Novel Hetrocyclic Constructions Mediated by Nucleophilic Carbenes and Related Chemistry

The thesis entitled novel heterocyclic constructions mediated by nucleophilic carbenes and related chemistry, embodies the results of the investigations carried out to explore the reactivity patterns of the 1:1 zwitterions, generated in situ from various nucleophilic carbenes and DiMethyl AcetyleneDicarboxylate(DMAD) towards aldehydes and ketones. The traditional synthesis of complex organic molecules employs stepwise formation of bonds and involves multiple steps. Besides the sequential synthesis, in several instances, the desired product can also be obtained in one pot reactions of three or more starting compounds. Such reactions in which more than two starting materials react to form a product in such a way that the majority of the atoms of the starting materials can be found in the products are called multicomponent reactions(MCRs). The results of our investigations on the application of N-heterocyclic carbenes in multicomponent reaction with DMAD and aromatic aldehydes leading to the one pot synthesis of 2-oxy-maleate and furanone derivatives. It is interesting to note that dihydrofuran and lactone motifs are present in a number of biologically active natural products and other heterocyclic compounds. It is conceivable that the novel multicomponent reactions described herein will find application in the synthesis of a variety of heterocyclic compounds, and in natural product synthesis.

Mild and rapid method for the generation of ortho-(naphtho)-quinone methide intermediates

A new mild method has been devised for generating o-(naphtho)quinone methides via fluoride-induced desilylation of silyl derivatives of o-hydroxybenzyl(or 1-naphthylmethyl) nitrate. The reactive o-(naphtho)quinone methide intermediates were trapped by C, O, N and S nucleophiles and underwent “inverse electron-demand” hetero Diels- Alder reaction with dienophiles to give stable adducts. The method has useful potential application in natural product synthesis and drug research

Aufbau von 2-alkinyl-substituierten Azepanen und Piperidinen und deren Aza-Claisen-Umlagerungen zu Allenyllactamen

Definiert konfigurierte mittelgroße ungesättigte Heterocyclen sind wertvolle Zwischenstufen in der Naturstoff- und Wirkstoffsynthese. Es konnte gezeigt werden, dass 2-alkinyl-substituierte Piperidine und Azepane in einer Aza-Keten-Claisen-Reaktion zu 10- und 11-gliedrigen Allenyllactamen umgelagert werden können. Ein 9-gliedriges Allenyllactam konnte nicht dargestellt werden (Ringspannung). Über eine sechs- bis sieben-stufige Reaktionssequenz konnten optisch aktive, geschützte Piperidinole aufgebaut werden. Es wurden Auxiliar kontrollierte Hetero-Diels-Alder-Reaktionen, diastereoselektive Reduktionen, Bestmann-Ohira Umlagerungen zu Alkinen und verschiedene Alkin-Funktionalisierungen erarbeitet. Eine Aza-Claisen-Umlagerung liefert schließlich optisch aktive Lactame deren absolute Konfiguration des Allensystems mittels NOE-NMR-Spektroskopie untersucht werden kann. Limitierungen und Möglichkeiten der Synthese werden eingehend diskutiert. Sowohl der stereochemische Verlauf der Reaktion als auch die Konformation der Produkte ermöglichen eine Fokussierung auf nachfolgende Naturstoffsynthesen vorzunehmen.

Enantioselektive Organokatalyse in Epoxidierungen und Cyanhydrinbildungen

In der vorliegenden Arbeit mit dem Titel „Enantioselektive Organokatalyse in Epoxidierungen und Cyanhydrinbildungen“ wurde die Synthese zweier Cyclophan-carbaldimine durchgeführt. Beide Verbindungen bestehen aus einem Glykosyl-Baustein und einem Paracyclophan-Baustein, die über eine Imin-Bindung verbrückt sind. Die Cyclophan-carbaldimine wurden dann als Katalysatoren in einer Reihe von enantioselektiven Reaktionen verwendet. Enantioselektive Reaktionen bilden von zwei spiegelbildlichen Produkten stets eines im Überschuss. Zu diesen Reaktionen zählen die in dieser Arbeit durchgeführten enantioselektiven Epoxidierungen und enantioselektiven Cyanhydrinsynthesen. Die enantioselektiven Epoxidierungen waren dabei als Teil der Totalsynthesen der Naturstoffe Dasyscyphin D und Caripyrin geplant. Diese beiden Naturstoffe zeigten in biologischen Tests am Institut für Biotechnologie und Wirkstoffforschung (IBWF) in Kaiserslautern Aktivität gegen den Reisbrand-Pilz Magnaporthe grisea, der für Ernteverluste in beträchtlichem Ausmaß verantwortlich ist. Das Caripyrin selbst beinhaltet eine Epoxidstruktur. Mittels der oben angeführten Katalysatoren wurde versucht, diese Epoxidstruktur selektiv einzuführen. Dies gelang nicht, aber der Naturstoff konnte mittels Epoxidierung durch m-Chlorperbenzoesäure erstmals dargestellt werden. In mehreren biologischen Vergleichstests am IBWF Kaiserslautern zeigte auch das synthetische Caripyrin mit dem natürlichen Caripyrin vergleichbare biologische Aktivität.rnDas Dasyscyphin D an sich trägt keine Epoxidfunktion. Dennoch spielt sie auch hier eine wichtige Rolle. Innerhalb der geplanten Totalsynthese von Dasyscyphin D sollte die Farnesylseitenkette eines aromatischen Ringes selektiv epoxidiert werden. Durch einen elektrophilen Angriff an dieses Epoxid sollte im Anschluss eine Cyclisierung zum Dasyscyphin-Grundgerüst eingeleitet werden, aus dem dann Dasyscyphin D dargestellt werden sollte. Im Gegensatz zur Caripyrin-Synthese, bei der die selektive Epoxidierung nicht gelang, scheint sie in der Synthese von Dasyscyphin D sattgefunden zu haben, allerdings ist eine Isolierung des Reaktionsproduktes noch nicht gelungen. Folglich konnte das Dasyscyphin D noch nicht erfolgreich synthetisiert werden.rnDie Versuche zur enantioselektiven Cyanhydrin-Synthese waren nicht Bestandteil einer Totalsynthese. Die Cyanhydrine wurden zuerst als Racemate synthetisiert und gaschromatographisch vermessen, um auf diese Weise die exakten Retentionszeiten der einzelnen Enantiomere zu ermitteln. Anschließend wurden die Cyanhydrine dann enantioselektiv dargestellt und ebenfalls gaschromatographisch vermessen. Durch den Vergleich mit den racemischen Cyanhydrinen konnte dabei direkt aus der Reaktionslösung gemessen werden, was erforderlich war, da eine Isolierung der Cyanhydrine unter den gewählten Reaktionsbedingen nicht gelang. Aus den gaschromatographischen Messungen konnten Enantiomerenüberschüsse von bis zu 95 % ermittelt werden. Weiterhin ergaben die Messungen, dass der Arabinosyl-Katalysator im Vergleich mit dem Galactosyl-Katalysator eine geringere Enantioselektivität induziert, was vermutlich auf leichte räumliche Differenzen der beiden Katalysatoren zurückzuführen ist. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war, dass beide Katalysatoren, wie geplant, unterschiedliche Enantiomere im Überschuss bilden. Die Glykosyl- und Paracyclophan-Bausteine der beiden Katalysatoren waren so gewählt worden, dass beide Katalysatoren pseudo-Enantiomere bilden. Auf diese Weise sollte eine Einflussnahme auf das gebildete Enantiomer durch die Wahl des entsprechenden Cyclophan-carbaldimin-Katalysators möglich gemacht werden, was, wie bereits erwähnt, gelang.rn

Synthese cyclischer Peptide und von Kohlenhydraten abgeleitete Katalysatoren zur enantioselektiven Darstellung von Cyanhydrinen

Der Suche nach neuen Wirkstoffen für den chemischen Pflanzenschutz kommt insbesondere vor dem Hintergrund der steigenden Weltbevölkerung und weniger zur Verfügung stehenden kulturfähigen Ackerflächen eine stetig wachsende Bedeutung zu. Ziel dieser Arbeit war die Synthese von cyclischen Peptiden und Depsipeptiden, die aufgrund ihrer biologischen Aktivität als potentielle Insektizide für den chemischen Pflanzenschutz in Frage kommen. Darüber hinaus sollten von Kohlenhydraten abgeleitete Katalysatoren zur enantioselektiven Cyanhydrinsynthese entwickelt werden, um einen leichten Zugang zu den Bausteinen der Depsipeptide zu ermöglichen. Als vielversprechender Naturstoff mit insektiziden Eigenschaften gilt das cyclische Pentapeptid Cycloaspeptid E, dessen Totalsynthese in 10 Stufen mit einer Gesamtausbeute von 25% erreicht wurde, sodass die Verbindung für biologische Tests bereitgestellt werden konnte. Zusätzlich gelang die Kristallisation der Verbindung, was eine Röntgenstrukturanalyse ermöglichte. Ein Derivat von Cycloaspeptid E sollte 2-Aminonicotinsäure anstelle von Anthranilsäure enthalten. Die Synthese dieser Verbindung wurde auf drei Wegen versucht. Dabei zeigte sich, dass es bei einer zur Totalsynthese des Naturstoffs analogen Strategie zur quantitativen Bildung eines Diketopiperazins kommt. Auf den anderen Routen ließ sich entweder ein Kupplungsschritt nicht realisieren, oder die Verbindung erwies sich unter den gewählten Bedingungen als instabil. Die Darstellung eines 2-Aminonicotinsäure-Derivats von Cycloaspeptid E bleibt daher weiterhin ein ungelöstes Problem, das weiterer Forschung bedarf. Verticilid A1 ist ein cyclisches Depsipeptid, das aufgrund seiner Bindungsfähigkeit an den Ryanodinrezeptor von Insekten, als Leitstruktur für die Suche nach neuen Insektiziden von Interesse ist. Um zu untersuchen, wie wichtig die Esterbindungen im Molekül für die biologische Aktivität sind, sollte das entsprechende Amid-Derivat und das Cyclodepsipeptid mit nur zwei statt vier Esterbindungen hergestellt werden. Hierbei zeigte sich, dass eine zur Darstellung von Verticilid A1 analoge Syntheseroute zu einer ausgeprägten Epimerisierung führt. Eine lineare Synthese der Derivate endet in der Bildung des Diketopiperazins. Weiterhin wurden zwei neue, zueinander pseudoenantiomere Vanadium(IV)-Katalysatoren auf Basis von D-Glucose einerseits und L-Xylose andererseits dargestellt. Diese lassen sich in fünf bzw. 14 Stufen synthetisieren und liefern in der enantioselektiven Katalyse von Mandelsäurenitril Enantiomerenüberschüsse von 89% bzw. 91% bei hohen Ausbeuten. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass im Rahmen dieser Arbeit die Totalsynthese von Cycloaspeptid E erfolgreich durchgeführt wurde, und die Syntheseversuche von weiteren cyclischen Peptiden wichtige Erkenntnisse für weitere Synthesen lieferten. Mit den beiden hergestellten Vanadium(IV)-Komplexen wurden zwei potente, auf Kohlenhydraten basierende Katalysatoren für die enantioselektive Synthese von Cyanhydrinen entwickelt.

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.

Xanthones from fungi, lichens, and bacteria : the natural products and their synthesis

Many fungi, lichens, and bacteria produce xanthones (derivatives of 9H-xanthen-9-one, “xanthone” from the Greek “xanthos”, for “yellow”) as secondary metabolites. Xanthones are typically polysubstituted and occur as either fully aromatized, dihydro-, tetrahydro-, or, more rarely, hexahydro-derivatives. This family of compounds appeals to medicinal chemists because of their pronounced biological activity within a notably broad spectrum of disease states, a result of their interaction with a correspondingly diverse range of target biomolecules. This has led to the description of xanthones as “privileged structures”.(1) Historically, the total synthesis of the natural products has mostly been limited to fully aromatized targets. Syntheses of the more challenging partially saturated xanthones have less frequently been reported, although the development in recent times of novel and reliable methods for the construction of the (polysubstituted) unsaturated xanthone core holds promise for future endeavors. In particular, the fascinating structural and biological properties of xanthone dimers and heterodimers may excite the synthetic or natural product chemist.

Synthetic studies in aromatic hemiterpenes of natural origin, Part 5: Synthesis of 6-acetyl-2,2-dimethyl-8-methoxychromene via benzylic oxidation route

The synthesis of 6-acetyl-2,2-dimethyl-8-methoxychromene (lc), a naturally occurring isomer of encecalin (la)h~s been described startilag from 2,2,6- trimethyl-8-methoxyclaromene (2e) which was obtained from creosol (4) in two steps involving condensation of the phenol with malic acid to the coumarin (3), followed by Grignard reaction with CHaMgI. The transformation of (2e) to the natural product (lc) was effeeted by oxidative dehydrogenation by DDQ of the 6-meth~r function to the formyl group (2f), Grignard reaction to the carbinol (2g) and finally its oxidation to the acetyl moiety (lc), the sequence of the essential steps schematically summarised as : Ar-CHs --* Ar-CHO --* Ar-CH (OH) CHs --* Ar---COCHs.

New strategies for the total synthesis of aza-propellane natural products

The propellane alkaloids comprise a large class of natural products that possess varying degrees of structural complexity and biological activity. The earliest of these to be isolated was acutumine, a chlorinated alkaloid that has been shown to exhibit selective T-cell cytotoxicity and antiamnesic properties. Alternatively, the hasubanan family of natural products has garnered considerable attention from the synthetic community in part due to its structural similarities to morphine. While these alkaloids have been the subject of numerous synthetic studies over the last forty years, very few enantioselective total syntheses have been reported to date.

As part of a research program directed towards the synthesis of various alkaloid natural products, we have developed a unified strategy for the preparation of the hasubanan and acutumine alkaloids. Specifically, a highly diastereoselective 1,2-addition of organometallic reagents to benzoquinone-derived tert-butanesulfinimines was established, which provides access to enantioenriched 4-aminocyclohexadienone products. This methodology enabled the enantioselective construction of functionalized dihydroindolones, which were found to undergo intramolecular Friedel-Crafts conjugate additions to furnish the propellane cores of several hasubanan alkaloids. As a result of these studies, the first enantioselective total syntheses of 8-demethoxyrunanine and cepharatines A, C, and D were accomplished in 9-11 steps from commercially available starting materials.

More recent efforts have focused on applying the sulfinimine methodology to the synthesis of a more structurally complex propellane alkaloid, acutumine. Extensive studies have determined that a properly functionalized dihydroindolone undergoes a photochemical [2+2] cycloaddition followed by a lactone fragmentation/Dieckmann cyclization to establish the carbocyclic framework of the natural product. The preparation of more appropriately oxidized propellane intermediates is currently under investigation, and is anticipated to facilitate our synthetic endeavors toward acutumine.

Synthesis and analgesic profile of conformationally constrained N-acylhydrazone analogues: Discovery of novel N-arylideneamino quinazolin-4(3H)-one compounds derived from natural safrole

In this work we reported the synthesis and evaluation of the analgesic, anti-inflammatory, and platelet anti-aggregating properties of new 3-(arylideneamino)-2-methyl-6,7-methylenedioxy-quinazolin-4 (3H)-one derivatives (3a-j), designed as conformationally constrained analogues of analgesic 1,3- benzodioxolyl-N- acylhydrazones (1) previously developed at LASSBio. Target compounds were synthesized in very good yields exploiting abundant Brazilian natural product safrole (2) as starting material. The pharmacological assays lead us to identify compounds LASSBio-1240 (3b) and LASSBio-1272 (3d) as new analgesic prototypes, presenting an antinociceptive pro. le more potent and effective than dipyrone and indomethacin used, respectively, as standards in AcOH-induced abdominal constrictions assay and in the formalin test. These results confirmed the success in the exploitation of conformation restriction strategy for identification of novel cyclic N-acylhydrazone analogues with optimized analgesic profile (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

An efficient synthesis of (±)-frondosin B using a Stille–Heck reaction sequence

A concise, convergent synthesis of (±)-frondosin B has been developed based on the application of a Stille–Heck reaction sequence of 2-chloro-5-methoxybenzo[b]furan-3-yl triflate and 2-(3-butenyl)-3-(trimethylstannyl)cyclohex-2-enone giving the racemic natural product in a 34% overall yield.

Enantiospecific first total synthesis of (-)-4-thiocyanatoneopupukeanane

The first total synthesis of (-)-4-thiocyanatoneopupukeanane starting from (R)-carvone has been achieved, establishing the relative as well as absolute structure of the natural product.

One-pot synthesis of nidorellaurenal and its one-step conversion to methyl nidorellaurinate, a constituent of Nidorella auriculata

Nidorellaurenal (4) is obtained in a one-pot reaction, involving heating of the known carbinol (8) with selenium dioxide in dimethyl sulphoxide. Conversion of 4 to methyl nidorellaurinate (6), the natural product from Nidorella auriculata, has been achieved by Corey's one-step procedure.

Stereoselective Synthesis of C1-C18 Region of Palmerolide A from Tartaric Acid

A stereoselective synthesis of the C1-C18 region of marine natural product palmerolide A from chiral pool tartaric acid is presented. The key synthetic sequence includes the elaboration of a gamma-oxo-amide derived from tartaric acid and alkene formation involving Boord type fragmentation.

Total synthesis of the fungal metabolite (+/-)-acremine G: acceleration of a biomimetic Diels-Alder reaction on silica gel

A total synthesis of the bioactive tetracyclic natural product acremine G has been achieved in which a regio- and stereoselective biomimetic Diels-Alder reaction between two readily assembled building blocks, accelerated on a solid support (silica gel), forms the key step. (c) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.