Stuttgart, Universiẗat, Diss., 2003.

Stuttgart, Univ., Diss., 2003.

Universiẗat, Diss., 1999--Hannover.

Der Einsatz von computerchemischen Verfahren zur Vorhersage, Bestätigung oder Erklärung von Moleküleigenschaften hat sich zu einem Wissenschaftszweig innerhalb der Chemie entwickelt, der sowohl im universitären Umfeld als auch in der Industrie eine unverzichtbare Rolle einnimmt. So hat die in unserem Arbeitskreis in Zusammenarbeit mit Prof. J. Fleischhauer entwickelte und immer wieder erweiterte Methode zur Berechnung des Circular-Dichroismus (CD) organischer Moleküle schon in vielen Fällen die Arbeit experimentell arbeitender Naturstoffchemiker unseres Arbeitskreises und die vieler Kooperationspartner erleichtert. Im Rahmen der Strukturaufklärung wurde die Methode als effizientes Verfahren zur eindeutigen Zuordnung der absoluten Konfiguration von neuartigen chiralen Natur- und Wirkstoffen eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde die zusammen mit Prof. J. Fleischhauer etablierte Molekulardynamik-Methodik (MD-Methodik) – neben der schon vorher angewandten Boltzmann-Methodik (BM-Methodik) – zur Untersuchung des Circular-Dichroismus flexibler Verbindungen eingesetzt. Begonnen wurden die Studien mit der Evaluierung des Verfahrens an besonders flexiblen Molekülen, um im Anschluß den Circular-Dichroismus von Substanzen untersuchen zu können, deren CD-Spektren auf den ersten Blick sehr ungewöhnlich erschienen oder nicht den gängigen Vorstellungen vom chiroptischen Verhalten organischer Moleküle entsprachen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen sehr deutlich, daß der Circular-Dichroismus komplexer organischer Verbindungen immer vorsichtig zu interpretieren ist. Zwar ist der einfachste Weg zur Aufklärung der Absolutkonfiguration eines Moleküls derjenige, das CD-Spektrum der unbekannten Verbindung mit dem einer bereits aufgeklärten Substanz sehr ähnlicher Konstitution zu vergleichen. Doch wie an den untersuchten Beispielen deutlich gezeigt wurde, kann trotz vermeintlich guter Übereinstimmung von CD-Spektren leicht eine falsche Zuordnung erfolgen. Einzig bei Enantiomeren oder sehr einfachen Derivaten enantiomerer Grundstruktur kann man durch den Vergleich experimenteller CD-Spektren eine sichere Aussage treffen. Sobald jedoch die CD-Spektren von Diastereomeren oder gar konstitutionell verschiedenen Substanzen verglichen werden sollen, ist immer äußerste Vorsicht geboten. / The application of computational chemistry techniques for the prediction, confirmation, or explanation of molecular properties has become an essential field of research within chemistry, equally important in industry and university. So the consistently extended approach to calculate the circular dichroism (CD) of organic molecules developed by our working group in cooperation with that of Prof. J. Fleischhauer often facilitated the experimental work of natural product chemists of our working group and that of our scientific partners. The method has been successfully applied during the structural elucidation of novel natural products and bioactive compounds to determine unequivocally their absolute configuration. During the present work the molecular dynamics methodology (MD methodology) – which was established together with Prof. J. Fleischhauer’s group – was applied in addition to the previously used Boltzmann approach (BM approach) to investigate the circular dichroism of quite flexible compounds. The studies were started by evaluating the MD method with particularly flexible molecules. Then the circular dichroism of structures with CD spectra which were very unusual at first sight or which were not in accordance with common rules of CD interpretation were investigated. The present work clearly shows that the circular dichroism of complex organic compounds has to be interpreted very carefully. It is quite comfortable to assign the absolute configuration of a molecule by comparison of its CD spectrum with that of a stereochemically already known compound, but as one can see in the present examples a misassignment of the absolute configuration can happen very easily despite an apparently good agreement. Only enantiomers or very simple derivatives with enantiomeric molecule frameworks can be elucidated unequivocally by comparison of experimental CD spectra. However, comparing CD spectra of diastereomers or even of constitutionally different compounds must be done with the required caution.

Tetrapyrrole sind nicht nur in natürlichen Systemen von herausragender Bedeutung, sondern haben sich im letzten Jahrhundert zu einem zentralen Forschungsgegenstand verschiedener Naturwissenschaften entwickelt. Chirale Vertreter sind, trotz ihrer Bedeutung in der Natur, hierbei nur am Rande untersucht worden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde, ausgehend von p-Xylylen-verbrückten Porphyrinen, sogenannten Henkelporphyrinen, eine Vielzahl an chiralen Strukturen synthetisiert und stereochemisch untersucht. Die monomeren Vertreter waren abhängig vom Substitutionsmuster der Henkeleinheit achiral oder planar-chiral. Über eine kurze und effiziente Syntheseroute wurden die Grundkörper im Multigramm-Maßstab aufgebaut und anschließend sowohl strukturell modifiziert als auch funktionalisiert. Die chiralen Vertreter wurden mittels HPLC an chiraler Phase in die Enantiomere getrennt und mittels online-ECD-Spektroskopie wurden die ECD-Spektren im stopped-flow-Modus gemessen. Der Vergleich mit quantenchemisch berechneten ECD-Kurven erlaubte die sichere Zuordnung der Absolutkonfigurationen. Des Weiteren wurden die Monomere röntgenkristallographisch, UV-Vis-spektroskopisch und elektrochemisch eingehend untersucht. Ausgehend von den monomeren Vertretern wurden mittels direkter oxidativer Kupplung oder über Übergangsmetall-katalysierte Verfahren di- und trimere Systeme aufgebaut. Diese lagen als axial-, helikal- oder planar-chirale Strukturen vor. HPLC-ECD-Kopplung in Verbindung mit quantenchemischen Rechnungen erlaubte auch hier die Aufklärung der absoluten Stereostrukturen. Neben klassischen Porphyrin-Vertretern wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals Henkelchlorine durch OsO4-vermittelte Dihydroxylierung der Henkelporphyrine synthetisiert und vollständig charakterisiert. Außerdem gelang in Kooperation mit Prof. Brückner (UConn) die Aufklärung der Absolutkonfigurationen helikal-chiraler Indachlorine. Die Arbeit liefert insgesamt eine breite Plattform an chiralen Porphyrinoiden, die für weitere Untersuchungen zu Reaktivität und Struktur von größtem Interesse sind, sowie erste detaillierte Einblicke in die faszinierenden Eigenschaften dieser Substanzklasse. / Tetrapyrroles are of outstanding importance not only in naturally occurring systems, but also they have become a central research topic during the last century. Yet, chiral representatives were, despite their importance in nature, only investigated marginally. This work deals with the syntheses and stereochemical investigations of a plethora of chiral Systems based on p-xylylene-bridged porphyrins, so called basket-handle porphyrins. The monomeric representatives were achiral or chiral only by difference of the substitution pattern of the handle unit. Via a short and efficient synthesis, the core motif was accessible in multi-gram quantities. Subsequent modifications as well as functionalizations were achieved. The chiral derivatives were resolved into their enantiomers by HPLC on a chiral phase and their ECD spectra were recorded online in the stopped-flow mode. By comparison with quantum-chemically obtained ECD curves the absolute configurations were established. Additionally, the monomers were characterized by X-ray crystallography, UV-Vis spectroscopy, and electrochemical methods. Starting from the monomers, a variety of di- and trimeric arrays was synthesized by direct oxidative coupling or by transition-metal catalyzed reactions. These systems were either helically, axially, or planar-chiral. HPLC-ECD coupling in combination with quantum-chemical calculations permitted the assignment of the absolute stereostructures. Besides the classical porphyrins, basket-handle chlorins were synthesized by OsO4-mediated dihydroxylation of the basket-handle porphyrins and their absolute configurations were established. Furthermore, in cooperation with Prof. Brückner (UConn) the absolute stereostructures of novel helically chiral Indachlorins was assigned. In summary, this work provides a broad variety of chiral porphyrinoids, which are ideal candidates for further investigations regarding their chemical reactivity and their structural features, and included first detailed insight into the fascinating properties of this class of compounds.

Universiẗat, Diss., 2000--Kaiserslautern.

Universiẗat, Diss., 2003--Stuttgart.

Universiẗat, Diss., 2003--Würzburg.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Dresden.

Universiẗat, Diss., 2004--Bielefeld.