Radspieler, Alexander: Untersuchungen zur Synthese von Diazonamid A und Phorbazol A und C

10

Kapitel 2. Totalsynthese von Phorbazol C

2.1 Vorkommen und Isolierung

Die Schwämme (Spongia) bilden mit ca. 5000 Arten einen eigenen Stamm festsitzender, meist meeresbewohnender Tiere. Ihre Größe kann von wenigen Millimetern bis zu zwei Metern betragen. Ihr Körperbau ist von ungewöhnlich einfacher Organisation und ohne echte Organe. Sie ernähren sich durch Filtration. Das Wasser strömt durch zahlreiche kleine Dermalporen ein und durch eine oder wenige große Ausströmöffungen wieder aus. Viele ihrer Zellen bleiben undifferenziert und können sich zu anderen Zelltypen umwandeln. Schwämme können sich ungeschlechtlich oder geschlechtlich durch Larvenbildung (Amphiblastula) fortpflanzen.

Manche Arten bilden sehr kompliziert gebaute, organische Verbindungen, die oft pharmakologisch aktiv sind. Diese gehören zu den verschiedensten Substanzklassen wie den Sesquiterpenen, Steroiden, Chlor- und Brom-Verbindungen, Oximen und Isocyaniden.

Oftmals findet man in Meeresschwämmen neuartige Substanzklassen. Dies gilt auch für die Phorbazole, die in dem Meeresschwamm Phorbas aff. clathrata (Klasse Demospongiae, Ordnung Poecilosclerida, Familie Anchinoidae) gefunden wurden. Kashman et al. beschreiben 1994 wie sie aus den in Sodwana Bay, Südafrika gesammelten Tieren, vier Vertreter dieser Substanzklasse isolieren konnten.

Da die pharmakologische Wirksamkeit noch unzureichend untersucht ist, wäre es wünschenswert, daß synthetisches Material zur Verfügung steht. Aus diesem Grund ist in diesem Kapitel die Totalsynthese des Phorbazol C 2c beschrieben. Untersuchungen zum Phorbazol A, das auch am Oxazolring ein Chloratom trägt, findet man in Kapitel 3.


11

2.2 Retrosynthese

Bei der retrosynthetischen Analyse von Phorbazol C wurde zunächst der zentrale Oxazolring hydrolytisch gespalten, so daß man zum Ketoamid 8 gelangt. Für die Cyclisierung erwies es sich als notwendig, daß die phenolische Hydroxyfunktion geschützt ist. Oft werden Phenole als Ether, insbesondere Methylether, geschützt. Diese erfordern jedoch oft drastische Abspaltungsbedingungen. Obwohl das Grundgerüst des Phorbazoles relativ robust ist, wurde versucht, eine labile Schutzgruppe zu verwenden. Milde Entschützungsbedingungen sind zudem wünschenswert, um im Sinne der Diversität der Wirkstofforschung das Vorhandensein anderer Funktionalitäten zuzulassen. Diese Voraussetzungen erfüllen Acetalschutzgruppen, beispielsweise sollte die Ethoxyethoxy-Schutzgruppe (EE) geeignet sein.

Des weiteren mußte für den Syntheseverlauf die reaktive 2-Position des Pyrrols blockiert sein. Aus diesem Grund wurde mit einem Pyrrol-2-carbonsäureesters gearbeitet.

(1)

Geeignete Vorstufen für das Amid 8 wären der alpha-Aminoalkohol 9 und die Pyrrolcarbonsäure 10. Das alpha-Hydroxyamin ist dem entsprechenden Aminoketon vorzuziehen, da letzteres zu Nebenreaktionen (z.B. Dimerisierung) neigt. Als Nachteil muß dafür ein


12

zusätzlicher Oxidationsschritt in Kauf genommen werden.

Für die Synthese des 2-Aminoethanols 9 wäre p-Hydroxybenzaldehyd 11 ein geeigneter Ausgangsstoff. Durch eine Henryreaktion mit Nitromethan sollte es möglich sein, den Aldehyd um ein C-Atom zu verlängern und durch Reduktion ins Amin 9 zu überführen.

Die Pyrrolcarbonsäure 10 sollte durch oxidative Chlorierung des literaturbekannten Pyrrols 12 zugänglich sein. Dabei würden in diesem Schritt nicht nur die beiden Chloratome am Ring eingeführt, sondern auch die Methylgruppe in einen Carbonsäure-Rest überführt.

2.3 Synthese des geschützten Aminoethanol 9

Zur Synthese des Amins 9 wurde zunächst die Phenolfunktion des p-Hydroxybenzaldehyds 11 geschützt. Dabei fiel die Wahl auf die Ethoxyethylen-Schutzgruppe (EE), da sie alle notwendigen Voraussetzungen erfüllt. Sie läßt sich leicht und durch ein kostengünstiges Reagenz einführen, wird durch die notwendigen Transformationen nicht verändert und ist im Sauren leicht abspaltbar. Die ebenfalls untersuchte tert-Butyldimethylsilyl-Schutzgruppe erwies sich als unbrauchbar, da sie in der nachfolgenden Nitroaldolreaktion teilweise abgespalten wurde.

(2)

Als günstig zur Einführung der EE-Schutzgruppe erwies sich die Methode von Hünig et al., 15 bei der eine katalytische Menge an Methoxymethylenchlorid (MOM-Cl) ein schwach saures Milieu gewährleistete. Nach 48-stündigem Kochen in Ether wurde das Acetal 13 in 78 %iger Ausbeute isoliert.

Zur Verlängerung der Kohlenstoffkette wurde der Aldehyd 13 in einer Nitroaldol-Reaktion (Henry-Reaktion) mit Nitromethan umgesetzt. Dabei erhielt man den 2-Nitroethylalkohol 14.


13

(3)

Für zufriedenstellende Ausbeuten an 14 war es notwendig, die Reaktionsbedingungen zu optimieren. Es wurden sowohl die Base und das Lösungsmittel als auch die Reaktionszeit und -temperatur variiert.

Die klassischen Bedingungen mit Natronlauge oder Natriummethanolat in Methanol zeigten eine zu geringe Reaktionsgeschwindigkeit. Gleiches gilt für die Umsetzung mit Fluoriden in iso-Propanol oder THF unter Phasentransferkatalyse. Bei der Verwendung von DBU in reinem Nitromethan überwogen hingegen die Nebenreaktionen, gleichgültig ob äquivalente oder katalytische Mengen der Base eingesetzt wurden.

Als günstig erwiesen sich schließlich dipolar aprotische Lösungsmittel wie DMF bzw. DMSO. Mit Natriumhydrid als Base gelangt man bei Temperaturen von 70 °C zu Ausbeuten von bis zu 62%. Besser geeignet ist jedoch Triethylamin bei Raumtemperatur. Damit erhielt man das erwünschte Nitroethanol in 84%-iger Ausbeute. Diese Reaktion ließ sich problemlos im Maßstab bis zu 60 mmol durchführen.

Interessanterweise konnte das Gemisch der Diastereomere von 14 nicht nachgewiesen werden. Das mit der EE-Schutzgruppe eingeführte Asymmetriezentrum erschwert oft die Reinigung und Analyse des Produkts. Im vorliegenden Fall ergaben sich daraus aber keine Probleme, da beide Diastereomere sich weder im NMR-Spektrum noch bei der Chromatographie unterschieden. Daß es sich dennoch um vier verschiedene Enantiomere handelte, zeigte sich erst durch eine HPLC-Untersuchung an einer chiraler Säule. Alle vier Verbindungen lagen demnach im gleichen Verhältnis vor. Für den weiteren Syntheseverlauf stellte das Vorliegen dieses Gemisches kein Problem dar, da beide Stereozentren aufgehoben wurden (durch Oxidation des sekundären Alkohols und durch Abspaltung der Schutzgruppe).

Um zum Amin 9 zu gelangen, wurde die Nitroverbindung 14 mit Wasserstoff an einem Palladiumkatalysator in 88%-Ausbeute reduziert.


14

(4)

Es zeigte sich, daß es von Vorteil ist, in Ethanol unter erhöhtem Druck (Laborautoklav bei etwa 20 bar) zu arbeiten. Ein Zusatz von einem Äquivalent (bezogen auf die Nitroverbindung) Triethylaminhydrochlorid in wässriger Lösung als schwache Protonenquelle wirkte sich günstig auf die Ausbeute (88%) aus. Die Erhöhung des Wasserstoffdrucks beschleunigte die Reaktion (benötigte Reaktionszeiten: 1 bar 60 h, 20 bar 5 h), eine Erhöhung der Temperatur auf bis zu 60 °C ergab keinen Effekt. Insbesondere bei größeren Ansätzen über 10 mmol führte die alternative Methode mit Ammoniumformiat und Palladium auf Aktivkohle in THF / Methanol als Lösemittel nicht zum gewünschten Produkt, sondern lediglich zu Neben- und Zwischenprodukten.

2.4 Synthese der chlorierten Pyrrolcarbonsäure 10

Die Synthese der chlorierten Pyrrolcarbonsäure 10 erfolgte in zwei Schritten. Zunächst wurde in einer mehrstufigen Reaktion der literaturbekannte Pyrrol-carbonsäureester 12 dargestellt. Anschließend wurde mit Sulfurylchlorid oxidativ chloriert, um die Methylgruppe in eine Carboxylgruppe umzuwandeln und die Positionen 3 und 4 des Pyrrols durch Chloratome zu substituieren .

Für die Synthese des 5-Methyl-1H-pyrrol-2-carbonsäureethylester 12 erwies sich das Verfahren von Motekaitis et al. 16 als geeignet. Dabei wird der Pyrrolring aus dem methylenaktiven Acetessigester 15 und der geschützten 1,3-Dicarbonylkomponente 16 aufgebaut (5). Der Ringstickstoff stammt aus Natriumnitrit.

(5)


15

Zwar erzielt man bei der Reaktion entsprechend der Literatur nur eine Gesamtausbeute von 22 %, aber die Ausgangsstoffe Acetessigester 15 und 4-Dimethoxy-2-butanon 16 sind problemlos in großer Menge verfügbar. Außerdem kann man ohne weiteres in großem Maßstab arbeiten, zumal eine chromatographische Reinigung nicht erforderlich ist. Der erhaltene Feststoff läßt sich leicht schmelzen und im Ölpumpenvakuum destillieren, sowie durch Umkristallisation reinigen.

Für die oxidative Chlorierung wurde das Pyrrol 12 mit sechs Äquivalenten Sulfurylchlorid in trockenem Ether umgesetzt (6). Es ist bekannt, daß sich das Pyrrol 12 mit Sulfurylchlorid und Ethanol in den 3,4-Dichlorpyrrol-2,5-dicarbonsäurediethylester überführen läßt. Analoge Bedingungen wurden für die Synthese von 10 verwendet.

(6)

Dabei wurden sowohl in der 3- und 4-Position des Pyrrols Chloratome eingeführt, als auch die Methylgruppe am Heterocyclus vollständig chloriert. Bei der anschließenden Hydrolyse mit wässrigem Dioxan bei 90 °C wurde so die freie Carbonsäure 10 in 47% Ausbeute aus 12 erhalten. Da man bei der Hydrolyse im neutralen bis schwach sauren Milieu arbeitete, wurden nur die benzylischen Chloratome substituiert, der Ester aber nicht verseift.

Die Esterfunktion am Pyrrolring ist im Naturstoff nicht enthalten und wird im letzten Schritt der Totalsynthese abgespalten. Sie ist aber bei der Chlorierung notwendig, um die reaktive 2-Position des Pyrrols vor dem Angriff von Elektrophilen zu schützen. Sie verhindert auch eine mögliche Polymerisierung eines nicht deaktivierten Pyrrols in saurem Milieu.


16

2.5 Synthese des Ketoamids 8

Das Ketoamid 8 stellt in der Retrosynthese die Schlüsselverbindung zum Phorbazol C dar. Zunächst wurden dafür die beiden Teilstücke 9 und 10 über eine Amidbindung verknüpft und im nachfolgenden Schritt zum Keton oxidiert.

Die Reaktion des Amins 9 und der Carbonsäure 10 zum Amid 17 erwies sich auf Grund der geringen Reaktivität von 10 als ungewöhnlich schwierig. Erst unter optimierten Bedingungen ließen sich zufriedenstellende Ausbeuten erzielen.

(7)


[Die Aktivierung der Carbonsäure als Säurechlorid oder gemischtes Anhydrid (durch Umsetzung mit iso-Butylchloroformiat) brachte keinen Erfolg; neben zahlreichen Zersetzungsprodukten wurde hauptsächlich nicht umgesetzter Ausgangsstoff nachgewiesen. Auch mit den aus der Peptidchemie bekannten Reagenzien Diphenyl-phosphorylazid (DPPA) und Bis(2-oxo-3-oxazolidinyl)-phosphinsäurechlorid (BOP-Cl) ließen sich nur mäßige Ausbeuten erzielen.]
[Erst mit Diimiden oder Uroniumsalzen gelangte man zum gewünschten Produkt. Wichtig war dafür die Zugabe von 1eq Diisopropyl-ethyl-amin, wodurch es möglich wurde, die Pyrrolcarbonsäure 10 in Dichlormethan in Lösung zu bringen. Vermutlich wurde dadurch

17

auch die Übertragung auf das Amin 9, die durch die Zugabe von 1-Hydroxybenzotriazol (HOBt) begünstigt wurde, beschleunigt. Beim Lösemittel erzielte man mit Methylen-chlorid bessere Ergebnisse als mit THF oder DMF. ]

Reagenz

Ausbeute

Reagenz

Ausbeute

SOCl2

-//-

TFTU

12 %

iBuOCOCl

-//-

HATU

16 %

BOP-Cl

-//-

EDC, HOBt

38 %

DPPA

22 %

DCC, DMAP

24 %

TBTU

28 %

DCC, HOBt

65 %

Die beste Ausbeute wurde mit Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) bei Zugabe von HOBt erhalten. Moderne Kupplungsreagenzien wie O-(Benzotriazol-1-yl)-N,N,N´,N´-tetramethyluroniumtetrafluoroborat (TBTU) und O-(7-Azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N´,N´-tetramethyluroniumhexafluorophosphat (HATU) ergaben geringere Mengen des erwünschten Produkts. Dies überraschte insofern, als diese Methoden für schwierige Amidbildungen in der Peptidchemie verwendet werden. Dabei erwiesen sie sich allerdings besonders günstig für sterisch anspruchsvolle Amine. Im vorliegenden Fall entstanden die Probleme der Amidkupplung aber aus den Eigenschaften der Carbonsäure. Insbesondere die sperrigen Chloratome dürften für das Erschweren der Reaktion verantwortlich sein.

Für die nachfolgende Oxidation der benzylischen Hydroxygruppe war zu berücksichtigen, daß keine sauren Bedingungen gewählt werden durften, um nicht versehentlich die Schutzgruppe am Phenol abzuspalten. Beim Versuch Dichlordicyanochinon (DDQ) 17 als mildes Oxidationsmittel einzusetzen, gelangte man jedoch nur zu einem komplexen Gemisch. Mit Dess-Martin-Periodinan (DMP) 20 in Methylenchlorid wurden dagegen sehr guten Ausbeuten erzielt (bis 98 %). Dabei weist diese Methode viele Vorteile auf: Die Reaktion läuft schnell und unter milden Bedingungen bei Raumtemperatur ab, Nebenprodukte lassen sich durch Auswaschen entfernen, und es fallen keine Schwermetallsalze an. Allerdings ist das Reagenz nicht mehr kommerziell erhältlich, so daß man es in einer zweistufigen Reaktion aus 2-Iod-benzoesäure 18 herstellen muß (8).

(8)


18

2.6 Oxazolbildung und Abschluß der Totalsynthese

2.6.1 Oxazolring-Bildung

Die Cyclodehydratisierung von alpha-Acylaminoketonen ist als Oxazolsynthese nach Robinson und Gabriel 18 bekannt. Für diese Reaktion sind zahlreiche Varianten beschrieben, insbesondere in Bezug auf das Dehydratisierungsmittel.

(9)

Klassischerweise werden für die Cyclisierungsreaktion Reagenzien eingesetzt wie POCl3, SOCl2 oder Acetanhydrid. Im vorliegenden Fall führten alle diese Varianten jedoch nur zu einer Abspaltung der Acetalschutzgruppe. Es kam nicht zu Bildung des erwünschten Oxazol 23, einerlei ob das Ketoamid 8 in reinem Dehydratisierungsmittel oder in Lösemitteln wie DMF, Acetonitril, Dichlorethan erhitzt wurde. In allen Fällen konnte statt dessen das Phenol 22 isoliert werden.

Als geeignet erwies sich die Methode nach Wipf et al, 19 bei der für die Cyclisierung ein Gemisch aus Triphenylphosphin, Iod und Triethylamin in Dichlormethan verwendet wird. Anstelle von Iod können auch andere Halogenspender eingesetzt werden, wie sie auch zur Bereitung von Appel-Reaktionen 20 üblich sind. Die zunächst noch ungenügenden Ausbeuten von unter 20%, ließen sich durch Verwendung von Perchlorethan (Cl3C-CCl3) an Stelle von Iod auf 81% steigern.

Eine weitere Erhöhung der Ausbeute (auf 87%) konnte erreicht werden, indem polymergebundenes Triphenylphosphin anstelle von gelöstem PPh3 eingesetzt wurde.


19

2.6.2 Abspaltung der Schutzgruppen

Ausgehend von Verbindung 21 konnte Phorbazol C 2c in drei Stufen gewonnen werden. Dabei wurde zunächst die EE-Schutzgruppe abgespalten, dann die Estergruppe am Pyrrol verseift und anschließend decarboxyliert.

(10)

Zum Entfernen der Ethoxyethoxy-Schutzgruppe sind zahlreiche Methoden bekannt. 21 Im vorliegenden Beispiel hat sich die Abspaltung in wässrig-saurem Milieu bewährt.

(11)

Mit verdünnter Salzsäure in wässrigem THF konnten das erwünschte Phenol in guter Ausbeute (77%) erhalten werden. Dagegen war das Ergebnis, das sich mit saurem Ionenaustauscher (Dowex 50) in Ethanol und Methylenchlorid durch Umacetalisierung erzielen ließ, nicht zufriedenstellend (Ausbeute nicht über 40% auf Grund geringen Umsatzes).


[]
[Die Verseifung (12) des Esters 23 erfolgt nach klassischer Methodik im wässrig alkalischen Medium (84% Ausbeute). Dazu wurde mit 2 N Natronlauge in Ethanol am Rückfluß erhitzt. Bei Raumtemperatur lief die Reaktion zu langsam ab.]


20

(12)

Schwierigkeiten bereitete lediglich die Isolierung der Carbonsäure 24. Nach der Umsetzung wurde das Reaktionsgemisch angesäuert, worauf sich das Reaktionsprodukt als viskoses Öl abschied, das sich nicht einfach abtrennen ließ. Auch die Extraktion mit den üblichen Lösemitteln wie Dichlormethan oder Ethylacetat brachte auf Grund der geringen Löslichkeit von 24 keinen Erfolg. Erst nachdem die Polarität der wässrigen Phase durch Zugabe von gesättigter Ammoniumchloridlösung erhöht wurde, ließ sich das Produkt in eine Tetrahydrofuranphase überführen.

Im letzten Schritt wurde die Pyrrolcarbonsäure 24 zum Phorbazol C decarboxyliert.

(13)

Diese Reaktion (13) läuft im basischen Milieu ab und erfordert eine bestimmte Reaktionstemperatur. Typischerweise erhitzt man in wässriger Natronlauge zusammen mit einem hochsiedenden Alkohol wie z.B. Diethylenglycol. Die dabei erreichte Temperatur von etwa 120 °C war jedoch im vorliegendem Fall nicht ausreichend. In guter Ausbeute (84%) konnte Phorbazol C aber gewonnen werden, indem 24 für 30 Minuten in siedendem 1,2-Aminoethanol bei 170 °C erhitzt wurde.

Zu Absicherung der Zielstruktur wurde versucht, aus synthetischem Phorbazol C 2c geeignete Kristalle für die Röntgenstrukturanalyse zu gewinnen. Da dies nicht gelang, wurden die nukleophilen Stellen methyliert, indem man 2c mit Methyliodid und K2CO3


21

umsetzte. Mit 25 gelangte man durch Umkristallisation aus Aceton zu den erwünschten Kristallen.

(14)

Man erkennt, daß die drei Aromaten coplanar angeordnet sind. Die Geometrie der Ringsystemen entspricht den bekannten Bindungslängen und -winkeln.

2.7 Literatursynthese zum Phorbazol-Grundgerüst

Nach Abschluß unserer Totalsynthese wurde von Loughlin et al. siehe 22 eine Synthese des Phorbazol-Grundgerüst veröffentlicht, wobei die Chloratome fehlen. Dazu wurde das Aminoketon 28 aufgebaut, indem das kommerziell erhältliche Keton 26 bromiert und durch eine „Delépine-Reaktion“ in eine Aminofunktion umgewandelt wurde. Die Ausbeute an 28 wurde von den Autoren nicht angegeben.


22

(15)

Als Synthon für den Pyrrolbaustein wurde das N-tosyl-geschützte Pyrrolcarbonsäure-chlorid 30 ausgewählt. Für die Synthese wurde Pyrrol 29 deprotoniert und am N-Atom tosyliert. Anschließend wurde über eine Friedel-Crafts-Acylierung die Chlorcarbonyl-Gruppe in die 2-Position eingeführt. Die Ausbeute belief sich auf 48%. Das Säurechlorid 30 ließ sich mit 28 in Pyridin als Lösemittel in 78% Ausbeute zum Amid 31 kuppeln. Die Autoren berichten, daß bei der Verwendung eines untosylierten Pyrrols, eine Kupplung mit dem Aminoketon nicht möglich war.

(16)

Für die Cyclodehydratisierung wurde Phosphorylchlorid verwendet. Diese Umsetzung lief ebenso glatt wie die Abspaltung der beiden Schutzgruppen. Bezogen auf das Amid 31 konnte das unchlorierte Phorbazolgrundgerüst in 77% Ausbeute erhalten werden. Die Autoren berichten, das sich ihre Untersuchungen zur Chlorierung im Fortgang befinden.

(27)


[Titelseite] [Danksagung] [Vorwort] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [Anhang] [Bibliographie]

© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Wed Oct 18 14:57:25 2000