Essen, Universiẗat, Diss., 2004--Duisburg.

University, Diss., 2005--Düsseldorf.

Herein described is the discovery of three novel types of dimeric naphthylisoquinoline alkaloids, named mbandakamines, cyclombandakamines, and spirombandakamines. They were found in the leaves of a botanically as yet unidentified, potentially new Ancistrocladus species, collected in the rainforest of the Democratic Republic of the Congo (DRC). Mbandakamines showed an exceptional 6′,1′′-coupling, in the peri-position neighboring one of the outer axes, leading to an extremely high steric hindrance at the central axis, and to U-turn-like molecular shape, which – different from all other dimeric NIQs, whose basic structures are all quite linear – brings three of the four bicyclic ring systems in close proximity to each other. This created an unprecedented follow-up chemistry, involving ring closure reactions, leading to two further, structurally even more intriguing subclasses, the cyclo- and the spirombandakamines, displaying eight stereogenic elements (the highest total number ever found in naphthylisoquinoline alkaloids). The metabolites exhibited pronounced antiplasmodial and antitrypanosomal activities. Likewise reported in this doctoral thesis are the isolation and structural elucidation of naphthylisoquinoline alkaloids from two further potentially new Ancistrocladus species from DRC. Some of these metabolites have shown pronounced antiausterity activities against human pancreatic cancer PANC-1 cells. / In dieser Arbeit wird die Entdeckung von drei neuen Typen von dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloiden (NIQs) beschrieben, die als Mbandakamine, Cyclombandakamine und Spirombandakamine bezeichnet werden. Sie wurden in den Blättern einer botanisch noch nicht identifizierten, möglicherweise neuen Ancistrocladus-Art gefunden, die im Regenwald der Demokratischen Republik Kongo (DR Kongo) gesammelt wurde. Mbandakamine zeigen eine außergewöhnliche 6',1''-Kupplung in der peri-Position neben einer der äußeren Achsen, was zu einer extrem hohen sterischen Hinderung an der zentralen Achse und zu einer U-förmigen Molekülform führt. Diese unterschiedet sich von allen anderen dimeren NIQs, deren Grundstrukturen alle ziemlich linear sind. Im Fall der Mbandakamine werden drei der vier bicyclischen Ringsysteme in enger Nachbarschaft zueinander gebracht. Dies führte zu einer beispiellosen Folgechemie mit Ringschlussreaktionen, die zu zwei weiteren, strukturell noch faszinierenderen Unterklassen führte, den Cyclo- und Spirombandakaminen, die acht stereogene Elemente aufweisen (die höchste Gesamtzahl, die jemals in Naphthylisochinolin-Alkaloiden gefunden wurde). Die Metaboliten zeigten ausgeprägte antiplasmodiale und antitrypanosomale Aktivitäten. Ebenfalls in dieser Dissertation wird über die Isolierung und Strukturaufklärung von Naphthylisochinolin-Alkaloiden aus zwei weiteren potentiell neuen Ancistrocladus-Arten aus der DR Kongo berichtet. Einige dieser Metaboliten zeigten ausgeprägte Antiaustizitäts-Aktivitäten gegen humane Pankreaskrebs-PANC-1-Zellen.

No abstract available

Die Naturstoffchemie ist ein bedeutendes Teilgebiet der Chemie, da die Naturstoffe, mit ihrer breiten strukturellen Diversität, als neue Leitstrukturen für die Entwicklung spezifisch wirksamer Agrochemikalien und Arzneimittel dienen. Pflanzen und Bodenorganismen sind daher aussichtsreiche Quellen für neue Wirkstoffe im Bereich Pflanzenschutz- und Pharmaforschung. Aus der in der Kongo-Region beheimateten Liane Ancistrocladus ealaensis J. LEONARD (Ancistrocladaceae) wurde sieben Metabolite isoliert: Amyrin, 3,3-Di-O-methylellagsäure, zwei bisher unbekannte Naphthylisochinoline, Ancistroealain A und B, sowie drei Naphthoesäuren, die hier erstmals beschriebenen Ancistronaphthoesäuren A und B, sowie die bisher nur als Syntheseprodukt bekannte Eleutherolsäure. Ausgehend von Ancistroealain A gelang die stereoselektive Partialsynthese des bekannten Ancistrobertsonin C. Ancistroealain A zeigte in-vitro eine zehnfach höhere Aktivität gegen Leishmania donovani, dem Erreger der visceralen Leishmaniose, als das derzeit bei der Behandlung eingesetzte Pentostam. Um für In-vivo-Untersuchungen genug Material zur Verfügung stellen zu können, wurde ein totalsynthetischer Zugang etabliert. Die Suzuki-Kupplung eines geeigneten Isochinolin-Bausteines (zehn Stufen ausgehend von 3,5-Dimethoxybenzoesäure) mit einer Naphthalin-Boronsäure (acht Stufen ausgehend von 3-Methoxybenzaldehyd) führte in einer Gesamtausbeute von 9.2 % bzw. 6.2 % zu dem Naturstoff. Ancistroealain A und sein Atropdiastereomer Ancitrotanzanine B, die an einer chiralen HPLC-Phase getrennt werden konnten, entstanden aufgrund der asymmetrischen Induktion durch das stereogene Zentrum C-3 in einem Verhältnis von 45:55. Der Ansatz einer atropselektiven Suzuki-Kupplung mit chiralem Katalysator führte zu Diastereomerenüberschüssen bis zu 75:25. Aus Pavetta crassipes K. SCHUMANN (Rubiaceae) konnte das Phythosterol Ursolsäure isoliert werden, während aus Rothmannia urcelliformis (HIERN) BULLOCK (Rubiaceae) 1-epi-Geniposid und Gardenamid A isoliert wurde. Im Rahmen einer Kooperation mit H. Rischer gelang die Isolierung von Plumbagin, Plumbasid A und Rossolisid aus der in Neu Guinea beheimateten tropischen Kannenpflanze Nepenthis insignis DANSER. Bei Verfütterungsexperimenten wurde (L)-[13C3,15N]-Alanin in die Kannen von sterilen Pflanzen eingebracht und ein Einbau in Plumbagin beobachtet. Die Pflanze verstoffwechselt die Aminosäuren auf den üblichen Abbauwegen und erlaubt so die Verfütterung von Alanin als ‚maskiertes’ Acetat. Das beobachtete Einbaumuster bewies die polyketidische Biosynthese von Plumbagin. In einer Kooperation mit Prof. Fiedler (Tübingen) wurden Streptomyceten aus extremen Habitaten auf die Produktion interessanter Sekundärmetabolite untersucht und z.B. bekannte Verbindungen wie Sulfomycin I, Benzoesäure, p-(Dimethylamino)-benzoesäure, Juliochrome Q3-3 und Dehydrorabelomycin nachgewiesen. Der alkalophile Stamm AK 409 produzierte Pyrrol-2-carbonsäure und Pyrocoll, das im Rahmen dieser Arbeit erstmals als Naturstoff auftrat. Besonderes Interesse erregten die Antitumor-Eigenschaften von Pyrocoll. Die durchgeführte ‚biomimetische’ Synthese von Pyrocoll ausgehend von Pyrrol-2-carbonsäure ermöglichte es uns, die für die In-vivo-Biotests nötigen Substanzmengen darzustellen. Aus dem Streptomyceten AK 671 wurden eine bekannte Anthrachinoncarbonsäure und ein als Naturstoff neuartiges Diketonaphthalinglucuronid isoliert. Eine enzymatische Hydrolyse führte zu dem Harris-Franck-Keton, das in dem Kulturfiltrat erstmals als Naturstoff nachgewiesen werden konnte. Das bei Verfütterungsexperimenten mit [13C2]-Acetat von uns beobachtete Einbaumuster in das Glucuronid erlaubte die Aufklärung der Schlüsselschritte der Biogenese. Bei der Synthese von Naphthylisochinolinen besteht die zentrale Aufgabe in dem Aufbau der Biarylachse. Bei der Synthese von Ancistrobertsonin A nach dem ‚Lacton-Konzept’ wird ein Naphtalin-Baustein mit einer zusätzlichen C1-Einheit für die Esterbrücke benötigt, die nach der Kupplung entfernt werden muß. Hierzu bewährte sich bei Versuchen an einem Modelsystem die Reaktionssequenz Baeyer-Villiger-Oxidation, Triflierung und reduktive Eliminierung. Der für die Synthese von Ancistrobertsonin A benötigte Naphthalin-Bausteines wurde in neun Stufen (Gesamtausbeute: 37 % bzw. 13%) dargestellt. Die Synthese des Isochinolin-Bausteines gelang in zwölf Stufen (9.4 %). Der Abschluß dieser Synthese ist in zukünftigen Arbeiten geplant. / The natural product chemistry is a important part of chemistry because natural products, with there broad variety of structural features, are new leads for the development of specific pharmaceuticals and pesticides. Plants and microorganisms are excellent sources for new active compounds in pest control and pharmacy. Ancistrocladus ealaensis J. Léonard (Ancistrocladaceae), a tropical liana indigenous to Central Africa, belongs to the small monogeneric family of the Ancistrocladaceae. Seven metabolites were isolated: the well-known phytosterol -amyrin , 3,3- di-O-methylellagic acid, two new 5,8’-coupled naphthylisoquinoline alkaloids, ancistroealaines A and B , and three naphthoic acids, the synthetically known eleutherolic acid and the two new naphthoic acids ancistronaphthoic acids A and B. Ancistrobertsonine C was synthesized by stereoselective partial-synthetic preparation starting from ancistroealaine A. Against Leishmania donovani, the pathogen of visceral Leishmaniasis, we found excellent activities of ancistroealaine A, ten times more active than the standard pentostam. The synthesis of ancistroealaine A was established to allow further investigations on the in vivo activities. Starting from 3-methoxybenzaldehyde, the naphthalene moiety was prepared in eight steps. The isoquinoline part was synthesized starting from 3,5-dimethoxybenzoic acid in ten steps. The concluding Suzuki coupling resulted in the natural product with an overall yield of 9.2 % or 6.2 % and a diastereomeric ratio of 45:55 induced by the chiral center C-3. The atropoisomeres were separated by chromatography on a chiral phase. The application of a catalytic atroposelective Suzuki coupling gave diastereomeric ratios up to 75:25 Ursolic acid was found in Pavetta crassipes K. SCHUMANN (Rubiaceae), a shrub indigenous to tropical Africa, whereas 1-epi-geniposide and gardenamide A were isolated from Rothmannia urcelliformis (HIERN) BULLOCK, a small tree, which is widespread in the forests of East Africa. In this work, the absolute configuration of gardenamide A was established. From Nepenthes insignis Danser, a species occurring in the lowlands of New Guinea, three metabolites were isolated: Plumbagin, plumbaside A and rossoliside. Feeding experiments with (L)-[13C3,15N]-alanine revealed the acetogenic origin of plumbagin. This work showed that alanine is transformed into acetyl-CoA and can be used as a ‘masked’ precursor. None of the two glycosides were labelled after any of the feeding experiments. They probably constitute storage forms of the respective naphthoquinones. In cooperation with Prof. Fiedler et al. Streptomyces strains, living under extreme conditions, were screened for secondary metabolites. A number of known compounds such as sulfomycine I, benzoic acid, p-(dimethylamino)-benzoic acid, juliochrome Q3-3 and dehydrorabelomycine were found. The alcalophilic strain AK 409 became attractive due to the isolation of two metabolites, pyrrol-2-carboxylic acid and pyrocoll, the latter found as a natural product for the first time. Pyrocoll exhibited in vitro high anticancer activities. ‘Biomimetic’ synthesis of pyrocoll, starting from pyrrol-2-carboxylic acid led to the desired material and showed a better yield (91 %) than all synthetic pathways previously known. From the strain AK671 two natural products were isolated: a known anthraquinone carboxylic acid and a new diketonaphthalene glucuronide. Enzymatic hydrolysis gave the Harris-Franck ketone, a known synthetic compound, which was found as natural product in the culture for the first time. Even though the enzymes that are responsible for the biosynthetic construction of anthraquinones are well known, intermediates as such are isolated only very rarely. Feeding experiments with [13C2]-acetate resolved the biosynthesis of the Harris-Franck ketone and proofed it to be an intermediate in the synthesis of anthraquinones. For the synthesis of ancistrobertsonine A the ‘lactone concept’ was used. Therefore a naphthalene building block with an additional C1-unit next to the axis was needed. The necessary removal of this group (Baeyer-Villiger oxidation, conversion to the triflate and reductive elimination) after the coupling was tested on a model system. The synthesis of ancistrobertsonine A was developed up to the esterification of the naphthalene building block (synthesised in nine steps) and the isoquinoline moiety (synthesised, starting from 3,5-dimethoxybenzoic acid in twelve steps). The synthesis will be finished in future work.

Entsprechend den Vorarbeiten von C. Heid-Jehn1 wurde aus den Wurzelknöllchen der Pflanze Cyperus esculentus durch wässrige Extraktion ein Faktor isoliert, der als Cyperus-esculentus-Faktor (CEF) bezeichnet wurde. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, die Isolierung und Reinigung zu optimieren, die Reinheit zu prüfen und die chemische Zusammensetzung näher zu charakterisieren. Des Weiteren sollte die biologische Aktivität gegen die Mykotoxine-bildenden Fusariosen im Hinblick auf eine mögliche physiologische Funktion als Bestandteil des pflanzlichen Abwehrsystems gegen Pflanzenpathogene, untersucht werden. Inbesonders sollte die Funktion des früher gefundenen Silikatanteils in die Untersuchungen aufgenommen werden. Für die Isolierung des agglutinierenden Faktors aus Cyperus esculentus erwies sich eine zweimalige Alkalisierung des Extraktes pH 6.4 mit anschließender Gelfiltration an Sephadex G-25 als vorteilhaft. Diese Methode lieferte eine Ausbeute von 81 % und einen Reinigungsfaktor von 143. Erst nach Erhöhung der Ionenstärke konnte der CEF durch hydrophobe Interaktionschromatographie weiter gereinigt werden. Diese Methode hatte nach Vereinigung der mittels eines Stufengradienten von Verunreinigungen abgetrennten relevanten Fraktionen, Gelfiltration an Sephadex G-10, Dialyse und abschließender Lyophilisation eine Ausbeute von 81 % mit einem Reinigunsfaktor von 25 zur Folge. Somit ergab sich ein Gesamtreinigungsfaktor von 3600 nach zweimaliger Alkalisierung, HIC an Phenyl Sepharose HP, Gelfiltration an Sephadex G-10 und Dialyse. Die Charakterisierung ergab, daß Humanerythrozyten unabhängig von der Blutgruppe gebunden werden, mit einer leichten Präferenz für die Blutgruppe 0. Die Agglutination wird von den Zukkern D-Glucosamin, D-Mannosamin und D-Galactosamin (Grenzkonzentration 25 mmol/ l), nicht aber von deren acetylierten Formen, sowie von den Glycoproteinen Ovomucoid und Asialoovomucoid (0.125 - 0.25 mg/ ml) inhibiert. Weitere Oligosaccharid-strukturen werden nicht von der agglutinierenden Aktivität aus Cyperus esculentus gebunden. Der Proteinanteil wurde mit den zur Verfügung stehenden Methoden zu 4.25 % bestimmt. Zu den durch Aminosäureanalyse erfaßten Aminosäuren zählen Arginin, Alanin und Phenylalanin. Der Cyperus-esculentus-Faktor enthält kaum Neutralzucker und nahezu keine Uronsäuren, aber Aminozucker. Der mittlere Aschegehalt von 43.33 % bekräftigt zunächst das Ergebnis meiner Vorgängerin, die einen organischen Anteil von 53.25 % und einen Glührückstand von 48.7 % ermittelte. Der sehr hohe Anteil an Siliciumdioxid (22 %1) konnte allerdings nicht bestätigt werden. Nach direkter Veraschung und anschließender gravimetrischer Silicatbestimmung wurde ein Silicatanteil von nur 5.3 % ermittelt. Das für die strukturelle Aufklärung durchgeführte 29Si CP MAS NMR-Spektrum läßt für das Silicium die Koordinationszahl vier mit benachbarten Sauerstoff-Atomen annehmen. Allerdings wurde dieses Resultat nur in einer von drei unabhängigen Messungen erhalten, so daß der Siliciumgehalt eher chargenabhängig von der Beschaffenheit des Bodens und weiteren Wachstumsbedingungen zu sein scheint. Das Gesamtmolekulargewicht wurde mittels Gelfiltration auf 11376 ± 1000 Da bestimmt. In der Aminosäureanalyse fehlen die chromogenen Aminosäuren Tyrosin und Tryptophan. In Übereinstimmung dazu wurde ein ungewöhnlich niedriger Absorptionskoeffizient von e1%(280 nm) = 0.148 gefunden. Die Untersuchung des CEF auf seine biologische Aktivität als Abwehrsubstanz gegen Pflanzenpathogene zeigte bei den getesteten Fusariosen Fusarium solani f. pisi, Fusarium moniliformis und Fusarium culmorum eine Hemmwirkung auf das Pilzwachstum, die nicht auf eine Chitinase-Aktivität zurückzuführen ist. Die Hemmwirkung korrelierte mit der Zunahme des Reinheitsgrades des CEF. Die agglutinierende Aktivität nach HIC, Gelfiltration und Dialyse war am wirksamsten. Die Effektivität blieb bis 42 Stunden Inkubation erhalten. Allerdings beschränkte sich die fungistatische Wirkung auf Pflanzenpathogene. Gegenüber Candida albicans trat keine Hemmung auf. Welche Struktur bzw. strukturelle Komponente für die antifungale Wirkung des Cyperus-esculentus-Faktors verantwortlich ist, bleibt allerdings weiter ungeklärt. 1. Heid-Jehn, C. (1997) Isolierung und Charakterisierung des agglutinierenden Faktors aus Cyperus esculentus und dessen antifungale Wirkung, Dissertation, Würzburg. / According to the preceding work of C. Heid-Jehn1, we isolated from the tubers of Cyperus esculentus by aqueous extraction a factor called Cyperus-esculentus-Factor (CEF). Aim of the present work was to optimize the isolation and purification, to control the purification degree and to characterize the chemical composition. Furthermore the biological activity against mycotoxin-forming fusarioses with regard to potential physiological function as constituent of the plant-defence-system against plant pathogens should be analyzed. In particular the function of the previously found silica portion should be part of the study. The isolation of the agglutinating factor from Cyperus esculentus, a once-repeated alkaline precipitation of the pH 6.4 extract, followed by gel filtration on Sephadex G-25, proved to be advantageous. This method led to a yield of 81 % and to a purification factor of 143. Attempts to purify the factor by ion-exchange-chromatography on carboxymethylcellulose did not succeed as well. First after increasing the ionic strength stepwise the CEF could be further purified by hydrophobic interaction chromatography. After pooling the relevant fractions and subsequent gel filtration on Sephadex G-10, dialysis and final freeze-drying, this method resulted in a yield of 81 % with a purification factor of 25. Thus the total purification factor was 3600 starting from the crude extract after once-repeated alkaline precipitation, HIC on Phenyl Sepharose HP, gel filtration on Sephadex G-10 and dialysis. The characterization resulted in a blood group independent agglutination of human erythrocytes with a slight preference for blood group 0. The agglutination is inhibited by D-glucosamine, D-mannosamine and D-galactosamine (concentration limit 25 mmol/ l), but neither by their acetylated forms, nor by the glycoproteins ovomucoid and asialoovomucoid (0.125 - 0.25 mg/ ml). Other oligosaccharides as far as tested are not bound by the agglutinating activity of Cyperus esculentus. The protein part was determined by the available methods to 4.25 %. The amino acids determined by amino acid analysis are arginine, alanine and phenylalanine. The Cyperus-esculentus-Factor contains hardly neutral sugars and almost no uronic acids, but amino sugars. At first the average content of 43.33 % did underline the result of my antecessor, who calculated for the organic fraction 53.25 % and an ash content of 48.7 %. The very high silica content (22 %1) however, could not be confirmed. After direct combustion and subsequent gravimetric silica determination, only 5.3 % were detected. The 29Si CP MAS NMR-spectra for the structural elucidation suggests a coordination number of four for silicon with neighbouring oxygen atoms. But this result was only obtained in one of three independent measurements, so that the amount of silicon means to be rather charge-dependent on the soil consistency and futher on the growing conditions. The total molcular weight was determined by gel filtration to be 11376 ± 1000 Da. Amino acid analysis revealed the absence of chromogenic amino acids tyrosine and tryptophan. In accordance to this, we found a exceptionally low absorption coefficient of e1%(280 nm) = 0.148. Investigations of CEF concerning its biological activity as defence substance against plant pathogens resulted in an inhibition of fungal growth for the tested fusarioses Fusarium solani f. pisi, Fusarium moniliformis and Fusarium culmorum which is not attributed to a chitinase activity. The inhibition correlated to the increase of the purification factor of CEF. The agglutinating activity after HIC, gel filtration and dialysis was the most active one. The efficiency persisted until 42 hours of incubation. The fungistatic effect, however, was limited to plant pathogens. Against Candida albicans there was no inhibition. Which structure or structural component, respectively, is responsable for the antifungal activity of the Cyperus-esculentus-Factor remains unsettled. 1. Heid-Jehn, C. (1997) Isolierung und Charakterisierung des agglutinierenden Faktors aus Cyperus esculentus und dessen antifungale Wirkung, Dissertation, Würzburg.

Zugl.: Münster (Westfalen), Univ., Diss., 2008

Ulm, Univ., Diss., 1999. / http://vts.uni-ulm.de/query/longview.meta.asp?documentid=351.

Universiẗat, Diss., 1999--Stuttgart.

Universiẗat, Diss., 2002--Jena.