Synthese von Naturstoffen aus Aronstabgewächsen, Fruchtfliegen und Springschwänzen
Diese Arbeit beschreibt die stereoselektive Synthese einer Reihe mutmaßlich an der chemischen Kommunikation ihrer Produzenten beteiligter Naturstoffe. Im erste Teil werden erfolgreich Syntheserouten für die ungewöhnlichen Jasmonderivate Dehydrojasmon, Isojasmol und Isojasmylacetat sowie das Homoterpen (E)-4,8-Dimethyl-1,3,7-nonatrien-5-ylacetat entwickelt, die als Bestandteile des Blütenduftes nachtblühender Aronstabgewächse bekannt sind. Schlüsselschritt zur divergenten Synthese der Jasmonderivate ist die konjugierte Addition eines lithiierten Selenoacetals an 2-Cyclopentenon, während das Homoterpen über die α-selektive Prenylierung eines ungesättigten Aldehyds synthetisiert wurde. Die absoluten Konfigurationen der Naturstoffe wurden aufgeklärt und in Feldversuchen wurde gezeigt, dass sie je auf spezifische an der Bestäubung beteiligte Cyclocephala-Käferarten anziehend wirken. Im zweiten Abschnitt werden zwei Syntheserouten zur Darstellung beider Enantiomere von δ-Heptalacton evaluiert, einem von Rhagoletis-Fruchtfliegen bekannten mutmaßlichen Pheromon. Die enzymatische kinetische Racematspaltung eines Hydroxyesters ermöglicht die Synthese des natürlich vorkommenden (S)-Enantiomers mit exzellenter (>99%) und des (R)-Enantiomers nach Inversion mit leicht verringerter Enantiomerenreinheit. Über die cobaltkatalysierte kinetische Racematspaltung eines Epoxyesters sind beide Enantiomere direkt mit exzellenter Enantiomerenreinheit zugänglich, die Reproduzierbarkeit dieser Route war jedoch gering. Beide Enantiomere wurden erfolgreich auf ihre biologische Aktivität untersucht. Der dritte Teil beschreibt die Totalsynthese des irregulär verknüpften Tetraterpens Viaticen A aus dem Springschwanz Hypogastrura viatica, welches ausgehend von 5‑Hexinsäuremethylester in dreizehn Schrittenin einer Gesamtausbeute von 16% dargestellt werden konnte. Die peripheren Bausteine (R)-Dihydrocitronellyliodid, 2,6-Dimethylheptyliodid und 9‑Chlor-3,7-dimethyl-1-nonen werden dabei ausgehend von einfachen Monoterpen-Edukten dargestellt. Schlüsselschritte zum Aufbau des Hauptbausteins sind die Etablierung der (E)-Doppelbindung durch Silylcuprierung der terminalen Alkinylgruppe, des zentralen Stereozentrums über die Alkylierung eines Pseudoephedrinamids sowie der (Z)-Doppelbindung durch Addition eines Cuprats an einen über Corey-Fuchs-Reaktion eingeführten α,β-acetylenischen Ester. Der Hauptbaustein konnte nach Aktivierung als Allylphosphat mit einem von 2,6-Dimethylheptyliodid abgeleiteten Cuprat gekuppelt werden. Durch Ioddesilylierung der Vinylsilan-Einheit wurde ein Vinyliodid erhalten, welches über eine nickel- und cobaltkatalysierte Kreuzelektrophil-Kupplung mit 9‑Chlor-3,7-dimethyl-1-nonen zur Zielverbindung verknüpft wurde. Die entwickelte modulare Syntheseroute ermöglichte es, für die natürliche Konfiguration von Viaticen A in Frage kommende Diastereomere selektiv darzustellen. Durch umsichtigen Abgleich der 13C-NMR-Spektren konnten die zuvor noch unbekannten absoluten Konfigurationen an C3, C7 und C19 aufgeklärt und dem Naturstoff die (all-R)-Konfiguration zugeordnet werden.
This work describes the stereoselective synthesis of several natural products potentially involved in the chemical communication of their producers. In the first part, synthetic routes for the unusual jasmone derivatives dehydrojasmone, isojasmol, and isojasmyl acetate as well as homoterpene (E)-4,8-Dimethyl-1,3,7-nonatrien-5-yl acetate, floral scent compounds of night-blooming Araceae plants, were successfully developed. Key steps involved the conjugate addition of a lithiated selenoacetal to 2-cyclopentenone for the jasmone derivatives and α-selective prenylation of an unsaturated aldehyde for the homoterpene. Absolute configurations were determined and biological activities were investigated in field assays, showing that these unique volatiles are able to selectively attract specific cyclocephaline scarab beetle pollinators. In the second section, two synthetic routes for both enantiomers of δ-heptalactone, a putative pheromone known from Rhagoletis fruit flies, were evaluated. The enzymatic kinetic resolution of a hydroxy ester enabled the synthesis of the naturally occurring (S)-enantiomer with excellent enantiomeric purity (>99%), while the (R)-enantiomer was obtained with slightly reduced enantiomeric purity after inversion. Cobalt-catalyzed kinetic resolution of an epoxy ester allowed direct access to both lactone enantiomers with excellent enantiomeric purity, albeit with limited reproducibility. Both enantiomers were successfully tested for their biological activity. The third part describes the total synthesis of the irregular branched tetraterpene viaticene A from the springtail Hypogastrura viatica, achieved in thirteen steps from methyl 5-hexynoate with an overall yield of 16%. Peripheral building blocks (R)-dihydrocitronellyl iodide, 2,6-dimethylheptyl iodide, and 9‑chloro-3,7-dimethyl-1-nonene were synthesized from simple monoterpene precursors. Key steps in the construction of the core fragment included establishing the (E)-configured double bond via silylcupration, introducing the central stereogenic center through alkylation of a pseudoephedrine amide, and establishing the (Z)-configured double bond via addition of a cuprate to an α,β-acetylenic ester introduced via Corey-Fuchs reaction. The main fragment was then activated as an allylic phosphate and coupled to a cuprate derived from 2,6-dimethylheptyl iodide. Finally, a vinyl iodide obtained through iododesilylation was linked to 9-chloro-3,7-dimethyl-1-nonene via a nickel- and cobalt-cocatalyzed cross-electrophile coupling. This modular synthesis route allowed for the selective preparation of diastereomers considered for the natural configuration of viaticene A. Configurations at C3, C7, and C19 were elucidated through careful analysis of the 13C-NMR spectra, assigning the (all-R)-configuration to the natural product.
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