Milde C-Acylierungen zur Synthese von bis- und triselektrophilen Verbindungen sowie deren Umwandlung zu weiteren biologisch relevanten Verbindungen

Abstract

Im Rahmen dieser Dissertation wurde die breite Verwendung von dem polymergebundenen Carbanionen-Äquivalent 52 bei der Synthese von Peptidyl-α,β-Diketoester 55 -α-Ketoaldehyd 57 und -α,β-ungesättigten Ketonen 58 erfolgreich gezeigt.Ein Ziel dieser Arbeit war die Modifikation der synthetisierten Modellverbindungen am C-terminus zu Peptidflankierten Heterozyklen. Diese Modifikation führt zur Einschränkung der konformativen Freiheit der zu synthetisierenden Peptidmimetika, was deren biologischen Potenz erhöhen kann. Es wurden z.B. ausgehend von den biselektrophilen α,β-ungesättigten Ketonen Peptidyloxirane -pyrazoline -pyrazole -isoxazole -diazepine und -thiazepine synthetisiert.[2] Peptidylchinoxazoline wurden sowohl ausgehend von den Peptidyl-α-Ketoaldehyd 57 als auch von den Peptidyl-α,β-Diketoestern 55 hergestellt. Weiterhin kommt den Peptidyl-α-ketoaldehyden 57 große Bedeutung bei der Synthese des Diaminopropanolisosters 71 zu, welches ein wichtiges Strukturmotiv von Inhibitoren der Aspartylproteasen ist. Die synthetisierten Diaminopropanolisostere 71 entstanden durch die reduktive Aminierung der Peptidyl-α-ketoaldehyde 57 mit einem festphasengebundenen Dipeptid 69. Anschließend wurde das Keton zum Alkohol mittels NaBH4 reduziert. Das resultierende Produkt ist ein Diastereomerengemisch im gleichen Verhältnis. Die erfolgreiche Anwendung des Konzeptes wurde im Rahmen einer internen Zusammenarbeit an der Synthese von Peptidyl-α-ketoaldehyden 57 mit den entsprechenden Erkennungssequenz der Cysteinprotease Caspase-3 demonstriert. Die synthetisierten α-Ketoaldehyde 73a, 73b wurden als Sonden für die zielgerichtete Identifizierung inhibitorischer Fragmente aus einer in unserem Institut vorhandenen Bibliothek eingesetzt. Basierend auf meinem Konzept wurde ein weiterer Peptidyl-α-ketoaldehyd 78 mit der entsprechenden Sequenz für die Sortasetranspeptidase synthetisiert. Im Rahmen einer Kooperation mit der AG Beyermann (FMP) wurde der Inhibitor in einem HPLC basierendem Assay getestet und zeigte ähnliche inhibitorische Aktivität wie bislang bekannte Inhibitoren. Eine noch größere Bedeutung bekam das Carbanionen-Äquivalent 52 durch dessen Anwendung zur ersten Festphasensynthese von N-acylierten Ketosphingosinen und deren stereoselektiven Reduktion zu den N-acylierten Sphingosinen 93. Die Synthese erfolgte durch die milde C-Acylierung mit Fmoc-Serin am Linkerreagenz Acylphosphoran 52. Nach erfolgter Fmoc-Abspaltung, und anschließender Acetylierung am freien Amin wurden verschiedene Ketosphingosinderivate durch die Entschützung der eingeführten Esterschutzgruppe und die anschließende Wittigabspaltung mit verschiedenen Aldehyden erhalten. Die selektive Reduktion der Carbonylgruppe der Ketosphingosinderivate wurde mit den Literatur- bekannten Reduktionsmitteln L-Selectride, Zn(BH4)2, DIBAL-H und NaBH4 untersucht. Durch die Anwendung von LiAlH(O-tBu)3 wurde das Keton selektiv reduziert ohne das Olefin zu reduzieren. Die Zytotoxizität der synthetisierten Produkte wurde gegen verschiedene Zelllinien wie HEP G-2, PC 12, und HL-60 unter Anwendung des Alamar Blue Assays getestet. Ein Teil der synthetisierten N-acetylierten Sphingosine zeigten eine deutlich bessere biologische Aktivität, als die bisher bekannten N-acetylierten Sphingosine. Die Verbindungen können nun zum besseren Verständnis des mechanistischen Verlaufes der Apoptose verwendet werden. Darüber hinaus ist es gelungen, die bis jetzt nicht literaturbekannten Diaminopentenone 104 zu synthetisieren. Die Synthese erfolgte über die Wittigabspaltung mit selbst synthetisierten Aminosäurealdehyden am Peptidyl-3-amino-2-oxo-1-phosphoranyliden propan 56. Diese neue Strukturklasse und die reduzierte Form davon sind als potenzielle Cysteinproteaseinhibitoren zu prüfen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte auch gezeigt werden, dass das Synthesekonzept ausgehend vom Produkt 56 zur Synthese von weiteren Peptidelektrophilen wie Peptidylmethylketonen 110 und -diketonen 106 geeignet ist. Das Peptidyldiketon 106 wurde durch Alkylierung am Peptidylphosphoranharz mit Methyliodid und anschließender oxidativer Abspaltung mit frisch hergestelltem DMDO ohne Razemisierung der Stereozentren erhalten. Das Konzept ermöglichte auch den Zugang zu Peptidylketonen über die basische Hydrolyse mit NaHCO3/H2O-Lösung. Das erhaltene Produkt war ein Enantiomerengemisch im Verhältnis 4:1. Solche Strukturen sind als Cysteinprotease-inhibitoren bekannt, und waren relativ einfach über das Konzept zu synthetisieren. Die bis jetzt erzielten Ergebnisse inspirieren zur Synthese von maßgeschneiderten Peptid-Heterozyklen, um detailliertes konformationelles Veständnis zu bekommen. Als weiteres Zukunftsziel wird die weitere Anwendung der Peptid-elektrophilen als bioaktiven Verbindungen für verschiedene Protease-targets betrachtet. Vielmehr können die Peptid- biselektrophilen als Sonden für die dynamische Ligation verwendet werden.

A new polymer-supported 2-phosphoranylidene acetates 52 (denominated as “linker reagents”) was established, that allows the free variation of substituents in all relevant positions of the core structure including the P1 site chain, that addresses the S1-pocket of the proteases. C-Acylations of polymer-supported 2-phosphoranylidene acetates 52 on polymeric support are introduced as a flexible entry point to the C-terminal variation of carboxylic acids. Conditions for the efficient acylation of the phosphoranes with protected amino acids and the subsequent derivatization of the obtained 2-acyl-2-phosphoranylidene acetates 53 were investigated. Several alternative cleavage conditions were established: Oxidative cleavage yielded peptidyl 4-amino-2,3-dioxo butanoates (peptidyl-2,3-Diketoesters) 55; saponification on the polymer support led via decarboxylation to the peptidyl-3-amino-2-oxo-1-phosphoranylidene propanes 56. These intermediates could be cleaved either oxidatively with DMDO furnishing peptidyl-3-amino-2 -oxo-propanals (peptidyl-α-ketoaldehydes) 57 or with by reaction with aldehydes yielding peptidyl-1-amino-3-buten-4-ones (peptidyl vinyl ketones) 58. All obtained products are versatile intermediates for the C-terminal variation of carboxylic acids and peptides e.g. 1,5-diamino-3-hydroxy-proprane transition state analog 71, peptidyl-pyrazolines 82, -pyrazoles 83, -isoxazoles 84, -epoxides 88, diazepines 85, and -thiazepines 86.