Entwicklung polymerer Carbanionen-Äquivalente zur Anwendung in milden C-C-Verknüpfungen und deren Einsatz in der Synthese von Aspartylprotease-Inhibitoren des Norstatin-Typs

Abstract

Der erste Teil der Dissertation beschreibt die Verwendung polymerer (Cyanmethylen)phosphorane zur Synthese von Norstatinen. Dazu wurde zunächst durch Alkylierung von Triphenylphosphin-Harz mit Bromacetonitril ein polymeres WITTIG-Salz hergestellt, das sehr leicht zum WITTIG-Ylid deprotoniert werden konnte. Entgegen der bisher üblichen Art und Weise wurde das Phosphoran-Harz nicht zur Carbonyl-Olefinierung im Sinne eines polymeren Reagenzes eingesetzt, sondern wie aus der Lösungssynthese bekannt durch Fmoc-Aminosäuren unter Aktivierung mit EDC/DMAP acyliert. Nach erfolgreicher Peptidsynthese am Phosphoran-Linker konnten alpha-Ketoester, -säuren und -amide durch ozonolytische Phosphoran-Spaltung und Abfangen intermediärer, hochreaktiver alpha,beta-Diketonitrile mit Alkoholen, Wasser und Aminen erhalten werden. Durch anschließende Reduktion wurden entsprechend alpha-Hydroxyester und -amide zugänglich. Nachteile der zunächst in Analogie zur Lösungssynthese präsentierten Reaktionssequenz wurden durch sukzessive Optimierung beseitigt. Dabei konnte eine zunächst bei der ozonolytischen Abspaltung beobachtete Decarbonylierung durch Umstellung auf DMDO verhindert werden. Weiterhin wurden als Zwischenprodukte alpha-Hydroxytrimethylsilylethylester synthetisiert, die nach Verseifung mit TBAF-Trihydrat direkt auf ein zweites Synthese-Harz mit einer kurzen Peptidsequenz gekuppelt werden konnten. Auf diese Weise wurden Norstatine nicht direkt durch eine Abfangreaktion mit Aminen sondern über Ester synthetisiert. Die Detektion unerwünschter, durch Racemisierung entstandener Diastereomere konnte durch Veränderung der Acylierungsbedingungen am (Cyanmethylen)phosphoran-Harz vollständig unterdrückt werden. Als Kupplungsreagenzien wurden dabei MSNT/2,6-Lutidin verwendet. Nach vollständiger Optimierung der Reaktion konnte mit dem neuen Syntheseweg eine Kollektion von 17 nur in ihrem P1-Rest verschiedenen potenziellen Plasmepsin II-Inhibitoren hergestellt werden. Beim Design der zunächst virtuellen Verbindungskollektion wurden im Rahmen einer Kooperation theoretische Methoden angewendet und Docking-Experimente durchgeführt, um für eine Inhibition günstige Strukturelemente herauszuarbeiten. Nach Abschluss der Synthese der Inhibitoren wurden diese gegen Plasmepsin II aber auch HIV-Protease getestet und zeigten einen deutlichen Einfluss des P1-Restes auf die Hemmwirkung. Zur Demonstration der breiten Anwendbarkeit des ausgearbeiteten Syntheseschemas wurde beispielhaft der Norstatin-Naturstoff Probestin sowie ein Norstatin mit Erkennungssequenz der Cysteinprotease Caspase-3 hergestellt, wobei hier die vorteilhafte Verwendung von TASF zur Verseifung von TMSE-estern gezeigt werden konnte. Abschließend wurde die bis dahin nicht diastereoselektiv durchgeführte Reduktion der alpha-Ketotrimethylsilylethylester an einer Modellverbindung der Norstatin-Kollektion mit gängigen Reduktionsmitteln zur diastereoselektiven Durchführung untersucht und L-Selectride als geeignetstes Reduktionsmittel zum Erhalt von syn-Produkten identifiziert. Eine Erweiterung auf die Isoster-Struktur der Hydroxyethylamine war Hintergedanke der im zweiten Teil der Dissertation präsentierten Vorarbeiten zur Synthese von alpha-Hydroxyaldehyden. Dazu wurde die maßgeblich durch LASSALETTA geprägte Verwendung von N,N-Dialkylformaldehydhydrazonen als Formylanion-Äquivalente an die feste Phase übertragen. Ähnlich zweier Dissertationen an den Universitäten Aachen und Darmstadt wurde dazu durch Immobilisierung von (3R)-1-(Tritylamino)-3-pyrrolidinol an MERRIFIELD-Harz und Abspaltung der Trityl-Schutzgruppe ein SAMP-analoges Hydrazin-Harz hergestellt, wobei im Unterschied zu bekannten Verfahren der gesamte Baustein in Lösung synthetisiert wurde. Nach Hydrazon-Bildung mit Paraformaldehyd oder Formalin konnte das Formaldehydhydrazon-Harz (FH-Harz) erhalten und seine Nucleophilie bei der Reaktion mit Fmoc-Phenylalaninal untersucht werden. Dabei reagierte Fmoc-Phenylalaninal sehr langsam, jedoch in guter Ausbeute. Nach Einführung einer TBDMS-Schutzgruppe auf die entstandene Hydroxy-Funktion wurde die homologisierte Modellverbindung durch Ozonolyse vom Harz abgespalten und charakterisiert. Neben der Zielverbindung konnte als Nebenprodukt das durch eine bekannte Nebenreaktion nicht homologisierte Fmoc-Phenylalaninal identifiziert werden. Die Synthese der Modellverbindung zeigt die grundsätzliche Möglichkeit zum Einsatz nucleophiler, polymerer Formaldehydhydrazone.

The first part of the doctoral thesis describes the application of polymer (cyanomethylene)phosphorane in the synthesis of norstatines. By alkylation of triphenylphosphine resin with bromoacetonitrile a polymer WITTIG salt was synthesized which could be easily deprotonated to the respective WITTIG ylid. In contrast to the state-of-the-art methodology the phosphorane resin was not used for carbonyl olefination as a polymer reagent but acylated with Fmoc-amino acids under EDC/DMAP activation as known from solution phase synthesis. After a successful peptide synthesis on the phosphorane linker alpha-keto esters, acids and amides could be obtained by ozonolytic phosphorane cleavage and quenching of intermediate, highly reactive alpha,beta-diketo nitriles with alcohols, water and amines. By subsequent reduction the respective alpha-hydroxy esters and amides were available. Initial drawbacks of the presented reaction sequence were gradually optimized. First of all a decarbonylation which was observed after ozonolytic cleavage was circumvented by the use of DMDO solution. Moreover alpha-hydroxy trimethylsilylethyl esters were synthesized as key precursors. After saponification with TBAF trihydrate the free acids could be coupled to a second resin bearing a short unprotected peptide sequence. Thus, norstatines were not synthesized directly by quenching with amines but via esters. The detection of undesirable diastereomers originating from racemization could be eliminated by a variation of the acylation conditions. Acylation of (cyanomethylene)phosphorane resin with MSNT/2,6-lutidine as coupling reagents proved to be most efficient. After the complete optimization of the reaction 17 potential plasmepsin II inhibitors only differing in their P1-residues could be synthesized. The originally virtual collection of compounds was designed within the scope of a cooperation applying theoretical methods and docking experiments to elaborate structural elements beneficial for inhibition. The inhibitors were tested against plasmepsin II as well as against HIV protease after their synthesis. P1-variation showed significant influence on their inhibitory activity. To demonstrate the wide applicability of the elaborated synthetic scheme natural norstatine probestin and a norstatin with a sequence recognized by cysteine protease caspase-3 were synthesized as representative examples. The favourable use of TASF for the saponification of TMSE esters was shown as well. Finally, the reduction of alpha-keto trimethylsilylethyl esters which had not been carried out in a diastereoselective manner so far was investigated with a model compound from the norstatine collection. Well-established reduction agents were employed and L-selectride was identified as most appropriate reagent to obtain syn products. An extension to the isostere structure of hydroxyethylamines was the motivation of the preliminary studies towards alpha-hydroxy aldehydes presented in the second part of the doctoral thesis. The use of formaldehyde N,N-dialkylhydrazones as formyl anion equivalents closely linked to the work of LASSALETTA was transferred to the solid phase. Similar to two dissertations at the universities of Aachen and Darmstadt a SAMP-analog hydrazine resin was synthesized via immobilisation of (3R)-1-(tritylamino)-3-pyrrolidinol on MERRIFIELD resin and cleavage of the trityl protecting group. In contrast to the known procedures the complete building block was presynthesized in solution. After hydrazone formation with paraformaldehyde or formalin hydrazone resin (FH resin) was obtained and its nucleophilic characteristics were scrutinized by the reaction with Fmoc-phenylalaninal. The reaction proceeded slowly but in good yield. After the introduction of a TBDMS protecting group on the newly generated hydroxy functionality the elongated model compound was cleaved by ozonolysis and characterized. In addition to the target compound Fmoc-phenylalaninal was detected as a side product originating from a well-known side reaction. The synthesis of the model compound shows the possibility of an application of nucleophilic polymer formaldehyde hydrazones.