Universiẗat, Diss., 2004--Tübingen.

Priority tasks of the present thesis were to generate various enantiopure C-3-substituted pyroglutamates as well as C-3-substituted glutamates, and furthermore to ameliorate the serious drawback of the bad atom-economy in the reaction sequence of previously published silylether-mediated procedures. To meet these requirements, the ortho ester functionality (OBO ester) developed by Corey was introduced. According to the plan of synthesis, the starting material, non-racemic (S)-pyroglutamic acid, was converted to the corresponding oxetane ester via a DCC-mediated esterification. The latter was N-protected to provide N-acceptor substituted pyroglutamic acid oxetane esters (Acceptor=Boc,Cbz,CO2Me). After rearrangement with boron trifluoride, the ortho ester derivatives (Acceptor=Cbz,CO2Me) were at hand and exclusively the N-Cbz derivative was converted to the corresponding alpha,beta-unsaturated lactam via a syn-elimination reaction. The formation of the C-3-substituted ortho ester compounds (R=methyl,ethyl,butyl,allyl,phenyl,4-chlorophenyl,biphenyl,naphthyl) was performed via a copper-mediated conjugate addition to the alpha,beta-enone system of the N-Cbz-alpha,beta-unsaturated lactam. The OBO functionality hence was envisaged to support perfect trans selectivity in this cuprate addition to the Michael system of the N-Cbz-alpha,beta-unsaturated lactam. Spectroscopic NMR-data, on the basis of 1H-, 13C- and DEPT spectra, proved the assumption that the C-3-substituted ortho ester derivatives exclusively are trans-configurated, i.e. the alkyl derivatives (R=methyl,ethyl,butyl,allyl) are (2S,3S)-configurated and the aryl derivatives (R=phenyl,4-chlorophenyl,biphenyl,naphthyl) are (2S,3R)-configurated). The C-3-substituted ortho ester derivatives were completely deprotected to yield the C-3-substituted pyroglutamates (R=ethyl,phenyl,4-chlorophenyl,naphthyl). Finally, ring opening reaction via route A-2 lead to the desired enantiopure C-3-substituted glutamates. Alternatively, latter preferably were reacted via route A-1 to yield the C-3-substituted glutamates (R=methyl,ethyl,butyl,phenyl,4-chlorophenyl,naphthyl). Their (2S,3R)-configuration (R=aryl) and (2S,3S)-configuration (R=alky), respectively, unambiguously was proved on the basis of available spectroscopic NMR-data. To ensure this assumption, diastereomeric (2S,3R)-3-methyl glutamic acid (i.e. cis-configurated) examplarily was synthesized via route A-3 and spectroscopic NMR-data was compared to that of (2S,3S)-3-methyl glutamic acid (i.e. trans-configurated). Conclusively, there can be recorded the fact that the serious drawback of the bad atom-economy in the reaction sequence previously used can be circumvented by the introduction of the OBO functionality, so the concept of an improved atom-economy is achieved. Additionally, in comparison to the silyl-ether-mediated synthesis, the OBO functionality provided crystalline ortho ester derivatives, which facilitated their purification as well as characterization. / Schwerpunkte dieser Arbeit lagen in der Synthese verschiedener enantiomerenreiner C-3-substituierter Pyroglutamate als auch Glutamate und desweiteren darin, die unzulängliche Wirtschaftlichkeit der bereits bekannten Silylether-vermittelten Methode zu verbessern. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde die von Corey entwickelte Orthoester-Funktionalität (OBO Ester) eingeführt. Dem Syntheseplan entsprechend wurde die Ausgangskomponente, nicht-razemische (S)-Pyroglutaminsäure, über eine DCC-vermittelteVeresterung zum entsprechenden Oxetanester umgesetzt. Dieser wurde daraufhin N-geschützt, wobei die N-Akzeptor-substituierten Pyroglutaminsäureoxetanester(Akzeptor=Boc,Cbz,CO2Me) erhalten wurden. Nach der Umlagerung dieser Ester mit Bortrifluorid wurden die Orthoester-Derivate (Akzeptor=Cbz,CO2Me) erhalten, wobei sich ausschliesslich das N-Cbz Derivat über eine syn-Eliminierungsreaktion zum entsprechenden alpha,beta-ungesättigten Lactam umsetzen liess. Die C-3-substituierten Orthoester-Derivate (R = Methyl,Ethyl,Butyl,Allyl,Phenyl,4-Chlorphenyl,Biphenyl,Naphthyl) wurden über eine kupferkatalysierte 1,4-Addition an das alpha,beta-Enon-System des alpha,beta-ungesättigten Orthoester-Derivats erhalten. Hiebei war zu erwarten, dass die OBO-Funktionalität ausschliesslich trans-Selektivität bei der Cuprat-Addition an das Michael System dieses Derivats gewährleistet. 1H-, 13C- und DEPT-Spektren und die daraus erhaltenen Daten lieferten den Beweis, dass die C-3-substituierten Orthoester-Derivate ausschliesslich trans-Konfiguration aufwiesen, d.h. die Alkylderivate (R=Methyl,Ethyl,Butyl,Allyl) sind (2S,3S)-konfiguriert bzw. die Arylderivate (R=Phenyl,4-Chlorphenyl,Biphenyl,Naphthyl) (2S,3R)-konfiguriert. Die C-3-substituierten Orthoester-Derivate wurden vollständig entschützt, um die C-3-substituierten Pyroglutamate (R=Ethyl,Phenyl,4-Chlorphenyl,Naphthyl) zu erhalten. Schliesslich führte eine Ringöffnungsreaktion über Route A-2 zu den gewünschten enantiomerenreinen C-3-substituierten Glutamaten. Alternativ wurden diese Glutamate (R=Methyl,Ethyl,Butyl, Phenyl,4-Chlorphenyl,Naphthyl) auf eine einfachere Art und Weise über Route A-1 aus den entsprechenden C-3-substituierten Orthoester-Derivaten gewonnen. Deren (2S,3R)-Konfiguration (R=aryl) bzw. (2S,3S)-Konfiguration (R=alkyl) wurde anhand verfügbarer spectroskopischer NMR-Daten überprüft. Um diese Vermutung zu untermauern, wurde beispielhaft (2S,3R)-3-Methylglutaminsäure (i.e. cis-konfiguriert) über Route A-3 synthetisiert und deren spectroskopische NMR-Daten mit denen von (2S,3S)-3-Methylglutaminsäure (i.e. trans-konfiguriert) verglichen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Nachteil der unzulänglichen Wirtschaftlichkeit früherer Synthesen durch die Einführung der OBO-Funktionalität umgangen werden kann, so dass letztendlich das Konzept einer verbesserten „atom-economy“ erreicht wurde. Zusätzlich lieferte die OBO-Funktionalität im Vergleich mit Silylether-Synthesen den Vorteil kristalliner Orthoester-Produkte, was sowohl die Aufarbeitung als auch deren Charakterisierung erleichterte.

Das Phänomen der Axialchiralität von Biarylverbindungen wurde erstmalig 1922 beschrieben. Jedoch wurde die Suche nach stereoselektiven Zugangswegen zu dieser Stoffklasse lange Zeit vernachlässigt, obwohl derartige Verbindungen außergewöhnliche pharmakologische Aktivitäten aufweisen und das Strukturelement der rotationsgehinderten Biarylachse in immer mehr chiralen Liganden, Auxiliaren und Reagenzien als stereogenes Element auftritt. Im Arbeitskreis Bringmann gelang durch die Entwicklung der 'Lacton-Methodik' ein konzeptionell völlig neuartiger Zugang zu rotationsgehinderten und somit optisch aktiven Biarylen. Dieses Verfahren ist einzigartig, da es die beiden entscheidenden Reaktionsschritte, die Bildung der Biarylbindung sowie die Festlegung der Stereochemie, zeitlich voneinander separiert, was eine unabhängige Optimierung erlaubt. Die entscheidenden Schlüsselintermediate sind die konfigurativ noch nicht festgelegten Biaryllactone, welche nach Vorfixierung der beiden molekularen Hälften und mittels einer Esterbrücke durch eine intramolekulare Kreuzkupplung erhalten werden. Diese Lactone sind nicht flach, sondern liegen in einem Gleichgewicht als racemische Mischung ihrer beiden atropisomeren Formen vor. Aus diesem Gleichgewicht ist es möglich, mittels chiraler Nucleophile im Sinne einer dynamisch kinetischen Racematspaltung unter externer Stereoinduktion konfigurativ stabile Biaryle in atropisomerenreiner Form zu erhalten. In dieser Dissertation wurde das oben beschriebene Syntheseprinzip zur Synthese einer Reihe axialchiraler P,N- und Phosphinliganden genutzt. Des weiteren wurde die Etablierung von Zugangswegen zu dreifach axialchiralen tripodalen Liganden mit unterschiedlicher Topologie erreicht. Das katalytische Potential dieser verschiedenen Auxiliare wurde in einigen gängigen Testreaktionen wie Hydrosilylierungen, asymmetrischen Diethylzink-Additionen und atropselektiven Suzuki-Kupplungen evaluiert. / Even though the phenomenon of axial chirality of biaryls was discovered in 1922, the obvious need for an atroposelective access to this class of compounds was neglected for a long time, in spite of the fact that many of these compounds show remarkable biological activities and the biaryl axis is often used as stereogenic element in chiral ligands, auxiliaries, and reagents. In our working group the development of the 'lactone method' led to a conceptionelly novel approach for the construction of biaryl axes with restricted rotation, and, hence, to optically active biaryls. Key intermediatiates are biaryl lactones, which are obtained by intramolecularly cross-coupling after the two reaction partners have been prefixed by an ester bridge. Surprisingly, these lactones are not flat, but are racemic mixtures of their atropo-enantiomers. The preparation of configurationally stable biaryls in their enantiomerically pure form can be achieved by a ring opening reaction with a chiral nucleophile, in the sense of a dynamic kinetic resolution. In this thesis, the synthetic principle described above was used for the atroposelective synthesis of P,N-ligands and phosphine ligands. Furthermore, a synthetic pathway for the construction of C3-symmetric tripodal ligands with three axially chiral subunits and varying topologies was established. In addition the catalytic potential of these ligands was evaluated in model reactions, such as hydrosilylations, asymmetric Et2Zn-additions, and atroposelective Suzuki cross-couplings.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde unter Verwendung des 'Lacton-Konzeptes' ein stereoselektiver Zugang zu einem konfigurativ stabilen AB-Biarylfragment von Vancomycin geebnet, wobei verschiedene Schutzgruppenstrategien verfolgt wurden. Weiterhin gelang eine erste, zudem atropselektive Totalsynthese von Knipholon und verwandten Phenylanthrachinonen, die den ersten stereoselektive Zugang zu Biarylanthrachinonen im allgemeinen darstellt. Schließlich wurden neuartige natürlich vorkommende Phenylanthrachinone entdeckt und deren Strukturen aufgeklärt. / During this thesis using the 'lacton concept' a stereoselective approach to the AB biaryl fragment of vancomycin was established requiring the study of different protective group strategies. In addition, a first, moreover atroposelective total synthesis of knipholone and related phenylanthraquinones was achieved, which presents the first stereoselective approach to biarylanthraquinones in general. Finally new types of natural phenylanthraquinones were discovered and their structures elucidated.

Tübingen, Univ., Diss., 2008.

Tübingen, Univ., Diss., 2001.

Würzburg, Univ., Diss., 2002.

Einleitung: Die α-Hydroxycarbonsäuren 2 sind nicht nur wichtige chirale Bausteine für die organische Synthese,[20–25] sondern ebenfalls für den Menschen von großer Bedeutung aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungen in der Lebensmittelbranche, Kosmetikindustrie und Medizin.[13–15] Aus diesen Gründen ist ein effizienter Zugang auch zu enantiomenreinen Säuren 2 notwendig. Viele natürlich vorkommende Vertreter sind aus dem chiral pool isolierbar, doch gerade für wissenschaftliche Zwecke sind häufig spezielle Strukturen von Interesse, die nur synthetisch darstellbar sind. Deshalb wurden, basierend auf unterschiedlichen Ansätzen, zahlreiche stereoselektive Routen zu α-Hydroxycarbonsäuren 2 entwickelt.[26–79] Eine schnelle und zugleich breit anwendbare Methode, 2 durch Hydroxylierung unfunktionalisierter Carbonsäuren 20 zu synthetisieren, sucht man jedoch vergebens. Das Ziel des ersten Teils dieser Arbeit bestand in der Entwicklung einer stereoselektiven Eintopfsynthese zur α-Hydroxylierung α-unfunktionalisierter Carbonsäurederivate 20 ... Fazit: Mit der MHACU von chiralen O-acylierten Oxazolin-N-oxiden (S)-37 wurde eine schnelle und einfache Eintopf-Synthese für α-Acyloxyoxazoline (S,S)-39, α-Hydroxymethylester (S)-30 und -säuren (S)-2 ausgehend von unfunktionalisierten Orthoestern 29 erarbeitet, die exzellente Diastereomeren- und Enantiomerenüberschüsse erlaubt (94–98% de/ee). Einleitung zum zweiten Teil der Arbeit: L-Prolin [(S)-222] gilt als einer der bedeutendsten Organokatalysatoren überhaupt und besticht durch seine strukturelle Einfachheit und seine erstklassigen katalytischen Eigenschaften.[230–232] Zudem stehen bei keinem zweiten Katalysator die materielle Verfügbarkeit und die chemische Anwendbarkeit in einem so idealen Verhältnis. Für einen Grundlagenforscher ist es daher eine besonders interessante Aufgabe, strukturelle Merkmale von L-Prolin [(S)-222] mit Erkenntnissen aus mechanistischen Untersuchungen zu verschmelzen, um so neue, noch leistungsstärkere Katalysatoren zu entwickeln. Fazit: Die vorgelegten Konzepte zur Verbesserung der Reaktivität von Pyrrolidin-basierten Katalysatoren erschienen zwar aussichtsreich, jedoch lieferten die bisherigen Umsetzungen noch keine brauchbaren Ergebnisse. Die in diesem Rahmen synthetisierten Aminosäuren und Isoxazolidine besaßen nur sehr geringe katalytische Aktivitäten. Weitere Arbeiten, zum Beispiel Veränderungen an den Katalysatorstrukturen, sind nötig, um eine erfolgreiche Umsetzung dieser Konzepte noch zu realisieren. / Introduction: α-Hydroxy carboxylic acids 2 are not only important building blocks in organic chemistry,[20–25] they are also of high interest for humanity because of their manifold applications in food, cosmetic, and medical industry.[13–15] For these reasons, an efficient access to enantiomerically enriched acids 2 is necessary. Many naturally occurring α-hydroxy acids are accessible from the chiral pool, but more special structures have to be prepared by chemical synthesis. Hence, quite a number of stereoselective procedures has been developed for the preparation of α-hydroxy carboxylic acids 2,[26–79] but a quick and highly substrate tolerant method for the direct hydroxylation of α-unfunctionalized carboxylic acids does not yet exist. The aim of the first part of this work was the development of a stereoselective one-pot procedure for the α-hydroxylation of α-unfunctionalized carboxylic acid derivatives 20. This method had to be optimized in termes of yield and stereoselectivity, and also the substrate tolerance had to be studied. An extension to a variable α-functionalization of 20, giving, for example, α-amino acids 8, was planned. Conclusion: A fast and substrate tolerant one-pot procedure to oxazolines (S,S)-39 and α-hydroxy methyl esters (S)-30 and acids (S)-2 from unfunctionalized ortho esters 29 has been developed, using a highly stereoselective (94–98% de/ee) MHACU of O-acylated oxazoline-N-oxids (S)-37 as the key step. Introduction of the 2. part: L-Proline [(S)-222] is probably the most important organocatalyst known so far because of its structure simpleness and its brilliant catalytic qualities.[230–232] There is not any other catalyst that is so easily available and, at the same time, so broadly applicable. It is therefor a very interesting task for a scientist to combine the structural properties of L-proline [(S)-222] with the up-to-date knowlegde from mechanistic studies and to develop new, more powerful catalysts. Conclusion: The presented concepts, targeting an improvement of the reactivity of pyrrolidine-based catalysts, were promising, but any convincing results were not achieved so far, since the synthesized amino acids and isoxazolidines possessed an insufficient catalytic potential. Further attempts, in particular further modifications in the compounds' structures, are necessary to successfully realize this project.

Die Einleitung gibt einen kurzen Überblick über die Bedeutung von Piperidinalkaloiden und im speziellen wird kurz auf das pharmakologische Potential mariner Piperidinalkaloide eingegangen. Anschließend wird die Substanzklasse der „Pseudodistomine“ vorgestellt, gefolgt von einer Übersicht bereits literaturbekannter Synthesemöglichkeiten. Das primäre Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines neuen stereoselektiven Zugangs zum all cis substituierten Grundkörper der Pseudodistomine C und E über die Kaskade einer Tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition. Weiterhin sollten Möglichkeiten ausgelotet werden, um hieran die Seitenkette des Pseudodistomins E aufbauen zu können, um erstmals eine Totalsynthese dessen zu ermöglichen. / The introduction gives a short overview of the importance of piperidine alkaloids and especially of the pharmacological potential of marine piperidine alkaloids. Then the „pseudodistomines“ are introduced, followed by a summary of established possibilities of their syntheses. On the one hand the primary aim of the work was the deployment of a new stereoselective synthetic pathway to the all cis substituted heterocyclic core of the Pseudodistomin C and E via a cascade of the „tandem Wittig-[3+2]-cycloaddition reaction“. Further on there were different possibilities evaluated to lock the side chain of the Pseudodistomine E to the heterocyclic core, in order to allow the first total synthesis.

Universiẗat-Gesamthochsch., Diss.--Paderborn, 1996.