Содержание к диссертации
Введение
1. Введение 3
2. Литературный обзор 5
2.1. Введение: реакция гликозилирования 5
2.2. Влияние природы уходящей группы на стереоизбирательность 1,2-і/мс-гликозилирования 7
2.3. Влияние природы заместителя при С-2 на стереоизбирательность гликозилирования. 10
2.4. Влияние природы заместителей при С-3, С-4, С-5 и С-6 на стереоизбирательность 1,2-ї/ис-гликозшшрования. 10
2.5. Проводившиеся ранее синтезы фрагментов фукоиданов 21
3. Обсуждение результатов 36
3.1. Целевые соединения и стратегия их синтеза 36
3.2. Синтез моносахариди ых предшественников 40
3.3. Исследование влияния природы заместителей в моносахаридных фукозил-донорах на стереоизбирательность гликозилирования 45
3.4. Синтез дисахаридов 1-7 51
3.5. Синтез 2,3-разветвленных трисахаридов 8-Ю 53
3.6. Реакции гликозилирования дисахаридными донорами 55
3.7. Синтез линейных три- и тстрасахаридов 11-15,19-23 60
3.8. Синтез разветвленных тетрасахаридов 16-18 62
3.9. Синтез линейных гекса- и октасахаридов 24-28 64
3.10. Области использования олигосахаридов 1-28 67
Выводы 69
- Влияние природы уходящей группы на стереоизбирательность 1,2-і/мс-гликозилирования
- Синтез моносахариди ых предшественников
- Синтез дисахаридов 1-7
- Синтез линейных гекса- и октасахаридов 24-28
Введение к работе
Актуальность проблемы. Углевод-белковые взаимодествия определяют протекание многих важных физиологических процессов. В связи с этим представляется перспективным использование доступных природных олиго- и полисахаридов и их модифицированных производных для получения фармацевтических препаратов. Среди интенсивно исследуемых природных углеводных макромолекул все возрастающий интерес вызывают полисахариды фукоиданы, выделенные из бурых водорослей и морских беспозвоночных. Эти биополимеры эффективно ингибируют опосредованные L- и Р-селектинами воспаления, оказывают антикоагулянтное и антиангиогенное действие, блокируют бактериальную и вирусную адгезию на клетках млекопитающих. Такой широкий спектр физиологической активности обусловлен, по-видимому, тем, что отдельные участки углеводной цепи фукоиданов мимикрируют природные лиганды белковых рецепторов.
Фукоиданы построены преимущественно из остатков a-L-фукопиранозы. Наличие сульфатных и ацетильных групп, углеводных заместителей (остатков фукозы, ксилозы, глюкозы, глюкуроновой кислоты, маннозы) вносит существенное разнообразие в структуру фукоиданов, маскирует регулярнсть их цепей и значительно усложняет установление строения этих полисахаридов с использованием известных химических и физико-химических методов.
Направленный синтез и изучение свойств фрагментов представляется перспективным подходом к выявлению взаимосвязи структуры и свойств фукоиданов. Синтетические олигосахариды, включающие фрагменты фукоиданов, являются ценными модельными соединениями: их спектральные (ЯМР) данные необходимы для анализа структуры полисахаридов, а их биохимическое исследование позволит определить участки углеводных цепей, ответственные за физиологическую активность.
Целью работы является разработка эффективного блочного синтеза олигосахаридных фрагментов фукоиданов, построенных из несульфатированных и избирательно сульфатированных остатков a-L-фукопиранозы, различающихся длиной цепи (от ди- до октасахаридов), типом гликозидных связей, степенью сульфатирования и расстановкой сульфатных групп.
Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые проведен регио- и стереонаправленный синтез большой группы избирательно сульфатированных и несульфатированных фукоолигосахаридных фрагментов фукоиданов 1-28. Полученные соединения соответствуют линейным и разветвленным участкам цепей полисахаридов.
В ходе работы были изучены новые методы построения a-L-фукозидной связи с использованием моно- и олигосахаридных сриіадич^щі ГОГОков.—Впервые отмечено
стереоконтролирующее влияние ацильных заместителей при 0-3 в структуре фукозил-доноров Использование оптимально защищенных моно-, ди- и тетрасахаридных блоков позволило осуществить эффективный синтез три-, тетра-, гекса- и октасахаридов по конвергентным схемам сборки углеводных цепей [1+2], [2+2], [2+4] и [4+4], соответственно.
Синтезированные олигосахариды 1-28 являются ценными модельными соединениями для структурных, конформационных и биохимических исследований природных фукоиданов.
Публикация и опробация работы. По результатам диссертации опубликованы 7 статей и 1 принята к печати. Отдельные части работы были представлены на V молодежной научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2002), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003), VI молодежной научной школе-конференции по органической химии (Новосибирск, 2003), XXII Международном симпозиуме по углеводам (Глазго, 2004).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на "^страницах и состоит из введения, литературного обзора, посвященного методам построения 1,2-г/иогликозидной связи и проводившимся ранее синтезам фрагментов фукоиданов, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитированной литературы.
Влияние природы уходящей группы на стереоизбирательность 1,2-і/мс-гликозилирования
Природа уходящей группы в сочетании с выбором промотирующей системы во многом определяет реакционную способность донора (скорость разрыва связи C-Y, Схема 7) и характер реагирующей частицы, тем самым оказывая влияние на стереохимический результат реакции. Существует множество работ, где в рамках синтеза конкретных олигосахаридных структур проводилось сравнение эффективности гликозил-доноров, различавшихся агликонами. Однако лишь несколько общих правил могут быть выделены. Лемье и сотрудниками был разработан метод 1,2-цис-О-гликозилирования, основанный на активации гликозилгалогенидов в присутсвии галогенид-анионов (добавление в реакционную смесь Bi NBr) [23-26]. Высокая стерео из бирателльиосгь реакции объясняется изомеризацией при действии галогенид-иона термодинамически более стабильного 1,2-г/ис-галогенида в менее стабильный, но более реакционноспособиый 1,2-транс-изомер, который далее и взаимодействует с пуклеофилом по механизму 2, давая 1,2-г/УС-О-гликозид (Схема 2). Хотя применение этого подхода ограничено использованием «активированных» (несущих электронодонорные заместители) галогснидов глгоко-. гал акто(фуко)-кон фигурации, существует множество удачных примеров синтеза олигосахаридов с использованием этого метода [27-34]. Использование в реакциях гликозилирования тиогликозидов при промотировании системами PhSOTf/DTBMP [35, 36] или бис(трифторацетил)иодбензолом [37] приводит к образованию продукта с обращением конфигурации у аномерного центра. Так, при гликозилировании сполна бензилированными р-тиогликозидами (SPh, i-BuS, n-BuS) простых спиртов образовывались преимущественно а-изомерные продукты (а/р 13-30/1, 80-90%), в то время как использование а-тиогликозидов в аналогичных условиях приводило преимущественно к В-изомерам (а/В 1/7-15) [38]. Был предложен механизм этого превращения через образование стабилизированного сульфониевого иона III, замещение уходящей группы ігуклеофилом в котором происходит по 5N2 процессу (Схема 3). Проблема стереоизбирательного построения 1,2-г/ус-(р)-гликозидной связи при использовании гликоз ил-доноров манно(рампо)-кон фигурации в ряде случаев успешно решается применением нерастворимых промоторов (например, солей серебра) в случае а-гликоз ил-галоген идов [39, 40]. При этом реакция протекает по механизму 3 2 с обращением конфигурации у аномерного центра. Использование манноизл- и рамнозилбромидов, несущих 2,3-0-карбонильную группу, в реакции гликозилирования по Кенигсу-Кнорру также приводит к образованию 1,2-ї/ис-маннозидов с хорошими выходами [41, 42].
Другой способ синтеза В-маннозил(рамнозил)-гликозидов заключается в использовании в качестве допоров образующихся in situ гликозил-трифлатов [43, 44]. При этом важен порядок добавления реагентов. Согласно предложенному механизм этого превращения [45] (Схема 4), сначала образуется маннозил-катион IV, который может взаимодействовать либо со спиртом (1), либо с трифлат-анионом (2). Реализация первого пути приводит к 1,2-ш/7йгяс-маннозидам, поскольку подход иуклеофила предпочтителен со стороны, противоположной заместителю при 0-2. Выдерживание гликозил-донора с трифлатовым ангидридом, с тем чтобы образовался термодинамически более выгодный в следствие аномерного эффекта 1,2-шранс-гликозил-трифлат (путь 2), и последующее прибавление спирта позволяют получать с хорошими выходами 1,2- ис-маннозиды. Любопытно, что в случае использования глюкоз ил-трифлатов доминирующим продуктом реакции является также 1,2-грс-гликозид [46]. Был предложен следующий механизм этого превращения {Схема 5) [45]. В глюкопиранозе, в отличие от маннопиранозы, возможно существование равновесия между \,2-цис- и 1,2-транс-трифлатами. Как более реакционноспособный с пуклеофилом взаимодействует в первую очередь 1,2-трш/с-трифлат, что приводит к образованию 1,2- «с-гликозида (механизм, аналогичный предложенному Лемье в случае гликозил-галогенидов). Влияние природы заместителя при С-2 на стереоизбирателыюсть 1,2- / нс-гликозилирования. Как было отмечено выше {Схема У), апхимерное содействие заместителя при С-2 приводит к образованию 1,2-/и/«шс-гликозидов. Поэтому основным требованием для стерео селективного синтеза 1,2-уис-гликозидов является наличие иесоучаствующей группы во втором положении. Наиболее часто используют бенз ильную защиту при 0-2 (Вп) для нейтральных Сахаров, а когда необходимо синтезировать гликозиды 2-амиио-2-дезокси-сахаров используют 2-азидо-2-дезокси производные. Однако такие группы как NO2 [47], метоксильная [48], ОСОСС13 [49, 50], NHCOCF3 [51] также нашли применение в синтезе 1,2-г/ис-гликозидов. Важно отметить, что наличие иесоучаствующей группы при С-2 является необходимым, но вовсе не достаточным условием для построения цис-гликозидной связи. 2.4. Влияние природы заместителей при С-3, С-4, С-5 и С-6 на стереонзбирательность 1,2-цнс-гликозилирования Стереоконтролирующее влияние на ход реакции гликозилирования могут оказывать не только группы, находящиеся в непосредственной близости к аномерному центру (при С-1 или при С-2). Известны примеры стсреоконтроля заместителями, расположенными при С-3, С-4, С-5 и С-б гликозил-доноров. Впервые такого рода эффекты были отмечены для заместителей при 0-6 в Р-глюкозил-донорах [52, 53]. Так, замена бензильной группы на ацильную или карбамаильную увеличивала выход 1,2-цис-изомера.
Такой результат объясняли анхимерным содействием заместителя при 0-6. Кроме того, было найдено, что наличие объемного [54, 55] или электроноакцепторного заместителя [56-58] в этом положении также способствует образованию 1,2- wc-гликозида, вследствие стерических препятствий создаваемых заместителями для подхода нуклеофила к гликозил-катиону с р-стороны. В гликозил-донорах с L-фуко-конфигурацией было отмечено стереоконтролирующее влияние ацильного заместителя при 0-4. Флауэрсом и сотрудниками было показано [59], что сочетание 2-0-бензил-3,4-ди-0-(иярл)-нитробензоил-а-Ь-фукозшьбромида 12 и глюкозного акцептора 13, содержащего свободную гидроксильную группу при С-6, приводило к образованию преимущественно 1,2-г/мс-гликозида - (І- б)-ос-связанного дисахарида 14 (Схема 6). Соотношение а- и р-изомеров составило 19:1. Высокая стереоизбирательность реакции объяснялась образованием стабилизированного бициклического катиона V в результате анхимерного содействия ацильного заместителя при О-Л. Нуклеофильпая атака катиона V предпочтительна с а-стороны. Ван Бумом и сотрудниками были проведены реакции гликозилирования этилтио-Р-Ь-фукозидами 15, 16 и 17, содержавшими несоучаствую щие группы при 0-2 (метальную) и при 0-3 (бенз ильную), а при О А либо несоучаствующую (аллильную в доноре 15), либо соучаствующую (ацетильную и монохлорацетильную в 16 и 17, соответственно) [60]. В качестве гликозил-акцепторов были использованы рамнозиды 18-21. Реакцию проводили в присутствии йоддиколлидинперхлората (IDCP) в смеси дихлорметана и этилового эфира (1:5) (Схема 7), В результате проведенных реакций доминирующими продуктами являлись а-изомерные дисахариды. Этому, по-видимому, способствовало использование мягкого промотирующего агента (IDCP), а также диэтилового эфира как растворителя. Диэтиловый эфир образует комплекс с гликозил-катионом, взаимодействие которого с нуклеофилом приводит к образованию 1,2-ї/ис-гликозидов [61]. Однако, при прочих равных условиях, гликозилирование этилтиофукозидами 16 и 17, содержащими соучаствующую защитную группу при 0-4, проходило с большей а-стереоизбирательностью (а:р 5:1 и 1:0), чем 4-0-аллилированным донором 15 (аф 2,5:1). Причем, стереоконтролирующий эффект монохлорацетильной группы превышал таковой для ацетильной группы.
Синтез моносахариди ых предшественников
Фу кои дан из водоросли Fucus vesiculosus был в 1993 году исследован снова М. Патанкаром и сотрудниками [83] с применением усовершенствованных методик анализа структуры полисахаридов (метилирования, расщепления метилированного субстрата), а также современных физико-химических методов (масс-спектрометр ии, ИК-спектроскопии). В результате было установлено, что главная цепь полисахрида содержит не (1- 2), а (1-»3)-сс-Ь-фукопиранозную связь, причем разветвления находятся в положениях 2 и 4, а сульфо-группы расположены исключительно при 0-4 (Структура В). Также недавно был проведен ряд работ по исследованию строения фукоиданов из других видов бурых водорослей. Аналогичные структурные фрагменты {(1- 3)-а-Ь-фукопиранозная связь, разветвления в положениях 2 и 4, сульфатные группы при 0-4} в различных соотношениях найдены в фукоиданах, выделенных из водорослей Ecklonia киготе [84], Laminaria saccharina [85], Chorda filum [86], Cladosiphon okamuranus [87, 88] и других водорослей [89,90]. Наряду с этими данными, известны цепи фукоиданов, построенные из чередующихся (1-»3)- и (1- 4)-связанных фукозных остатков (выделены из водорослей Ascophyllum nodosum [90, 91], Fucus evanescense [92], Fucus distihus [93]). Сульфатные группы могут быть расположены при 0-2 и при 0-4. Например, цепи фукоидана из водоросли Fucus evanescense построены из структурных элементов (Г) и (Д). Фукоиданы из беспозовочных содержат схожие фрагменты, однако для этих полимеров была отмечена большая регулярность [90]. Видимо, с учетом перечисленных новых данных о строении фукоиданов, в 2004 году Ду и сотрудниками был проведен синтез сполна сул ьфатиро ванно го тетрасахарида 97, построенного из повторяющихся (1— 3)-а-связанных фукозных остатков [94]. Отметим сразу, что из-за р-конфигурации аномерного центра восстанавливающего остатка и полного, а не избирательного сульфатирования, соединение 97 весьма условно соответствует природным фукоиданам. В ходе синтеза тетрасахарида 97 авторы использовали стратегию последовательного введения моносахар идных звеньев в олигосахаридную цепь. В качестве исходного моносахаридного предшественника был использован р-этилтио-фукозид 86, содержавший трет- бутилдиметилсилильную группу при 0-3 {Схема 34). Бензилированием и последующим гликозилированисм полученным тигликозидом октанола был получен сполна защищенный фукозид 88 (97%).
Удаление силильной защиты в соединение 88 действием Bu4NF в ТГФ приводило к моносахар идиому фу коз ил-акцептору 89 с выходом 89%. Сочетание моносахаридов 87 и 89 проходило в присутствии NIS и TMSOTf в дихлорметане при -20С с образованием только а-связанного дисахарида 90 (89%) (Схема 35). Избирательное высвобождение гидроксильной группы при С-3 терминального фукозного остатка в дисахариде 90 приводило к моногидроксильному соединению 91. Гликозилирование дисахарида 91 донором 87, как и в случае сочетания моносахаридов 87 и 89, проходило с высокой стереоизбирательностью - а-связаииый трисахарид 92 был получен с выходом 80% (Схема 36). Однако происходило уменьшение выхода реакции гликозилирования при переходе от моно- к дисахариди ому гликозил-акцептору с 94% до 80%. Удаление силильной защиты в соединении 92 приводило к трисахаридному акцептору 93. Грликозилирование три сахар ида 93 2,3,4-три-О-бензилированным р-этилтио-фукозидом 94 приводили к тетрасахариду 95 с хорошим выходом 80% (Схема 37). Высокая стерео избирательность гликозилирования р-этилтио-фукозидами 87 и 94, возможно, связана с тем, что реакция протекает по механизму бимолекулярного пуклеофильного замещения (SN2) при аномерном атоме углерода с обращением конфигурации (см. раздел 2.2). В результате с хорошими выходами образуются а-связанные олигосахариды. Как упоминалось во введении, фукоиданы проявляют разнообразную физиологическую активность. Это обусловлено, по-видимому, тем, что отдельные участки их полисахаридной цепи имитируют природные углеводные лиганды белковых молекул (ферментов, молекул клеточной адгезии, гормонов и других), определяющих протекание многих важных физиологических процессов. В связи с этим, при выборе целевых соединений, соответствующих участкам цепей фукоиданов, мы опирались на данные о строении либо углеводных лигандов, либо полианионных углеводных молекул, обладающих схожей с фукоиданами активностью. Известно, что углеводным лигандом L- и Р-селектинов, белков, определяющих протекание воспалительного процесса, является тетрасахарид SiaLe [95, 96]. Активным участком полисахарида гепарина, эффективного антикоагулянта, является пентасахаридное звено [96, 97]. Заметная антиангиогенная активность в серии полисульфатированных маннозидов наблюдалась в случае использования гексасахаридного соединения [98]. Поэтому при исследовании физиологической активности фрагментов фукоиданов вызывали интерес, в первую очередь, крупные олигосахариды - от тетра- до октасахаридов.
В данной работе при выборе объектов синтеза нами учитывались не только линейные размеры молекул, но и такие тонкие детали структуры как тип гликозидиой связи между моносахар ид ными звеньями, наличие разветвлений и положение сульфатных групп. Как было отмечено в Литературном обзоре (п. 2.5), известны два типа основных цепей фукоиданов: первые построены преимущественно из повторяющихся (1—»3)-о связанных фукозных остаков, а для вторых характерно чередование (1-»3)- и (1- 4)-сс-гликозидных связей между фукозными звеньями. Вариации в расстановке заместителей в основной цепи связаны с различием путей биосинтеза этих полисахаридов в разных видах водорослей и беспозвоночных. Так, остатки моносахаридов (фукозы, ксилозы, глюкозы, глюкуроновой кислоты, машгозы), сульфатные и ацетильные группы могут находиться либо при 0-2, либо при 0-4 интернальиых фукозных остатков. Таким образом, цепи фукоиданов наряду с линейными участками могут включать и разветвленные углеводные фрагменты. Соотношение фукозных и сульфатных остатков варьируется в пределах от 1:0,7 до 1:1,5 [89, 99]. Опираясь на обозначенные выше данные, в качестве целевых структур в настоящей работе нами были выбраны несульфатированные и избирательно сульфатированные фукоолигосахариды 1-28, родственные обоим типам цепей фукоиданов. Это линейные тетра- (19-23), гекса- (24-27) и октасахариды (28), 2,3-разветвленпые тетрасахариды (16-18), а также все составляющие их ди- (1-7) и трисахариды (8-15). Сульфатные группы в сульфатированных соединениях расположены при 0-2 или при 0-4 фукозных остатков. Ключевым этапом синтеза олигосахаридов является регио- и стереонаправленное построение гликозиднои связи между углеводными фрагментами. В ходе синтеза соединений 1-28 решение проблемы региоизбирательности гликозилировапия заключалось в использовании либо моногидроксильных гликозил-акцепторов, либо диольных соединений, гидроксильные группы в которых существенно различаются по реакционной способности (экваториальная и аксиальная). Фукозные остатки в целевых олигосахаридах 1-28 соединены 1,2-і/ис-(а)-гликозидной связью. При проведении гликозилирования необходимо учитывать, что такие факторы, как строение гликозил-донорных и гликозил-акцепторных блоков, природа промотирующей системы и растворителя, а также температура, оказывают решающее влияние на стереохимический результат реакции. В связи с этим разработка методов стереоизбирательного построения а-фукозидной связи являлась предметом отдельного исследования в рамках настоящей диссертации, посвященного детальному изучению стереоконтролирующего влияния заместителей в гликозил-донорах. Как было отмечено в Литературном обзоре (п. 2.3), наличие несоучаствующего заместителя при 0-2 в гликозил-доноре является необходимым требованием для создания 1,2-ї/ис-гликозидной связи.
Синтез дисахаридов 1-7
Использование оловоорганических производных аллил-фукозида 29 позволило избирательно защитить гидроксильные группы как только при С-3, так и одновременно при С-2 и С-3 [104-106]. Действием Bi SnO на аллил-фукозид 29 и последующей обработкой образовавшегося интермедиата избытком бензилбромида в присутствии Bu4NBr получали смесь 3-0-бензил ированного производного 37 (35%) и 2,3-ди-0-бензил ированного фукозида 38 (55%) (Схема 3). Доказательство строения полученных аллил-фукозидов 37 и 38, в частности, определение положения бензильных групп, не могло быть проведено с помощью спектроскопии Н-ЯМР из-за отсутствия специфического спектрального эффекта бензилирования. Сигналы протонов пиранозного кольца, связанных с атомом углерода, несущим гидрокси- и бензилокси-группы расположены в общей и достаточно узкой области спектра -при 3,20-3,60 м.д. (Таблица 5). Однако положение свободных гидроксильных групп легко определялось при сравнении спектров соединений 37 и 38 и соответствующих уретанових производных 37 и 38 , полученных обработкой 37 и 38 трихлорацетилизоцианатом (эксперименты были проведены в ампулах для ЯМР). Для синтеза 2,4-ди-О-бензилированного фукозида 39 оловоорганическое производное триола 29 обрабатывали эквивалентным количеством napa-метоксибензилхлорида, далее полученное соединение бензилировали, после чего удаляли временную иора-метоксибензильиую защитную группу. Выход соединения 39 составил 70%. Положение свободной гидроксильной группы определялось при сравнении спектров соединения 39 и соответствующего бензоил ированного производного 40, полученного обработкой 39 бензоилхлоридом в пиридине (Таблица 5). Для синтеза фу козил-донори ых блоков соединения 29, 31, 34, 38 и 39 были переведены в сполна защищенные производные 32,36, 40-44 (Схемы 1-4). Так, исчерпывающим бензилированием аллил-фукозида 29 было получено 2,3,4-три-0-бензилированное производное 41 с выходом 90% (Схема 4). Введение трех бензильных групп в структуру аллил-фукозида 29 было подтверждено наличием сигналов шести метиленовых протонов (4,50 - 5,00 м.д.) и пятнадцати ароматических протонов (7,00 - 7,20 м.д.) в спектре Н ЯМР соединения 41. Ацетилирование соединения 34 приводило к аллил-2-О-бензил-З-О-ацетил-4-0-бензоил-ос-Ь-фукопиранозиду 36 (Схема 2).
Действием хлорапгидридов бензойной, пара-нктро- и ттря-метоксибензойной кислот в присутствии пиридина на 2,3-ди-О-бснзилированный фукозид 38 получали серию 4-0-ацилированных производных 42-44 (Схема 4). Бензоилированием моногидроксилыюго производного 39 и 3,4-диола 35 получали фукозиды, несущие бензоильные группы только при 0-Ъ (40) и одновременно при 0-3 и О-4 (36) (Схемы 1, 3). Наличие ацильных заместителей при О-З и ОА в соединениях 32 и 36, при О-Ъ в 40, при ОА в 42-44 подтверждалось слабопольными сдвигами сигналов соответствующих протонов Н-Ъ и НА (Таблиі{а 5). Удаление аллильной защиты в фукозидах 32, 36, 40-44 проводили действием PdCb в метаноле [107, 108] с выходами 76-85% (Схема 5). Полуацетали 45а-ж были получены в виде смеси а- и р-изомеров в соотношении 1:1, что было подтверждено данными спектров Н-ЯМР. Так, в аномерной области спектров Н-ЯМР соединений 45 были обнаружены два дублета: константа спин-спинового взаимодействия (КССВ) J\ одного из них составляла 3,3-3,5 Гц, что характерно для а-конфигурации, а КССВ У12 другого - 8,7-9,4 Гц, что соответствует -конфигурации. При деаллилровании соединения 36, содержавшего 3-О-ацетильную защитную группу, в качестве побочного процесса происходило удаление ацетильного заместителя с образованием полуацеталя 45е , содержавшим свободную гидроксильную группу при С-Ъ фукозного остатка (Схема 5). Это было возможно, поскольку в реакционной смеси присутствовали метанол и соляная кислота. Увеличение времени реакции от 3 до 5 часов приводило к уменьшению выхода необходимого полуацеталя 45е от 78% до 51% вследствие образования продукта 45е\ Действием PPh3 (3 экв.) и CBr4 (3 экв.) в CH2C12 на полуацетали 45 были синтезированы соответствующие фукозилбромиды 46 [109, ПО]. При оптимизации условий получения бромидов 46а, 466, 46д и 46ж реакцию проводили в дейтерохлороформе при контроле превращения с помощью методов спектроскопии Н ЯМР. Время полной конверсии составило 1 час. При выдерживании реакцонной смеси еще в течение 3 часов изменений в спектрах не наблюдалось. Наличие атома брома при С-1 подтверждалось слабопольным сдвигом сигнала протона Н-\. В результате реакции образовывался термодинамически более выгодный вследствие аномерного эффекта а-бромид. Это было возможно вследствие изомеризации кинетического продукта Р-бромида в ос-изомер при действии присутствующих в реакционной смеси бром ид-анионов. Конфигурация аномерного центра была определена по величине КССВ У12, составляющей 2,2-3,4 Гц. При использовании 1,2 экв. PPh3 и 1,2 экв, СВг4 для получения бромидов 46а и 466 в результате реакции образовывалась смесь а- и р-изомеров в соотношении 1:1 и 3:1, соответственно, что было подтвержено данными Н ЯМР. КССВ Уцг для р-изомеров составляли 6,0 Гц для р46а и 6,4 Гц для р46б. Фукоз ил бромиды 46 неустойчивы на воздухе и разлагаются при попытке их выделения, поэтому в дальнейших превращениях они были использованы без специальной очистки. Из полуацеталей 45 действием CCI3CN и ДБУ в CH2CI2 были синтезированы трихлорацетимидаты 47 [111] с выходами 90-95% в виде смеси а- и Р-изомеров (-1:1), что было подтверждено данными спектров Н-ЯМР. КССВ Уі 2 для а-изомеров составляла 3,3-3,5 Гц, а для р-изомера - 8,5-9,4 Гц. Соединения 47а,б,ж были выделены в виде смеси а- и Р-изомеров, а в случае соединения 47е удалось выделить индивидуальные изомеры. 3.3. Исследование влияния природы заместителей в моносахаридных фукоз ил-до норах на стереоизбирательность гликозилирования Для синтеза целевых соединений 1-28 необходимо было использовать эффективный сс-фукозилиругощий агент.
Как было отмечено выше, наличие несоучаствующего заместителя при 0-2 в гликозил-донорах является важным условием для построения 1,2-ї/ис-гликозидной связи (Литературный обзор, п, 2.3). Кроме того из литературы было известно, что наличие ацильного заместителя при О А в D-галактозил- и L-фукозил- донорах также способствует образованию \,2-цис-гликозидов (Литературный обзор, п. 2.4). Поэтому первоначально в качестве фукозил-доноров нами были исследованы серии бромидов 46а-е и трихлорацетимидатов 47а,б,е, содержавших несоучаствуїощую бепзильную группу при 0-2, а при 0-4 - либо несоучаствуїощую (бензилы г/ю), либо соучаствующую (ацилыгую). Исследование не одного типа фукозил-доноров, а бромидов 46 и трихлорацетимидатов 47, было вызвано тем, что различие уходящих групп определяет различную реакционную способность доноров, что также могло повлиять на стереохимический результат реакции. Сопоставление эффективности фукозил-доноров проводили с использованием одного модельного фукозил-акцептора ацетонида 30, содержавшего свободную гидр оке ильную группу при С-2 (Схема 6). Гликозилирование бромидами 46 проводили при 20С в СН2СІ2 в присутствии молекулярных сит 4А с использованием Hg(CN)2 в качестве промотора и HgBr2 в качестве катализатора [112]. Продолжительность реакции была от 12 до 24 часов. Выходы дисахаридов составили 70-75% (Таблица 1), Побочными продуктами реакций являлись соответствующие полуацетали 45, образовавшиеся в результате гидролиза фукоз ил бромидов 46. Реакции с трихлорацетимидатами 47 проводили при -30С в CH2CI2 с использованием TMSOTf в качестве катализатора [113]. Продолжительность реакции составила 5 минут. Дисахаридные продукты были выделены с выходами 82-87%. Побочными продуктами реакций являлись соответствующие //-гликозиды (например, 50 из 47е, Схема 7). Гликозилирование донорами 47 при более низких температурах приводило к уменьшению выхода О-гликозида, при этом доминирующим направлением реакции становилось образование N-гликозида. В случаях, когда в ходе реакции образовывались оба изомерных дисахарида 48 и 49, выделяли смесь этих продуктов, соотношение которых определяли по соотношению интегральных интенсивно стей сигналов аномерных протонов Н-Г в спектрах Н ЯМР.
Синтез линейных гекса- и октасахаридов 24-28
Важно отметить, что природа уходящей группы существенно не влияла на стереохимический результат реакции - зависимости соотношения а- и р-изомеров от расстановки заместителей в пиранозном кольце в сериях фукозил-бромидов 46 и фукозил-трихлорацетимидатов 47 были схожими. Конфигурация аномериого центра донора также не влияла на соотношение а:р {Таблица /, опыты 1-4, 12-13). Эти факты косвенно подтверждают предположение, что реакции проходили через образование гликозил-катионов I-IIL Как следует из данных Таблицы 1, наиболее эффективными являлись фукозил-доноры, содержащие 2-О-бензильный, 3-0-ацетильный и 4-0- бензоильный заместители. Такая расстановка защитных групп оказалась оптимальной и для выполнения синтезов большинства целевых соединений. Было возможно избирательное высвобождение гидроксильных групп при С-2, С-3 и С-4 фукозных остатков на отдельных этапах синтеза для их дальнейшего гликозилирования или сульфатирования. Использование фукозилтрихлорацетимидатов удобнее, чем бромидов из-за меньшей стабильности последних. Поэтому в дальнейшем для построения а-фукозидной связи был использован донор 47е, Для изучения влияния реакционной способности гидроксильных групп в гликозил-акцепторах на стереоизбирательность фукозилирования трихлорацетимидатом 47е были проведены реакции взаимодействия этого соединения с метиловым и аллиловым спиртами, моногидроксильными аллил-фукозидами 34 и 35, содержавшими свободные гидроксильные группы при О-З (экваториальную) и при 0-4 (аксиальную), и диолом 37, содержавшим свободную экваториальную гидроксильнуїо группу при 0-2 и аксиальную при 0-4 (Схема 7). Попытка зафиксировать образование фукозилтрифлата, предполагаемого интермедиата реакции гликозилирования, с помощью спектроскопии ЯМР не привела к желаемому результату. При добавлении TMSOTf к раствору трихлорацетимидата 47е в дейтсрохлороформе в течение 5 минут образовывался только а-связанный Л -гликозид 50 (опыт был проведен в ампуле для ЯМР). Гликозилирование трихлорацетимидатом 47е моносахаридов 34, 35 и 37 проходило с высокой стсреоизбирательностью. а-Связанные дисахариды 53-55 были получены с выходами 79-87% (Таблица 3). Конфигурация гликозидной связи была определена по величине КССВ J\t2l составляющей 3,4 Гц. В случае 2,4-диола 37 гликозилирование проходило региоселективно по экваториальной гидроксильной группе с образованием (1— 2)-связанного дисахарида 53. Это было подтверждено слабопольным сдвигом сигнала С-2 в С ЯМР спектре соединения 53. Более низкая стереоизбирательность реакций в случаях метанола и алл илового спирта может быть связана с их большей реакционной способностью.
Вследствие этого атака первоначально образующегося нестабилизированного гликозил-катиона I становится доминирующим процессом {Рисунок I), что приводит к смеси а- и Р"изомеров. 3.4. Синтез дисахаридов 1-7 Синтез изомерных дисахаридов, различавшихся положением сульфатных групп в фукозных остатках (при 0-2 или при 0-4), а также соответствующих несульфатированных аналогов был проведен исходя из общего углеводного предшественника, содержавшего ортогональные защитные группы при 0-2 (бензильную) и при 0-4 (бензоильную). При получении дисахаридов 1-7 были отработаны методики избирательного высвобождения гидроксильных групп при 0-2 и 0-4, сульфатирования, деблокирования и выделения сульфатированных соединений, использованные далее при получении более крупных олигосахаридов. Так, исходя из дисахарида 54 была синтезирована серия (1— 3)-связанных дисахаридов 3-5. Дебензилирование соединения 54 в условиях реакции каталитического гидрогенолиза в присутствии катализатора Pd/C, сопровождавшееся восстановлением аллильной группы в пропильную, приводило к диолу 56 с выходом 80%. Удалением ацильных групп в соединении 56 действием 0,4М раствора NaOH получали незащищенное производное 3 с выходом 68% {Схема 8). Синтезированный дисахарид 3 был детально охарактеризован данными спектров н и ІЗС ЯМР (Таблицы би 7). Сульфатирование диола 56 действием комплекса SC -Py в ДМФА, замена катиона (РуН)+ на Na+ и удаление защитных групп в полученном соединении 57 приводило к дисахариду 4 (82%), содержавшему сульфатные группы при 0-2 фукозных остатков. Для синтеза 4-О-сульфатированного изомера 5 в соединении 54 первоначально были удалены все ацильные заместители действием раствора метилата натрия в метаноле (85%) (Схема 9). Избирательное бензоилирование экваториальной гидроксильной группы в терминальном фукозном остатке триола 58 проводили через промежуточное образование оловоорганического интермедиата, полученного обработкой соединения 58 при кипячении в толуоле cBu2 SnO. Наличие бензоильной группы при 0-У в соединении 59 подтверждалось слабопольным сдвигом сигнала протона Н-У в спектре НЯМР (Таблица 5). Сульфатирование соединения 59 и удаление защитных групп в продукте 60 приводили к дисахариду 5, 56%. Наличие сульфатных групп в соединении 4 при 0-2 фукозных остатков, а в соединении 5 - при 0-4, было подтверждено слабопольными сдвигами сигналов соответствующих протонов Я-2, Н-А в спектрах Н ІІМР (Таблица 6) и сигналов соответствующих углеродов С-2, С-4 в спектрах ,3С ЯМР (Таблица Т). Аналогичный подход к расстановке защитных групп и введению сульфатов был успешно использован в синтезе (I—»4)-связанных дисахаридов 6 и 7 исходя из соединения 55 {Схема 10), а также (1- 2)-связанных дисахаридов 1 и 2 из соединения 53 {Схема 11). Построение 2,3-разветвленного трисахарид ного скелета было проведено в результате региоизбирателыюго монофукозилирования более рсакциопносопсобной экваториальной гидроксильной группы в дисахаридном 3,4-диоле 66 {Схема 12). Последний был получен удалением изопропилиденовой защиты в соединении 48д. Использование трихлорацетимидата 47е как фукозилирующего агента приводило к стереоселективному образованию сс-гликозидной связи.
Трисахарид 67 был выделен с выходом 80%. Конфигурация вновь созданной гликозидной связи подтверждалась величиной КССВ J}-j" 3,5 Гц в спектре н ЯМР {Таблица 5). Бензоилированисм трисахарид 67 был переведен в сполна защищенное производное 68 {Схема IS). Наличие бензоильного заместителя при 0-4 восстанавливающего остатка в 68 указывало, что при взаимодействии соединений 66 и 47е происходило региоизбирательпое построение (1-»3), но не (1- 4)-связи. Для синтеза 4-0-сульфатированиого изомерного трисахарида 10 в соединении 67 были удалены все ацильные заместители действием метилата натрия в метаноле (67- 71, 80%) (Схема 14). Далее для избирательной защиты экваториальных гидроксильпых групп пентаол 71 действием двухкратного избытка Bu2SnO был переведен в станнилиденовое производное, которое бензоилировали избытком бензоилхлорида. 3 ,3 "-Ди-0-бензошшроваішьій трисахарид 72 был выделен с выходом 82%. Наличие бензоильных заместителей при О-Ъ обоих терминальных остатков было подтверждено слабоп ольньш и сдвигами сигналов соответствующих протонов Н-Ъ (Таблица 5). Сульфатировапие триола 72 и удаление защитных групп в образовавшемся соединении 73 приводили к целевому трисахариду 10. Синтез крупных тетра-, гекса- и октасахаридов был проводен с использованием олигосахаридных гликозил-донорных и гликозил-акцепторных блоков. Как и в случае сочетания моносахаридов, стратегическими являлись проблемы регио- и стереонаправленного построения гликозидиых связей. Фукозные звенья в линейных олигосахаридах соединены (1— 3)- или (1— 4)-гликозидными связями, а в разветвленных - (1-»2)- и (1-»3)-связями. Ретросинтетический анализ этих соединений показал, что их сборку из олигосахаридных блоков оптимально проводить с построением (1—»3)-гликозидной связи, поскольку в этом случае нуклеофильным центром является более реакционноспособная экваториальная гидроксильная группа при С-3. В качестве общего предшественника гликозил-акцептора 74 и гликозил-донора 75 был использован (1— 3)-связанный дисахарид 54, содержавший ортогональные З -О-ацетильную и аллильную защитные группы {Схема 15). Избирательное дезацстилирование соединения 54 действием раствора соляной кислоты в метаноле приводило к дисахариду 74, содержавшему свободную гидроксильную группу при С-3 терминального фукозного остатка (80%).
