Введение к работе
Актуальность работы:
Сложные углеводные молекулы, содержащие ТУ-ацетилнейраминовую кислоту (одна из сиаловых кислот, Neu5Ac), являются важнейшими природными соединениями, определяющими протекание целого ряда биологических процессов. В природе известны полимерные формы Neu5Ac — полисиаловые кислоты (ПСК), состоящие из повторяющихся блоков с а(2->8>, а(2-»9)- или чередующимися а(2-»8)/а(2-»9)-гликозидными связями. Молекулы ПСК являются полианионами, обладающими набором уникальных физико-химических свойств. ПСК встречаются в гликопротеинах эмбриональных нервных клеток позвоночных, в коре головного мозга человека. Защитные капсулы ряда возбудителей менингита, таких как, например, Escherichia coli Kl, К92, Neisseria meningitidis типов В и С, состоят из ПСК. Они определяет иммунологическую специфичность этих бактерий и их способность поражать нервные ткани, являясь, таким образом, одним из важнейших факторов вирулентности. По своей структуре ПСК бактерий близки ПСК человека.
В то время как биосинтез ПСК у млекопитающих (в том числе у человека) хорошо изучен, в биосинтезе бактериальных ПСК остается ряд неясностей, в частности, невыясненными остаются начальные стадии этого процесса. В настоящее время предполагается, что роль первичного гликозил-акцептора выполняет полипренилсиалилфосфат, образование которого инициирует биосинтез ПСК у бактерий. Этот ключевой интермедиат является неустойчивым соединением, которое до сих пор не удалось выделить из природного источника, и его структура была определена косвенными методами. В то же время точное знание строения первичного сиалил-акцептора позволило бы разработать новые подходы к синтезу селективных ингибиторов биосинтеза бактериальных ПСК. Для окончательного прояснения вопроса о его структуре требуется провести синтез полипрешшсиалилфосфата и проверить экспериментально, является ли он субстратом сиалилтрансфераз — ферментов, ответственных за биосинтез ПСК. Химический синтез этого соединения ранее не был осуществлен и является актуальной задачей химии углеводов. Поскольку конфигурация аномерного центра в природном полипренилсиалилфосфате неизвестна, необходимо разработать методы, приводящие к получению как а-, так и Р-фосфатов Neu5Ac, и в том числе соответствующих полипренилсиалилфосфатов.
Подходы к синтезу (3-фосфатов Neu5Ac простого строения разработаны достаточно хорошо, тогда как направленный синтез а-фосфатов Neu5Ac в литературе не описан. Процесс получения сиалилфосфатов является частным случаем реакции сиалшшрования — гликозилирования производными Neu5Ac. Разработка новых
2 методов эффективного введения остатков сиаловых кислот является одной из фундаментальных проблем современной биоорганической химии. Недавно показано, что на результат сиалилировапия существенно влияет характер замещения атома азота нейраминовой кислоты. Большинство успешных препаративных синтезов сиалоконъюгатов было осуществлено с применением производных нейраминовой кислоты, содержащих один ацетильный остаток у атома азота. В то же время в последние годы появились сообщения о том, что использование для синтеза сиалоолигосахаридов тиогликозидных производных іЧТУ-днацетилнейраминовой кислоты имеет значительные преимущества: реакции гликозилирования идут значительно быстрее, продукты гликозилирования образуются с ббльшими выходами и высокой стереоселективностью. Однако причины влияния удаленного заместителя у атома азота на результат реакции гликозилирования до сих пор оставались невыясненными. Поэтому необходим поиск новых сиалил-доноров с модифицированными заместителями у атома азота и исследование их реакционной способности в сравнении с известными W-ацетильными производными.
Цель работы:
Данная диссертационная работа посвящена исследованию реакционной способности гликозилхлоридов нейраминовой кислоты (сиалилхлоридов) с одной и двумя ацетильными группами у атома азота и их применению для синтеза ранее неизвестных полипренилсиалилфосфатов — предполагаемых интермедиатов биосинтеза бактериальных полисиаловых кислот.
Научная новизна и практическая ценность работы:
Впервые предложен новый гликозил-донор нейраминовой кислоты — глнкозилхлорид ДіУ-диацетшшейраминовой кислоты — и изучена его реакционная способность в реакциях с N-, S- и О-нуклеофилами в сравнении с гликозилхлоридом ./V-ацетилнейраминовой кислоты. Показано, что гликозилхлорид Л^Л^днацетил-нейраминовой кислоты гладко реагирует с заряженными нуклеофилами в отсутствие промотора.
Предложен новый эффективный метод синтеза сиалилфосфатов, основанный на реакции О-ацетилированных гликозилхлоридов TV-ацетил- и ІЧІУ-диацетил-нейраминовых кислот как с защищенными, так и с незащищенными фосфатными нуклеофилами. Установлено, что стереоселективность реакции зависит как от природы фосфатного нуклеофила, так и от числа ацетильных групп у атома азота сиалилхлорида. Показано, что независимо от типа сиалилхлорида реакция с алкиламмониевыми солями дибензилфосфорной кислоты приводит к Р-сиалилфосфатам. В то же время при реакции сиалилхлоридов с солями
монозамещенной фосфорной кислоты образуются смеси фосфатов Neu5Ac с преобладанием р-аномеров при использовании гликозилхлорида Л'-ацетил-нейраминовой кислоты и а-аномеров в случае Л^-диацетильного производного. Впервые получены О-ацетилированные фосфат iV-ацетилнейраминовой кислоты с сс-конфигурацией, а также а- и р-фосфаты ДЛ^-диацетилнейраминовой кислоты.
Изучено взаимодействие широкого круга гликозилгалогенидов с новым полимерным реагентом на основе ионообменной смолы Amberlyst А-26 в дибензилфосфатной форме. Установлено, что основными продуктами являются дибензилгликозилфосфаты, образующиеся с высокими выходами. Это первый пример использования полимерного фосфатного реагента для синтеза гликозилфосфатов.
В ходе исследования разработан новый эффективный метод синтеза гликаля Neu5Ac, основанный на взаимодействии JV-ацетилсиалилхлорида с динатрийгидрофосфатом в кипящем ацетонитриле. Этот метод значительно упрощает получение больших количеств гликаля — важного синтетического блока в химии сиаловых кислот.
С использованием предложенного в данной работе нового гликозил-донора — N,N-диацетилсиалилхлорида — и разработанных методов получения сиалилфосфатов впервые синтезированы полипренилсиалилфосфаты — предполагаемые интермедиа биосинтеза бактериальных полисиаловых кислот. Полученные соединения переданы в Университет Ганновера (ФРГ) для изучения их активности в качестве субстратов бактериальных сиалилтрансфераз.
Публикации и апробация работы:
По материалам диссертации опубликовано четыре статьи и тезисы девятнадцати докладов на научных конференциях. Результаты диссертационной работы были представлены автором на 9 международных и 10 российских конференциях (из них 5 устных докладов, в том числе 3 на международных конференциях).
Структура и объем работы:
