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graph. Darst.

graph. Darst.

Effiziente Synthese von pyranoiden in Heparinanaloga enthaltenen Uronsäuren ausgehend von bicyclischen Thiazolidinlactamen und Strukturaufklärung axial chiraler Dehydroaminosäuren., Efficient synthesis of pyranoid uronic acids present in heparin analoga using bicyclic thiazolidine lactams as starting materials and analysis of axial chiral dehydroamino acids.

Im Rahmen dieser Arbeit gelang die Darstellung neuer 6,5 bizyklischer Lactame durch die Kondensationsreaktion einer Zuckerkomponente und eines vicinalen Aminothiol oder –alkohols. Die Zuckerkomponente bestimmt dabei die Konfiguration des sechsgliedrigen Lactamrings, wohingegen durch die Wahl des Aminothiols bzw. Alkohols der Fünfring variiert wird. Ausgehend von den 6,5-bizyklischen Lactamen wurden zwei Eliminierungsstrategien zur Darstellung verschiedener 3,2-Hydroxypyridinonderivate angewendet, deren Synthese die Konfiguration der verwendeten Arabinuronsäure ausnutzte. Die cis-trans-cis Anordnung der Hydroxylgruppen sowie des Heteroatoms am Brückenkopf ermöglicht dabei die selektive Darstellung der 3,2-Hydroxypyridinone. Das Redoxverhalten der so erhaltenen Hydroxypyridinone wurde mittels Zyklovoltammetrie untersucht und mit bereits in der Arbeitsgruppe vorhandenen Pyridinonderivaten verglichen. Die Messungen der Hydroxypyridinone zeigten eine reversible Oxidation. Für N-substituierte 2-Pyridinone wurde dabei verglichen mit den Hydroxypyridinonen ein erhöhtes Potenzial gefunden. Des Weiteren wurden erste Studien bezüglich des Komplexierungsverhaltens der erhaltenen Hydroxy¬pyridinone durchgeführt und die Bildung eines 3:1 Komplexes mit Eisen(III) anhand einer spektrophotometrischen Titration nachgewiesen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte zudem gezeigt werden, dass das Oxo-Hydroxypyridinon im Gegensatz zu den isosteren Thio Hydroxypyridinonen über eine diastereoselektive Reduktion des Pyridinonrings zum Aufbau von Hydroxypiperidinonen geeignet ist. Der Substitutionsgrad der Hydroxypyridinone konnte im Weiteren durch das Anbringen eines zusätzlichen Substituenten an Position 8 erhöht werden. Die triflierten Acetonide, die in der Synthese der Hydroxypyridinone als Eliminierungsvorläufer dienen, lassen sich bei ausreichender Stabilität auch über eine nukleophile Substitutionsreaktion zur Darstellung von Dipeptidbausteinen nutzen. Es konnte gezeigt werden, dass die Neigung des Triflats zur Eliminierung mit der Acidität des Protons am Brückenkopf korreliert. Aus diesem Grund ist die Einführung des Stickstoffs an Position 8 nur für das Oxazolidinlactam möglich. Der so erhaltene Dipeptidbaustein Tra=Oap wurde auf seine konformationsinduzierende Wirkung hin untersucht. Es konnte anhand von NMR-spektroskopischen Untersuchungen gezeigt werden, dass es sich bei dem Baustein nicht um ein aktives Turnmimetikum, sondern um ein gestrecktes Derivat handelt., Mimicking the transition states of enzymes plays an important role in medicinal chemistry. I have developed a synthesis of a potential transition state mimic, starting from a bicyclic oxazolidine lactam. The dipeptide building block, which itself has an intact peptide backbone with one C-O-double bond substituted by an C-O sigma bond in order to mimic the transition state found in proteases, was subsequently incorporated into peptide fragments in order to investigate their inhibitory potential. Bicyclic oxa- or thiazolidine lactams can further serve as precursors for Hydroxypyridinons (HOPOs). The HOPO moiety is the chelating structural feature in several ligand systems already used in a broad range of applications and is therefore an interesting synthetic target. Due to the large number of functional groups present, our synthetic route offers an easy entry for further modifications of the HOPO scaffold. I have developed the synthesis of a variety of hydroxypyridinons with different substitution patterns and investigated their metal affinities, for iron for example a 3:1 complex was observed by UV/vis titration. The reduction of the HOPO moiety to the corresponding piperidin¬ons proceeds diastereoselectively.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Lewis-Säure-katalysierte Friedel-Crafts-Alkylierungen unter Verwendung von Bismut(III)-Salzen als Katalysator untersucht. Bismut(III)-Salze haben gegenüber vielen anderen Metallsalzen den Vorteil, dass sie ungiftig, luftstabil und preiswert sind. In der Regel werden bei der Friedel-Crafts-Alkylierung überstöchiometrische Mengen einer Lewis-Säure wie AlCl3 benötigt und insbesondere Alkylchloride als Reaktionspartner eingesetzt, was eine hohe Menge unerwünschter Abfallprodukte zur Folge hat. Der Einsatz katalytischer Mengen Bi(OTf)3 und die Verwendung von Benzylalkoholen als elektrophile Reaktionspartner beheben diesen gravierenden Nachteil, da hier lediglich Wasser als Nebenprodukt gebildet wird. So konnte innerhalb der vorliegenden Arbeit zunächst eine effiziente Bi(OTf)3-katalysierte Alkylierungen von 1,3-Diketonen unter Verwendung von Benzyl- und Allylalkoholen als Elektrophile entwickelt werden. Mit lediglich 1 Mol-% Bi(OTf)3 konnten die gewünschten 3-alkylierten 1,3-Diketone in guten Ausbeuten isoliert werden. Weiterhin konnten neben Allyl- und Benzylalkoholen auch Styrene als Elektrophile genutzt werden. Unter Verwendung von 0.5 - 5 Mol-% Bi(OTf)3 konnten sowohl Arene, als auch 1,3-Dicarbonylverbindungen wie z. B. Acetylacetonat als nucleophile Reaktionspartner eingesetzt werden. Die entsprechenden 1,1-Diarylalkane und benzylierten 1,3-Dicarbonyle wurden dabei in hohen Ausbeuten erhalten. Um eine Anwendung für die zuvor entwickelten Methoden zu schaffen, wurde im weiteren Verlauf die Bismut(III)-katalysierte Benzylierung und Hydroalkylierung von 4-Hydroxycoumarinen untersucht. Die so erhaltenen Warfarinderivate sind von hohem medizinischem Nutzen, da diese Verbindungen als hoch potente Vitamin K Antagonisten eine breite Anwendung in der Thrombosevorbeugung oder als Rodentizide finden. Im zweiten Teil dieser Arbeit ging es um die Entwicklung neuer, chiraler Brønsted-Säure Katalysatoren. Die asymmetrische Brønsted-Säure Katalyse ist ein wachsendes Forschungsfeld und es konnten in den letzten Jahren viele enantioselektive Transformationen unter Verwendung chiraler BINOL-Phosphorsäurediester entwickelt werden. Bis vor kurzem waren BINOL-Phosphorsäurediester aufgrund ihres milden pH-Werts auf die Aktivierung von prochiralen Iminen beschränkt. Kürzlich wurden jedoch N-triflierte Phosphoramide als eine neue Klasse hoch potenter Brønsted-Säuren beschrieben. Während dieser Arbeit wurden zunächst verschiedene BINOL-basierte N-Triflylphosphoramide synthetisiert. Ausgehend von H8-BINOL konnte hier eine effiziente 3-Schritt Synthese dieser neuen Katalysatorklasse entwickelt werden. Dieser Syntheseweg verzichtet auf Schutzgruppen und ist daher in kürzerer Zeit und in besseren Ausbeuten durchführbar, als die zuvor beschrieben Synthesewege der ungesättigten BINOL-Phosphate oder N-Triflylphosphoramide. Strukturell wurden die auf diese Weise synthetisierten N-Triflylphosphoramide durch Röntgenstrukturanalyse, NMR und TXRF weiter untersucht und deren Aktivität gegenüber verschiedenen prochiralen Carbonylverbindungen überprüft. Hierbei wurde festgestellt, dass N-Triflylphosphoramide, im Vergleich zu BINOL-Phosphorsäurediestern, deutlich besser in der Lage sind, die asymmetrische Nazarov-Cyclisierung von Divinylketonen zu katalysieren. Die gewünschten Cyclopentenone konnten nach sehr kurzen Reaktionszeiten in hohen Ausbeuten und sehr guten Selektivitäten von bis zu 98% ee isoliert werden. Darauf aufbauend wurde die Brønsted-Säure-katalysierte Aktivierung von ungesättigten α-Ketoestern untersucht. Bei der Verwendung von N-Methylindol als Nucleophil konnten die 4-substituierten α-Ketoester unter Verwendung von 5 Mol-% eines 3,3’-silylierten-N-triflylphosphoramids in hohen Ausbeuten und sehr guten Enantioselektivitäten isoliert werden. Neben der erwarteten 1,4-Addition trat, abhängig von der gewählten Brønsted-Säure, eine Doppeladdition des Indols in 2-Position des α-Ketoesters auf. Das so erhaltene Bisindol zeigte hierbei völlig unerwartet atropisomeres Verhalten. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Bildung dieses Bisindols vermutlich über eine carbokationische Spezies verläuft und es sich somit um eine enantioselektive Sn1-artige nucleophile Substitution handelt. Darauf aufbauend wurde eine N-Triflylphosphoramid-katalysierte Alkylierung von γ-Hydroxylactamen entwickelt. Hier kommt es Brønsted-Säure-katalysiert zu der Bildung eines N-Acyliminium-Ions, welches schließlich durch Indol als Nucleophil abgefangen wird. Auf diese Weise konnten verschieden substituierte γ-Hydroxylactame in die entsprechenden Indol-substituierten Analoga in hohen Enantioselektivitäten überführt werden. Dies ist das erste Beispiel einer hoch enantioselektiven, Brønsted-Säure-katalysierten Substitution von γ-Hydroxylactamen. In the first part of this thesis, Bi(III)-catalyzed Friedel-Crafts alkylations were developed. Compared to many other metal salts that have been used for catalytic Friedel-Crafts alkylations so far, Bi(III) is outstanding since its non-toxic and air- and moisture stable character. In general, Friedel-Crafts-alkylations are performed with stoichiometric amounts of a Lewis acid such as aluminium(III)chloride and toxic alkyl chlorides must be utilized as alkylating reagents, which causes high quantities of undesired salts as site products. Due to the continues need for novel environmental benign processes in organic synthesis, the application of catalytic amounts of a Lewis acid catalyst such as Bi(III) and the usage of benzyl alcohols as alkylating reagents would be highly desirable, since it circumvents these major drawbacks. Thus, an efficient Bi(III)triflate-catalyzed alkylation of 1,3-diketones could be developed. As alkylating reagents, benzyl- and allyl alcohols could be utilized. With only 1 mol% of Bi(III)triflate, the desired 3-alkylated 1,3-diketones could be isolated in high yields. Here, water was the only observed site product. In addition to allyl- and benzyl alcohols, styrenes could be used for the hydroalkylation of 1,3-diketones and subsequently for the hydroalkylation of various arenes. The observed 1,1-diarylakanes and benzylated 1,3-dicarbonyls are versatile structural motifs and could be isolated in excellent yields by using only 0.5-5 mol% Bi(III)triflate. As an application for these new Bi(III)-catalyzed methodologies, the benzylation of 4-hydroxycoumarins was part of further investigations. The subsequently synthesized Warfarin derivatives are highly desired Vitamin K antagonists and are widely applied as anticoagulants for the treatment of thrombosis. In the second part of this thesis highly acidic, chiral Brønsted acid catalysts were developed. Asymmetric Brønsted acid catalysis is a growing research field and various asymmetric transformations utilizing mostly chiral BINOL-phosphates were developed within the last few years. Due to their mild acidic character, BINOL-phosphates are in general restricted towards the activation of basic aldimines and ketimines. Very recently N-triflyl phosphoramides, a new class of highly acidic Brønsted acids, were described for the activation of much less basic carbonyl compounds. Within this thesis, various BINOL-based N-triflyl phosphoramides were synthesized. Starting from H8-BINOL, an efficient 3-step synthesis could be developed. This new route surrenders the usage of protecting groups and gives significantly higher yields than previous described synthetic procedures for these catalysts. In addition to their synthesis, N-triflyl phosphoramides were extensively characterized by X-ray analysis, NMR and TXRF methods and their activity towards various prochiral carbonyl compounds and tertiary alcohols was examined. Hereby it was observed, that N-triflyl phosphoramides, compared to the corresponding BINOL-phosphates, have a significant higher activity towards the asymmetric Nazarov cyclization of divinyl ketones. After that, a N-triflyl phosphoramide catalyzed Friedel-Crafts alkylation of indoles with unsaturated α-ketoesters has been developed. With 5 mol% of a 3,3’-silylated N-triflyl phosphoramide, the desired 4-substituted ketoesters could be isolated in high yields and excellent enantioselectivities. Besides the expected 1,4-addition, a rather unexpected double 1,2-additon was observed yielding an atropisomeric bisindole. It was further shown, that the formation of this chiral bisindole must pass through a carbocationic intermediate and thus is a rare example of an asymmetric Brønsted acid catalyzed SN1-type substitution. Consequently, a similar procedure could be developed utilizing γ-hydroxylactames, a structural motif that bears similar tertiary alcohols. Here, the Brønsted acid catalyzed in situ formation of an N-acyl iminium ion is proposed which subsequently gets trapped by the nucleophilic indole. This is the first example of a highly enantioselective acid catalyzed substitution of unmodified γ-hydroxylactames.

The main focus of this thesis was the synthesis and analysis of multifunctional oligopeptides. The study of their non-covalent interactions with various counterparts revealed interesting new results, leading to both methodological and application related progress. The first project of this thesis concentrated on the in-depth analysis of the peptide receptor CBS-Lys-Lys-Phe-NH2 to acquire a better understanding of its binding mode upon complexation with a substrate. In this context it was possible to develop—in cooperation with the group of Prof. Sebastian Schlücker—a direct and label free spectroscopic detection of immobilized compounds which are often found in combinatorial libraries. This new screening method utilizes the advantages of the surface enhanced Raman spectroscopy and allowed for the first time a surface mapping of a single polystyrene bead for the identification of peptides in femtomolar concentrations. Hence, this method allows a very fast and sensitive detection of resin bound compounds. The development of this promising new approach set the starting point for future experiments to enable on-bead library screenings and to investigate the complex formation of immobilized compounds. After the comprehensive analysis of the basic structural features of small peptide receptors in the first part of this thesis, the second big block focused on its in vitro evaluation using biological relevant targets. Therefore, several different modifications of the initial peptide structures were synthesized. These modifications provided a molecular toolkit for the tailor made synthesis of structures individually designed for the respective target. The first tests addressed the interaction with Alzheimer’s related amyloid fibrils. During these experiments, the successful SPPS syntheses of tri- and tetravalent systems were achieved. The comparison of the multivalent form with the corresponding monovalent version was then under special investigations. These concentrated mainly on the interaction with various bacteria strains, as well as with different parasites. To localize the compounds within the organisms, the synthesis of fluorescence labelled versions was achieved. In addition, several compounds were tested by the Institute for Molecular Infection Biology of the University of Würzburg for their antibacterial activity. This thorough evaluation of the biological activity generated precious information about the influence of small structural changes in the peptide receptors. Especially the distinct influence of the multivalency effect and the acquired synthetic skills led to the development of an advanced non-covalent recognition event, as described in the final project of this thesis. The last part of this thesis discussed the development of a novel inhibitor for the serine protease beta-tryptase based on a tailor-made surface recognition event. It was possible to study and analyze the complex interaction with the unique structure of tryptase, that features a tetrameric frame and four catalytic cleavage sites buried deep inside of the hollow structure. However, the point of attack were not the four binding pockets, as mostly described in the literature, but rather the acidic areas around the cleavage sites and at the two circular openings. These should attract peptides with basic residues, which then can block the accessibility to the active sites. A combinatorial library of 216 tetravalent peptide compounds was synthesized to find the best structural composition for the non-covalent inhibition of beta-tryptase. For the screening of the library a new on-bead assay was applied. With this method a simultaneous readout of the total inhibition of all library members was possible, thus allowing a fast and direct investigation of the still resin bound inhibitors. Several additional experiments in solution unveiled the kinetics of the inhibition process. In conclusion, both mono- and multivalent inhibitors interact in a non-destructive and reversible way with the tryptase., Der Hauptfokus dieser Arbeit lag in der Synthese und Analyse multifunktionaler Oligopeptide. Die Untersuchung ihrer nicht-kovalenten Wechselwirkungen mit verschiedenen Strukturen resultierte sowohl in interessanten methodischen als auch anwendungsbezogenen Fortschritten. Das erste Projekt dieser Dissertation konzentrierte sich auf die detaillierte Analyse des Peptid-Rezeptors CBS-Lys-Lys-Phe-NH2, um ein besseres Verständnis seines Bindungsverhaltens während einer Substratkomplexierung zu erhalten. In diesem Zusammenhang gelang in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Sebastian Schlücker, die Entwicklung einer direkten und markierungsfreien spektroskopischen Methode zur Detektion festphasengebundener Substanzen, wie man sie z.B. oft in kombinatorischen Molekülbibliotheken findet. Diese neuartige Screeningmethode bedient sich der Vorteile der Oberflächen-verstärkten Raman-Streuung (SERS) und ermöglichte erstmals das Scannen der Oberfläche eines einzelnen Harz-Kügelchens und damit die Identifizierung von Peptiden in femtomolaren Konzentrationen. Zusammenfassend erlaubt diese neue Methode eine schnelle und hoch sensitive Detektion harzgebundener Substanzen. Die Entwicklung dieses viel versprechenden Ansatzes bildet die Basis möglicher zukünftiger Entwicklungen für das direkte und schnelle Screening von kombinatorischen Bibliotheken sowie für die detaillierte Untersuchung der Komplexbildung von immobilisierten Verbindungen. Nach der ausführlichen Analyse der grundlegenden strukturellen Eigenschaften kleiner Peptidrezeptoren im ersten Teil dieser Dissertation schloss sich im zweiten großen Block dessen in vitro Evaluierung mit Hilfe verschiedener biologisch relevanter Zielstrukturen an. Dazu wurden einige strukturell verwandte Versionen der ursprünglichen Rezeptoren synthetisiert. Dies ermöglichte die Zusammenstellung eines variablen molekularen Baukasten zur zielgerichteten Synthese von Strukturen, die individuell für ausgesuchte Ziele entworfen werden konnten. Die ersten Tests betrachteten die Wechselwirkung mit Amyloid-Fibrillen, die im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit stehen. Während dieser Arbeiten wurden erste tri- und tetravalente Rezeptorsysteme mit Hilfe der Festphasenchemie synthetisiert. In diesem Zusammenhang war insbesondere der Vergleich der multivalenten Systemen mit den entsprechenden monovalenten Peptiden von Interesse. Die Untersuchungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Interaktion mit verschiedenen Bakterienarten, sowie unterschiedlichen Parasiten. Um die Verbindungen in den Organismen zu lokalisieren wurden spezielle Fluoreszenz-markierte Versionen der Peptide synthetisiert. Zusätzlich wurden einige Verbindung vom Institut für Molekulare Infektionsbiologie der Universität Würzburg auf ihre antibakterielle Aktivität untersucht. Mit dieser detaillierten Evaluierung der biologischen Aktivität konnten somit wertvolle Informationen über den Einfluss kleiner struktureller Änderungen in den Peptidrezeptoren gewonnen werden. Insbesondere der ausgeprägte Einfluss des multivalenten Effektes und die angeeigneten synthetischen Fertigkeiten führten zur Entwicklung und Untersuchung eines komplexeren Bindungsereignisses. Der letzte Abschnitt dieser Dissertation beschreibt die Entwicklung eines neues Inhibitors der Serinprotease beta-Tryptase, welche eine tetramere Struktur aufweist, in der die vier aktiven Zentren sich im Inneren eines zentralen Hohlraumes befinden. In diesem Zusammenhang gelang es die zur Inhibierung notwendige Komplexbildung, die auf einem speziell zugeschnittenen Oberflächenerkennungsprozess basiert, zu studieren und analysieren. Die Angriffspunkte waren jedoch nicht die üblicherweise in der Literatur beschriebenen aktiven Zentren, sondern Anhäufungen negativ geladener Aminosäure-Reste, die in der Umgebung der aktiven Zentren sowie in den beiden Eingangsbereichen zum zentralen Hohlraum zu finden sind. Diese sollten in der Lage sein positiv geladene Aminosäurereste anzuziehen und dazu führen, dass ein entsprechend voluminöses Peptid die Zugänglichkeit zu den aktiven Zentren einschränkt. Daraufhin wurde eine kombinatorische Bibliothek bestehend aus 216 Verbindungen synthetisiert. Es war das Ziel, die beste strukturelle Zusammensetzung zu finden, die eine effiziente nicht-kovalente Inhibierung der Tryptase ermöglicht. Verschiedene zusätzliche Experimente in Lösung halfen bei der Aufklärung der kinetischen Beschreibung des Hemmprozesses. Zusammenfassend lässt sich die Wechselwirkung zwischen der Tryptase und den sowohl mono- als auch multivalenten Inhibitoren als nicht-destruktiv und gleichzeitig reversibel beschreiben.

vorgelegt von Johann Sattler Graz, Univ., Dipl.-Arb., 2009

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein synthetischer Membrantransporter für acetylierte Aminosäurecarboxylate entworfen und hergestellt. Als Bindungsstelle für die Carboxylate wurde das Guanidiniocarbonylpyrrol-Motiv von Schmuck verwendet. In den Seitenarm des Pyrrols wurde ein L-Valinamid-Rest eingebracht, um die Möglichkeit zu zusätzlichen Wasserstoffbrückenbindungen zu bieten und gegebenenfalls Substrat- und Enantioselektivität zu erreichen. Zur Herstellung der Löslichkeit in unpolaren Medien wie dem Inneren der Zellmembran musste eine lipophile Gruppe eingebracht werden. Als löslichkeitsvermittelnder Rest wurde Tris-(Dodecyloxy)phenylmethylen ausgewählt, das drei lange unpolare Alkylreste trägt. Zusammengenommen ergab sich so ein Rezeptor für Oxo-Anionen und speziell für Aminosäurecarboxylate mit erhöhter Löslichkeit in organischen Medien. Somit war die Fähigkeit zu Membrantransport gegeben. In Kraftfeldrechnungen erhielt man die vermutliche Struktur des Rezeptor-Substrat-Komplexes, der eine Kombination aus einer Salzbrücke, Wasserstoffbrückenbindungen und einer Stapelwechselwirkung von Guanidinum-Kation, Benzylgruppe und ggf. aromatischem Rest des Aminosäuresubstrates aufweist. Nach erfolgreicher Synthese wurde in Extraktionsexperimenten die Fähigkeit des Rezeptors erprobt, Aminosäurecarboxylate aus einer wässrigen in eine organische Phase aus zu überführen. Man erhielt das beste Extraktionsvermögen für Ac-Trp-OH, gefolgt von Ac Phe OH und Ac Tyr OH. Es wurde eine neue Formel aufgestellt, mit der aus den pKS-Werten der Substrate und den Extraktionsdaten mit und ohne Rezeptor die Bindungskonstanten der Rezeptor-Substrat-Komplexe berechnet werden konnten. Die Größe der Bindungkonstanten entsprach der Reihenfolge Trp > Tyr > Phe ~ Val mit den höchsten Bindungskonstanten für das Tryptophanderivat mit 1.5*10E4 1/M. Zur Bestätigung der Bindungskonstanten wurden ITC-Messungen durchgeführt. Es wurden Messungen des Rezeptors in Chloroform mit den tert-Butylammoniumsalzen der acetylierten Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Valin durchgeführt. Für die Werte von Enthalpie und Entropie konnten bei dieser Auswertung konsistente Werte ermittelt werden. Die höchsten Werte der Enthalpie erhielt man für das Tyrosinderivat mit 3.7*10E3 cal/mol, gefolgt vom Phenylalaninderivat mit 2.8*10E3 cal/mol und Valinderivat mit 1.3*10E3 cal/mol. Diese Abstufung entspricht dem Einfluss des aromatischen Restes, der durch die Stapelwechselwirkung mit dem Guanidinium-Kation die Bindungswärme erhöht und durch den damit verbundenen engeren Komplex den Wert für die Entropie senkt. Für die Evaluierung des Transportvermögens wurden U-Rohr-Versuche verschiedener Art durchgeführt. Es wurde ein Gradient von pH 6 in der Ausgangsphase auf pH 8 in der Zielphase eingesetzt, wodurch der Rezeptor an der Grenzfläche zur Zielphase deprotoniert wurde, was zu gerichtetetem Transport führte. Es ergaben sich recht starke Unterschiede für die Fluxwerte der einzelnen Substraten, die der Reihenfolge Val > Phe > Ala > Trp > Tyr folgten. Dabei wurde das Valinderivat um den Faktor 17 schneller als das Tyrosinderivat befördert, mit dem recht hohen Flux von 1.11*10E-6 mol/m2*s, was nahe an den höchsten literaturbekannten Wert für acetylierte Aminosäuren heranreicht. Durch Verwendung gleicher Substratkonzentrationen in Start- und Zielphase konnte aktiver Transport nachgewiesen werden, d.h. Transport gegen das Konzentrationsgefälle. Die Triebkraft des Transportes war der Gradient von pH 6 auf pH 8 zwischen Ausgangs- und Zielphase, der durch den Symport von Substrat und einem Proton ausgeglichen wurde. Bei einem kompetitiven Versuch mit einer Mischung der verschiedenen Substrate in der Ausgangsphase wurden veränderte Fluxwerte und Selektivitäten festgestellt. Die neue Reihenfolge der Transportgeschwindigkeit war nun Trp > Phe > Val > Tyr > Ala, wobei die Fluxwerte fast durchgehend niedriger waren als im Einzelversuch. Die Veränderung der Werte erschließt sich bei Vergleich mit den thermodynamischen Daten aus den Extraktionsexperimenten. Bei direkter Konkurrenz um den Rezeptor wurden diejenigen Substrate mit den höchsten Bindungskonstanten bevorzugt, unabhängig von ihrer Transportgeschwindigkeit. Die schwächer bindenden Substrate wurden aus dem Komplex verdrängt und wiesen deswegen niedrigere Transportwerte auf. Der kompetitive Versuch ist somit eine stärkere Abbildung der Bindungsstärke und entspricht eher der Situation in einer realen Zelle., Within the scope of this work a new membrane carrier for acetylated amino acids was designed and synthesized. For the binding site of the carboxylate the guanidinio-carbonylpyrrole motif by Schmuck was selected. In the pyrrole’s side chain an L-valinamide residue was introduced, to allow for additional hydrogen bonding and potentially achieve substrate- and enantioselectivity. For solubility in nonpolar media such as the inner part of the cell membrane a lipophilic group had to be introduced. Tris-(dodecyloxy)-phenylmethylene, which bears three long, nonpolar alkyl chains, was selected to procure the desired solubility. All in all this yielded a receptor for oxo-anions and especially for amino acid carboxylates with increased solubility in organic media. This design resulted in the ability for membrane transport. In force field calculations the probable structure of the receptor-substrate-complex was obtained. It showed a combination of a salt bridge, hydrogen bonds and pi-stacking between the guanidinium cation, the benzyl group and, if applicable, the amino acid’s aromatic residue. After the successful synthesis, extraction experiments were carried out to test the receptor’s ability to transfer amino acid carboxylates from an aqueous into an organic phase. The best extractability was attained for Ac-Trp-OH, followed by Ac-Phe-OH and Ac-Tyr-OH. A new equation was established to calculate the binding constants of the receptor-substrate-complexes with the known pKS-values of the substrates and the extraction data with and without receptor. The values of the binding constants followed the order Trp > Tyr > Phe ~ Val with the highest values for the tryptophane derivative with 1.5*10E4 1/M. To confirm the binding constants, ITC experiments were conducted. Measurements of the receptor in chloroform with the tert-butylammonium salts of the acetylated amino acids phenylalanine, tyrosine and valine were conducted.For the enthalpy and entropy consistent values could be determined. These were 3.7*10E3 cal/mol for the tyrosine derivative, 2.8*10E3 cal/mol for the phenylalanine derivative and 1.3*10E3 cal/mol for the valine derivative. This incrementation complies with the influence of the aromatic residue, which increases the binding heat by the pi-stacking and decreases the value of the entropy because of the resulting tighter complex. For the evaluation of the transport capabilities various U-tube experiments were conducted. A gradient from pH 6 in the source phase to pH 8 in the target phase was employed, which led to deprotonation of the receptor near the interface to the target phase, resulting in directed transport. There were quite strong differences for the substrates’ flux values, which followed the order of Val > Phe > Ala > Trp > Tyr. The valine derivative was transported 17 times faster than the tyrosine derivative, with a quite high flux of 1.11*10E-6 mol/m2*s. This is close to the highest literature-known value for acetylated amino acids. By employing analogous substrate concentrations in the source and target phase, active transport, that is transport against the concentration gradient, could be achieved. The driving force of the transport was the gradient from pH 6 to pH 8 between the source and target phase, which was diminished by the symport of substrate and a proton. In a competitive experiment with a mixture of the various substrates in the source phase different values for flux and selectivity were found. The new order of the transport velocities was now Trp > Phe > Val > Tyr > Ala. Nearly all of the flux values were lower than before. The change of the values can be explained by the comparison with the thermodynamic data from the extraction experiments. With direct competition for the receptor, the substrates with higher binding constants were preferred, independent of their transport velocity. The substrates with weaker binding were expulsed from the complex and now showed lower transport values. The competitive transport experiment is therefor a better depiction of the binding strength and comes closer to the situation in a real cell.

Die vorliegende, in kumulativer Schreibweise verfasste Arbeit erläutert die Entwicklung, Charakterisierung und Optimierung zweier unter­schiedlicher Leit­strukturen, die als Agonisten von Peroxisomen Proliferator-aktivierten Rezeptoren (PPAR) und gleichsam als duale Inhibitoren der mikrosomalen Prostaglandin E2 Synthase-1 (mPGES-1) und der 5-Lipoxygenase (5-LO) wirken. Chemisch betrachtet sind dies zum ersten die Gruppe der alpha-n-Hexyl-Pirinixin­säurederivate und zum zweiten die Gruppe der 2-(Phenylthio)-hexan­säurederivate. Die Publikation zur Synthese und in vitro-pharmakologischen Charakterisierung der alpha-n-Hexyl-Pirinixinsäurederivate an PPAR (Zettl et al., QSAR & Combinatorial Science, 28:576–586, 2009) enthält einerseits die strukturelle Optimierung durch Variation der Aryl-Substitution des zentralen Pyrimidinringes der Leitstruktur und andererseits die durch Docking-Verfahren gestützte Untersuchung des Einflusses der Stereochemie auf die PPAR-Aktivierung. Letztlich konnte durch die Einführung von Biphenyl-Substituenten eine Verbesserung insbesondere der PPARalpha-Aktivität gegenüber der als strukturellen Referenz dienenden alpha-n-Hexyl-Pirinixinsäure (Rau et al., Archiv der Pharmazie, 341:191–195, 2008) erreicht werden. Mit Hilfe von präparativer enantioselektiver HPLC wurde eine ausgewählte Verbindung in ihre beiden Enantiomere getrennt. Deren in vitro-pharmakologische Charakterisierung ergab, dass das (R)-Enantiomer insbesondere bei PPARalpha als Eutomer fungiert. Dieses Ergebnis konnte mit Hilfe von Docking-Studien weiter untermauert werden. Hierbei wurde deutlich, dass die Besetzung der linken proximalen Bindetasche der PPARalpha-Liganden-Bindungs-Domäne durch den alpha-n-Hexyl-Rest lediglich im Fall einer (R)-Konfiguration optimal erfolgen kann. Die Synthese und die in vitro-pharmakologische Charakterisierung der Substanz­klasse der 2-(Phenylthio)-hexansäurederivate an PPAR sind in Zettl et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 19: 4421-4426, 2009 zusammengefasst. Bei der Analyse der Struktur-Wirkungs-Beziehungen erwies sich die Leitstruktur als hochaktiv und sehr robust. Je nach Substitutionsmuster des lipophilen Molekülteils wurden potente selektive PPARalpha-Agonisten wie auch PPARalpha-präferenzielle duale PPARalpha/gamma-Agonisten dargestellt. Durch die Synthese von Kohlenstoff-Analoga und alpha-unsubsti­tuierten Verbindungen wurde des Weiteren der Einfluss des Schwefelatoms und des n-Butylrestes in alpha-Position zur Carbonsäure auf die PPAR-Aktivität untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass beide Strukturelemente einen großen Beitrag zur hohen PPARalpha-Aktivität der Leitstruktur leisten. Wie auch bei den alpha-n-Hexyl-Pirinixinsäurederivaten wurde eine ausgewählte Verbindung in ihre Enantiomere getrennt und der Einfluss des Stereozentrums in alpha-Position zur Carbon­säure untersucht. Das Ergebnis bestätigte die Resultate der vorangegangenen Studie: Das (R)-Enantiomer wirkte als Eutomer, wobei der stereochemische Einfluss bei PPARalpha besonders deutlich war. Ausgewählte Synthesen und die in vitro-pharmakologische Charakterisierung von Pirinixinsäurederivaten an mPGES-1, 5-LO sowie der Cyclooxygenase (COX) sind in Koeberle und Zettl et al., Journal of Medicinal Chemistry, 51:8068–8076, 2009 publiziert. Die Arbeit beinhaltet eine umfassende Reihe an Pirinixinsäurederivaten mit Strukturvariationen in alpha-Position zur Carbonsäure und im Aryl-Substitutions­muster des Pyrimidinringes. Hinsichtlich der alpha-Substitution zeigte sich, dass für Alkylreste eine Kettenlänge von mindestens 6 Kohlenstoffatomen für einen dualen Wirkmechanismus erforderlich ist. Als Leitstruktur für duale mPGES-1/5-LO-Inhibitoren ergab sich somit alpha-n-Hexyl-substituierte Pirinixin­säure, deren Aryl-Substitutionsmuster am zentralen Pyrimidin weiter optimiert wurde. Als vorteilhaft erwies sich die Substitution mit Biphenylresten, wodurch die Darstellung von niedrig mikromolar aktiven dualen mPGES-1/5-LO-Inhibitoren gelang. Bei der Analyse der Strukur-Wirkungs-Beziehungen von unterschiedlichen Biphenylresten zeigte sich eine hohe strukturelle Toleranz hinsichtlich der dualen inhibitorischen Aktivität an der mPGES-1 und der 5-LO. Somit stellen die alpha-n-Hexyl-Pirinixin­säurederivate die ersten publizierten dualen mPGES-1/5-LO-Inhibitoren dar. This cumulative thesis summarizes and discusses the content of the followed articles: 1. Novel Pirinixic Acids as PPARalpha Preferential Dual PPARalpha/gamma Agonists Zettl H, Dittrich M, Steri R, Proschak E, Rau O, Steinhilber D, Schneider G, Lämmerhofer M, Schubert-Zsilavecz M QSAR & Combinatorial Science 2009; 28, 576-586. Abstract: Pirinixic acid is a moderate agonist of both the alpha and the gamma subtype of the peroxisome proliferator activated receptor (PPAR). Previously, we have shown that alpha-alkyl substitution leads to balanced low micromolar-active dual agonists of PPARalpha and PPARgamma. Taking alpha-hexyl pirinixic acid as a new scaffold, we further optimized PPAR activity by enlargement of the lipophilic backbone by substituting the 2,3-dimethylphenyl with biphenylic moieties. Such a substitution pattern had only minor impact on PPARgamma activity but further increased PPARalpha activity leading to nanomolar activities. Supporting docking studies proposed that the (R)-enantiomer should fit the PPARalpha ligand-binding pocket better and thus be more active than the (S)-enantiomer. Single enantiomers of selected active analogues were then prepared by enantio-selective synthesis and enantio-selective preparative HPLC, respectively. Biological data for the distinct enantiomers fully corroborated the docking experiments and substantiate a stereochemical impact on PPAR activation. 2. Discovery of a novel class of 2-mercaptohexanoic acid derivatives as highly active PPARalpha agonists Zettl H, Steri R, Lämmerhofer M, Schubert-Zsilavecz M Bioorg Med Chem Lett 2009; 19, 4421-4426. Abstract: A novel and robust scaffold for highly active PPARalpha agonists based on the 2-mercaptohexanoic acid substructure is presented. Systematic structural variation of the substitution pattern of the phenolic backbone yielded detailed SAR especially of ortho and meta substituents. We corroborated the importance of the sulfur atom as well as of the n-butyl chain for PPARalpha activity in the 2-mercaptohexanoic acid head group by preparation of carbon analogs and alpha-unsubstituted derivatives. Compound 10 represents a low nano molar active PPARalpha activator with excellent selectivity towards PPARgamma. 3. Pirinixic Acid Derivatives as Novel Dual Inhibitors of Microsomal Prostaglandin E2 Synthase-1 and 5-Lipoxygenase Koeberle A, Zettl H, Greiner C, Wurglics M, Schubert-Zsilavecz M, Werz O J Med Chem 2008; 51, 8068-8076. Abstract: Dual inhibition of the prostaglandin (PG) and leukotriene (LT) biosynthetic pathway is supposed to be superior over single interference, both in terms of efficacy and side effects. Here, we present a novel class of dual microsomal PGE2 synthase-1/5-lipoxygenase (5-LO) inhibitors based on the structure of pirinixic acid [PA, 2-(4-chloro-6-(2,3-dimethylphenylamino)pyrimidin-2-ylthio)acetic acid, compound 1]. Target-oriented structural modification of 1, particularly alpha-substitution with extended n-alkyl or bulky aryl substituents and concomitant replacement of the 2,3-dimethylaniline by a biphenyl-4-yl-methane-amino residue, resulted in potent suppression of mPGES-1 and 5-LO activity, exemplified by 2-(4-(biphenyl-4-ylmethylamino)-6-chloropyrimidin-2-ylthio)octanoic acid (7b, IC50 ) 1.3 and 1 microM, respectively). Select compounds also potently reduced PGE2 and 5-LO product formation in intact cells. Importantly, inhibition of cyclooxygenases-1/2 was significantly less pronounced. Taken together, these pirinixic acid derivatives constitute a novel class of dual mPGES-1/5-LO inhibitors with a promising pharmacologial profile and a potential for therapeutic use.

Myriocin and mycestericins were first isolated from the fermentation broths of different fungal sources in 1972 and 1992, respectively. These substances are structurally related to the class of sphingoids, which are present in mammalian tissues. Owing to the structural similarity myriocin and mycestericins can act as enzyme inhibitors (e.g. SPT) in the biosynthesis and metabolism of sphingolipids, and therefore strongly influence a large amount of biological processes. Myriocin and mycestericins are of special interest due to their antifungal, antiviral, antitumour, immunosuppressive and cytotoxic properties. On the basis of this activity, these substances have been examined as potential agents in the treatment of arteriosclerosis, colon cancer and infectious diseases. The aim of this research project was to develop a new asymmetric pathway for the synthesis of Myriocin-related substances using a Prolin-catalyzed Aldol reaction.as key step to build up the 3,4-diol-moiety of the natural products. Furthermore different methodologies for the preparation of the alpha,alpha-disubstituted amino acid starting from a ketone were investigated. The direct transformation via Strecker reaction has proven not to be successful. A six-step synthesis including Wittig-olefination, Vanadyl acetylacetonate-catalyzed epoxidation and intramolecular epoxid opening by a nitrogen nucleophile furnished an alpha,alpha-bis-hydroxymethylamine as precursor for the synthesis of both amino acid diastereomeres. A variety of C-C-coupling reactions at carbonyl compounds have been employed for the synthesis of the side chain segments. Unpolar product fragments for the application in cross coupling reactions or olefinations have been synthesized via Weinreb amides or substitution reactions via 1,3-dithianes.

Ideale universelle Nucleosid-Analoga könnten im Hinblick auf therapeutische Oligonucleotide einen Fortschritt in der Entwicklung darstellen. Zudem bieten solche Nucleosidanaloga auch aus synthetischer Sicht Vorteile: Durch ihre Struktur sind chemische Modifikationen – wie beispielsweise Modifizierungen an der Zuckereinheit – leichter zugänglich, als bei den natürlichen Nucleosiden. Ein Ziel der vorliegenden Doktorarbeit bestand darin, bereits bekannte universelle Nucleosidbausteine solchermaßen zu modifizieren, das bei ihrer Anwendung in Oligonucleotiden ihre Vorteile besser zum Tragen kommen. Vor diesem Hintergrund besaßen vor allem protonierbare 2´-O-Modifikationsmotive eine besondere Relevanz. Im Vergleich zur bereits bekannten 2´-O-Aminoethyl-Modifikation des 4,6-Difluorbenzimidazol-Nucleosidbausteins konnte eine um eine Methyleneinheit längere 2´-O-Aminopropylfunktion des Nucleosids hergestellt werden. Dabei wurde eine Syntheseroute eingeschlagen, mit der diese Modifikation in hohen Ausbeuten und hoher Reinheit aus dem 3´-,5´-Markiewicz-geschützten Nucleosid eingeführt werden konnte. Grundlage dieser Modifizierungsmethode ist eine Michael-Addition von Acrylnitril an die 2´-OH-Funktion unter basischen Bedingungen. Damit konnte ein 2´-O-Cyanoethylrest an das Nucleosid geknüpft werden; dieser wurde als Modifikationsmotiv beibehalten und es konnte das entsprechende 3´-Phosphoramidit hergestellt werden. Außerdem lässt sich ein 2´-O-Cyanoethylrest mittels Raney-Nickel-katalysierter Hydrierung in das primäre Amin überführen. Durch diese Michael-Addition-Reduktionssequenz konnte die erwähnte 2´-O-Aminopropylmodifikation in nur zwei Stufen mit einer Gesamtausbeute von über 80 % an das Difluorbenzimidazolnucleosid geknüpft werden. Die 2´-O-Aminopropylfunktion wurde zudem als Ausgangspunkt zur Kupplung weiterer erfolgsversprechender Modifikationsmotiven verwendet: In diesem Ansatz wurden mittels standardisierter Peptidkupplungschemie Carbonsäurederivate an die freie Aminofunktion gekuppelt. Hierdurch waren neuartige 2´-O-Modifizierungen, wie z.B. Lysin- oder auch Laurinsäurekonjugate zugänglich; diese waren über den Propylamidlinker mit dem Nucleosid verbunden. Im Hinblick einer polykationischen Modifizierung konnte auch ein Sperminderivat an die Aminopropylfunktion gekuppelt werden. Sämtliche dieser Konjugate konnten ebenfalls nach mehrstufigen Synthesen in das 3´-Phosphoramidit überführt werden und wurden schließlich erfolgreich in RNA-Oligonucleotide eingebaut. Für den Einbau der 2´-modifizierten universellen Nucleosidanaloga in RNA-Oligonucleotide wurden zunächst kurze 12mer-Sequenzen gewählt, die sich bereits als gute Testsysteme für spektroskopische Untersuchungen herausgestellt haben. Hernach konnten mit diesen Duplexen spektroskopische Untersuchungen wie UV-Schmelzkurvenanalysen und CD-Spektroskopie durchgeführt werden. Zudem stand die biologische Testung dieser Modifikationen in synthetisch zugänglichen siRNA-Oligonucleotiden im Fokus dieser Arbeit. Um die Flexibilität der Konjugationsmethode zu erhöhen konnte auch eine postsynthetische Kupplung an das festphasengebundene RNA-Oligomer etabliert werden. Dies wurde durch den Einbau des geeignet geschützten 2´-Aminopropyl-Nucleosidbausteins in ein RNA-Oligomer erreicht: Durch einfache Zugabe von Bocanhydrid in den Reduktionsansatzes gelang eine simultane Boc-Schützung des 2´-O-Aminopropylderivats in quantitativer Ausbeute. Diese Prozedur konnte auch auf ein 7N-Purinnucleosidanalogon übertragen werden, welches im Hinblick auf die thermodynamische Stabilisierung eines RNA-Duplexes einem 4,6-Difluorbenzimidazolbaustein gegenüber überlegen zu sein scheint. Die Boc-geschützen Derivate wurden als Phosphoramidite in die automatisierte Festphasensynthese von Oligonucleotiden eingesetzt. Der große synthetische Vorteil dieser Methode besteht einerseits in ihrer einfachen Durchführbarkeit, andererseits in ihrer effizienteren und ökonomischeren Vorbereitung: Es muss nur jeweils ein Phosphoramiditbaustein (mit Boc-geschützter 2´-O-Aminopropylfunktion) synthetisiert und in ein Oligonucleotid eingebaut werden. Sowohl mit dem 4,6-Difluorbenzimidazolnucleosid, als auch mit seinem 7N-Purin-Pendant konnten erfolgreiche Festphasenkupplungen durchgeführt werden. Im Hinblick auf die thermodynamischen Eigenschaften konnten vor allem für das 7N-Purinnucleosid interessante Resultate erzielt werden: Das via Festphasenkupplung erhaltene RNA-12mer, welches eine Argininmodifikation am 2´-O-Aminopropyl-7N-Purinnucleosid trägt, zeigt eine im Vergleich zum unmodifizierten A-U-Basenpaar ähnliche Stabilität bei leicht erhöhtem Tm-Wert. Um den Ursprung dieses Effekts genauer zu ergründen wären weitere thermo-dynamische Untersuchungen anhand des 7N-Purinbausteines z.B. mit anderen Modifikations-motiven oder auch an unterschiedlichen Positionen im Oligomer sinnvoll. Ideal universal nucleoside analogues could be an improvement in the field of therapeutical oligonucleotides. Furthermore, they offer some advantages for their chemical synthesis. Due to their structure, chemical modifications – of the sugar moiety for example – are more easily accessible in comparison to natural nucleosides. One aim of this PhD-thesis was the modification of already known universal nucleosides in a novel manner. Thus, especially cationic modification-motifs have a particular relevance. In comparison to the already known 2´-O-aminoethyl-modification of the 4,6-Difluorbenzimidazole-nucleoside, a longer 2´-O-aminopropyl modification was synthesized in a very efficient manner. This synthetic pathway starts from a Michael-reaction with acrylonitrile at the 2´-OH under basic conditions. This results in a 2´-O-cyanoethyl modified nucleoside and the accordant phosphoroamidite was synthesized subsequently. Moreover, after introduction of this 2´-O-cyanoethyl-group, via Raney-nickel catalyzed reduction a 2´-O-aminopropyllinker was available in very high yields and excellent purity. This amino function could be used as a precursor for further coupling reactions due to peptide couplings by carboxylic acids. Thereby, novel 2´-O-modification-motifs like lysine or lauric acids conjugates onto a universal nucleoside are possible. In respect to polycationic modifications, also a spermine-derivative was coupled to the 2´-O-amino function successfully. All modifications were inserted into RNA-oligonucleotide 12mers in order to determine thermodynamic properties (Tm-value, CD-spectra). For this purpose, standard phosphoramidite chemistry has been used. Furthermore, RNA-21mers (siRNAs) containing these novel 2´-O-modified universal nucleosides were synthesized, too. They have been used for biological investigations to check for improved cellular uptake, nuclease stability and RNAi-activity. Finally, the flexibility of the conjugation method was improved via a postsynthetic solid-phase-coupling. For this purpose, the 2´-O-cyanoethyl derivative was directly converted into the Boc-protected 2´-O-aminopropyl modification in one step. This building block was converted into the appropriate phosphoroamidite, which was used for automatic oligo-synthesis. During oligosynthesis, the Boc-protecting group was cleaved under acidic conditions, whereby an amino function was liberated. Thus, it was possible to couple carboxylic acids, like protected amino acids, directly on solid-support to a RNA-oligomer carrying such a modification. This method was not only performed with a 4,6-Difluorobenzimidazole nucleoside, but also with a 7N-purine analogue, which seems also to have universal properties. In thermodynamic measurements, a 7N-purine compound with a 2´-O-aminopropylarginine- modification seems to stabilize an RNA-duplex in an even better manner than an unmodified one. The reason for this stability-phenomenom is still not clear and has to be investigated in future research.

In the present work, a series of spherically defined [60]fullerene multiple adducts with up to four independently addressable addend zones was synthesized and characterized. For that purpose, a novel concept for the regioselective synthesis of [60]fullerene trisadducts exhibiting an e,e,e addition pattern was developed. Following a tether-directed remote approach, excellent regioselectivity was observed for the threefold BINGEL cyclopropanation of tripodal malonate systems based on 1,3,5-trisubstituted benzene derivatives. Due to the template assisted synthesis, the three unsymmetrically substituted malonate addends are spherically arranged as one single in/out isomer creating two topologically well defined regions, namely one polar and one equatorial addend zone. Extending this synthetic concept to [3:3] hexakisadducts resulted in the formation of novel fullerene derivatives bearing up to four spherically defined addend zones arranged like degrees of latitudes on the fullerene core. Selective functionalization of the equatorial addend zone of these novel fullerene derivatives could be easily achieved by simple modifications of the outer terminus of the malonate units. Due to their trigonal distribution around the equatorial belt of the fullerene core, these functional units were shown to impact effectively the intermolecular interactions of the fullerene derivatives. Therefore, a fine-tuning of the equatorial functionalization greatly affected properties such as solubility or aggregation phenomena. For a selective functionalization of the polar addend zone, removal of the structure-determined focal benzene moiety was achieved by means of appropriate deprotection protocols. Since the functional groups in this addend zone were highly preorganized and in close contact to each other, intramolecular interactions predominated. Due to the rigid preorganization and close proximity of their reactive groups, polarly functionalized e,e,e trisadducts could be promising hosts or ligand systems for the supramolecular complexation of complementary hydrogen bonding guests or appropriate metal ions. By combining both selective equatorial and polar functionalization, a series of or orthogonally functionalized e,e,e trisadducts could be designed and synthesized. In case of different functionalities in the two distinct addend zones, these fullerene derivatives are first examples of a novel class of e,e,e trisadducts exhibiting unsymmetrically substituted malonate addends in a spherically well defined manner. In the second part of this work, superoxide inhibition was investigated by standard assays and direct kinetic measurements in DMSO for some water-soluble fullerene derivatives in cooperation with the IVANOVIC-BURMAZOVIC group. For the first time, the catalytic dismutation of superoxide radical anions by fullerene derivatives could be directly verified. In coorporation with C-SIXTY Inc. and PHYLONIX Pharmaceuticals Inc. first in vivo investigations were carried out concerning the toxicity and cytoprotective activity of the water-soluble fullerene derivatives in zebrafish embryos as model systems for mammals. In the third part, the developed concept of spherically well-defined addend zones was extended to [3:3] hexakisadducts. By adding another tripodal malonate tether to the unmodified hemisphere of e,e,e trisadducts, novel highly functionalized fullerene derivatives with up to four defined addend regions could be synthesized in good yields. As first examples for these kinds of novel fullerene based supramolecular building blocks, a series of amphiphilic monomers with a spherically defined arrangement of both hydrophilic and lipophilic moieties could be designed and synthesized. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Reihe von sphärisch wohldefinierten [60]Fullerenmehrfachaddukten mit bis zu vier unabhängig voneinander adressierbaren Addendenzonen synthetisiert und charakterisiert. Dazu wurde ein neuartiges Konzept für die regioselektive Synthese von [60]Fullerentrisaddukten mit e,e,e-Additionsmuster entwickelt. Basierend auf einem über Abstandsgruppen vermittelten Fernfunktionalisierungsansatz konnten exzellente Regioselektivitäten für die dreifache BINGEL-Cyclopropanierung von tripodalen Malonatsystemen aus 1,3,5-trisubstituierten Benzolderivaten erzielt werden. Aufgrund des templatgeschützten Synthesewegs waren dabei die drei unsymmetrisch substituierten Malonataddenden als ein definiertes in/out-Isomer angeordnet, was zur Bildung von zwei topologisch wohldefinierten Addendenzonen, einer polaren und einer äquatorialen, führte. Eine Erweiterung dieses Synthesekonzepts auf [3:3]-Hexakisaddukte ermöglichte die Darstellung von neuartigen Fullerenderivaten mit bis zu vier sphärisch definierten Addendenzonen, die sich wie Breitengrade auf der Fullerenoberfläche anordnen. Eine selektive Funktionalisierung der äquatorialen Addendenzone dieser neuartigen Fullerenverbindungen konnte leicht durch einfache Modifikationen der äußeren Reste der Malonateinheiten erreicht werden. Aufgrund ihrer trigonalen Verteilung innerhalb eines äquatorialen Gürtels auf der Fullerenoberfläche zeigte es sich, dass durch diese funktionalen Einheiten eine sehr effiziente Beeinflussung der intermolekularen Wechselwirkungen der entsprechenden Fullerenderivate möglich war. Eine Feinabstimmung der äquatorialen Addendenzone hatte deshalb große Auswirkungen auf Eigenschaften wie Löslichkeit oder Aggregationsphänomene. Eine selektive Funktionalisierung der polaren Addendenzone konnte nach der Entfernung der strukturgebenden fokalen Benzoleinheit mit Hilfe von geeigneten Entschützungsstrategien erreicht werden. Da die funktionellen Gruppen in dieser Addendzone sehr stark vororganisiert sind und in engem Kontakt zueinander stehen, herrschen hier hauptsächlich intramolekulare Wechselwirkungen vor. Aufgrund ihrer starren Vororganisation und der räumlichen Nähe ihrer reaktiven Gruppen zueinander könnten polar funktionalisierte e,e,e-Trisaddukte interessante Wirt- oder Ligandsysteme für die supramolekulare Komplexierung von komplementären Wasserstoffbrückenbindungs-Systemen oder geeigneten Metallionen darstellen. Durch die Kombination von sowohl äquatorialer als auch polarer Funktionalisierung konnte eine Reihe von orthogonal funktionalisierten e,e,e-Trisaddukten entwickelt und synthetisiert werden. Im Falle von unterschiedlichen Gruppierungen in den beiden verschiedenen Addendenzonen stellten diese Fullerenderivate erste Beispiele einer neuartigen Klasse von e,e,e-Trisaddukten mit unsymmetrisch substituierten Malonaten dar, bei denen die Addenden in einer sphärisch wohldefinierten Art und Weise angeordnet sind. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe IVANOVIC-BURMAZOVIC der Superoxid-Abbau für einige wasserlösliche Derivate mit Hilfe von Standard-Assays und direkten kinetischen Messungen in DMSO untersucht. Dabei konnte die katalytische Dismutation von Superoxid-Radikalanionen durch Fullerenderivative zum ersten Mal direkt nachgewiesen werden. In Kooperation mit den Firmen C-SIXTY Inc. und PHYLONIX Pharmaceuticals Inc. wurden erste in vivo-Untersuchungen bezüglich der Toxizität und cytoprotektiven Eigenschaften der wasserlöslichen Fullerenverbindungen an Zebrabärbling-Embryos als Modellsyteme für Säugetiere durchgeführt. Im dritten Teil wurde das entwickelte Konzept der sphärisch wohldefinierten Addendenzonen auf [3:3]-Hexakisaddukte erweitert. Durch die Addition eines weiteren tripodalen Malonatsystems an die unmodifizierte Halbkugel von e,e,e-Trisaddukten konnten hochfunktionalisierte Fullerenderivate mit bis zu vier definierten Addendenregionen in guten Ausbeuten synthetisiert werden. Als erste Beispiele für solche neuartigen fullerenbasierten supramolekularen Bausteine wurde eine Serie von amphiphilen Monomeren mit einer definerten Anordnung sowohl der lipophilen als auch der hydrophilen Einheiten entwickelt und synthetisiert.

Unnatürliche Aminosäurederivate stellen in der pharmazeutischen Industrie interessante Bausteine für die Synthese von Peptidomimetika dar. In den letzten Jahrzehnten wurden deshalb verschiedenste Methoden zur Modifizierung von Aminosäuren entwickelt. Eine Möglichkeit stellt dabei die Claisen-Umlagerung chelatisierter Aminosäureesterenolate dar. Werden N-geschützte Aminosäureallylester bei — 78 °C mit LDA deprotoniert und durch Zugabe eines Metallsalzes chelatisiert, findet bei Erwärmen auf Raumtemperatur eine Claisen-Umlagerung statt, die den Zugang zu g,d-ungesättigten Aminosäurederivaten ermöglicht. Aufgrund der durch die Chelatisierung fixierten Enolatgeometrie und der Bevorzugung des sesselförmigen Übergangszustandes, verläuft die Umlagerung hoch diastereoselektiv. Werden wie in dieser Arbeit Aminosäureester chiraler Allylalkohole verwendet, werden mit einem hohen Maß an 1,3-Chiralitätstransfer optisch aktive Aminosäuren gebildet. Somit war es möglich, je nach eingesetztem Aminosäureallylester, verschiedene Phenylalaninmimetika via Esterenolat-Claisen-Umlagerung stereoselektiv herzustellen. Außer zur Synthese von Phenylalaninderivaten konnte die Esterenolat-Claisen-Umlagerung auch zum Aufbau von (S)-2-Amino-9,10-epoxy-8-oxodecansäure (Aoe) sowie (S)-2-Amino-8-oxo-dekansäure (Aoda) genutzt werden. Als Bestandteil von verschiedenen cyclischen Tetrapeptiden wie Chlamydocin oder Apicidin stellen diese strukturell interessante funktionalisierte Aminosäuren dar. In pharmaceutical industry unnatural amino acid derivatives are interesting building blocks to synthesize peptidomimetics. Therefore different methods to modify amino acids were developed in the last decades. One possibility is the Claisen-rearrangement of chelated amino acid ester enolates. Deprotonation of N-protected amino acid allylic esters at — 78 °C with LDA and addition of a metal salt results in the formation of chelated metal enolates undergoing Claisen-rearrangement upon warming to room temperature and giving rise to g,d-unsaturated amino acid derivatives. Because of the fixed enolate geometry based on chelation and the prefered chair-like transition state the rearrangement proceeds with a high degree of diastereoselectivity. In this thesis amino acid esters of chiral allylic alcohols are used giving rise to optically active amino acids with excellent 1,3-chirality transfer. Depending on the amino acid ester used it was possible to synthesize different phenylalanine mimetics stereoselectively. Furthermore, the chelate-enolate Claisen-rearangement could be used as a key step in the synthesis of (S)-2-amino-9,10-epoxy-8-oxodecanoic acid (Aoe) and (S)-2-amino-8-oxo-decanoic acid (Aoda). Both, as part of cyclic tetrapeptides such as Chlamydocin or Apidicin, are structurally interesting functionalized amino acids.

In der vorliegenden Arbeit werden sowohl Synthesen als auch molekular-pharmakologische Untersuchungen neuer 2-substituierter Indol-3-carbonsäurealkylester vorgestellt. Diese neuartigen z.T. dualen 5-Lipoxygenase- und mPGES-1-Inhibitoren gehen durchweg vom 2-[(3-Chlorphenyl)amino]-5-hydroxy-1H-indol-3-carbonsäureethylester als gemeinsamer Leitstruktur aus. Zu Beginn der praktischen Arbeiten zielten unsere Synthesebemühungen auf 2-substituierte Indol-3-carbonsäurealkylester, die sich im Gegensatz zur Leitstruktur durch die fehlende 5-Hydroxygruppe auszeichnen. Unsere Hauptintention war dabei die Gewinnung von 5-LO-Inhibitoren ohne Redoxaktivität, weshalb vor allem das gewonnene 5-chlorsubstituierte Derivat in Hinblick auf fehlende Metabolisierbarkeit während der biologischen Testung von Interesse war. Die im Rahmen dieser Dissertation gewonnenen 5-Hydroxyindol-3-carbonsäurealkylester waren via Nenitzescu aus Alkoxyketenaminalen bzw. Enaminoestern und den entsprechenden 1,4-Chinonkomponenten darstellbar. Die meisten Indol-3-carbonsäureester wurden konventionell durch kurzes Rühren der Edukte in Ethanol dargestellt, die Synthese der Benzo[g]-Derivate erfolgte vorwiegend unter ZnI2-Katalysein Dichlormethan. Durch Variation des Chinonbausteins bei der Nenitzescu-Reaktion konnten wir mehrere unterschiedliche Reste an Position 6 und 7 der Leitstruktur einbringen. Ergänzend zu den Indol-3-carbonsäureestern stellten wir via Nenitzescu außerdem 5-Hydroxy-2-phenylethyl-benzofuran-3-carbonsäureethylester dar. Durch diverse Umsetzungen der Nenitzescu-Produkte 2-(3-Chlorbenzyl)-5-hydroxy-1H-benzo[g]indol-3-carbonsäureethylester und 2-(3-Chlorbenzyl)-5-hydroxy-1-(4-methoxybenzyl)-1H-benzo[g]indol-3-carbonsäureethylester erhielten wir weitere interessante Zielverbindungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass fast alle von uns synthetisierten Zielstrukturen eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Hemmwirkung sowohl an der 5-LO als auch an der mPGES-1 aufzeigen. Neben kleineren Aktivitätsverbesserungen durch diverse Strukturvariationen der Leitstruktur bringt die durchgeführte Benzo[g]-Annelierung den bedeutendsten Wirkungszugewinn mit sich. This dissertation describes the synthesis and molecular-pharmcology research of new 2-aryl substituted alkyl indole-3-carboxylates. These novel inhibitors of both 5-lipoxygenase (5-LO) and mPGES-1 are all derived from ethyl 2-[(3-chlorophenyl)amino]-5-hydroxy-1H-indole-3-carboxylate as the pharmaceutical lead compound. We first intended to prepare some 2-substituted alkyl indole-3-carboxylates, which are characterized by the missing 5-hydroxy group in contrast to the lead compound. Our main intention thereby was the synthesis of 5-LO inhibitors without redox activity. For this reason a 5-chloro substituted derivative was very interesting because it could not be metabolised during the biological tests. We also synthesized a variety of alkyl 5-hydroxyindole-3-carboxylates, which could be prepared according to Nenitzescu starting from ketene aminals or enaminoesters and the appropriate 1,4-quinone. A large part of indole-3-carboxylates were synthesized by stirring the educts in ethanol for a few minutes, preparation of the benzo[g] series was mostly carried out under Lewis-acid-promotion in dichloromethane. Using different quinones for the Nenitzescu reaction, we were able to introduce various substituents in positions 6 and 7 of the lead compound. We also synthesized a variety of alkyl 5-hydroxyindole-3-carboxylates, which could be prepared according to Nenitzescu starting from ketene aminals or enaminoesters and the appropriate 1,4-quinone. In addition to numerous indole-3-carboxylates, we also prepared ethyl 5-hydroxy-2-(2-phenylethyl)-1-benzofuran-3-carboxylate according to Nenitzescu. Due to various structural modifications starting from ethyl 2-(3-chlorobenzyl)-5-hydroxy-1H-benzo[g]indole-3-carboxylate and ethyl 2-(3-chlorobenzyl)-5-hydroxy-1-(4-methoxybenzyl)-1H-benzo[g]indole-3-carboxylate we obtained further interesting substances. Most of the synthesized compounds show more or less 5-LO and mPGES-1 inhibitory effects. Apart from insignificant improvements given by several structural variations of the lead compound, benzo[g] annelation gives the most important improvement concerning inhibitory efficacy.

Biocatalysis, the use of natural catalysts (enzymes) for the selective and environmentally friendly conversion of synthetic chemicals for pharmaceutical, agrochemical or fine chemical applications has received interest from academia and industry during recent years. A class of chemical reactions which is of particular interest but of high complexity is the oxidation of organic molecules using air as the oxidant. New enzymes were developed as catalysts for oxidation reactions by identifying novel enzymes and by improving existing ones. The enzyme families under study were the Cytochrome P450s and Baeyer-Villiger Monooxygenases. Efficient procedures were developed which allow for the synthetic application of these enzymes with high stereoselectivities and high catalyst lifetimes. A new method was developed which enables the use of sunlight as the energy source for these reactions instead of the usual chemical energy, which helps in paving the way towards clean organic synthesis.

In Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene molekulare und supramolekulare Dendrimerarchitekturen aufgebaut. Durch die Wahl unterschiedlicher Dendrimerbausteine wie Depsipeptid-, FRÉCHET- und NEWKOME-Dendrimere und unterschiedlicher Generationen konnte der dendritische Einfluss auf die dargestellten Architekturen näher untersucht werden. Zunächst wurde eine Serie von chiralen Depsipeptid-Dendronen mit terminaler Cyanursäureeinheit dargestellt. Die Depsipeptid-Dendronen basieren auf natürlicher und unnatürlicher Weinsäure als Verzweigungseinheit und -Aminocapronsäure als Spacer. Alle Depsipeptidcyanurate können mit komplementären HAMILTON-Rezeptoren über Wasserstoffbrückenbindungen komplexiert werden. Als Kernbaustein diente u.a. ein durch eine modulare divergente Syntheseroute relativ gut zugänglicher homotritopischer HAMILTON-Rezeptor. Über sechs nach innen gerichtete Wasserstoffbrückenbindungen konnten nun bis zu drei Depsipeptidendkappen erster bis dritter Generation komplexiert und so erstmals derartige chirale, supramolekulare Depsipeptid-Dendrimere generiert werden. Ein anderer interessanter Baustein zur Darstellung supramolekularer Dendrimere bildete ein vierfaches HAMILTON-Porphyrin. Der Aufbau von molekularen bzw. supramolekularen Systemen über Wasserstoffbrückenbindungen ist, wie bereits erwähnt, gegenwärtig eine aktuelle Forschungsthematik, weshalb in einem weiteren Projekt dieser Arbeit die Synthese einer Serie von Fullerenaddukten mit Dendronen unterschiedlicher Größe und Cyanursäureeinheit durchgeführt wurde, wofür FRÉCHET-, Depsipeptid- und NEWKOME-Dendronen verschiedener Generationen eingesetzt wurden. Die Cyanursäure-Dendrofullerene wurden mit einem Zn-Porphyrin und einem Sn-Porphyrin mit komplementärem HAMILTON-Rezeptor über Wasserstoffbrückenbindungen komplexiert. In einem letzten Projekt wurden neuartige chirale NEWKOME-Depsipeptid-Hybride dargestellt. Insgesamt bietet diese neue Depsipeptidklasse aufgrund ihrer potentiellen Wasserlöslichkeit und ihrer Chiralität die Möglichkeit der Imitation einer Peptidmikroumgebung. In this work a variety of molecular and supramolecular dendritic architectures were developed. By choosing different types of dendritic shells such as Depsipeptid-, FRÉCHET- and NEWKOME-dendrimers of different generations the dendritic influence on the developed architectures could be investigated. A series of chiral depsipeptide dendrons first to fourth generation involving a cyanuric acid building block at their focal point were synthesized. This class of dendrimers closely resembles the structure of natural depsipeptides. They consist of natural and unnatural tartaric acid building blocks as branching units and -aminocapronic acid as a spacer. For the first time a fourth generation representative could be synthesized and purified successfully. All of these depsipeptide dendrons are able to form supramolecular architectures with molecules containing the complementary HAMILTON-receptor unit via strong hydrogen bonding. The self-assembly of the cyanuric acid depsipeptide dendrons first to third generation with the homotritopic HAMILTON receptor enabled the formation of chiral, persistent supramolecular 1:3 architectures. The 1:3 compositions of the resulting chiral supramolecular dendrimers were determined by NMR titration experiments. Investigations of the self-assembly and chiroptical properties of chiral dendrimers consisting of a HAMILTON receptor substituted porphyrin and depsipeptide cyanurates was a further part of this work. The assembly of the supramolecular depsipeptide dendrimers was demonstrated by UV/Vis-, CD- and NMR-spectroscopy. Because self-assembly processes and supramolecular structures via hydrogen bonding is also an important topic in fullerene chemistry, the synthesis of dendrofullerene adducts which contain a cyanuric acid building block at their focal point was performed. As a dendritic shell Depsipeptid-, FRÉCHET- and NEWKOME-dendrimers of different generations were used. Self-assemblies between the cyanuric acid dendrofullerenes and Zn- or Sn-porphyrins carrying the complementary HAMILTON receptor were formed via strong hydrogen bonding. The determination of the association constants and the electron transfer parameters of these noncovalently linked donor acceptor dyads was subject of investigation in this work. In general polyionic, water soluble dendrimers are of great interest for biological applications. Hence the last part of this work was dedicated to the synthesis of a new kind of water soluble chiral depsipeptide dendrimers and their chromophoric derivatives. They are also consisting of natural and unnatural tartaric acid building blocks as branching units and -aminocapronic acid as spacer.

In der Dissertation werden Synthese und Testung auf Zytotoxizität von heteroaromatischen Systemen beschrieben, die eine Pyridin-2,4-diamin-Partialstruktur tragen. Beispiele sind 6-Hydroxypyrido[2,3-b]indol-2,4-diamine, die verkürzte Analoga des 9-Hydroxyellipticins darstellen, Pyrido[2,3-b]indoldiamine mit und ohne Benzo[g]anellierung und Pyrrolo-, Thieno- und Furo[2,3-b]pyridindiamine sowie 1,8-Naphthyridindiamine. Die 2,4-Diamino-9H-pyrido[2,3-b]indol-6-ole konnten via Nenitzescu Reaktion dargestellt werden. Die anderen Systeme wurden durch Reaktion des entsprechenden o-Aminonitrils mit beispielsweise DMA-DMA und nachfolgendem Ringschluss zum Pyridinderivat mit starken Basen erhalten. The dissertation deals with a description of the synthesis and cytotoxicity testing of heterocyclic systems with pyridine-2,4-diamine skeletal structure. Exampels are 6-hydroxypyrido[2,3-b]indole-2,4-diamines, that can be seen as ring shortened analogues of 9-hydroxyellipticine, pyrido[2,3-b]indolediamines with and without benzo[g] annulation as well as pyrrolo-, thieno- and furo[2,3-b]pyridine-diamines, and 1,8-naphthyridinediamines. The 2,4-diamino-9H-pyrido[2,3-b]indol-6-oles were synthesized by Nenitzescu reaction. The other systems were formed by reacting the o-aminonitrile with, for example, DMA-DMA and subsequent ring closure leading do the pyridine derivatives using strong bases.

A novel scaffold for HIV protease inhibitors based on a pyrrolidine core was developed using the co-crystal structure of a previously designed inhibitor in complex with the HIV-1 protease. The enantioselective preparation of 3,4-disubstituted pyrrolidines could be accomplished via a chiral-pool approach employing L-(+)- and D-(-)-tartaric acids as starting materials. On the basis of 3,4-pyrrolidine-diol as core structure, several diesters were prepared as a first series of inhibitors. The synthesis of 3S,4S-diamino-pyrrolidine via the corresponding diazide was optimized using a BOC-protection strategy. The facile and straightforward synthesis of this core structure gave way to the further decoration of the scaffold. Utilization of arylsulphonamides as H-bond acceptor groups allowed the further introduction of substituents at the sulphonamid nitrogen. Hence, N-alkylation with reactive electrophiles like benzyl as well as allyl bromides followed by deprotection of the pyrrolidine nitrogen furnished compounds equipped with four substituents suitable to address the specificity pockets of the enzyme. The opportunity to introduce these moieties during the last steps of the synthesis enabled us to selectively vary the respective residues. Due to the enantioselective inhibitor synthesis employed, the unambiguous interpretation of the biological activity obtained for every tested inhibitor was possible. Usage of an optimized synthetic strategy as well as the obtained structure-activity relationship allowed the further optimization of the inhibitors. The first series of inhibitors only showed affinity in the micromolar range against the HIV protease, but nevertheless yielded a first structure-activity relationship thus enabling us to postulate a putative binding mode. Although most inhibitors in this series only showed rather weak binding affinities, it is remarkable that one representative out of these inhibitors exhibited an affinity of 18 µM, which is striking for such a small molecule. Decoration of the pyrrolidine core with two benzyl moieties served as the starting point for the further development of putative inhibitors. Starting from 3S,4S-diamino-pyrrolidine, condensation with benzene sulphonamide and subsequent alkylation with benzyl bromide yielded, after N-deprotection, the first inhibitor. The affinity of this compound was significantly better than the best representative of the first inhibitor series. The analysis of the obtained co-crystal structure in complex with the protease allowed the further structure-based optimization of this class of inhibitors. Further substitution at the aromatic ring substituents in ortho or para position was chosen as optimization strategy. The resulting inhibitors of the 2nd generation all exhibited a considerably higher affinity compared to the previous lead compound. Analysis of several co-crystal structures and comparison with the initial crystal structure revealed a conserved binding mode and proved the higher affinity being a consequence of the predicted interactions. Based on the crystal structures and the affinity data, the best combination of substituents was selected for the synthesis of the 3rd generation of inhibitors. The corresponding inhibitors exhibited affinities up to the two-digit nanomolar range. The determination of the crystal-structures in complex with the enzyme showed a binding mode comparable to those of similarly substituted representatives of the 2nd generation. The inhibitors were also tested against mutant variants of the HIV protease and showed a intriguing activity-profile. The mutation of Isoleucin 84 to Valine, which is observed during antiviral chemotherapy with approved HIV protease inhibitors, dramatically reduces the affinity and clinical efficacy of all approved protease inhibitors. Remarkably, the pyrrolidine-based inhibitors even show an improved potency against this mutant in comparison to the wild-type. This phenomenon can easily be explained on a structural basis: The pyrrolidine-based inhibitors address the enzyme’s S1 and S1’ specificity pockets differently in comparison to peptidomimetic inhibitors, thus resulting in additional van der Waals contacts, additional polar interactions, and a better surface match., Im Verlauf dieser Arbeit konnte ausgehend von der Kokristallstruktur eines Inhibitors im Komplex mit der HIV-1-Protease ein neues Grundgerüst für HIV-Protease-Inhibitoren, basierend auf einem Pyrrolidin-System, entwickelt werden. Mit Hilfe eines Chiral-Pool Ansatzes konnte die enantioselektive Synthese des funktionalisierten 3,4-disubstituierten Pyrrolidin-Grundkörpers aus L-(+)- und D-(-)-Weinsäure realisiert werden. Ausgehend von den zentralen Pyrrolidin-3,4-diol-Bausteinen konnten erste Inhibitoren synthetisiert und die Synthese des analogen 3S,4S-Diamino-pyrrolidins über das entsprechende Diazid mittels einer BOC-Schutzgruppenstrategie optimiert werden. Erst der Zugang zu diesem zentralen Baustein ermöglichte eine weitere Dekoration des Grundgerüstes. Die Verwendung von Arylsulfonamiden als Akzeptorfunktionen erlaubte die Einführung weiterer Substituenten am Sulfonamid-Stickstoff. Durch N-Alkylierung mit reaktiven Elektrophilen wie Benzyl- oder Allylbromiden und anschließender Entschützung des Pyrrolidin-Stickstoffs konnten so Verbindungen erhalten werden, die vier Reste zur Adressierung der Subtaschen der Protease besitzen. Die Möglichkeit, diese Reste in den letzten Stufen der Synthese einzuführen, erlaubte die gezielte Variation der Seitenketten. Durch die Darstellung der Zielstrukturen in enantiomerenreiner Form war eine eindeutige Interpretation der biologischen Messdaten möglich, so dass eine Bindungshypothese erarbeitet werden konnte. Nur aufgrund der zuvor entwickelten Synthesestrategie war es möglich, ausgehend von Struktur-Wirkungs-Beziehungen und Röntgenstrukturdaten die anfänglichen Inhibitoren zu optimieren. Die erste Reihe von Inhibitoren zeigte Affinität gegenüber der HIV-Protease im mikromolaren Bereich und ebnete den Weg zur Entwicklung einer ersten Struktur-Wirkungs-Beziehung und einer daraus abgeleiteten Bindungshypothese. Die Inhibitoren weisen zum größten Teil nur eine schwache Aktivität gegenüber der Protease auf. Eine Verbindung zeigt jedoch mit 18 µM eine für ihre Größe sehr gute Affinität. Die Ausstattung mit zwei Benzyl-Resten als Substituenten wurde als Grundstruktur für die Entwicklung der späteren Inhibitoren übernommen. Ausgehend von 3S,4S-Diamino-pyrrolidin konnte über Kondensation zum Benzolsulfonamid, N-Alkylierung mit Benzylbromid und Entschützung ein erster Inhibitor synthetisiert werden, der vier Spezifitätstaschen adressiert. Die Affinität gegenüber der HIV-Protease konnte im Vergleich zum besten Inhibitor der Diester-Serie deutlich gesteigert werden. Die Analyse der Kokristallstruktur dieser Verbindung im Komplex mit der HIV-Protease ermöglichte nun die weitere, gezielte Verbesserung der Inhibitoren. Als Strategie zur Optimierung wurden Substitutionen an den aromatischen Ringsystemen ausgewählt. Die daraus hervorgegangenen Inhibitoren der zweiten Generation zeigten alle samt eine deutlich bessere Affinität gegenüber der HIV-Protease als die der ersten Generation. Durch Analyse der Kokristallstrukturen von ausgewählten Vertretern der zweiten Generation von Inhibitoren und dem Vergleich mit der Ausgangsstruktur konnte gezeigt werden, dass der Bindungsmodus dieser optimierten Inhibitoren analog dem der Ausgangsverbindung ist und die Verbesserung der Affinität der zusätzlich substituierten Inhibitoren durch die vorhergesagten Wechselwirkungen verursacht wird. Ausgehend von den Strukturen der einfach substituierten Inhibitoren wurde die beste Kombination an Substituenten zur Darstellung von Inhibitoren der dritten Generation ausgewählt. Die entsprechende Kombination führte zur Steigerung der Affinität bis in den zweistellig nanomolaren Bereich. Die Röntgenstruktur zeigte einen Bindungsmodus, der vergleichbar mit dem der entsprechend substituierten Ausgangsverbindungen ist. Die synthetisierten Inhibitoren wurden ebenfalls auf ihre Aktivität gegenüber Mutanten der HIV-Protease getestet und zeigten dort ein neuartiges Aktivitätsprofil. Die Mutation von Isoleucin 84 zu Valin, die unter der Therapie mit allen bisher zugelassenen HIV-Proteasehemmern beobachtet wird, senkt die Affinität dieser Inhibitoren drastisch. Die im Zuge dieser Arbeit entwickelten Inhibitoren zeigen eine deutlich höhere Aktivität gegenüber dieser Punktmutante der Protease. In dieser Arbeit konnte eine enantioselektive Synthese von 3,4-disubstituierten Pyrrolidinen entwickelt und etabliert werden. Durch strukturbasiertes Design und röntgenkristallographische Analyse der strukturellen Veränderung durch die eingeführten Substitutionen konnte die Affinität der Verbindungen gegenüber der HIV-Protease in einem iterativen Prozess bis in den zweistellig nanomolaren Bereich gesteigert werden. Die Verbindungen zeigten einen neuartigen Bindungsmodus und ein von peptidomimetischen Hemmstoffen abweichendes Aktivitätsprofil. Insbesondere ist die bis zu einstellig nanomolare Affinität der Verbindungen gegenüber der I84V-Mutante der Protease hier hervorzuheben.

The work deals with the synthesis and characterization of cerulenin analogues as inhibitors of efflux pump mediated resistance of Candida albicans isolates and as inhibitors of the fatty acid synthesis enzyme KasA of Mycobacterium tuberculosis. Cerulenin was chosen as the lead structure, being a substrate of the efflux pumps in Candida albicans on one hand and therefore variations on the structure could lead to a blocking of the efflux pumps as in the case of tetracycline and inhibitor 13-CPTC of the TetB efflux pump. On the other hand, cerulenin is a known inhibitor of the FAS system but inhibition is unselective in type I and II FAS. Therefore, analogues could result in increased selectivity towards the type II FAS system in M. tuberculosis. The first cerulenin derivatives were prepared by coupling 2,3-dihydrofuran to the before synthesized 1-octaniodide, followed by ring opening and oxidation in one step by chromic acid and transfer of the resulting 4-keto acid to amides to give analogues 4a-d, 4e was prepared in analogy. To include the epoxide function especially with regard to the mechanism of action of cerulenin in the FAS system (considering known crystal structures of cerulenin and the KasA analogue of E. coli) tetrahydro- and dihydrocerulenin analogues were synthesized. Starting from the corresponding aldehyde, lactone 5 (tetrahydrocerulenin analogues) was obtained via two different routes A and B. Route A included the coupling of the aldehyde 1-nonanal to propiolic acid via a Grignard reaction with subsequent hydrogenation with the Lindlar catalyst under hydrogen pressure to give 5. Via Route B 1-nonanal was coupled to methyl propiolate by n-BuLi with subsequent hydrogenation under reflux with the catalytic system Lindlar cat./NH4HCO2 to yield 5. These hydrogenations were also executed in a microwave oven resulting in better yields and/or reaction times. The lactone 5 was then epoxidized, the ring opened by amidation and the remaining alcohol was oxidized via Collins oxidation to result in tetrahydrocerulenin analogues 8a-e. The same procedure was used for dihydrocerulenin analogues 10a-c except that to obtain the corresponding lactone 9a only route A was used and a further step had to be executed for ring closure. To obtain analogues with all structural features of cerulenin including two double bonds and the epoxide function, a third pathway was chosen. To obtain the future side chain, aldehyde 12 was synthesized by coupling protected 4-pentyn-1-ol to either crotyl bromide or crotyl chloride, which then was deprotected, hydrogenated with Lindlar catalyst under hydrogen pressure and oxidized via a Swern oxidation. The following synthesis sequence starting from 12 was executed similar to that of dihydrocerulenins via the corresponding lactone (51) with the major exception of the oxidation procedure in the last step via TPAP/NMO to result in (4Z,7E)-cerulenin analogues 15a-b. A fourth class of cerulenin analogues was synthesized with the aromatic analogues 17a-e. This synthesis pathway started with the formation of the benzoyl acrylamides 16a-e from benzoylacrylic acid via a mixed anhydride which was prepared with isobutylchloroformate followed by the addition of the corresponding amine. Subsequent epoxidation with H2O2 in basic EtOH gave the aromatic cerulenin analogues 17a-e. Pharmacological testings for the synthesized substances were executed on efflux pump-resistant and -sensitive Candida albicans isolates, on the fatty acid synthesis enzyme KasA of Mycobacterium tuberculosis and on other organisms such as Leishmania major, Trypanosoma brucei brucei, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa within the Sonderforschungsbereich 630., Die Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von Ceruleninanaloga als Inhibitoren effluxpumpenresistenter Candida-albicans-Isolate und als Inhibitoren des Fettsäuresyntheseenzyms KasA von Mycobacterium tuberculosis. Der Naturstoff Cerulenin wurde als Leitstruktur gewählt, da er einerseits ein Substrat der bekannten Effluxpumpen von Candida albicans ist und deshalb Strukturvariationen zu einer Blockierung der Effluxpumpen, wie im Fall von Tetrazyklin und dem Inhibitor 13-CPTC der TetB Effluxpumpe, führen können. Andererseits ist Cerulenin ein bekannter Inhibitor der Fettsäuresynthese, allerdings unselektiv für Typ I und II. Ceruleninanaloga als Fettsäureinhibitoren könnten daher eine erhöhte Selektivität bezüglich des Typ II Fettsäuresystems in M. tuberculosis aufweisen. Die in dieser Arbeit zuerst synthetisierten Ceruleninderivate wurden durch Kupplung von 2,3-Dihydrofuran und dem zuvor dargestellten 1-Octaniodid gefolgt von Ringöffnung und Oxidation mittels Chromsäure zur 4-Ketosäure, und Umsetzung zum entsprechenden Amid und somit den Ceruleninanaloga 4a-d hergestellt. Substanz 4e wurde entsprechend synthetisiert. Um die Epoxidfunktion der Leitstruktur zu integrieren, die besonders hinsichtlich des Wirkmechanismus von Cerulenin im FAS-System wichtig zu sein scheint (wenn man die bekannten Kristallstrukturen von Cerulenin und dem KasA-Analogon in E. coli berücksichtigt), wurden Tetrahydro- und Dihydroceruleninanaloga synthetisiert. Ausgehend von dem entsprechendem Aldehyd wurde (im Fall der Tetrahydrocerulenine) Lacton 5 auf zwei verschiedene Arten dargestellt: mittels Route A und B. Route A beinhaltete die Kupplung des Aldehyds 1-Nonanal mit Propiolsäure durch eine entsprechende Grignardreaktion mit anschließender Hydrierung über Lindlar-Katalysator unter Wasserstoffdruck. Bei Route B wurden 1-Nonanal und Methylpropiolat mittels n-BuLi gekuppelt und anschließend hydriert durch Refluxieren mit Lindlar-Katalysator und NH4HCO2. Die Hydrierungen von Route A und B wurden auch in der Mikrowelle durchgeführt, wodurch bessere Ausbeuten und/oder Reaktionszeiten erzielt werden konnten. Das so dargestellte Lacton 5 wurde dann epoxidiert, der Lactonring durch den Angriff eines Amins geöffnet und der so entstandene Alkohol mittels Collins Oxidierung zu den Tetrahydroceruleninanaloga 8a-e oxidiert. Dihydroceruleninanaloga 10a-c wurden auf analogem Syntheseweg hergestellt mit dem Unterschied, dass die entsprechende Lactonzwischenstufe 9a nur durch Route A synthetisiert und ein weiterer Zwischenschritt zum Ringschluss benötigt wurde. Um Ceruleninanaloga mit allen strukturellen Komponenten des Cerulenins inklusive zweier Doppelbindungen und Epoxidfunktion zu erhalten, wurde ein dritter Syntheseweg gewählt. Zur Integration der späteren Seitenkette wurde zuerst Aldehyd 12 durch Kupplung von geschütztem 4-Pentyn-1-ol mit entweder Crotylbromid oder Crotylchlorid, anschließendem Entschützen und Hydrierung über Lindlar-Katalysator und unter Wasserstoffdruck und nachfolgender Swern Oxidation synthetisiert. Die anschließende Synthesesequenz startete von Substanz 12 und wurde in Anlehnung der Synthese an die Dihydroceruleninderivate über Lacton 51 durchgeführt. Die größte Abweichung stellte dabei die Oxidation im letzten Schritt dar, die mittels TPAP/NMO durchgeführt wurde und in den (4Z,7E)-Ceruleninanaloga 15a-b resultierte. Eine vierte Klasse von Ceruleninanaloga wurde mit den aromatischen Derivaten 17a-e synthetisiert. Diese Route startete mit der Synthese der Benzoylacrylamide 16a-e aus Benzoylacrylsäure über das gemischte Anhydrid, das mit Isobutylchloroformiat hergestellt wurde, gefolgt von der Zugabe des entsprechenden Amins. Die nachfolgende Epoxidierung mit H2O2 in basischem EtOH ergab die aromatischen Ceruleninanaloga 17a-e. Pharmakologische Testungen der synthetisierten Substanzen wurden an Efflux-pumpen-resistenten und -sensitiven Candida albicans Isolaten, am Fettsäuresyntheseenzym KasA von Mycobacterium tuberculosis und an anderen Mikroorganismen wie Leishmania major, Trypanosoma brucei brucei, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli und Pseudomonas aeruginosa im Sonderforschungsbereich 630 durchgeführt.

Thema meiner Doktorarbeit war die Entwicklung einer Totalsynthese für den antibiotisch wirksamen Naturstoff Bottromycin B2, einem Sekundärmetabolit aus Streptomyces bottropensis. Als zentrales Syntheseelement sollte dabei die Ugi Reaktion dienen, da diese einen sehr modularen Zugang zum Naturstoff ermöglicht. Dadurch sollte im Folgenden die Synthese von Derivaten zur Wirkoptimierung erleichtert werden. Die Ugi Reaktion wurde dafür geringfügig modifiziert. Es wurden Thiocarbonsäuren anstelle von normalen Carbonsäuren eingesetzt, um direkt zu Thiopeptiden zu gelangen, die für den späteren Aufbau der Amidingruppe essentiell waren. Dazu wurde die Thioamidbindung durch S-Methylierung aktiviert. Die Cyclisierung sollte in Form einer ringschließenden Amidinsynthese erfolgen. Die Reaktion wurde unter Hochverdünnung in Gegenwart von Quecksilbertrifluoracetat durchgeführt, um den Schwefel gegen den Glycin-Stickstoff zu substituieren. Dies sollte eigentlich zur Bildung des Naturstoffes führen. Leider zeigten Vergleiche des erhaltenen Produktes mit dem Naturstoff außer der Molmasse keine Übereinstimmung. Molecular Modelling Studien haben ergeben, dass sich vermutlich aufgrund einer intramolekularen Wasserstoffbrückenbindung nicht der gewünschte Naturstoff, sondern ein Regioisomer gebildet hat. The topic of my PhD-work was the development of a total synthesis for the antiobiotic natural product Bottromycin B2, a secondary metabolite of Streptomyces bottropensis. Here the Ugi reaction should serve as the central synthetic tool to give a modular access to the natural product. That should make the synthesis of derivatives for optimisation of the pharmaceutical lead more easy in the future. The ugi reaction was therefore slightly modified. Thiocarbonic acids were used instead of classical carbonic acids to come directly to thiopeptides which were essential for the amidine synthesis. For this the thioamide bond was activated by S-methylation. The cyclisation should then take place as a ring closing amidine synthesis. The reaction was cared out under high dilution in the presence of mercuric trifluoracetate to exchange the sulfur against the glycine nitrogen. In principle this should lead to the natural product. But the synthetic product showed no resemblance to the natural product except for the molecular weight. Molecular modelling studies showed that possibly because of an intramolecular H-bond, a regioisomer was formed instead of the natural product.

Ziel der Dissertation „Entwicklung von Cysteinproteaseinhibitoren – ein klassischer und ein kombinatorischer Ansatz zur Inhibitoroptimierung“ war die Optimierung von neuen Inhibitoren von Falcipain-2 und Rhodesain als neue potentielle Wirkstoffe gegen Malaria bzw. die Schlafkrankheit über zwei verschiedene Methoden. Es handelt sich hierbei um einen klassischen und einen kombinatorischen Ansatz. Der klassische Ansatz basiert auf einer Struktur, deren Aktivität per Zufall entdeckt wurde. In Screenings von synthetisierten Strukturanaloga, gestützt durch virtuelle Docking-Experimente am aktiven Zentrum der Cysteinproteasen, wurden Struktur-Aktivitäts-Beziehungen erarbeitet. Bei der kombinatorischen Methode wurde zunächst ein peptidischer Inhibitor entworfen, der durch Festphasensynthese an einem geeigneten Harz synthetisiert wurde. Durch den kombinatorischen Einsatz von Aminosäuren konnte auf diese Weise unter enormer Zeitersparnis eine Bibliothek von 150 Inhibitoren synthetisiert werden. In einem Screening dieser harzgebundenen Inhibitoren wurden anschließend die potentesten Inhibitoren identifiziert. Die Aktivität der gefundenen Inhibitoren aus beiden Ansätzen an den protozoischen Erregern wurde durch in-vitro-Experimente an Plasmodien und Trypanosomen untersucht. Beim klassischen Ansatz wurde eine neue Substanzklasse entwickelt, die sehr gute Hemmeigenschaften an beiden Cysteinproteasen mit IC50-Werten im niedrigen mikromolaren Bereich zeigten. Außerdem besaßen sie eine hohe in-vitro-Aktivität gegenüber den Erregern im gleichen Konzentrationsbereich. Einige der Inhibitoren zeigten keine Zytotoxizität an Makrophagen. Aus dem klassischen Ansatz konnten also hochaktive Substanzen mit geringer Zytotoxizität entwickelt werden, deren Einsatz als Wirkstoffe gegen Malaria oder der Schlafkrankheit denkbar ist. Für den kombinatorischen Ansatz wurde zur Inhibitoroptimierung eine Screeningmethode für Falcipain-2 und Rhodesain direkt an einem geeigneten Harz zur Festphasensynthese entwickelt. Neu bei dieser Screeningmethode war es, dass erstmals ein quantitatives Screening einer Inhibitorbibliothek möglich sein sollte, und nicht nur die besten Inhibitoren identifiziert werden können. Aus den Ergebnissen der Festphasenscreenings an beiden Proteasen wurden 14 besonders interessante Inhibitoren der Bibliothek ausgewählt und synthetisiert. Diese Verbindungsklasse zeigte ebenfalls sehr gute Ergebnisse an den isolierten Enzymen, in den mikrobiologischen Tests an den Erregern jedoch fielen alle Ergebnisse vergleichsweise schlechter aus. Die schlechte Löslichkeit, die Bioverfügbarkeit und der Metabolismus durch den Erreger der peptidischen Inhibitoren schienen von großer Bedeutung zu sein. Der bearbeitete kombinatorische Ansatz lieferte eine neuartige Screeningmethode, die auch auf andere Targets anwendbar ist., The main goal of the thesis “Development of cysteine protease inhibitors – a classical and a combinatorial approach for inhibitor optimization” was the optimization of new inhibitors of falcipain-2 and rhodesain as new potential agents against malaria and the sleeping sickness by two different methods. That was a classical and a combinatorial method. The classical approach is based on a compound with a high activity against falcipain-2 which was discovered by chance. The structure-reactivity relations were to be developed in screenings of analogous compounds and by computational docking experiments in the active site of the cysteine proteases. The combinatorial method was a completely different procedure. Initially a peptidic inhibitor had to be designed that could be introduced via solid phase synthesis on a suitable resin. By the combinatorial variation of amino acids 150 inhibitors could be obtained in a very short time. In a screening of these resin-bound compounds the active members of the library were identified. The antiplasmodial and antitrypanosomal activity of the inhibitors of both approaches were determined by biological in vitro investigations with the protozoic pathogens. The classical approach resulted in substances that showed excellent inhibitory properties of both cysteine proteases with IC50 values in the lower micromolar range. Additionally, they have a high in-vitro activity against the pathogens in the same concentration region. Some of the inhibitors showed no cytotoxicity on macrophages. From the classical approach we derived highly active substances with little cytotoxicity which are promising agents against malaria or the sleeping sickness. For the combinatorial approach, first a new screening method for falcipain-2 and rhodesain performed directly on a resin for solid phase synthesis was developed. Advantages of this new screening method are that it is possible to screen the library quantitatively. The results of the solid phase screenings with both proteases led to the choice of 14 notably interesting inhibitors and their synthesis. All results from the microbiological tests with the pathogens were worse compared to the results from the assays with the isolated enzymes. The bad solubility, the bioavailability and the metabolism by the pathogen played a role in inhibition. Compounds In summary a new screening method was developed and applied. The general method can be used for other investigations in the future. This enzyme assay can be used for other targets as well.

Mangan(II)-Komplexe von Terpyridinderivaten vermögen Wasserstoffperoxid zu aktivieren. Sie können somit als Oxidationskatalysatoren beim Bleichen von Wäsche eingesetzt werden. In dieser Arbeit wurden mehrere Terpyridinderivate in Lösung untersucht. Einige Terpyridinderivate wurden ausgehend von 2-Picolinsäureethylester bzw. von 4-Chlor-picolinsäureethylester und Aceton in drei- bis vierstufigen Synthesen hergestellt. Einige Mono- und Bis- Komplexe von Terpyridinderivaten mit Mn2+ wurden als in Pulverform isoliert. Die pKS-Werte der Terpyridinliganden wurden mittels potentiometrischer Titrationen bestimmt und die Protonierungssequenz eines Liganden wurde mit Hilfe einer 1H-NMR-Titration aufgeklärt. Das Komplexbildungsverhalten der Liganden mit einigen Übergangsmetallkationen wurde mittels potentiometrischer Methoden in wässriger Lösung und in Wasser/DMSO Mischungen mit einem Molenbruch von xDMSO = 0.2 untersucht. Auf diese Weise wurden die Komplexbildungskonstanten verschiedener Spezies der Zusammensetzung MLxHy in Lösung bestimmt. In dieser Arbeit wurden mittels Röntgenstrukturanalysen die Strukturen von zwei der freien Liganden und eines Mangankomplexes aufgeklärt, um den Koordinationsmodus der Terpyridinderivate zu erläutern. Die Redoxpotentiale von Bis-Komplexen eines Liganden mit Mn(III/II), Fe(III/II) und Co(III/II) wurden durch cyclische Voltammetrie bestimmt. Der Spinzustand des Zentralatoms von Mangan- und Eisenkomplexen der Terpyridinderivate wurde mit Hilfe von 1H-NMR Messungen ermittelt. Terpyridine-manganese(II) complexes have potential to activate hydrogen peroxide and can be used as oxidation catalysts in laundry bleaching processes. Several terpyridine derivatives have been examined in solution and some terpyridine derivatives have been synthesized from corresponding ethylchloropicolinates and acetone in three to four-step procedures. Some 1:1 and 1:2 manganese(II)-terpyridine complexes have been isolated as solid compounds. The pKa values of the terpyridine ligands have been measured by potentiometric titrations, and the microscopic protonation behaviour of one example has been elucidated by a 1H-NMR titration. Complex formation with several transition metal cations has been investigated by potentiometric methods in aqueous solution and in water/DMSO mixtures with a mole fraction x(DMSO) of 0.2, and the formation constants of various species in solution of composition MLxHy have been evaluated. X-ray structures for some of the free ligands and for a manganese complex will be presented to illustrate the coordination scheme of these ligands. The redox potentials of bis complexes of Mn(III/II), Fe(III/II) and Co(III/II) have been determined by cyclic voltammetry. The spin state of terpyridine-manganese and -iron complexes have been determined by 1H-NMR measurements.

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In der hier vorliegenden Arbeit ist es gelungen, sich den Zugang zu der bis zum heutigen Tag kaum untersuchten Substanzklasse der Tetrahydro-1H-azepine zu eröffnen. Diese dienen als privilegierte Leitstrukturen zur Synthese von Aspartat-Protease-Inhibitoren. Die Strukturfamilie der Aspartat-Proteasen wurde herausgegriffen, da diese an entscheidenden Prozessen der Pathogenese bedeutender Infektionskrankheiten (wie z.B. HIV und Malaria) beteiligt sind und so ein viel versprechendes Target für die Wirkstoffentwicklung darstellen. Der größte Teil der bis zu diesem Zeitpunkt entwickelten Inhibitoren für die Aspartat-Protease Plasmepsin II stellten Übergangszustands-Analoga, wie Statin- oder Norstatin-Derivate dar. Kürzlich wurden zyklische Amine wie z.B. substituierte Pyrrolidine als mikromolare Inhibitoren der HIV-Protease oder substituierte Piperidine als Inhibitoren der Aspartat-Protease Renin beschrieben. Diese und andere Arbeiten gaben den Anstoß für die Entwicklung der in dieser Arbeit beschriebenen siebengliedrigen Azazyklen. Im Vordergrund der präparativen Arbeiten stand zunächst die Etablierung einer Synthesestrategie, die zuverlässig und vor allem auch in größerem Maßstab die Darstellung der benötigten Vorstufen sowie der Azepin-Grundstrukturen selbst ermöglicht. Darüber hinaus sollte der beschrittene Syntheseweg die voneinander unabhängige Einführung von Seitenketten ausgehend von einer zentralen Zwischenstufe gestatten, um so zu einem späteren Zeitpunkt gezielt Variationen der Grundstruktur durchführen zu können. Durch gezielte Variation der im Zuge der Synthese benötigten Schutzgruppen, der Optimierung von Seitenketten sowie durch Variation der zur Ringschlussmetathese (RCM) eingesetzten Katalysatoren und Reaktionsbedingungen ist es gelungen, eine 6-stufige konvergente Synthese zu entwickeln und zu optimieren, über die sich die zentrale Zwischenstufe der 3,5-disubstituierten Tetrahydro-1H-azepine mit einer sehr guten Gesamtausbeute von 32% darstellen lässt. Edukt in beiden Synthesesequenzen stellt jeweils der kommerziell erhältliche und äußerst kostengünstige Acrylsäuremethylester dar. Zentrale Bedeutung bei der Synthese der zentralen Synthesezwischenstufe der 3,5-disubstituierten-Tetrahydro-1H-azepine kam hier der Darstellung eines derivatisierten Allybromids zu, welches nach zahlreichen Versuchen und Optimierungsschritten schließlich in exzellenter Ausbeute von 84% im Großmaßstab dargestellt werden konnte. Die Substitutionsreaktion des besagten, derivatisierten Allylbromids an die entsprechend funktionalisierte Aminkomponente konnte nach Optimierung der Reaktionsbedingungen und Einsatz eines Carbanion-Stabilisators mit guter Produkt-Ausbeute durchgeführt werden. Durch eine Vielzahl von Modellreaktionen in Form einer systematischen Validierung konnte gezeigt werden, dass die den Azepin-Stickstoff flankierende Boc-Schutzgruppe, sowohl im Hinblick auf den Ausgang der Ringschluss-Metathese als auch auf Grund anderer synthese-technischer Vorteile in diesem Fall die am Besten geeignete ist. Neben den 3,5-disubstituierten-Tetrahydro-1H-azepinen ist es ebenfalls gelungen, die strukturisomere Substanzklasse der 3,6-disubstituierten-Tetrahydro-1H-azepine darzustellen. Bei der Entwicklung der Syntheseroute zu diesen Isomeren wurde besonderes Augenmerk darauf gelegt, möglichst viele Syntheseschritte sowie Synthesezwischenstufen, deren Darstellung bereits optimiert worden, in diese Sequenz einfließen zu lassen. Zentraler Syntheseschritt zur Darstellung der 3,5- und auch der 3,6-disubstituierten-Tetrahydro-1H-azepine war die Generierung des Azepin-Ringsystems unter gleichzeitiger Einführung der C5-C6-Doppelbindung über eine Ringschluss-Metathese. Ausgehend von der Entwicklung der Synthese zweier neuartiger Leitstrukturen war somit der Weg zur Darstellung potentieller Aspartat-Protease Inhibitoren geebnet. Die breite Variationsmöglichkeit des Substitutionsmusters der in dieser Arbeit vorgestellten Grundstrukturen eröffnet generell die Möglichkeit, unterschiedlichste Derivate darzustellen, die auf die jeweilige Aspartat-Protease zugeschnitten sind. Eine erste Serie repräsentativer Vertreter als Inhibitoren der Aspartat-Protease Plasmepsin II, welche eine entscheidende Rolle in der Manifestation der Malaria spielt, wurde entworfen und synthetisiert. Diese Inhibitoren zeigten in einem enzymatischen Assay bezüglich Plasmepsin II IC50-Werte bis in den einstellig mikromolaren Bereich. Außerdem konnte anhand der getesteten Verbindungen gezeigt werden, dass die Inhibition nicht ausschließlich auf die eingeführten Seitenketten zurückzuführen ist, sondern eine maßgebliche Beteiligung des Grundgerüsts der 3,5- bzw. 3,6-disubstituierten-Tetrahydro-1H-azepine an der Bindungsaffinität besteht ist und somit diese Leitstrukturen grundsätzlich dazu geeignet sind, selektive und potente Inhibitoren von Aspartat-Proteasen zu synthetisieren., A highly efficient convergent synthesis towards the hitherto hardly known 3,5- and 3,6-disubstituted 2,3,4,7-tetrahydro-1H-azepine scaffolds via a ring-closing metathesis (RCM) approach was developed. Both seven-membered azacycle scaffolds bearing suitable functional groups, which can easily be modified by means of standard synthetic chemistry, serve as non-peptidic heterocyclic core structures for the further design and synthesis of aspartic protease inhibitors. Aspartic proteases play an important role in the manifestation of infectious diseases such as AIDS and Malaria. The protozoan disease Malaria, caused by parasites of the genus Plasmodium, is still one of the most severe infections worldwide. The aspartic protease Plasmepsin II, one of the fundamental hemoglobin degrading enzymes of the parasite, is believed to be an attractive target for the development of an antimalarial drug therapy. Most inhibitors developed so far for Plasmepsin II are transition-state analogues such as statin and norstatin derivatives. Recently, substituted secondary amines, in particular substituted pyrrolidines, have proven to be micromolar inhibitors of other aspartic proteases such as HIV-protease. These results prompted us to investigate the suitability of seven-membered azacycles as privileged structure elements for the design and synthesis of putative Plasmepsin II inhibitors. The developed straightforward convergent synthetic strategy towards these azacycles is mainly based on inexpensive and readily available starting material such as methyl acrylate and allylamin. Through alteration of the employed protecting groups, optimization of the side chains of the RCM-precursors as well as variation of the RCM-catalysts and reaction conditions, the 3,5-disubstituted tetrahydro-1H-azepines were obtained in excellent overall yield of 32%. The RCM-precursor for the formation of 3,5-disubstituted tetrahydro-1H-azepines originates from a substitution reaction at the α-carbon of an N-allyl-substituted N-protected β-amino ester with a functionalized bromoallyl precursor using HMPA as carbanion-stabilizing additive. After optimization of the reaction conditions, the bromoallyl-derivative was not only obtained in excellent yield of 84%, but also in high purity. For the synthesis of the related 3,6-disubstituted N-protected azepines, the reaction sequence was only slightly altered. Based on the hitherto developed synthetic procedures for the 3,5-disubtituted derivatives, the corresponding 3,6-disubtituted azepines were obtained in reasonable overall yield. The key step of the synthetic approach towards the 3,5- as well as the 3,6-disubstituted tetrahydro-1H-azepines was the formation of the azepine core structure under concurrent introduction of the C5-C6-double-bond. Through specific decoration with appropriate side chains, individual inhibitors could be tailored with respect to selectivity towards particular family members. A first generation of this class of non-peptidic inhibitors was tested against the aspartic protease Plasmepsin II showing promising activity with IC50 values in the single-digit micromolar range.

Biocatalysis, the use of natural catalysts (enzymes) for the selective and environmentally friendly conversion of synthetic chemicals for pharmaceutical, agrochemical or fine chemical applications has received interest from academia and industry during recent years. A class of chemical reactions which is of particular interest but of high complexity is the oxidation of organic molecules using air as the oxidant. New enzymes were developed as catalysts for oxidation reactions by identifying novel enzymes and by improving existing ones. The enzyme families under study were the Cytochrome P450s and Baeyer-Villiger Monooxygenases. Efficient procedures were developed which allow for the synthetic application of these enzymes with high stereoselectivities and high catalyst lifetimes. A new method was developed which enables the use of sunlight as the energy source for these reactions instead of the usual chemical energy, which helps in paving the way towards clean organic synthesis.

Die cyclischen Alkylamine Aziridin und Azetidin wurden auf ihre Reaktivität in der mehrfachen Palladium-katalysierten Arylaminierung untersucht. Obwohl es sich hierbei um gespannte Heterocyclen handelt, ließen sich mit beiden Aminen gezielte und effiziente Kupplungen verschiedener Bromaryle durchführen. Durch den gegenüber anderen sekundären Aminen geringen sterischen Anspruch lässt sich die konkurrierende Beta-Hydrideliminierung weitestgehend zurückdrängen. Durch die verhältnismäßig geringe Basizität des Aziridins ließen sich Aminierungen von Monobromarylen und elektronenarmen Oligobromarylen mit der schwachen Base Cs2CO3 bewerkstelligen. Erst bei der mehrfachen Arylaminierung von zunehmend elektronenreicheren Substraten bedurfte es der Verwendung einer stärkeren Base, wie dem verwendeten NaOtBu. Im Falle des Azetidins ließen sich dagegen effektive Umsetzungen bereits bei den monosubstituierten Substraten nur unter Einsatz einer starken Base erreichen. Darüber hinaus zeigten sowohl Aziridin als auch Azetidin eine außerordentlich hohe Reaktivität gegenüber Iodarylen. Im Gegensatz zu den Kupplungen der Bromaryle, ließen sich bei einer reduzierten Katalysatormenge die entsprechenden Arylamine innerhalb einer kürzeren Reaktionszeit erhalten. Bei der Palladium-katalysierten Aminierung von Iodbenzol reichte bereits eine Katalysatormenge von 0,3 mol% für eine effiziente Kupplung aus. Bei der Verwendung von XantPhos als Ligand lassen mit Azetidin auch effektiv Kupplungen von Iodarylen bei Raumtemperatur durchführen. Auf diese Weise lässt sich unter anderem 1,2,4,5-Tetraazetidinobenzol in exzellenter Ausbeute synthetisieren. Durch den geringen sterischen Anspruch des Aziridins in Verbindung mit seiner schlechten Elektronendonoreigenschaft ist es zudem erstmals gelungen eine sechsfache Palladium-katalysierte Arylaminierung durchzuführen. Das Reaktionsprodukt der sechsfachen Kupplung – Hexaaziridinobenzol, erweist sich als unerwartet stabile Verbindung. Obwohl Hexaaziridinobenzol ein elektronenreiches Benzolderivat ist, wie durch UV/Vis-Spektroskopie und Cyclovoltammetrie belegt werden konnte, neigt es unter Luft nicht zur Oxidation. Die Struktur des Hexaaziridinobenzols konnte durch ab initio Rechnungen und durch eine Kristallstrukturanalyse ermittelt werden. Hierbei zeigte sich, dass gegenüber dem freien Aziridin die Dreiringe des Hexaaziridinobenzols durch die Anordnung im Molekül wesentlich gespannter sind, was an den verkürzten Bindungen innerhalb der Aziridinringe zu erkennen ist. Durch die angestiegene Ringspannung lässt sich Hexaaziridinobenzol im Gegensatz zu anderen elektronenreichen Hexaamino-benzolen nicht in stabile Kationen oder Übergangsmetallkomplexe überführen. The cyclic alkyl amines aziridine and azetidine were examined for theirreactivity in the multiple palladium-catalyzed aryl amination. Although both amines are strained heterocycles efficient couplings of different bromoarenes were notably successful. The concurrent beta-hydride elimination can largely be pushed back by the reduced steric claim compared to other small secondary amines. Through the relatively small basicity of the aziridine amination of monobromoarenes and electron-poor oligobromoarenes with the weak base Cs2CO3 could be managed. Only during the multiple aryl amination of increasingly electronricher substrates one needed the use of a stronger base, as the used NaOtBu. On the other hand in the case of the azetidine effective conversionswere already let at the mono substituted substrates only by application of a strong base reach. In addition both aziridine and azetidine showed an unusually high reactivity in the coupling of iodoarenes. In contrast to the couplings of bromoarenes, the corresponding aryl amines were synthesized with a reduced catalyst amountwithin a shorter reaction time. For the palladium-catalyzed amination of iodobenzene already a catalyst amountof 0,3 mol% was sufficed for an efficient coupling. The use of XantPhos as a ligand allows couplings between azetidine and iodoarenes at room temperature also effectively. In this manner 1,2,4,5-tetraazetidinobenzene can be synthesized in excellent yield. Through the small steric claim of the aziridine in connection with the bad electron donor propertyit was possible to perform a sixfold palladium-catalyzed aryl amination for the first time. The reaction product of the sixfold coupling - hexaaziridinobenzen, proves as an unexpectedly stable compound. Although hexaaziridinobenzen is an electronrich benzol derivate as could be occupied by UV/Vis-spectroscopy and cyclovoltammetry, it does not tend under air to the oxidation. The structure of the hexaaziridinobenzene could be investigated through ab initio calculations and through a crystal analysis. It was shown that in contrast to the free aziridine the threemembered rings of the hexaaziridinobenzene are through the order in the molecule considerably more tightened, which is to be recognized by the shortened bonds within the aziridine rings. Unlike other electron-rich hexaaminobenzenes, hexaaziridinobenene can not be transferred into stable cations or transition metal complexes as result of the high ring strain.

In dieser Dissertation versuche ich, die zentralen Nitrogen-heterocyclischen Kerne, die Seitenketten und deren Position zu variieren. Als synthetische Strategie wurden Palladium-katalysierte Kupplungsreaktionen verwendet, um Seitenketten und Aryl-Substituenten einzuführen. Halogensubstituierte Diarylheterocyclen sind wichtige Intermediate in der Synthese der allgemeine Strukture. Die Einführung der gewünschten Seitenketten durch Carbon-Carbon und Carbon-Nitrogen-Bindungsknüpfung wurde durch Sonogashira-Kupplung, Heck-Kupplung und Buchwald-Hartwig-Aminierung erzielt. Mit der Sonogashira-Reaktion kann eine funktionalisierte Alkynylgruppe in die heterocyclischen Kerne effektiv und bequem eingeführt werden. Eine anschliessende katalytische Hydrierung der Alkynylgruppe führt zu funktionalisierten Alkyl substituierten Diarylheterocyclen. In der vorliegenden Arbeit wurden mehr als 180 Substanzen synthetisiert. Unter ihnen sind ungefähr 130 neue Substanzen. 86 von ihnen passen in die allgemeine Strukture., In the present thesis, I tried to vary the central nitrogen-heterocyclic cores, the functionalised side chains and its position of attachment. As a synthetic strategy, palladium-catalyzed coupling reactions were used to introduce side chains and aryl substituents into the central heterocycle. In this way the utility of such reactions to heterocyclic systems, which were neglected so far, could be figured out. Halogen substituted diaryl heterocycles are important intermediates in the synthesis of general structures. The introduction of the desired side chains by Carbon-Carbon bond formation reactions was achieved by Sonogashira coupling and Heck coupling. Buchwald-Hartwig amination and nucleophilic substitution were used to establish side chains which are connected to the core heterocycle by heteroatom-Carbon bonds. Sonogashira reaction turned out to be the most effective and convenient method to introduce functionalized alkynyl group into the heterocyclic cores. In the present work, more than 180 compounds were synthesized. Among them, about 130 compounds are new products. 86 of them fit into the general structure.

1.) Entwicklung eines Verfahrens zum Nachweis von Wechselwirkungen zwischen Sondenmolekülen und Targetmolekülen auf einem Sonden-Array Innerhalb des Projektes sollte ein Verfahren entwickelt werden, dass zum Nachweis von Wechselwirkungen zwischen Sondenmolekülen und Targetmolekülen auf Sonden-Arrays genutzt werden kann. Der prinzipielle Aufbau dieses Testsystems wird in der vorliegenden Arbeit beschrieben. Einer der entscheidenden Schritte zur Entwicklung dieses Verfahrens, ist die Einführung einer selektiv spaltbaren Bindung innerhalb der DNA. Die von uns hierfür präferierte Bindung ist die 5´-O-P-S-3´ Bindung. Das erste zu realisierende Ziel bestand damit in der Synthese der entsprechend 5´-Thio-modifizierten Amidite. Die Synthese von 4,4´-Dimethoxytriphenylmethanthiol, als alternative Schwefel-Quelle und gleichzeitig temporäre 5´-Schutzgruppe stellt den Schlüsselschritt der erfolgreichen Synthese dar. Mit Hilfe dieser Strategie gelingt es, die entsprechend benötigten modifizierten Amidite in zufriedenstellender Ausbeute herzustellen. Durch die Anwendung eines modifizierten Synthesezyklus ist die Synthese eines entsprechend Schwefel-modifizierten Modelloligodesoynukleotids möglich. Mit Hilfe dieser Verbindung wurde die erwünschte Spaltung der 5´-O-P-S-3´ Bindung mit Silbernitrat in Lösung und an verschiedenen Oberflächen (Chip, Biacore-Chip und Magnetic Beads) untersucht. 2.) Punktmutationsdetektion durch festphasenvermittelte Single Nucleotide Primer Extension (SNuPE) und MALDI-MS Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines neuen, elektrophoresefreien Verfahrens zur Detektion von bekannten Punktmutationen mittels fester Phase und der MALDI-Massenspektrometrie. Hierfür wird zunächst ein synthetisches Oligodesoxynukleotid, welches später als Primer fungiert, über einen photolytisch spaltbaren Linker an eine feste Phase gebunden. Dessen Oligodesoxynukleotid-Sequenz wird dabei so ausgewählt, daß sie komplementär zur Zielsequenz einer mutierten DNA ist und direkt vor der zu detektierenden Punktmutation endet. Durch eine enzymatische Polymerasereaktion wird der Primer dann um eine Base, die entweder komplementär zur korrekten DNA oder zur Mutation ist, verlängert. Das Reaktionsprodukt kann dann direkt mittels MALDI-MS photolytisch von der festen Phase getrennt und analysiert werden. Die Masse des Reaktionsproduktes ist festgelegt durch den erfolgten Einbau einer von vier Nukleobasen und gibt daher unmittelbar Auskunft über das Vorhandensein einer Punktmutation. Zunächst sollte die prinzipielle Durchführbarkeit des Projekts erarbeitet werden. Wesentliche Vorteile dieser neuen Methode im Vergleich zu bestehenden Verfahren wären der außerordentlich geringe Zeitaufwand und die unmittelbare Detektion ohne Label. Das hier entwickelte Konstrukt gestaltete sich allerdings für die Anwendung als ein Standardanalyseverfahren zu komplex, da für die Detektion von Punktmutationen aussagekräftigere und einfachere Verfahren bereits zur Verfügung stehen, der hier beobachtete Spaltungs-mechanismus wirft jedoch einige Fragen auf. Für einen Einsatz als photolabiles Trägermaterial ist dieses Konstrukt jedoch ebenfalls zu kompliziert. 3.) Verknüpfungsreaktionen von Acetal-geschützten Oligodesoxynukleotiden mit Hydrazin-modifizierten Derivaten Die effektive Konjugation von modifizierten Oligodesoxynukleotiden und Hydrazin-Derivaten durch die Verwendung einer 5´-Acetalfunktion konnte hier durch die Verwendung eines aromatischen Phosphitylierungsreagenz gezeigt werden. Das hergestellte 5´-Acetal-modifizierte Oligodesoxynukleotid fungiert hier als ein maskiertes 5´-Aldehyd. Der Einsatz des maskierten Acetals weist gegenüber dem reaktiven Aldehyd-Derivat mehrere Vorteile auf: es ist lagerstabil, gut handhabbar und stabil gegenüber den Bedingungen der Oligodesoxynukleotid-Synthese. Ein aromatisches Acetal-geschützte Oligodesoxynukleotid kann in einer Eintopfreaktion mit einem entsprechenden Hydrazin-Derivat umgesetzt werden. Das verwendete Hydrazin-Derivat muß jedoch als Hydrochlorid oder als Trifluoracetat eingesetzt werden. Die Reaktion erfolgt in wässriger methanolischer Lösung durch den Zusatz von Natriumacetat, dieses katalysiert die Reaktion. Durch den Einsatz von Methanol als Lösungsmittel kann der Reaktionsansatz direkt mit Hilfe der HPL-Chromatographie gereinigt werden. Die Umsetzung des Acetal-modifizierten Oligodesoxynukleotids wurde mit verschiedenen Hydrazinen durchgeführt. Die mit den Hydrazinen erreichten Ausbeuten übersteigen bei weitem (Ausnahme Biotin) die der entsprechenden Aktivester. Vorallem das Arbeiten in wässriger Lösung erleichtert die Synthese und die Aufreinigung. Hiermit steht eine 5´-Modifikation zur Verfügung, die eine Konjugation mit Hydrazin-Derivaten in sehr guten Ausbeuten ermöglicht.

graph. Darst

In die während der biologischen Signaltransduktion ablaufenden Prozesse sind eine Vielzahl unterschiedlicher Proteine eingebunden, von denen sich einige durch kovalent gebundene Lipidreste auszeichnen. Diese Lipidmodifizierungen sind in den meisten Fällen essenziell für eine korrekte Funktion der betreffenden Proteine. Prominente Vertreter sind die sogenannten Ras-Proteine. Sie sind in Signaltransduktionskaskaden involviert, über die unter anderem das Zellwachstum und die Zellteilung gesteuert werden. Unter den Lipidmodifizierungen, die bei Ras-Proteinen essenziell sind, befindet sich neben anderen die S-Palmitoylierung interner Cysteine. Im Hinblick auf die molekulare Maschinerie und Bedeutung der Palmitoylierung herrscht gegenwärtig Unklarheit. Ein Enzym, das eine regulierende Rolle bei der Palmitoylierung / Depalmitoylierung von Ras-Proteinen spielen könnte, ist die Acyl-Protein-Thioesterase 1 (APT1). Um Aussagen über die physiologische Rolle der APT1 treffen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Inhibitoren des Enzyms konzipiert, synthetisiert und in zellbiologischen Untersuchungen deren biologische Wirksamkeit evaluiert., Different covalently lipidated proteins play decisive roles in biological signal transduction. The lipid modifications of the proteins are usually essential for their correct biological function. One class of those proteins, the Ras proteins, are involved in signal transduction processes, that are responsible for controlled cell growth and proliferation. Besides others, one essential lipid modification of Ras proteins is the S-palmitoylation of cysteine residues. Only few is known about the molecular machinery of the palmitoylation process. One enzyme, that is thought to be the first bona fide player in palmityolation / depalmitoylation cycles of Ras proteins is the Acyl-Protein-Thioesterase 1 (APT1). To get a better understanding of the physiological role of the APT1, inhibitors of the enzyme were designed, synthesized and biologically evaluated.

Im Rahmen dieser Dissertation konnte 2-Amino-5-fluorhex-5-ensäure durch Alkylierung von Glycinesteriminen mit 2-Fluor-4-iodbuten und durch Kupplung von Boc-Ala(ZnI)-OMe mit 2-Fluorallylreagentien dargestellt werden. Eine Reihe monofluorierter Aminosäuren wurde synthetisiert, deren pKs-Werte bestimmt und mit denen der unfluorierten Analoga verglichen. Bei der röntgenkristallographischen Untersuchung von 2-Amino-4-fluor-2-methylbutansäure konnten F-H-Brückenbindungen gefunden werden. Verschiedene monofluorierte Aminosäureester wurden dargestellt, zur Synthese von Histon-Deacetylase-Inhibitoren verwendet und die potentiellen Wirkstoffe getestet. An den dargestellten Dipeptiden Boc(rac)-Fap-(S)-Ala-NHMe und Boc-(rac)-Fap-Pro-NHMe wurden orientierende Strukturuntersuchungen durchgeführt.

Die Darstellung von Azidocyclopentadienen, die nicht als Salz oder Komplex vorliegen, wird an verschiedenartig substituierten Systemen erstmals dokumentiert. So stellt die Umsetzung von Iodcyclopentadien mit verschiedenen Azidübertragungsreagenzien eine bequeme Synthesemethode für die Gewinnung des unsubstituierten Azidocyclopentadiens dar, das erstmalig als 1:1-Gemisch der Vinylazide erhalten wird. Durch den Ausschluß basischer Komponenten bei der Umsetzung von Diazoverbindungen mit Stickstoffwasserstoffsäure (HN3) gelingt die Synthese substituierter 5-Azidocyclopentadiene mit aciden Protonen, die unter den Bedingungen der nucleophilen Substitution durch prototrope Isomerisierungen mit den 1- und 2-Azidoverbindungen im Gleichgewicht stehen. Desweiteren werden eine Azidübertragungsreaktion auf ein pentasubstituiertes Cyclopentadien und ein Diazogruppentransfer auf ein Aminocyclopentadien exemplarisch beschrieben. Die Charakterisierung strukturisomerer Azidocyclopentadiene erfolgt auch durch Diels-Alder- Reaktionen mit 4-Phenyl-1,2,4-triazolin-3,5-dion (PTAD), die durch die Umsetzung der Cyclopentadien-Systeme weitere Isomerisierungen ausschließen. Die aus den 1- und 2-Azido- Verbindungen erhaltenen instabilen Norbornen-Derivate können durch 1,3-dipolare Cycloadditionen in Gegenwart von Cyclooctin stabilisiert werden. Dagegen sind die [4+2]-Produkte der 5-Azido-Isomere stabil und bilden die Grundlage weiterer Untersuchungen. Durch die Eintopfsynthese eines Isothiocyanats oder die Kondensation zu einem Azidofulven wird die Verwendung der Titelverbindungen als Synthesebausteine demonstriert. Thermolysen oder Photolysen, bei denen die Azide in Abhängigkeit vom Substitutionsmuster unter Ringerweiterung zu Pyridinen, durch Einschiebung zu Indol-Derivaten oder unter Ringspaltung zu offenkettigen Nitrilen reagieren, bieten einen leichten Zugang zu strukturell unterschiedlichen Produkten.

Dibutylzinnhydridhalogenide Bu2SnHX bieten eine Alternative zu dem häufig angewandten Tributylzinnhydrid. Da sie bereits bei Raumtemperatur unter Bildung von Stannylradikalen zerfallen, ermöglichen sie Radikalkettenreaktionen bei wesentlich milderen Bedingungen als bei der Verwendung von Tributylzinnhydrid, außerdem erweist sich die Abtrennung von zinnorganischen Nebenprodukten als wesentlich einfacher. Es wurden verschiedene Hydride Bu2SnHX in Reaktionen eingesetzt, bei denen zuvor Tributylzinnhydrid angewendet wurde, um Unterschiede in Ausbeute und Selektivität zu untersuchen. Es wurden erfolgreich Reduktionen von Halogen- und Carbonyl-Verbindungen durchgeführt sowie reduktive Cyclisierungen, Ringerweiterungen und reduktive Aminierungen. Als problematisch erwiesen sich intermolekulare C,C-Verknüpfungen (Giese-Reaktion) und die Barton-McCombie-Reaktion. Es hat sich gezeigt, daß die gemischten Hydride Bu2SnHX wesentlich reaktiver sind, auch bei tiefen Temperaturen werden hohe Umsätze erzielt. Die H-Übertragung erfolgt schneller als bei Einsatz von Bu3SnH. Es wurden Methoden zur Verwendung katalytischer Zinn-Mengen untersucht., Diorgano tinhydride halides Bu2SnHX are an alternative to the often used tributyltinhydride. As they are decomposing even at room temperature or below, they make free radical chain reactions possible under milder conditions than tributyltinhydride. Furthermore the removal of tin containing by-products is easier. Several mixed tin hydrides Bu2SnHX have been used in reactions, which have been carried out with tributyltinhydride before to investigate differences in yield and selectivity. Reductions of halogen- and carbonyl compounds have been performed successfully, as well as reductive cyclisations, ring expansions and reductive aminations. Intermolecular C,C-couplings (Giese-reaction) and the Barton-McCombie-reaction have been proved to be problematic. Mixed hydrides have been shown to be more reactive, high yields have been achieved even at low temperatures. The hydrogen-transfer is faster than in the case of tributyltinhydride. Methods have been investigated for the use of catalytic amounts of tin compounds.

This Ph. D. thesis deals with two different topics of organic synthesis, the total synthesis of (+)-2-epi-deoxoprosopinine and the development and application of novel haydrazine resins for solid phase synthesis. In the first part, the asymmetric synthesis of (+)-2-epi-deoxoprosopinine in twelve steps in 23% overall yield and with excellent diastereomeric and enantiomeric purity (de,ee >=96%) is described. As key steps the 1,2-addition of a dodecyl nucleophile to an aldehyde-SAMP hydrazone and the a -alkylation of 2,2-dimethyl-1,3-dioxan-5-one SAMP hydrazone were employed to generate two of the three stereogenic centers. Creation of the third stereogenic center was achieved in a domino deprotection/cyclisation/reduction sequence. In the second part, a novel N-butyl-N-methylpolystyrene-hydrazine linker resin was developed. Polymer supported hydrazones, readily prepared from aldehydes and the hydrazine resin, react with alkyl- and arylorganolithium reagents under 1,2-addition to the C-N double bond to afford the corresponding hydrazines. Release from solid support was achieved by reductive N-N bond cleavage to furnish a -branched primary amines, which were isolated as their corresponding amides in good overall yields and in high purity (12 examples). This methodology could be extended to the asymmetric synthesis of the a -branched amines by the employment of immobilized enantiopure b -methoxyamino auxiliaries. After transformation into their corresponding hydrazines, acylated a -branched primary amines were prepared according to the procedure described above in good overall yields and enantiomeric excesses of up to 86%.