Synthesis of natural products, their synthetic analogues and evaluation of various associated biological activities

Abstract

In history, garlic (Allium sativum), onions (Allium cepa) and other Allium plants were used due to their antimicrobial-, antifungal- and desinfection abilities.[1-3] These plants contain a wide and rich range of sulfur-containing molecules, such as alliin, allicin and various polysulfanes (formerly named polysulfides) which do show high reactivity in several medicinal (e.g. cancer chemoprevention) and agricultural system (e.g. as “green pesticides”).[1-16] The main objective of this PhD study is to further investigate the chemistry, reactivity, biological activity of natural disulfanes and chemically related species. Sulfur and selenium and containing compounds were used to examine the different activity and toxicity of the agents based on the two chalcogen elements. Various biological assays were used to examine the activity of the chalcogen compounds against mammalian cells, such as Neuro A2 cell line (from murine neuroblastoma) and agricultural of relevant organism (e.g. Botrytis cinerea, Steinernema feltiae) to find new lead structures for a potential pro-drug or possible new phytoprotectants and ‘green’ pesticides. Cyclic voltammetry was used to analyze the redox behavior of the different chalcogen compounds and their potential reactivity against glutathione (GSH) and other thiol-containing groups in cells. SEM-EDX microanalysis was employed to investigate the distribution of chalcogen atoms inside the Neuro 2A cells. Sulfur atoms from the polysulfanes and the sulfur nanoparticles as well as selenium nanoparticles could be detected as part of a very preliminary study employing the EDX methodology to chalcogen-containing material. Cell fractionation was subsequently used to investigate further where the model tetrasulfane DPhTTS is located inside Neuro 2A cells.

Bereits in Zeiten des Altertums wurden Knoblauch (Allium sativum), Zwiebeln (Allium cepa) und andere Pflanzen der Allium-Spezies wegen ihrer antimikrobiellen und antimykotischen Eigenschaften, sowie ihrer desinfizierenden Wirkung in vielen Kulturen weltweit eingesetzt. Die Pflanzen dieser Gattung enthalten einen hohen Anteil an hoch reaktiven, schwefelhaltigen Substanzen, die in wissenschaftlichen Versuchen bereits ein signifikantes Potential im medizinischen (z.B. in der Krebstherapie) als auch im landwirtschaftlichen (z.B. als „grüne“ Pflanzenschutzmittel) Bereich aufgezeigt haben. Das Hauptaugenmerk der hier vorliegenden Doktorarbeit lag daher auf der Vertiefung der bereits früher durchgeführten Analysen, um nähre Erkenntnisse zu den unterschiedlichen Reaktionsmechanismen und Reaktivitäten der chalkogenhaltigen Naturstoffe und deren synthetischen Derivate, zu erhalten. Schwefel- und Selen- haltige Verbindungen wurden synthetisiert und in den biologischen Experimenten mit den Schwefelverbindungen verglichen, um mehr über die Reaktivität und die Verteilung der einzelnen Chalkogene in der Zelle oder weiteren biologischen Materialien (z.B. Pilzkulturen, Nematoden) zu erfahren. Innerhalb der hier vorliegenden Dissertation wurden Experimente an Nervenzellen von Nagetieren (Neuro 2A Zelllinie) und Experimente an landwirtschaftlich bedeutsamen Systemen (Botrytis cinerea, Steinernema felitae) durchgeführt, sowie grundlegende Methoden zur Kontrolle der Redox-Aktivität (Zyklische Voltammetrie) der einzelnen Verbindungen beschrieben.