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, Diss., 2006--Würzburg.

Das Ziel dieser Arbeit war es, eine im Arbeitskreis entwickelte Methode zur Darstellung von unterschiedlich substituierten -Aminopiperidinen zu etablieren und zu verifizieren, indem unser Konzept einer Tandemreaktion zum Einsatz kommen sollte. Diese Reaktionssequenz sollte anschließend zur Totalsynthese von Microconin, einem aus Microcos paniculata isoliertem Alkaloid, genutzt werden. Den ersten Schritt in Richtung -Aminopiperidinderivate machte die Veresterung von L-Pyroglutaminsäure. Nach der Reduktion des Methylesters erfolgte die Aktivierung der Hydroxyfunktion des Alkohols in Form des Tosylats. Die Azideinführung resultierte aus einer nucleophilen Substitutionsreaktion, anschließend daran wurde der Lactam-Stickstoff mit Boc2O und einer katalytischen Menge DMAP geschützt. Das Lactam ist durch den Elektronenakzeptor aktiviert, so dass die Ringöffnung zum Methylester unter sehr milden Bedingungen und ohne weiteren Reinigungsschritt erfolgen konnte. Die Aminofunktion musste mit einer zweiten Schutzgruppe blockiert werden, die anschließende selektive Reduktion mit DiBAl-H in trockenem Ether verlief problemlos und lieferte mit dem Aldehyd das Edukt für Olefinierungen mittels verschiedener Wittig-Reaktionen. Dafür wurden stabilisierte Phosphonate hergestellt und in einer HWE-Reaktion mit dem Aldehyd umgesetzt. Die resultierenden elektronenarmen Olefine gingen dann die intramolekulare Cycloaddition mit dem Azidsubstituenten ein und bauten so den Grundkörper der -Aminopiperidinderivate in einer Reaktionssequenz auf, die wir als Tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition bezeichnen. Die Bildung der primären Triazoline erfolgte stereoselektiv, die Geschwindigkeit der Cycloaddition hing sowohl vom konjugierten Olefinsubstituenten als auch vom vicinalen Substituenten der Azidfunktion ab. Die Konfigurationsbestimmung erfolgte mittels NMR-Spektroskopie durch Analyse der Kopplungskonstanten und NOE-Messungen. Die asymmetrische Induktion der Cycloaddition konnte direkt für die Stereochemie am Piperidinring genutzt werden, indem, nach basischer Triazolin/Diazoamin Isomerisierung, gleich das Diazoamin hydriert wurde. Die Hydrierung der vinylogen Urethane, den Produkten aus der rhodiumkatalysierten Stickstoffextrusion, lieferte ein Diastereomerengemisch, wobei das Verhältnis der Diastereomere hauptsächlich vom Substitutionsgrad des exocyclischen Amins abhängig war. Überraschenderweise fand beim Sulfontriazolin keine Isomerisierung zum Diazoamin statt, daher musste für die Darstellung der Sulfonylmethyl--aminopiperidine eine alternative Route über ein Ketosulfon beschritten werden. Die Synthese von Microconin begann mit der Desoxygenierung von L-Rhamnose durch die sog. Fischer-Zach-Reaktion. Das Rhamnal wurde in einer drei Stufen Eintopfreaktion erhalten und mittels Perlinhydrolyse in den offenkettigen Aldehyd umgewandelt. Die Aktivierung der Hydroxyfunktion als Mesylat resultierte in einer äußerst empfindlichen Verbindung, die nur durch Verwendung des Lindlar-Katalysators mit zufrieden stellenden Ergebnis zum aliphatischen Aldehyd reduziert werden konnte. Eine bimolekulare nucleophile Substitutionsreaktion lieferte bei der Azideinführung zur Schlüsselverbindung sowohl die benötigte funktionelle Gruppe als auch die benötigte Inversion der Konfiguration. Die Tandem HWE-[3+2]-Cycloadditions-Reaktion führte auch bei dem Sulfontriazolin in eine Sackgasse, weshalb wieder eine alternative Syntheseroute eingeschlagen werden musste. Ausgehend von derselben Schlüsselverbindung gelang dies durch eine zinnkatalysierte Umsetzung mit stabilisierten Diazomethan zum Ketosulfon. Der Aufbau des Piperidin-Heterocyclus konnte dann wieder über eine intramolekulare Imin-Bildung des intermediären Amins mit dem Keton erzielt werden. Die diastereoselektive Hydrierung verlief unter Wasserstoffaddition von der sterisch weniger gehinderten -Seite und Ausbildung des all cis Substitutionsmusters. Nach dem erfolgreichen Aufbau des Heterocyclus mussten noch die beiden Heteroatome methyliert werden. Dabei wurden die besten Ergebnisse am Ringstickstoff mit der reduktiven Aminierung erzielt. Bei der anschließenden Abspaltung der Acetylgruppe zeigte sich erstmals, dass das Substitutionsmuster am Piperidinring nicht konfigurationsstabil war, da neben dem erwarteten Alkohol auch das Diastereomer isoliert wurde. Die genaue Ursache für die Epimerisierung nach der N-Methylierung konnte nicht geklärt werden. Die Einführung des Methoxy-Substituenten am Grundkörper erfolgte über eine Williamsonschen Ethersynthese. Bei den Versuchen zur Kupplung des Grundkörpers mit der Seitenkette 2,4-Nonadienal erwies sich der Zusatz von HMPT als förderlich. Weiterhin konnte die Ausbeute an -Hydroxysulfonen durch das Erwärmen der Reaktionsmischung gesteigert werden. In den Folgeschritten der Julia-Olefinierung blieben die Versuche zur Ausbildung der dreifach ungesättigten Struktureinheit in der Seitenkette des isolierten Naturstoffs jedoch erfolglos. / The aim of this work was to establish and verify a route to differently substituted and easy modifiable -amino piperidines using the tandem reaction concept established in our work group. This concept should then be used for the total synthesis of Microconin (3), an alkaloid of Microcos paniculata. In the first step to -amino piperidines L-pyroglutamic acid was converted to its methyl ester according to a modified literature procedure. The reduction of the ester was followed by the activation of the alcohol as its tosylate. The incorporation of azide was achieved by nucleophilic substitution and the lactam moiety was protected using Boc2O and a catalytic amount of DMAP. Protection by an electron acceptor activates the lactam functional group so ring opening with methoxide occurred smoothly at room temperature to yield the azidoester without further purification. The amino function had to be blocked by introduction of a second protecting group, selective reduction in anhydrous ether employing DiBAl-H performed without surprise and resulted in the aldehyde as starting material for olefinations by Wittig type reactions. Several stabilised phosphonates were synthesised and reacted with the aldehyde in the HWE-reaction. The electron poor olefins underwent intramolecular azide cycloaddition building up the -amino piperidine scaffold in a sequence we call tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition. The primary triazoline formation is often diastereoselective whereas the reaction rate depends on the conjugated olefine substituent as well as on stereoelectronic effects caused by the vicinal azido functional group. The resulting configuration was determined by NMR-spectroscopy using analysis of coupling constants and NOESY-techniques. Asymmetric induction in the cycloaddition can be utilised in the piperidine heterocycle after basic triazolin/diazoamine isomerisation and subsequent hydrogenation of the diazo compound. Hydrogenation of the vinylogous urethanes, products of the Rhodium mediated extrusion of nitrogen, lead to a diastereomeric mixture, whereas the diastereomeric ratio depended mostly on the substitution grade of the exocyclic amine. Surprisingly, the isomerisation of sulphono triazoline to the corresponding diazo amin did not happen, so an alternative approach over a ketosulphone to the sulfonylmethyl -amino piperidines had to be found. The synthesis of micrconine started with the deoxygenation of L-rhamnose in a Fischer-Zach reaction. The rhamnal was synthesised in a three step one pot reaction and the ring was opened by Perlin hydrolysis to the aldehyde. Activation of the hydroxyl function as a mesylate resulted in a very unstable compound, witch could only be reduced to the aliphatic aldehyde with sufficient results using the Lindlar catalyst. A bimoleculare nucleophilic substitution reaction of mesylate by azide led to the key intermediate with the necessary inversion of configuration. The tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition led with the sulphon triazoline in a dead end road. Therefore, an alternative synthetic route had to be found again. Starting from the key intermediate, the solution was a tin catalysed reaction with stabilised diazomethane leading to the ketosulphone. The construction of the heterocyclic piperidine core could then be accomplished by an intramoleculare imine formation of the amine intermediate with the ketone. Addition of hydrogen in the diastereoselective hydrogenation took place from the less hindered  face and resulted in an all cis configuration of the molecule. After successful creation of the heterocyclic frame, both hetero atoms had to be methylated. Best results at the ring nitrogen gave reductive aminations. That the substitution pattern of the piperidine heterocycle was configurationally unstable was observed the first time at the following deacetylation by isolating the diastereomeric alcohol besides the desired. The exact reason for the epimerisation after N-methylation could not be evaluated. The last step to the heterocyclic scaffold was the introduction of the methoxy function by a variant of the Williamson ether synthesis. In the coupling reactions of the piperidine core with the side chain unit 2,4-nonadienal the addition of HMPA proofed to be very effective. The yield of -hydroxysulphones could be further improved by slowly warming of the reaction mixture to room temperature. The following steps of the Julia-Olefination to build up the olefinic substructure in the side chain of the isolated natural compound remained without success.

Ziel dieser Arbeit war es die Tandem-Wittig-1,3-dipolare Cycloaddition auf a-Hydroxyurethanderivate zu übertragen und so chirale, nichtracemische b-Amino-piperidylacetatderivaten in möglichst hoher Diastereomerenreinheit darzustellen. Diese Aminopiperidinderivate sollten mit 5-Chloro-2-methoxy-4-methylamino-benzoesäure gekoppelt werden, um die pharmakologische Wirksamkeit zu testen. Als Ausgangssubstanz wurde L-Pyroglutaminsäure (59) verwendet. Über eine dreistufige literaturbekannte Synthese wurden die beiden Halogenpyrrolidinon-derivate 62 und 63 hergestellt. Diese wurden über SN2-Reaktionen mit Natriumazid zu dem Azidopyrrolidinon 64 umgesetzt und durch die Einführung einer Boc-Schutzgruppe in die Verbindung 65 überführt. Die Hydroxyurethanderivate 66 erhält man auf zwei unterschiedlichen Wegen. Zum einen auf dem direkten Weg über eine DiBAl-H-Reduktion von 65 und zum anderen über eine Ringöffnung von 65 mit Natriummethanolat zu 68 und anschließender DiBAl-H-Reduktion. Mit 66 wurden das erste Mal a-Hydroxyurethanderivate einer Tandem Wittig 1,3-dipolaren Cycloaddition unterworfen. Man erhielt unter Essigsäurekatalyse ein Produktgemisch aus dem a,b-ungesättigten Ester 74, dem Triazolin 75 und dem Diazoester 76. Der isolierte a,b-ungesättigte Ester 74 konnte teilweise unter Essigsäaurekatalyse erneut zu den Cycloadditionsprodukten umgesetzt werden. Die Gleichgewichtseinstellung zwischen dem Triazolin 75 und dem Diazoester 76 konnte mit Triethylamin zugunsten des Diazoesters 76 verändert werden. Die Wittigreaktion verläuft unter thermodynamischer Kontrolle stereoselektiv zum E-konfigurierten a,b-ungesättigtem Ester 74. Auch die 1,3-dipolare Cycloaddition verläuft in einem äußerst hohem Maße diastereoselektiv. Durch 1H-NMR-spektroskopische Untersuchungen konnte man die Konfiguration der Cycloadditionsprodukte mit trans bestimmen. Eine Erklärung für die Stereoselektivität der 1,3-dipolaren Cycloaddition liefert die Betrachtung der sterischen und elektronischen Eigenschaften zweier hypothetischer sesselförmiger Konformere des a,b-ungesättigten Esters 74. Über eine katalytische Hydrierung des Diazoesters 76 konnte man einen sehr guten Zugang zu den trans-konfigurierten Piperidylacetaten 2R-78 etablieren. Das andere Diastereomer 2S-78 sollte nach Stickstoffextrusion aus 76 durch diastereoselektive Hydrierung des vinylogen Urethans 80 erhalten werden. Überraschenderweise entstand auch hier 2R-78 als Hauptprodukt. 2S-78 konnte nur als Nebenprodukt isoliert werden. Über eine reduktive Aminierung konnte man eine Methylgruppe am Ringstickstoff von 2R-78 bzw. 2S-78 einführen und erhielt 2R-81 bzw. 2S-81. Mit Moc2O konnte man die beiden Diastereomere 2R-78 und 2S-78 in die geschützten Piperidinderivate 2R-82 und 2S-82 überführen. Die Moc-geschützte Verbindung 2R-82 erhielt man außerdem über eine Synthese des Moc-geschützten Diazoesters 83 und anschließender katalytischen Hydrierung. Nach Abspalten der Boc-Schutzgruppe durch eine Umsetzung der Piperidine 2R-81 bzw. 2S-81 mit methanolischer Salzsäure konnte man die Dihydrochloride 2R-87 bzw. 2S-87 isolieren. Die freien Amine 2R-88 bzw. 2S-88 erhielt man nach Ausschütteln mit gesättigter Natriumcarbonatlösung. Die Piperidylacetate 2R-88 und 2S-88 konnten mit dem Benzoesäurederivat 79 über eine Amidkopplung verbunden werden. Diese Synthese war sowohl über den von GMEINER benutzten Weg, als auch über die Methode von MOHAPATRA und DATTA erfolgreich. Mit 2R-94 und 2S-94 konnten die ersten Nemonaprid-Analoga, die ein a-Aminopiperidingrundgerüst enthalten, dargestellt werden (Schema 47 und Schema 48). Das Piperidylacetat 2R-88 konnte man mit Lithiumaluminiumhydrid zu dem Piperidylethanol 99 umsetzten. / The goal of this studies was to apply the tandem-Wittig-1,3-dipolar cycloaddition to cyclic acceptor substituted a-hydroxyurethanes. Chiral, non racemic 2-alkyl-5-aminopiperidines should be accessible in high diastereomeric excess by using this reaction. The a-aminopiperidine derivatives should be reacted with 5-chloro-2-methoxy-4-methylaminobenzoic acid to the amides and the pharmacological activities of the achieved compounds should be tested. L-pyroglutamic acid was used as a starting material. The synthesis of the key intermediate 66 starts with a three step reaction sequence to the halogenopyrrolidine derivatives 62 and 63. The introduction of azide functionality by nucleophilic substitution to the azidopyrrolidine derivative 64 followed by the protection of the amide group with Boc2O yielded 65. The hydroxyurethane derivative 66 was obtained in two different ways, namely directly by using a DiBAl-H reducing of 65 and on the other hand by ring opening reaction of 65 with sodium methoxide to 68 followed by a DiBAl-H reduction. For the first time the a-hydroxyurethanes 66 as starting material for the tandem-Wittig-1,3-dipolar cycloaddition reaction was applied. A product mixture of the a,b-unsaturated azido ester 74, the triazoline 75 and the diazo ester 76 was achieved by using acetic acid as a catalyst. A mixture of the cycloaddition products could be obtained again by treatment of the isolated a,b-unsaturated azido ester 74 with acetic acid. Rearrangement of the triazoline 75 to the corresponding diazo ester 76 was achieved by addition of triethylamine. Only the E-configurated compound 74 was obtained. This leads to the conclusion that the Wittig reaction is under thermodynamic control. The cycloaddition shows excellent diastereoselectivity. By using 1H-NMR-spectroscopy the trans-configurated cycloaddition product as the single isomer were determined. An explanation for the diastereoselectivity of the 1,3-dipolar cycloaddition is given by a consideration of the steric and electronic properties of two open chain products namely the a,b-unsaturated azido ester 74. An efficient synthetic pathway to the piperidine derivative 2R-78 was established by catalytic hydrogenation of the diazo ester 76. The other diastereomer should be obtained by Rh-mediated extrusion of nitrogen and distereoselective hydrogenation of the vinylogous urethane 80. To our surprise the piperidine derivative 2R-78 was the main product. 2S-78 could only be obtained as the minor stereoisomer. A reductive amination was the most efficient way to introduce a methyl group to the ring nitrogen atom. Introducing Moc2O lead to the protected piperidine derivatives 2R-82 and 2S-82. The protected piperidine derivative 2R-78 was also obtained by the synthesis of the Moc-protected diazo ester 83 and following hydrogenation. After cleavage of the Boc-protecting groups with methanolic hydrogen chloride the dihydrochlorides 2R-87 and 2S-87 were obtained. The free amines 2R-88 and 2S-88 could be coupled with the benzoic acid derivate 79 by using different coupling methods e.g. the method of MOHAPATRA and DATTA. For the first time with 2R-94 and 2S-94 Nemonaprid analogous, which include a ƒÒ-aminopiperidine structure, were obtained.

Die Pseudodistomine gehören zu den ersten Piperidinalkaloiden marinen Ursprungs, die 1987 von Ishibashi et al. aus der Tunikate (Ascidie) Pseudodistoma kanoko isoliert wurden. Aus der gleichen Tunikate wurde 1995 das Pseudodistomin C isoliert. Die amphiphilen Piperidinalkaloide zeigen eine Antitumor-Aktivität gegen bestimmte Mäuseleukämiezellen, wobei Pseudodistomin C auch eine Cytotoxizität gegen menschliche HeLa-abgeleitete Krebszellen KB aufweist. In der Einleitung wird ausführlich auf Vorkommen, Struktur, Biogenese, pharmakologische Perspektiven und literaturbekannten Synthesen dieser amphiphilen Piperidin-Alkaloide eingegangen. Im Hauptteil wird zunächst eine gescheiterte Synthese ausgehend von D-Ribose über das Konzept einer Tandem Wittig-[3+2]-Cycloaddition beschrieben. Daraufhin wird ein völlig neuer Syntheseweg vorgestellt, welcher den formalen Aufbau des Pseudodistomin C über einen bekannten Piperidin-Grundkörper ermöglich. Des weiteren konnte das vollständig geschützte Pseudodistomin E synthetisiert werden. / Pseudodistomines belong to the first known piperidine alkaloids of marine origin, isolated by Ishibashi et al. from the tunicate (ascidie) pseudodistoma kanoko in 1987. From the same tunicate Pseudodistomin C was isolated in 1995. The amphiphilic piperidin alkaloids show an antitumor activity against certain leukemic cells derived from mice, whereas Pseudodistomin C also exhibits an antitumor activity against human HeLa-derived cancer cells KB. The introduction goes into details about occurrence, structure, biogenesis, pharmacological perspectives and literature known synthesis of these amphiphilic piperidine alkaloids. The main part starts with a failed synthesis based on D-ribose by the concept of a tandem wittig-[3+2]-cycloaddition. Consequently an entirely new synthesis pathway is presented, which enables the formal buildup of Pseudodistomin C by a known piperidine compound. Furthermore I was able to synthesize the fully protected Pseudodistomin E.

Vinylene-linked two-dimensional covalent organic frameworks (V-2D-COFs) have shown great promise in electronics and optoelectronics. However, only a few reactions for V-2D-COFs have been developed hitherto. Besides the kinetically low reversibility of C=C bond formation, another underlying issue facing the synthesis of V-2D-COFs is the attainment of high (E)-alkene selectivity to ensure the appropriate symmetry of 2D frameworks. Here, we tailor the E/Z selectivity of the Wittig reaction by employing a proper catalyst (i.e., Cs2CO3) to obtain more stable intermediates and elevating the temperature across the reaction barrier. Subsequently, the Wittig reaction is innovatively utilized for the synthesis of four crystalline V-2D-COFs by combining aldehydes and ylides. Importantly, the efficient conjugation and decent crystallinity of the resultant V-2D-COFs are demonstrated by their high charge carrier mobilities over 10 cm2 V−1 s−1, as revealed by non-contact terahertz (THz) spectroscopy.

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Gegenstand dieser Arbeit sind Versuche zur Synthese neuer binärer Kohlenstoffnitride im Allgemeinen und von C3N4-Vorläuferverbindungen im Speziellen. Hierbei werden v. a. die Herstellung und die Eigenschaften organischer Polyazide beschrieben, die aufgrund ihrer Gefährlichkeit durch zahlreiche Folgereaktionen in weniger brisante Moleküle überführt werden mussten. Als Derivatisierungsreaktionen kamen hierbei beispielsweise die 1,3-dipolare Cycloaddition mit Norbornen und Cyclooctin, die STAUDINGER-Reaktion mit verschiedenen Phosphinen sowie die Aza-WITTIG-Reaktion zum Einsatz. Es konnten dabei u. a. zehn Röntgeneinkristallstrukturen erhalten und als Strukturbeweis aufgeführt werden. Zahlreiche hochaufgelöste Massenspektren sowie Elementaranalysen und NMR-Daten bestätigten außerdem alle neu erhaltenen Strukturen. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit stellen Versuche zur Synthese von monomerem C3N4 dar, dessen Herstellung zwar nicht gelang, für dessen Bildung allerdings neue Möglichkeiten ausgehend von verschiedenen Edukten beschrieben werden. Darüber hinaus wurden bereits bekannte Moleküle auf ihre Eignung als C3N4-Vorläufer untersucht, wobei z. B. durch Azid-Addition an Nitrilgruppen unerwartete neue Produkte erhalten werden konnten.

Gegenstand dieser Arbeit sind Versuche zur Synthese neuer binärer Kohlenstoffnitride im Allgemeinen und von C3N4-Vorläuferverbindungen im Speziellen. Hierbei werden v. a. die Herstellung und die Eigenschaften organischer Polyazide beschrieben, die aufgrund ihrer Gefährlichkeit durch zahlreiche Folgereaktionen in weniger brisante Moleküle überführt werden mussten. Als Derivatisierungsreaktionen kamen hierbei beispielsweise die 1,3-dipolare Cycloaddition mit Norbornen und Cyclooctin, die STAUDINGER-Reaktion mit verschiedenen Phosphinen sowie die Aza-WITTIG-Reaktion zum Einsatz. Es konnten dabei u. a. zehn Röntgeneinkristallstrukturen erhalten und als Strukturbeweis aufgeführt werden. Zahlreiche hochaufgelöste Massenspektren sowie Elementaranalysen und NMR-Daten bestätigten außerdem alle neu erhaltenen Strukturen. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit stellen Versuche zur Synthese von monomerem C3N4 dar, dessen Herstellung zwar nicht gelang, für dessen Bildung allerdings neue Möglichkeiten ausgehend von verschiedenen Edukten beschrieben werden. Darüber hinaus wurden bereits bekannte Moleküle auf ihre Eignung als C3N4-Vorläufer untersucht, wobei z. B. durch Azid-Addition an Nitrilgruppen unerwartete neue Produkte erhalten werden konnten.