palladium catalyst and an appropriate ligand. To the best of our knowledge, this transformation is the first example involving the transfer of a phosphonate functional group from a gold complex to palladium that has been reported. Throughout the investigation, three gold phosphorylating agents were screened for activity towards the phosphorylation of aryl bromides. Aryl bromides with electrondonating and electron-withdrawing groups were successfully employed in the crosscoupling reactions. All cross-coupling reactions were carried out in THF at room temperature (25ºC) or in a microwave reactor (CEM Discover) at 60ºC for 30 or 60 minutes. The effects of changing reaction parameters such as time, temperature, catalyst and free ligand loading have been investigated. All aryl bromide substrates tested in the cross-coupling reactions produced phosphorylated products.

A fluorescently labeled dendronized polymer-enzyme conjugate carrying multiple copies of two different types of active enzymes

A hybrid structure of a synthetic dendronized polymer, two different types of enzymes (superoxide dismutase and horseradish peroxidase), and a fluorescent dye (fluorescein) was synthesized. Thereby, a single polymer chain carried multiple copies of the two enzymes and the fluorescein. The entire attachment chemistry is based on UV/vis-quantifiable bis-aryl hydrazone bond formation that allows direct quantification of bound molecules: 60 superoxide dismutase, 120 horseradish peroxidase, and 20 fluorescein molecules on an average polymer chain of 2000 repeating units. To obtain other enzyme ratios the experimental conditions were altered accordingly. Moreover, it could be shown that both enzymes remained fully active and catalyzed a two-step cascade reaction.

Induction of EROD activity by 1-phenylimidazole and beta-naphthoflavone in rainbow trout cultured hepatocytes: a comparative study

The classical pathway for induction of cytochrome P4501A (CYP1A) by xenobiotics is ligand binding to the aryl hydrocarbon receptor (AhR). However, several studies with mammalian cell systems point out a range of xenobiotics including imidazole derivatives, which are able to activate CYP1A through non-classical mechanisms. The objective of the present work is to compare induction of CYP1A (determined at the catalytic level as 7-ethoxyresorufin-O-deethylase, EROD) in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) hepatocytes by the prototypic AhR ligand, beta-naphthoflavone (betaNF), and by the imidazole derivative, 1-phenylimidazole (PIM). PIM was able to induce EROD activity although its potency was clearly lower than that of betaNF. In order to assess the relative importance of classical AhR ligand binding and alternative signaling pathways in CYP1A induction by PIM, co-exposure experiments with the partial AhR antagonist alpha-naphthoflavone (alphaNF) or with inhibitors of protein kinase C (staurosporine) and tyrosine kinases (genistein, herbimicine) were performed. alphaNF and herbimicin provoked a decrease of EROD induction both by betaNF and PIM, whereas staurosporine and genistein remained without effect. The overall similarities in the response of betaNF and PIM to the various inhibitors suggest that both compounds, in apparent contrast to the behaviour of some other imidazole derivatives, induce CYP1A following similar mechanisms.

Highly Efficient Non-palladium Catalyzed Controlled Synthesis and X-ray Analysis of Functionalized 1,2-Diaryl-, 1,2,3-Triaryl- and 1,2,3,4-Tetraarylbenzene

A general, two-step highly efficient synthesis of 1,2-diaryl-, 1,2,3-triaryl- and 1,2,3,4-tetraarylbenzenes from simple stitching of alpha-oxo-ketene-S,S-acetals and active methylene compounds via a ‘lactone intermediate’ is described. This procedure offers easy access to highly functionalized arylated-benzenes containing sterically demanding groups in good to excellent yields. The novelty of the procedure lies in the fabrication of aromatic compounds with desired conformational flexibility along the molecular axis in a transition metal-free environment through easily accessible precursors. The crystal analysis of these arylated-benzene scaffolds showed that the peripheral aryl rings are arranged in propeller-like fashion with respect to the central benzene rings. Examination of the crystal packing in the structure of a 1,2,3,4-tetraarylbenzene 12c revealed a “N…pi interaction” between molecules related by a two-fold screw axis running in a direction. It is interesting that the repeat of the array of N…pi interaction around the axis of the 1,2,3,4-tetraarylbenzene 12c enforces the molecules in a helical pattern.

Baylis-Hillman reaction assisted synthesis of substituted 5,8-dihydro-isoxazolo[4,5-c]azepin-4-one: A novel isoxazole-annulated heterocycle

The novel synthesis of a new isoxazole-annulated heterocycle namely 5,8-dihydro-isoxazolo[4,5-c]azepin-4-one described herein is based on the reaction of benzyl amine with acetates of Baylis-Hillman adducts generated from 3-aryl-5-formyl-isoxazole-4-carboxylate

Synthesis and antibacterial evaluation of ureides of Baylis-Hillman derivatives

The synthesis of several 1-(2-cyano-3-aryl-allyl)-3-aryl-urea(thiourea) constructed from the reaction between allyl amines generated from Baylis-Hillman acetates and substituted isocyanates and isothiocyanates has been described. Further their cyclization in the presence of a base led to the formation of 5-arylmethyl-4-imino-3-aryl-3,4-dihydro-1H-pyrimidin-2-ones. All compounds were tested for their antibacterial activity. Few of the compounds showed superior activity or were equipotent to the standard antibacterial agents.

Synthesis of arylated highly congested indans using a domino sequence

A novel and efficient regioselective synthesis of various arylated highly congested 7-aryl-5-methylsulfanylindan-4-carbonitriles (3a-(), methyl 7-aryl-5-methylsulfanylindan-4-carboxylates (lOa-e) and 7-aryl-5-methylsulfanylindan-4-carboxylic acids (lla-e) through base-catalyzed reaction of 6-aryl-4-methylsulfanyl-2-oxo-2H-pyran-3-carbonitriles (la-() and methyl 6-aryl-4-methylsulfanyl-2-oxo-2Hpyran-3-carboxylates (9a-e) by cyclopentanone (2) has been delineated. The synthetic potential of 2-pyranone was explored further to generate mo'iecular diversity using 6-aryl-4-secamino- 2-oxo-2H-pyran-3-carbonitriles (7a-h), 5,6-diaryl-4-methylsulfanyl-2-oxo2H-pyran-3-carbonitriles (Sa,b) and methyl 5,6-diaryl-4- methylsulfanyl-2-oxo-2H-pyran-3-carboxylates (12a,b) as precursors for the ring transformation by cyclopentanone to assess the effects of substituents on the course of the reaction to obtain highly congested indans, 6,7diaryl-5-methylsulfanylindan-4-carbonitriles (6a,b), 7-aryl-5-(piperidin-I-yl)indancarbonitriles (8a-h) and methyl 6,7-4- diaryl-5-methylsulfanylindan-4-carboxylate 13a,b).