Univ., Diss.--Würzburg, 1999. / Nebent.: Synthese und Isolierung von Naturstoffen aus tropischen Heilpflanzen.

University, Diss.--Kaiserslautern, 2000.

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.

Thesis (doctoral)--Swedish University of Agricultural Sciences, 2000. / Thesis based on 5 papers, which are included in the volume. Includes bibliographical references.

Würzburg, Univ., Diss., 2003.