Получение и синтетическое использование N-гликозидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

1. Введение.

2. TV-гликозиды. Основные способы синтеза, физические и химические свойства (литературный обзор).

2.1. Нахождение в природе, основные функции и применение тУ-гликозидов.

2.2. Строение jV-гликозидов.

2.3. Классификация TV-гликозидов.

2.3.1. Гликозиламиды.

2.3.2. Нуклеозиды.

3. Гликозиламины.

3.1. Методы синтеза гликозиламинов.

3.1.1. Синтез бисгликозиламинов и бис(гликозиламино)углеводородов.

3.2. Физические и химические свойства гликозиламинов.

3.2.1. Физические свойства.

3.2.2. Химические свойства.

4. Получение и синтетическое использование TV-гликозидов обсуждение результатов).

4.1. Синтез и характеристика бис(гликозиламино)углеводородов.

4.1.1. Синтез гликозиламинов на основе моносахаридов (1-22, 32, 33).

4.1.1.1. Особенности синтеза 1-20.

4.1.1.2. Особенности синтеза 21, 22, 32, 33.

4.1.1.3. Особенности синтеза 23-31.

4.1.2. Характеристика продуктов 1-33.

4.1.2.1. Характеристика продуктов 1-22, 33.

4.1.2.2. Характеристика продуктов 23-31.

4.1.3. Комплексообразующая активность бис(гликозиламино)углеводородов.

5. TV-гликозиды в реакции Кабачника-Филдса.

5.1. Реакции углеводов с гидрофосфорильными соединениями как метод модификации Сахаров.

5.2. Взаимодействие гликозиламинов с гидрофосфорильными соединениями.

5.2.1. Синтез и характеристика гликозиламинов 43-54.

5.2.2. Реакция гликозиламинов с ГФС.

5.2.2.1. Взаимодействие гликозиламинов на основе незащищенных Сахаров с дифенилфосфинистой кислотой.

5.2.2.2. Взаимодействие гликозиламинов на основе кеталированных углеводов с дифенилфосфинистой кислотой.

5.3. Взаимодействие аминалей и гликозиламидов с дифенилфосфинистой кислотой.

5.3.1. Синтез и характеристикаДД-диацетиламиналей углеводов.

5.3.2. Получение гликозиламидов из ДД-диацетиламиналей углеводов.

5.3.3. Взаимодействие аминалей Сахаров и гликозиламидов с ГФС.

5.4. Взаимодействие нуклеозидов с дифенилфосфинистой кислотой.

6. Экспериментальная часть.

7. Выводы.

8. Литература.

Химия углеводов сегодня - это вполне сформировавшаяся и развитая часть органической и биоорганической химии. Она существенно расширяет наши знания о строении и реакционной способности полифункциональных систем и включает в себя представления о путях превращений полигидроксикарбонильных соединений в живых организмах. Фундаментальное развитие химии углеводов в настоящее время успешно дополняется работами прикладного характера (химическая промышленность, медицина, лесохимия т.д.).

Углеводы и их производные являются самыми распространенными органическими веществами на Земле. Особо важное место среди последних занимают глико-зиды, которые подразделяются на ряд групп: О-гликозиды, iV-гликозиды, S-гликозиды, гликозилгалогениды (или родственные им азиды, цианаты, гликозилизо-тиоцианаты), .Р-гликозиды, С-гликозиды и т.д. Приоритет по-важности здесь, разумеется, принадлежит О- и iV-гликозидам, которые широко распространены в природе и выполняют целый ряд биологически важных функций (от структурной до генетической). Особо отметим iV-гликозиды. Молекулы этих соединений замечательны не только с чисто химической позиции (наличие простора для модификаций), но и биологической, поскольку именно JV-гликозиды входят в состав нуклеиновых кислот, ответственных за передачу и хранение генетической информации и другие важные процессы, протекающие в организме; некоторых витаминов, антибиотиков, макроэргиче-ских соединений клетки. TV-Гликозиды образуются при взаимодействии белков с углеводами и в таком виде участвуют в ряде процессов, поддерживающих работу клеток организма.

Вышесказанное дает основание характеризовать химию углеводов в целом и химию TV-гликозидов, в частности, как достаточно развитую часть. Однако остаются моменты, которые требуют уточнения или дополнения. Так, несмотря на несомненную важность класса tV-гликозидов, далеко не все соединения этого типа получены и описаны. Сказанное, в частности, относится к подклассу iV-гликозидов - гликозила-минам. Соединения этого типа известны еще с 1886 г, обозначены основные физические и химические свойства этих веществ. Между тем, пути их превращений монотонны и не распространяются на сложные системы. Такое положение требует расширения круга представителей гликозиламинов и введения их в превращения, отвечающие принципам современного тонкого органического синтеза.

В настоящей работе рассматриваются особенности синтеза и некоторые физико-химические свойства гликозиламинов, образованных на основе ароматических и алифатических диаминов (бисгликозиды). Открыта новая интересная особенность гликозиламинов как реагентов процесса Кабачника-Филдса. В связи с новым направлением использования гидрофосфорильных соединений в реакции с гликозиламина-ми, целесообразно было начать изучение этого процесса на простейших гликозила-минах (моногликозидах). Кроме того, интерес представляло также исследование возможности участия в реакции Кабачника-Филдса аминалей Сахаров и нуклеозидов, в связи с чем мы расширили область нашего исследования. Таким образом, в целом, структура работы является интеграцией следующих компонент: 1. исследование синтеза и характеристика бисгликозидов, полученных на основе диаминов, 2. синтез мо-ногликозиламинов, гликозиламидов и использование их в качестве реагентов в реакции Кабачника-Филдса, 3. синтез аминалей Сахаров и исследование взаимодействия их с гидрофосфорильными соединениями, 4. введение нуклеозидов в процесс Кабачника-Филдса.

7. Выводы

1 .Исследовано взаимодействие моно- и дисахаридов с диаминами. Показано, что в результате реакции, имеющей общий характер, образуются бисф-D-гликопиранозиламино)углеводороды. В полученных системах сохраняется исходная конформация углеводных фрагментов.

2. Установлено, что наиболее активными в реакциях Л^/У'-бисгликозилирования являются алифатические диамины, а в ряду исследованных углеводов - пентозы.

3. ТУД-бисгликозиды проявляют свойства, характерные для гликозиламинов (гидролиз, аномеризация), кроме того, полученные системы обладают супрамолекулярной активностью (связывают в прочную структуру воду, образуют комплексы включения с пиридином и способствуют растворению галогенидов щелочных металлов в низших спиртах).

4. Впервые показано, что гликозиламины могут быть использованы как реагенты в реакции Кабачника-Филдса. При этом они реагируют с дифенилфосфинистой кислотой и не активны в отношении ряда диалкил- и диамидофосфитов. При взаимодействии дифенилфосфинистой кислоты с гликозиламинами, образованных на основе свободных Сахаров, образуются а-фурил-дифенилфосфорил-аминометаны или дифенил-фосфорилорганиламинометаны. Углеводная часть молекул в мягких условиях реакции Кабачника-Филдса претерпевает фуранизацию.

5. Из ксило- и рибопиранозиламинобензолов в реакции Кабачника-Филдса образуется рацемическая смесь а-фурил-дифенилфосфорил-аминометанов. Производное араби-нозы генерирует только один энантиомер.

6. Гликозиламины, образованные на базе кеталированных Сахаров, в реакции с дифенилфосфинистой кислотой образуют а-амино-а-дифенилфосфорильные производные кеталированных углеводов. При этом образуется два изомера.

7. Показаны новые возможности развития пограничной области, объединяющей потенциал химии Сахаров и химии трехвалентного фосфора.

1. Н.К. Кочетков, А.Ф. Бочков, Б.А. Дмитриев, А.И. Усов, О.С. Чижов, В.Н. Шибаев, Химия углеводов, Химия, Москва, 1967, 672 с

2. Р. Богнар, Азотсодержащие производные углеводов, Успехи химии, 1952, т. 21, вып. 6, 734

3. Н. Paulsen, К. W. Pflughaupt, Carbohydrates, Chemistry and Biochemistry, Academic, New York, 1980, vol. IB, p. 882

4. Б.Н. Степаненко, Химия и биохимия углеводов (моносахариды), Учеб. пособие для ун-тов, Высшая школа, Москва, 1977, 224 с

5. J. StanSk, М. Сету, J. Kocourek, J. Pacak, The monosaccharides, New York, London. Acad. Press, Prague, Publ. house of the Czechosl. Acad, of sciences, 1963, 1006 p

6. Ю.Б. Рыбченко, Л.К. Соколова, Поражения сердца при сахарном диабете, Украшсъкий медичний часопис, 2004, №4 (42), VII/VIII, 92-99

7. Л.М. Лихошерстов, О.С. Новикова, А. О. Желтова, В.Н. Шибаев, iV-глицил-р-гликопиранозиламины, производные моно- и дисахаридов, и их использование для получения гликоконъюгатов карбоновых кислот, Изв. АН, Сер. Хим., 2000, №8, с.1461-1466

8. Ojala W.H., Ostman J.M. and Ojala Ch.R., Schiff bases or glycosylamines: crystal and molecular structures of four derivatives of D-mannose, Carbohydr. Res., 2000, 326, №2, 104-112

9. H. Isbell and H. Frush, Mutarotation, hydrolysis and rearrangement reactions of glycosylamines, J. Org. Chem., 1958, 23, 1309-1319

10. R. Hockett andL. Chandler, J. Am. Chem. Soc., 1944, 66, 957

11. C. Niemann and J. Hays, J. Am. Chem. Soc., 1945, 67, 1302

12. A. Khorlin, S. Zurabyan and R. Macharadze, Synthesis of glycosylamides and 4-N-glycosyl-L-asparagine derivatives, Carbohydr. Res., 1980, 85, 201-208

13. Matsuo, Y. Nakahara, Y. Ito, T. Nukada, Y. Nakahara and T. Ogawa, Synthesis of a glycopeptide carrying a N -linked core pentasaccharide, Bioorganic and Medicinal Chemistry, 1995, Vol. 3, №11, pp. 1455-1463

14. P. Kirsch ,N. Kusunose, J. Aikawa, T. Kigawa, Sh. Yokoyama and T. Ogawa, Synthesis of iV-acetylglucosaminyl asparagines substituted puromycin analogues, Bioorganic and Medicinal Chemistry, 1995, Vol. 3, №12, pp. 1631-1636

15. Y. He, R. Hinklin, J. Chang and L. Kiessling, Stereoselective N-glycosylation by staudinger ligation, Org. Lett., 2004, Vol. 6, №24, 4479-4482

16. B. Fraser-Reid, J.R. Merritt, A.L. Handlon and С W. Andrews, The chemistry of TV-pent enyl glycosides: synthetic, theoretical, and mechanistic ramifications, Pure and Appl. Chem., 1993, Vol. 65, №4, pp. 779-786

17. Jacob P. Ley, Martin G. Peter, Synthesis of iV-(2-Acetamido-2-deoxy-(3-D-glucopyranosyl) and 7V-(7V,7V'-Diacetylchitobiosyl) amides of L-histidine, Synthesis, January, 1994, pp. 28-30

18. A.S. Jones and G.W. Ross, The structure of D-glucosylureas, Tetrahedron, 1962,18. 189-194

19. Thibe K. Lindhorst and Christoffer Kieburg, Solvent-free preparation of glycosyl isothiocyanates, Synthesis, 1995, October, 1228

20. Д.Е. Цветков, Н.Э. Нифантьев, Дендритные полимеры в гликобиологии, Изв. Ан., Сер. хим., 2005, №5, 1037

21. Л. Цао, Ч. Чжоу, Ц. Сунь, A.M. Коротеев, Синтез амидов N-(гликозилтиоуреилен)арил(арилокси)-тиофосфорных кислот, ЖОХ, 2003, Т. 39, Вып. 11, с. 1678-1682

22. Tohru Ueda and Jack J. Fox, The mononucleotides, Adv. in Carbohydrate Chem., 1967, vol. 22, 307-419

23. Z. Gyorgydeak, L. Szilagyi and H. Paulsen, Synthesis, structure and reactions of glycosyl azides, J. Carbohydrate chemistry, 1993,12 (2), 139-163

24. F. Micheel, G. Байт, Chem. Ber., 1957, 90, 1595

25. B. Sorokin, Ber., 1886,19, 513

26. P. Кублашвили, M. Лабарткава, TV-гликозилирование изомерных аминофено-лов, Изв. АН Грузии, Сер. Хим., 2003, 29, №3-4, 225-228

27. El Sayed Н. El Ashry, Laila. F. Aw ad, Mohamed Abdul Ghani and Atta. I. Atta, Reaction of monosaccharides with 2-pyridylcarboxamidrazone and determination of the nature of products, Arkivoc, 2005, XV, 97-104

28. F. Garcia Gonzalez and A. Gomez Sanchez, Reactions of amino sugars with beta-dicarbonyl compounds, Adv. in Carbohydrate Chem., 1965, vol. 20, 303-255

29. Ю.А. Жданов, Г.Н. Дорофеенко, Г.А. Королъченко, Г.В. Богданова, Практикум по химии углеводов, Росвузиздат, 1963, 120 с

30. В. Helferich, A. Mitrowsky, Chem. Ber., 1952, 85, 1

31. R. ICuhn, A. Dansi, Ber., 1936, 69, 1745

32. R. U. Lemieux andA.R. Morgan, Can. J. Chem., 1965, 43, 2205

33. R. Bognar and P. Nanasi, New type of the trans-glycosylation reaction, Tetrahedron, 1961,14, 175

34. J.B. Lee and M M. el Sawi, A novel trans-glycosylation reaction, Tetrahedron, 1959, 6, 91-93

35. V.M. Berezovskii and V.A. Kurdyjukova, Doklady Akad Nauk S.S.S.R., 1951, 76, 839

36. Susumu Adachi, The preparation of iV-p-nitrophenylglycosylamines of aldodisaccharides, Carbohyd. Res., 1969, 10, 165-167

37. JI.M. Лихошерстов, О. С. Новикова, В.Н. Шибаев, Новый эффективный синтез (3-гликозиламинов моно- и дисахаридов с использованием карбамата аммония, ДАН, 2002, т. 383, №4, с. 500-503

38. Kazimir Linek and Juraj Alfoldi, Structure and rearrangement reactions of some diglycosylamines, Carbohyd. Res., 1987, 164, 195-205

39. P. Griess and G. Harrow, Ber., 1887, 20, 281

40. Stanford Moore and Karl Paul Link, The preparation of 2-(aldo-polyhydroxyalkyl)-benzimidazolez, J. Org. Chem., 1940, 5, 637-644

41. Hendrik Lammers, Joop A. Peters and Herman van Веккит, Reductive amination of aldohexoses with mono- and bifimctional allcyl amines: conversion of carbohydrates into EDTA type complexing agents, Tetrahedron, 1994, Vol. 50, № 27, pp. 8103-8116

42. T. Tanase, K. Mano, Y. Yamamoto, Synthesis and characterization of cooper (II) complexes containing yV-glycoside ligands and their use in the catalytic epoxidation of olefins, Inorg. Chem., 1993, Vol. 32, №19, pp. 3995-4003

43. G. Ames and T. King., Long-chain derivatives of sugars. I. Some reactions of N-octadecyl-D-glucosylamine, J. Org. Chem., 1962, 27, 390

44. Danuta Mostowicz and Marek Chmielewski, Acylating properties of N-substituted 2-C:l-ALcarbonyl-2-deoxyglycopyranosylamines, Carbohyd. Res., 1994, 257, 137-143

45. Luigi Lay, Francesco Nicotra, Luigi Panza and Alessia Verani, Synthesis of aza-C-glycosides, XVI Int. Carb. Symp., Paris, July 5-10, 1992, A194

46. Jozsef Kovacs, Istvan Pinter, Maria Kajtar-Peredy, Jean-Pierre Praly and Gerard Descotes, Unexpected transformation of 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-D-glucopyranosylidene 1,1-diazide with triphenylphosphine, Carbohyd. Res., 1995, 279, C1-C3

47. J. Angyal, Sugar-Cation complexes Structure and applications, Chem. Soc. Rev., 1980, Vol. 9,415-428

48. Shigenobu Yano, Coordination compounds containing sugars and their derivatives, Coordination chemistry reviews, 1988, 92, 113-156

49. КВ. Кожевников, Тонкий органический синтез с использованием гетерополи-соединений, Успехихимии, 1993, 62 (5), 510-528

50. R. Kasai, М. Okihara, J. Asakawa, К. Mizutani and О. Tanaka, I3C NMR study of a- and p-anomeric pairs of D-mannopyranosides and L-rhamnopyranosides, Tetrahedron, 1979, Vol. 35, 1427-1432

51. Химия комплексов «гость-хозяин». Синтез, структуры и применения: Пер. с англ. / Под ред. Ф. Фегтле и Э. Вебера. М.: Мир, 1988, 511 с

52. Э.Е. Нифантъев, И.П. Гудкова, Нестандартные фосфорсодержащие производные углеводов, Успехихимии, 1972, 41, вып. 10, 1824-1847

53. Montserrat Dieguez, Oscar Pamies, and Carmen Claver, Ligands derived from carbohydrates for asymmetric catalysis, Chem. Rev., 2004,104, 3189-3215

54. B.H. Alexander and W.F. Bartel, J. Org. Chem., 1958, 23, 101

55. Ю.А. Жданов, JJ.А. Узлова, Связь углерод-фосфор в углеводах, ЖОХ, 1970, т. 40, вып. 9,2138

56. L. Evelyn, L.D. Hall, L. Lynn, P.R. Steiner and D.H. Stoker, Some 3-C-(dimethoxy)phosphinil derivatives of glucose, allose and ribose, Carbohyd. Res., 1973, 27, №1,21-27

57. Pham Thanh Long, Mitsuji Yamashita and Saburo Inokawa, Stereospecific addition of a phosphinate and of phosphonates to methyl 6-deoxy-2,3-0-isopropylidene-a-L-lyxo-hexopyranosid-4-ulose, Carbohyd. Res., 1979, 76, C4-C6

58. Saburo Inokawa, Keizo Yamamoto, Yasushi Kawata, Heizan Kawamoto, Hiroshi Yamamoto, Kentaro Takagi and Mitsuji Yamashita, New route for preparation of 5,6-dideoxy-5-C-phosphinyl-D-xylo-hexose derivatives, Carbohyd. Res., 1980, 86, Cll-C12

59. Н.К. Кочетков Э.Е. Нифантъев, И.П. Гудкова, Реакция левоглюкозана с ги-пофосфористой кислотой. Новый тип фосфорсодержащих производных углеводов, ЖОХ, 1967, т. 37, вып. 1, 277

60. Э.Е. Нифантъев, И.П. Гудкова, Н.К. Кочетков, Изучение реакции 1,6-ангидрогексоз с фосфорноватистой кислотой, ЖОХ, 1970, т. 40, вып. 2, 460-463

61. Н.А. Жукова, Исследование бициклофосфитов углеводов на основе фосфона-тоглюкофураноз, Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук, М., 1998

62. МЛ. Кабачник, Т.Я. Медведь, Докл. АН СССР, 1952, 83, 689

63. М.И. Кабачник, Т.Я. Медведь, Н.М. Дятлова, М.В. Рудомино, Фосфороргани-ческие комплексоны, Успехи химии, 1974. т. 43, №9, 1554

64. Р.А. Черкасов, В.И. Галкин, Реакция Кабачника-Филдса: синтетический потенциал и проблема механизма, Успехи химии, 1998, т. 67, № 10, 940

65. Б.Е. Иванов, JI.A. Кудрявцева, Взаимодействие эфиров фосфорноватистой кислоты с бисдиэтиламинометаном и диэтиламинометилэтиловым эфиром, Изв. АН, Сер. Хим., 1967, №7, 1498-1501

66. Д. О. Таубе, Б.А. Вовси, Б.И. Ионин, Реакции гипофосфитов иминов с бензаль-дегидом, ЖОХ, 1972, т. 42, №2, 351-356

67. А.Б. Фостер, УДж. Оверенд, Фосфаты углеводов, Успехи химии, 1958, т. 27, вып. 7, 891

68. Zhong-Wu Guo, Yuko Nakahara, Yoshiaki Nakahara and Tomoya Ogawa, Solid-phase synthesis of the CD52 glycopeptide carrying an N-linked core pentasaccharide structure, Angew chem. Int. Ed. Engl., 1997, 36, № 13/14, 1464-1466

69. Л.М. Лихошерстов, О. С. Новикова, А. О. Желтова, В.Н. Шибаев, Применение А^бромацетил-Р-Б-гликопиранозиламинов для синтеза гликоконъюгатов азотсодержащих физиологически активных соединений, Изв. АН, Сер. хим., 2005, №5, 1256-1259

70. Л.К. Сиснерос, Изучение фосфорилирования Сахаров производными трехвалентного фосфора по гликозидному центру, Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук, М., 1982

71. Venancio Deulofeu and Jorge О. Deferrari, The reaction of ammonia with some acetylated and benzoylated monosaccharides. I. D-Glucose derivatives and an interpretation, J. Org. Chem., 1952, Vol. 17, 1087-1092

72. L.M. Likhosherstov, O.S. Novikova and V.N. Shibaev, New synthesis of 3-glycosylamines of D-mannose, 2- and 6-deoxysugars, and D-glucuronic acid with the use og ammonium carbamate, Doklady Chemistry, 2003, Vol. 389, Nos. 4-6, pp. 73-76

73. G.M. Sheldrick, SHELXTL-97, Version 5.10, Bruker AXS Inc., Madison, WI-53719, USA, 1997