Chemische Synthese von Spiropyranen mit Carbonsäure

Für die Darstellung des Spiropyrans 51 mit kurzem Linker und Carbonsäure diente für den Aufbau des Grundgerüsts die etablierte Synthese von Beyer und Wagenknecht als Vorlage.^[208] Dabei sollte ausgehend von 2,3,3-Trimethylindol 66 im ersten Schritt der Linker am Indolinstickstoff angebracht werden durch Substitution eines Halogens. Im nächsten Schritt wird durch Zugabe von KOH die Imin-Enamin-Tautomerie induziert. Das Enamin kann anschließend mit dem passenden Aldehyden 69 über eine Aldolreaktion zum Spiropyran reagieren. Abschließend wird eine Methylierung des Chromenstickstoffs mit Methyliodid nach Özçoban et al. durchgeführt.^[27]

Abb. 56: Syntheseplan für die Darstellung von Spiropyran 51.

Im ersten Reaktionsschritt in Abb. 56 sollte ausgehend von Verbindung 66 der Linker mit Carbonsäure am Indolinstickstoff installiert werden. Dazu wurde analog zur Literatur^[208] 2-Iodacetat 71 mit Indolin 66 in MeCN für mehrere Stunden zum Rückfluss erhitzt (siehe Abb. 57, Reaktion a). Es konnte kein Produkt isoliert werden, was auch in der nächsten Reaktion angelehnt an Meguelatti et al.^[209] ohne Lösungsmittel der Fall war (b). Da vermutet wurde, dass die freie Carbonsäure ein Problem in der Aufarbeitung darstellt und nicht wie von Martynaitis et al.^[210] als Perchlorsäure ausgefällt werden konnte, wurde in weiteren Reaktionen eine veresterte Carbonsäure eingesetzt. Mit Verbindung 72 wurden drei verschiedene Reaktionsansätze unter Rückfluss probiert, erstens in Dibrombenzol nach Pisoni et al.^[211] (c), zweitens ohne Lösungsmittel analog zu Ansatz b (d) und drittens in Toluol nach Wang et al.^[212] (e). In Reaktion c konnte zwar massenspektrometrisch das Produkt im Ansatz nachgewiesen, aber nicht isoliert werden. Als nächstes wurde versucht nach Meguelatti et al.^[209] Brom statt Iod als Substituent einzusetzen (f, 74). Verbindung 66 wurde frisch destilliert eingesetzt, mit dem Erfolg, dass Produkt 77 mit Ether aus dem Reaktionsgemisch isoliert werden konnte. Nach Tautomerisierung durch 1 M NaOH, konnte Enamin 78 sauber isoliert und in folgenden Reaktionen eingesetzt werden. Trotz längerer

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Inkubation in NaOH ließ sich der Methylester nicht, wie in der Literatur beschrieben, spalten. Aus diesem Grund wurde dieselbe Reaktion mit einer tert-Butyl-geschützten Carbonsäure durchgeführt (g in EtOH und h ohne Lösungsmittel) mit dem Ziel Verbindung 79 herzustellen. Aus dem Reaktionsgemisch in EtOH ließ sich das Produkt nur mit großem Aufwand isolieren aufgrund von sehr feinem Niederschlag im Gegensatz zur Reaktion ohne Lösungsmittel. Nach Waschen des ausgefallenen Produkts mit Aceton wurde Verbindung 80 als freie Carbonsäure mit 76% Ausbeute hergestellt und in der Folgereaktion eingesetzt.

Abb. 57: Übersicht der durchgeführten Synthesen mit dem Ziel Verbindung 67 herzustellen ausgehend von Indolin 66.

Verbindung 78 wurde zügig unter Erhaltung des Enamins weiter zu Spiropyran 81 über eine Aldolkondensation mit Aldehyd 69 umgesetzt. Auch die Methylierung des Chromenstickstoffs funktionierte wie erwartet. Im letzten Schritt sollte der Methylester gespalten werden. Aus der Darstellung von Enamin 78 ist bekannt, dass eine Hydrolyse mit NaOH keinen Erfolg zeigt. Des Weiteren wurden basische Bedingungen vermieden, da eine Öffnung des Spiropyrans zu Merocyanin-Form gefördert wird und Hydrolyse durch eine Retro-Aldolreaktion eintreten kann.^[23]

Deshalb wurde zunächst versucht nach Nicolaou et al.^[213] eine Esterspaltung durch den Einsatz von Me₃SnOH zu erhalten. Trotz schlechter Löslichkeiten wurden kleine Mengen Produkt erhalten, die jedoch nicht vom Edukt abgetrennt werden konnten. In einem zweiten Ansatz wurde versucht, eine saure Esterhydrolyse mit einem Gemisch aus konzentrierter Salzsäure und Eisessig zu bewirken. In einer massenspektrometrischen Untersuchung wurde nur das decarboxylierte Produkt

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gefunden. In einem dritten Versuch wurde nach Hagen et al.^[214] eine LiOH-Lösung eingesetzt, die zum gewünschten Produkt 51 führte. Jedoch konnte das Produkt wieder nicht isoliert werden, aufgrund der ähnlichen Eigenschaften von Produkt 51 und Vorläufer 82 in präparativer Normalphasen- und Umkehrphasensäulenchromatographie.

Abb. 58: Syntheseübersicht von Verbindung 51 mit dem Ziel den Methylester zu spalten unter Erhalt der Carbonsäure.

Ausgehend von Verbindung 80 mit freier Carbonsäure wurde analog zu Halbritter et al.^[22] die Aldolkondensation mit Aldehyd 69 nach kurzer Inkubation mit NEt₃ erfolgreich durchgeführt. Im Folgeschritt sollte die Methylierung des Chromenstickstoffs durchgeführt werden. Jedoch wurde in mehreren Versuchen nicht die gewünschte Zielstruktur 51, sondern 83 nach Decarboxylierung des Linkers erhalten. Die Instabilität wird nach Wang et al.^[212] auf die Reaktivität der Heteroatome zurückgeführt, die besonders in basischen Bedingungen und Hitze zur Decorboxylierung neigen.

Auch im Fall von Amid- oder Ester-geschützten Carbonsäuren konnte der Prozess nicht verhindert werden. Dies deutet darauf hin, dass die Amidbindung zwischen Spiropyran und RNA nicht stabil sein würde und die Bildung unter basischen Bedingungen degradieren würde.

Abb. 59: Synthese von Zielverbindung 51 ausgehend von Vorläufer 80.

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In einem letzten Versuch wurde PyBIPS 87 mit Hydroxylinker hergestellt. Das Anbringen des Linkers, die Aldolkondensation und die Methylierung des Stickstoffs wurden analog zu Özçoban et al.^[27] mit guten (79-94%) bis moderaten (20%) Ausbeuten durchgeführt. Abschließend sollte eine Oxidation des Alkohols zur Carbonsäure Produkt 51 liefern. Jedoch konnte Verbindung 51 weder durch eine Jones-Oxidation noch über eine Reaktion mit TEMPO und Periodat erhalten werden (siehe Abb. 60).

Abb. 60: Synthese von Zielverbindung 51 ausgehend von Hydroxyllinker mit abschließender Oxidation zur Carbonsäure.

Da Verbindung 51 synthetisch nicht dargestellt werden konnte, wurde die Synthese von Verbindung 91 angestrebt (siehe Abb. 61). Durch die Erweiterung des Linkers um eine CH₂-Gruppe zu einem Propansäurelinker wurde eine verbesserte Stabilität erhofft. Nach Halbritter et al.^[22]

wurde der Linker mit freier Carbonsäure an Indolin angebracht, die Aldolreaktion in guter Ausbeute durchgeführt und nach Methylierung Zielverbindung 91 erhalten.

Abb. 61: Synthese von Zielverbindung 91 mit Propansäurelinker.

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