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Application of Olefin Cross Metathesis in Natural Product Syntheses
Dewi-Wülfing, Purnama
Dank der Entwicklung von neuen Katalysatoren mit N-heterocyclischen Liganden, hat sich die Olefin Kreuzmetathese (CM) in den letzten Jahren zu einer sehr effizienten Kupplungsmethode entwickelt. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde eine sequentielle CM – reduktive Cyclisierungsmethode und deren Anwendung in den Synthesen von drei Naturstoffen präsentiert. Die CM zwischen Enonen bzw. Endionen und Allyl- bzw. Homoallylaminen führt zu E-substituierten Enonen, die unter Hydrierungsbedingungen und Stereokontrolle bereits zu gesättigten N-Heterocyclen cyclisieren. Mit dieser Strategie wurde Xenovenin, ein biologisch aktives Pyrrolizidin, isoliert aus Ameisen der Gattung Solenopsis xenovenum, synthetisiert. Ausgehend von den leicht zugänglichem Benzyl-1-heptylallylcarbamat und Hept-6-ene-2,5-dion gelang die Synthese in zwei Stufen und mit einer Gesamtausbeute von 50%. Die Cyclisierung verlief stereoselektiv und ergab ausschließlich das cis-veknüpfte Produkt. (+)-Hyacinthacin A2, ein cis-verknüpftes polyhydroxyliertes Pyrolizidin aus Hyazinthen der Gattung Muscari armeniacum, wurde ebenfalls erfolgreich mit dieser Strategie synthetisiert. Die Synthese wurde in sechs Stufen, ausgehend von (-)-N-Cbz-Vinylgylcin und mit einer Gesamtausbeute von 12% durchgeführt. Als weiterer Schlüsselschritt diente die stereoselektive asymmetrische Sharpless-Dihydroxylierung. (+)-Calvin, ein Piperidinlakton aus Marienkäfern von Gattung Calvia guttata, wurde in 9 Stufen ausgehend von (R)-Epichlorhydrin und mit einer Gesamtausbeute von 10% synthetisiert. Die Synthese beinhaltet die stereospezifische Epoxidöffnung, Substitutionsreaktion, CM-reduktive Cyclisierung und Laktonisierung. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die CM zwischen Butadienen und elektronarmen Olefinen untersucht. Reaktionen mit monosubstituierten Butadienen führten zu den Gemischen aus Produkt, Monoolefin, und dem Butadien-Dimer. Da der unselektive interne Angriff des Katalysators von einem zusätzlichen Substituent am Butadien vermieden wurde, ergaben Reaktionen von disubstituierten Butadienen höhere Produktausbeuten und Stereoselektivität. Das beste Ergebnis wurde mit Methylvinylketon als CM Partner erreicht, während elektronärmere Olefine wie Acrylnitril, Methylacrylat und Acrolein schlechtere Ausbeuten und Stereoselektivität lieferten.
Olefin cross metathesis (CM) is a powerful coupling method, thanks to the development of the new catalysts bearing N-heterocyclic carbene ligand, which increased the efficiency and the selectivity of the reaction. In the first part of the dissertation, the sequential CM – reductive cyclization method was introduced, followed by its application in the syntheses of three natural products. CM between enones or enediones with allyl- or homoallylamines give exclusively E-substituted enones, which cyclize under hydrogenation conditions with high stereoselectivity to form saturated N-heterocycles. This strategy was applied successfully to synthesize xenovenine, a biologically active pyrrolizidine which was isolated from thief ant Solenopsis xenovenum. Starting from two simple starting materials benzyl-1-heptylallylcarbamate und hept-6-ene-2,5-dione, the synthesis was conducted in two steps and with an overall yield of 50%. The cyclization was stereoselective and yielded exclusively the cis-fused product. (+)-Hyacinthacine A2, a cis-fused polyhydroxylated pyrrolizidine derived from the bulb of grape hyacinth Muscari armeniacum, was also prepared with this strategy. The synthesis was conducted in six steps, starting from (-)-N-Cbz-vinylgylcine, and with an overall yield of 12%. Sharpless asymmetric dihydroxylation was also the key reaction in the synthesis. (+)-Calvine, a piperidine lactone derived from lady beetle Calvia 10- and 14-guttata, was successfully synthesized in nine steps, starting from (R)-epichlorohydrine and with an overall yield of 10%. The key reactions were the stereospecific oxirane opening, nucleophilic substitution reaction, the CM – reductive cyclization, and the final lactonization. The second part of the work describes the CM between butadienes and electron-deficient olefins. CM of monosubstituted butadienes yielded a complex mixture of the product, mono olefin, and dimer of butadiene. An additional substituent at the internal double bond inhibits the unselective catalyst attack, thus higher yields and stereoselectivity were obtained. Methyl vinyl ketone proved to be the most suitable CM partner, whereas the more electron-deficient methyl acrylate, acrolein, and acrylonitrile gave lower yields.
