Entwicklung eines ortho-Iodoxybenzoesäure-Polymerreagenzes zur Parallelsynthese von Peptidylaldehyden

Abstract

Der erste Teil der Dissertation beschreibt die Entwicklung und Validierung von polymergebundener o-Iodoxybenzoesäure (IBX-Harz) als Oxidationsmittel in der polymerunterstützten Lösungssynthese (PASP-Synthese). Es wurden Syntheseprotokolle für substituierte o-Iodoxybenzoesäuren entwickelt, um über eine Linkerfunktion zur Immobilisierung ans Polymer zu verfügen. Es wurde ein Syntheseprotokoll zur Festphasensynthese von IBX-Harz entwickelt und optimiert. Nach Immobilisierung von 5-Hydroxy-2-iodbenzoe-säuremethylester auf Merrifield- und Wang-Brommethyl-Harze verschiedener Ausgangsbeladungen über die Hydroxygruppe und Methylester Verseifung wurde die polymergebundene 2-Iodbenzoesäure zu polymergebundenem IBX oxidiert. Mit einem Derivat der Caro’schen Säure, dem Tetrabutylammoniumpersulfat gelang es, polymergebundenes IBX zu erhalten. Die Oxidation von Piperonylalkohol zu Piperonal wurde als Testsystem zur Bestimmung der Aktivität des IBX-Harzes eingeführt. Die Aktivität des IBX-Harzes lag bei maximal 0,65 mmol/g. Harze mit sehr hohen Beladungen (bis 4,4 mmol/g) zeigten schlechtere Reinheiten der Oxidationsprodukte als Merrifield-Harze mit kleinerer Beladung (1,0 – 1,2 mmol/g). Die hohe Konzentration des Oxidationsmittels erwies sich als entscheidender Faktor, um optimale Umsetzungen bei minimalem Einsatz des IBX-Harzes zu erhalten. Eine Verdopplung des Reaktionsvolumens bedeutet eine Verdopplung des einzusetzenden IBX-Harzes, um denselben Umsetzungsgrad zu erreichen. Der Versuch, polymergebundenes IBX auf hochbeladbarem ULTRA-Harz darzustellen, schlug fehl. Es ist zu vermuten, dass nur die Oxidation zur entsprechenden Iod(III)-Verbindung gelang. Alkohole unterschiedlicher Substanzklassen wurden oxidiert. Benzylalkohole wurden mit Produktreinheiten zwischen 65 und 99% erhalten werden. Aliphatische, alicyclische und heterocyclische Alkohole wurden in guten bis ausgezeichneten Produktreinheiten zwischen 26 und 99% oxidiert. Weitere Anwendungen von polymergebundenem IBX, wie die Dehydrogenierung von Carbonylverbindungen oder die Cyclisierung von Aniliden wurden exemplarisch gezeigt. Die Synthese von o-Benzochinonen (Edukte zur Darstellung von Catecholen) aus den entsprechenden Phenolen gelang mit befriedigenden bis sehr guten Produktreinheiten. IBX ist als mildes Oxidationsmittel bekannt und so wurde auch bei Umsetzungen schwefelhaltiger Verbindungen mit IBX-Harz erwartungsgemäß keine S-Oxidation beobachtet. Stickstoffhaltige Verbindungen wie N-geschützte β-Aminoalkohole, Oligopeptide und sogar das α-helikale 20-Peptidantibiotikum Alamethicin F30 wurden racemisierungsfrei zu Aldehyden oxidiert. Im zweiten Teil wurden Peptidylaldehyde, Inhibitoren wichtiger biologischer Prozesse wie der Apoptose oder des Proteasomverdaus, synthetisiert. Zu Beginn wurden 16 Fmoc-geschützte Aminoalkohole in Lösung synthetisiert und charakterisiert. Anschließend wurde parallel (sowohl manuell als auch automatisiert) eine Peptidylalkohol-Kollektion dargestellt. Dazu wurden die Aminoalkohole über die Hydroxyfunktion an TCP-Harz immobilisiert und anschließend das Peptid aufgebaut. Die Peptidylalkohole wurde anschließend mit IBX-Harz zu den Aldehyden umgesetzt. Die chromatographische Aufreinigung von Peptidylaldehyden ist problematisch, da bei der Flüssigchromatographie Aldehyd und Alkohol koeluieren. Zur Reinigung der rohen Peptidylaldehyde wurde ein mit Threonin funktionalisiertes Scavenger-Harz eingesetzt. Ein Capture-Release-Protokoll wurde entwickelt, mit dem es möglich war, selektiv die acetylierten oder Z-geschützten Peptidylaldehyde zu immobilisieren und nach Filtrieren und Waschen des Harzes die polymergebundenen Peptidylaldehyde wieder freizusetzen. Dies wurde am Beispiel von Z-LLI-H und Ac-WEHD-H gezeigt. Peptidylaldehyde mit säurelabilen Seitenkettenschutzgruppen konnten am Threonin-Harz entschützt werden, wobei keine Abspaltung der Aldehyde vom Harz erfolgte. Dies wurde am Beispiel von Ac-WEHD-H mit vier Seitenkettenschutzgruppen gezeigt. Die HPLC-Reinheiten der gereinigten Peptidylaldehyde lagen zwischen 65 und 99%, bei Ausbeuten zwischen 4 und 49% bezogen auf die eingesetzten Peptidylalkohole. Die Oxidation der Peptidylaldehyde mit IBX-Harz verlief bei der Synthese der Peptidylaldehyd-Kollektion ohne Epimerisierung. Nach dem Capture-Release Verfahren wurden allerdings bis zu 50% der D-Form erhalten. Die Epimerisierung konnte auf etwa 20% gesenkt werden, indem die Durchführung der Scavenging- und Release-Prozeduren bei Raumtemperatur statt bei 60°C durchgeführt wurde. Da die Diastereomere unterschiedliche chemische Verschiebungen des Carbonyl-Wasserstoffatoms besitzen, konnte dies NMR-spektroskopisch überprüft werden. Das neue IBX-Harz stellt ebenfalls ein mildes und selektives Oxidationsmittel dar. Es bietet den Zugang zur parallelen Synthese von Peptidylaldehyden als neue Inhibitoren mit ausgezeichneten Reinheiten und geringem Epimerisierungsgrad innerhalb kurzer Zeit.

The first part of the doctoral thesis describes the development and validation of polymer-bound o-iodoxybenzoic-acid (IBX-resin) as an oxidant in the polymer-assisted solution phase synthesis (PASP-Synthesis). First the development of various synthetic methods for the generation of o-iodoxybenzoic-acids was accomplished. Afterwards the solid-phase synthesis of IBX-resin was developed and optimized. 5-Hydroxy-2-iodo-methylbenzoate was attached via the hydroxy-group to Merrifield and Wang-Bromo-resins of different loadings. The methylester moiety was saponified and the resulting acid was oxidized to the corresponding polymer-bound IBX using a derivative of Caro’s acid, the tetrabutylammonium persulfate. The oxidation of piperonyl alcohol to piperonal was used to measure the activity of IBX-resin. The highest activity achieved was 0,65 mmol/g. High-loaded resins (loading up to 4,4 mmol/g) led to worse product purities compared to standard Merrifield-resins (loading 1,0 – 1,2 mmol/g). A high concentration of the oxidant appeared to be an important factor for optimized results with a low amount of IBX-resin. Doubling of the reaction volume involves doubling of IBX-resin to get the same conversion results. Synthesis of polymer-bound IBX on ULTRA-resin failed, probably due to formation of the Iodine(III)-Species. Alcohols associated with different substance-classes were oxidized. Benzylic alcohols gave excellent product yields within 65 to 99%. Aliphatic, alicyclic and heterocyclic alcohols could be oxidized to obtain product purities from 26 to 99%. Furthermore the application of polymer-bound IBX-resin was demonstrated to dehydrogenations of carbonyl compounds or cyclizations of anilids, exemplarily. Synthesis of o-benzochinones (important educts in the formation process of catechols) from phenols was achieved in very good to moderate yields. IBX is well known as a mild oxidant without the capability of S-Oxidation to sulfones or sulfoxides, which is shown exemplarily as well. N-containing compounds such as N-protected beta-amino alcohols, oligopeptides and even the alpha-helical 20-peptide antibioticum Alamethicin F30 could be oxidizied to the corresponding aldehyde without racemization. The second part deals with the synthesis of petidyl aldehydes, well known synthetic inhibitors of biological processes such as apoptosis or proteasomal degradation. First 16 Fmoc-protected amino alcohols were synthesized and characterized .Subsequently a peptidyl aclohol collection was formed in parallel manner (manually as well as automated). This was done by attachment of the amino alcohols to TCP-resin via the hydroxy moiety and subsequent peptide synthesis. The peptidyl alcohols were converted consecutively with IBX-resin to the aldehydes. Purification accomplished by column chromatography proved to be difficult due to coeluation with their peptidyl alcohols. Finally the purification of the raw peptidyl aldehydes was accomplished by a threonine functionalized scavenger-resin. A capture-release protocol was developed to attach selectivley the acetylated or Z-protected peptidyl adehydes. After filtration and washing steps the polymer-bound peptidyl aldehydes were released again. This is shown exemplarily for Z-LLI-H an Ac-WEHD-H. Peptidyl aldehydes bearing acid lable side chain protecting groups could be deprotected on threonine-resin without further loss of peptidyl aldehyde. This could be demonstrated for Ac-WEHD-H bearing four side chain protecting groups. HPLC purities of the released peptidyl aldehydes were between 65 to 99%. The purified peptidyl aldehydes could be achieved in an amount from 4 to 49% refered to the used peptidyl alcohol. Oxidation of peptidyl aldehydes could be achieved without epimerization as well. After capture-release treatment 50% D-Diastereomere were found. This could be decreased to about 20% by scavenging at ambient temperatur instead of 60°C. Diastereomers show different chemical shifts of their aldehyde hydrogen atoms in 1H-NMR-spectroscopy. This was used to measure the degree of epimerization. IBX-resin proved to be a mild and selective oxidant. It provides a new access to the parallel synthesis of peptidyl aldehydes with very good purities and low epimerization, concerning the establishment of new potential inhibitors within a short period.