Synthese von Epicapreomycidin 19 und Versuch der Synthese von Capreomycidin 18

Abb. 73 Röntgenstrukturanalyse von 102b

4.3.2.3 Syntheseroute über Guanidinyl-substituierte Alkohole 100

4.3.2.3.1 Synthese von Epicapreomycidin 19 und Versuch der Synthese von Capreomycidin 18

Entsprechend der in Abb. 63 vorgestellten Retrosynthese (Kap. 4.3.2) beruhte diese Synthesestrategie auf der frühen Einführung der Guanidingruppe auf der Stufe des geschützten sekundären Amins 102. Daher wurde zunächst die Guanidinylierung mit dem von Goodman et al.

beschriebenen zweifach Cbz-geschützten Guanidintriflat 115 erprobt.^[90] Allerdings konnte weder in DCM noch in THF nach mehreren Tagen Reaktionszeit ein Umsatz festgestellt werden. Ein leicht modifiziertes Protokoll der Guanidinylierung von Williams et al. mit Silbertriflat anstelle des giftigen Quecksilberbromids und dem zweifach Cbz-geschützten S-Methylthioharnstoff 33b als Guanidinylierungsreagenz lieferte das Guanidinyl-substituierte Olefin 101 in guter Ausbeute für beide Diastereomere (Abb. 74),^[74] wobei 101b nicht vollständig gereinigt werden konnte.

BocN

Abb. 74 Guanidinylierung vom geschützten Amin 102 zum geschützten Olefin 101

Anschließend wurde das geschützte Olefin 101 mittels Ozonolyse und anschließender reduktiver Aufarbeitung zum Guanidinyl-substituierten Alkohol 100 umgesetzt. Die Reduktion benötigte allerdings sehr lange Reaktionszeiten und große Mengen Natriumborhydrid, da der in der Ozonolyse gebildete Aldehyd 116 vermutlich im Gleichgewicht mit seinem Hemiaminal 117 stand, wobei das Gleichgewicht stark auf der Seite von 117 lag (Abb. 75). Des Weiteren konnte für 100 bei Bedarf eine Diastereomerentrennung durch Säulenchromatographie durchgeführt werden.

Abb. 75 Ozonolyse mit reduktiver Aufarbeitung und Mitsunobu-Reaktion zur Darstellung von 51e und 51f

Über die Reinheit der geschützten Guanidinyl-substituierten Alkohole 100 konnte nur gemutmaßt werden, da sowohl die Olefine 101 als auch die Alkohole 100 aufgrund von Rotamerenbildung auch bei hohen Messtemperaturen sehr schwierig zu interpretierende NMR-Spektren lieferten. Daher wurde die Ausbeute über mehrere Stufen berechnet. Alternativ zur Ozonolyse wurde eine Periodatspaltung in Gegenwart von Ruthenium(III)-chlorid entsprechend dem Protokoll von Yang et al. erprobt.^[130] Allerdings wurde dabei ein Diastereomerengemisch im Verhältnis von 100a:100b = 1:2 beobachtet, wobei als Ausgangsverbindung das diastereomerenreine Olefin 101b eingesetzt wurde. Aufgrund der aufgetretenen Epimerisierung wurde diese alternative C=C-Spaltung nicht weiter verfolgt und stattdessen die Ozonolyse verwendet.

Die Zyklisierungen zu dem geschützten Capreomycidinol 51e und Epicapreomycidinol 51f unter Mitsunobu-Bedingungen gelang aufgrund des eingesetzten primären Alkohols wie erwartet gut (Abb. 75). So konnte 51f in 82 % Ausbeute erhalten werden, wobei die Ausbeute nur aus dem

1H-NMR-Spektrum berechnet wurde, da das Zyklisierungsprodukt nicht vom reduzierten Hydrazin-1,2-dicarbonsäurediisopropylester (DIAD-H2) abzutrennen war. Für 51e lag die abgeschätzte Ausbeute bei ungefähr 60 %, allerdings waren auch hier noch weitere kleine Verunreinigungen im Produkt vorhanden. Daher wurden die weiteren Stufen der selektiven Acetonidentschützung und Oxidation nur mit 51f durchgeführt (Abb. 76).

Für die selektive Entschützung der Acetonidschutzgruppe wurde zunächst Essigsäure in Wasser erprobt. Dies führte jedoch zu keinem Umsatz (Tab. 13, Nr. 1). Die Verwendung von verdünnter Salzsäure lieferte lediglich das hydroxylierte Ringöffnungsprodukt 98d (Nr. 2), welches bereits bei der Entschützung des geschützten Epicapreomycidinols 51b beobachtet wurde (Kap. 4.3.1.3).

BocHN BnN

NCbz CbzN

Tab. 13 BocN

O

BnN NCbz CbzN

H₂N

CbzN HO

BnHN NCbz 98d

51g 51f

BocHN BnN

NCbz CbzN

OH

19n TEMPO, BAIB

MeCN, H₂O Rt., 3 h

O OH

OH

Abb. 76 Nicht reproduzierbare selektive Acetonidentschützung und Oxidation zu 19n

Durch die Anwendung von wasserfreien Entschützungen, z. B. mit p-Toluolsulfonsäure (pTSOH) (Nr. 3),^[131] oder Trifluoressigsäure (Nr. 4),^[132] konnte das gewünschte Boc-geschützte Epicapreomycidinol 51g erhalten werden.

Nr. Reagenz Lösungsmittel Temperatur / °C Zeit Produkt / %

1 AcOH H2O Rt. 3 d 51f

2 1 M HCl H2O Rt. 24 h 98d (89)

3 pTsOH MeOH Rt. 5 d 51g (7)^[a]

4 TFA DCM/MeOH 0 2.5 h 51g (33)^[a]

[a] verunreinigt.

Tab. 13 Selektive Acetonidentschützung zum Boc-geschützten Epicapreomycidinol 51g

Jedoch war das Produkt immer noch verunreinigt, die Ausbeuten im moderaten Rahmen und Reproduzierbarkeit nicht gegeben, sodass die Strategie über eine selektive Acetonidentschützung aufgegeben werden musste. Das Material wurde dennoch zur Erprobung der TEMPO/BAIB-Oxidation genutzt und so konnte verunreinigtes geschütztes Epicapreomycidin 19n in geringer Ausbeute von abgeschätzten 30 % erhalten werden.^[119]

Daher wurde eine simultane saure Entschützung von Acetonid- und Boc-Schutzgruppen unter wasserfreien Bedingungen durchgeführt, um die unerwünschte Alkoholbildung unter Ringöffnung zu vermeiden (Abb.77). Die Verwendung von Trifluoressigsäure (TFA) lieferte dabei eine Ausbeute von 30 % über 3 Stufen^[133] und tolerierte als Aufarbeitung sowohl eine einfache Phasentrennung unter Generierung des Hydrochlorids (Tab. 14, Nr. 1) als auch die Neutralisation mit Natriumhydrogencarbonat unter Bildung des freien Aminoalkohols 51h (Nr. 2). Allerdings mussten auf größerer Skala nochmals 10 Äquivalente TFA zugegeben werden, um einen vollständigen Umsatz zu gewährleisten. Im Anschluss wurde Acetylchlorid (AcCl) in Methanol erprobt.^[134]

Extraktive Aufarbeitung lieferte das gewünschte Produkt 51h in sehr guter Ausbeute von 51 % über drei Stufen (Nr. 3). Die Neutralisation mit Natriumhydrogencarbonat führte zu keiner Verbesserung der Ausbeute (Nr. 4). Zur Vermeidung von zu starken basischen Bedingungen vor dem Hintergrund der potentiellen Nebenproduktbildung wurde in der weiteren Folge die Aufarbeitung aus Variante 4 angewendet. Als Variation wurde für 1 h bei 50 °C erhitzt (Nr. 5), allerdings ohne Verbesserung der Ausbeute. Größere Ansätze konnten diese Ergebnisse aber nicht reproduzieren. Längere Reaktionszeiten und Erhitzen unter Rückfluss führten lediglich zur unerwünschten Alkoholbildung (Nr. 6). Mildere Reaktionsbedingungen auf ähnlicher Skala führten zu einer deutlich schlechteren Ausbeute von 17 % (Nr. 7). Auf kleinerer Skala von ca. 1 g Startmaterial konnte die mittlere

Ausbeute von 33 % jedoch reproduziert werden (Nr. 9). Daher wurde die methanolische Salzsäurelösung vor der Reaktion hergestellt (Nr. 8 und 10), um eine zu starke Erhitzung während der Reaktion zu vermeiden.

Nr. Ansatz / g 51f/DIAD-H2 Reagenz (Äq.) Temperatur / °C Zeit / h Produkt / %

1 0.300 73:27 TFA (10) Rt. 9 51h (28)

2 2.29 71:29 TFA (10+10) Rt. 17+11 51h (29)

3 0.290 75:25 AcCl (10) 0 → Rt. 0.75 51h (51)

4 0.264 75:25 AcCl (10) Rt. 2 51h (36)

5 0.288 75:25 AcCl (10) Rt. → 50 1 51h (34)

6 1.86 75:25 AcCl (10) Rt. → Rückfluss 48 + 5 98d

7 2.66 75:25 AcCl (10) Rt. 1 51h (17)

8 0.121 68:32 AcCl (10+10)^[a] Rt. 4 + 15 51h (53)

9 0.990 75:25 AcCl (10) Rt. 3 51h (33)

10 13.9 68:32 AcCl (10)^[a] Rt. 19 51h (33)

11 0.176 53:47 AcCl (3+6) 0 → Rt. 4 + 18 51h (22) 12 0.625 53:47 AcCl (8+3) 0 → Rt. 2 + 21 51h (29)

13 0.268 46:54 AcCl (15) 0 → Rt. 22 51h (58)

[a] 1 ^M methanolische HCl (AcCl in MeOH) zugegeben.

Tab.14 Saure Entschützung zum geschützten Epicapreomycidinol 51h

Auf kleiner Skala konnte eine sehr gute Ausbeute erreicht werden, wobei nochmals Reagenz nachgegeben werden musste (Nr. 8). Auf großer Skala konnte unter den modifizierten Bedingungen das gewünschte Produkt 51h in moderater Ausbeute von 33 % über eine längere Reaktionszeit isoliert werden (Nr. 10). Um noch mildere Bedingungen herzustellen, wurde Acetylchlorid bei 0 °C zugegeben und weniger als 10 Äquivalente verwendet, wobei kein vollständiger Umsatz beobachtet wurde. Nach der Zugabe von zusätzlichem Reagenz konnten etwas schlechtere Ausbeuten von 22 % bzw. 29 % erreicht werden (Nr. 11 und 12). Eine Erhöhung der Äquivalente Acetylchlorid ermöglichte bei niedrigerer Temperatur eine gute Ausbeute von 58 % (Nr. 13). Dies könnte der geringeren Reaktivität durch die niedrigere Temperatur geschuldet sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unabhängig vom Anteil an reduziertem DIAD, der Temperatur, der Reaktionszeit und der Bildung der methanolischen HCl auf kleiner Skala von maximal 290 mg (ca. 0.3 mmol) gute Ausbeuten über 50 % über 3 Stufen erzielt werden konnten.

Einschränkend war einzig zu starkes Erhitzen, was die Bildung des unerwünschten geschützten β-Hydroxyarginins 98d bedingte. Die Interpretation des ¹H-NMR-Spektrums des Aminoalkohols

51h zeigte unerwarteterweise ein Triplett bei δ = 6.89 ppm und ein Singulett bei δ = 8.05 ppm mit der Intensität 1 anstatt eines Singulett mit Intensität 2 für das gebildete primäre Amin. Das Massenspektrum lieferte jedoch das erwartete Masse-zu-Ladungsverhältnis, sodass diese Signale nur mit der Wanderung einer Cbz-Gruppe von N-3' nach N-2 während der leicht basischen Aufarbeitung mit Natriumhydrogencarbonat zu erklären war (Abb. 77). Diese Schutzgruppenwanderung bei Urethan-geschützten Guanidinen war bereits bekannt,^[90] erwies sich aber als positiv, da somit keine zusätzliche Schützung der primären Aminofunktion für die nachfolgende Oxidation vonnöten war.

Tab. 14 BocN

O

BnN NCbz CbzN

H₂N BnN

NCbz CbzN

OH CbzHN

BnN NH CbzN

OH

51f 51h

Abb. 77 Saure Entschützung zum geschützten Epicapreomycidinol 51h

Die saure Entschützung des geschützten Capreomycidinols 51e wurde ähnlich durchgeführt.

Allerdings konnte weder nach insgesamt 22 h mit 30 Äquivalenten TFA noch nach 3 h mit 2.5 Äquivalenten Acetylchlorid in Methanol ein Umsatz festgestellt werden. Der Einsatz von 10 Äq. Acetylchlorid über 21 h lieferte das gewünschte Produkt 51i, allerdings stark verunreinigt und in geringer Ausbeute (Abb. 78),^[126] sodass der Versuch der Darstellung von Capreomycidin 18 auf dieser Stufe beendet wurde.

H₂N BnN

NCbz CbzN

OH BocN

O

BnN NCbz CbzN

TFA oder AcCl

51e 51i

Abb. 78 Versuch der sauren Entschützung zum geschützten Capreomycidinol 51i

Zur Darstellung von geschütztem Epicapreomycidin 19o wurde zunächst eine TEMPO/BAIB-Oxidation untersucht (Abb. 79, Tab. 15, Nr. 1 und 2), die in unserer Arbeitsgruppe

bereits erfolgreich eingesetzt worden war.^[119] Dabei konnte das gewünschte Produkt aber nur in verunreinigter Form und geringer Ausbeute isoliert werden, da vermutlich der unerwünschte Bizyklus 118 als Nebenprodukt gebildet wurde. Dieser geht nach nucleophilem Angriff des aus der Cbz-Wanderung hervorgegangenen freien N-3' an den intermediär gebildeten Aldehyd hervor.

CbzHN BnN

NH CbzN

CbzHN BnN

NH CbzN

CbzHN BnN

NH CbzN

O

BnN N CbzN

NHCbz OH 19o

118

BnN N CbzN

NHCbz O [O]

Tab.15

51h

119

OH OH

O

Abb. 79 Oxidation zum geschützten Epicapreomycidin 19o

Das Oxidationsprodukt 119 dieses Hemiamninals 118 konnte auch als Nebenprodukt mittels Massenspektrometrie identifiziert werden.

Nr. Reagenz Temperatur / °C Zeit / h 19o / % 118 / % 119 / %

1 TEMPO/BAIB Rt. 3 37^[a] - -

2 TEMPO/BAIB Rt. 4.5 32^[a] 43 15

3 RuCl3 ⋅ n H2O / NaIO4 0 → Rt. 26 ^- 50^[b] -

4 TEMPO / NaClO / NaClO2 35 4.5 31^[b] - -

5 TEMPO / NaClO / NaClO2 40 48 73 - -

6^[c] TEMPO / NaClO / NaClO2 35 96 40 - -

7 TEMPO / NaClO / NaClO2 35 72 66^[d] - -

8 TEMPO / NaClO / NaClO2 35 240 70^[e] - -

[a] verunreinigt. [b] basierend auf reisoliertem Edukt. [c] 1.2 mmol Ansatz statt 0.2 mmol.

[d] nach extraktiver Reinigung. [e] wässrig gewaschen.

Tab. 15 versuche zur Oxidation zum geschützten Epicapreomycidin 19o

Auch eine wiederholte Umsetzung von 118 lieferte nach vier Tagen lediglich 15 % der Säure 19o.

Alternativ wurde eine Oxidation mit Natriumperiodat und Ruthenium(III)-chlorid erprobt.^[135]

Dabei konnte jedoch kein Umsatz zum geschützten Epicapreomycidin 19o beobachtet werden (Nr. 3). Eine andere häufig verwendete Methode zur Oxidation von α-Aminoalkoholen zu den entsprechenden Aminosäuren ist eine kombinierte TEMPO-Pinnick-Oxidation.^[136] Dabei konnte nach 4.5 h noch kein vollständiger Umsatz erzielt werden (Nr. 4). Eine Verlängerung der Reaktionszeit auf zwei Tage ermöglichte jedoch die Synthese von 19o mit einer Ausbeute von 73 % (Nr. 5). Als Aufarbeitungsmethoden konnten sowohl Extraktion (Nr. 7) als auch wässriges Waschen mit Natriumthiosulfat- und Natriumchlorid-Lösung angewendet werden (Nr. 8). Auf größerer Skala waren vier Tage Reaktionszeit erforderlich, wobei nach jedem Tag TEMPO und Natriumhypochlorit zugegeben wurden (Nr. 6). Daraus lässt sich ableiten, dass sowohl die TEMPO/BAIB- als auch die RuCl3/NaIO4-Oxidation zu unreaktiv waren und vor allem Nebenprodukte des Aldehyds bildeten.

Kombinierte TEMPO-Pinnick-Oxidation lieferte das gewünschte geschützte Epicapreomycidin 19o, welches anschließend hydrogenolytisch entschützt werden sollte.

Bei der Hydrogenolyse konnte weder bei 1 bar noch bei 4 bar mit konzentrierter Salzsäure als Additiv das gewünschte Produkt 19 erhalten werden. Lediglich das noch nicht vollständig entschützte Benzyl-Epicapreomycidin 19p konnte isoliert werden. Diese Ergebnisse lassen die Vermutung zu, dass das Benzyl-geschützte Stickstoffatom durch den Ringschluss sterisch stark abgeschirmt ist, sodass besonders drastische Entschützungsbedingungen notwenig sind. Daher wurde die Hydrogenolyse am H-Cube^® durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass als Katalysatoren Pd/C und Pt/C nicht geeignet waren, da erneut nur das Nebenprodukt 19p isoliert werden konnte.

Die Verwendung von Pd(OH)2/C als Katalysator ermöglichte schließlich bei 80 °C und 1 bar die vollständige Entschützung in zwei Durchläufen zum Dihydroacetat von Epicapreomycidin 19 in mäßiger Ausbeute. Eine größere Menge (0.16 mmol) konnte in fünf Durchgängen bei 100 °C und 1 bar vollständig entschützt werden, allerdings konnte dieses Ergebnis später nicht reproduziert werden. Nach RP-Chromatographie und Behandeln des Rohproduktes mit verdünnter Salzsäure konnte das Dihydrochlorid von 19 in sehr guter Ausbeute von 91 % isoliert werden (Abb. 80).

Allerdings zeigte das ¹³C-NMR-Spektrum dieser Verbindung einen doppelten Signalsatz. Zur Aufklärung, ob ein gemischtes Salz, eine Epimerisierung oder eine Verunreinigung verantwortlich war, wurde 19 mit deuterierter TFA versetzt und mit dem ¹³C-NMR-Spektrum des auf gleiche Weise behandelten racemischen (Epi-)Capreomycidins 18,19 verglichen. Dies brachte jedoch kein eindeutiges Ergebnis, sodass beide Proben zusammengegeben wurden, um die Erhöhung eines oder beider Signalsätze zu beobachten. Dabei konnte keine Verstärkung von Signalen beobachtet werden, sodass eine Verunreinigung am wahrscheinlichsten war.

Abb. 80 Hydrogenolytische Entschützung zum Epicapreomycidin 19

Somit konnte eine stereokontrollierte Synthese von Epicapreomycidin 19 mit einer Gesamtausbeute von 20 % über 8 Stufen ausgehend vom Garner-Aldehyd 36 (bzw. 11 % über 13 Stufen ausgehend von D-Serin 93) entwickelt werden. Allerdings stellten die letzten drei Stufen bestehend aus saurer Entschützung, Oxidation und hydrogenolytischer Entschützung eine starke Einschränkung dar, da die erzielten Ergebnisse sehr schlecht reproduzierbar waren. Des Weiteren konnte diese Syntheseroute nicht auf die Synthese von Capreomycidin 18 übertragen werden. Daher wurden Alternativen zur Debenzylierung und alternative Substrate für die saure Entschützung und Oxidation zur Vermeidung der hier beschriebenen Probleme benötigt.

Im Dokument Synthese von Capreomycidin- und Epicapreomycidin-haltigen Naturstoff-Bausteinen (Seite 95-103)