Eisen- & Mangan-katalysierte Dehydrierungs-/Kupplungsreaktionen für die Synthese von Heterozyklen sowie deren synergistische Effekte im Hinblick auf Stereochemie und biologische Aktivität

Klassische homogen katalysierte Prozesse greifen heutzutage auf Edelmetalle zurück, die jedoch aufgrund ihrer geringen Verfügbarkeit teuer und zudem meist toxisch sind. Dagegen sind die Übergangsmetalle Eisen und Mangan ideale Alternativen, da sie ubiquitär vorhanden und im Allgemeinen weniger giftig sind. In dieser Dissertation wird gezeigt, dass neu entwickelte Eisen- und Mangankomplexe nicht nur in der Lage sind verschiedenste Transformationen zu katalysieren, sondern auch neue Reaktivitäten und Produktselektivitäten aufweisen, die die Synthese mehrfach-funktionalisierter Heterozyklen erlauben. Beispielsweise können nun multisubstituierte Pyrrole über Zwei- oder Drei-Komponentensynthesen hergestellt werden. Die dabei verwendeten Startmaterialien (Diole) werden aus Biomasse gewonnen und sind ideale nachhaltige Alternativen zu den bisher verwendeten Alkylhalogeniden. Zudem können diese Alkohole mit Hilfe der Wasserstoff-Autotransfer-Strategie als Alkylierungsreagenzien für die Synthese funktionalisierter Indole und Nitrile genutzt werden. Durch einfache Anpassung der Reaktionsbedingungen wird die Produktselektivität effektiv gesteuert.

Darüber hinaus wurden weitere stickstoffhaltige, funktionalisierte und stereodiverse Heterozyklen wie Azetidine hergestellt, die auf synergistische Effekte von Stereochemie und biologischer Aktivität untersucht wurden. Dazu wurde eine neuartige biologische Annotationsmethode („Cell Painting“) verwendet, die es erlaubt innerhalb kürzester Zeit Wirkmechanismen zu vergleichen und Aufschlüsse über Aktivitäten zu geben. Bisher sind dazu zeitaufwendige und kostspielige Hochdurchsatz-Screenings (“high-throughput screenings“, HTS) notwendig. Unter Verwendung einer deutlich kleineren, aber vielfältigen Molekülbibliothek, deren Verbindungen anschließend für die Behandlung menschlicher Zellen genutzt und daraufhin auf morphologische Änderungen untersucht wurden, ist es nun möglich biochemische Informationen innerhalb kürzester Zeit zu generieren. Bei der Untersuchung einer Azetidin-Molekülbibliothek konnte gezeigt werden, dass eine maximale Diversität in biologischer Aktivität nur dann erzielt wird, wenn sowohl die Konfiguration als auch die funktionelle Gruppenvielfalt ausgebaut werden.