Ziel dieser Arbeit war die Synthese acyclischer Oligosilanylchalcogenoverbindungen der 14. Gruppe (Chalcogen: Schwefel, Selen, Tellur), sowie cyclischer Chalcogen-Tetrel-Verbindungen. Dabei wurde ein Syntheseweg über Oligosilanylchalcogenolate, ausgehend von Oligosilanylanionen über Chalcogeninsertionsreaktionen und anschließender Umsetzung mit Organochlorotetrelen unter Salzeliminierung, gewählt. Bei einigen Reaktionen wurden z.T. die Sechsringverbindungen (R2ME)3 als Nebenprodukte erhalten. Diese Verbindungen konnten durch Reaktionen von R2MCl2 mit Li2E auch gezielt synthetisiert werden. Neben der multinuclearen NMR-Spektroskopie, als der Charakterisierungsmethode der Wahl, IR, Raman und GC/MS-Messungen, konnten von insgesamt 11 Verbindungen Röntgenstrukturanalysen erhalten werden. Parallel wurden ab-inito-Rechnungen zur Strukturaufklärung und zur Zuordnung von IR- und Ramanbanden angefertigt.

In der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung der Lewis-Säure vermittelten Cycloadditionen von Allylsilanen an alpha,beta-ungesättigte Carbonylverbindungen beschrieben. Das Sesquiterpen Isocomen wurde unter Anwendung der [3+2]-Cycloaddition an Enone synthetisch hergestellt. Die [2+2]-Cycloaddition an Acrylsäurederivate wurde angewandt für einen Einstieg zur Totalsynthese des Oleander Scale Pheromons. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Synthese hormonell aktiver Cholesterinderivate dargestellt. Ausgehend von kommerziell erhältlichen Substanzen wurden verschiedene Substituenten in das Steroidgerüst eingeführt.

Die Radiomarkierung biologisch relevanter Verbindungen mit dem Radionuklid 18F erlaubt Untersuchungen mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Mit Hilfe der PET werden quantitative Informationen über die räumliche und zeitliche Verteilung von Radiotracern im lebenden Organismus erhalten. Diese Radiotracer sind Grundlage für die in vivo-Erforschung der Physiologie des menschlichen Organismus, sowie zur Aufklärung und Nachverfolgung pathologischer Prozesse. Neben bekannten Ansätzen der Acylierung, Thioetherbildung und Hydrazonbildung ist es notwendig neue Markierungsmethoden zu entwickeln, um Probleme bei Markierungsreaktionen, wie niedrige Ausbeuten und Denaturierung empfindlicher biologisch relevanter Moleküle, zu umgehen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation der Click-Chemie, speziell der 1,3 dipolaren [3+2]Cycloaddition von Alkin- und Azid-Derivaten als neue, alternative Reaktion zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen. Ziel der Arbeit war es einen 18F markierten, bifunktionellen Markierungsbaustein, versehen mit einer Alkinfunktion durch eine vollautomatisierte Synthese (Modulsynthese) herzustellen. Ein Peptid, ein Protein und ein Oligonukleotid als biologisch relevante Moleküle, sollten mit einer Azidfunktionalität versehen werden. Mit Hilfe eines geeigneten Katalysator-Ligandsystems sollten ein bifunktioneller Markierungsbaustein, sowie ein azidfunktionalisiertes biologisch relevantes Molekül miteinander gekuppelt werden unter Verwendung der 1,3-dipolaren [3+2]Cycloaddition. Die untersuchte Methode sollte mit anderen Markierungsmethoden verglichen werden. Es wurde eine Modulsynthese zur einfachen, schnellen und vollautomatisierten Herstellung eines alkinfunktionalisierten Synthesebausteins, 4-[18F]Fluor-N-methyl-N-(prop-2-inyl)benzolsulfonamid, p[18F]F SA, entwickelt. Dieser basiert auf einem Sulfonamid-Derivat und ist mit dem Positronenstrahler 18F gekuppelt. Ausgehend von einer Trimethylammonium-Markierungsvorstufe kann das p[18F]F SA mit einer radiochemischen Ausbeute von 27-40% und einer radiochemischen Reinheit >99% innerhalb von 80 min hergestellt werden. Die Reaktion läuft in Sulfolan bei 80°C innerhalb von 10 min ab. Das Produkt liegt aufgrund der HPLC-Reinigung mit einem hohen Reinheitsgrad (RCR >99%) vor und weist eine spezifische Aktivität von 120 570 GBq/µmol auf. p[18F]F SA eignet sich zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen, da es unter den Markierungsbedingungen der Cycloaddition stabil ist und eine für das Arbeiten im wässrigen Milieu günstige Lipophilie (logP = 1,7) aufweist. Die verschiedenen Beispiele der drei Verbindungsklassen werden mit einer Azidfunktion versehen. Ein Phosphopeptid (H-MQSpTPL-OH), HSA und ein Aminohexylspacer tragendes Oligonukleotid (NH2 (CH2)6 pCCG CAC CGC ACA GCC GC) werden mit Succinimidyl-5-azidvalerat umgesetzt, wodurch eine Funktionalisierung an den Aminogruppen erfolgt. Während das Phosphopeptid und das Oligonukleotid einfach azidfunktionalisiert vorliegen, werden durch diese Methode 27 Azidreste an das HSA angebracht. Damit stehen Alkin- und Azid-Derivat für die Cycloaddition zur Verfügung. Das Phosphopeptid konnte mit einer Ausbeute von 29% innerhalb von 45 min hergestellt werden. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Gemisch aus Kupfersulfat und Natriumascorbat in Boratpuffer (pH = 8,4) eingesetzt. Man geht von 0,3-0,4 mg der peptidischen Markierungsvorstufe aus. Die Methode wurde mit der [18F]SFB-Markierung des Phosphopeptids verglichen. Man erhält ähnliche Ausbeuten und Reinheiten bei ähnlichen Reaktionsbedingungen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Höhe der spezifischen Aktivität des eingesetzten p[18F]F SA, die bis zu zehnfach höher ist, als die des [18F]SFB. Das führt vermutlich zu einem ähnlichen Unterschied der spezifischen Aktivitäten der markierten Peptide, die jedoch nicht genau bestimmt wurden. Auch sind die Reaktionszeiten zur Peptidmarkierung bei Nutzung von p[18F]F SA um ein Drittel geringer. Das führt zur Verminderung der gesamten Synthesezeit. Die Markierung von azidfunktionalisiertem HSA (Beispielprotein) erfolgt mit einer radiochemischen Ausbeute von 57% innerhalb von ca. 45 min. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen in Phosphatpuffer (pH = 7,4) / Dimethylsulfoxid verwendet. Die Masse der eingesetzten Markierungsvorstufe beträgt 0,3 mg. Ein Vergleich der Markierungsmethode erfolgte mit der Markierung mit den bifunktionellen Markierungsbausteinen [18F]SFB und [18F]FBA. Bei gleicher Proteinkonzentration ist der Umsatz von p[18F]F SA mit 94% am höchsten. Die Reaktion des hydrazinfunktionalisierten HSA mit [18F]FBA erfordert Temperaturen von 50-60°C, um einen Umsatz des Markierungsbausteins in ähnlicher Höhe wie bei Markierungen mit p[18F]F SA und [18F]SFB zu erreichen. Die Bedingungen für die Markierung mit [18F]SFB weicht dahingehend ab, dass ein pH Wert von 8,4 angewandt wird um eine Markierung zu erreichen. Grund ist die Notwendigkeit der Deprotonierung der im HSA vorhandenen, bei niedrigeren pH Werten protonierten Aminogruppen. Das limitiert die Reaktion auf einen Bereich um diesen pH-Wert. Die Untersuchung der Markierung von Oligonukleotiden ergab, dass ebenfalls ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen notwendig ist. Als Lösungsmittel dient ein Gemisch aus 1 M Natriumhydrogencarbonat-Lösung, Acetonitril und Dimethylsulfoxid (14:5:1). Nach 20 min Reaktionszeit bei 10°C kann das Produkt mit einem Anteil von 30% im Reaktionsgemisch nachgewiesen werden. Damit ist nachgewiesen, dass auch die Markierung von Oligonukleotiden unter milden Bedingungen mit dieser Reaktion möglich ist. Zusammenfassend kann man feststellen, dass sich die Click-Reaktion hervorragend für die schonende Markierung der biologisch relevanten Moleküle Phosphopeptid, HSA und Oligonukleotid eignet. TBTA wirkt während der Reaktion als Chelatbildner für die Kupfer(I)-Ionen und verhindert somit eine Bindung an die zu markierenden Moleküle oder deren Zersetzung. Damit wird die Stabilität der biologisch relevanten Moleküle gewährleistet und bei in vivo-Anwendung, das Einbringen cytotoxischen Kupfers verhindert. Im Zuge der Untersuchungen wurde ein Vergleich der Markierungsreaktionen Acylierung, Thioetherbildung, sowie Hydrazon- und Oximbildung durchgeführt. Die bifunktionellen Markierungsbausteine [18F]SFB, [18F]FBAM und [18F]FBA wurden dafür herangezogen. Die 1,3-dipolare [3+2]Cycloaddition unterscheidet sich von den zum Vergleich herangezogenen Reaktionen. Sie vereint die positiven Eigenschaften der anderen Markierungsreaktionen in sich: • Die Reaktion läuft unter milden Reaktionsbedingungen ab. • Der verwendete Markierungsbaustein p[18F]F SA ist unter den Markierungsbedingungen stabil und lässt sich in einer Einschrittsynthese mit Hilfe eines vollautomatisierten Synthesemoduls einfach in hohen Ausbeuten und Reinheiten, sowie mit einer hohen spezifischen Aktivität herstellen. Damit erweitert die 1,3 dipolare [3+2]Cycloaddition das Spektrum der Markierungsreaktionen und bietet das Potential zur Markierung verschiedenster biologisch relevanter Moleküle.

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung verschiedener Systeme Chlorosilan / Amin bezüglich deren elektronischer Struktur, Molekülstruktur und Reaktivität. Einen Schwerpunkt bildete dabei die Untersuchung der LEWIS-BASE-katalysierten Disproportionierung unterschiedlich chlorierter Disilane mit elektronenreichen Alkenen, wie Tetrakis-(dimethylamino)-ethylen (TDAE) oder N,N,N’,N’-Tetramethyl-1,4-phenylendiamin (TPDA). Die Alkene sollten auf mögliche Elektronenübertragungsreaktionen, aber auch Chelatbildung mit den eingesetzten Disilanen bzw. intermediär gebildeten Silylenen getestet werden. Ein weiterer Schwerpunkt lag bei der Synthese und Charakterisierung neuer hetero- und homocyclischer Oligosilane. Die erhaltenen Cyclooligosilane wurden auf ihre Donorwirkung gegenüber elektronendefizienten π-Alkenen und eine damit verbundene Charge-Transfer-Komplexbildung untersucht. In die Auswertung wurden auch ab-initio-Berechnungen einbezogen, die mit den experimentellen Ergebnissen (u.a. NMR, IR, Röntgeneinkristallstrukturanalyse) vergleichend diskutiert wurden.

The present dissertation covers the total synthesis of viridiofungin triesters and studies toward the total synthesis of xeniolide F. In both cases, sigmatropic rearrangements of α-allyloxy substituted α,β-unsaturated esters are employed: for the viridiofungin ester synthesis a [2,3]-Wittig rearrangement and for the xeniolide F synthesis a catalytic asymmetric Claisen rearrangement CAC. For both rearrangement reactions the historical development, main characteristic and important variations are discussed. The viridiofungin triester synthesis represents a convergent and highly flexible route toward these natural products. The [2,3]-Wittig rearrangement allowed the diastereoselective synthesis of the polar head group with two adjacent stereogenic centers. The E-configured double bond was formed by a Julia-Kocienski olefination. During the studies toward the total synthesis of xeniolide F a new, diastereoselective strategy for the generation of allyl vinyl ethers with E-configured vinyl ether double bond was established employing rhodium catalyzed OH-insertion and an E-selective Horner-Wadsworth-Emmons olefination. Under the conditions of the catalytic asymmetric Claisen rearrangement (CAC) this highly substituted allyl vinyl ether rearranged diastero- and enantioselectively to the corresponding a-keto ester. This example clearly illustrates the high potential of the CAC as synthetic tool for natural product synthesis. / In der vorliegenden Arbeit wird die Totalsynthese von Tirestern der Viridiofungine A, A2 und A4 sowie die Synthese eines Schlüsselintermediates für die Totalsynthese von Xeniolid F dargestellt. In beiden Fällen wird ausgehend von einem α-allyloxysubstituierten α,β-ungesättigten Ester eine Umlagerungsreaktion als Schlüsselschritt eingesetzt: im Falle der Viridiofunginester eine diastereoselektive [2,3]-Wittig-Umlagerung, bei den Arbeiten zur Totalsynthese von Xeniolid F eine diastero- und enantioselektive, katalytische Claisenumlagerung. Für beide Umlagerungsreaktionen werden ausführlich die theoretischen Hintergründe sowie die historische Entwicklung und wichtige Varianten besprochen. Mit der Viridiofungintriestersynthese wird eine konvergente und bezüglich der lipophilen Seitenkette sehr flexible Syntheseroute vorgestellt. Die [2,3]-Wittig-Umlagerung konnte dabei erfolgreich für die diastereoselektive Synthese der hochsubstituierten, polaren Kopfgruppe der Viridiofunginester mit zwei benachbarten stereogenen Zentren (davon eines quartär) eingesetzt werden. Zur Bildung der E-konfigurierten Doppelbindung wurde die Julia-Kocienskie-Olefinierung ausgenutzt. Bei den Arbeiten zur Totalsynthese von Xeniolid F wurde eine neuartige Strategie zur diastereoselektiven Synthese eines Allylvinylethers mit E-konfigurierter Vinyletherdoppelbindung eingesetzt. Die Horner-Wadsworth-Emmons-Olefinierung (HWE-Olefinierung) generierte dabei E-selektiv die Vinyletherdoppelbindung. Das für die HWE-Olefinierung benötigte Phosphonat wurde durch rhodiumkatalysierte OH-Insertion aus einem Allylalkohol und einem Diazaphosphonoacetat hergestellt. Der hochsubstituierte Allylvinylether wurde unter den Bedingungen der katalytisch asymmetrischen Claisenumlagerung umgesetzt und führte mit exzellenter Diastereo- und Enantioselektivität zum entsprechenden α-Ketoester. Anhand dieses Beispiels konnte das Potential der katalytisch asymmetrischen Claisenumlagerung zum Aufbau von hochfunktionalisierten Bausteinen für die Naturstoffsynthese verdeutlicht werden.

In der heutigen Wirkstoffforschung stellen vor allem multiresistente Krankheitserreger eine große Herausforderung an die Wissenschaft dar. Noch sterben z.B. an der Tuberkulose jährlich etwa 1.7 Millionen Menschen, davon 69000 allein in Europa (WHO-Angaben, 2004). Die Tuberkulose verursacht neben AIDS die meisten Todesfälle unter den Infektionskrankheiten. Ein großes Problem sind die zahlreichen Neuerkrankungen, die mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr behandelt werden können, sowie zunehmende Medikamentenallergien. Somit ist ein wichtiges Gebiet der Wirkstoff-forschung, neben der Weiterentwicklung bekannter Medikamente, deren Neuentwicklung. Dabei leistet die Natur eine unentbehrliche Orientierungshilfe. So konnte aus asiatischen Medizinalpflanzen in letzter Zeit eine Reihe von Carbazolalkaloiden isoliert werden, die zweifelsfrei gegen das HI-Virus oder das Mycobakterium tuberculose, dem Erreger der Tuberkulose, aktiv sind.[1] Ziel der vorliegenden Arbeit war die regioselektive Synthese oxygenierter Carbazole. Dabei wurde das Konzept der eisenvermittelten Carbazolsynthese angewendet und darüber hinaus als Alternative die palladiumvermittelte Carbazolsynthese weiterentwickelt. Die für den Palladiumweg benötigten N,N-Diarylamine konnten über die BUCHWALD-HARTWIG-Aminierung, die Eisensalzkomplexe über eine katalytische Komplexierung ausgehend von Cyclohexadienen mit Pentacarbonyleisen hergestellt werden. Beide Methoden wurden gegenübergestellt und besonders hinsichtlich ihrer Ausbeuten und Syntheseeffizienz verglichen.