TY  - THES
A1  - Schmidt, Sebastian
T1  - A closer look at long-established drugs: enantioselective protein binding and stability studies
T1  - Lang-etablierte Arzneistoffe genauer unter die Lupe genommen: Enantioselektive Proteinbindung und Stabilitätsstudien
N2  - The aim of this work was to investigate older, established drugs. The extent of the protein binding of chiral ephedra alkaloids to AGP and of ketamine to albumin was determined. Since enantiomers of these drugs are individual available, the focus was on possible enantioselective binding and structural moieties involved in the binding. 
Previously published work suggested that ephedrine and pseudoephedrine can bind stereoselectively to proteins other than albumin in serum. For the determination of the extent of protein binding, the established ultrafiltration with subsequent chiral CE analysis was used. To determine the influence of basicity on binding, the drugs methylephedrine and norephedrine were also analyzed. Drug binding to AGP increased with increasing basicity as follows: norephedrine < methylephedrine < ephedrine < pseudoephedrine. pKaff was determined both graphically using the Klotz plot and mathematical indicating a low affinity of the ephedra alkaloids to AGP. Using STD-NMR spectroscopy experiments the aromatic protons and the C-CH3 side chain were shown to be most strongly involved in binding, which could be confirmed by molecular docking experiments in more detail. For all drugs, van der Waals-, π π  , cationic interactions, hydrogen bonds, and a formation of a salt bridge were observed. The individual enantiomers showed no significant differences and thus the binding of ephedra alkaloids to AGP is not significant. 
In contrast to the ephedra alkaloids, the possible enantioselective binding to albumin was investigated for R  and S ketamine. Again, ultrafiltration followed by CE analysis was performed. The binding of ketamine to one main binding site could be identified. A non-linear fit was used for the determination of pKaff. Using the NMR methods STD-NMR, waterLOGSY-NMR, and CPMG-NMRspectroscopy: the aromatic protons as well as the protons of the NCH3 methyl group showed the largest signal intensity changes, while the cyclohexanone protons showed the smallest changes. pKaff was also determined by the change in the chemical shift at different drug-protein ratios. These obtained values confirm the values obtained from ultrafiltration. Based on this, ketamine is classified as a low-affinity ligand to albumin. There were no significant differences between the individual enantiomers and thus the binding of ketamine to albumin is not a stereoselective process. 
Using statistical design of experiments an efficient chiral CE method for determining the extent of protein binding of R and S ketamine to albumin was developed and validated according to ICH Q2 (R1) guideline. 
The stability of ketamine was also investigated because a yellowish discoloration of an aqueous solution of ketamine developed under heat. XRPD investigations showed the same crystal structure for all batches examined. An untargeted screening using LC HRMS as well as LC UV measurements showed no degradation of ketamine or the presence of impurities in stress and non-stressed ketamine solutions, confirming the stability of ketamine under the stress conditions investigated. The lower the quality of the water used in the stress tests, the more intense the yellow discoloration occurred. The impurity or the mechanism that causes the yellow discoloration could not be identified.
N2  - Ziel dieser Arbeit war es ältere, etablierte Arzneistoffe zu untersuchen. Das Ausmaß der Proteinbindung von chiralen Ephedra-Alkaloiden an AGP und von Ketamin an Albumin wurde bestimmt. Da Enantiomere dieser Wirkstoffe individuell verfügbar sind, lag der Fokus auf möglichen enantioselektiven Bindungen und strukturellen Funktionalitäten, die an der Bindung beteiligt sind.
Zuvor veröffentlichte Arbeiten deuteten darauf hin, dass Ephedrin und Pseudoephedrin stereoselektiv an andere Proteine als Albumin im Serum binden können. Zur Bestimmung des Ausmaßes der Proteinbindung wurde die etablierte Ultrafiltration mit anschließender chiraler CE-Analyse eingesetzt. Um den Einfluss der Basizität auf die Bindung zu bestimmen, wurden auch die Wirkstoffe Methylephedrin und Norephedrin analysiert. Die Bindung des Wirkstoffs an AGP nahm mit zunehmender Basizität wie folgt zu: Norephedrin < Methylephedrin < Ephedrin < Pseudoephedrin. pKaff wurde sowohl grafisch mit Hilfe des Klotz-Plots als auch mathematisch bestimmt, was auf eine geringe Affinität der Ephedra-Alkaloide zu AGP hinweist. Mittels STD-NMR Spektroskopie Experimenten konnte gezeigt werden, dass die aromatischen Protonen und die C-CH3-Seitenkette am stärksten an der Bindung beteiligt sind, was durch molekulare Docking-Experimente detailliert bestätigt werden konnte. Für alle Wirkstoffe wurden van-der-Waals-, π π , kationische Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen und die Bildung einer Salzbrücke beobachtet. Die einzelnen Enantiomere zeigten keine signifikanten Unterschiede, so dass die Bindung von Ephedra-Alkaloiden an AGP nicht signifikant ist.
Im Gegensatz zu den Ephedra-Alkaloiden wurde die mögliche enantioselektive Bindung an Albumin für R  und S Ketamin untersucht. Auch hier wurde eine Ultrafiltration mit anschließender CE-Analyse durchgeführt. Die Bindung von Ketamin an eine Hauptbindungsstelle konnte identifiziert werden. Für die Bestimmung von pKaff wurde eine nichtlineare Anpassung verwendet. Mit den NMR-Methoden STD-NMR, waterLOGSY NMR und CPMG-NMR Spektroskopie zeigten sowohl die aromatischen Protonen als auch die Protonen der NCH3-Methylgruppe die größten Änderungen der Signalintensität, während die Cyclohexanon-Protonen die geringsten Änderungen afuwiesen. pKaff wurde auch durch die Änderung der chemischen Verschiebung bei verschiedenen Wirkstoff-Protein-Verhältnissen bestimmt. Die Werte bestätigen die durch die Ultrafiltration erhaltenen Werte. Auf dieser Grundlage wird Ketamin als Ligand mit niedriger Affinität zu Albumin eingestuft. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Enantiomeren und somit ist die Bindung von Ketamin an Albumin kein stereoselektiver Prozess.
Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung wurde eine effiziente chirale CE-Methode zur Bestimmung des Ausmaßes der Proteinbindung von R  und S Ketamin an Albumin entwickelt und gemäß der ICH Q2 (R1) Richtlinie validiert.
Die Stabilität von Ketamin wurde ebenfalls untersucht, da sich unter Hitze eine gelbliche Verfärbung einer wässrigen Ketaminlösung entwickelte. XRPD-Untersuchungen zeigten für alle untersuchten Chargen die gleiche Kristallstruktur. Ein nicht zielgerichtetes Screening mittels LC HRMS sowie LC UV-Messungen zeigte keinen Abbau von Ketamin oder das Vorhandensein von Verunreinigungen in Stress- und nicht gestressten Ketaminlösungen, was die Stabilität von Ketamin unter den untersuchten Bedingungen bestätigt. Je schlechter die Qualität des in den Stresstests verwendeten Wassers war, desto intensiver trat die Gelbverfärbung auf. Die Verunreinigung oder der Mechanismus, der die gelbe Verfärbung verursacht, konnte nicht identifiziert werden.
KW  - Proteinbindung
KW  - Ephedrin
KW  - Ketamin
KW  - Stabilitätsstudien
KW  - Arzneistoffanalytik
KW  - Enantioselektivität
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345945
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hein, David
T1  - Enantioselektive Synthese von chiralen Bispidinen, 9-Oxabispidinen und Bispidinersatzstoffen und ihre Anwendung in der asymmetrischen Synthese
T1  - Enantioselective synthesis of chiral bispidines, 9-oxabispidines and bispidin surrogates and their application in the asymmetric synthesis
N2  - Diverse synthetische Zugänge zu einer neuen Verbindungsklasse, nämlich den chiralen 9-
Oxabispidinen wurden realisiert. Als gemeinsame Ausgangsverbindung diente das Aminodiol. Die Route über ein Bispidinlactam stellte sich aufgrund der geringen Ausbeute (~5%) über 8 Stufen als wenig effektiv heraus. Ein Nitril eignete sich wesentlich besser als Zwischenstufe und lieferte die Zielverbindungen in 9-27% Gesamtausbeute über 8-12 Stufen. 
Auch ein Syntheseweg zur Darstellung von Bispidinen konnte ausgehend vom Naturstoff (–)-Cytisin, der aus den Samen des Gemeinen Goldregens isoliert wurde, etabliert werden. Hierzu wurde in Analogie zu O’Briens Arbeiten zunächst die freie Aminofunktion als Carbamat geschützt und der aromatische Ring zum Lactam reduziert, um dann in 5-Position derivatisieren zu können. Verschiedene Substituenten (Me, iPr, F, cPr) konnten sowohl in axialer als auch in äquatorialer Position eingeführt werden. Ein weiterer Reduktionschritt
am Ende der Sequenz lieferte die trizyklischen Diamine in 15-38% Ausbeute über nur 4-6
Stufen ausgehend von (–)-Cytisin. Eine Cyclopropylgruppe wurde durch Einführung einer
Methoxymethylgruppe, Eliminierung und eine Cyclopropanierung mit Diiodmethan/ Diethylzink generiert.
Alle synthetisierten Verbindungen wurden als chirale Liganden in verschiedenen enantioselektiven Reaktionen evaluiert. Im Fokus standen hierbei zunächst die 9-Oxabispidine, die sich–im Gegensatz zu den bekannten Bispidinen–leider nicht als chirale Liganden in enantioselektiven Deprotonierungen einsetzen lassen, da sie selbst deprotoniert werden. In enantioselektiven Henry-Reaktionen stellte sich das trizyklische 9-Oxabispidin als hervorragender Ligand heraus, der als Kupferkomplex mit einer Vielzahl an Aldehyden (aliphatisch, aromatisch) und Nitromethan umgesetzt wurde. Sowohl die Ausbeuten (44-95%) als auch die Enantiomerenüberschüsse (91-98%) waren exzellent und können mit den Ergebnissen der besten Literatur-bekannten Katalysatoren mithalten. Auch in einer diastereoselektiven Umsetzung mit Nitroethan konnte ein dr von 80:20 mit sehr guten 94% ee für das Hauptdiastereomer erzielt werden. Die bizyklischen 9-Oxabispidine eignen sich weniger für Henry-Reaktionen, da die Verbindungen mit sterisch weniger anspruchsvollen Reste nur mittelmäßige Resultate (33-46% ee) ergeben. Mit zunehmender Sterik ist auch eine steigende Tendenz zu einem höheren Enantiomerenüberschuss [z.B. R = Ph, 56/57% ee] zu erkennen. Interessant ist die Stereoselektivität der bizyklischen Oxabispidine: Während das trizyklische Bispidin zu einer S-Konfiguration im Produkt führt–wie es von einem (+)-Spartein-Ersatzstoff zu erwarten ist–liefern R = Et, iPr. cHex und Ph das R-Produkt - genau wie (–)-Spartein. Der Grund hierfür ist wahrscheinlich die exponierte Stellung der äußeren Methylgruppe im annelierten Piperidinring. Ein ähnlicher Effekt trat mit dem 9-Oxabispidin R = tBuPh, das ebenfalls einen weit ausladenden aromatischen Ring besitzt, ein. Auch hier wurden unter Induktionsumkehr im Vergleich zu R = Et, iPr, cHex, Ph das S-konfigurierte Produkt in 38-39 % ee erhalten. 
Im Gegensatz zu den 9-Oxabispidinen können die Bispidine in enantioselektiven Deprotonierungsreaktionen eingesetzt werden. Die bei der Umsetzung erzielten Ergebnisse  mit den Monomethyl-Verbindungen (92% ee, äquatoriale Me-Gruppe und 79% ee, axiale Me-Gruppe) zeigen, dass eine axiale Methylgruppe den Chiralitätstransfer eher negativ beeinflusst, wohingegen eine äquatoriale Methylgruppe keinen Einfluss ausübt auf den ee (gleicher ee mit 92% wie das trizyklische Bispidin). Bei größeren äquatorialen Substituenten wie iPr (51%) sinkt ebenfalls der Enantiomerenüberschuss. Zwei gleichartige Substituenten (≠ H) in 5-Position stören die Reaktion so sehr, dass der ee-Wert stark abfällt (34% ee bei zwei 5-Methylgruppen). Bei Einführung von kleinen Substituenten in äquatorialer und axialer Position, wie F (65% ee) oder -CH2-CH2- (40% ee) liegen die erzielten ee-Werte auch viel niedriger.
N2  - Several synthetic pathways to a new substance class, the chiral 9-oxabispidines 
have been realized using an amino alcohol as the starting material. Because of the low yield of ~5% over all 8 steps, the synthesis via a bispidine lactam seems to be not very efficient. As a better intermediate for all prepared derivatives a nitrile was chosen, which could be synthesized and converted into the 9-oxabispidines with 9-27% yield over 10-12 steps. 
A synthetic route to the bispidines was realized starting from the natural product
(–)-cytisine, which was isolated from the seeds of Laburnum anagyroides cytisus. In analogy to O’Brien`s work, the free amino function was protected as a carbamate
followed by reduction of the aromatic ring. Afterwards, the resulting lactam was derivatised in 5-positions. Bispidines with different substituents (Me, iPr, F, cPr) in both axial and equatorial position were synthesized. A reduction step at the end of the sequence led to the (+)-sparteine surrogate in 15-38% yield over 4-6 steps starting from (–)-cytisine. The cyclo propyl group was built up by addition of a methoxy methyl group, basic elimination to create the double bond and cyclopropation with diethyl zinc/diiodomethane.
All prepared compounds should be tested in different enantioselective reactions. The first
interesting substance class in focus for enantioselective Henry reactions were the 9- oxabispidines, which are unsuitable for deprotonation reactions. The tricyclic 9-oxabispidine 
seems to be an excellent ligand, the copper complexes of which were used in a large number of reactions with aldehydes (aliphatic, aromatic) and nitromethane.
Both, the yields (44-95%) and the enantiomeric excesses (86-98% S), are very satisfying and
comparable with the results of the best catalysts known. In a diastereoselective
reaction, a good dr of 80:20 with an excellent ee of 94% for the major diastereomer was found.
Because of moderate yields (R = Et, iPr, cHex: 33-39%/38-46% ee R) due to the less sterical demanding groups, the bicyclic 9-oxabispidines are less suitable for Henry reactions. It could be shown that with growing sterical demand of the substituent, the enantiomeric excess increases (R = Ph, aromatic ring, 56/57% ee R). The stereoselectivity of the bicyclic oxabispidines is very interesting. As expected for a (+)-sparteine-surrogate, the tricyclic compound leads to a S-configuration, whereas R = Et, iPr, cHex and Ph give the R-product like (–)-sparteine. The reason for this is probably the influence of the outermost C-5 methylene group. To further increase the optical yields and to collect more
information about the effects of maximum sterical hindrance, the 9-oxabispidine with R = tBuPh was tested. In accordance with the expectations inversion of induction (38/39% ee
S!) occured.
In contrast to the 9-oxabispidines the bispidines can be used in enantioselective
deprotonation reactions. The obtained results confirmed the expectations.
From the results with the monomethyl compounds (92% ee, equatorial Me-group
and 79% ee, axial Me-group), it can be concluded that an axial methyl group has a
negative influence on the stereoselectivity, whereas an equatorial methyl group has no influence on the enantiomeric excess identical 92% ee like the compound with two hydrogen atoms). By using bispidines with larger equatorial substituents like iPr (51%), the enantiomeric excess decreases. Two equal substituents (≠ H) in 5-position have a bad influence on the chirality transfer by decreasing the ee (34% ee for two 5-methyl groups). The introduction of substituents in equatorial and axial position, which are larger than a proton, but smaller than a methyl group (F: 65% ee, -CH2-: 40% ee), ee values that are much lower than with the tricyclic bispidine were obtained.
KW  - Enantioselektivität
KW  - Bispidin
KW  - Bispidin
KW  - Asymmetrische Synthese
KW  - 9-Oxabispidin
KW  - Pyrrolidin
KW  - chirale Kathalyse
KW  - enantioselektiv
KW  - bispidine
KW  - 9-oxabispidine
KW  - pyrrolidine
KW  - chila catalysis
KW  - enantioselective
KW  - Bispidinderivate
KW  - Pyrrolidin
KW  - Pyrrolidinderivate
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-93709
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hartlieb, Ariane
T1  - Enantioselektivität und Isotopendiskriminierung - Zur Analytik von 1,2-Propandiol und 4-Hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanon (Furaneol)
T1  - Enantioselectivity and isotope discrimination - Analysis of 1,2-propanediol and 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone (Furaneol)
N2  - Aussagekräftige Methoden zur Authentizitätsbewertung sind unerlässlich, um so-wohl einen fairen Handel als auch das Vertrauen der Verbraucher in die Qualität von Lebensmitteln zu gewährleisten. Das Ziel dieser Arbeit war es, anhand der Parameter 'Enantioselektivität' und 'Iso-topendiskriminierung' Methoden zur Authentizitätskontrolle von Schaumweinen und Erdbeeren, beides Produkte mit einem vergleichsweise hohen Handelswert, zur Verfügung zu stellen. Um unmittelbare Anwendbarkeit in der Praxis zu ermög-lichen, sollten dabei Untersuchungsmethoden zur Anwendung kommen, wie sie in Speziallaboratorien der Lebensmittelkontrolle gängig sind. Die Methoden der Wahl waren Gaschromatographie-Massenspektrometrie (HRGC-MS), Multidimensionale Gaschromatographie an achiraler/chiraler Phase (enantio-MDGC-MS) und Isoto-penverhältnismassenspektrometrie (IRMS), letztere sowohl in der Anwendung mittels Elementaranalysatoren (EA) als auch in der Kopplung mit der Gaschroma-tographie (HRGC-IRMS). Zur Echtheitsprüfung von Schaumweinen wurde 1,2-Propandiol als mögliche neue Markerkomponente ausgewählt und eine Methode zu dessen Extraktion und Enantiomerenanalytik erarbeitet. Die erzielten Ergebnisse zeigten, dass weder der Gehalt noch das Enantiomerenverhältnis für sich alleine eine Aussage über Her-kunft oder Produktionsmethode ermöglichen. Eine Kombination beider Parameter kann jedoch als Ausgangspunkt für die Authentifizierung von Schaumweinen die-nen. Die Untersuchung von Erdbeer-Aromaprofilen mittels HRGC-MS ergab, dass die Aromastoffzusammensetzung von Erdbeeren maßgebend von der jeweiligen Erd-beersorte beinflusst wird. Es zeigte sich, dass alle Erdbeer-Aromaprofile einem von zwei möglichen Aromaprofiltypen von Kulturerdbeeren zuzuordnen sind. Im Hinblick auf eine Authentizitätsbewertung anhand von Aromastoffprofilen ermög-licht dies den Nachweis einer höheren Menge von nicht aus der Erdbeerfrucht stammendem Aroma zu Erdbeerprodukten. Ein wesentlicher Ansatz zur Überprüfung der Authentizität von Erdbeeraromastof-fen war die Messung des Stabilisotopenverhältnisses von 4-Hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanon (Furaneol®), welcher als "Schlüsselaromastoff" bei Erdbeeren (und Ananas) gilt. Die Ergebnisse zeigten, dass lediglich das Sauerstoffstabilisotopen-verhältnis 18O/16O als Grundlage für eine aussagekräftige Methode dienen kann. IV Eine Unterscheidung von natürlichem Erdbeeraroma aus Erdbeerfrüchten und aus anderen natürlichen Materialien ließ sich hierbei nicht erreichen, jedoch war die synthetische Herkunft einddeutig identifizierbar. Der Einsatz geplanter Multiele-mentanalytik scheiterte an unzureichender Reproduzierbarkeit sowohl bei 2H/1H-, als auch bei 13C/12C-Analysen, wobei die Ursache bei erstgenannten in Aus-tauschreaktionen liegt.
N2  - Reliable authenticity control methods are of key importance both to ensure honest trading standards and consumers' trust in food quality. The aim of this study was to provide methods for checking the authenticity of strawberries and sparkling wine, both products with a high trade value, using the parameters 'enantioselectivity' and 'isotope discrimination'. To ensure that the methods are easily applicable in food control they should be feasible on appara-tuses that form part of the established equipment of a specialised food control laboratory. The chosen methods were gas-chromatography coupled with mass spectrometry (HRGC-MS), multi-dimensional gas chromatography (achiral/chiral phase, enantio-MDGC-MS) and isotope ratio mass spectrometry, the latter cou-pled with both elemental analysis (EA-IRMS) and gas chromatography (GC-IRMS). For the authentification of sparkling wine, 1,2-propanediol was evaluated as a po-tential new marker compound, and a method for its extraction and gas chromato-graphic analysis was developed. The results showed that neither the content nor the enantiomeric excess of said compound taken alone could provide sufficient information to identify the product in terms of its geographic origin or production process. However, a combination of both parameters is a promising starting point for the authentication of sparkling wines. Further, the study of the aroma profiles of strawberries, measured by HRGC-MS, showed that the flavour profiles of strawberries are decisivly influenced by the strawberry variety. The results demonstrated that the aroma profiles could be classified into one of two groups of strawberry aroma profiles of cultivated straw-berries. This in consequence made it possible to use deviations from these known aroma profiles of strawberry flavour as an indication for an adulteration of straw-berry products with flavorings derived form sources other than strawberry fruits. An important approach to the authentification of strawberries was the measure-ment of the ratio of stable isotopes in 4-Hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone (Furaneol®), this being considered to be a key component in the flavour of straw-berries (and ananas). The results showed that the stable isotope ratios of oxygen, 18O/16O, alone can be used as a basis in a reliable method. Further, it was demon-strated that by this approach no distinction between natural strawberry flavor from VI the named fruit or other biological sources could be achieved. However, Furaneol® of synthetic origin could be clearly identified. The application of multielement analysis failed due to insufficient reproducibility of both 2H/1H and 13C/12C analysis, whereas the reason for the fromer are exchange reactions.
KW  - Enantioselektivität
KW  - Isotopendiskriminierung
KW  - Enantioselectivity
KW  - istotope discrimination
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-43366
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fischer, Hartmut
T1  - Über den stereochemischen Ablauf der Freisetzung und des Abfangs einiger Kleinringallene
T1  - On the Stereochemical Course of the Generation and Interception of some small cyclic allenes
N2  - Aus dem Bromfluorcarben-Addukt des Indens wurden durch HPLC an Chiralcel OD die reinen Enantiomere erhalten. Damit stand erstmals eine enantiomerenreine Vorstufe für die Freisetzung eines Sechsringallens im Sinne der Doering-Moore-Skattebol Reaktion zur Verfügung. Die Behandlung dieser Vorstufen, die in 2,5-Dimethyl, 2-tert-Butyl-5-methyl- or 2,5-Di-tert-butylfuran gelöst waren, mit Methyllithium lieferte die [4+2]-Cycloaddukte des Isonaphthalins an die Furane. Durch HPLC an Chiralcel OD wurde gezeigt, dass die Produkt-Enantiomerenpaare mit ca. 40% ee anfielen und dass dieser Wert praktisch unabhängig von der Art des Furans und seiner Konzentration, sowie von der Raktionstemperatur war. Die absoluten Konfigurationen der Vorstufe sowie der [4+2]-Cycloaddukte wurden durch Vergleich der gemessenen und berechneten CD-Spektren ermittelt, was in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. B. Engels erfolgte. Erzeugt durch Methyllithium aus dem Dibromcarben-Addukt des Indens wurde das Isonaphthalin erstmals durch Inden abgefangen. Die Konstitution diese [2+2]-Cycloaddukts wurde durch Röntgenstrukturanalyse bestimmt. Erstmals wurde das Bromfluorcarben-Addukt des 1-Phenylcyclopentens hergestellt und erfolgreich daraufhin geprüft, ob es als Vorstufe für 1-Phenylcyclohexa-1,2-dien geeignet ist. Mit Hilfe von HPLC an Chiralcel OJ-H wurden die reinen Enantiomere erhalten. Die Umsetzung eines solchen reinen Enantiomers mit Methyllithium in Gegenwart von 2,5-Dimethylfuran erbrachte das [4+2]-Cycloaddukt als reines Enantiomer. Die Umsetzung einer reinen Vorstufe mit Methyllithium in Gegenwart von Inden erbrachte das [2+2]-Cycloaddukt mit einem Enantiomerenverhältnis von 95:5. Überraschend wurden auch relativ hohe Enantioselektivitäten beim Abfang dieser Vorstufe mit Styrol beobachtet. Bei der Umsetzung des reinen Enantiomers mit Methyllithium und Styrol ergab sich ein Gemisch der zwei endo- und exo-Enantiomere des [2+2]-Cycloaddukts von 50:3:40:7, was ee-Werten von 89 bzw. 79% entspricht. Geht man von einem zweistuifigen Mechanismus der Reaktion von 1-Phenylcyclohexa-1,2-dien mit Styrol aus, dann spielt die achirale Konformation des intermediären Diradikals, wenn überhaupt, keine große Rolle. Die Reduktion des bekannten 1,6-Dibrom-2-phenylcyclohex-1-ens mit Lithiumaluminiumhydrid erbrachte mit 78% Ausbeute die Monobromide 1-Brom-2-phenylcyclohexen and 1-Brom-6-phenylcyclohexen, die bei der Behandlung mit Kalium-tert-butoxid ebenfalls das Cycloallen 1-Phenylcyclohexa-1,2-dien liefern. Dies zeigte die Ausführung dieser Reaktion in Gegenwart von Furan und 2,5-Dimethylfuran.
N2  - From the bromofluorocarbene adduct of indene the pure enantiomers were obtained by HPLC on Chiralcel OD. Whith that, an enantiomerically pure precursor for the generation of a six-membered cyclic allene according to the Doering-Moore-Skattebol-Reaktion was available for the first time. The treatment of this pure precursors, dissolved in 2,5-dimethyl, 2-tert-butyl-5-methyl- or 2,5-bis-(tert)-butylfuran, with methyllithium gave rise to the [4+2]-cycloadducts of the Isonaphthalin to the furans. It was shown by means of HPLC on Chiralcel OD that the formation of the product enantiomers proceeded with about 40% ee and that this value was virtually independent of the type of the furan and its concentration as well as the reaction temperature. The absolute configurations of the precursor as well as those of the [4+2]-cycloadducts were determined by comparison of the experimental with the calculated CD spectra, which was done in co-operation with the group of Prof. Dr. B. Engels. Generated with methyllithium from the dibromocarbene adduct of indene the Isonaphthalin was trapped by indene for the first time. The constitution of this [2+2]-cycloadduct was determined by X-ray crystal structure analysis. For the first time, the bromofluorocarbene adduct of 1-phenylcyclopentene was prepared and tested successfully for the use as a precursor of 1-phenylcyclohexa-1,2-diene. By means of HPLC on Chiralcel OJ-H, the pure enantiomers were obtained. The reaction of such a pure enantiomer with methyllithium in the presence of 2,5-dimethylfuran furnished the [4+2]-cycloadduct as a pure enantiomer. The reaction of a pure precursor with methyllithium in the presence of indene leads to the [2+2]-cycloadducts in a 95:5 enantiomeric ratio. Surprisingly high enantioselektivities were also found in the case of the interception of this precursor by styrene. By using a pure enantiomer for the reaction with methyllithium and styrene a mixture of the two endo- and exo-enantiomers of the [2+2]-cycloadduct in the ratio 50:3:40:7 resulted, corresponding to ee-values of 89 and 79%, respectively. On assuming a two step mechanism for the reaction of 1-phenylcyclohexa-1,2-diene with styrene, the achiral conformation of the intermediate diradical cannot be of great importance. The reduction of the known 1,6-dibromo-2-phenylcyclohex-1-en with lithiumaluminiumhydride furnished the monobromids 1-bromo-2-phenylcyclohexen and 1-bromo-6-phenylcyclohexen with 78% yield, which give also rise to the cycloallene 1-phenylcyclohexa-1,2-dien on treatment with potassium-tert-butoxide. This was shown by conducting this reaction in the presence of furan and 2,5-dimethylfuran.
KW  - Cyclische Allene
KW  - Cycloadditionen
KW  - CD-Spektren
KW  - Enantioselektivität
KW  - Doering-Moore-Skattebol-Reaktion
KW  - Cyclic Allenes
KW  - Cycloadditions
KW  - CD-Spectra
KW  - Enantioselectivity
KW  - Doering-Moore-Skattebol-Reaction
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23678
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heckel, Frank
T1  - Biokatalytische enantioselektive Sulfoxidation
T1  - Biocatalytic enantioselective sulfoxidation
N2  - Das Ziel dieser Arbeit war die Anwendung intakter Mikroorganismen auf organische Sulfide zur asymmetrischen Synthese von optisch aktiven Sulfoxiden. Die im Vergleich zu den aufwendigen und teueren Reaktionen mit isolierten Enzymen besonders effizienten Rahmenbedingungen bei sogenannten `whole-cell´-Umsetzungen stellten den Grund für die Bemühungen in dem stetig an Bedeutung gewinnenden Arbeitsfeld der Bioorganischen Chemie dar. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Studien sind im Folgenden zusammengefasst: 1. Die Mikroorganismen wurden isoliert, singularisiert und kultiviert. Eine Bodenprobe diente als Quelle für eine Vielzahl an Bakterien, Hefen und Pilzen, die mit dem Standardsubstrat Thioanisol auf ihre Fähigkeit zur enantioselektiven Sulfoxidation überprüft wurden. 2. Insgesamt sind sechs Keime nach standardisierten Methoden genotypisch charakterisiert und den entsprechenden Spezies zugeordnet worden. Die beiden Bakterienstämme mit den bei der Sulfoxidation höchsten Enantiomeren-überschüssen (ee-Werten), nämlich Arthrobacter aurescens (bildete das S-Enantiomer) und Pseudomonas frederiksbergensis (lieferte das R-Enantiomer), wurden für nachfolgende Biosynthesen verwendet. Pseudomonas frederiksbergensis war der einzige Stamm, der das R-Enantiomer im Überschuss produzierte. 3. Durch direkte Vergleiche der Biosyntheseleistung der isolierten Bakterien mit kommerziell erhältlichen Referenzstämmen wurde im Fall von Pseudomonas frederiksbergensis gezeigt, dass sich Bodenisolat und zugeordneter Referenz-stamm gegensätzlich enantioselektiv verhalten. Weitere Charakterisierungs-sonden (Farb- und Assimilationsreaktionen, Oberflächenfettsäureverteilung, „Siderophore-Typing“ und direkter rRNA Vergleich) sicherten die Zugehörigkeit beider Bakterienstämme als Pseudomonas frederiksbergensis-Spezies; keinerlei Unterschiede wurden zwischen den beiden Stämmen festgestellt. Zum ersten Mal werden somit zwei natürliche, nicht genetisch manipulierte Stämme von Pseudomonas frederiksbergensis beschrieben, deren Enzymaktivität eine entgegengesetzte Enantioselektivität in der mikrobiellen `whole-cell´ asym-metrischen Sulfoxidation aufweist. 4. In einem umfangreichen Substratscreening sind strukturvariierte organische Sulfide als Substrate zur bakteriellen Sulfoxidation eingesetzt worden. Anhand der ee-Werte wurde der Einfluss der Sulfidstruktur auf den Reaktionsverlauf bestimmt. Generell erwiesen sich Arylalkylsulfide als optimale Substrate für die bakterielle Sulfoxidation mit den isolierten und kommerziell erworbenen Stämmen von Arthrobacter aurescens und Pseuodomonas frederiksbergensis; aliphatische Sulfide wurden zur biokatalytischen Umsetzung nicht akzeptiert. 4a. Elektronenreiche para-Substituenten am Arylsystem ergaben teilweise enantio-merenreine Sulfoxide. 4b. Eine zunehmende Anzahl an Stickstoffatomen im Arylring (N-heterozyklische Grundstruktur) führte zu einer dramatischen Verringerung des ee-Wertes. 4c. Schwefelhaltige Furfuryle und Thiophene wurden nicht als Substrate für die enantioselektive Sulfoxidation akzeptiert. 4d. Der Einsatz schwefelhaltiger Pestizide in der Biokatalyse verlief erfolglos, allerdings wurden die Organophosphorpestizide Fenamiphos® und Fenthion® mit dem aus Sulfoxidationsreaktionen lange bekannten Enzym Chlorperoxidase (CPO) enantiomerenangereichert umgesetzt. 4e. Die biotechnologisch wichtige Anwendung der asymmetrischen Sulfoxidation in der Arzneistoffsynthese -hier versucht mit den Wirkstoffen Omeprazol® und Modafinil®- schlug fehl. 5. Der Einsatz eines Bioreaktors (Fermenter) schuf die Grundlage für künftige asymmetrrische Sulfoxidationen in präparativem Maßstab. Eine Zellzahlstudie mit Pseudomonas frederiksbergensis wurde durchgeführt; ferner erfolgten Bestimmungen der optimalen Fermentationsparameter am Beispiel einfach strukturierter, organischer Sulfide inklusive Blindwerts- und Hemmversuchen. Die toxischen Einflüsse auf die bakteriellen `whole-cell´-Systeme, die vom eingesetzten Sulfid sowohl als auch vom produzierten Sulfoxid verursacht werden, bedürfen besonderer Beachtung bei einer weiteren Bearbeitung dieses Themas. Das vorgestellte, neue Phänomen der asymmetrischen Sulfoxidation mit entgegenge-setzter Enantioselektivität durch zwei geno- und phänotypisch identische Spezies von Pseudomonas frederiksbergensis rechtfertigt eine weitere, intensive Suche nach derartigen, natürlichen Mikroorganismen.
N2  - The goal of this study was to employ intact microorganisms for the asymmetric synthesis of optically active sulfoxides from organic sulfides. Especially the efficient and convenient conditions of the so-called `whole-cell´ transformations, compared to the elaborate and costly reactions with isolated enzymes, provided the incentives and impetus for the present efforts in the steadily growing and future-oriented field of bioorganic chemistry. The highlights of these studies are enumerated briefly below: 1. The microorganisms were isolated, singularized and cultivated. A soil sample served as source for the manifold bacteria, yeasts and fungi, which were tested for their efficacy of enantioselectively sulfoxidizing phenyl methyl sulfide as the standard model substrate. 2. A total of six microorganisms were genotypically characterized by standard methods and assigned to the corresponding species. The two bacterial strains with the highest enantiomeric excess (ee value) in the sulfoxidation, namely Arthrobacter aurescens (which forms the S enantiomer) and Pseudomonas frederiksbergensis (which forms the R enantiomer), were used for the prospective biosynthetic experiments. Pseudomonas frederiksbergensis was the only strain which produced preferentially the R enantiomer. 3. Direct comparison of the biosynthetic performance of the isolated bacteria with commercially available reference strains revealed that Pseudomonas frederiksbergensis (the isolated soil strain) displayed an opposing sense in the enantioselectivity than the reference strain. Further characterization tests (color and assimilation reactions, surface fatty acid spectra, siderophore typing and direct rRNA comparison) secured that both bacterial strains belong to the Pseudomonas frederiksbergensis species, since no differences whatsoever were found between both strains. Thus, for the first time two natural, genetically not manipulated strains of Pseudomonas frederiksbergensis are reported, which possess an opposing sense in the enantioselectivity for the microbial `whole-cell´ asymmetric sulfoxidation. 4. In an extensive substrate screening, a variety of organic sulfide structures was submitted to the bacterial asymmetric sulfoxidation. On the basis of the ee values, the influence of the sulfide structure on the course of the reaction was assessed. Generally speaking, the aryl alkyl sulfides proved to be optimal substrates for the bacterial sulfoxidation by the isolated and commercially available strains of Arthrobacter aurescens and Pseudomonas frederiksber-gensis; aliphatic sulfides were not accepted in biocatalytic enantioselective conversions. Specifically, the following trends obtain: 4a. Electron-rich para substituents on the aryl system afforded enantiomerically pure sulfoxides. 4b. An increasing number of nitrogen atoms in the aryl ring (N-heterocyclic structure) led to a dramatic decrease of the ee values. 4c. Sulfur-containing furfurals and thiophenes were not accepted in the present enantioselective sulfoxidation. 4d. The use of sulfur-containing pesticides as substrates in the biocatalysis failed, but the phosphor-containing organic pesticides Fenamiphos® and Fenthion® were converted to the respective enantiomerically enriched sulfoxides by chloroperoxidase (CPO), an enzyme known to catalyze asymmetric sulfoxidation. 4e. The application of the biotechnologically important asymmetric sulfoxidation in drug synthesis -in particular the pharmaceutical agents Omeprazol® and Modafinil®- failed. 5. The use of a fermenter established the basis for future asymmetric sulfoxidations on a preparative scale. A cell-count study with Pseudomonas frederiksbergensis was conducted and the fermentation parameters were optimized with simple organic sulfides by employing blanks and inhibition tests. The toxicity of the sulfide substrate and the sulfoxide product on the bacterial `whole-cell´ systems demands particular attention in future work. The new phenomenon of asymmetric sulfoxidation by the two genotypically and phenotypically identical species of Pseudomonas frederiksbergensis displays an opposing sense in the enantioselectivity, which encourages to search intensively for other such natural microorganisms.
KW  - Organische Sulfide
KW  - Sulfoxidation
KW  - Biokatalyse
KW  - Enantioselektivität
KW  - Sulfoxidation
KW  - Pseudomonas frederiksbergensis
KW  - Biokatalyse
KW  - Enantiodifferenzierung
KW  - sulfoxidation
KW  - Pseudomonas frederiksbergensis
KW  - biocatalysis
KW  - enantiodifferentiation
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12415
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roschmann, Konrad J.
T1  - Mn(salen)- und Fe(porph)-katalysierte enantioselektive Epoxidierungen
T1  - Mn(salen)- and Fe(porph)-catalyzed enantioselective epoxidations
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es zum einen, das Potential von chiralen Eisenporphyrin- und Mangansalen-Katalysatoren zur kinetischen Racematspaltung sekundärer Allylalkohole durch asymmetrische Epoxidierung auszuloten. Zum anderen sollten Untersuchungen zum Mechanismus der Jacobsen-Katsuki-Epoxidierung durchgeführt werden; ein besonderes Augenmerk lag dabei auf der Fragestellung, welche Faktoren dazu führen, dass bei der Umsetzung von cis-Olefinen ein Gemisch aus cis- und trans-Epoxiden erhalten wird. Eine Auswahl arylsubstituierter Allylalkohole IIa-f wurde mit den Katalysatoren Ia und Ib,c und 0.8 bzw. 0.6 Äquivalenten an Iodosobenzol als Sauerstoffdonor umgesetzt (Gl. I), wobei es zu einer kinetischen Racematspaltung kommt. Die Oxidation verläuft für beide Katalysatorsysteme sowohl chemoselektiv (vorwiegend Epoxidierung) als auch diastereoselektiv (dr bis zu > 95:5). Als Hauptprodukte werden für die offenkettigen Allylalkohole IIa,e,f die threo-konfigurierten Epoxyalkohole III erhalten, während die cyclischen Allylakohole IIb-d die entsprechenden cis-Epoxyalkohole III lieferen. 1,1-Dimethyl-1,2-dihydro-2-naphthol (IIc) ist hierbei eine Ausnahme, da die CH-Oxidation dieses Substrats eine beachtliche Nebenreaktion darstellt. Der Hauptunterschied zwischen den Fe- und Mn-Katalysatoren liegt in der Enantioselektivität: Während mit dem Fe(porph*)-Komplex Ia nur Selektivitäten von maximal 43 Prozent ee (krel = 2.7) erzielt werden, erwiesen sich die Mn(salen*)-Komplexe Ib,c als geeignete Katalysatoren, mit denen ee-Werte von bis zu 80 Prozent (krel = 12.9) erreicht werden. Die in der kinetischen Racematspaltung erzielten Selektivitäten können durch ein synergistisches Zusammenwirken von hydroxy-dirigierendem Effekt einerseits und sterischen Wechselwirkungen zwischen Substrat und Eisen-Komplex oder, im Falle des Mangan-Komplexes, Angriff des Olefins entlang der so genannten Katsuki-Trajektorie andererseits erklärt werden. Fazit: Die chiralen Mn(salen*)-Komplexe Ib,c sind wirkungsvolle Katalysatoren für die asymmetrische Epoxidierung racemischer sekundärer Allylalkohole II. In exzellenten Chemo- und Diastereoselektivitäten entstehen die entsprechenden Epoxyalkohole III mit ee-Werten bis zu 80 Prozent. Die zurückbleibenden Allylalkohole werden dabei bis zu 53 Prozent ee angereichert. Im Vergleich dazu weist der Eisenkomplex Ia eine ungleich geringere Enantioselektivität auf. Mechanistische Untersuchungen mit Vinylcyclopropan Va ergeben, dass die Jacobsen-Katsuki-Epoxidierung nicht über ein kationisches, sondern über ein radikalisches Intermediat abläuft. Dies wird anhand von Produktstudien durch reversed phase-HPLC-Analytik belegt. In weitergehenden Untersuchungen mit cis-Stilben (Vb) und cis-&#61538;-Methylstyrol (Vc) als Sonden zur cis/trans-Isomerisierung wurde festgestellt, dass die Diastereoselektivität der Epoxidierung nicht nur vom Gegenion des Mangankatalysators Ib, sondern auch von der eingesetzten Sauerstoffquelle [OxD] abhängt. Daher musste der Katalysezyklus (Schema A) um eine diastereoselektivitäts-bestimmende Gabelung erweitert werden: Das primär entstehende MnIII(OxD)-Addukt kann entweder unter Abspaltung der Fluchtgruppe zum etablierten MnV(oxo)-Komplex reagieren (Weg 1) oder direkt das Olefin epoxidieren (Weg 2). Während die Sauerstoffübertragung durch die Oxo-Spezies stufenweise über ein Radikalintermediat verläuft und damit zu einer Mischung aus cis- und trans-Epoxid führt, erfolgt der Lewisäure-aktivierte Sauerstofftransfer konzertiert. Der Gegenion-Effekt auf die cis/trans-Isomerisierung erklärt sich dahingehend, dass die Natur des Anions (koordinierend oder nicht-koordinierend) die Lebensdauer des Radikalintermediats und/oder die Lage und Selektivität der Energiehyperflächen der verschiedenen Spinzustände des MnV(oxo)-Oxidans beeinflusst. Fazit: In der Jacobsen-Katsuki-Epoxidierung existiert neben dem etablierten MnV(oxo)-Oxidans zumindest noch ein weiteres; dabei handelt es sich um das MnIII(OxD)-Addukt, dessen Sauerstoff Lewissäure-aktiviert übertragen wird. Ein unterschiedlicher Anteil der beiden Reaktionskanäle erklärt die Unterschiede im Ausmaß der cis/trans-Isomerisierung. Auch das Gegenion des Mangan-Komplexes Ib beeinflusst die cis/trans-Diastereoselektivität. Mit koordinierenden Gegenionen dominiert Isomerisierung zum trans-Epoxid, während nicht-koordinierende Gegenionen bevorzugt zum cis-Epoxid führen.
N2  - The aim of the present work was to explore the potential of chiral iron(porphyrin) and manganese(salen) complexes for the kinetic resolution of secondary allylic alcohols by asymmetric epoxidation. Furthermore, the mechanism of the Jacobsen-Katsuki epoxidation was investigated by elucidating the factors that determine the cis/trans diastereoselectivity in the epoxidation of cis olefins. A set of aryl-substituted racemic allylic alcohols IIa-f has been oxidized by the catalysts Ia and Ib,c with 0.8 or 0.6 equiv. of iodosyl benzene as oxygen source (eq. I) to effect kinetic resolution. For both catalysts, the oxidation is chemoselective (predominantly epoxidation) as well as diastereoselective (dr up to > 95:5), to afford the threo- or cis-configured epoxy alcohols III as main products. In this kinetic resolution, one enantiomer of the allylic alcohol II is preferentially epoxidized to give the corresponding epoxy alcohol III in ee values up to 80 per cent, the other enantiomer remains unreacted and is enriched (up to 53 per cent ee). Quite exceptional is 1,1-dimethyl-1,2-dihydro-2-naphthol (IIc), for which the CH oxidation dominates. The main difference between the iron and the manganese catalysts concerns their enantioselectivity: Whereas the Fe(porph*) complex Ia exhibits only moderate ee values of up to 43 per cent (krel up to 2.7), the Mn(salen*) complexes Ib,c provide enantioselectivities of up to 80 per cent ee (krel up to 12.9), which makes them useful catalysts for the kinetic resolution of the allylic alcohols II. The appreciable selectivities displayed for the manganese complexes Ib,c in these asymmetric epoxidations may be rationalized in terms of the synergistic interplay between the hydroxy-directing effect and the interactions of the catalyst and the substrate in the attack of the olefin along the Katsuki trajectory. Conclusion: The chiral Mn(salen*) complexes Ib,c are highly effective catalysts for the asymmetric epoxidation of the racemic allylic alcohols II. The respective epoxy alcohols III are formed in excellent chemo- and diastereoselectivitites with ee values up to 80 per cent, while the unreacted allylic alcohols are enriched up to 53 per cent ee. In comparison, the enantioselectivity for the iron catalyst Ia is much lower. The manganese-catalyzed oxidation of vinylcyclopropane Va reveals that radical intermediates are formed in the Jacobsen-Katsuki epoxidation rather than cationic ones, as has been confirmed through product studies by reversed-phase HPLC analysis. With cis-stilbene (Vb) and cis-&#61538;-methyl styrene (Vc) as mechanistic probes, it has been shown that the cis/trans diastereoselectivity of the Mn(salen)-catalyzed epoxidation depends not only on the counterion of the catalyst Ib, but also on the oxygen donor [OxD]. A diastereoselectivity-controlling bifurcation step needs to be added to the catalytic cycle (Scheme A), in which the initial MnIII(OxD) adduct may either split off its leaving group to form the established MnV(oxo) species (path 1) or epoxidize the olefin directly (path 2). The oxygen transfer by the oxo complex occurs stepwise through a radical intermediate and results in a mixture of the cis and trans epoxides; in contrast, the Lewis-acid-activated epoxidation is concerted. The effect of the counterion on the cis/trans diastereoselectivity may be explained in terms of whether the anion ligates to the metal. This affects the lifetime of the radical intermediate and/or the reaction profiles of the singlet, triplet and quintet spin states of the MnV(oxo) species, which in turn control the stereoselectivity. Conclusion: In addition to the established MnV(oxo) oxidant, at least one other oxidant has to be involved in the Jacobsen-Katsuki epoxidation; this species is proposed to be the MnIII(OxD) adduct that transfers its oxygen atom in a Lewis-acid activation. Varying proportions of the two oxygen-transfer pathways account for the cis/trans diastereoselectivities observed with the various oxygen donors. The cis/trans ratio also depends on the counterion of the manganese catalyst Ib: Whereas ligating counterions result in extensive cis/trans isomerization, with non-ligating counterions the formation of cis epoxides is strongly favored.
KW  - Mangan
KW  - Eisen
KW  - Epoxidation
KW  - Enantioselektivität
KW  - Katalyse
KW  - Allylalkohol
KW  - Organische Chemie
KW  - Katalyse
KW  - Epoxidierung
KW  - Mangan
KW  - Eisen
KW  - Allylalkohole
KW  - organic chemistry
KW  - catalysis
KW  - epoxidation
KW  - manganese
KW  - iron
KW  - allylic alcohols
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182584
ER  -