Neuartige Tropanalkaloide und andere stickstoffhaltige Sekundärstoffe in Windengewächsen (Convolvulaceae)

Abstract

Ziel dieser Arbeit war das Auffinden neuer niedermolekularer Pflanzeninhaltsstoffe innerhalb der Familie der Convolvulaceae, wobei eine Konzentration auf die pharmakologisch besonders interessanten Alkaloide erfolgte. Das wichtigste Instrument hierbei war die GC-MS-Analyse der aus den Proben von knapp 50 bearbeiteten Convolvulaceen-Spezies hergestellten Basen- Extrakte. Die Ergebnisse des GC-MS-Screenings stellten erneut die außergewöhnliche Vielfalt an Alkaloidgruppen bei den Windengewächsen unter Beweis: Zusammen mit ihrer Schwesterfamilie, den Solanaceae, stellen die Convolvulaceae eine der Tropanalkaloid-reichsten Pflanzenfamilien überhaupt dar. Bezüglich der Pyrrolidine konnte ein nahezu ubiquitäres Vorkommen nachgewiesen werden. Ebenfalls als Familienmerkmal kann das exklusive Auftreten von Ergolinen bei den Windengewächsen als einzigen höheren Pflanzen angesehen werden; deren Verbreitung ist allerdings eher erratisch. Pyrrolizidinalkaloide vom Typ der Minalobine und Ipanguline konnten als phytochemische Gemeinsamkeit der Ipomoea-Spezies des Subgenus Quamoclit Sectio Mina bekräftigt werden. Aus Ipomoea cristulata Hallier f. wurde Minalobin O als neuer Naturstoff isoliert. Bei der GC-MS-Untersuchung der afrikanischen Falkia repens L. f. fiel eine große Vielfalt an aliphatischen und aromatischen Estern beider Epimere des 3-Tropanols auf. Als erste aliphatische Tropanolester aus Convolvulaceae konnten 3α-Acetoxytropan und sein N-Oxid, 3β- Acetoxytropan-N-oxid, 3α-(2'-Methylbutyryloxy)tropan, 3β-(2'-Methylbutyryloxy)tropan und sein N-Oxid sowie 3β- Tigloyloxytropan-N-oxid isoliert werden, außerdem das 3β-trans- Isoferuloyloxytropan. Aus der afrikanischen Astripomoea malvacea (Klotzsch) Meeuse erfolgte die Isolierung des neuen Naturstoffs Astrimalvin A-N-oxid sowie des Astrimalvin B, das genuin ebenfalls als N-Oxid vorliegen dürfte. Anhand der fünf aus Falkia repens und Astripomoea malvacea isolierten Tropan-N-oxide konnte aufgedeckt werden, daß die Tropanalkaloide der Convolvulaceae weitaus öfter als bisher angenommen in Form ihrer N-Oxide akkumuliert werden. Dem aus der im Mittelmeerraum heimischen Convolvulus sabatius Viv. isolierten Consabatin konnte durch die Synthese sog. Mosher- Ester eine 1'R-Konfiguration zugewiesen werden. Die Bonabiline aus der madagassischen Bonamia spectabilis (Choisy) Hallier f. stellen aufgrund ihrer Substituenten, nämlich Monoterpensäuren vom Pinan-Typ, einzigartige neue Naturstoffe dar. Aufgrund der Analogie der Hydroxygruppe in Position 3' des Bonabilin A zur primären OH-Gruppe der Tropasäure des Atropins/Hyoscyamins wurde die antagonistische Wirkung von Bonabilin A und dessen 2',3'-Anhydro- Derivat Bonabilin B an Muscarin-M3-Rezeptoren getestet. Das aus der aus Australien stammenden Ipomoea velutina R. Br. isolierte Ipvelutin konnte als 7β-Acetoxy-2α-tigloyloxytropan identifiziert werden. Hinsichtlich des Substitutionsmusters ist es einer bisher nur bei Convolvulaceae nachgewiesenen Gruppe der Tropanalkaloide zuzurechnen.

The aim of the present study was to find new low molecular natural compounds in members of the Convolvulaceae family. The research concentrated on alkaloids which are of particular interest from a pharmacological point of view. The GC-MS analysis was the most important tool in examining the alkaline extracts of the samples taken from almost 50 species of the Convolvulaceae. The results of the GC-MS screening confirmed the extraordinary variety of alkaloid groups in Convolvulaceae: Together with its closely related sister family Solanaceae, the Convolvulaceae are among the richest sources of tropane alkaloids in higher plants. Regarding the pyrrolidine alkaloids, an almost ubiquitous presence was proved in Convolvulaceae. Because of their exclusive presence in Convolvulaceae as the only family of higher plants ergolines can be considered as a family characteristic; however, their distribution is erratic. Pyrrolizidines such as minalobines and ipangulines were confirmed as a common phytochemical feature of the Ipomoea species of the Subgenus Quamoclit Sectio Mina. From Ipomoea cristulata Hallier f. minalobine O was isolated as a new natural compound. The GC-MS analysis of the African species Falkia repens L. f. revealed a plethora of aliphatic and aromatic esters of both epimers of 3-tropanol. For the first time aliphatic tropanol esters were isolated from Convolvulaceae, in particular 3α-acetoxytropane and its N-oxide, 3β-acetoxytropane-N-oxide, 3α-(2’-methylbutyryloxy)tropane, 3β-(2’-methylbutyryloxy)tropane and its N-oxide as well as 3β- tigloyloxytropane-N-oxide, and, in addition, 3β-trans-isoferuloyloxytropane. The new natural compound astrimalvine A-N-oxide and astrimalvine B were isolated from the African Astripomoea malvacea (Klotzsch) Meeuse, the latter substance in its genuine form probably existing as a N-oxide as well. With the isolation of five tropane-N-oxides from Falkia repens and Astripomoea malvacea, the present study provided evidence that tropane alkaloids in Convolvulaceae are accumulated in the form of their N-oxides much more frequently than had been assumed so far. By synthezising so-called Mosher esters, a 1’R-configuration was attributed to consabatine isolated from the Mediterranean Convolvulus sabatius Viv.. The bonabilines from the Madagascan Bonamia spectabilis (Choisy) Hallier f. turned out to be uniquely novel natural compounds due to their acylic moieties which are monoterpenoic acids of the Pinane type. Because of the analogy between the hydroxylation in position 3’ of bonabiline A and the primary hydroxyl moiety of the tropic acid of atropine/hyoscyamine, the antagonistic activity of bonabiline A and its 2’,3’-anhydro derivate bonabiline B was tested on muscarinic M3-receptors. Ipvelutine isolated from the Australian Ipomoea velutina R. Br. was identified as 7β-acetoxy-2α-tigloyloxytropane. Because of its substitution pattern it can be assigned to a group of tropane alkaloids solely detected in Convolvulaceae so far.