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Stereoselective synthesis of pantaphos
Fanny Kormout
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Katharina Pallitsch
DOI
10.25365/thesis.80096
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21688.31358.417315-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Phosphonate stellen eine einzigartige Klasse von Phosphorverbindungen dar, die durch eine direkte Kohlenstoff-Phosphor-Bindung gekennzeichnet sind, die ihnen eine außergewöhnliche chemische sowie enzymatische Stabilität verleiht. Unter diesen hat Pantaphos – ein natürlich vorkommender Sekundärmetabolit, der von Pantoea ananatis produziert wird – aufgrund seiner starken herbiziden und zytotoxischen Wirkung, einschließlich der selektiven Hemmung der Gliomzellproliferation, besondere Aufmerksamkeit erlangt. Diese Masterarbeit befasst sich mit der stereoselektiven Synthese von Pantaphos mit dem Ziel, den Einfluss sowohl der Doppelbindungsgeometrie als auch der Stereochemie der α - Hydroxyphosphonat-Einheit auf die potenzielle biologische Aktivität nach erfolgreicher Synthese zu untersuchen. Dazu wurde eine Syntheseroute entwickelt, beginnend mit der Herstellung eines Aldehyd-Vorläufers aus Acetophenon, gefolgt von einer Reaktionssequenz, die nach einer Pudovik-Reaktion (zur Erlangung des Phosphonates 4) und TBDMS-Schützung des resultierenden racemischen α-Hydroxyphosphonats (5) eine wichtige Zwischenstufe lieferte. Diese konnte erfolgreich durch Ozonolyse (zur Erlangung des -ketophosphonates 6) sowie nachfolgende Horner-Wadsworth-Emmons-Olefinierung (zur Erlangung des Diesters 7) zu einem racemischen Schlüsselintermediat umgewandelt werden. An diesem TBDMS-geschützen Diester (7) wurden verschiedene alternative Entschützungsmethoden getestet. Unter anderem TFA, pTsOH und HBF₄, jedoch führte keine der getesteten Methoden zu einer zufriedenstellenden Umsetzung und das isolierte Produkt stellte sich als äußerst instabil heraus. Das resultierende Zwischenprodukt, racemisches -hydroxyphosphonate 8, sollte anschließend oxidiert und einer asymmetrischen Transferhydrierung mit einem Noyori-artigen Katalysator unterzogen werden, um optisch reine α-Hydroxyphosphonat-Intermediate zu gewinnen. Trotz des erfolgreichen Verlaufs der Einzelschritte bis zur Ozonolyse erwies sich die Aufreinigung mehrerer Zwischenprodukte aufgrund von Zersetzung auf Kieselgel während der Mitteldruckflüssigkeitschromatographie (MPLC) als schwierig. Obwohl die Synthese von enantiomerenreinem Pantaphos nicht geglückt ist, lieferte die synthetische Arbeit wertvolle Erkenntnisse über die Stabilität, Reaktivität und Handhabung der α-Hydroxyphosphonat-Zwischenprodukte, die vermutlich für seine Herstellung erforderlich sind. Die Studie legt damit die Grundlage für zukünftige Optimierungen stereoselektiver Syntheserouten für Pantaphos und seiner verwandten Analoga. Letztendlich wird ein alternativer Syntheseweg ausgehend von Maleinsäure vorgeschlagen, um die mit der frühen Einführung der olefinischen Gruppe verbundene Instabilität zu umgehen.
Abstract
(Englisch)
Phosphonates represent a unique class of phosphorus compounds characterised by a direct carbon–phosphorus bond, endowing them with exceptional chemical and enzymatic stability. Among these, pantaphos—a naturally occurring secondary metabolite produced by Pantoea ananatis—has gained attention for its potent herbicidal and cytotoxic effects, including selective inhibition of glioma cell proliferation. This master’s thesis deals with the stereoselective synthesis of pantaphos with the objective of evaluating the influence of both double bond geometry and the stereochemistry of the α-hydroxyphosphonate moiety on its potential biological activity after successful synthesis. Thus, a stepwise synthetic route was developed, beginning with the preparation of an aldehyde precursor (3) from acetophenone, followed by a sequence of reactions including a Pudovik reaction (to give phosphonate 4 ), TBDMS protection (to give TBDMS protected α-hydroxyphosphonate 5), ozonolysis (to give -ketophosphonate 6), Horner–Wadsworth–Emmons olefination (to give diester 7) to give a racemic α-hydroxyphosphonate (8) as key intermediate. Alternative deprotection methods employing TFA, pTsOH, and HBF₄ were explored for removal of the TBDMS ether, albeit without satisfactory outcome. The desired α - hydroxyphosphonate (8) was planned to be oxidised (to give -ketophosphonate 9), followed by an asymmetric transfer hydrogenation employing a Noyori-type catalyst to afford its optically pure α-hydroxyphosphonate (8) equivalent. Despite the successful execution of individual reactions up until the ozonolysis, purification of several intermediates proved challenging due to decomposition on silica during medium-pressure liquid chromatography (MPLC). While full isolation of enantiomerically pure pantaphos was not achieved, the synthetic work provided valuable insights into the stability, reactivity, and handling of the α - hydroxyphosphonate intermediates presumably needed for its preparation. The study establishes a foundation for future optimization of stereoselective routes toward pantaphos and related bioactive phosphonates. Additionally, an alternative synthetic pathway starting from maleic acid is proposed to circumvent the instability associated with early introduction of the olefinic moiety.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Phosphonate Pantaphos Pantoea ananatis Onion center rot Pudovik Reaktion Organische Chemie
Schlagwörter
(Englisch)
Phosphonate Pantaphos Pantoea ananatis Onion center rot Pudovik reaction Organic chemistry
Autor*innen
Fanny Kormout
Haupttitel (Englisch)
Stereoselective synthesis of pantaphos
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
30 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Katharina Pallitsch
Klassifikation
35 Chemie > 35.52 Präparative Organische Chemie
AC Nummer
AC17753273
Utheses ID
78880
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |