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.rnrnPhenanthro alkaloids are a small group of phenanthrene-based, pentacyclic indolizidines and quinolizidines. Until today, more than 60 phenanthoindolizidines have been isolated from nature. The group of the homologue phenanthroquinolizidines is even smaller. Tylophorine, the major alkaloid of the climbing plant Tylophora indica (Apocynaceae), is presumably is the best known member of this alkaloid family. It was shown that phenanthro alkaloids are able to exert anti-inflammatory and anti-cancer effects (active against MDR-cancer cell lines).rnThe aim of the thesis was the development of new synthetic routes to phenanthro alkaloids and their analogues. From the amino acids (S)- and (R)-proline respectively, both enantiomers of Tylophorine were synthesized. Additionally, the synthesis of a new derivative which turned out to be much less sensitive to light compared to tylophorine was accomplished. The key step is a free radical cyclization involving the intramolecular addition of an aryl radical to the C=N double bond of hydrazones and alkoxyimines. In order to obtain cryptopleurine, a highly toxic phenanthroquinolizidine alkaloid found in Cryptocarya (Lauraceae) and Boehmeria (Urticaceae) species, a new synthetic approach for obtaining 9-(hydroxymethyl)-2,3,6-trimethoxyphenanthrene was developed. The starting materials were 2-bromo-4,5-dimethoxybenzene and 3-phenylboronic acid, yielding 3',4,5-trimethoxy-(1,1'-biphenyl)-2-carbaldehyde upon applying standard SUZUKI reaction conditions.rnSubsequently, the transformation of the aldehyde to the corresponding propargylic alcohol was done according to the method developed by COREY and FUCHS. The key step in this newly developed phenanthrene synthesis consists of a gold(I)-NHC catalyzed 6-endo-dig-cyclization forming the desired product as a single regioisomer (2,3,6-trimethoxy substituted, 71%), readily convertible to phenanthro alkaloids (e.g. cryptopleurine).rnFurthermore, (−)-tylophorine was extracted from dried plant material. The motivation arose from descrepancies of the reported values vor the optical rotation. After analyzing the crude extract and tylophorine being isolated, the purity of the received sample was verified by LC/MS. Finally, the sample containing the pure alkaloid was analyzed by chiral HPLC/MS revealing that natural levorotatory tylophorine (from T. indica) exists as a scalemic (non-racemic) mixture of both enantiomers. rn The second part of the thesis deals with phytotoxic dioxolanones [e.g. (+)-phenguignardic acid = (Z)-2-benzyl-4-benzylidene-5-oxo-1,3-dioxolane-2-carboxylic acid] which was isolated from the grape black rot fungus Guignardia bidwellii. It contains an quarternary stereocenter. Before starting the project, the absolute configuration was unknown. The synthesis started with (R)-phenyllactic acid and 3-phenylprop-2-in-1-ol affording both enantiomers of the desired natural product. By comparing the physical data (ECD spectra and optical rotations) of the synthetic enantiomers with the natural sample, the absolute configuration was determined to be (S).r