Shikimisäure-Derivate

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Gerhard Eduard Buchholz
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1 Shikimisäure-Derivate Phenyl-Propanoid-Naturstoffe (C6 + C3-Seitenkette) wichtiger Syntheseweg für Carboaromaten (in Pflanzen u. Mikroorganismen) im Unterschied zu: Aromaten aus Polyketiden (enthalten meistens H-Gruppen in 1,3-Abstand) hier: aromatische Aminosäuren (Phe, Tyr, Trp), Zimtsäuren, Cumarine, Flavone ohne diesen Weg können Pflanzen nicht überleben! Biosyntheseweg beginnt mit Kohlenhydrat-Bausteinen Schlüsselschritte: Aldol-Reaktionen (inter, intramolekular), oxy-cope-umlagerung wurde aus dem Japanischen Sternanis (Illicium anisatum) isoliert, japanisch Shikimi 1

2 Biosyntheseweg Eliminierung zu Chorismat, dann Cope-Umlagerung Anbringung von PEP über Addition-Eliminierung (tetrahedrales Intermediat, = Addition eines Alkohols an einen Enolether) Biosyntheseweg 3 Verzweigung auf der Stufe von Chorisminsäure xidation (formal H ) und Eliminierung von C 2 : Tyrosin bzw. über Dienon (xidat. dann Eliminierung von C 2 ) 2

3 Herbizid Roundup blockiert die Reaktion von Shikimisäure-3-phospat mit PEP zu EPSP 1970: J. E. Franz, Monsanto, entdeckte die herbiziden Eigenschaften von Glyphosat Tonnen, ca. 3 Mrd US $ Umsatz pro Jahr (50 ml ca. 11 ) wirkt über die Blätter eher Dianion Glyphosate C 2 H H P H H H Shikimisäure-3-phosphat P H H Enzym H 3 P 4 C 2 H H P H Phosphoenolpyruvat C 2 H H H C 2 H Safrol im Safran, desinfizierende Wirkung im braunen Campher-Öl Vorläufer für MDMA (daher Handel etc.) verboten Safrol Bsp. für C6-C3-Reihe Zimtsäuren, Cumarine zuerst Bildung von Zimtsäure aus Phe durch Phenylalanin-Ammoniak-Lyase (PAL) danach xidation des Phenylrings => hydroxylierte Derivate 3

4 Bsp. für C6-C3-Reihe Zimtsäuren, Cumarine Hydroxylierung am Aromaten, Methylierung von H-Gruppen Zimtsäuren, Cumarine Lactonbildung zu Cumarinen Cumarine Riechstoff Cumarin bildet die Basis von Waldmeister-Geruchs in größeren Mengen gesundheitsgefährdend Laborsynthese nach Perkin Antikoagulanzien bestimmte Cumarin-Derivate (4-Hydroxycumarine) verhindern die Blutgerinnung wirken als Vitamin K Antagonisten 4

5 4-Hydroxycumarine Synthese z.b. Claisen-Kondensation sehr nucleophil an C-3 (Michael-Addit., Alkylierungen, Kondensationen etc.) Chloramphenicol Breitbandantibiotikum Biosynthese via Shikimi-Weg inhibiert Proteinbiosynthese der Bakterien, wirkt nicht gegen Pilze beim Mensch können Leberschäden auftreten, wird daher bevorzugt oberflächlich angewandt (Bindehautentzündungen etc.) 5

6 Coniferylalcohol Baustein des Lignins in der Natur praktisch so häufig wie Glucose Lignin bildet neben Cellulose und Hemicellulose einen wesentlichen Bestandteil des Holzes (ca. 30%) formal ist Lignin als xidationsprodukt des Coniferylalkohols aufzufassen mit Säuren Protonierung und Bildung eines Allylkations, außerdem: Alkylierung ortho zur H-Gruppe Abbau in der Natur relativ langsam Lignin relativ stabile C C- und Ether-Bindungen Bildung über radikalische Zwischenstufen (Phenoxyradikale) die phenolischen H-Gruppen bilden ebenfalls Ether mit dem C3-Teil hochverzweigtes Polymer 6

7 Propenylderivate Eugenol, Safrol quasi S N 2'-artige Reduktion des Allylalkohols im Coniferylalcohol Gewürzinhaltsstoffe Curcuma gelber Farbstoff im Curry aufgebaut aus zwei Molekülen Ferulasäure und einem C1-Baustein (aus Malonyl-CoA und C 2 ) insgesamt 2 Claisen-Kondensationen 7

8 Gewürzinhaltsstoffe 2 Gingerol für den scharfen Geschmack im Ingwer verantwortlich Biosynthese analog wie beim Curcumin (+ C1, dann plus Hexanoyl-SCoA) Phodophyllotoxin Bauminhaltsstoff wird in der Tumortherapie verwendet die cytostatische Wirkung beruht auf der Inhibierung des Mikrotubuli-Aufbaus (Protein-Skelett in Zellen) vgl. hingegen: Taxol stört den Abbau der Mikrotubuli (stabilisiert diese) problematisch (bei der Synthese bzw. in Gegenwart von Base): epimeres cis-lacton ist stabiler, allerdings inaktiv! 8

9 Chinone, Flavone aus Shikimisäure Weiterer Zugang neben dem Polyketidweg zu Chinonen welcher Biosyntheseweg für eine bestimmte Verbindung benutzt wird, läßt sich oft schwer herausfinden (ein Indiz für Shikimi-Weg: fehlende Methylgruppe; vgl. Plumbagin/Juglon) färbt die Hände beim Schälen frischer Walnüsse gelb Zur Biosynthese Chorisminsäure TPP = Thiaminpyrophosphat Juglon-Biosynthese Anellierung des zweiten Ringes domino Michael-Reaktion / Dieckmann-Kondensation 9

10 Alizarin Anthrachinon aus Shikimisäure historisch wichtiger Farbstoff (rote Farbe) mit Metalloxiden beziehungsweise Metallsalzen bildet Alizarin sehr farbige Komplexe, die als Krapplacke bezeichnet werden Flavone Kombination von Bausteinen aus Polyketid- mit Shikimisäure-Weg Flavone, Isoflavone, Anthocyanidine: ca Verbindungen Flavone: 2 hydroxylierte aromatische Ringe, die über ein C3-Fragment verknüpft sind R 1 H (Me) H H (Me) H Shikimisäure Polyketid (3 Acetate) Prinzip der Biosynthese: 10

11 Flavone 2 Polyketid, Cyclisierung zum Trihydroxyphenol, Ringschluss zum Heterocyclus meistens gelb bis gelborange Farbigkeit von Blumen und Früchten tiefere Farben (rot, violett, od. blau) entstehen bei der Umwandlung in Anthocyanidine Bildung von Isoflavon Wanderung des Phenylrestes konzertierte Reaktion, bezogen auf H-Gruppe: S N 2 11

12 Anthocyanidine ausgehend von den Flavonolen Reduktion der Ketogruppe, Bildung eines Pyrryliumsalzes ausgedehnter Chromophor als Indikator verwendbar Salze, schwer zu isolieren (sehr polar) z.b. braune Farbe der Kastanienschalen oft glycosidisch gebunden Anthocyane = pflanzliche Farbstoffe Zusammenfassung / Shikimisäure wichtiger Biosyntheseweg für Carboaromaten (C6 + C3-Seitenkette) KD, Shikimisäure, Chorisminsäure, Eliminierung Cumarine: Lactone Chloramphenicol (Antibiotikum) Coniferylalkohol (Lignin-Baustein) Curcuma, Gingerol (Gwürzinhaltsstoffe) Phodophyllotoxin Chinone, Flavone, Alizarin, Isoflavone, Anthocyanidine 12

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