CC BY
20Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 26 (65). 2013. № 1. С. 350-355.
УДК 547.455.623'2:612.014.46
СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ 2-АЦЕТАМ ИДО-2-ДЕЗОКСИ-В-й-
ГЛЮКОПИРАНОЗИЛАМИНА
Чупахина Т.А.
Таврический национальный университет имени В. И. Вернадского, Симферополь, Украина E-mail: [email protected]
Осуществлен синтез 2-ацетамидо-2-дезокси-Р-В-глюкопиранозиламина. Показана возможность использования полученного гликозиламина, как гликозил-донора в реакциях нуклеофильного замещения. Изучены условия ацилирования 2-ацетамидо-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозиламина. Строение синтезированных iY-замещенных гликозидов однозначно доказано методом 1Н ЯМР спектроскопии.
Ключевые слова. гидрогенолиз, гликозилазид, гликозиламин, ацилирование. ВВЕДЕНИЕ
В синтетической химии углеводов разработка и усовершенствование подходов к построению А-гликозидной связи занимает одно из центральных мест. Модифицированные производные сахаров представляют большой научный и практический интерес, поскольку многие из них обладают ярко выраженной биологической активностью и находят применение в медицине, например, в качестве эффективных противовирусных и противораковых препаратов. Иммобилизованные на синтетических полимерах или при помощи агарозного геля синтетические углеводные производные, содержащие А-гликозидные связи, могут применяться для разделения различных белков или природных гликопротеинов [1]. Не исчезает интерес и к синтезу моно- и дизамещенных производных тиомочевины, мочевины или тиосемикарбазида как аналогов нуклеозидов и гликозиламиногетероциклических соединений с потенциальной биологической активностью, например, противомалярийной [2-4]. Различные А-ацильные производные 2-ацетамидо-2-дезокси-В-глюкопиранозиламина являются сильными метаболическими ингибиторами гликозидазы клеточной мембраны.
Одним из основных и наиболее простых подходов к получению модифицированных моносахаридов является синтез А-гликозиламинов. Они представляют интерес как интермедиаты, содержащие свободную аминогруппу для дальнейших превращений, что и привлекает большое внимание химиков-синтетиков и биохимиков. Гликозиламины легко доступны восстановлением гликозилазидов и являются ключевыми билдинг-блоками в построении молекул природных соединений [5], их синтетических аналогов, прежде всего, углевод-
пептидных конъюгатов, служат удобной платформой в синтезе малодоступных иным путем Ь-аминокислот [6-8].
В настоящем сообщении обсуждаются особенности синтеза ^-замещенных гликозидов 2-аминосахаров на примере 2-ацетамидо-2-дезокси-0-глюкозы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Температуру плавления определяли на приборе ПТП в открытых стеклянных капиллярах, оптическое вращение при 20-22 оС - на поляриметре Ро1аша1>А (1=546 нм).
Анализ состава реакционных смесей, чистоты синтезированных соединений, а также мониторинг реакций, проводили методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинках 8огЬШ-АФВ-УФ («Сорбполимер», Россия). Зоны веществ обнаруживали 5% раствором серной кислоты в этаноле с последующим нагреванием до 200-300 оС. Для проявления хроматограмм использовали системы растворителей: бензол-изопропиловый спирт, 10:1 (А), хлороформ-изопропиловый спирт, 15:1 (Б).
1Н ЯМР спектры получены на спектрометрах Уайап Мегсигу-400 (400 МГц), внутренний стандарт - Ме481. Приведены химические сдвиги (ХС) (м.д., 5-шкала) и константы спин-спинового взаимодействия (КССВ, Гц).
Схема 1
Синтез 2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-Р-Б-гюкопиранозиламина (2)
ОАс О Ас
АсООХ^/мз АсООХ^мн2
ОТАс СнзОн МнАс
1 2
1 г (2,69 ммоль) гликозилазида 1 [9] подвергли гидрогенолизу над 1,5 г (12,6 ммоль) никель Ренея [10] в 10 мл метанола. Реакционную смесь перемешивали в течение 4 ч при комнатной температуре (контроль ТСХ, система А). Отфильтровали катализатор, растворитель отгоняли при пониженном давлении. Выход сырого продукта 2 составил 970 мг.
Схема 2
Синтез ЛЦЛ'-трет-бутилоксикарбонил-Ь-фенилаланил)-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозиламина (4)
О .ОАс
—МСзИСО лсО^-О нВ°Г П еос:А„Ж
О
^ мнвОИ АЙ^^Г^
3 4 ----- О
К раствору 230 мг (0,87 ммоль) трет-бутилоксикарбонилфенилаланина 3 в 4 мл безводного метиленхлорида прибавляли при 0-5 оС 120 мкл (0,87 ммоль) триэтиламина и 84 мкл (0,87 ммоль) этилхлорформиата. Через 15 мин в
реакционную смесь внесли 300 мг (0,87 ммоль) гликозиламина 2 и выдерживали при 0 оС в течение 1 ч, а затем при комнатной температуре (контроль ТСХ, система Б). Выпавшую соль отфильтровывали, растворитель отгоняли при пониженном давлении. Осадок растворяли в 15 мл хлороформа, промывали водой (3^10 мл). Органический слой сушили над безводным сульфатом натрия, осушитель удаляли, растворитель отгоняли при пониженном давлении. Полученный осадок перекристаллизовали из изопропилового спирта. Выход продукта 4 - 178 мг (45%); т. пл. 195 оС, [а]54б -0,18о (с 1,0; БМ80).
1Н ЯМР (БМ80-аб): 1,31с (9Н, 3СН3), 1,77с (3Н, КНАс), 1,94с, 1,97с, 2,02с, (9Н, 3ОАс), 2,74д, 2,94д (2Н, -СН2РЬ-), 4,04м (1Н, -СНСО-), 4,20м (4Н, Н-2, Н-5, Н-ба, Н-бь), 4,84дд (1Н, Н-4, 35 9,2 Гц), 5,09дд (2Н, Н-3, 4 10,0 Гц), 5,13дд (1Н, Н-1, 3,2 9,б Гц), б,45д (1Н, -КНВос-, 3ШВос 8,4 Гц), 7,21м (5Н, СНар0м.), 7,83д (1Н, КН, 3гш 9,б Гц), 8,52д (1Н, -КНС0-, 3Шсо 8,8 Гц).
Схема 3
Синтез Лг,Л'-бис-(2-ацетамидо-3,4,б-три-О-ацетил-2-дезокси-Р-В-глюкопиранозил)тиомочевины (б)
•0Ас 0Ас
0Ас
0 2 ^Сч Н
Чтттд. 11 Г
° б
В 5 мл хлористого метилена растворяли 33б мг (0,87 ммоль) изотиоцианата 5 [9] и 300 мг (0,87 ммоль) гликозиламина 2. Реакционную смесь перемешивали 3 ч при комнатной температуре (контроль ТСХ, система А). Растворитель отгоняли при пониженном давлении. Полученный осадок кристаллизовали из изопропилового спирта. Выход соединения б составил 410 мг (б5%); т. пл. 248 оС, [а]54б -0,35о (с 1,0; БМ80).
:Н ЯМР (БМ80-аб): 1,78с (бН, 21ЧНАс), 1,91с, 1,97с, 1,99с (18Н, б0Ас), 3,75дд, 4,22дд (4Н, 2Н-ба, 2Н-бь, 3гем 12,б Гц), 3,9бм (4Н, 2Н-2, 2Н-5), 4,83дд (2Н, 2Н-4, 34,5 10 Гц), 5,0бдд (2Н, 2Н-3, 33 4 9,б Гц), 5,00дд (2Н, 2Н-1, 31 2 8,8 Гц), 8,07дд (2Н, 1ЧН, 32,ш 9,б Гц), 8,35д (2Н, КНС8).
Схема 4
Синтез ЛЦ1,2:3,4-ди-О-шопропилиден-а-Б-галактопирануроноил)-2-ацетамидо-3,4,б-три-О-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозиламина (7)
0Ас
0 С00Н СИ.
7
1. 80С12, Ру
2. 3, Е^
Н3С 0 0чАсН№
Н3С 0
0Ас 0Ас
0/
Н3С—/-0
СН3 8
Н3С
К раствору 159 мг (0,58 ммоль) диацетонгалактуроновой кислоты 7 [11] в 5 мл безводного толуола добавляли 51 мкл (0,64 ммоль) пиридина и 47 мкл (0,64 ммоль) тионилхлорида. Через час в реакционную смесь внесли 200 мг (0,58 ммоль) гликозиламина 2, 90 мкл (0,64 ммоль) триэтиламина и перемешивали реакционную массу при комнатной температуре (контроль ТСХ, система Б). Осадок отфильтровали, растворитель отгоняли досуха при пониженном давлении. Остаток растворяли в 15 мл хлороформа, отмывали водой (3^10 мл). Органический слой сушили над безводным сульфатом натрия, удаляли осушитель, растворитель отогнали при пониженном давлении. Полученный осадок кристаллизовали из изопропилового спирта. Выход соединения 8 составил 180 мг (52%); т. пл. 245 оС, [a]546 -0,29о (с 1,0; DMSO). !Н ЯМР (DMSO-d6):
1,72с (3H, NHAc), 2,00c, 1,96с,1,92с (9H, OAc), 4,04м (3H, Н-2, Н-5, H-6ab), 4,17дд (1Н, H-6ab, J™, 12,6 Гц), 4,82дд (1Н, Н-4, J4,5 10 Гц), 5,20дд (1Н, Н-1, J12 8,8 Гц), 5,15дд (1Н, Н-3 J34 10 Гц), 7,91д (1Н, NH, JZNh, 8,8 Гц).
1,29с, 1,28, 1,24с (12Н, 4СН3), 4,88д (1Н, Н-5, J5 6 1,6 Гц), 4,42д (1Н, Н-2, Ji,2 2,6 Гц), 4,51дд (1Н, Н-4, J4,5 2,2 Гц), 4,65дд (1Н, Н-3, J34 5 Гц), 5,59д (1Н, Н-1, J2 4,8 Гц), 7,98д (1Н, NHCO, JNHco 8,8 Гц).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Одним из классических подходов к получению гликозиламинов является восстановление соответствующих гликозилазидов. Ранее нами показано, что нуклеофильное замещение атома хлора в гликозил-галогениде на азидогруппу с участием азида натрия легко протекает в условиях межфазного катализа с использованием краун-эфира [9]. Этот подход был использован в синтезе гликозилазида 1, который далее восстанавливали над никелем Ренея в среде метанола. Полученный гликозиламин 2 без предварительной очистки использовали для дальнейшей модификации по аминогруппе.
Ацилирование соединения 2 Вос-фенилаланином методом активированных эфиров или карбодиимидным методом не увенчалось успехом, что, по-видимому, связано с низкой нуклеофильностью атома азота при гликозидном центре. Целевой продукт 4 с выходом 45% удалось получить с помощью метода смешанных ангидридов [12]. Получение in situ хлорангидрида диацетонгалактуроновой кислоты и последующее взаимодействие его с гликозиламином 2 привело к образованию N-ацилглюкопиранозиламина 8 с выходом 52%.
Наряду с использованием спейсерированных гликозидов, которые занимают особое место в химии углеводов, немалую роль играет и синтез поливалентных лигандов, несущих заданное количество моносахаридных остатков. Для получения подобных соединений, содержащих несколько остатков 2-ацетамидо-2-дезокси^-глюкозы, связанных с кором неуглеводной природы N-гликозидной связью, выбран один из наиболее универсальных синтетических интермедиатов используемый в органической химии - гликозилизотиоцианат. Реакцией эквивалентных количеств
соединений 5 и 2 в дихлорметане синтезирована дизамещенная тиомочевина б с выходом б5%. Возможна и дальнейшая модификациия данного производного по атому серы, что позволяет рассматривать его и как спейсерный гликозид.
Строение всех полученных соединений доказано с помощью iH ЯМР спектроскопии. Из ПМР-спектров соединений 4, б, S однозначно следует ß-конфигурация гликозидных центров - наличие однопротонных триплетов с ХС от 5,i3 до 5,49 м.д. и величинами КССВ S,S-9,6 Гц.
Введение аминокислотного остатка по аминогруппе в гликозиламине 4 подтверждается присутствием в его спектре трех однопротонных дублетов амидных групп с ХС б,45, 7,S3 и S,52 м.д. Сигнал метинового протона идентифицирован в характерном для аминокислот узком интервале 3,79-4,24 м.д. В более слабом поле -S 2,74 м.д. и 2,94 м.д., расположен сигналы протонов группы СЩ. В спектре также присутствуют сигналы протонов углеводного остатка и протонов метильных групп Вос-защиты в аминокислотном остатке.
Спектр N-уроноилглюкопиранозиламина S полностью соответствует заданной структуре. В частности, об образовании амидной связи свидетельствует наличие в ПМР-спектре сигналов протонов амидных групп в области 7^9-7,97м.д., а также идентифицированы сигналы протонов остатка N-ацетилглюкозамина и D-галактуроновой кислоты, протонов изопропилиденовых защитных групп.
Спектр бис-производного б характеризуется удвоением интегральной интенсивности сигналов протонов остатков D-глюкозамина. В спектре идентифицирован сигнал протона тиоамидной группы в виде дублета с ХС S,4 м.д. и также сигналы скелетных протонов углеводного остатка.
ВЫВОДЫ
1. Установлено, что N-ацилирование 2-ацетамидо-2-дезокси^-Б-глюкопиранозиламина аминокислотами осуществляется методом смешанных ангидридов.
2. Модифицированная методика может быть использована для получения углеводных производных аминокислот с психотропной активностью.
3. Показано, что для получения различных N-замещенных производных 2-ацетамидо-2-дезокси^-0-глюкопиранозиламина необходимо использование высокореакционных органических соединений.
Список литературы
1. Likhosherstov L.M. New synthesis of glicosylamines of D-mannose, 2- and б-deoxysugars, and glucoronic acid with the use of ammonium carbamate I L.M. Likhosherstov, O.S. Novikova V.N. Shibaev II Doklady Chemistry. - 2003. - Vol. 3S9, No 4-б. - P. 73-7б.
2. Gama Y. Novel and efficient synthesis of 4-dimethylamino-2-glycosilaminoquinazolines by cyclodesulfurization of glycosyl thioures with dimethylcyanamide I Y. Gama, I. Shibuya, M. Shimizu II Chem. Pharm. Bull. - 2002. - No 50. - P. 1517-1519.
3. Wang Q. Synthesis and application of carbohydrate - containing polymers I Q. Wang, J.S. Dordick, R.J. Linharat II Chem. Mater. - 2002, No 14. - P. 3232-3244.
4. Tao J. Synthesis of 5-(6-pyridazinone-3-yl)-2-glycosylamino-1,3,4-oxadiazoles I J. Tao, D.-Z. Wang, L.-H. Cao II J. Chin. Chem. Soc. - 2007. - Vol. 54, No 5. - P. Ш7-1292.
5. Suzuki T. Total synthesis of spicamycin / T. Suzuki, S.T. Suzuki, I. Yamada [et al.] // J. Org. Chem. -2002. - Vol. 67, No 9. - P. 2874-2880.
6. Hager Ch. Epimerisation of carbohydrates and cyclitols. 17.1 Synthesis of glycosyl azides and N-acetyl glycosyl amines of rare monosaccharides / Ch. Hager // Synthesis. - 2000. - No 2. - P. 226-232
7. Suzuki T. Total synthesis of spicamycin amino nucleoside / T. Suzuki, S.T. Suzuki, I. Yamada [et al.] // Org. Lett. - 2000. - Vol. 2, No 8. - P. 1137-1140.
8. Macmillan D. Solid - phase synthesis of thioether - linked glycopeptide mimics for application to glycoprotein semisynthesis / D. Macmillan, A.M. Daines, M. Bayrhuber [et al.] // Org. Lett. - 2002. -Vol. 4, No 9. - P. 1467-1470.
9. Чупахина Т.А. Катализируемое краун-эфирами нуклеофильное замещение в перацетате а-глюкозаминилхлорида / Т.А. Чупахина, В.О. Курьянов // Ученые записки Симферопольского государственного университета. - 1998. - № 5 (44). - С. 192-198.
10. Беккер Х. Органикум / Х. Беккер, Р. Беккерт, В. Бергер [и др.] - М.: Мир, 2008. - Т. 2. - 336 с.
11. Kovach P. Synthesis carbohydrate. Nucleoside. Nucleotide / P. Kovach // J. Carbohydr. Nucleosid. Nucleotid. - 1974. - Vol. 1, No 2. - P. 183-186.
12. Гершкович А.А. Химический синтез пептидов / А.А. Гершкович, В.К. Кибирев - К.: Наук. думка, 1992. - 360 с.
Чупахша Т.О. Синтез та xiMi4Ha модификация 2-ацетамвдо-2-дезокси-р^-глюкошранозиламшу / Т.О. Чупахша // Вчеш записки Тавршського нащонального ушверситету iм. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, ^я". - 2013. - Т. 26 (65), № 1. - С. 350-355.
Запропоновано простий споаб отримання 2-ацетамщо-2-дезокси-Р^-глюкотранозиламшу вщновленням вщповщного гакозилазщу. Показано можливють використання отриманого глкозиламшу, як глкозил-донора в реакщях нуклеофшьного замщення. На прикладi jV-захищено! амшокислоти вивчено умови ацилювання 2-ацетамщо-2-дезокси-Р^-глюкошранозиламшу. Встановлено, що оптимальним для отримання подiбних глiкопептидiв е метод змшаних ангiдридiв. Ацилювання дiацетонгалактуроновою кислотою можливо через утворення in situ вщповщного хлоранпдриду. Здшснено модифкащю за амшогрупою глжозиламшу ушверсальним синтетичним iнтермедiатом - глiкозилiзотiоцианатом. Такий тдхщ дозволив отримати спейсерований глкозид. Будову синтезованих ^-замщених глiкозидiв однозначно доведено методом 'Н ЯМР спектроскопа. Ключовi слова. глжозилазщ, гiдрогенолiз, глкозиламш, ацилювання.
Chupakhina T.A. Synthesis and chemical modification of 2-acetamido-2-deoxy-p-D-glucopyranosylamine / T.A. Chupakhina // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. -Series: Biology, chemistry. - 2013. - Vol. 26 (65), No. 1. - Р. 350-355.
A simple method for the preparation of 2-acetamido-2-deoxy-P-D-glucopyranosylamine by reducing of appropriate glicosylazid was proposed. The possibility of use of glycosylamine as a potential glycosyl-donor in the nucleophilic substitution was shown. On the example of ^-protected amino acid it was studied acylation conditions of 2-acetamido-2-deoxy-P-D-glucopyranosylamine. It was shown that the optimal for obtaining of such glycopeptides is the method of mixed anhydrides. Acylation by diacetongalacturonic acid as a possible through in situ formation of the corresponding acyl chloride. A modification of amino group of glycosyl amine by versatile synthetic intermediate - glycosyl isothiocyanate was shown. This approach allowed us to synthesize spacer armed glycoside. The structure of the synthesized jY-substituted glycosides clearly proven by *H NMR spectroscopy.
Keywords. glicosylazid, hydrogenolysis, glicosylamin, acylation.
Поступила в редакцию 22.02.2013 г.
