Zeitschrift f iir Chemie 24. Jahrgang - Juni 1984. Heft 6. ISSN 0044-2402

Herausgeber: Im Auftrage der Chemischen Gesellschaft der Deutschen Demokratischen Republik Prof. Dr. Helga Dunken, Prof. Dr. Dr. h. c. Lothar Kolditz, Prof. Dr. Roland Mayer Unter Mitarbeit von Prof. Dr. Dr. h. c. H.-H. Emons, Prof. Dr. R. Geyer, Prof. Dr. S. Herzog, Prof. Dr. H.-A. Lehmann, Prof. Dr. S. Rapoport, Prof. Dr. Dr. h. c. G. Rienacker, Prof. Dr. H. Sackmann, Prof. Dr. G. Schott, Prof. Dr. W. Schroth, Prof. Dr. M. Schulz, und Prof. Dr. K. Schwetlick

Synthetische Untersuchungen an Lysergylpeptiden

Ciinter Losse und Jiirgen Strobel

Technische Universitat Dresden, Sektion Chemie, DDR-8027 Dresden, Mommsenstrafle 13

Einleitung Charakteristisches Grundgeriist der Mutterkornalkaloide aus CZn- viceps purpuren ist das tetracyclische Ergolinsystem ( I ) bzw. dessen 9,10-Dehydroverbindung, das Ergolen (2).

1 2

Hiervon leiten sich die 2 Hauptgruppen der naturlichen Alka- loide ab, iilimlich die des Lysergsaure-l) ( 3 ) und die deslclavin- typs (4.

CO-NHR

HN

3 4

Die Konfiguration am rhiralen C-Atom 5 legt hierbei die Zu- gehorigkeit zur d(R)- bzw. I@)-Reihe fest, entsprechend der am C(8) wird zwischen den Grundtypen (R) und ihren Isoverbin-

Bild 1 Oxacyclol (lOb-Hydroxy-3,G-dioxo-octahydro-8H-oxa- zolo-[3,2-a]-pyrrol0-[2,1-c]-pyrazin)

l) Abkurznngen: Ls Lysergyl, 11s Isolysergyl, Dhls 9,lO-Diliy- drolysergyl, Boc tert-Butyloxycarbony1, Z Benzyloxycarbonyl, DCC Dicyclohexylcarbodiimid, HOBt N-Hydroxybenzotriazol, Np p-Nitrophenyl, =Phe-ProT Phenylalanyl-prolin-lactam

Tabelle I Systematili der Mutterlrorn-Peptidalkaloide (vgl. Struktnrformel 6 )

AminosLure b Aminoslure a

1-Hydroxy- .x-Hydroxy- a-Hydroxy. a-amino- nlanin valin buttersaure

(R = CH,) [R = (R =< C,H,) CH(CH,),I

Ergot amin- Ergotoxi n- Ergoxi n- gruppe gruppe gruppe

Phe Ergotainin Ergocristin- Ergostin (R' = CH,C,H,)

Leu a-Ergosin &-Ergo- Ergoptin [ R = CH,CH(CH,),] kr ypti n Ile @-Ergosin') /3-Ergo- j3-Ergoptinl ) [R' = CH(CH,)C,H5] kryptin

Val Ergovalin Ergocornin Ergonin [R' = CH(CH,),]

I) noch nicht im naturlichen Mutterkorn aufgefunden, jedoch synthetisch zuganglich

dungen (S) unterschieden. Da die 1(S)-Verbindungen in der Natur nicht vorkommen, wird die Konfigurationsbezeichnung fur das C(5) meist weggelassen. Die nach Vorkommen und praktischer Verwendung wichtigsten Mutterkornalkaloide sind peptidartige Derivate der Lysergsaure, in welchen drei a-Aminosauren den charakteristischen Struktur- typ eines Oxacyclols ( 5 ) ausbilden [l], [?I. Formal kann das Oxacyclol als ein Dipeptid-lactam aufgefaSt werden, dessen Stickstoff durch eine x-Hydroxy-a-aminosaure acyliert ist und die wiederum uber ihre OH-Gruppe den ankon- densierten Oxazolring schliel3t.

--1 r---f--- 1

(b) I L- - -1 - - - - J I (a) I

5 Unter den drei Aminosaurebausteinen ist Prolin (c) im Lactani- teil stets vertreten und liefert einen stereochemisch wesentlichen Beitrag fur die Stabilisierung des Gesamtsystems. Die a-Hydroxy-

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a-aminosiinre (a) ist variabel, und man unterteilt die Lyscrgyl- peptide entsprechend in drei Untergruppen, innerhalh dereti weiter jeweils nach der Aminosaure (b) unterschieden wird [l], [3] (s. Tab. 1, Strukturforniel .5). Die naturlichen Mutterkornalkaloide hsben ein breites pharmn- kologisches Wirkungsspektrum, das vor allem durch Kontraktion der glatten &Inskulatar des Uterus und der GefaiSe, Hemmung der sympathisclien Funktion des vegetativen Nervensystems sowie Beeinflussung des Zentralnervensystems gekennzeichnet ist. Sie finden deshslb in der Gynakologie, der inneren Medizin, der Neurologie und Psychiatrie Anwendung. Dem Chemiker gab ihre komplexe Struktur Anreize zu zahlreichen partialsynthetischen Abwandlnngen, wozu sowohl der LysergsGurerest [4] als auch der Peptidteil [6] herangezogeri wurde. I m folgenden sol1 iiber eigene Arbeiteii i i us den letzten Jahren auf diesem Gebiet berichtet werden, wobei die chemischen Aspekte im Vordergrund stehen sollen.

1. Verbesserte Zugiinge zu Lysergylamiden

100

O h

70

I 0

0 4

Zed - Bild 2 mit 0,l N NaOH in Dioxan/H,O 3 : l ; 20°C

Epimerisierung von Ls-Ala-OH (1) und 11s-Ala-OH (2)

. .. ~~

und -peptiden Bei der Substitution von Peptiden oder Peptidderivaten mit Lysergylresten wrirden wegen der leichten Epimerisierungsmiig- liclikeit iLm C(8) der Lysergsaurekomponente, ihrer Zersetzlich- keit miter den eingehaltenen Resktionsbedingungen oder un- giinstigen Liislichkeitsverh8ltnissen hiiuf ig rmbefriedigende Resul- tnte erhslten. Es erwies sich dahrer znnachst als notwendig, eine groBere Anznhl von Aktivierungsmoglichkeiten fur die Lyserg- satrregruppe einerii kritischen Vergleich zii unterxieheii itrid die Kondenskttion zu verschiedrnartigen Lysergyl-, Isolysergyl- sowie !),lo-Dihydrolysergyl-aniiden iind -pept.iden niiher zii untersucheii. Als allgenieines fur das weitere Vorgehen leitendcs Prinzip wurde hierbei deutlich, daB dns Gesizmtergebnis bei jedem Kondensntions-

deer Lysergyl-, Isolysergyl- und 9,lO-Dihydrolysergylrcihe dar- stellen und der pharmakologischen Testung zufulxen [GI, L i ] . In diesem Zusammnienhang verdiente als Peptidkomponentc besonderes Interesse das L-Valyl-(L-phcnylalanyl-D-prolili)-lac- t,am, das als ringoffene Vorstufe des iiblichen Oxaayclolsystcms aufzufassen ist und dessen N-Lysergylderivat ;~ls naturlichrs Alkaloid aus speziellen Claviceps-~urpurea-StSmmen isolicrt war- den war [8], [I)]. Das Aminoacyllactnm diente gleichzeitig XIS Modellfsll fiir unsere weiteren Arbeiten ziir Cyclolsynthese und konnte entsprechend Schema 1 durch direkt,e Kuppliing von N-geschiitztem Valin an das Lactam unter Anwendung eiirrgi- scher Aktiviernngsmetllodeli erhalten werden.

schritt durch die Konktirrcnz zwischen Epimerisierungs-, Akti- vierrings- und Aminolysegeschwindigkeit bestimmt wird. Da jcde Boc-Val-oH ] ~ 4 Boc-Valr Phe-Pro1

Akt ivieriing der Lysergsiiure-carboxylgruppe ein Elektronendefi- zit am C(8) hervorrnft urid unter Mitwirkuiig der 9,lU-n-Elektro- neii die Epimerisierung begiinstigt, lieferten die schnell konden- siereriden Methoden, wie etwa die Chlorid-, die Mischanhydrid- methode oder die Anwendung des DRIF/SO,-Komplexes die geringsten Iso-Anteile, wahrcnd die schonerideren Verfahren, wie die DCC/HOBt-Kombination, zwar liohe lsomcrisierungsgrade, dafiir aber chemisch homogenere Kondensittionsprodukte ergaben. Die DCC/HOBt-Technik bot sich daher zunachst fur die Gewin- nring der Isolysergylamide iind der nicht epimerisierbaren 9,lO- Dihydrolysergsaurederivate an [GI. Zur Diirstcllung von Lysergylpeptiden gingen wir zweclrmii0igcr- weisc von den iiucleophil aktiveren Peptidest'erri am, ails denen

Sourechlor id H* + Phe Pro

2-VolrPhe-Pro1 Z-Va,-OH

11s-Vat-Phe Pro r-)

Schema 1 nach Bnlondensiztion des Lysergylrestes diimi dnroh Verseifung die cnrboxylfreien Verbindungen erhiilt.lich sind. Diesbezuglichc St udien zeigten uns, daB hier protolytische Spaltungsbedingungen fur die Estergruppe und dmii t die Anwendung in der Peptid- chemie gebrlnchlicher saurelabiler Ester in Gegenwart des stark siiureenipfindlichen Ergolin-Systems ahsol tit iingeeignet sind. Den Vorrang verdienen in diescm Fall die Alkylester, deren alkdische Verseif ling in Gegenwart des Lysergylrestes koniplikationslos verlluft, jedocli wiederom von Epimerisierung in Richtung auf ein Gleichgewichtsgemisch Lysergyl-/Isolysergylpeptid begleitet ist. Diese xlkalischc Epimerisierung IaiSt sich iibcrsichtlich auch an st.crisch einheitliclien Lysergyl- bzw. Isolysergylpept,iden und deren Derivaten nachweisen (Bild 2). Bur die Synt.hese von Lysergylpeptiden werden daher dureh die Moglichkeit der alkalischen Riiekepimerisierung die Epi- merisierungsraten bei der urspriinglich angewandten Kondensa- t,ionsmethode irrelevant, nnd das Vcrhlltnis tier chromatogra- phisch isolierbaren Anteile von Lysergyl- und Isolysergylverbin- dung ergibt sich lediglich aus Geschwindigkeit und Lage des Epimerisierungsgleichgewichtes. Unter Beriicksichtigung dieser Erkenntnisse konnten mir eine gro- Rere Anzithl bisher nicht zuganglicher Peptide und Peptidderivatc

Nttch Abspaltung dcr Schutzgruppe zum #uBerst instabilcn T'alyl- lactsm, Ankondcnsatioii des Lysergylrestes sowie Xbtrennunp des Iso-Antciles konnte dns authentische Alkaloid sowie ciric Reihe verwandter Verbindungen erstninlig zugSnglich gcmacht werden [lo], [Ill.

2. Synthesen des Cyololsystems Die bisher in der Literatur izus dem Arbeitskreis von A. l l o ~ m ~ ~ c t ~ [I] und P. A . Stadler [2], 1\51 beschriebenen Synthesen des Cyclol- teiles der Mutterkorn-Peptidalkaloide gingen von einem Dipeptid- lactam i ~ u s (Schema 2A), das mit S (+)-Benzyloxy-alkyl-mnlori- ester-chlorid acyliert und durch Hydrogenolyse in dns cntspre- chende 2-Hydroxy-2-csrbcthoxyi~eylderivat Cibergefiihrt wird. Die- ses fiihrt spontan und stereospezifisch in bezug auf die Posit ion 10b zum 2-Carbethoxy-cyclol, das ditnn durch Curtius-Abbau in dss 2-Aminoderivat iiberfiihrt wird [2], [12]. Alterriativ I,iet.cn sich auch ringoffene cw-Aminoacyl-prolinestel. als Busgangsvrr- bindungen an (Schema 2R), die entsprechend K-terminnl iibcr da,s hlalonyl- in das 2-Hydroxy-2-carbethoxyderivnt trtznsformiert werden und nach Aktivierung dcr Prolin-c:irboxylgr~~pp~ das 2-Carbet,~ioxy-cyclol liefern [13].

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Ein neuerer Weg (Schema 2C) verwendet schlielllich als Ausgangs- stoffe linenre Tripeptidderivate, in denen Prolin C-terminal mit aktivierter Carboxylgruppe und N-geschutzte, homologe Serine als N-terminale Aminosaure eingebaut sind. In diesem Fall wird zunachst der Z-Serylrest oxydativ unter vollstandiger Racemi- sierung am a-C-Atom in die a-Hydroxy-x-Z-aminoacylgruppe iibergefuhrt, welche wiederum stereospezifisch in bezug auf das C(l0b) das Cyclol ausbildet. AnschlieBend mussen die beiden resultierenden, in der Position 2 unterschiedlich konfigurierten Epimeren dann noch unter Aus- nutzung ihrer unterschiedlichen Aziditat getrennt und von der Z-Gruppe befreit werden [5], [14]. In allen diesen Fallen wird die aul3erst labile aminalartige a- Hydroxy-a-aminosiure-Gruppierung zunachst in Form einer ge- eigneten Vorstufe in die Synthese eingebracht und dann erst unmittelbar vor der Cyclisierung freigelegt. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zusatzliche Syntheseschritte, und wir suchten deshalb nach vorteilhafteren Wegen, bei denen die a-Hyrdoxy-a- aminosaure direkt, aber in geeignet mwkierter Form zur Cyclol- synthese eingesetzt werden kann (Schema 3). Solche a-Hydroxy-a-aminosaurederivate des Typs von Schema 3 lassen sich leicht in R,S-Form, beispielsweise durch Addition von Siiureamiden, wie Boc-NH, oder Z-NH,, an Glyoxylsaure

R Et 00 C..: /OBz I

o=c- A

B

C

o=.'-"yi;p I

H

oder a-Ketosauren gewinnen [l.',]. Schwieriger erwies es sich jedoch, die OH-Gruppe als Zweitfunktion mit einem geeigneten, reversiblen und selektiven Schutz, also etwa dem tert-Butylrest bei Na-stBndiger Z-Gruppe bzw. dem Benzylrest bei Na-stiindiger Boc-Gruppe zu versehen. Alle giingigen sanre- oder basekatalysier- ten Alkylierungsreaktionen versagten hier wegen Abspaltung des Urethanschutzes bzw. Zerfalls des Aminalsystems. Erst eine aus der Zuckerchemie heraus kurzlich entwickelte Methode zur OH-Benzylierung [ 161 brachte hier in modifizierter Form (Benzyl- trichloracetat-imidat in Gegenwart von BF,-Etherat) das ge- wunschte Ergebnis und erlaubte eine selektive Substitution der OH-Gruppe auch an sgureempf indlichen 2-tert-Butyloxycarbonyl- amino-"hydroxysauren. Da die Tripeptidsauren des Typs von Schema 3 auch durch Kupp- lung von OH-freiem (R,S)-N-tert-Butyloxycarbonyl-hydroxy-gly- cin mit Dipeptidbenzylestern (Weg A) gut zuggnglich waren, ergab sich zunachst ein direkter Zugang zu diesen wichtigen Schliisselverbindungen. Der alternative Einsatz der entsprechen- den 0-Benzylverbindungen (Weg B) erlaubte zwar eine groBere Wahlfreiheit in der Kupplungsmethodik zum Tripeptidderivat, zeigte aber im Gesamtergebnis keine wesentlichen Vorteile. Die so gewonnenen diastereomeren Boc-Tripeptidsauren wurden dann nach Nitrophenylesteraktivierung im schwach Basischen in die

H21 Pd

H ONp

E~OOC. ..!,OH c.- H21 W -

O=C-HN

R

Pb(Ack Z-NH-.,l CH2OH 0

C' YH I NPO - Schema 2

I 0.C -HN

H

VRS) BOC-NH-C-COOH

BOC- NH-C-C NQS) , ! 00 H

OBzl

curtius - Abbau ___)

T Boc-NH-CCO-NH-CH-CO-RO-OB~~

I I

Y Boc-N~-C-CO-NU-CU-CO-Ro-OH

I I OH R

' H N CH-CO-Ro-OBZI - 1

R

OBzl R

Schema 3

203

beiden epimeren Cyclole (2R:5S: 10aS: l o b s und 2s: 5S:lOaS : 10bS) ubergefuhrt und diese in bekannter Weise getrennt [17] (Schema 4).

Abtrennung der C(2)-R- Form natiirkhes

Abspaltung der Boc- Gruppe 2-Amino-cyclol

Schema 4

Wie die in Schema 1 wiedergegebenen Versuche bereits gezeigt haben, erfordert die Substitution des Stickstoffes von Dipeptid- lactamen eine hohe CarbonylaktivitLt der Acylkomponente. Erfolgsaussichten durch Direktacylierung von Lactamen zum Cyclolgerust entsprechend Schema 6 zu gelangen, waren deshalb

Abtrennuna der C (21-R-Form naturtiches

Abspaltung der BoC-GNpPe 2-Amino-cyclol

Schema 5

von vornherein nur bei einer vollen Milnskierung des 2-Hydroxy-2- aminosaurerestes zu erwarten, weshalb das 2-tert-Butyloxy- carbonylamino-2-benzyloxyderivat fur uns hier zum entscheiden- den Synthesebaustein wurde. Die hieraus uber Saurechlorid- oder Mischanhydridaktivierungen zugiinglichen Acyllactame lieBen sich dann unter gleichzeitig eine Cyclisierung erlaubenden Bedingungen hydrogenolytisch debenzylieren und so in einer Stufe glatt in d a Gamiseh der epimeren Cyclole iiberfuhren [17]. Nach Abspaltung der Boc-Gruppe aus der 2-Aminofunktion des jeweiligen Cyelols bereitete dann die Ankondensation des Lyser- gylrestes und verwandter Substituenten unter Beriicksichtigung der unter Punkt 1 gegebenen Erfahrungen keine weiteren Pro- bleme und eroffnete so eine weite Palette semisynthetisch abge- wandelter Mutterkorupeptidalkaloide.

3. Zusammenfassung Ausgehend vom Literaturstand werden eigene Beitrage zur Ver- besserung des semisynthetischen Zugilnnges zu Lysergyl-peptiden und Mutterkornpeptidalkaloiden dargelegt. Durch Studium der

wicbtigsten in der Peptidchemic gcbrauchlichcn Aktivicrungs- methoden fur die Ankondensation von Lysergsilure, lsolysergsiiurc und !),lo-Dihydrolysergsilure an verschiedenartige Aminasaure- iind Peptidderivate gelang es zunlchst, a,llgemeinc Prinzipien fiir die Ckwinnung sterisch einheitlieher Verbindungen zii finden und so eine groWere Serie bisher nicht zuganglichcr Lysergyl- peptidderivate und deren Analoga zu gewinnen. Weikrhin konn- ten arisgehend von eiitsprechend deriviitisierten n-Hytlraxy-,x- aminosauren geeignetere Methoden zum Aufbgtu des Cyclol-Teiles der I\lutterkornalkiLloide erarbeitet und so die bisher verflgbarcn Zugriffsmiiglichkeiten zit semisynthetiseh ahgewandelten Ergot- nminen und Ergotoxinen vereinfacht werden. Nacli den nufge- zeigten Wegen kann die Palette der aus Feldmutterkorn- otler biotechnisch zugbnglichen Alkaloide durch synthetischc Analogn in zweckmaWiger Weise e r g h z t werden.

Dem VEB Phnrmazeutisches Kombinat GERMED Dresden danken wir fur die Forderung dieser Arbeiten sowie fiir die Uberlassung einer Reihe von Lysergsaurederivaten.

L i t e r a t u r

Hofmnnn, A . : Die Mutterkorriitlkaloide, Stuttgttrt, k'crdi- nand Enke Verlag 1964 Stadler, P. A.; Stiitz, P.: The Alkaioids, Vol. XV, Chemistry and Physiology, New York, S m Francisco, London, Academic Press 1976 Brunner, R.; Stiitz, P . L.; Tscherter, H .; Studler, 1'. A .: Cm;id. J. Chem. 67 (1979) 1638 Losse, G.; Mahlberg, If'.; Wehrstedt, K . D.: Z'h;irmnzie 83 (1978) 627 Stadler, P. A.: Kem. n. Ind. [Zagreb] 19 (1980) 207; Ref.: C. A. 93 (1980) 186617e Losse, G.; Mahlberq, W.: Europ. J. med. Chem. 18 (1978) 373 Losse, G.; Mahlberg, W.; Wehr,etedt, K. I).: Europ. J. nied. Chem. 14 (1979) 325 Stiitz, P.; Brunner, R.; Stadler, P , A.: Experientiii [Basel] 29 (1973) 9A(i Cerny, A.; Krajicek, A.; Spacil, J.; Berm, A l . ; h'nkm, R.; Semonsky, M.: Collect. cecchoslov. chem. Commun. 41 ( 1 970) 3415 Losse, G.; Wehrstedt, K. D.: Z . Chem. 21 (1981) 148 Losse, G.; Wehrstedt, K. D.: J. prakt. Chcm. 81.3 (1!)81) 869 Hofmann, A.; Ott, 11.; Griot, R.; Stadler, P. A.; Frey, A . J . : Helv. chem. Aeta 46 (1963) 2306 Stiitz, P.; Stadler, P. A.: &I. Chem. 107 (1976) 7(iS DE-D.O.S. 2800 064 v. 12.07.1979; Ref.: C. A . 91 (1979) 1 7 5 3 9 5 ~ ; Stadler, I'. A. Schumann, G.: Dresden, Techn. Univ. Dissert.ation, 1983, s. 23-34 Iversen, T.; Bundle, L). R.: J. chem. SOC., Cliem. Coinrnriri. 1981 1240 Losse, G.; Strobel, J.: J. prnkt. Chem., im Druck

eingegangen am 6 . Januar 198g ZCB 7879

Zur Bewertung quantitat,iver chemischer Analysen - Zufallsfehler, systematischer Fehler, Gesamtfehler

Gunter Xhrlich, Klaus Friedrich, Rolf Kucharkowski und Rudi Stnhlberq

Akademie der Wissenschaften der DDR, Zentralinstitut fur Festkorperphysik und Werkstofforschung, Drrsden

1. Problemstellung Zur objektiven Bewertung von Analysenverfahren und analytisch ermittelten Gehaltsangaben ist die Anwendung der mathemati- schen Statistik unerllljlich [l]. Nit dem Fortschreiten der Rechen-

technik werden zunehmend mathemtitisrh komplizicrtcrc newer- tungsmethodcn in die Analytik einbezogen [?I. Dennoch bestclieti beziiglich der zur Fehlerbeurteilnng angewitndten Begriffe und deren Bedeutnng betrachtliche Unklitrheitcn.

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