Search

Die vorliegende Dissertation behandelt die Entwicklung eines metallfrei aktivierbaren Surrogats, das zur Transferhydrochlorierung von internen Alkinen befähigt ist. Dazu wurden in einem ersten Teilprojekt Versuche zur Darstellung von substituierten Cyclononatrienen durchgeführt, die durch eine photochemische Elektrocyclisierung aktiviert werden sollten. Ein lineares Vorläufermolekül sollte zunächst durch eine WITTIG-artige Reaktion eines Acylsilans mit einem Phosphorylid erhalten werden, dies gelang allerdings nicht. Als alternativer Ansatz sollte die Kupplung eines funktionalisierten Butadienylnukleophils mit einem Alkylelektrophil dienen, auch hier wurde aber kein Produkt erhalten. Aufgrund der besseren synthetischen Zugänglichkeit stellten wir ein vinylisch chloriertes Cyclohexadien dar. Dieses erwies sich als zu instabil, um es erfolgreich als Transferreagenz einzusetzen. In einem weiteren Teilprojekt strebten wir mehrfach chlorierte Bicyclo[3.1.0]hexan-artige Surrogate an, die zwar weiterhin metallfrei, aber nicht mehr photochemisch aktiviert werden sollten. Über Dichlorcarbenadditionen stellten wir dazu mehrere potenzielle Transfer-reagenzien dar. Neue Surrogate wurden stets in einer Modellreaktion mit der LEWIS-Säure B(C6F5)3 als Katalysator getestet. Auf Basis der Transfereffizienz wurde eine Hypothese zur Struktur-Reaktivitäts-Beziehung abgeleitet. Entsprechend dieser wurde das nächste potenzielle Surrogat entworfen. Dadurch gelang die Entwicklung eines Surrogats, das pro eingesetztem Molekül Reagenz zwei Moleküle Chlorwasserstoff überträgt. Nachdem wir die Struktur des Surrogats und die weiteren Parameter der Reaktion optimiert hatten, untersuchten wir deren Anwendungsbreite. Nur alkyl(aryl)substituierte Alkine waren einsetz-bar, wobei der elektronenspendende Effekt der Arylgruppe zusätzlich in einem gewissen Bereich liegen musste. Die Toleranz funktioneller Gruppen war eingeschränkt, jedoch wurden Ether, Ester und heteroaromatische Substituenten toleriert. Vorläufige Beobachtungen legen eine Rolle der LEWIS-Säure als Katalysator und ein Vinylkation als Zwischenstufe nahe. Ein davon unabhängiges Projekt widmete sich der erstmaligen Darstellung von am Boratom verbrückten Azoazaborininen. Diese sollten aus silylierten Diazenen und B-chlorierten Azaborininen unter Freisetzung von Chlortrimethylsilan dargestellt werden. Die erhaltenen komplexen Reaktionsgemische wurden hauptsächlich mittels 19F{1H} NMR-Spektroskopie von fluorierten Aryl(silyl)diazenen untersucht. Das von Benzol abgeleitete Stammsystem der Azaborinine reagierte unsauber, bei dem Naphthalinanalogon konnte die Anzahl der Reaktionsprodukte durch sterische Modifikation des Azaborinins verringert werden. Auch mit einer Erhöhung des sterischen Anspruchs am Silyldiazen wurde dennoch kein sauberes Produkt erhalten. Ein alkylsubstituiertes Silyldiazen reagierte zwar selektiv, zersetzte sich aber innerhalb von Stunden. Aufgrund der schnellen Freisetzung von Chlortrimethylsilan erscheint eine unerwünschte Reaktion der zunächst erfolgreich gebildeten Zielmoleküle möglich., The present thesis addresses the development of a metal-free activated surrogate used for the transfer hydrochlorination of internal alkynes. In a first sub-project, attempts to synthesize substituted cyclononatrienes, which were planned to be activated by photochemical electrocyclization, were made. To this end, a linear precursor molecule was intended to be obtained by a WITTIG-type reaction of an acylsilane with a phosphorus ylide, however, this failed. We alternatively then attempted to use a coupling of a functionalized butadienyl nucleophile with an alkyl electrophile, but again no product was obtained. Due to its better synthetic availability, we produced a vinylically chlorinated cyclohexadiene. This, however, was determined to be too unstable in order to successfully employ it as a transfer reagent. In another sub-project, we aimed at multichlorinated bicyclo[3.1.0]hexane-type surrogates, which still should be activated under metal-free conditions but not necessarily by photochemical means anymore. To this end, we synthesized several potential transfer reagents using dichlorocarbene addition. All new surrogates were tested in a model reaction using the LEWIS acid B(C6F5)3 as a catalyst. Based on the observed transfer efficiency, a hypothesis regarding the structure–reactivity relationship was put forward. The next potential surrogate was then designed accordingly. Thereby, we developed a surrogate, that transfers two molecules of hydrogen chloride per molecule of reagent. After having optimized the structure of the surrogate and the other reaction parameters, we investigated the substrate scope. It became apparent, that only aryl- and alkyl-substituted alkynes could be used. Additionally, the electron-donating effect of the aryl group had to lie within a certain range. The tolerance of functional groups was limited, but ethers, esters and heteroaromatic substituents were tolerated. Preliminary observations indicate the LEWIS acid acts as a catalyst and point to a vinyl cation as a reaction intermediate. In a project independent of the others, we pursued the first synthesis of azoazaborinines with the azo bridge connected to the boron atoms. These should be formed in the reaction of silylated diazenes and B-chlorinated azaborinines while liberating chlorotrimethylsilane. The obtained complex reaction mixtures were chiefly analyzed by 19F{1H} spectroscopy of fluorinated aryl silyl diazenes.¬ The benzene-derived azaborinine system reacted unselectively, but for the naphthalene-derived analogue the amount of reaction products could be reduced by steric modification of the azaborinines. However, even after increasing the steric hindrance at the silyl diazene, no pure product was obtained. An alkyl-substituted silyl diazene did react selectively yet decomposed within few hours. Due to the fast formation of chlorotrimethylsilane, it appears possible that the target compounds are initially produced but then decompose in an undesired way.

Bei der Biofabrikation werden Zellen mit einem Biomaterial versetzt (vereint werden diese als Biotinte definiert) und durch additive Fertigungsmethoden wie dem 3D-Druck zu hierarchischen Strukturen aufgebaut. Zur Herstellung von künstlichen Gewebe und zukünftig auch von funktionalen Organen ist ein detailliertes Zellverständnis essentiell. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Systeme generiert, um die Zellmembranen von mesenchymalen Stromazellen gezielt zu verändern und um die Modifikationen zu charakterisieren. Durch Inkubation mit unnatürlichen Zuckern werden diese von Zellen aufgenommen und in den Zellmetabolismus eingeschleust und auf die Glycoproteine übertragen. Diese Methode ist als metabolic glycoengineering bekannt. Dazu wurden diverse humane Saccharid-Analoga mit bioorthogonalen Gruppen (Azid oder Alkin) synthetisiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Moleküle wurden NMR-spektroskopisch als auch massenspektrometrisch charakterisiert. Die acetylierten Mannosamin-Derivate konnten über zwei Stufen und die Sialinsäure-Derivate über sechs Stufen synthetisiert werden. Sialinsäuren sind die terminalen Zucker an Glycanketten von Proteinen mit wichtigen biologischen Funktionen. Im Rahmen des SFB TRR225 konnte in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Dr. R. Ebert der Einbau der Saccharide in mesenchymalen Stromazellen durch Fluoreszenzmikroskopie evaluiert werden. Aufgrund des effizienteren Einbaus der Sialinsäure mit Alkingruppe gegenüber der mit Azidgruppe, wurde dieser in den folgenden massenspektrometrischen Analysen eingesetzt. Die Messungen der markierten Glycoproteine wurden von Dr. Marc Driessen durchgeführt und der metabolische Einbau von SiaNAl und Ac4ManNAl in den Stromazellen gegenübergestellt. 55 Glycoproteine konnten durch SiaNAl und 94 durch Ac4ManNAl charakterisiert werden. Ein Abgleich der Proteindatenbanken eine Anreicherung von Proteine durch Fütterung von SiaNAl die in Signaltransduktion, Zellkontakte und Differenzierung involviert sind, womit metabolic glycoengineering prinzipiell zur Optimierung von Biofabrikationsprozessen genutzt werden kann., In the field of biofabrication, cells are mixed with biomaterials (forming bioinks) to produce hierarchical structures using additive manufacturing such as 3D printing. A detailed understanding of cells is crucial for the production of artificial tissue and, in the future, also of functional organs. In this work, systems were generated to specifically modify the cell membranes of mesenchymal stromal cells. Unnatural saccharides are introduced into the cell metabolism during incubation and transferred onto extra- and intracellular glycoproteins. This method is known as metabolic glycoengineering. For this purpose, various human saccharide analogues with a bioorthogonal group (azide or alkyne) were synthesised. All molecules presented in this work were characterised by NMR spectroscopy and mass spectrometry. Acetylated mannosamine and sialic acid derivatives were synthesised over two and six steps, respectively. Sialic acid is the terminal saccharide in complex glycan chains of proteins and mediates biological functions. The incorporation of the synthetic saccharides in mesenchymal stromal cells were evaluated by fluorescence microscopy in cooperation with the research group of Prof. Dr. R. Ebert (within the framework SFB TRR225). The alkyne variant displayed a more efficient incorporation and was chosen for the following mass spectrometric analysis. Therefore, lysates from stromal cells incubated with SiaNAl or Ac4ManNAl were measured by Dr. Marc Driessen. 55 and 94 glycoproteins were identified using SiaNAl and Ac4ManNAl, respectively. A comparison of protein databases indicated an enrichment for SiaNAl labelled proteins involved in signal transduction, cell junction and differentiation and thus metabolic glycoengineering can be used to optimize biofabrication processes. This hypothesis was also investigated by measuring the cell stiffness and the correlating protection from shear stress of modified cells with the research group of Prof. Dr. B. Fabry. These experiments showed a tendency to increase the stiffness, but the results could not be reproduced. A synthetic galectin-1 ligand was used as modification of the cell membrane.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene N→B-Leiterverbindungen synthetisiert, sowie deren optische, elektrochemische und kristallographische Eigenschaften untersucht. Ausgangsverbindungen für die hier dargestellten N→B-Leiterverbindungen stellten borylierte Nitrile dar, die sich im Wesentlichen durch Cycloadditionsreaktionen zu unterschiedlichen N-Heterocyclen umsetzen ließen. Auf diese Weise waren durch Cobalt-katalysierte [2+2+2]-Cyclotrimerisierungen N→B-wechselwirkende Pyridine, durch 1,3-dipolare Cycloadditionsreaktionen N→B-wechselwirkende Tetrazole, sowie durch weiteres Umsetzen von Tetrazolen N→B-wechselwirkende 1,3,4-Oxadiazole zugänglich. Die Stärke der N→B-Wechselwirkung lässt sich dabei durch die Art des N-Heterocyclus, sowie strukturelle und elektronische Modifikationen beeinflussen. Schwach N→B-wechselwirkende Tetrazol- und Oxadiazol-Verbindungen eignen sich als potenzielle Sensoren beispielsweise für Anionen wie Fluorid oder Cyanid, da sich die Absorptions- und Emissionsverhalten durch Anwesenheit der entsprechenden Anionen beeinflussen lassen.

Alzheimer´s disease (AD) is a neurodegenerative disease and the most common form of dementia with still no preventive or curative treatment. Besides several risk factors, age is one of the major risks for AD and with an aging society, there is an urgent need for disease modifying agents. The strategy to address only one target within the intertwined network of AD failed so far. Natural products especially the phytochemical flavonoids, which are poly-phenolic natural products, have shown great potential as disease modifying agents against neurodegenerative disorders like Alzheimer´s disease (AD) with activities even in vivo. Flavonoids are produced by many plants and the native Californian plant Eriodictyon californicum is particularly rich in flavonoids. One of the major flavonoids of E. californicum is sterubin, a very potent agent against oxidative stress and inflammation, two hallmarks and drivers of AD and neurodegeneration. Herein, racemic sterubin was synthesized and separated into its pure (R)- and (S)-enantiomer by chiral HPLC. The pure enantiomers showed comparable neuroprotection in vitro with no significant differences. The stereoisomers were configurationally stable in methanol, but fast racemization was observed in culture medium. Moreover, the activity of sterubin was investigated in vivo, in an AD mouse model. Sterubin showed a significant positive impact on short- and long-term memory at low dosages. A promising concept for the increase of activity of single flavonoids is hybridization with aromatic acids like cinnamic or ferulic acids. Hybridization of the natural products taxifolin and silibinin with cinnamic acid led to an overadditive effect of these compounds in phenotypic screening assays related to neurodegeneration and AD. Because there are more potent agents as taxifolin or silibinin, the hybrids were further developed, and different flavonoid cinnamic acid hybrids were synthesized. The connection between flavonoids and cinnamic acid was achieved by an amide instead of a labile ester to improve the stability towards hydrolysis to gain better “druggability” of the compounds. To investigate the oxidation state of the C-ring of the flavonoid part, the dehydro analogues of the respective hybrids were also synthesized. The compounds show neuroprotection against oxytosis, ferroptosis and ATP-depletion in the murine hippocampal cell line HT22. While no overall trend within the flavanones compared to the flavones could be assigned, the taxifolin and the quercetin derivative were the most active compounds in course of all assays. The quercetin derivate even shows greater activity than the taxifolin derivate in every assay. As desired no hydrolysis product was found in cellular uptake experiments after 4h, whereas different metabolites were found. The last part of this work focused on synthetic bioisoteres of the natural product curcumin. Due to the drawbacks of curcumin and flavonoids arising from poor pharmacokinetics, rapid metabolism and sometimes instability in aqueous medium, we have examined the biological activity of azobenzene compounds designed as bioisoteres of curcumin, carrying the pharmacophoric catechol group of flavonoids. These bioisosteres exceeded their parent compounds in counteracting intracellular oxidative stress, neuroinflammation and amyloid-beta aggregation. By incorporating an azobenzene moiety and the isosteric behaviour to the natural parent compounds, these compounds may act as molecular tools for further investigation towards the molecular mode of action of natural products., Die Alzheimersche Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung und die häufigste Form der Demenz, für die es noch keine präventive oder kurative Behandlung gibt. Neben mehreren Risikofaktoren ist das Alter eines der Hauptrisiken für die Krankheit und in einer alternden Gesellschaft besteht ein dringender Bedarf an Mitteln zum Stoppen oder Heilen der Krankheit. Die Strategie, nur ein Ziel innerhalb des verflochtenen Netzwerks der Pathogenese von AD zu adressieren, ist bisher gescheitert. Naturstoffe, insbesondere die sekundären Pflanzenmetabolite Flavonoide, bei denen es sich um polyphenolische Naturstoffe handelt, haben ein großes Potenzial zum Eindämmen von neurodegenerativen Erkrankungen. Zahlreiche Studien, in vitro und auch in vivo, legen eine Wirksamkeit dieser Stoffe nahe. Flavonoide werden von vielen Pflanzen produziert und die kalifornische Pflanze Eriodictyon californicum ist besonders reich an Flavonoiden. Eines der wichtigsten Flavonoide von E. californicum ist Sterubin, ein sehr potenter Wirkstoff gegen oxidativen Stress und Entzündungen, zwei Treiber der Alzheimerschen Erkrankung und Neurodegeneration. In dieser Arbeit wurde racemisches Sterubin synthetisiert und durch chirale HPLC in das reine (R)- beziehungsweise (S)-Enantiomer getrennt. Die reinen Enantiomere zeigten in vitro eine vergleichbare neuroprotektive Aktivität ohne signifikante Unterschiede. Die Stereoisomere waren in Methanol konfigurativ stabil, in Zellkulturmedium wurde jedoch schnelle Racemisierung beobachtet. Darüber hinaus wurde die Aktivität von Sterubin in vivo in einem Alzheimer-Mausmodell untersucht. Sterubin zeigte bei niedrigen Dosierungen einen signifikanten positiven Einfluss auf das Kurz- und Langzeitgedächtnis. Ein vielversprechendes Konzept zur Aktivitätssteigerung einzelner Flavonoide ist die Hybridisierung mit aromatischen Säuren wie Zimt- oder Ferulasäure. Die Hybridisierung der Naturstoffe Taxifolin und Silibinin mit Zimtsäure führte zu einer überadditiven Wirkung dieser Verbindungen in phänotypischen Screening-Assays im Zusammenhang mit Neurodegeneration und Alzheimer. Da es potentere Moleküle als Taxifolin oder Silibinin gibt, wurden die Hybride weiterentwickelt und verschiedene Flavonoid-Zimtsäure-Hybride synthetisiert. Die Verbindung zwischen dem Flavonoid und der Zimtsäure wurde durch ein Amid anstelle eines labilen Esters geknüpft, um die Stabilität gegenüber Hydrolyse zu verbessern. Um die Oxidationsstufe des C-Rings des Flavonoidteils zu untersuchen, wurden auch die Dehydro-Analoga der jeweiligen Hybride synthetisiert. Die Verbindungen zeigten Neuroprotektion gegen Oxytose, Ferroptose und dem Verlust von ATP in der murinen Hippocampus-Zelllinie HT22. Während kein allgemeiner Trend zur besseren Wirksamkeit der Flavanone gegenüber den Flavonen festzustellen war, waren das Taxifolin und das Querzetin-Derivat die aktivsten Verbindungen in allen Assays. Das Querzetin-Derivat zeigt in jedemAssay sogar eine höhere Aktivität als das Taxifolin-Derivat. Wie erwartet wurde in zellulären Aufnahmeexperimenten nach 4 h kein Hydrolyseprodukt gefunden, wohingegen verschiedene Metabolite gefunden wurden. Der letzte Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit synthetischen Bioisosteren des Naturstoffs Curcumin. Aufgrund der Nachteile von Curcumin und Flavonoiden, die aus einer schlechten Pharmakokinetik, einem schnellen Metabolismus und manchmal einer Instabilität in wässrigem Medium resultieren, wurde die biologische Aktivität von Azobenzolverbindungen untersucht, die als Bioisostere von Curcumin konzipiert sind und die pharmakophore Catecholgruppe der Flavonoide tragen. Diese Bioisostere übertrafen ihre Stammverbindungen in der Protektion gegen intrazellulären oxidativen Stress, Neuroinflammation und der anti-aggregativen Eigenschaften gegen Amyloid-Beta. Durch den Einbau einer Azobenzoleinheit und das isostere Verhalten zu den natürlichen Stammverbindungen könnten diese Verbindungen als molekulare Werkzeuge für die weitere Untersuchung der molekularen Wirkungsweise von Naturstoffen dienen.

Diese Arbeit befasst sich mit der ersten Totalsynthese eines Stereoisomers von Macrocidin B, einem mutmaßlichen Pilzmetaboliten mit herbizider Wirkung. Dabei konnte eine Strategie zur Herstellung sterisch anspruchsvoller makrocyclischer Tetramsäuren aus vollständig funktionalisierten Bausteinen entwickelt werden. Bei der Untersuchung von Feldisolaten des Pilzes Phoma macrostoma entdeckten GRAUPNER et al. 2003 die Substanzklasse der Macrocidine. Die bereits mehrfach beschriebene phyto-toxische Wirkung des Fungus gegen bestimmte Pflanzenarten konnte nun auf die makro-cyclischen 3-Acyltetramsäuren Macrocidin A und Macrocidin B zurückgeführt werden. Diese leiten sich von der Aminosäure L-Tyrosin ab und stellen aufgrund ihrer Bioaktivität interessante Leitverbindungen für die Entwicklung von Bioherbiziden dar. Während für Macrocidin A neben der Strukturaufklärung auch zwei Totalsynthesen ver-öffentlich wurden, konnte für Macrocidin B lediglich ein Strukturvorschlag postuliert werden. Demnach unterscheidet sich die Verbindung ausschließlich durch eine zusätzliche Hydroxy-gruppe von Macrocidin A, deren Position aus NMR-Daten abgeleitet wurde. Über deren Konfiguration konnte dabei keine Aussage getroffen werden. Der erste Ansatz zur Herstellung eines Macrocidin B Isomers sollte analog zur Macrocidin A Synthese von SCHOBERT et al. erfolgen. Diese umfasst die Synthese einer freien 3-H-Tetram-säure aus der entsprechenden Aminosäure, deren Verknüpfung mit einer Bromcarbonsäure-Seitenkette, die Umlagerung zur 3-Acyltetramsäure und die anschließende Makrocyclisierung. Diese Route scheiterte jedoch wenige Stufen vor der Zielverbindung. Boc-Allyl-L-Tyrosin konnte mit Meldrumsäure zur 3-H-Tetramsäure umgesetzt werden und auch die Verknüpfung mit der vollständig funktionalisierten Bromcarbonsäure zur 4-O-Acyltetramsäure war erfolgreich. Die darauffolgende Umlagerung zur 3-Acyltetramsäure schlug jedoch fehl. Die ausbleibende Acylmigration ist dabei vermutlich auf den hohen sterischen Anspruch der hochfunktionalisierten Seitenkette zurückzuführen. Der zweite Ansatz zur Herstellung des Macrocidin B Isomers sah ebenfalls die Verknüpfung zweier Bausteinen vor. In diesem Fall wurde im Rahmen einer angepassten Schutzgruppen-strategie oNb-Allyl-L-Tyrosin-Methylester eingesetzt. Der Aufbau der Tetramsäure-Einheit sollte hier erst nach der Verknüpfung mit der Seitenkette erfolgen. Die Herstellung der benötigten Bromcarbonsäure wurde bereits im Rahmen der ersten Syntheseroute erarbeitet. Die Schlüsselschritte zum Aufbau der Stereozentren waren hierbei eine EVANS-Aldolreaktion und eine SHARPLESS-Epoxidierung. Als Meldrumsäurekonjugat konnte die Seitenkette mit dem Aminosäurebaustein verknüpft und in einer LACEY-DIECKMANN-Cyclisierung zur 3-Acyltetramsäure umgesetzt werden. Der Ringschluss zum Makrocyclus erfolgte anschließend durch eine WILLIAMSON-Veretherung zwischen dem Bromid der Seitenkette und der deallylierten phenolischen Hydroxygruppe des Tyrosinbausteins. Nach globaler Entschützung konnte ein Stereoisomer von Macrocidin B in einer Gesamtausbeute von 2.7% in 18 Stufen (längste lineare Sequenz) dargestellt werden. In Pflanzentests wurde die herbizide Wirkung des synthetisierten Macrocidin B Isomers mit Macrocidin A verglichen. Beide Substanzen zeigten einen phytotoxischen Effekt auf Disteln und Löwenzahn und führten zu deutlichen Symptomen wie Ausbleichen, Verwelken und Absterben. Die Behandlung mit dem Macrocidin B Isomer führte nach 5 Wochen zu einer Mortalität von 75% bei Löwenzahn und 38 % bei Disteln. Somit ist die phytotoxische Wirkung geringer als die von Macrocidin A, welches bei beiden Pflanzen in einer Mortalität von 100% resultierte. Im Vergleich zu Macrocidin Z – einem 2020 isolierten und synthetisierten Vertreter der Substanzklasse, welcher im Vergleich zu Macrocidin A eine E-Alken anstelle des Epoxids enthält – erweist es sich bei der Anwendung auf Löwenzahn wirksamer.

Sphingolipide sind aufgrund ihrer strukturellen Vielfalt und ihrer biologischen Bedeutung beliebte synthetische Ziele. Sie kommen ubiquitär in Eukaryoten als Bestandteile zellulärer Membranen vor. Bestimmte Sphingolipid-Metabolite, insbesondere Ceramid und Sphingosin-1-Phosphat, sind als Signalmoleküle an grundlegenden zellbiologischen Prozessen wie der Proliferation, der Zellerhaltung und der Zellbeweglichkeit, aber auch der Apoptose beteiligt. Die Regulierung des metabolischen Gleichgewichts zwischen diesen Signal-Lipiden ist von entscheidender Bedeutung für die Zellhomöostase. Anomalien der Sphingolipid-Biosynthese werden mit der Entstehung verschiedener schwerwiegender Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Sphingolipidosen, Alzheimer, Diabetes und Krebs. Bestimmte bioaktive Sphingolipide, sowie Enzyme der Sphingolipid-Biosynthese, stellen folglich Leitstrukturen bzw. targets für die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe und Therapien dar. Ziel dieser Dissertation war es, möglichst flexible Synthesestrategien zur Darstellung bioaktiver Sphingolipide zu entwickeln, um deren biologische Eigenschaften zu untersuchen. Die Zielverbindungen sind sowohl natürlich-vorkommende Sphingolipide als auch synthetische Derivate, welche antiproliferative Aktivität gegenüber Tumorzellen besitzen. Im ersten Teilprojekt wurde eine Reihe metallorganischer Ceramid-Derivate zur Verwendung als Substrat-analoge Inhibitoren des Enzyms saure Ceramidase synthetisiert und ihre antiproliferativen Eigenschaften gegenüber verschiedenen Krebszelllinien untersucht. Hierzu wurden zuerst die natürliche Sphingoidbase D-erythro-Sphingosin, sowie ein Alkin-markiertes Sphingosin-Derivat, innerhalb von 7 Stufen ausgehend von L-Serin dargestellt. Verknüpfung der Sphingoidbasen mit verschiedenen Metallocenyl-Carbonsäuren ergab eine Bibliothek metallorganischer Ceramid-Derivate. Alle Komplexe inhibierten rekombinant gewonnene saure Ceramidase. Anhand der Alkin-markierten Derivate konnte die Akkumulation der Komplexe innerhalb der Lysosomen von Krebszellen gezeigt werden, wo sich das target saure Ceramidase hauptsächlich befindet. Alle Komplexe wiesen zytotoxische Aktivität im niedrigen mikromolaren Bereich gegenüber verschiedenen Krebszelllinien, sowie weitere antiproliferative Effekte wie die Aktivierung der Caspasen -3/-7 auf. Das zweite Teilprojekt befasste sich mit der Totalsynthese der aus dem Meeresschwamm Haliclona Reniera isolierten Sphingoidbase Halisphingosin A, welche zytotoxische Aktivität gegenüber verschiedenen Tumorzelllinien im einstellig-mikromolaren Bereich aufweist. Die threo-konfigurierte Kopfgruppe wurde durch eine syn- und enantioselektive Henry-Reaktion aufgebaut. Der Z-allylische Alkohol wurde durch eine Weinreb-Amid-Alkin-Kupplung gefolgt von der stereoselektiven Transfer-Hydrierung der Keto-Gruppe des entstandenen Inons, sowie der Z-selektiven partiellen Hydrierung des Alkins erhalten. Auf diese Art und Weise wurde (2R,3R,6R,7Z)-Halisphingosin A enantioselektiv über 11 Stufen in einer Gesamtausbeute von 29% dargestellt. Das synthetische Halisphingosin A wies zytotoxische Aktivität gegenüber verschiedenen Krebszelllinien im niedrigen mikromolaren Bereich auf, was der Aktivität des natürlichen Isolats entspricht. Im dritten Teilprojekt wurde eine kurze und flexible Syntheseroute zur Darstellung der (2R,3S,4R)-Isomere der Bathymodiolamide A und B entwickelt. Beide Naturstoffe weisen zytotoxische Aktivität gegenüber bestimmten Krebszelllinien im nanomolaren Bereich auf. Eine potenzielle Verwendung der Bathymodiolamide als Chemotherapeutika wurde kürzlich patentiert. Das Aminotetraol-Grundgerüst wurde durch syn-selektive Vinylierung von (R)-Garner’s Aldehyd und späterer Dihydroxylierung des Alkens aufgebaut. Die mehrfach ungesättigten Carbonsäuren wurden ausgehend von 1-Bromhex-2-in durch Kupfer-vermittelte Halogen-Alkin-Kupplungen und Z-selektiver partieller Hydrierung der entsprechenden Alkine erhalten. Veresterung der sekundären Alkohole mit den entsprechenden ungesättigten Carbonsäuren gefolgt von Acetonid-Entschützung ergab die Bathymodiolamide A und B in Gesamtausbeuten von 38 bzw. 39%. Abweichungen der chemischen Verschiebungen der 1H und 13C NMR-Spektren im Vergleich zu den Literaturdaten legen eine inkorrekte Zuordnung der absoluten Konfiguration der isolierten Naturstoffe nahe. Zudem zeigten die hier dargestellten Verbindungen nahezu keine zytotoxische Aktivität. Aufgrund ihrer flexiblen und modularen Natur, ermöglicht die hier beschriebene Syntheseroute jedoch auch den synthetischen Zugang zu den anderen Stereoisomeren der Bathymodiolamide A und B, sowie zu weiteren Derivaten.

Zur Synthese von Schwefel-dotierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen wurden zunächst thienyl- und phenylhaltige Makrocyclen synthetisiert. Diese wurden anschließend vollständig charakterisiert. Außerdem wurden sowohl an den synthetisierten Makrocyclen als auch an Modellverbindungen diverse Methoden untersucht, um Schwefel-dotierte polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe herzustellen. Die Cyclodehydrofluorierung an einer Aluminiumoxid-Oberfläche konnte als geeignete Methode etabliert werden.

Chimeric antigen receptors (CARs) are able to specifically direct T cells to tumor antigens and therapy with anti-CD19 CARs has already cured cancer patients with B-cell lymphomas who have undergone long-term therapy non-successful. Despite this impressive result, the therapy is currently only approved as a last treatment option for blood cancers due to its life-threatening deficiencies. For patient safety and to enable additional application such as the treatment of solid tumors, CAR-T cells must be controllable, e. g. by chemically programmable CARs (cpCARs) regulated by hapten-like compounds. This thesis reports the synthesis and characterization of such hapten-like compounds. In the first step, seven different warheads with two different spacers were bound to biotin in order to find a suitable warhead for programming the cpCAR. In a second step, synthetic routes for the three pharmacophores folate, c(RGD), and an RGD peptidomimetic were developed. The routes allow the modification of the pharmacophores with one of the warheads from the first step. CuAAC was chosen as a bioorthogonal approach to link pharmacophores and warheads. In total, three different pharmacophores were modified with the 1,3-diketone motif of compound 21 leading to 112, 113 and 128. Activation of the T-cell signaling cascade was tested after binding of these hapten-like compounds to the cpCAR in the presence of suitable target structures. For 112, only a slight, non-significant, activation of the T-cell signaling cascade was observed, whereas for 113 and 128, a significant activation of the T-cell signaling cascade was observed. The poor solubility of the folate compounds led to alternative strategies. Folic acid was exchanged by pteroic acid and the bifunctional, linear compounds were enlarged to trifunctional dendrimers. Besides the reported regioisomer in 112, a second one, which was not reported to date, occurred by the cyclization of the linear RGD pentapeptide leading to 113. After the reported synthesis of an RGD peptidomimetic analogous to 128 could not be reproduced, a new synthetic route was developed. It also consists of 17 steps, but reduces the number of linear steps from 13 to 10. Moreover, the developed route contains an asymmetric hydrogenation step and is, compared to the published one, more flexible by the use of the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). In addition, an unknown reaction was observed. Instead of the formation of a Schiff base in the reductive amination of 129, an insertion of propargylamine occurred forming 131. The reaction is almost quantitative and in high purity. After requiring no purification, it could be predestined for industrial purposes, such as the synthesis of N-functionalized 1,2-dihydroquinolines or as a building block with various orthogonal functional groups. Besides the sulfonamide 16, the diketone (21, 27, 31) and lactam compounds (39 – 41), experiments on adapter molecules with further warheads were performed. In the synthesis of a proadapter approach, in which the warhead is formed only after the retro-aldol reaction catalyzed by the mAb, 6 of 10 steps were successfully performed. A newly developed synthesis to keto-sulfonyl and keto-sulfoxide compounds could not be completed but was performed on a small scale to the point of keto-sulfonyl and keto-sulfoxide. Furthermore, a universal synthesis route was designed to allow the introduction of the warhead at the end of the synthesis by acylation. Thus, after 5 shared steps, 3 of them in quantitative yield, different warheads may be introduced. Moreover, this also facilitates the purification and the analysis of the compounds by the absence of tautomerism or labile groups. However, the acylation experiments were not successful with either the acid cyanide or the Weinreb amide. In summary, this thesis has proven that the 1,3-diketone motif is a suitable warhead for programming the cpCAR, which was developed by Hudecek et al. (unpublished data). The hapten-like compounds 112, 113 and 128 simultaneously bind to integrin ${\alpha}_v{\beta}_3$ and the cpCAR activating the T-cell signaling cascade. The modular synthesis strategy and the use of the bioorthogonal CuAAC allow straightforward access to these valuable immunotherapeutics but revealed the need for an additional purification step to remove copper ions., Chimäre Antigen-Rezeptoren (CARs) ermöglichen es T-Zellen spezifisch auf Tumorantigene auszurichten. Die Therapie mit anti-CD19 CARs konnte bereits eindrucksvolle Ergebnisse liefern und austherapierte Krebspatienten mit B-Zell-Lymphomen heilen. Durch zum Teil lebensbedrohliche Nebenwirkungen ist sie aktuell jedoch nur als letzte Therapiemöglichkeit zugelassen. Um Patienten zu schützen und ihr Einsatzgebiet zu erweitern, beispielsweise zur Behandlung von soliden Tumoren, müssen CAR-T-Zellen kontrollierbar sein, z. B. durch chemisch programmierbare CARs (cpCARs), die durch hapten-artigen Verbindungen reguliert werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung von solchen Verbindungen. Dafür wurden im ersten Schritt sieben verschiedene reaktive Gruppen mit zwei unterschiedlichen Spacern an Biotin gebunden, um eine geeignete reaktive Gruppe für die Programmierung des cpCARs zu finden. Im zweiten Schritt wurden Syntheserouten für die drei Pharmakophore Folat, c(RGD) und ein RGD-Peptidomimetikum entwickelt. Die Routen ermöglichen es das jeweilige Pharmakophor mit einer der reaktiven Gruppe aus dem ersten Schritt zu modifizieren. Zur Verbindung von Pharmakophor und reaktiver Gruppe, wurde die CuAAC als bioorthogonaler Ansatz gewählt. Insgesamt wurden im Rahmen dieser Arbeit drei verschiedene Pharmakophore mit dem 1,3-Diketon-Motiv von Verbindung 21 modifiziert. Mit den resultierenden Verbindungen 112, 113 und 128 wurde die Aktivierung der T-Zell-Signalkaskade bei Anwesenheit geeigneter Zielstrukturen untersucht. Bei 112 konnte nur eine leichte, nicht signifikante Aktivierung der T-Zell-Signalkaskade beobachtet werden, während bei 113 und 128 eine deutliche Aktivierung der T-Zell-Signalkaskade beobachtet wurde. Die schlechte Löslichkeit der Folatverbindungen führte zu Versuchen Folsäure gegen Pteroinsäure zu tauschen und die linearen Verbindungen zu trifunktionalen, dendrimeren Verbindungen mit weiteren Triethylenglycol-Ketten zu vergrößern. Neben dem publizierten Regioisomer in 112 trat bei der Zyklisierung des linearen RGD-Pentapeptides ein zweites Regioisomer auf, das zu 113 führte. Nachdem die veröffentlichte Syntheseroute eines RGD-Peptidomimetikums, das analog zu 128 ist, nicht reproduziert werden konnte, wurde eine neue Syntheseroute entwickelt. Sie besteht ebenfalls aus 17 Schritten, die Anzahl der linearen Schritte konnte jedoch von 13 auf 10 reduziert werden. Zusätzlich enthält die entwickelte Route einen asymmetrischen Hydrierungsschritt und ist durch den Einsatz der Kupfer-katalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC) flexibler als die bereits publizierte Synthese. Während der Entwicklung der Syntheseroute wurde eine Reaktion beobachtet, die in der Literatur bisher nicht bekannt ist. Anstatt der Bildung eines Imins bei der reduktiven Aminierung von 129 kam es zu einer Insertion von Propargylamin, was zu 131 führte. Die Reaktion verläuft dabei nahezu quantitativ und in hoher Reinheit, so dass keine Aufreinigung notwendig ist. Sie könnte somit prädestiniert für industrielle Zwecke sein, wie zum Beispiel die Synthese von N-funktionalisieren 1,2-Dihydrochinolinen oder als Baustein mit mehreren funktionellen Gruppen, die orthogonal zu einander sind. Zusätzlich zum Sulfonamid 16, den Diketon- (21, 27, 31) und Lactamverbindungen (39 – 41), wurden Versuche zu Adaptermolekülen mit weiteren reaktiven Gruppen durchgeführt. Bei der Synthese eines Proadapter-Ansatzes, bei dem die reaktive Gruppe erst nach der vom mAb katalysierten Retroaldolreaktion entsteht, konnten 6 von 10 Schritten erfolgreich durchgeführt werden. Eine neu entwickelte Synthese von Keto-Sulfonyl- und Keto-Sulfoxid-Verbindungen konnte nicht abgeschlossen, aber im kleinen Maßstab bis zum Keto-Sulfonyl bzw. Keto-Sulfoxid durchgeführt werden. Des Weiteren wurde eine universelle Syntheseroute entworfen, um die Einführung der reaktiven Gruppe am Ende der Synthese durch Acylierung zu ermöglichen. So können nach den ersten 5 gemeinsamen Schritten, 3 davon in quantitativer Ausbeute, verschiedene reaktive Gruppen eingeführt werden. Darüber hinaus wird durch die Abwesenheit von Tautomerie oder labilen Gruppen sowohl die Aufreinigung als auch die Analytik der Verbindungen erleichtert. Die Acylierungsversuche waren jedoch weder mit dem Säurecyanid noch mit dem Weinreb-Amid erfolgreich. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit bewiesen werden, dass das 1,3-Diketon-Motiv eine geeignete reaktive Gruppe zur Programmierung des cpCARs ist, der von Hudecek et al. (bisher unveröffentlicht) entwickelt wurde. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die hapten-artigen Verbindungen gleichzeitig an Integrin ${\alpha}_v{\beta}_3$ und den cpCAR binden und die T-Zell-Signalkaskade aktivieren. Die modulare Synthesestrategie und der Einsatz der bioorthogonalen CuAAC für die Herstellung der Verbindungen ermöglichen einen unkomplizierten Zugang zu diesen wertvollen Immuntherapeutika, offenbarten jedoch die Notwendigkeit für einen zusätzlichen Reinigungsschritt zur Entfernung der Kupferionen.