Стереоспецифическое 1,2-цис-гликозилирование 1,2-транс-тиоцианатами сахаров тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ имени Н.Д.ЗЕЛИНСКОГО

На правах рукописи УДК 642.91:547.4554 26.85:547.458

ДЕМЧЕНКО Алексей Валерьевич

СТЕРЕОСПЕЩШЧЕСКОЕ 1,2-ВДС-ШК03ИЛИР0ВАНИЕ 1,2-ТРАНС-ТИ0ЦИАНАТАМИ САХАРОВ

(Специальность 02.00.03 - органическая химия)

. Автореферат диссертации на соискание ученой степени ' кандидата химических и пук

МОСКВА 1992

\ " ^рт^в^вд^ш!«' в лаборатории химии углеводов

Института органической химии имени И.Д.Зелинского

Российской академии наук.

Научные руководители: академик Кочетков Николай Константинович, кандидат химических наук Климов Евгений Митрофанович

Официальное оппонента:. доктор химических наук профессор Серебряков Э.П. кандидат химических наук Байрамова Н.Э.

Ведущая организация: Московский Институт тонкой химической технологии

имени М.В.Ломоносова

Защита состоится 1э&з г.

в " те часов на заседании специализированного соьете К.002.62.02 в Институте органической химии имени Н.Д.Зелинского РАН (117913, Москва, Ленинский проспект, 47, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт« органической химии имени Н.Д.Зелинского РАН

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета К.002.62.02, доктор химических наук

Л

Щс&тС

7

с

Н. Я. Григорьев!

Актуальность проблемы. Создание 1,2-цис-гликозидной связи с высокой степенью отереоселективности представляет собой одну из важнейших проблем современной синтетической химии углеводов, которая до настоящего времени так и не нашла общего достаточно удовлетворительного решения. Отсутствие полной стереоспецифичносги при создании 1,2-цис-гликозидной связи вызывает общеизвестные затруднения при олигосахаридном синтезе и, естественно, делает невозможным синтез 1,2-цис-связанных полисахаридов регулярного строения методом поликонденсации. В то же время, химический синтез полисахаридов, вслед за синтезом полипептидов и полинуклеотидов, является одной из центральннх задач синтетической химии биополимеров.

Цель работы. Недавно в лаборатории химии углеводов ИОХ РАН была открыта реакция стереоспецифического 1,2-цис-гликози-лирования новыми гликозил-донорами - 1,2-транс-тиоцианатами. Настоящее исследование посвящено разработке на основе этой реакции нового синтетического метода 1,2-цис-гликозилирования, потребовавшего разрешения следующих задач: 1) разработка общего метода синтеза новых гликозил-докоров 1,2-транс-тиоциа-натов; 2) оценка границ применимости реакции и 3) изучение возможности использования нового метода для стереоспецифического синтеза полисахаридов, повторяющиеся звенья которых соединены 1,2-цис-гликозидными связями.

Научная новизна. Разработаны два новых метода синтеза 1,2-транс-тиоцианатов: 1) из гликозилбромидов на примере синтеза производных с Б-галанто-, Ь-арабино- и 2-езидо-г-дезокси-Б-глюко конфигурацией; 2) из 1,2-ангидро-сахаров на примере производных В-глюко- и Б-манно-ряда. Изучена возможность гликозилирования 1,2-транс-тиоцианатами различных по структуре гликозил-акцепторов - О-тритиловых эфиров Сахаров

на примере синтеза модельных, дисахаридов с различными тинами связи. Продемонстрировав удобный подход к синтезу 1,2-вдс-свя-занных дисахаридов, содержащих аминосахара. Предложена новая удобная модификация гликозилирования тиоцианатами - гликозили-рование акцепторов, содержащих, свободную гидроксильную группу. Продемонстрирована возможность синтеза полисахаридов регулярного строения на примере синтеза а-(1-6)-Б-глюкана.

Практическая ценность. Практическая значимость проведен-1 них исследований состоит в разработке первого надежного метода высокостереоселективного 1,2-цис-гликозилирования. Кроме того, проведенный нами синтез регулярного а-(1-6)-Б-глюкана демонстрирует применимость нового метода для полимеризации олигосахаридных звеньев, что открывает широкие возможности для синтеза сложных регулярных гетерополисахаридов, содержащих повторяющиеся звенья, связанные 1,2-цис-гликозидной связью к которым относятся многочисленные природные полисахариды со специфической биологической активностью (О-антигенные и квлсульние полисахарида микроорганизмов, полисахариды соединительных тканей и т.д.).

Публикации и апробация полученных результатов« Материалы диссертации опубликована в 9 статьях. Дважды (в 19Э0 и 1992 годах) работа занимала призовые места на конкурсе проектов поисковых исследований по гранту ИОХ РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы ("Новые метода построения гликозидной связи"), обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитированной литературы. Общий объем диссертации страниц, она

содержит таблиц, библиография ¿УЗ ссылок.

Содержание работы Введение. Новая реакция 1,2-цис-гликозилиров8ния заключается во взаимодействии О-тритиловнх эфиров Сахаров с 1,2-транс-гликозилтиоцианатами п присутствии перхлората трифенил-мо тили л в качестве катализатора (тритил-тиоцианатная конденсация); она протекает, вероятно, следующим образом:

Схема 1.

Тритшгий-катион, атакуя атом азота тиоцианагной группы, шгащшрует синхронний процесс, завершающийся одновременно атакой кислородного атома О-тритильной группировки по аномер-ному центру тиоцианата, в розультмо чего образуется гликозид-ная связь, регенерируется тритилий-катион, продолжающий процесс, и выделяется инертный в условиях реакции тритилизо-тиоцианат. Поскольку н'уклеофильная атака еномерного центра кислородом О-тритильной группировки возможна только с "тыльной" стороны, то стереоспецифически образуется только 1,2-цис-гликозидная связь; решающим обстоятельством при этом является наличие несоучаствующего заместителя у С-2. Вероятно, стераоселективность обеспечивается согласованным "пуш-пульным" характером процесса за счет тритилиевого катализа.

Задачей настоящей работы являлась разработка на основе этой реакции общего метода 1,2-цис-глинозилирования и определение границ его примененимости. Для этого было необходимо, разработать общие метода синтеза 1,2-транс-гликозилтиоцианатов и оценить возможность применения их для стереосиецифического создания 1,2-цис-гликозидной связи.

1. Разработка общих методов синтеза гликосил-доноров -1,2-гранс-гликозилтиоцианатов.

Хотя два представителя гликозилтиоцианатов били известны, нвша работа - это первое использование подобных, соединений в качества доноров гликозилирования, для чего потребовалась разработка удобных общих методов синтеза указанных доноров -гликозилтиоцианатов, содержащих у С-2 несоучаствуищую группу.

1.1. Синтез из 1,2-цис-глнкоэилброш1дов. Для разработки общего метода 1,2-цис-гликозилирования важно било исследовать возможность получения гликозил-тиоцианатов различного типа; а именно гексоз, из которых били выбраны производное С-галакто-оерии, 2-азидо-2-дезокси~сахаров, 2-дозокси-еахароь, а также тиоцианатов понтоз на примере Ь-араОино-ряда.

Синтез В-галактоэилтиоцианата. Бензилирование тетраацета-та (1) бензшприхлорацетимидатом в присутствии трифторметан-оульфокислоти (ТШ!) в смеси гексан - СН^С^ (3:2) приводит к 2-0-бензшювому &фиру (2), обработкой которого 1Шг в СЧГ^О!^ (0°С) получают а-бромид (3), который превращался в тиоцианат (4) по реакции (3) с KSCN (3 анв.) в присутствии краун-вфира (18-крвун-6, 0,3 экв.) в ацетона при комнатной температуре.

Следует отметить некоторые трудности, возникающие при синтезе гликозил-тиоцианатов и работе с ними, обусловленные легкостью их изомеризации в гликозил-изотиоцианаты (например 5), проходящей в растворе с заметной скорость» уже при комнатной температуре, но особенно ускоряющейся при нагревании. По втой причине реакция бромида (3) с К5СЫ трибуот постоянного контроля методом ТСХ.

После окончания реакции (полный расход бромида 3) растьо-ритоль упаривают при температуре не пиши зо°С, освобождают от солей фильтрованием мороз небольшой спой 210., и колоночной

До О

ОАо

1 И1=СНяОАо 6

N4 II

Впосса з тгон

Дс(

>

НВг

ОАо

СН,С1.

ОЭп

2 В1=СН,ОАо 7

Я1

КБСИ

18-е

3 |?1=СНаОДс, Н*=ОАс Г^ОВп

8 Йа=ОДс

(^ОВп

10 |»1=СНаОЛо, Я»=Н

йэ=ОДс > П^^Н,

-.-б

9 В^К'^Н, Йа=ОАс И^ОВп

11 В1=СНаОДс,

хроматографией выделяют хроматографически однородный тиоцианат (4) с выходом 54%. В ИН-спекгре (4) присутствует характерис-

тическая полоса V,

21.60 см"1, а в 13С-ЯМР-спектре - сигнал

атома углерода БСИ-группировки с химическим сдвигом 108,5 м.д. Положение сигнала аномерного атома углерода с хим. сдвигом 84,6 м.д., а также сигнал аномерного протона в 'н-ЯМР-спектре б. 4,68 .(^з 9,5 Гц) свидетельствует о р-конфигурации тиоцианата (4).

Синтез Ь-арэОиноэилтиоцианата. Реакция 2,3,4-три-О-ацо-тил-р-Ь-арабинопиранозилбромида с этанолом в присутствии Ви4ГШг и у-коллидина в МеСИ приводит к образованию 1,2-орто-эфира, сел'ективное раскрытие которого 95£-ной водной СНдСООН (20°С, 15 мин, контроль ТСХ) дает 2-0Н-производное (б). Бензи-лирование (б) бензилтрихлорацетимидатом в присутствии ТГОН приводит к 2-0-0ензильному производному . (7), при обработке которого НВг в СН^СЬ? получают р-1-0ромид (8). Взаимодействие

(в) с КБСИ в присутствии 18-краун-6 осуществляли при охлаждении (-35 + -40°С, 2,5 часа, частый контроль ТСХ) с получением тиоцианата (9) с незначительной примесью 1,2-цис-аномера.

Проведение синтеза пентозилтиоцианата (9), ввиду его высокой лабильности при пониженной температуре необходимо, так как во время опытов при комнатной температуре образуются преимущественно а- и р-изотиоцианаты, из-за быстрой изомеризации первоначально образующихся из галогеноз тиоцианатов.

Наличие примеси аномерного 1,2-цис-тиоцианата, что не наблюдалось ранее для тиоцианатов Б-глюко- и Б-галакто-рядов объясняется, вероятно, большей лабильностью бромидов серии пентопираноз, аномеризущихся в 1,2-транс-изомер в условиях реакции получения тиоцианатов.

После разделения реакционной смеси, полученной из бромида (8) методом ВЭЖХ выделили чистый 3,4-ди-0-ацетил-2-0-бензил-а-Ь-арабинопиранозилтиоцианат (9) о выходом Ь3%, структура которого подтверждена с помощью ИК- и ЯМР-снектров.

Синтез 2-азидо-2-дезокди-тиоцианата. Для оценки возможности применения нового подхода для синтеза олигосахаридов, содержащих 2-аминосахара, то есть для построения 1,2-цис-гликозамшшдаой связи, решено было синтезировать 1,2-транс-глюкопиранозилтиоциа'нат, имеющий при С-2 пиранозного цикла несоучаствующую азидаую группу, в целях дальнейшего его использования в качестве гликозил-донора в реакциях гликозилирования. Такой выбор сделан потому, что: 1) азидная группировка может быть легко превращена в амино- и далее в ацетамидогруппу, что широко использовалось в гликозидном синтезе в ряду, аминосьхаров; 2) известно, что бромид (10), предшественник тиоцивнвтв (-11) - гораздо более устойчивое вещество, чем. ншрймвр, соответствующее 2-0-бензильное

- т -

производное (3). По&тому можно было надеяться, что тиоцианат (11) окажется даже более устойчивым веществом по сравнению с 2-0-бензилышм аналогом.

Известный бромид (10) превращают в соответствующий р-тио-цианат (11) обработкой роданидом калия в присутствии 18-кра-ун-6, как описано для 2-0-бензилыюго производного (4). После обычной обработки и хроматографической очистки был выделен чистый р-тиоцианат с выходом 71 %. Ввиду большей стабильности галогенозы (10), продолжительность ее превращения в тиоцианат (11) составила б часов (против 1-2 часов для нейтральных Сахаров). Кроме того, следует отметить, что, действительно, гликозилтиоцианат, содержащий азидную группировку оказался вполне устойчивым веществом, что является важным обстоятельством при использовании его в качестве гликозил-донора.

Изучение возиояности синтеза 2-дезокси-тиоцианатов.

Известно, что различные гликозиды 2-дезоксисехаров являются структурным элементом различных природных соединений. При этом стереоспецифический синтез а- и (Э-гликозидов 2-дёзокси-сахар(Ш - самостоятельная и до настоящего времени удовлетворительно еще не решенная проблема. Поэтому в донном случав для синтеза обеих типов гликозидной связи практический интерес могли бы представлять как а-, так и р-тиоцианаты, позволяющие получить, вероятно, (Э- и а-гликозиды 2-дезоксисахаров соответственно.

Возможность синтеза 2-дезокси-гликозилтиоцианатов была изучена на трех примерах из бромидов (12)-(14) с различными ацильными заместителями, которые были синтезированы из соответствующих сполна ацилированных производных взаимодействием с НВг в СН^С]^• Однако, при взаимодействии 2-деэокси-гликозилбромидов (12)-(14) с КБСИ в присутствии 18-крэун-6 в сухом ацетоне в стандартных условиях получались только смеси

CH,OR

CH,OR

соответствующих а- и ß-изотиоцианатов (15-20) в соотношении a:ß от 1,2:1 до 1:3 о общими выходами 49-76%), хрсматогрефи-ческое разделение которых осуществляли методом ВЭЖХ. При в том 2-дезокси-гликозилтиоцианатов в реакционной смеси (ТСХ, ВЭЖХ, ИК-спектроскопия) не было обнаружено. В ИК-спектрах присутствовала полоса 2040 см"1, характеристичная для изотиоциа-натов. Таким образом, изотиоцианаты оказались единственными продуктами замещают исходных 2-дезокси-галогеноз.

Хотя получить и выделить . гликозилтиоцианаты в данном случае не удалось, по-видимому, вследствие их высокой лабильности, несмотря на многочисленные попытки (использование пониженной температуры, гетерогенных систем и минимального избытка катализатора), полученные результаты представляют самостоятельный интерес, так как был разработан простой и аффективный синтез 2-дезокси-гликозилизотиоцивнйтов, имеющий определенные преимущества перед описанными ранее. Что касается дальнейшего возможного синтетического применения гликозилизотиоцианатов, то оно хорошо известно и широко используется, например в синтезе гликозил-'изоцианидов, циклотиоформамидов, N-аллил-окси-карбонил-Ь-аспарагиновоЯ кислоты и других соединений.

1.2. Синтез 1,2-транс-тиоцианвтов из 1,2-ангидро-еахаров.

Приведенный в предыдущем разделе синтез гликозилгиоцианатов с 1,2-транс-конфигуращей требует в качестве исходного соединения соответствующий гликозмл-брошд с 1,2-цис-конфигурациой, который реагирует с обращением конфигурации в соответствии с

15 R = Ас 17 R = Вг 19 R = NBz

16 R = До 18 R в Вх 20 R = NBz

Б^г-механизмом. Этот метод оправдывает себя для глюко- и галакто-ряда. Однако, он не применим в тех случаях, когда термодинамически значительно более устойчивые а-галогениды имеют 1,2-транс-конфигурацию, как например, в случае производных Б-маннозы.

Для того, чтобы преодолеть это затруднение, нами был найден другой подход к синтезу несоучоствувдих 1,2-транс-гликозилтиоцианагов, заключающийся в раскрытии оксиранового цикла производных 1,2-ангидро-сахаров роданидом аммония в ацетоне, приводящий к образованию 2-ОН-производннх 1,2-транс-тиоцианатов. Реакция проводится в присутствии 18-краун-б для активации роданид-аниона при нуклэофильной атаке на аномерний центр. Для превращения получающихся производных 1,2-транс-гликозилтиоцианатов в гликозил-доноры свободная гидроксильная группа при С-2 далее защищается несоучаствующей группировкой, например бензильной, метилыюй или грихлорацетилыюй.

Этот новый метод синтеза тиоципнатов был отработан -на примере производного 1,2-ангидро-Б-глюкозы (ангидрида Бригля, 21), реакция которого с роданидом аммония проходит быстро и ртереохимически однозначно при комнатной температуре. В результате образуется достаточно устойчивый кристаллический

СН20Дс

НвБСЫ

18-сго\*п-6

ацетон 20°С

ДсО

24 0Вп

3,4,6-три-0-ац9тид-р-В-глюкопиранозилтиоцианат (22) с выходом Б0£. Метилирование (22) диаэомотаном в OHgClg в присутствии BPg'EtgO с выходом 82% дает 2-0-мэтильное производное (23) с небольшой примесью (~10%) соответствующего аномерного а-тиоцианата, отдаляющегося при хроматографической очистке. Бензилирование соединения (22) бенэилтрихлорацетимлдатом в присутствии If ОН приводит к 3,4,6-три-а-ацетил-2-0-бензил-p-D-глюкопиранозилтиоцианату (24, 31»), в ПК-спектре которого присутствует полоса vgCN 2160 см-1.

Более сложным оказалось раскрытие а-окисного цикла в 1,2-ангидро-3,4,6-три-Оч5внзил-р-В-манно1шранозв (25). При проведении синтеза тиоцианата 126) в сухом ацетоне (20°0) сама реакция раскрытия оксираиового цикла в производном (25) проходила необычайно быстро и сопровождалась изомеризацией образующегося тиоцианата в соответствующий изотиоцианат и в продуктах реакции методом ИК-спектроскогаш удавалось обнаружить только изотиоцианат, Vjj=0=s 2040 см-1. Для подавления этих нежелательных процессов ш проводили реакцию при -20°0 в смеси ацетон-бензол (1:1). Несмотря на то, что образующийся высоколаОильный тиоцианат (26) по данным ИК-спектроскохши все »9 содержал примесь изомерного изотиоцианата (полосы i,s_GbW

СНайвп

СНаОВп

СНаОЭп

, ОЭг.

ВпСГ

25

NH„SCN 1в-ого\*п-6

с„н,-ацетон -20°с

сн2ма

BF3'ELaO

Г

ВпО

. ОВп НО

у SCN

ОВп МвО. ВпОМ_[/SCN

27 СН30Вп

26

ТСА

. О II

-CCCI .

V

С! 3ССОС) „ '\?вп ТСА?/в|%м пиридин Bn0 N_;_/ scn

• н -

2160 см-1 и 2040 см-1), его гидроксмльную группу

удалось защитить метилированием диазометаном в присутствии ВГ3'Ег20 или трихлорацетилированием трихлорацвтаЛбромидом в пиридине с образованием гораздо более стабильных несоучоствую-вдх тиоционатов (27 , 28%) или (28, 40%), которые могут Сыть использованы в качестве гликозил-доноров в реакциях синтеза олигосахаридов. Конфигурация аномерного центра тиоцианатов (27) и (28) однозначно была доказана методом 1Н-ЯМР-спектро-скопии с использованием ЯЭО.

2. Сннтез гликозил-акцепторов - О-тритиловых в5иров Сахаров.

В качестве гликозил-акцепторов в реакции гликозилирования гликозилтиоцианатами применялись различные О-тритиловне офиры Сахаров, описанные ранее и синтезированные по известным методикам: (29), (30) и (31), а также новые тритиловые офиры СНаОТг СНяОДс

.ОАс

О Ас

30

1(32)-(35), синтезированные из соответствующих известных моно-

СНяОАс . СНаОВп СН,ОАо СНаОАо

АсО / \ КО / ч ОВп / чОМ» / \ОМ»

\1_ 1Ас

35 к = тг 38 I? = Н

гидроксильных производных (1), (36) - (38) тритилированием перхлоратом трифенилметпия в присутствии 7-коллидина

3. Синтез дисахарвдов гликозиларованиеи О-тритиловых эфиров Сахаров 1,2-тракс-гликозилтиоциаиаташ.

Гликозилирование стабильными тиоцианатами Б-галакто-, Б-глкжо- и 2-азидо-2-дезокси-Б-глюко-серии осуществляли во всех случаях в стандартных для гликозилировйния тиоцианатами условиях, а именно в гомогенной среде в присутствии 0,1 мол-вкв. ТгС104 в сухом при комнатной температуре. Полученные

результаты представлены в таблице 1 (опыты 1-8). Разделение реакционных смесей, после остановки реакции добавлением капли пиридина и промывки водой, проводили методом колоночной хроматографии на Б102, при этом выделялась полная дисахаридная зона. Тщательные поиски в продуктах &той зоны примеси 1,2-транс-связанного дисахарида методом ЯЫР-спектроскопии показали, что он, по-видимому не образуется вовсе.

Таким образом, реакция во всех случаях гликозилирования тиоцианатами с Б-галакто-, Е-глюко- и 2-азидо-2-дезокси-0-глшо-конфигурацией дает только 1,2-цис-гликоэида и протекает стереоспецифично.

В ходе гликозилирования в реакционной смеси полностью расходуются обычно оба реагента - тиоцианат и О-тритиловый ефир, в то время как концентрация катализатора поддерживается на постоянном уровне, а в смеси накапливаются производное дисахарида и тритилизотиоцианат, который выделялся препаративно и идентифицировался.

Однако, в некоторнх случаях гликозил-донор расходуется быстрее тритилового афира за счет побочной реакции - изомеризации исходного гликозилтиоцианата в соответствующий изотио-цианат. Эта ре'акция протекает с обращением конфигурации при С-1 и приводит к инертным в условиях гликозилирования изотиоциаьатам, например с а-Б-галанто-конфигурацией (5). В

этих случаях для полного расходования присутствующего в реакционной смеси тритилового эфира и,' следовательно, получения дисахарида с более высоким выходом приходилось прибавлять дополнительное количество гликозшшрующего агента по меро ого изомеризации (см. таблицу 1, опыты 1-5). В отличие от 2-0-бен-зилзамещенных тиоцианатов, 2-азидо-2-деэокси-тиоцианат (11), по всей видимости не аномеризуется в изотиоцианат, так как присутствие последнего в реакционной смеси не обнаружено.

Особый интерес представляло изучение гликозилирования

тиоцианатами маннозного ряда, поскольку в случае успеха оно

открывало путь к стереоспецифическому синтезу соединений,

содержащих р-маннозидную связь, которые труднодоступны

обычными методами. Гликозилирование маннозил-тиоцианатами (27)

им (28) О-тритиловых эфиров (29), (31) или (32, опыты 9-12)

проводили также при комнатной температуре. Поело обычной

обработки продукты реакции разделяли колоночной хроматографией

на Б Юр. Структура дисахаридных производных (61)-(67),

выделенных в индивидуальном состоянии (с помощью ВЭЖХ)

1 1 т

подтверждалась данными 11-, °С-ЯМР-спектров, а также величинами оптического вращения.

Как видно из данных таблицы 1, гликозилирование тиоцианатами маннозного ряда было лишено должной стереоселектив-ности, так как образовывались смеси 1,2-транс- и I,2-цис-дисахаридов. Это монет быть объяснено тем, что в данном случае синхронность "пуш-пульного" процесса из-за неблагоприятно действующих стереоэлектрошшх факторов нарушается, и гликозилирование частично проходит через образование маныознл-

р

катиона, вероятно, в результате А -эф1екта. что. еетеегг<ешю, происходит нестереоспецифически.

Как уже выше упоминалось, проведение синтеза арибин'.-иил--

: - I ujiídiictr ^ .

П/Г1 THOLIH'J-нат(А) Агли-кон(Б) Соотноше-нио (А:Б) Время ч Дисаха-риды Соотношение цис:транс Выход %

1 4 29 1,2:1 1 39 1,2-цис 70

2 4 30 1,7:1 1,5 40 1,2-цис 33

3 4 32 1,9:1 '2 41 1,2-цис 56

4 4 33 1,5:1 2,5 42 1,2-цис 52

5 24 34 1,6:1 2,5 43 1,2-цис 75

6 11 29 1 ,1:1 10 44 1,2-цис 81

7 11 34 1,4:1 12 45 1,2-цис 73

8 11 35 1,5:1 12 46 1,2-цис 72

9 27 32 1,2:1 1 47 1,2-транс 69

10 27 31 0,9:1 2,5 48 + 49 1:1,9 58

11 28 29 1,1=1 2,5 50 + 51 1:1 68

12 28 32 1 ,1:1 1 ,5 52 + 53 1:14 75

13 9 29 1,7:1 3 54 1,2-цис 77

14 9 32 2,4:1 5,5 55 1,2-цис 52

CHaOAc

AcO

OMa

OAc

OAc

39 R»=CHa0üo,R'=R»=0Ac,R3=RB=H,R"=0Bn 44 R1=CHjOAo,R'-RS=HiR3=Ru=0Ac >R"=N3 51 R1-CHjOBri, R2=Rle=HiR:,=R,*=0Bn >R*=OTCA 54 Ri=RI=R»=H,Ra=Ru=OAc,R"=OBn

08r>

OAc

40

CHjOAc

CH,OAa CH20Bn

Ас С

OAc

OBn

OBn

OBn

41 R* r,CH20Ac ,RTa -R"=OAc ,R» = RS=H ,RB=OBn 47 Rl=CHaOan,RI-RB = H,R3=Ru=-OBn1R5 = OMe 53 R»-CH,OBn,Ra:--Re^H,R3--R,,=OBr.,Rs=OTCA 55 R1'RatRs-H, R*- R^OAc ,RB=OBn

СН20Дс

СН20Дс

АсО

ОМ«

О Ас

43 Rl^Qar^ 45 К^Мэ

СНаОВп

ВпО

Вп(

ОВп ТСДО ВпО \

ВпО

ОМе

ОАс

тиоцианата при сильном охлаждении необходимо из-за повышенной реаквдошюй способности донора (9), весьма бистро изомври-зущегося в р(1,2-цис)-изотиоцианат. По этой же причине синтез дасахаридов гликозилированием О-тритиловых эфиров (29) или (32) арабинозилтиоцианатом (9) проводили также при охлаждении (-5°С, опыты 13, 14). После стандартной обработки реакционной смеси получали соответствующие дисахариднне производные (54) и (55) с 1,2-цис-конфигурацией гликозидной связи, что свидетельствует об успешном распространении этого метода гликоаи-лирования и на производные пентоз.

Таким образом, провадешше опыты по синтезу диспхаридоп убедительно показали, что во всех случаях гликозилировшшя, кроме синтеза маннозидов, получение которых, как' упоминалось выше, является отдельной самостоятельной проблемой, наблюдалась полная 1,2-цис-стереоспецифичность 1\ликозилиров;жия О-тритиловых зфиров Сахаров 1.З-транс-гликозилтжлишмтами и

предложенный новый метод гликозилирования имеет достаточно широкие границы.

Для полной оценки практической значимости нового метода 1,2-цис-гликозилирования, возможности его использования в препаративном синтезе олигооахаридов и более надежной идентификации синтезированных соединений нами была проведена работа по депротектированию полученных производных дииахаридов, а также по превращению соединений, содержащих азидную группу с выходом к производным 2-ацетвмидо-2--дезокси-сахаров, которые и являются составляющими природных олигосахаридных цепей. Так, ацилыше заместители удаляли действием МеСЖа в МеОН, ацетальные защиты - водной СРдСООН, гидрогенолиз бензилъных груш проводили в ЕШН над 10%-ным Рй/С. Азидогруппу превращали в аминогруппу пцрированивм над 10Ж-шм Рс1/С, ее последующее И-ацетилирование Ас^О в МеОН давало соответствущее 2'-ацетамидо-производное.

Депротектироваше большинства маннозил-гексоз было необходимо также для более надежного определения конфигурации межуглеводлого аномерного центра с помощью сравнения весьма даагностичны? химических сдвигов С-3 и С-б, соответственно 73,9-74,5 и 77,0-77,8 м.д. для р-маннозидаой, 70,6-71,4 и 74,2-74,5 м.д. - для а-маннозидной связей маннопиранозного остатка в 13С-ЯМР-спектрах этих дисахаридов.

" 4. Исследование влияния условий реакции на протекение. тритил-тиоцианатной конденсации.

Несмотря на то, что все диоахариды были получены с полной стереоспецифичностью и хорошими выходами (55-82,5%), главным препятствием на пути повышения выхода продуктов гликозилирования являются побочные реакции - детритилирование исходных О-тритнлових офирои и изомеризация 1,2-транс-тиоцианатов в

соответствующие 1,2-цис-изотиоцианаты, протекающие параллельно основному процессу. Продукты детритилирования - сахара со свободными гидроксильными группами не являются гликозил-акцепторами в условиях тритилиевого катализа, а образующиеся изотиоцианаты - гликоэил-донорами.

Целью исследования, описанного в. этом разделе^ является попытка оптимизации условий гликозилирования и исследование влияния различных факторов на скорость протекания побочных процессов. Варьирование основных параметров, способных влиять на скорости гликозилирования и побочных процессов (температура, природа растворителя, природа и количество катализатора и др.) осуществлялось на примере взаимодействия 3,4,6-три-0-аце-тил-2-0-'бензил-р-0-глкжопиранозилтиоцианата (24) с мотил-2,4,6-три-0-ацетил-3-0-тритил-р-0-глюкопиранозидом (34, см, опыт б из таблицы 1). Результаты гликозилирования в различных условиях сведены в таблицу 2. Во всех опытах - варьирование температуры (опыты 1-4), количества (опит б) и природы катализатора (опыты 7,8), природы растворителя (опыт 6) -

Таблица 2.

0 п ы т Соотношение 24:34 Промотор мол-экв. Растворитель Темпера тура °0 Время Выход, %

ции Дисаха-рид 43 Продукт детрит.

1 1 ,65 ТгС104,0,1 СН2С12 20 2ч 30м 75,2 23,4

2 1,38 ТгС104,0,1 СН2С12 -14 72 ч 67,1 32,0

3 1 ,58 ТгС104,0,1 СН^ОЪр 0 11ч40м 70,3 . 20,0

4 1,67 Тг0104,0,1" СН2С1р 31 2ч 30м 81,2 18,7

5 1,57 ТгС104,0,05 сн^с^ 20 8ч 20м 25,0

6 1,50 'ТгС104,0,1 МеИОо «о 20 Зч 30м 57,6 41,6

7 1,33 ТгВР4, 0,1 С^СП^ 20 12Ч40М 61,7 37,6

8 1,23 ТГОН.0,1 СН?С12 20 4ч 30м 6.3,0 36,0

даеахарид (43) -получали с полной стгереоспецифичностыо. Присутствие 1,2-транс-аномера обнаружено не было.

Как видно из данных таблицы, нам пока не удалось устранить основные конкурирующие процессы, протекающие параллельно с гликозштрованием.

5. Новая модификация стереосшцифичаского 1,2-цис-гликозилирования тиоцианатньш методом.

На основании предварительных экспериментов и изучения литературных данных появилась возможность модифицировать реакцию гликозилировашя новыми донорами - гликозил-тиоцианатами таким образом, чтобы в качестве акцепторов можно было бы использовать не О-тритювые эфиры, а соответствующие им производные, содержащие свободную гидроксильную группу. Твкая модификация имеет существенные преимущества для олигосахаридного синтеза, так как исключает лишнюю стадию при получении гликозил-акцептора - тритилирование гидроксильного производного, что шогда связано с затруднениями и ведет к понижению суммарного выхода олигосахаридов. Оказалось, что наилучшим катализатором такого модифицированного гликозилиро-вания является триметилсилилтрифторметансульфонат (ТМБОТГ).

Новая модификация метода была продемонстрирована на ряде синтезов дисахарвдов, в которых в качестве гликозил-донора использовался тиоцианат (24); в качестве гликозил-акцепторов использовались известные моногидроксилыше производные (37), (38), (56), а также мвтил~2,3-ди-0-бензоил-а-Ь-рамногшранозид (57), синтезированный бензоилированием метил -4-0-ацетил-а-1-рамношранозида (58) действием ВгС1 в присутствиии пиридина с получением дибензоата (59) и последующим избирательным дезацетилированиом кислым метанолизом.

ВзвимодейстЕие гликозил-донора (24) с гликозил-акцептора-

СН2ОАс

)-О

I?1«

но

ОМа

ОЙ* ОКа

56

57 я1=н,ка=Вх

58 Й1=Ас,Ка=Н

59 я1=Ас,й2-вг

о

ми осуществлялось в присутствии 0,2 мол-экв. ТМБОТГ и МС (4 А) в сухом СН^г, при комнатаной температуре в течение 6-13 часов. Полученные результаты представлены в таблице 3.

Нужно подчеркнуть, что ив этом случае для выяснения вопроса стереоселективнооти реакции гликозилирования колоночной хроматографией выделялась полная дисахаридная фракция. Тщательные поиски в этой фракции примеси I,2-транс-изомеров методом 1Н- и 'аС-ЯМР-спектроскопии показали, что они, по-видимому, не образуется вовсе. Следовательно, гидроксил-тио-цианатная, как и тритил-тиоцианатная конденсация, протекает полностью стореоспецифично и приводит с удовлетворительными выходами (54-73%) к однозначному образованию 1,2-цис-связанных дисахаридов (см. таблицу 3). Не составляет исключения и опыт 2, в котором за счет миграции 6-0-ацетшюй группы в 1гроцессе гликозилирования в исходном акцепторе .(56) в 0-4-положенио образуются а-(1-»4)~ и а-(1-»6(-связанные дисахариды, ь соотношении 1,65:1, с общим выходом 65&. Б ходе гликозилирования в реакционной смеси полностью расходуются обычно оба исходных реагента - тиоцианат и моногидроксилыюе производное. Ввиду того, что гликозил-дчиор расходуется быстрее за счет побочной реакции изомеризации в а-изотиоцианит, приходится прибавлять дополнительно некоторое количество тиоцианвта (24,- таблица 3).

Специальное исследование механизма этой интересной ро акции не проводилось, но можно предположить, следующий ход гликозилирования: атом кремния ТМС-группировки кьтштторь, атакуя

Таблица 3.

Опыт Акцептор (А) Соотношение 24:А Время,ч Дисахариды Выход,Ж

1 34 1,25:1 5 43 54

2 56 1,25:1 • 8 60 61 40 25

3 35 1,25:1 10 62 ТЗ

4 57 1,50:1 63 61 '

60 61

атом азота тиоцианатной группы инициирует синхронный процесс, завершающийся атакой атома кислорода гликозшьакцептора. В результате сбразуется гликозидная связь, в также ТМС-изотио-цианат и Т10Н, которые взаимодействуя между собой регенерируют

ТМ5№=С=5 * ТГОН -► ТМвОТГ ♦ НМ=С=Э

ТМЗОТХ, способный участвовать в следующем акте нуклеофильного замещения. В пользу данного механизма свидетельствует то, что. в реакционной смеси обнаружен (с помощью ГЖХ) промежуточно

оОрвзумадлйся 'ГМС-изотиоцианат.

Полученные результата свидетельствуют о том, что новая модификация реакции значительно упрощает стереоспоцифичоский синтез соединений с 1,2-цис-глнкоэидной связью, и делает ее привлекательной при использовании в олигосахпридном еинтозо.

б. Синтез (1-*6)-связанного полисахарида с 1,2-цис-глико-эндной связью методой тритал-тиоцианатной поликонденсации.

Чтобы убедиться в применимости нового метода создания 1,2-цис-гликозидной связи к синтезу регулярных полисахаридов, содержащих повторяющиеся олигосяхаридные звенья, в качество исходного сложного мономера было выбрано производное изомальтози (64), поликондонсация которого, как ожидалось, должна привести после снятия защитных групп к регулярному а-(1-*6)~0-глкжану (65).

Синтез необходимого мономора (64), содержащего о-трити-ловую и тиоцианатную грушш проводился следуицим образом. Реакция бромида (66) с Е13Н в присутствии МоОИа в МеОН и последующее ацетилирование действием Ас20 в пиридине приводит к р-тиогликозиду (67) с выходом 62%. Далее тиогликозид (67) превращатт в 6-0-тритилоний афир (66) с- выходом В5Ж последовательно проводя дезацетидировашю МеОНн ь МоОК, тритилироьо-ние ТгС1 и пцетилирование Ас^О в пнридино. Гликозилироьпние (68) тиоцианятом (24) в стандартных условиях сторооспицифи-

66 Й^Дс.Й^Н, Н3 = Вг

67 и'-Асп'ахеь.р» и 60 К'-Тг^'^ЕЕиИ» Н

ич г»-I г, п--К--11

69 = ЗЕЬ.Р3-!!

70 »'^Тг.И'^ЕС.Р^Н

71 = »'-в.-

64 Н '

чески приводит к 1,2-цис-связанному дасахариду (69), из которого получали б'-О-тритиловый эфир (70), который переводили в

о

галогенозу (71) действием брома в присутствии МС (ЗА) в токе аргона (20°С, момент окончания реакции определяли методом ВЭЖХ); реакция (71) с К5СЫ в присутствии 18-краун-6 в С^С]^ (20°С, 9,5 ч, контроль ВЭЖХ) приводит к образованию 1,2-транс-тиоцианата (64, выход 25%).

Поликонденсацию мономера (64), очищенного от примесей с помощью ВЭЖХ и охарактеризованного ЯМР-спектром, осуществляли в стандартных условиях тритил-тиоцианатной конденсации (0,1 мол-экв. ТгСЮ4, 20°С) в СЬ^С^ в течение трех часов. После остановки реакции добавлением капли пиридина и хроматографи-ческого выделения продукт подвергали гидрогенолизу над 105Б-ным Рс1/С в ЕШН, дезацетилированшо МэОНа в МеОН и гель-хроматогра-фш с получением высокомолекулярной фракции (1—>6)-глюкана

Синтетический глюкан (65) по данным 130-ЯМР-спектра представляет собой регулярный, содержащий только а-связи полимер, о чем свидетельствует наличие сигнала при 98,9 м.д. и полное отсутствие сигналов в области 102-104 м.д., причем соотношение интегральных интенсивностей сигналов С-6 невосстанавливающего звена (61,8 м.д.) и С-6 внутренних звеньев (66,94 м.д.) полисахаридной цепи показывает, что цепь синтетического глюкана (65) содержит в среднем 20-22 глюкозных звена, что соответствует мол. массе 3200-3500 Д и степени

полимеризации дисахаридного мономера 10-11.

Разработанный на основе новой реакции полшсонденсации подход к синтезу регулярных полисахаридов с 1,2-цис-гликозид-ной связью между повторяющимися овоньями представляется, видимо, достаточно общим и определяется доступностью соответствующего мономера. В настоящем исследовании специально продемонстрирована его приложимость к поликонденсации мономеров, содержащих олигосахаридные звенья.

Выводы

1. Разработан общий метод 1,2-цис-гликозилирования на примэре синтеза ряда дисахаридов, содержащих нейтральные сахара о D-галакто и L-арабино-конфигурацией путем гликозилирования тритиловых эфиров Сахаров 1,2-транс-»тиоцианатами.

2. Предложен удобшй путь к получению 1,2-цис-связашшх олигосахаридов 2'-аминосахаров.

3. Разработан общий метод получения несоучествующих 1,2-транс-тиоцианатов из 1,2-цис-галогенидов. Продемонстрирована возможность синтеза тиоцианатов из 1,2-ангидро-сахаров.

4. Предложена новая модификация метода, заключающаяся в прямом гликозилировании соединений, .содержащих свободные гидроксилыше группы ' 1,2-транс-тиоцианатами, исключающая стадию тритилирования исходных гликозил-акценторов.

б. Показана возможность использования тиоциакатного метода для получения полисахаридов, повторяющиеся звенья которых связаны 1,2-цис-гликозидными связями. Синтезирован ' стерео-регулярный а-(1—»6)Ч)-глюкан.

Основной содержании работы изложено в следующих публикация*j

1. Кочетков H.H., Климов E.H., Малышева H.H., Демченко A.B. Новый внсокостереосшцифический метод 1,2 -пис-гликозили-

рования. Синтез a-D-глюкозил- и а-С-галактозил-О-гвксоз. Биоорган, хилия, 16 (1990) 701-710.

2. Kochetkov N.K., Kllmov Е.М., Malysheva N.N., Demchenko A.V. A new stereoapecilic method for 1,2-cia-glycosylation. Carbohydr. Res., 212 (1991) 77-91.

3. Кочетков U.K., Малышева H.H., Демченко А.В., Колотыркина

H.Г., Климов E.M. Синтез 1,2-транс-гликозилтиоцианатов из

I,2-ангидросахаров. Биоорган. хилич, 17 (19Э1) 1655-1659.

4. Климов Е.М., Демченко А.В., Малышева Н.Н., Кочетков Н.К. Синтез р-маннозидов гликозилированием а-маннозилтиоциэната-ми. Биоорган. хилия, 17 (1991) 1660-1664.

5. Кочетков Н.К., Климов Е.М., Малышева Н.Н., Демченко А.В. Синтез полисахаридов с 1,2-цис-гликозидной связью методом тритил-тиоцианатной конденсации. Стереорегулярный а-(1-6)-глюкан. ДАН СССР, 320 (1991) 634-637.

6. Кочетков Н.К., Климов Е.М., Малышева Н.Н., Демченко А.В. Новая модификация стереоспецифического 1,2-цис-гликози-лирования тиоцианатным методом. ПАИ СССР, 321 (1991) 1203-1207.

7. Kochetkov N.K., Kllmov Е.М., Malysheva N.N., Demchenko A.V. Synthesis of polysaccharide with 1,2-cla-glycosldlc linkages by trltyl-thlocyanate polycondensatlon. Stereoregular a-(1-6)-D-glucan. Tetrahedron Lett., 33 (1992) 381-384.

8. Климов E.M., Малышева H.H., Демченко А.В., Кочетков H.K. Стереоспецифический синтез 1,2-цио-гликозидов 2-аминосаха-ров. ДАН СССР, 325 (1992 ) 297-301.

9. Kochetkov N.K., Kllmov Е.М., Malysheva N.N., Demchenko A.V. Stereospeclflc 1,2-cls~glycosylatlon: a modified thlocyana-te method. Carbohydr. Res., 232 (1992) 01-C5.