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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-69667
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/6966/


Rieder, Oliver Markus

Entwicklung eines iterativen Syntheseweges für Polyketidstrukturen sowie Untersuchungen zur Synthese und Biosynthese von Gabaculin

Development of an iterative synthetic pathway for polyketide structures and research into the synthesis and biosynthesis of gabaculine

Dokument1.pdf (2.359 KB) (md5sum: 0f6b15458afb3b579dfc4b9ab5671dc1)

Kurzfassung in Deutsch

Die vorliegende Arbeit behandelt biomimetische und biosynthetische Synthesestratiegien. Der erste Teil beschreibt die Entwicklung eines iterativen Syntheseweges für Polyketidstrukturen. Eine solche biomimetische Synthesestrategie stellt einen systematischen Ansatz zum stereoselektiven Aufbau von Naturstoffen polyketidischen Ursprunges und wertvollen Synthesebausteinen nach dem Baukastenprinzip dar. Jeder einzelne Iterationsschritt besteht aus einer Kettenverlängerungsreaktion mit einem Aldehydsynthon um eine C2- oder C3-Einheit analog dem Polyketidbiosyntheseweg, gefolgt von einer enzymatischen Reduktion zum R- oder S-Alkohol. Eine Kettenverlängerung wurde in verschiedenen Ansätzen mit Aminonitrilen, Grignard- und Organolithiumreagenzien untersucht. Polyketidartige bromierte bzw. chlorierte C6 Kohlenstoffketten konnten durch Claisen-Kondensation in bis zu 89% Ausbeute gewonnen werden. Der so erhaltene 6-Brom-3,5-dioxohexansäure-tert-butylester wurde mittels LBADH in 12% Ausbeute und 91% ee zur Monohydroxyverbindung reduziert. Mit den reduzierten C6-Bausteinen wurde eine stereoselektive Synthese des Naturstoffes (+) (3R,5R) Solistatin realisiert.
Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt die Untersuchungen zur Synthese und Biosynthese von (S)-Gabaculin. Gabaculin ist ein cyclisches Hexadien und GABA-Analogon, das 1976 erstmals aus Streptomyces toyocaensis sp. 1039 isoliert wurde. Gabaculin zeigt pharmakologische Aktivität durch Hemmung der GABA-Transaminase und ist ein wertvoller Synthesebaustein für Natur- und Wirkstoffe. Es stellt z. B. eine Schlüsselzwischenstufe in der Synthese von Oseltamivir dar. Zur stereoselektiven Synthese wurden zwei unterschiedliche Synthesewege untersucht, auf denen Gabaculin durch Aufbau eines Bicyclus mittels Diels-Alder Reaktion und späterer Ringöffnung dargestellt werden sollte. Obwohl die Darstellung von Gabaculin auf keinem der untersuchten Wege erzielt werden konnte, wurden Erkenntnisse zu Schutzgruppenchemie in der Synthese von Cyclohexadienen gewonnen.
Die biosynthetische Herkunft von Gabaculin ist bislang unbekannt. Die Struktur legt den Shikimatweg als möglichen Biosyntheseweg nahe. Als Basis für die Verfütterungsexperimente wurden Untersuchungen zur Anzucht von S. toyocaensis und zur Produktion von Gabaculin in verschiedenen Medien durchgeführt. Dabei konnten Produktionsmengen von bis zu 10 mg/L erzielt werden. Mittels LC-MS wurde eine sehr spezifische und sensitive Methode zum Nachweis und zur Quantifizierung von Gabaculin entwickelt. Um Aufschluss über die Biosynthese zu gewinnen, wurden 13C-markierte Sub-stanzen verfüttert. Es konnte ein Einbau von bis zu vier 13C-markierten Kohlenstoffkernen mittels LC-MS und verschiedener 13C-NMR-Techniken nachgewiesen werden. Größtenteils wurde ein Einbau von C1-Bausteinen beobachtet, der Einbau von größeren Fragmenten konnte nicht eindeutig nachgewiesen werden. Die aus den Messungen gewonnenen Erkenntnisse deuten auf einen komplexen Biosyntheseweg hin, der keine symmetrische Zwischenstufe durchläuft. Sie sind Grundlage für weitere Verfütterungsexperimente sowie für molekularbiologische Untersuchungen.


Kurzfassung in Englisch

The present work deals with two biomimetic and biosynthetic. In the first part the development of an iterative synthetic pathway for polyketide structures is outlined. This pathway is a systematic approach to the stereoselective synthesis of natural compounds of polyketidic origin as well as to the synthesis of valuable building blocks in a modular concept. Every iteration consists of a chain elongation reaction by C2 or C3 using an aldehyde synthon in analogy to the polyketide biosynthetic pathway and a subsequent enzymatic reduction to gain the respective R- or S-alcohol. Chain elongation was examined in different approaches using aminonitriles, GRIGNARD, or organolithium compounds. Thus, polyketidic brominated and chlorinated C6-carbon chains were generated in up to 89% yield via a CLAISEN-Condensation. tert Butyl 6-bromo-3,5-dioxohexanoate was synthesized in the aforementioned way and reduced by LBADH in 12% yield and 91% ee. Using the reduced C6-building blocks as starting material, the stereoselective synthesis of the natural compound (+)-(3R,5R) solistatine was completed.
The second part of this work deals with the synthesis and biosynthesis of (S) gabaculine. Gabaculine, a cyclic hexadiene with GABA substructure was first isolated from Streptomyces toyocaensis sp. 1039 in 1976. In addition to being pharmacologically active by inhibition of the GABA-transaminase, gabaculine is a valuable building block for natural compounds and drugs. It is a key intermediate in the synthesis of oseltamivir. To establish a (stereoselective) synthesis, two different strategies were applied. Both start with the generation of a bicyclic core structure via a DIELS-ALDER reaction followed by ring opening. Although the synthesis of gabaculine could not be completed, valuable insights into the protective group chemistry of cyclohexadienes were gained.
The biosynthetic origin of gabaculine is unknown hitherto. The structure suggests the shikimate pathway as possible source. Cultivation and production experiments were conducted with S. toyocaensis in different media prior to feeding experiments. Production yields of up to 10 mg/L were achieved. A very specific and sensitive method for detection and quantification of gabaculine was developed by means of LC-MS. To gain further information about the biosynthesis 13C-labelled substances were fed. Incorporation of up to four 13C-labelled carbons was detected by LC-MS and various NMR techniques. Incorporation of C1-building blocks was observed mainly, the incorporation of bigger fragments could not be shown unambiguously. The data hints towards a complex biosynthetic pathway with no symmetric intermediate structure. Further feeding experiments alongside molecular biology approach based on the insights of this work will be conducted to elucidate the biosynthesis of gabaculine.


SWD-Schlagwörter: Biosynthese , Polyketide , Enzymkatalyse , Gabaculin
Freie Schlagwörter (deutsch): Streptomyces toyocaensis
Freie Schlagwörter (englisch): biosynthesis , polyketides , enzyme catalysis , gabaculine , streptomyces toyocaensis
Institut: Institut für Pharmazeutische Wissenschaften
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Müller, Michael (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 02.11.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 17.11.2009
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