Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по химии
На правах рукописи
Ибатуллин Фарид Миникасимович
РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ПРОИЗВОДНЫХ УГЛЕВОДОВ
Специальность 02.00.03 - органическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
Санкт-Петербург - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении 1.
Общая характеристика работы
Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова.
Актуальность исследования Углеводы играют важную роль в различных биологических процессах -
Научный консультант: доктор химических наук, профессор Шавва дифференциации и развитии клеток, иммунных реакциях, межклеточном узнавании, развитии воспалений, инфекционных процессах, метастазировании и Александр Григорьевич.
многих других. За последние десятилетия достигнут значительный прогресс в изучении биологических функций углеводов и понимании их участия в развитии некоторых болезней. Имеются практические рекомендации по использованию
Официальные оппоненты:
углеводсодержащих соединений в терапии ряда заболеваний и созданию Якимович Станислав Иванович, доктор химических наук, старший искусственных вакцин. Однако исследования в этом направлении находятся в начале своего пути.
научный сотр., Санкт-Петербургский Государственный Университет, вед.
Для изучения биологических функций углеводов и взаимодействующих с науч. сотр. ними белков необходимы разнообразные углеводсодержащие соединения.
Поиску и разработке новых методов синтеза именно таких соединений и посвящена данная диссертационная работа.
Студенцов Евгений Павлович, кандидат химических наук, доцент, Санкт- Цель исследования Петербургский государственный технологический институт (Технический Анализ современной литературы указывает на то, что существует Университет), вед. науч. сотр. необходимость в разработке простых и эффективных методов синтеза углеводных производных, широко использующихся в синтетической химии для получения самых разнообразных биологически активных углевод-содержащих
Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт соединений. Это позволило сформулировать основную цель диссертационной работы:
органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (ИОХ РАН).
Поиск новых путей образования 1-тиосахаров, 1-гликозилазидов, 1,2-транс гликозилхлоридов и N-гликозилированных производных аспарагина и разработка практических методов их синтеза; синтез серии -(1-4)
Защита диссертации состоится 7 июня 2012 года в 15:00 часов на заседании тиоксилоолигосахаридов как потенциальных ингибиторов -(1-4)-ксиланаз для диссертационного совета Д 212.232.28 по защите докторских и кандидатских биохимических и структурных исследований данных ферментов.
диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по Для достижения этой цели следовало решить следующие задачи:
адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний пр., д. 41/43, химический Х предложить пути синтеза различных производных 1-тиосахаров, включая факультет (БХА).
алкил-, арил-, трифенилметил-1-тиогликозиды, S-ацил-тиоальдозы, а также
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М.
тиоолигосахаридов из S-гликозилизотиурониевых производных с Горького, СПбГУ, Университетская наб., 7/9.
использованием алкиламинов в качестве оснований в безводной среде;
Х разработать метод получения тиоолигосахаридов, содержащих три, четыре или пять моносахаридных остатков с использованием S-гликозил
Автореферат разослан_________________ 2012 г.
изотиурониевых производных;
Х изучить некоторые реакции 1,2-транс-гликозилацетатов с различными реагентами, включая азид натрия, тиомочевину и пентахлорид фосфора;
Ученый секретарь Х исследовать реакцию гликозилгалогенидов с азидом натрия в растворах диссертационного совета /А.Ф. Хлебников/ органических растворителей, содержащих воду;
Х исследовать реакцию ангидрида N-Fmoc-аспарагиновой кислоты с пер-Оацетилированными производными 1-N-гликозиламинов и найти условия, способствующие региоселективному протеканию реакции и образованию N- 4. метод получения гликозилазидов реакцией гликозилгалогенидов с азидом гликозилированных производных аспарагина. натрия в водно-ацетоновой среде, позволяющий проводить синтез при комнатной температуре без использования высококипящих апротонных Научная новизна полученных результатов биполярных растворителей из легкодоступного азида натрия;
5. метод синтеза тиогликозидов, тиоолигосахаридов и S-ацил-1-тиоальдоз Х Исследовано несколько новых реакций 1,2-транс-гликозилацетатов с реакцией S-гликозилизотиурониевых производных с соответствующими тиомочевиной, с хлоридом фосфора (V) и с азидом натрия, приводящие к алкилирующими или ацилирующими агентами в присутствии триэтиламина образованию, соответственно, 1,2-транс-S-гликозилизотиурониевых в безводной среде, позволяющий получать целевые соединения из легко производных, 1,2-транс-гликозилхлоридов и 1,2-транс-гликозилазидов.
гидролизующихся алкилгалогенидов и ангидридов карбоновых без Х Изучено превращение S-гликозилизотиурониевых производных в S-ацил-1необходимости использовать высококипящие апротонные растворители;
тиоальдозы, 1-тиогликозиды и тиоолигосахариды в безводных условиях с 6. метод получения тиогликозидов, тиоолигосахаридов и S-ацил-1-тиоальдоз использованием алкиламинов.
из 1,2-транс-гликозилацетатов катализируемой эфиратом трехфтористого Х Синтезирована серия -(1-4)-тиоксилоолигосахаридов, которые были бора реакцией с тиомочевиной и последующего алкилирования или использованы для биохимических и структурных исследований трех ацилирования полученных in situ S-гликозилизотиурониевых производных в ксиланаз 11-го семейства. С помощью полученных соединений удалось присутствии триэтиламина, позволяющий получать целевые соединения без определить параметры связывания указанных ферментов с лигандами выделения промежуточных продуктов непосредственно из ацетилированных различной длины и получить представление о структуре комплексов производных сахаров, исключая стадию превращения их в фермент-ингибитор ксиланазы из Chaetomium thermophilum.
гликозилгалогениды;
Х Показано, что гликозилгалогениды гладко реагируют с азидом натрия в 7. метод получения гликозилированных производных N-Fmoc-аспарагина водно-ацетоновой среде с образованием гликозилазидов.
реакцией ангидрида N-Fmoc-аспарагиновой кислоты с пер-ОХ Установлено, что реакция циклического ангидрида N-Fmoc-аспарагиновой ацетилированными 1-N-гликозиламинами в диметилсульфоксиде, кислоты с пер-О-ацетилированными 1-N-гликозиламинами в позволяющий легко и быстро получать целевые соединения из диметилсульфоксиде приводит, преимущественно, к гликозилированным аспарагиновой кислоты в три стадии.
производным N-Fmoc-аспарагина.
Достоверность и надежность результатов исследования и Практическая ценность работы обоснованность обобщений и выводов, представленных в диссертации, Разработаны новые методы получения нескольких классов углеводных обеспечивается квалифицированным использованием современных физикопроизводных, включая:
химических методов установления структуры и индивидуальности полученных 1. метод получения 1,2-транс-S-гликозилизотиурониевых производных соединений, обсуждением основных положений работы на научных катализируемой эфиратом трехфтористого бора реакцией 1,2-трансмеждународных конференциях и их публикацией в международных научных гликозилацетатов с тиомочевиной, позволяющий синтезировать целевые журналах, содержащихся в перечне ВАК РФ.
соединения непосредственно из ацетилированных сахаров без предварительного превращения их в гликозилгалогениды;
ичный вклад автора 2. методы получения 1,2-транс-гликозилхлоридов катализируемой кислотами Основная часть работы выполнена автором самостоятельно. Она включает в Льюиса реакцией 1,2-транс-гликозилацетатов с хлоридом фосфора (V), а себя непосредственное получение экспериментальных данных, разработку также реакцией 1,2-транс-гликозилацетатов с хлоридом фосфора (V) в методологии исследования и интерпретации полученных результатов, ацетонитриле, отличающиеся от уже известных методов простотой, формулировку цели, задач и выводов данной работы, написание и публикацию быстротой и доступностью реагентов, отсутствием необходимости работать статей.
с высокотоксичным и канцерогенным дихлорметиловым эфиром;
3. метод получения 1,2-транс-гликозилазидов катализируемой эфиратом Основные положения, выносимые на защиту трехфтористого бора реакцией 1,2-транс-гликозилацетатов с азидом натрия Х Новые пути образования 1-тиосахаров, 1-гликозилазидов, 1,2-трансв ацетонитриле, позволяющий получать целевые соединения гликозилхлоридов и N-гликозилированных производных аспарагина.
непосредственно из ацетилированных сахаров без использования Х Новые методы синтеза 1-тиосахаров, 1-гликозилазидов, 1,2-трансмалодоступного и дорогостоящего триметилсилилазида;
гликозилхлоридов и N-гликозилированных производных аспарагина.
4 Использование неионных детергентов на основе 1-тиогликозидов позволяет Х Предложенные методы удобны для получения указанных углеводных выделять и изучать мембранные белки.
производных, что было продемонстрировано, в том числе, на примере S-Гликозилизотиурониевые производные являются удобными синтеза серии -(1-4)-тиоксилоолигосахаридов, потенциальных ингибиторов предшественниками 1-тиосахаров. Их легко получают из гликозил-галогенидов -(1-4)-ксиланаз.
и тиомочевины, их просто трансформировать в тиоальдозы и другие производные 1-тиосахаров. Удается избежать использования высокотоксичных Апробация работы тиолов, имеющих неприятный, труднопереносимый запах.
Отдельные материалы работы представлены на 3-й Международной Синтетические возможности трансформации S-гликозилизотиурониевых конференции по биоинженерии углеводов (3-d International Carbohydrate производных были недостаточно изучены. В частности, не было известно, Bioengineering Meeting, Newcastle Upon Tyne, Great Britain, April 11-14, 1999) и можно ли при получении производных 1-тиосахаров избежать применения на 20-том Международном симпозиуме по углеводам (20th International водных растворов неорганических оснований, что часто приводит к Carbohydrate Symposium, Hamburg, Germany, August 27-September 1, 2000) образованию гетерогенной реакционной среды, препятствующей полноте протекания реакции. Для выяснения этого мы исследовали действие аминов на Публикации S-гликозилизотиурониевые производные. Оказалось, что они способны По теме диссертации опубликовано 8 статей в международных журналах.
приводить к трансформации S-гликозилизотиурониевых производных в 1тиоальдозы и способствуют алкилированию последних с образованием алкил-1Объем и структура диссертации тиогликозидов. Реакция протекает в гомогенной среде, даже при использовании Диссертация изложена на 133 страницах и состоит из обзора литературы, высоких концентраций реагирующих веществ. Важно, что при применении обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов и триалкиламинов в безводных условиях можно использовать чувствительные по списка цитированной литературы.
отношению к воде ацилирующие и алкилирующие агенты для получения, В обзоре литературы рассмотрены наиболее известные методы получения соответственно, производных ацил-1-тиоальдоз и S-трифенилметил-1производных углеводов, включая 1-тиосахара, 1-гликозилазиды, 1,2-транстиогликозидов (схема 1). В рамках традиционного подхода это было гликозилхлориды и гликозилированные производные аспарагина, о которых невозможно.
идет речь в данной диссертации. В главе Обсуждение результатов обоснован выбор подходов и путей решения задач, стоявших перед диссертантом, и O обсуждены результаты работы.
SAlk AcO Диссертация содержит 22 схемы, 18 рисунков и 7 таблиц, список литературы OAc включает 332 наименования.
b O S AcO 2. Основное содержание работы
b OAc NOO O a S NHAcO AcO b 2.1. Синтез 1-тиосахаров из S-гликозилизотиурониевых производных OAc AcO Br O Br NH S AcO b OAc Благодаря уникальной реакционной способности тиоэфирной группы 1тиогликозиды сравнительно легко могут быть превращены в самые различные O производные углеводов, что делает их весьма ценными соединениями для химии S R AcO углеводов. Большая устойчивости тиогликозидов и тиоолигосахаридов к OAc O кислотному гидролизу, резистентность к действию ферментов открыли дорогу для широкого применения этих соединений в биохимических и структурных исследованиях важных О-гликозил-гидролаз (гликозидаз) и углевод- Схема 1. Условия реакции: a) SC(NH2)2/ CH3CN, кипячение 5-10 мин; b) Et3N/ CH3CN, алкил- или арилгалогенид, 10-120 мин.
связывающих белков.
Алкил--D-тиогалактозиды как индукторы -галактозидазы, являющейся Аналогичным образом S-гликозилизотиурониевые производные можно продуктом lacZ гена лактозного оперона, широко используются в молекулярной превратить в тиодисахариды, что было продемонстрировано на примере биологии для экспрессии и трансформации генов.
получения производных 4-тиолактозы и 4-тиоцеллобиозы (схема 2).
6 Некоторые из них, как предполагалось, могли представлять собой OTf OBz OMe ингибиторы эндо-ксиланаз, что необходимо для биохимических и структурных R' OAc R' OAc BzO O O O BzO исследований данных ферментов R R S S NH2 BzO AcO AcO O Тиоксилоолигосахариды были получены из S-гликозилизотиурониевых Br OAc BzO OAc NH2 OMe OBz предшественников разработанным методом под действием триэтиламина.
В качестве ключевого соединения использовали производное 1.
Схема 2. Синтез тиодисахаридов. Условия реакции: a) Et3N/CH3CN, комнатная Синтез осуществляли последовательным наращиванием цепи с температура, 60 мин.
невосстанавливающего конца (схема 3).
Таким образом, промотируемая триэтиламином реакция гликозилизоOTf тиурониевых производных с различными алкилирующими и ацилирующими O BzO агентами может быть рекомендована как общий метод превращения их в BzO OBz, a тиогликозиды, тиоолигосахариды и S-ацил-1-тиоальдозы. Предлагаемый подход NHBzO BzO отличается простотой, быстротой и доступностью соответствующих реагентов, а Br O O O BzO BzO AcO AcO S S NHS S AcO BzO применение высококипящих апротонных биполярных растворителей AcO O O OAc BzO OAc n n b OBz ограничивается лишь случаями, когда приходится работать с нерастворимыми в 3 n=0 79% 2 n=ацетонитриле исходными соединениями. 5 n=1 82% OTf 4 n=7 n=2 65% 6 n=2 O Практическая ценность метода была продемонстрирована на примере синтеза 9 n=3 53% 8 n=BzO серии (1-4)--тиоксилоолигосахаридов, которые были использованы для BzO OMe биохимических и структурных исследований нескольких ксиланаз.
BzO OH O O O O BzO HO AcO c 2.2. Стереоселективный синтез серии (1-4)--тиоксилоолигосахаридов HO S S S S AcO BzO HO HO O O из S-гликозилизотиурониевых производных как потенциальных OAc BzO OH OH n n OMe OMe ингибиторов ксиланаз 11 15 12 n=0 16 n=n=0 71% n=2 60% 13 n=1 70% 17 n=3 67% 14 n=1 n=Хотя к началу данной работы синтез производных 4-тиоксилобиозы и 4,4Схема 3. Синтез тиоксилоолигосахаридов. Условия реакций: a) Et3N/CH3CN или дитиоксилобиозы был описан, для более детальных исследований эндо-ксиланаз CH3CN-ДМФ, 20 С, 60 мин; b) i: HBr/AcOH, 20 С, 15 мин; ii: SC(NH2)2/CH3CN, требовались более протяженные молекулы ингибиторов, поскольку ни один из кипячение, 10 мин; c) NaOMe/MeOH, 20 С, в течение ночи.
упомянутых тиоолигосахаридов не показал значимой ингибирующей В качестве примера приводим промотируемую триэтиламином реакцию активности.
бромида 2,3,4-три-О-ацетил--D-ксилопиранозилизотиурония (2) с трифлатом 1, Мы синтезировали серию тиоксилоолигосахаридов, включая метил приводящую к дисахариду 3 с 79 % выходом. Соединение 3 превратили в гликозиды 4-тиоксилобиозы, 4,4-дитиоксилотриозы, 4,4,4-тритиоксилогликозилбромид 15-минутной обработкой 33 % раствором бромистого водорода тетраозы и 4,4,4,4-тетратиоксилопентаозы (рисунок 1).
в уксусной кислоте. Пятнадцатиминутное кипячение полученного бромида и OMe OH тиомочевины в ацетонитриле привело к изотиуроний бромиду 4, конденсация O HO HO HO S которого с 20 % избытком трифлата 1 дала ацилированный дитиотрисахарид 5, O OH выход 82 %. Трисахарид превратили в изотиурониевое производное 6, следуя OH O O HO HO S той же последовательности реакций описанной для дисахарида 4, и, после HO S HO O OH OH реакции с трифлатом 1 (30 % избыток), получили ацилированный OMe OMe тритиотетрасахарид 7 с 65 % выходом.
OH OH O O HO HO HO S Из-за низкой растворимости соединения 6 в ацетонитриле реакцию HO S HO S O O OH OH проводили в смеси ацетонитрил-диметилформамид. Для уменьшения окисления OH OH 1-тиоальдозы в дисульфид добавляли один эквивалент дитиотрейтола.
O O O HO HO HO S S HO S HO S HO O O OH OH OH OMe Рисунок 1. Тиоксилоолигосахариды - потенциальные ингибиторы (1-4)--ксиланаз.
8 Конверсия 7 в производное изотиомочевины 8 и последующая реакция с Полученные тиоолигосахариды использовались в качестве лигандов для трифлатом 1 в ДМФ/ацетонитриле привела к получению производного изучения нековалентного связывания с тремя эндо-1,4--ксиланазами семейства тетратиоксилопентаозы 9 с 53 % выходом. 11, включая ксиланазы TRX I и TRX II из Trichoderma reesei и CTX из Подобным образом из интермедиатов 2, 4, 6 и 8 и метил 2,3-ди-О-беозоил-4- Chaetomium thermophilum методом ионно-циклотронно-резонансной массО-трифторметансульфонил--L-арабинопиранозида 10 получили метил спектрометрии с Фурье преобразованием с ионизацией распылением в гликозиды 11, 13, 15 и 17 с выходами, соответственно 71, 70, 60 и 67 % в электрическом поле (ESI FT-ICR MS).
пересчете на 2, 4, 6 и 8. Удаление защитных групп под действием метилата Константы связывания, определенные методом масс-спектрометрии, были в натрия в метаноле привело к образованию тиоксилоолигосахаридов 12, 14, 16 и пределах 104Ц103 М-1 с понижением в серии пентасахарид > тетрасахарид > 18. трисахарид. Дисахарид не связывался ни с одной из указанных ксиланаз в пределах концентраций от 5 до 200 М.
Согласно данным рентгеноструктурного анализа ксиланазы из Chaetomium thermophilum (CTX), синтезированные тиоксилоолигосахариды связываются с активным центром фермента.
В отсутствии криопротектора даже для 4-тиоксилобиозы наблюдалась электронная плотность в субсайтах - 1 и - 2. В остальных случаях, по наблюдаемой электронной плотности установлены положения трех ксилозных остатков, расположенные в субсайтах - 1, - 2 и - 3 (рисунок 2).
Ни один из ингибиторов не связывался с агликоновым субсайтом активного центра фермента. Эти результаты подтверждают наблюдения других авторов, полученные в опытах с неактивными мутантными ксиланазами и ксилотетраозой.
Таким образом, разработанный нами метод позволяет получать тиоолигосахариды, которые можно использовать для биохимических и структурных исследований эндо-гликозидаз, что было показано нами на примере трех ксиланаз 11-го семейства. С помощью полученных соединений удалось определить параметры связывания указанных ферментов с лигандами различной длины, установить структуру комплексов ксиланазы из Chaetomium thermophilum и показать как тиоксилоолигосахариды связываются с активным центром фермента.
2.3. Реакция 1,2-транс-гликозилацетатов с тиомочевиной как новый путь к 1-тиосахарам До настоящего исследования был известен лишь один метод синтеза Sгликозилизотиомочевин, основанный на реакции тиомочевины с гликозилгалогенидами, которые получаются из ацетатов сахаров. Однако, известно, что ацетаты сахаров также могут служить гликозилирующими агентами.
Несмотря на это, не было предпринято ни одной попытки исследовать возможность гликозилирования тиомочевины гликозилацетатами, что могло бы стать удобным подходом к синтезу S-гликозил-изотиурониевых производным и, Рисунок 2. Карта 2Fo-Fc электронной плотности активного центра CTX с S-Xyl5-Me.
Молекулы воды изображены в виде красных сфер. Снизу схематически изображены соответственно, к получению 1-тиогликозидов, минуя стадию получения взаимодействия CTX с молекулой ингибитора S-Xyl5-Me.
гликозилгалогенидов и использование меркаптанов.
10 Оказалось, что 1,2-транс-гликозилацетаты реагируют с тиомочевиной в Мы исследовали реакции ацетилированных производных сахаров с присутствии эфирата трехфтористого бора в ацетонитриле с образованием различными донорами хлорид ионов и обнаружили, что в присутствии кислот производных S-гликозилизотиомочевины. При комнатной температуре такое Льюиса в хлористом метилене 1,2-транс-гликозилацетаты легко вступают в превращение занимает около 48 ч, при кипячении оно заканчивается за 20 мин реакцию с хлоридом фосфора (V) с образованием 1,2-транс-гликозилхлоридов.
(схема 4). Превращение протекает гладко даже при комнатной температуре, требуя лишь следовых количеств катализатора, и завершается не более чем за 15 минут BF3AcO (схема 6).
O O c O O a b OAc S NH2 AcO S NH AcO AcO AcO BF3 (AlCl3) BF3Cl- (AlCl4-) OAc O OAc OAc O NH2 NHPOCl3 +AcCl PCl5 PCl4+ PCl PCl4+ Cl PClСхема 4. a) BF3Et2O b) тиомочевина, CH3CN, кипячение, 20 мин; c) пиридин.
O O O O O Полученные таким образом S-гликозилизотиомочевины можно либо OAc OH Cl AcO AcO AcO AcO OAc O O OAc выделять из реакционной смеси, либо сразу использовать для синтеза O O производных 1-тиосахаров, в том числе с помощью разработанного нами способа с применением триэтиламина в качестве основания (схема 5):
Схема 6. Предполагаемый механизм галогенирования гликозилацетатов BF3AcO O a O O O bc OAc S NH2 AcO SH SR пентахлоридом фосфора.
AcO AcO AcO OAc OAc OAc OAc NHВероятно, в ходе реакции первоначально образуются тетрахлорфосфониевые R= Alk, Ar, Acyl ионы (PCl4+). Эти ионы далее атакуют карбонильные атомы кислорода ацетоксигруппы гликозидного центра, приводя к образованию хлорокиси Схема 5. a) BF3Et2O, S=C(NH2)2, CH3CN, кипячение, 20 мин.; b) Et3N, 20 C; c) RX, Et3N, фосфора, хлористого ацетила и 1,2-ацилоксониевого иона (схема 6).
20 C, 10-120 мин.
Свидетельством в пользу данного предложения может служить тот факт, что Практическая ценность метода была продемонстрирована на примере синтеза в ацетонитриле, в котором PCl5 почти нацело диссоциирован на ионы PCl4+ и ряда тиогликозидов, тиодисахаридов и S-ацил-1-тиоальдоз. PCl6, данная реакция протекает так же быстро и без участия катализаторов. На Таким образом, катализируемая эфиратом трехфтористого бора реакция 1,2- полную конверсию в 1,2-транс-гликозилхлориды требуется менее 15 минут. Это транс-гликозилацетатов с тиомочевиной являет собой новый простой путь к 1,2- позволило предложить еще один метод синтеза целевых соединений без транс-гликозилизотиурониевым производным. Она предоставляет очень использования кислот Льюиса.
удобный инструмент для синтеза 1-тиосахаров, включая тиогликозиды, В обоих случаях, для полноты протекания реакции необходим лишь тиоолигосахариды и S-ацил-1-тиоальдозы. небольшой (10-15%) избыток хлорида фосфора (V).
На основе этих наблюдений было разработано два простых метода получения 2.4. Реакция 1,2-транс-гликозилацетатов с хлоридом фосфора (V) как гликозилхлоридов нестабильного ряда, первый из которых основан на новый путь к 1,2-транс-гликозилхлоридам катализируемой эфиратом трехфтористого бора реакции 1,2-транс гликозилацетатов с пятихлористым фосфором в хлористом метилене, второй - Ацетилированные 1,2-транс-гликозилхлориды являются важными на реакции в ацетонитриле без использования катализатора.
производными для получения 1,2-цис-производных сахаров, хотя синтез 1,2- Оба метода позволяют быстро и с высоким выходом получать желаемые 1,2транс-гликозилхлоридов не является простой задачей. Каждый из транс-гликозилхлориды, делая их даже более доступными, чем 1,2-циссуществующих методов их получения имеет свои недостатки, в числе которых гликозилгалогениды.
можно упомянуть сложность процедуры синтеза, использование Практическая ценность методов была продемонстрирована на примере высокотоксичных и дорогих реагентов, опасность аномеризации и т. д. Поэтому синтеза нескольких ацетилированных 1,2-транс-хлоридов моно- и существовала потребность в простых и эффективных методах получения данных олигосахаридов.
соединений.
12 2.5. Реакция 1,2-транс-гликозилацетатов с азидом натрия. Новый подход к требует использования до пяти эквивалентов азида натрия. Азид 1,1,3,3синтезу гликозилазидов из 1,2-транс-гликозилацетатов тетраметилгуанидиния, предложенный ранее в качестве эффективного реагента для превращения гликозилгалогенидов в гликозилазиды, не является Гликозилазиды принадлежат к важному классу N-гликозидов и являются коммерчески доступным реагентом и не может конкурировать в этом отношении предшественниками N-гликозиламинов, N-гликозиламинокислот, N-гли- с азидом натрия.
копептидов и N-гликопротеинов. Гликозилазиды применяются в синтезе N- Мы установили, что гликозилгалогениды гладко реагируют с азидом натрия в гликозилмочевин и гликомиметиков, неионных детергентов на основе N- водном ацетоне или ацетонитриле, приводя к образованию гликозилазидов с гликозиламидов, а также гликозилтриазолов как потенциальных хорошими выходами. Превращение протекает с полной инверсией терапевтических препаратов. Гликозилазиды используются в биохимии в конфигурации гликозидного атома углерода при комнатной температуре, время качестве субстратов для ферментативного трансгликозилирования, реакции не превышает 3 ч (схема 8).
отличающихся от традиционно применяемых нитрофенил гликозидов лучшей NaN3/ацетон-H2O растворимостью в воде и гораздо большей скоростью протекания реакции. Мы O O AcO o AcO Nобнаружили, 1,2-транс-гликозилацетаты могут реагировать с азидом натрия в 20 C, 2-3 часа R X R ацетонитриле в присутствии эфирата трехфтористого бора, приводя к X = Cl, Br; R = OAc, NHAc образованию гликозилазидов (схема 7).
Схема 8. Синтез гликозилазидов из гликозилгалогенидов.
BF3.Et2O O O NaN3 O OAc NAcO AcO AcO Присутствие воды в реакционной среде является определяющим фактором OAc OAc O O для протекания реакции, без нее реакция не идет. Мы обнаружили лишь следы гликозилазида после нескольких часов кипячения ацетобромглюкозы с азидом Схема 7. Реакция 1,2-транс-гликозилацетатов с азидом натрия.
натрия в сухом ацетонитриле. После добавления воды реакция закончилась за При комнатной температуре конверсия занимает от 24 до 48 ч, при ч при комнатной температуре.
кипячении почти полное исчезновение исходных ацетатов наступает уже через Причина, по которой вода облегчает превращение, кроется, вероятно, в 30 - 60 мин. Производные моносахаридов реагируют быстрее и с полной слабой растворимости азида натрия в органических растворителях, включая конверсией исходного ацетата, выход целевых соединений высок.
диметилформамид. Вода не только растворяет азид натрия, но и способствует Межгликозидные связи остаются незатронутыми, мы показали это на примере его диссоциации, приводя к образованию азид иона, который и взаимодействует синтеза ацетилированных производных -целлобиозилазида и -мальтозилазида.
с гликозилгалогенидом, образуя гликозилазид. При проведении реакции в Данная реакция может служить основой нового метода синтеза присутствии одного эквивалента дибензо-18-краун-6 эфира в сухом гликозилазидов из 1,2-транс-гликозилацетатов, что было продемонстрировано ацетонитриле при комнатной температуре полная конверсия в гликозилазиды на целом ряде примеров.
происходит почти за то же время, что и в водно-органической среде, что Ограничением метода является невозможность получения 2-ацетамидо- 3,4,6подтверждает сказанное выше.
три-О-ацетил-2-дезокси--D-глюкопиранозилазида из соответствующего 1,2Реакция может служить в качестве простого метода синтеза гликозилазидов транс-гликозилацетата. Однако, поскольку 1,2-транс-гликозилацетаты 2из гликозилгалогенидов, в котором используются только доступные и недорогие ацетамидо-2-дезоксисахаров не являются легкодоступными соединениями, для реагенты. Метод не требует применения высококипящих апротонных получения соответствующих гликозилазидов был разработан метод, описанный растворителей и нагревания.
в следующем разделе.
Синтезированные этими методами гликозилазиды были использованы для получения производных N-гликозиласпарагина, речь о которых пойдет в 2.6. Синтез гликозилазидов реакцией гликозилгалогенидов с азидом натрия следующем разделе.
в водно-ацетоновой среде 2.7. Реакция ангидрида N-Fmoc-аспарагиновой кислоты с производными Классический метод получения гликозилазидов из гликозилгалогенидов, гликозиламинов - простой путь к N-гликозиласпарагинам заключающийся в обработке их азидами металлов в диметилформамиде при нагревании, способен обеспечить лишь умеренные выходы. Метод, основанный Ключевым структурным фрагментом N-гликопротеинов является остаток Nна использовании катализаторов фазового переноса, более эффективен, но ацетилглюкозаминил(1-N)аспарагина. Реже встречаются гликопротеины, в 14 которых связь с аспарагином осуществляется через остаток - или -D-глюкозы, продукта получен при проведении реакции в диметилсульфоксиде. Реакция -N-ацетилгалактозы и L-рамнозы. протекает гладко и завершается обычно менее чем за 1 ч.
Наиболее удобная стратегия получения N-гликопротеинов и N- Для демонстрации практической пригодности данного подхода были гликопептидов основана на химико-ферментативном подходе, включающем синтезированы N-Fmoc-аспарагинововые производные глюкозы, 2-дезокси-2-Nферментативное трансгликозилирование или перенос углеводных цепей ацетилглюкозамина, целлобиозы и мальтозы. Методом ЯМР показано, что (гликанов) на синтетический полипептид, имеющий один или несколько реакция протекает практически без рацемизации.
остатков N-ацетилглюкозамина. Необходимые для этого N- Синтезированные производные используются в Петербургском институте ацетилглюкозаминил-полипептид получают, чаще всего, твердофазным ядерной физики им. Б.П. Константинова для синтеза биоактивных пептидным синтезом с использованием гликозилированных производных N- гликопептидов.
Fmoc-аспарагина. Получение данных соединений связано с необходимостью использования производных аспарагиновой кислоты, защищенных по амино- и 3. Выводы -карбоксильным группам, синтез которых является наиболее трудоемкой частью работы. Так, для приготовления наиболее часто используемого 1. Реакция 1,2-транс-гликозилацетатов с тиомочевиной в присутствии предшественника производных N-гликозиласпарагина, 1-трет-бутил-N-Fmoc-L- эфирата трехфтористого бора приводит к образованию 1,2-транс-Sаспартата, исходя из аспарагиновой кислоты, необходимо пять стадий. Еще три гликозилизотиоурониевых производных и может использоваться для стадии требуются на активацию -карбоксильной группы, гликозилирование и конверсии 1,2-транс-гликозилацетатов в различные 1-тиосахара;
удаление защитной группы с -карбоксильной группы полученного эфира N- 2. катализируемая кислотами Льюиса реакция 1,2-транс-гликозилацетатов с гликозиласпарагина для последующего введения полученной хлоридом фосфора (V), а также некатализируемая реакция этих же гликозиламинокислоты в (глико)пептидную цепь. реагентов в ацетонитриле, могут служить в качестве простых и удобных В противоположность этому, N-защищенные циклические ангидриды методов получения 1,2-транс-гликозилхлоридов;
аспарагиновой кислоты можно получить из свободной кислоты в две стадии. По 3. катализируемая эфиратом трехфтористого бора реакция 1,2-трансразработанному нами методу ангидрид N-Fmoc-аспарагиновой кислоты гликозилацетатов с азидом натрия приводит к образованию 1,2-трансполучается кратковременным нагреванием N-Fmoc-аспарагиновой кислоты с гликозилазидов и может быть рекомендована для получения последних;
избытком уксусного ангидрида (схема 9). Продукт кристаллизуется из 4. алкиламины промотируют превращение S-гликозилизотиоурониевых реакционной смеси при охлаждении, дополнительной очистки не требуется. производных в 1-тиогликозиды, тиоолигосахариды и S-ацил-1-тиоальдозы, Данный ангидрид является мощным ацилирующим агентом, легко что показано, в том числе, на примере синтеза серии -(1-4)-тиоксилореагирующим с аминами, приводя к образованию производных аспарагина и олигосахаридов, потенциальных ингибиторов эндо-ксиланаз;
изоаспарагина. Дополнительных стадий активации, введения и удаления 5. реакция гликозилгалогенидов с азидом натрия в водно-ацетоновой среде защитных групп не требуется. гладко протекает при комнатной температуре и может служить в удобным Мы исследовали реакцию данного ангидрида с пер-О-ацетилированными методом получения гликозилазидов;
гликозиламинами и обнаружили, что региоселективность аминолиза ангидрида 6. реакция ангидрида N-Fmoc-аспарагиновой кислоты с пер-О-ацетиN-Fmoc-аспарагиновой кислоты ацетилированными гликозил-аминами сильно лированными 1-N-гликозиламинами в диметилсульфоксиде протекает зависит от полярности реакционной среды. региоселективно и может служить в качестве простого метода получения гликозилированных производных N-Fmoc-аспарагина.
OAc O OAc O AcO AcO NH2 AcO O H COOH Ac2O, t N COOH HOOC X O AcO NHFmoc X FmocHN O NHFmoc O X = OAc, NHAc Схема 9. Синтез гликозилированных производных N-Fmoc-аспарагина.
В малополярных растворителях главным продуктом является изоаспа- рагиновое производное. При увеличении полярности растворителя выход аспарагинового производного увеличивается. Самый высокий выход целевого 16 Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:
1. Ibatullin F.M., Utille J.-P., Cottaz S., Mori H., Svensson B., Driguez H. 4Thiomaltooligosaccarides: their synthesis and use as inhibitors for barley aamylase 1 and 2 // 3-d International Carbohydrate Bioengineering Meeting, Newcastle Upon Tyne, Great Britain, April 11-14, 1999. P. 1.1.
2. Ibatullin F.M., Firsov L.M., Fessner, W.-D. Synthesis of some thio linked analogues of 5'a-carbamaltose and 5''a-carbamaltotriose as potential inhibitors for glucoamylases // 20th International Carbohydrate Symposium, Hamburg, Germany, August 27-September 1, 2000. Poster B-342, Abstracts. P. 229.
3. Ivanen D.R., Shabalin K.A., Ibatullin F.M. A novel convenient approach for synthesis of thiooligosaccharides. Synthesis of a series of thioxylooligosaccharides as potential inhibitors for xylanases // 20th International Carbohydrate Symposium, Hamburg, Germany, August 27-September 1, 2000.
Poster B-352, Abstracts. P. 234.
4. Ibatullin F.M., Shabalin K.A. A new approach to synthesis of glycosyl azides from 1,2-trans-glycosyl esters // Carbohydrate Letters, 2000. V. 3. N 6. P. 427429.
5. Ibatullin F.M., Shabalin K.A. A simple and convenient synthesis of glycosyl azides // Synthetic Communications, 2000. V. 30. N 15. P. 2818-2823.
6. Ibatullin F.M., Selivanov S.I., Shavva A.G. A general procedure for conversion of S-glycosyl isothiourea derivatives into thioglycosides, thiooligosaccharides and glycosyl thioesters // Synthesis, 2001. V. 2001. N 3. P. 419-422.
7. Ibatullin F.M., Shabalin K.A., Jnis J.V., Selivanov S.I. Stereoselective synthesis of thioxylooligosaccharides from S-glycosyl isothiourea precursors // Tetrahedron Letters, 2001. V. 42. N 27. P. 4565-4567.
8. Ibatullin F.M., Selivanov S.I. Reaction of 1,2-trans-glycosyl esters with phosphorus pentachloride: new efficient approach to 1,2-trans-glycosyl chlorides // Tetrahedron Letters 2002. V. 43. N 52. P. 9577-9580.
9. Ibatullin F.M., Shabalin K.A., Jnis J.V., Shavva A.G. Reaction of 1,2-transglycosyl acetates with thiourea: a new entry to 1-thiosugars // Tetrahedron Letters, 2003. V. 44. N 43. P. 7961-7964.
10. Jnis J.V., Hakanp J., Hakulinen N., Ibatullin F.M., Hoxha A., Derrick P.J., Rouvinen J., Vainiotalo P. Determination of thioxylo-oligosaccharide binding to family 11 xylanases using electrospray ionization Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry and X-ray crystallography // FEBS Journal, 2005.
V. 272. N 9. P. 2317-2333.
11. Ibatullin F.M., Selivanov S.I. Reaction of N-Fmoc aspartic anhydride with glycosylamines: a simple entry to N-glycosyl asparagines // Tetrahedron Letters, 2009. V. 50. N 46. P. 6351-6354.