Гликозилирование перацетатом a-D-глюкозаминилхлорида в присутствии кислот Льюиса Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 23 (62). 2010. № 2. С. 225-231.

УДК 547.455.623'233.1

ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЕ ПЕРАЦЕТАТОМ a-D-ГЛЮКОЗАМИНИЛХЛОРИДА В ПРИСУТСТВИИ КИСЛОТ ЛЬЮИСА

Земляков А.Е., Цикалова В.Н., Земляков С.А., Чирва В.Я.

Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского, Симферополь, Украина

E-mail: alex_z56@mail.ru

Изучены реакции гликозилирования первичных и вторичных спиртов перацетатом a-D-глюкозаминилхлорида с использованием иодида ртути(11) и системы промоторов «хлорид цинка / четвертичная аммонийная соль».

Ключевые слова гликозилирование; гликозиды А-ацетил^-глюкозамина, иодид ртути(11), хлорид цинка, четвертичные аммонийные соли.

ВВЕДЕНИЕ

Наблюдаемый в последние десятилетия значительный прогресс во внедрении в углеводный синтез новых высокоэффективных и селективных методов гликозилирования сопровождается использованием сложных защитных групп, а также редких и дорогих промоторов [1]. Поэтому не меньшее внимание уделяется разработке простых и доступных методик гликозидного синтеза, в том числе глюкозаминидов (гликозидов D-глюкозамина). В последнем случае предпочтение отдается производным А-ацетилглюкозамина и прямым методам гликозилирования, которые не требуют перезащиты аминогруппы. Наряду с оксазолиновым методом [2] в качестве гликозил-доноров наиболее часто используют перацетаты D-глюкозамина [3] и соответствующие D-глюкозаминилгалогениды. Так на основе легкодоступного и достаточно устойчивого перацетата a-D-глюкозаминилхлорида (1) [4] были разработаны методики гликозилирования в присутствии цианида [5], бромида [6] и иодида [7] ртути(11). В работе [8] было показано, что при комнатной температуре в растворе дихлорметана a-хлорид 1 в присутствии хлорида цинка и «сопромоторов» - тритилхлорида, тетрабутиламмоний бромида, триметилсилилхлорида или комплекса «KCl-18-краун-б» первоначально образуются р-глюкозаминиды, которые при длительном выдерживании превращаются в a-изомеры.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Температуры плавления определяли на приборе ПТП, оптическое вращение при 20-25 ° С - на поляриметре Polamat-A (Я 546 нм). Спектры :Н-ЯМР получены на приборе Varían VXR-300 (300 МГц), внутренний стандарт - Me4Si. Приведены

химические сдвиги (5-шкала) и константы спин-спинового взаимодействия (J, Гц).

ТСХ проводили на пластинках Sorbfil-АФВ-УФ («Сорбполимер», Россия). Вещества обнаруживали 2% раствором серной кислоты в бутан-1-оле с последующим нагреванием при 200-300 °С. Использовали систему растворителей: бензол - пропан-2-ол, 10:1 (4). Колоночную хроматографию (КХ) проводили на силикагеле Merck 230-400 меш, используя градиентное элюирование бензол ^ бензол - пропан-2-ол, 20:1.

Данные элементного анализа ключевых соединений соответствуют расчетным значениям. В работе использовали тетраэтиламмоний бромид, тетрабутиламмоний бромид, тетрабутиламмоний иодид (Merck), тетраметиламмоний бромид (Реахим), гептан-1-ол, циклододеканол (Acros), иодид и цианид ртути(11) (НПФ «Синбиас»).

Типовая методика гликозилирования в присутствии солей ртути(11). К раствору 250 мг (0,68 ммоль) a-D-глюкопиранозилхлорида 1 в 10 мл сухого растворителя добавляли 0,79 ммоль иодида или цианида ртути(11), и 40 мг молекулярных сит 0,3 нм и 1-1,5 эквивалента спирта. Реакционную смесь перемешивали в присутствии молекулярных сит 3 А при температуре 20 °С или ~100 °С до исчезновения гликозил-донора (контроль ТСХ в системе 4). При высокотемпературном гликозилировании дополнительно нагревали 0,5 и 2 час. Молекулярные сита и соли отфильтровывали, фильтрат упаривали. Полученный остаток растворяли в 10 мл хлороформа, промывали насыщенным раствором тиосульфата натрия (2 х 2 мл) и 2 мл воды. Органический слой сушили безводным Na2SO4 и упаривали. Остаток очищали КХ.

Типовая методика гликозилирования в присутствии хлорида цинка.

Раствор 250 мг (0,68 ммоль) a-D-глюкопиранозилхлорида 1, 92 мг (0,68 ммоль) безводного хлорида цинка, 220 мг (0,68 ммоль) тетрабутиламмоний бромида или другого «сопромотора» и 1-2 эквивалента спирта в 10 мл сухого дихлометана выдерживали при комнатной температуре или кипятили с обратным холодильником при перемешивании до исчезновения по данным ТСХ (система 4) а-хлорида 1. Реакционную смесь охлаждали, промывали 2 мл воды. Органический слой сушили безводным сульфатом натрия и упаривали. Остаток очищали КХ.

Получены:

Гептил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-а-Б-глюкопиранозид (3а), по константам и данным ТСХ совпадает с заведомым образцом [9].

Гептил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-^-Б-глюкопиранозид (3b), по константам и данным ТСХ совпадает с заведомым образцом [10].

Гексадецил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-в-Б-глюкопиранозид (5b), по константам и данным ТСХ совпадает с заведомым образцом [10].

Циклооктил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-а-Б-глюкопиранозид (7а); маслообр. в-во, [а^ +92° (с 1.0; хлороформ), 1Н-ЯМР (CDCI3): 1,45-1,80м (СН2), 1,95с, 2,03с, 2,04с, 2,10с (12Н, NAc и 3 ОАс), 3,77м (1Н, С-1 -ОСН), 4,03ддд (1Н, Н-5), 4,10дд и 4,22дд (2Н, Н-6а, Н-6Ъ, J5M 2,5, Jifib 5, J6a,6b 12,5), 4,31ддд (1Н, Н-2, J2,3 10,5), 4,93д (1Н, Н-1, Ju 4), 5,10дд (1Н, Н-4, J4,5 9,5), 5,20дд (1Н, Н-3, JXA 9,5), 5,63д (1Н, NH, J2,nh 9,5).

Циклододецил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси- а-Б-глюкопиранозид

(9a); по константам и данным ТСХ совпадает с заведомым образцом [11].

Циклододецил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-^-0-глюкопиранозид (9Ь); по константам и данным ТСХ совпадает с заведомым образцом [11].

Циклопентадецил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-а-0-глюкопиранозид (Ш); т. пл. 112-114°С, [а]546 +104° (с 1.0; хлороформ), 1Н-ЯМР (СБС13): 1,33м и 1,48-1,62м (СН2), 1,95с, 2,03с, 2,04с, 2,10с (12Н, КАе и 3 ОАс), 3,65м (1Н, С-1 -ОСН), 4,04ддд (1Н, Н-5), 4,07дд и 4,24дд (2Н, Н-6а, Н-6Ь, ^ 2,5, ^ь 5, ^ 12,5), 4,32ддд (1Н, Н-2, 3Х3 10), 4,94д (1Н, Н-1, ^ 4), 5,10дд (1Н, Н-4, ^5 9,5), 5,20дд (1Н, Н-3, 9,5), 5,64д (1Н, КН, Зъкы 9,5).

Холестерил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-в-0-глюкопиранозид (13Ь); по константам и данным ТСХ совпадает с заведомым образцом [12].

РЕЗУЛЬТАТЫ И обсуждение

Нами в продолжение исследований реакции глюкозаминидирования с помощью а- хлорида 1 в присутствии иодида ртути(11) [7] установлено (табл. 1), что к числу растворителей, в которых эффективно протекает образование 1,2-транс-глюкозаминидов, можно также отнести ацетонитрил. Для традиционно используемого в методе Гельфериха ^(СК)2 выход гликозида 3Ь в этом растворителе был существенно ниже, а наилучшие результаты были получены для дихлорэтана и дихлорметана.

OAc

OAc

OAc

AcN

ROH

а

1

OR

3a, 5a, 7a, 9a, 11a, 13a

3Ь, 5Ь, 7Ь, 9Ь, 11Ь, 13Ь

2, 3 R =

6, 7 R =

4, 5 R =

12, 13 R =

10, 11 R =

OAc

14

AcO AcO

O

У

Me

На примере реакции хлорида 1 с циклододеканолом 8 было показано, что для повышения выхода 1,2-цис-гликозилирования следует использовать более концентрированные растворы реагентов в нитрометане и увеличить время выдерживания реакционной смеси после конверсии гликозил-донора с 30 мин до 2 час. Предложенный подход позволил наряду с а-циклододецилгликозидом 9а с

хорошими выходами получить а-циклооктилгликозид 7а и а-циклопентадецилгликозид 11а. 1,2-цис-Конфигурация этих соединений подтверждается наличием в их 1Н-ЯМР-спектрах дублетов аномерных протонов с КССВ 4 Гц. Мультиплет метинового протон агликонов находится в области 3,65 -3,67 м.д. В целом спектры этих соединений аналогичны ранее полученному 1Н-ЯМР-спектру соединения 9а [11].

Таблица 1.

Результаты гликозилирования спиртов а-хлоридом 1 в присутствии солей

ртути(11)

Исходные Промотор Раство- Темпера- Продукты реакции Время ре-

вещества1 ритель тура, °С (выход, %) акции2, час

1 2 (1 1,5) СИ2С12 20 3Ь (32) 51

1 2 (1 1,5) ВД2 С2И4С12 20 3Ь (49) 47

1 2 (1 1,5) ВД2 МеСМ 20 3Ь (56) 49

1 2 (1 1,5) Им(СМ)2 СИ2С12 20 3Ь (56) 50

1 2 (1 1,5) Им(СМ)2 С2И4С12 20 3Ь (54) 50

1 2 (1 1,5) Им(СМ)2 МеСМ 20 3Ь (35) 59

1 6 (1 1,2) ИЕ12 МеШ2 101 7а (49) 2 а

1 8 (1 1) ИЕ12 МеШ2 101 9а (25) 9Ь (7) 0,5 а

1 8 (1 1) ИЕ12 МеШ2 101 9а (33) 9Ь (2) 2 а

1 8 (1 1) ИЕЬ МеШ2ь 101 9а (35) 9Ь (4) 0,5 а

1 8 (1 1) ИЕЬ МеШ2ь 101 9а (47) 9Ь (3) 2 а

1 10 (1:1,2) ИЕ!2 МеШ2 101 11а (46) 2 а

1 (Соотношение гликозил-донор : гликозил-акцептор)

2 До полной конверсии а-хлорида 1 по данным ТСХ

" Дополнительное время после полной конверсии а-хлорида 1 по данным ТСХ

ь Уменьшение объема растворителя в 2 раза

При взаимодействии данных гликозил-донора и гликозил-акцептора в присутствии промотора хлорида цинка и «сопромоторов» в условиях метода [8] наилучшие результаты 1,2-цис-глюкозаминидирования получены для тетрабутиламмоний иодида и бромида (табл. 2). Использование данного варианта реакции для гликозилирования циклооктанола 6 и циклопентанола 10 привело к получению соответствующих гликозидов 7а и 11а с выходами сравнимыми, достигнутыми в реакции с ^12.

Нами было установлено, что проведение реакции в кипящем дихлорметане позволяет за короткое время (3-5 часов) с хорошими выходами получить 1,2-транс-глюкозаминиды. В модельной системе «хлорид 1 / циклододеканол 8 / 2пС12» было рассмотрено влияния «сопромоторов» на ход реакции. Использование тетраэтиламмоний бромида дает близкий к БщКБг- выход гликозилирования, причем синтезируется только гликозид 5. Наихудший результат, как по суммарному выходу гликозидов, так и по селективности наблюдался в случае «сопромотора» не аммонийной природы - тритилхлорида.

Таблица 2.

Результаты гликозилирования спиртов а-хлоридом 1 в присутствии хлорида

цинка и других кислот Льюиса

Исходные вещества1 Промотор/ сопромотор Растворитель Температура, °С Продукты реакции (выход, %) Время реакции2, час

1 2 (1 1) гпСЬ/ВщШг СН2С12 40 3Ь (41) 3,5

1 2 (1 1,5) гпСЬ/ВщШг СН2С12 40 3Ь (60) 3,5

1 2 (1 2) гпСЬ/ВщШг СН2С12 40 3Ь (85) 3

1 2 (1 1) 2пС12/Ви4Шга СН2С12 40 3Ь (66) 1

1 2 (1 1) 2пС12/Ви4ШгЬ СН2С12 40 3Ь (53) 0,7

1 2 (1 1,5) СаСЬ/вщШг СН2С12 40 3Ь (69) 6

1 2 (1 1,5) СаСЬ/ВщКВг*1 СН2С12 40 3Ь (43) 5,5

1 2 (1 1,5) СаСЬ/ВщШг СН2С12 20 3а (16) 3Ь (10) 120

1 4 (1 1,2) гпСЬ/ВщШг СН2С12 40 5Ь (74) 3

1 4 (1 1,2) гпС12 СН2С12 40 5Ь (14) 7

1 4 (1 1,2) гпСЬ/ВщШг С2Н4С12 84 5Ь (37) 3

1 4 (1 1,2) 8пС12/Ви4Шг СН2С12 14 4

1 6 (1 1) гпСЬ/ВщШг СН2С12 20 7а (49) 24

1 8 (1 1) гпСЬ/ВщШг СН2С12 20 9а (46) 9Ь (3) 96

1 8 (1 1) гпСЬ/БиШг СН2С12 20 9а (19) 9Ь (1) 96

1 8 (1 1) гпСЬ/ВщМ СН2С12 20 9а (40) 9Ь (2) 96

1 8 (1 1) 2пС12/ВпБ1 3КС1 СН2С12 20 9а (18) 9Ь (0) 96

1 8 (1 1) гпа/гга СН2С12 20 9а (33) 9Ь (0) 96

1 8 (1 1) гпС12/Ви4КВг СН2С12 40 9а (9) 9Ь (53) 5

1 8 (1 1) ЕпСЬ/Б^Шг СН2С12 40 9а (0) 9Ь (60) 5

1 8 (1 1) гпСЬ/ВщМ СН2С12 40 9а (6) 9Ь (41) 5

1 8 (1 1) 2пС12/ВпБ1 3га СН2С12 40 9а (0) 9Ь (51) 5

1 8 (1 1) 2пС12/ТгС1 СН2С12 40 9а (15) 9Ь (9) 5

1 8 (1 1) гпС12/Ви4КВг С2Н4С12 84 9а (10) 9Ь (29) 3

1 8 (1 1) гпС12/Ви4КВг МеСК 82 9Ь (14) 3

1 8 (1 1) гпС12/Ви4КВг МеШ2 101 9Ь (10) 3

1 10 (1:1) гпСЬ/ВщШг СН2С12 20 11а (51) 24

1 12 (1:1,2) гпС12/Ви4КВг СН2С12 40 13Ь (48) 4

1 (Соотношение гликозил-донор : гликозил-акцептор)

2 До полной конверсии а-хлорида 1 по данным ТСХ а Соотношение а-хлорид 1 : промотор 1:1,5

Ь Соотношение а-хлорид 1 : промотор 1:2

В целом глюкозаминидирование первичных спиртов (гептан-1-ола и гексадекан-1-ола) а-хлоридом 1 в присутствии эквимолярных количеств промотора и сопромотора тетрабутиламмоний бромида в этих условиях протекает гладко с образованием р-гликозидов с хорошими выходами 60-74%. В случае вторичных спиртов (циклододеканол, холестерин) преимущественно получаются р-аномеры с незначительным количеством а-аномеров. Гликозилирование фенолов по этой методике не происходит.

На примере гликозилирования гептан-1-ола 2 было показано, что увеличение соотношения «гликозил-акцептор : гликозил-донор» с эквимольного до двукратного позволяет в два раза увеличить выход ß-гептилгликозида 3b. С другой стороны увеличение количества хлорида цинка в реакционной среде с 1 до 1,5 эквивалентов повысило выход гликозида 3b с 60 до 66%, а дальнейшее увеличение содержания промотора приводило к более сильной деструкции сахаров и, соответственно, к снижению выхода соединения 3b до 52%.

Реакция гексадекан-1-ола 4 с а-хлоридом 1 при кипячении в дихлорметане в присутствии только хлорида цинка приводит к образованию гликозида 5b с выходом 14%, а в присутствии только четвертичной аммонийной соли (Bu4N+Br-) синтез не идет вообще. Переход к более высококипящим растворителям, особенно к более полярным, сопровождается существенной деструкцией углеводов и, соответственно, снижением выхода гликозилирования.

Замена хлорида цинка на другие кислоты Льюиса обычно не приводила к позитивному результату. В случае эфирата борфторида при кипячении в течение 6 час в реакционной смеси сохранялось более 50% исходного гликозил-донора, а в присутствии хлорида олова(11) преимущественно образуется оксазолин 14 и продукты деструкции. Лучшие результаты были получены при использовании хлорида кадмия. Применение одного эквивалента этого промотора увеличивало не только время конверсии а-хлорида 1, но и выход ß-гептилгликозида 3b. Увеличение количества кислоты Льюиса до 1,5 эквивалентов существенно снижало выход реакции. При комнатной температуре реакция шла очень медленно и давала незначительные количества гликозидов 3а и 3b.

ВЫВОДЫ

1. 1,2-транс-Гликозилирование спиртов перацетатом а-глюкозаминилхлорида 1 эффективно в ацетонитриле использованием промотора иодида ртути(11) и дихлорметане или дихлорэтане в случае цианида ртути(11).

2. Установлено, что концентрирование реакционной смеси и увеличение времени кипячения увеличивает выход продуктов 1,2-^ис-гликозилирования в реакции хлорида 1 в нитрометане с активатором HgI2.

3. Наиболее эффективным «сопромотором» реакции хлорида 1 в дихлорметане при комнатной температуре в присутствии хлорида цинка является тетрабутиламмоний бромид, а при кипячении - тетрабутил- и тетраэтиламмоний бромиды.

4. Выявлено повышение выхода продукта гликозилирования хлорида 1 в кипящем дихлорметане при увеличении соотношений хлорид 1 : гликозил-акцептор до 1 : 2 и хлорид 1 : хлорид цинка до 1:1,5.

Список литературы

1. Levi D.E. Organic chemistry of sugars / D.E. Levi, P. Fügedi - Taylor & Francis, 2006. - 865 p.

2. Зурабян С.Э. Успехи синтетической химии гликозаминидов / С.Э. Зурабян, А.Я. Хорлин // Успехи химии. - 1974. - Т. 43, № 10. - С. 1865-1903.

3. Kiso M. The ferrie chloride - catalyzed glycosylation of alcohols by 2-acylamino-2-deoxy-ß-D-glucopyranose 1-acetates / М. Kiso, L. Anderson .// Carbohydr. Res. - 1979. - Vol. 72. - C.12-C.14.

4. Хортон Д. 2-Ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-а-В-глюкопиранозилхлорид / Д. Хортон // Методы исследования углеводов: Пер. с англ. [Под ред. А.Я. Хорлина] - М.: Мир, 1975. - С. 221-224.

5. Virnon J. Synthesis of 6-amino-1-hexyl-2-acetamido-2-deoxy-3-, -4-, and -6-O-P-D-galactopyranosyl-P-D-glucopyranosides / J. Virnon, S. Roseman, Y.C. Lee // Carbohydr. Res. - 1980. - Vol. 82, № 1. -P. 59-69.

6. Practical synthesis of the 2-acetamido-3,4,6-tri-O-acetyl-2-deoxy-P-D-glucosides of Fmoc-serine and Fmoc-threonine and their benzyl esters / I. Carvalho, S.L. Scheuerl, K.P.R. Kartha [et al.] // Carbohydr. Res. - 2003. - Vol. 338, № 10. - P. 1039-1043.

7. Синтез гликозидов 2-ацетамидо-2-дезоксиглюкозы в присутствии HgI2 / А.Е. Земляков, В.О. Курьянов, Е.А. Сидорова [и др.] // Биоорган. химия. - 1998. - Т. 24, № 8. - С. 623-630.

8. Preparation of ether-linked 2-acetamido-2-deoxy P-glycolipids via zinc chloride promoted coupling of Ac4GlcNAc-Cl with lipid hydroxy groups / E.R. Kumar, H.-S. Byun, S. Wang [et al.] // Tetrahedron Lett. - 1994. - Vol. 35, № 4. - P. 505-508.

9. Синтез а-гликозидов метилового эфира А-ацетилмурамоил-Ь-аланил-О-изоглутамина / А.Е. Земляков, В.О. Курьянов, В.В. Цикалов [и др.] // Биоорган. химия. - 1998. - Т.24, № 6. -С. 449-453.

10. Земляков А.Е. Синтез гликозидных аналогов А-ацетилмурамоил-Ь-аланил-Э-изоглутамина / А.Е. Земляков, В.Я .Чирва // Химия природн. соедин. - 1987. - № 5. - С. 714-718.

11. Синтез и протективное антиинфекционное действие аномеров липофильных гликозидов А-ацетилмурамоил-Ь-аланил-Э-изоглутамина / А.Е. Земляков, В.Н. Цикалова, В.В.Цикалов [и др.] // Биоорган. химия. - 2006. - Т. 32, № 4. - С. 424-431.

12. Курьянов В.О. Синтез Р-холестерилгликозида метилового эфира А-ацетилмурамоил-Ь-аланил-D-изоглутамина / В.О. Курьянов, А.Е.Земляков, В.Я. Чирва // Биоорган. химия. - 1996. - Т. 22, № 4. - С. 287-290.

Земляков О.€. Глжозилювання перацетатом a-D-глюкозамшшхлоридув присутносп кислот Лью1са / О.€. Земляков, В.М. Цикалова, С.О. Земляков [та iH.] // Вчет записки Тавршського нацюнального утверситету iM. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюло™, хiмiя". - 2010. - Т. 23 (62). - № 2. -С. 225-231.

Дослвджено реакцй глжозилювання первинних i вторинних спирпв перацетатом a-D-глюкозамшшхлориду з використанням меркурш(П) юдиду i системи промотор1в «цинк хлорид / четвертинна амоншна сiль».

KmHoei слова: глiкозилювання; глшэзиди A-ацетил-D-глюкозамiну, меркурiй(II) iодид, цинк хлорид, четвертинш амонiйнi солi.

Zemlyakov A.E. Glycosylation by peracetate of a-D-glucosaminylchloride in presents of Lewis acids / A.E. Zemlyakov, V.N. Tsikalova, S.A. Zemlyakov [et al.] // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2010. - V.23 (62). - № 2. - P. 225-231.

The glycosylation reactions of primary and second alcohols by peracetate of a-D-glucosaminylchloride with the use of mercury(II) iodide and promoters system «zinc chloride / quaternary ammonium salt» was studied. Keywords: glycosylation, glycosides of A-acetyl-D-glucosamine, mercury(II) iodide, zinc chloride, quaternary ammonium salts.

Поступила в редакцию 18.05.2010 г.