Das Ziel dieser Masterthesis, eine Methode zur selektiven Deoxygenierung von Alkohol-Funktionalitäten zu entwickeln, konnte durch einen zweistufigen Prozess erreicht werden. Zunächst erfolgte mithilfe von nucleophilen Oligopeptid-Katalysatoren die selektive Benzoylierung des Substrats, danach wurde das Benzoat in einer photochemischen Reaktion abgespalten, so dass summa summarum ein Sauerstoff-Atom aus dem Molekül entfernt wurde.
Aus den im ersten Teil der Arbeit untersuchten verschiedenen Verfahren zur Photo-Deoxygenierung konnte die Methode zur Entfernung von Benzoesäureestern mit UV-Licht unter Verwendung von 9-Ethyl-3,6-dimethylcarbazol als Photosensitizer in einem Lösungsmittelgemisch aus Isopropanol und Wasser (9:1) als eine reproduzierbare Methode mit guten Ausbeuten, die eine hohe Toleranz für andere funktionelle Gruppen ausweist, etabliert werden.
Die im zweiten Teil der Arbeit untersuchten Katalysatoren mit einem DMAP-Derivat als aktivem Zentrum und einer Peptid-Kette als chirales, regioselektivätsinduzierendes Rückgrat lieferten nach einem Screening der Bibliothek die Verbindung F099 als am besten geeignete Verbindung, um das Ouabagenin-Derivat gezielt an nur einer der vier vorhanden Alkohol-Gruppen zu benzoylieren.
Die im abschließenden dritten Teil dieser Arbeit kombinierten Ergebnisse der beiden vorangegangen Teile lieferten selektiv das 11-benzoylierte Ouabagenin-Derivat in nahezu quantitativer Ausbeute mittels metallfreier Peptidkatalyse. Da eine direkte Photo-Deoxygenierung dieser Verbindung aufgrund von partieller Zersetzung nicht möglich war, erfolgte zunächst eine Hydrierung unter Bildung der Verbindung. Die weiteren Schritte der Synthese-Route zum Zielmolekül Deoxy-Ouabagenin konnten aus zeitlichen Gründen nicht durchgeführt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Photo-Deoxygenierung von Alkohol-Funktionen
1.2 Selektive Funktionalisierung von Alkohol-Funktionen
1.3 Anwendung der selektiven Photo-Deoxygenierung
2 Zielsetzung
3 Ergebnisse und Diskussion
3.1 Methodenentwicklung Photo-Deoxygenierung
3.1.1 Synthese der Ausgansverbindungen
3.1.2 Photo-Deoxygenierungsexperimente
3.1.3 Übersicht der Ergebnisse
3.2 Selektive Funktionalisierung von Ouabagenin
3.2.1 Synthese der Ausgansverbindungen
3.2.2 Peptid-Screening
3.2.3 Übersicht der Ergebnisse
3.2.4 Anwendung der Ergebnisse – Reaktion im präparativen Maßstab
3.3 Selektive Photo-Deoxygenierung von Ouabagenin
4 Zusammenfassung
5 Summary
6 Ausblick
7 Experimenteller Teil
7.1 Allgemeine Methoden
7.2 Synthesevorschriften
Zielsetzung & Themen
Die Masterarbeit zielt auf die Entwicklung einer effizienten, selektiven Methode zur Photo-Deoxygenierung hochfunktionalisierter Naturstoffe ab. Hierbei steht insbesondere die gezielte Entfernung einzelner Alkohol-Funktionen unter milden Bedingungen im Fokus, um den Zugang zu neuen, derivatisierten Molekülstrukturen zu ermöglichen, die für medizinische Anwendungen von Interesse sein könnten.
- Entwicklung und Optimierung photochemischer Deoxygenierungsmethoden für verschiedene Substratklassen
- Einsatz von Peptidkatalysatoren zur regioselektiven Funktionalisierung in komplexen Molekülen
- Untersuchung der Reaktivität und Selektivität bei der Modifikation von Naturstoffen
- Anwendung der entwickelten Methodik auf Ouabagenin als konkretes Zielmolekül
Auszug aus dem Buch
1 Einleitung
Auf der Suche nach immer neuen Substanzen mit ungekannten Eigenschaften und Anwendungsgebieten gibt es neben der Totalsynthese auch die Möglichkeit, bereits in der Natur vorhandene Verbindungen zu modifizieren. Die Umwandlung komplexer, in der Natur vorkommender Moleküle in unnatürliche Derivate mittels Semisynthese oder biomimetischer Synthese bietet in puncto Bandbreite der Ausgangsverbindungen, Verkürzung der Reaktionssequenz und Einsparung von ökonomischen, ökologischen, technologischen sowie zeitlichen Ressourcen einzigartige Chancen.
Im Allgemeinen zielen chemische Reaktionen auf eine Erhöhung der Komplexität des verwendeten Ausgangsmaterials ab. In diesem Zusammenhang stellen Defunktionalisierungen, die die Anzahl an funktionellen Gruppen in einem Molekül verringern, ein interessantes und selten verwendetes Konzept dar. Speziell Deoxygenierungen zur reduktiven Entfernung von Alkohol-Funktionen bilden dabei aufgrund einer Vielzahl von Naturstoffen mit diesem Strukturmotiv den Ausgangspunkt für die Synthese einer Flut an unbekannten Substanzen mit Potential für medizinische, materialwissenschaftliche oder andere Anwendungen.
Ein Spezialfall des Reaktionstyps der Deoxygenierung bildet die Deoxygenierung durch elektromagnetische Strahlung. Vorteile einer Photo-Deoxygenierung stellen die vergleichsweise milden Reaktionsbedingungen sowie der Verzicht auf Metall-katalysierte Reaktionen und somit die Verwendung umweltfreundlicherer Verfahrensweisen dar. Im Vergleich zu anderen Deoxygenierungsmethoden, wie der Barton-McCombie-Deoxygenierung, der Markó-Lam-Deoxygenierung oder der Reduktion von Tosylaten, kann so auf die Verwendung von toxischen Verbindungen und erhöhten Temperaturen verzichtet werden. Darüber hinaus steht sichtbares Licht als nachhaltige und erneuerbare Energiequelle kostenlos in quasi unbegrenztem Ausmaß zur Verfügung.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die Bedeutung der Deoxygenierung von Naturstoffen und führt in die photochemischen Reaktionsprinzipien ein.
2 Zielsetzung: Hier werden die Ziele der Masterarbeit dargelegt, insbesondere die Entwicklung einer Photo-Deoxygenierungsmethode und die Anwendung von Peptidkatalyse an Naturstoffen.
3 Ergebnisse und Diskussion: Dieser Hauptteil beschreibt die Methodenentwicklung, die Versuche zur selektiven Funktionalisierung von Ouabagenin und die Analyse der experimentellen Daten.
4 Zusammenfassung: Dieses Kapitel fasst die wichtigsten Ergebnisse des zweistufigen Prozesses zur Deoxygenierung zusammen.
5 Summary: Eine englischsprachige Zusammenfassung der erzielten Forschungsergebnisse.
6 Ausblick: Hier werden Möglichkeiten zur weiteren Optimierung der Syntheserouten und zur Ausweitung auf verwandte Steroidstrukturen diskutiert.
7 Experimenteller Teil: Dieser Abschnitt enthält detaillierte Arbeitsvorschriften, verwendete Reagenzien und analytische Daten.
Schlüsselwörter
Photo-Deoxygenierung, Naturstoffe, Peptidkatalyse, Regioselektivität, Photoredoxkatalyse, Ouabagenin, Benzoylierung, Steroide, photochemische Reaktion, Synthesemethodik, grüne Chemie, Radikalchemie, Cardenolide.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer selektiven Methode zur Photo-Deoxygenierung von Alkohol-Funktionen in komplexen Naturstoffen.
Welche Themenfelder sind zentral?
Die zentralen Felder sind die Photoredoxkatalyse, die Anwendung von Oligopeptid-Katalysatoren zur regioselektiven Funktionalisierung und die Modifikation von Steroidgrundgerüsten.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Etablierung eines zweistufigen Prozesses, bei dem zunächst eine selektive Benzoylierung des Zielmoleküls erfolgt, gefolgt von einer photochemischen Abspaltung unter Verlust des Sauerstoff-Atoms.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Verwendet werden photokatalytische Reaktionen mit sichtbarem oder UV-Licht sowie Festphasen-Peptidsynthesen für das Screening von Katalysatorbibliotheken.
Was behandelt der Hauptteil der Arbeit?
Der Hauptteil behandelt die Methodenentwicklung, die Optimierung der Reaktionsbedingungen für verschiedene Testsubstrate sowie die erfolgreiche Anwendung der Methode auf Ouabagenin.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Photo-Deoxygenierung, Peptidkatalyse, Regioselektivität und Cardenolide.
Warum wurde Ouabagenin als Zielmolekül gewählt?
Ouabagenin dient als hochoxidiertes Modell für herzwirksame Glykoside und bietet durch seine Struktur die Möglichkeit, komplexe Diversifizierungen am Grundgerüst vorzunehmen.
Welche Rolle spielen die Peptidkatalysatoren im Screening?
Sie ermöglichen eine regioselektive Funktionalisierung einzelner Alkohol-Gruppen innerhalb eines Moleküls, das mehrere konkurrierende funktionelle Gruppen besitzt.
- Arbeit zitieren
- Arik Möller (Autor:in), 2015, Studien zur selektiven Photo-Deoxygenierung von Naturstoffen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/459884
