This thesis deals with the isolation and structural elucidation of bioactive naphthylisoquinoline alkaloids and related analogs. The mode of action of the antiplasmodial activity exhibited by the naphthylisoquinoline alkaloids was explored and compared to that of the antimalarial drug chloroquine. Furthermore, the phase 1 and 2 metabolism of dioncophyllines A and C and dioncopeltine A were investigated. In detail the following results have been obtained: • From the leaves of the recently discovered East African liana A. tanzaniensis six naphthylisoquinoline alkaloids were isolated. • The leaves of a botanical yet undescribed Ancistrocladus species, collected by Prof. Dr. V. Mudogo in the Democratic Republic of Congo in the habitat Yeteto near the town Ikela, were analyzed for naphthylisoquinoline alkaloids for the first time. The isolation work led to the first identification of an N,C-coupled naphthyldihydroisoquinoline alkaloid; ancistrocladinium B. Phytochemical investigation of the roots of the Congolese Ancistrocladus species (habitat Yeteto), , afforded five new derivatives of known naphthylisoquinoline alkaloids, namely 5'-O-demethylhamatine, 5'-O-demethylhamatinine, 6-O-demethylancistroealaine A, 6,5'-O,O-didemethylancistroealaine A, and 5-epi-6-O-methylancistrobertsonine A, along with six known naphthylisoquinoline alkaloids. • The antiplasmodial activity guided purification of 60Co irradiated samples containing commercially available naphthylisoquinoline related substances, afforded the isolation of the irradiation products 3,4-dihydro-1-isoquinolinone, 3,4-dihydro-1-isoquinolineamine, and 1,2,3,4-tetrahydro-1,2-diazirino-isoquinoline. The compounds were found to be more active than the starting material, although only exhibiting weak antiplasmodial activity against P. falciparum. • The effect on the absorption spectrum of FPIX due to complex formation with the naphthylisoquinoline alkaloids dioncophyllines A and C, dioncopeltine A korupensamine A, and ancistrocladine was examined by a titration study. Job's plot analyses by UV-spectroscopy determined the stoichiometry for the complex formation of FPIX and naphthylisoquinoline alkaloids to be 2:1. Furthermore, the dissociation constants for the complexation with FPIX were determined for each of the naphthylisoquinoline alkaloids investigated. Dioncophylline C and dioncopeltine A were found to possess dissociation constants, which are comparable to the one reported for the antimalarial drug chloroquine. The ability of ESI to transfer noncovalent solution-phase assemblies intact into the gas phase, was conducted on solution mixtures of naphthylisoquinoline alkaloid and FPIX, as well as on mixtures of chloroquine and FPIX. The mass spectrometry analyses revealed several peaks, which corresponded to the complex formation of FPIX to the respective ligands investigated. The most interesting results obtained were the detection of peaks corresponding to the complex formation between a chelated dimer of FPIX and dioncophylline Cand of peaks corresponding to a double protonated tetramer of FPIX – consisting of two chelated -oxo dimers of FPIX – in complex formation with two molecules of chloroquine. • Two phase 1 metabolism products of dioncophylline A were identified. Coelution in combination with HPLC-MS/MS, NMR, and CD investigations assigned the major metabolic product as 5'-O-demethyldioncophylline A. The minor metabolic product was only present in small amounts, which disabled an unambiguous structural characterization of the compound. However, as deduced from the mass spectrometry analyses and exclusion of a possible metabolic oxidation product by coelution with authentic reference material, the metabolite should possess a 4-hydroxylated isoquinoline portion and is assumed to be represented by structure. Dioncophylline C and dioncopeltine A were found to be stable to phase 1 metabolism reactions caused by rat liver microsomes. / • Aus Blättern der ostafrikanischen Lianenart Ancistrocladus tanzaniensis wurden sechs Naphthylischinolin-Alkaloide isoliert, darunter Ancistrotectorilin die bereits aus A. tectorius isoliert wurde. Von einer botanisch bisher unbeschriebenen Ancistrocladus Art, gesammelt von Prof. Dr. V. Mudogo in der Demokratischen Republik Kongo bei Yeteto, in der Nähe der Stadt Ikela, wurden die Blätter i auf ihren Inhalt an Naphthylischinolin-Alkloiden phytochemisch untersucht. Dabei konnte das erste N,C gekuppelte Naphthyldihydroisochinolin-Alkaloid, Ancistrocladinium B. • Die phytochemische Untersuchung der Wurzeln der Kongolesischen Ancistrocladus Art (Fundort Yeteto) wurde ausgeführt und ergab die Isolierung von fünf unbekannten Derivaten bereits bekannter Naphthylisochinolin-Alkaloide: 5'-O-Demethylhamatin , 5'-O-Demethylhamatinin, 6-O-Demethylancistroealain A, 6,5'-O,O-Didemethylancistroealain A und 5-epi-6-O-Methylancistrobertsonine A. Parallel dazu wurden sechs bereits bekannte Naphthylisochinolin-Alkaloide identifiziert. Die bioaktivitätsgeleitete Reinigung antiplasmodialer 60Co bestrahlter Proben –kommerziel verfügbarer Naphthylisochinolin abgeleiteter Substanzen – führte zur Isolierung verschiedener Bestrahlungs-Produkte, nämlich 3,4-Dihydro-1-Isochinolinon, 3,4-Dihydro-1-isochinolineamin, und 1,2,3,4-Tetrahydro-1,2-Diazirino-Isochinolin. Die isolierten Substanzen waren jeweils aktiver als die Edukte, zeigten aber trotzdem nur antiplasmodiale Wirksamkeit im mittleren Berreich. • Die Auswirkung der Komplexbildung unterschiedlicher Naphthylisochinolin-Alkloide – Dioncophylline A und C, Dioncopeltin A, Korupensamin A, und Ancistrocladin – auf das Absorptions-Spektrum von FPIX wurde mittels eines Titrationsexperimentes, unter Anwendung von UV Spektroskopie, untersucht. Durch Job's Plot Analysen konnte so die Stöchiometrie der Komplex-Bildung zwischen FPIX und Naphthylisochinolin-Alkaloide zu 2:1 bestimmt werden. Weiterhin konnten die einzelnen Dissoziationskonstanten für die Komplexierung von FPIX mit den untersuchten Naphthylisochinolin-Alkaloiden errechnet werden. Die für Dioncophyllin C und Dioncopeltin A bestimmten Dissoziationskonstanten sind mit der in der Literatur für das antimalariale Arzneitmittel Chloroquine vergleichbar. Die Möglichkeit durch ESI nicht kovalent gelöste Komponenten intakt in die Gas-Phase zu transferieren, wurden auf Lösungs-Gemische von Naphthylischinolin-Alkaloiden und FPIX sowie auf Lösungs-Gemische von Chloroquine und FPIX angewandt. Die massenspektroskopischen Analysen ergaben mehrere Peaks, die der Komplex-Bildung von FPIX mit den einzeln untersuchten Liganden entsprachen. Die interessantesten Ergebnisse waren dabei die Entdeckung von Peaks, die die Komplex-Bildung zwischen einem chelatisierten Dimer von FPIX mit Dioncophyllin C, sowie zwischen einem doppelt protonierten Tetramer von FPIX – bestehend aus zwei chelatisierten -oxo Dimeren von FPIX – mit zwei Molkülen Chloroquine entsprachen. Zwei Phase 1 Metabolite von Dioncophyllin A konnten in Kooperation mit M. Sieber identifiziert werden. Die Struktur des Haupt-Metabolismus-Produktes konnte durch Koelution, HPLC-MS/MS, NMR und CD Untersuchungen als 5'-O-demethyldioncophyllin A bestätigt werden.

Würzburg, Univ., Diss., 2008

Our research group focusses on the isolation, structural elucidation, and synthesis of bioactive natural products, among others, the naphthylisoquinoline alkaloids from tropical lianas. This intriguing class of compounds comprises representatives with activities against, e.g. P. falciparum, the cause of Malaria tropica, against the neglected disease leishmaniasis, and, as discovered more recently, against different types of cancer cells. Based on the high potency of theses extraordinary secondary metabolites, this thesis was devoted to the total synthesis of bioactive natural products and closely related analogs. / Die bemerkenswerte Substanzklasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide enthält Wirkstoffe mit Aktivitäten gegen P. falciparum, den Erreger der Malaria tropica, gegen Leishmaniose und, wie erst kürzlich entdeckt, Wirkstoffe mit Aktivität gegenüber Zelllinien verschiedener Krebsarten. Aufgrund der hohen Wirksamkeit dieser außergewöhnlichen Sekundärmetabolite wurde die vorliegende Doktorarbeit auf die Totalsynthese bioaktiver Naphthylisochinoline und davon abgeleiteter Derivate ausgerichtet.

The indepth metabolic profiling of the crude extracts of two African Ancistrocladus species viz. A. likoko from Central Africa and A. abbreviatus from West Africa, resulted in a total of 87 alkaloids among them 54 new ones. All of the compounds were intensely elucidated by 1D and 2D NMR, HRESIMS, as well as chemical and chiroptical techniques. Among the newly discovered compounds are quinoid naphthylisoquinolines with an ortho-diketone in the naphthalene portion, nor-naphthylisoquinoline alkaloid lacking the always present methyl group at C-1, seco-(ring cleaved) naphthylisoquinolines, and a newly discovered class of natural products called the naphthylisoindolinones. Some of the compounds displayed strong antitumoral activities against human pancreatic cancer cells and leukemia cells in-vitro. / Naturstoffe aus terrestrischen, marinen und mikrobiellen Organismen werden seit langem in der Behandlung vieler Krankheiten eingesetzt.[18] Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Suche und Entwicklung neuer Arzneistoffe, da sie die Grundlage für viele der derzeit kommerziell verwendeten Medikamente darstellen.[68-70] Die Natur bleibt eine wertvolle und nachhaltige Quelle für neuartige Wirkstoffe. Der Einsatz hocheffizienter chemischer, chromatographischer und spektroskopischer Methoden für die Entdeckung neuer bioaktiver Naturstoffe ist dabei von zentraler Bedeutung. Eine vielversprechende Klasse von Naturstoffen sind die Naphthylisochinolin-Alkaloide, die weiterhin neue und wichtige Leitsubstanzen gegen verschiedene Erkrankungen wie Krebs, Malaria und AIDS liefern. Im Rahmen dieser Dissertation wurde durch eingehende Analyse ihrer Rohextrakte ein detailliertes Profil der Sekundärmetabolite zweier bislang wenig untersuchter Ancistrocladus-Arten, A. likoko und A. abbreviatus, erstellt. Dies führte zur Entdeckung einer Vielzahl an Alkaloiden (insgesamt 86 Verbindungen, darunter 53 neue Naturstoffe), und auch zu mehrere neuen NIQ-Unterklassen. Einige der Verbindungen zeigten starke zytotoxische Wirkungen gegen Krebszellen sowie antiplasmodiale Aktivitäten.

Aufbauend auf einen Datensatz von etwa 70 antimalaria-aktiven Verbindungen wurde mit Hilfe des CoMSIA-Verfahrens ein QSAR(Qantitative Structure Activity Relationship)-Modell erstellt, das in der Lage ist antiplasmodiale Aktivitäten von Verbindungen aus der Substanzklasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide vorherzusagen. Da die behandelten Strukturen ein sehr kompliziertes konformatives Verhalten aufweisen, mussten für ein möglichst flexibles Alignment (unter Verwendung von FLEXS und GASP) eigene Abläufe entwickelt werden, die schließlich weitestgehend automatisiert werden konnten. Das erstellte Modell erlaubte es darüber hinaus, die für die Aktivität verantwortlichen strukturellen Merkmale zu identifizieren und so entscheidende Anregungen zur Vereinfachung des relativ komplizierten Grundgerüsts zu geben. Die Vorschläge wurden zu einem großen Teil bereits synthetisch verwirklicht, wobei die anschließend experimentell gefundenen Aktivitäten die vorher berechneten sehr gut bestätigten. Die neu entwickelten Substanzen befinden sich derzeit im Patentprüfungsverfahren. / Based on a dataset of about 70 antimalarially-active compounds a QSAR (Qantitative Structure Activity Relationship) model to predict antiplasmodial activities of aphthylisoquinoline alkaloids was developed, using the popular CoMSIA procedure. Since the structures under interest show a quite complicated conformational behaviour, the application of flexible alignment approaches (using FLEXS and GASP) hat to be developed and could be automated to the greatest possible extend. Additionally the QSAR made it possible to identify the structural features responsible for biological activity and decisive clues to simplify some of the quite complicated structural features of the substance class could be given. Some of the proposals made could already be synthetically realized and the experimental activities found confirmed the calculated ones quite satisfactorily.

Bedingt durch ihre strukturelle Diversität und biologischen Eigenschaften sind Naturstoffe seit jeher Quelle und Inspiration für Arzneimittel vor allem im therapeutischen Bereich der Onkologie und der Infektionskrankheiten. Ihr einzigartiges pharmakologisches Potenzial wird durch die selektive Interaktion mit einer Vielzahl von Zielmolekülen hervorgerufen. Aufgrund der zentralen Bedeutung von Naturstoffen in der Entdeckung und Entwicklung von neuen Arzneimitteln sind nach wie vor die Isolierung und Strukturaufklärung, die totalsynthetische Darstellung und Derivatisierung sowie die Identifizierung der Zielmoleküle und die Aufklärung des Wirkmechanismus dieser natürlichen Wirkstoffe unabdingbar. Die kleine, aber spannende Klasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide, die ausschließlich aus den beiden Pflanzenfamilien der Dioncophyllaceae und der Ancistrocladaceae gewonnen werden, zeichnet sich mit ihren mehr als 200 Vertretern nicht nur durch ihre strukturelle Vielfalt aus, sondern zeigt vor allem pharmakologisch interessante Wirksamkeiten. Neben ausgeprägten In-vitro-Aktivitäten gegen protozoische Erreger wie Leishmanien, Plasmodien und Trypanosomen besitzen die Vertreter dieser einzigartigen Naturstoffklasse nach neuesten Untersuchungen auch vielversprechende antitumorale Aktivitäten. Für deren Weiterentwicklung zu möglichen Arzneistoffen ist es daher unabdingbar, ihr pharmakologisches Potenzial tiefergehend zu untersuchen. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklung totalsynthetischer Zugänge zu biologisch interessanten Naphthylisochinolin-Alkaloiden mit Hilfe unterschiedlicher Synthesestrategien. Ebenfalls sollten durch die Darstellung strukturell vereinfachter Derivate sowie markierter Naturstoffe in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern mögliche Zielmoleküle identifiziert und Beiträge zum Wirkmechanismus untersucht werden. / Due to their structurally diversity and biological properties, natural products have been, for a long time, a source and inspiration for drugs, especially in the therapeutic areas of oncology and infectious diseases. Their unique pharmacological potential is a result of their selective interaction with a variety of target molecules. Owing to the central role of natural products in the discovery and development of new drugs, the isolation, structural elucidation, the total synthesis and derivatization, the identification of target molecules, and investigations on the mode of action of these natural compounds are still essential. The small, yet fascinating class of naphthylisoquinoline alkaloids, which are exclusively obtained from the two plant families of Dioncophyllaceae and Ancistrocladaceae, does not only stand out due to their structural diversity with more than 200 representatives, but also shows pharmacologically interesting activities. In addition to pronounced in vitro activities against protozoan pathogens such as leishmania, plasmodia and trypanosoma, the representatives of this unique class of natural products also show promising antitumoral activities. For their further development as possible drugs, their pharmacological potential has to be investigated in more detail. The aim of the present thesis was the development of total synthetic approaches to biologically interesting naphthylisoquinoline alkaloids by means of different strategies. The synthesis of structurally simplified derivatives and of labeled natural products together with cooperation partners was also intended to identify potential targets and contribute to the mode of action.

Die Natur eröffnet mit der strukturellen Vielfalt ihrer Sekundärmetaboliten einen nahezu unerschöpflichen Pool in der Leit- und Wirkstoffsuche nach pharmazeutisch wirksamen Substanzen. Insbesondere die Alkaloide zeichnen sich durch ihre biologischen Wirksamkeiten aus. Eine noch junge, sehr vielversprechende Substanzklasse stellen die sogenannten Naphthylisochinolin-Alkaloide dar, die bislang ausschließlich in den beiden Pflanzenfamilien der Ancistrocladaceae und Dioncophyllaceae gefunden wurden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Extrakte von Ancistrocladus congolensis (A.c.), Triphyophyllum peltatum (T.p.) und Dioncophyllum thollonii (D.t.) untersucht. Hierbei gelang die Isolation und Strukturaufklärung des bereits bekannten Korupensamin A (A.c.) sowie von sechs bislang unbekannten Alkaloiden: Ancistrocongolin A-D (A.c.), Habropetalin A (T.p.) und Dioncophyllin E (D.t.). Zu dem letztgenannten wurde ein synthetischer Zugang evaluiert. Alle neu isolierten Naturstoffe wurden einer biologischen Aktivitätstestung zugeführt. Im analytischen Bereich der Arbeit gelang die vollständige Strukturzuordnung des bereits seit mehreren Jahren bekannten Tetralons Isoshinanolon, was somit nun ein einfache Analytik für die Bestimmung der absoluten Konfiguration an die Hand gibt. Des Weiteren wurde die HPLC-CD-Kopplung als schnelle und praktikable chirale on-line-Analytik an mehreren Beispielen (Phyllin, TaClo, Murrastifolin F, Cyclorocaglamid, Thalidomid) sowohl im phytochemischen als auch synthetischen Bereich eingeführt und etabliert. / Nature with its wide structural diversity of its secondary metabolites offers an almost inexhaustible source of new structures in the search for pharmaceutical active substances. Especially the alkaloids show remarkable biological activity. A young and very promising substance class are the so-called naphthylisoquinoline alkaloids, which are so far exclusively found in the two plant families of the Ancistrocladaceae and Dioncophyllaceae. In this thesis the extracts of Ancistrocladus congolensis (A.c.), Triphyophyllum peltatum (T.p.) and Dioncophyllum thollonii (D.t.) were examined. Hereby the isolation and structural elucidation of the already known korupensamine A (A.c.) and of six so far unknown alkaloids succeeded: Ancistrocongoline A-D (A.c.), habropetaline A (T.p.) and dioncophylline E (D.t.). The synthetic access to the latter was evaluated. All isolated natural products were subjected to biological testing. Regarding the analytical field, the entire identification of the absolute configuration of the tetralone isoshinanolone was achieved, which gives a simple chiral analytical method at hand to determine the absolute configuration. Furthermore, the HPLC-CD coupling was successfully introduced to phytochemical as well as chemical analysis. This was demonstrated with several examples (phylline, TaClo, murrastifoline F, cycloracaglamide, thalidomide), establishing this technique as a fast and practicable chiral on-line analytic device.

Würzburg, Univ., Diss., 2008

Univ., Diss., 2004--Würzburg.

Herein described are the isolation, structural elucidation, and biological evaluation of highly thrilling monomeric and dimeric new naphthylisoquinoline alkaloids from A. ealaensis. The separation, chiral resolution, and characterization of a series of stereoisomeric 2,3-dihydrobenzofuran neolignans are also reported. The analytical and phytochemical analysis on two Congolese antimalarial herbal drugs is part of the last chapter of the results. In this last case, major concerns on widely used Congolese herbal drugs are discussed. / Im Rahmen dieser Dissertation werden Einblicke in die strukturelle Vielfalt und das therapeutische Potenzial von pflanzlichen Sekundärmetaboliten gewährt