Biológiailag aktív cukor szulfátészterek analógjainak, cukorszulfonátoknak és cukor-metilén-szulfonátoknak szintézise.

Átírás

1 1. Az értekezés előzményei és célkitűzései Biológiilg ktív cukor szulfátészterek nlógjink, cukorszulfonátoknk és cukor-metilén-szulfonátoknk szintézise Doktori (D) értekezés tézisei Lázár László Témvezető: Dr. Lipták András Dereceni Egyetem, Természettudományi Kr Derecen, A szulftált szénhidrátok széles kören fellelhetők természeten, főként sejtfelszínen és z extrcelluláris téren. Ezek ngy iológii ktivitássl rendelkező szulftált cukrok elsősorn molekuláris szinten lejátszódó felismerési folymtokn, illetve z intercelluláris kommunikáción vesznek részt. Ezeket iológii folymtokt iológii htássl rendelkező molekulrészen tlálhtó szulfátésztercsoportok, nionos jellegükől dódón, főként ionos kötések létrehozásávl segítik elő (pl. szénhidrát-fehérje között). Mivel szulfátésztercsoportok érzékenyek szulftázok és z észterázok hidrolitikus htásár, ezért célul tűztük ki ngyo hidrolitikus stilitású nionos csoportokt trtlmzó nlógok szintézisét. Erre célr szulfonát és metilén-szulfonát csoportokt válsztottuk. Ezek negtív töltéssel rendelkező szulfonsv szármzékok ellenállók z említett enzimekkel szemen, így tová képesek iztosítni szervezeten iológii htást. A szekunder cukor szulfonsvk és cukor metilén-szulfonsvk szintézisére lig vn péld z irodlomn. A kuttócsoportunk z elmúlt néhány éven intenzív kuttásokt folyttott cukor szulfonsvk szintézise területén. Én szekunder cukor szulfonsv és metilén-szulfonsv funkciók szintézisére áltlánosn lklmzhtó módszerek kidolgozásán vettem részt. Ezt először monoszchrid szinten volt célszerű megvlósítni. A Mycocterium vium glikopeptidolipidjének core régiój trtlmz egy 6- dezoxi-l-tlóz komponenst, mely 4-es helyzetéen szulftált. Elsőként ezt z lkotóelemet, illetve ennek szulfonsv és metilén-szulfonsv nlógjit krtuk előállítni metil glikozid formán, iológii összehsonlítás céljáól. Mivel kívánt tlopirnóz szármzékok szintézisét L-rmnózól terveztük levezetni, ezért kézenfekvőnek tűnt, hogy megfelelő rmno-4-szulfátészter, -4-szulfonsv és -4-metilén-szulfonsv szármzékokt is előállítsuk. Kuttócsoportunkn z 1,2-tiovándorlási rekciók előnyeit felhsználv sikeresen szintetizáltk glüko- és mnno-2-szulfonsv szármzékokt. Az lklmzott módszer lényege következő. H nomer helyzeten megfelelő tiocsoportot (Tr, PMBn), kettes helyzeten jó távozó csoportot (Ms) trtlmzó glikozidot megfelelő nukleofillel ( - Me) 1

2 regálttunk, kkor z lkiltiocsoport kettes pozíció vándorol. Az így kpott 2- tiocsoportokól z H-csoport felszdíthtó és oxidálhtó szulfonsvvá, mely történhet egy (in situ) vgy két lépésen. Az eddig vizsgált tiocsoportok közül csk tritiltiocsoport lklmzás révén sikerült jó hozmml 2-szulfonsvt nyerni. Ezért célul tűztük ki olyn új tiocsoportok felkuttását és tnulmányozását, melyek vándorlás után könnyen oxidálhtók megfelelő 2-szulfonsvvá. Erre célr z cetiltio-, 2-(trimetilszilil)etiltioés z lliltiocsoportot válsztottuk. 2. Az lklmzott vizsgálti módszerek zintetikus munkám során modern preprtív szerves kémi mkro-, félmikro- és mikromódszereit egyránt lklmztm. A rekciók követésére, z nygok tiszt-ságánk ellenőrzésére vékonyréteg-kromtográfiát, míg rekcióelegyek tisztításár kristályosítást és oszlopkromtográfiát hsználtm. Az előállított vegyületek jellemzése, zonosítás és szerkezetük igzolás klsszikus nlitiki eljárásokkl (elemnlízissel, olvdáspont és fjlgos forgtóképesség meghtározásávl), vlmint modern MALDI TF M tömeg-spektrometriávl és 1 H- és 13 C-NMR spektroszkópiás módszerek lklmzásávl történt. Az NMR vizsgáltok során termékek teljes 1 H- és 13 C-NMR hozzárendelése kétdimenziós technikák lklmzásávl ( 1 H- 1 H CY, TCY és 13 C- 1 H HQC) történt. formáján (176 * ), illetve ennek metilén-szulfonát (181) és szulfonát (197) nlógjit szintetizáltm. Előállítottm ezek rmno megfelelőit, vgyis rmno-4--szulfátészter (173), -4-metilén-szulfonát (183) és -4-szulfonát (189) nlógokt is Tlo- és rmno-4--szulfátészterek kilkítás A megfelelő rmno-4--szulfát szármzék szintézisét metil-2,3--izopropilidénα-l-rmnopirnozidól (171) kiindulv vlósítottm meg. A 171 vegyületet kezeltem kéntrioxid-piridin komplex-szel DMF-en, mjd nyert 4--szulfát szármzékról (172) ecetsvs hidrolízissel, kvntittívn távolítottm el z izopropilidén védőcsoportot, s így megkptm kívánt metil-4--nátriumszulfonáto-α-l-rmnopirnozid (173) célvegyületet. A kívánt tlo-4--szulfát szármzékot metil-6-dezoxi-2,3--izopropilidén-α-ltlopirnozidól (174) kiindulv, rmno szármzékoknál hsznált eljárás szerint állítottm elő. A szulfátésztercsoport kilkítását ( 175) követően een z eseten is svs hidrolízissel nyertem kívánt metil-4--nátriumszulfonáto-α-l-tlopirnozid (176) célvegyületet (1. ár). H Me 77% Me kvnt H H Me 3. Az értekezés új tudományos eredményei 3.1. Tlo- és rmno-4--szulfátészterek, -4-szulfonátok és -4-metilénszulfonátok előállítás H 174 Me 79% 175 Me kvnt. H ) 10 ekv. 3 piridin, DMF, 1 ór; NHC 3 ; ) 96% AcH, 30 perc. 1. ár 176 H Me A célkitűzésen megfoglmzottk szerint elsőként Mycocterium vium glikopeptidolipidjének core régióján tlálhtó egyik monoszchrid lkotóelemet, 4- es helyzeten szulftált 6-dezoxi-L-tlopirnóz részt állítottm elő, metil-glikozid 2 * A vegyületek számozás megegyezik z értekezésen hsználttl. 3

3 Tlo- és rmno-4-metilén-szulfonátok előállítás A kívánt tlo- és rmno-4-metilén-szulfonsv szármzékok előállítás során kétféle módszert hsználtm. Az első eseten, megfelelő 4-exometilén szármzékokól (177 és 184) kiindulv, először tiolecetsvs ddíciót hjtottm végre AIBN gyökiniciátor jelenlétéen, mjd ezt követően nyert cetiltiometil szármzékokt (178, 179 és 185) xonnl (2KH 5, KH 4, K 2 4 ) metilén-szulfonsvvá (180, 182 és 183) oxidáltm. A 180 és 182 védett metilén-szulfonsv szármzékokról eltávolítv z izopropilidén védőcsoportokt, kívánt 181 és 183 célvegyületeket nyertem. A második módszernél NH 3 -ot ddícionáltm 177 és 184 exometilén szármzékokr t-util-perenzoát jelenlétéen, így egy lépésen jutottm el megfelelő 182 és 183 metilén-szulfonsv szármzékokhoz (2. ár). H 2 C Me 4 Me Me c 69% kvnt. Ac H H Me % (1:1) Me Me c Me 177 Ac 54% kvnt. N 3 N 3 H H d % Ac H H 185 Me 17% 65% H 2 C d 65% H H 184 ) 5 ekv. AcH, AIBN, toluol, 80 C, 8 ór; ) 2.5 ekv. xon, 20 ekv. KAc, AcH; c) 96% AcH, 60 C, 1ór; d) 10 ekv. NH 3, t-util-perenzoát, EtH-H 2, reflux, 4 ór. 2. ár Eddigi munkám során NH 3 -tl végzett ddícióknál két lehetséges termék közül mindig csk z ekvtoriális szármzékot kptm. A tiolecetsvs ddíció esetéen viszont nem tpsztltm ilyen egyértelmű sztereoszelektivitást. Míg 184 exometilén szármzékól kiindulv szelektíven csk z ekvtoriális cetiltiometil szármzékot (185) Me nyertem, ddig 177 exometilén szármzék esetéen gykorltilg 1:1 rányn képződött xiális (178) és ekvtoriális (179) termék is Tlo- és rmno-4-szulfonátok szintézise A tlo- és rmno-4-szulfonsv szármzékok előállításához intermolekuláris nukleofil szusztitúciós rekciókt lklmztm. Elsőként négyes helyzeten szd hidroxilcsoportot trtlmzó rmno és tlo szármzékokt (171 és 174) kezeltem trifluormetán-szulfonsv-nhidriddel, mjd nyert 4--triflát szármzékokt regáltttm kálium-tiolcetáttl. Az elvégzett rekciók során 171 vegyületől kívánt tlo-4--cetil szármzék helyett egy furnozid típusú vegyületet kptm. A 174 vegyületől kiindulv már sikerült izolálnom várt rmno-4--cetil szármzékot (186), de csk igen szerény hozmml, ugynis főtermékként 187 eliminációs termék képződött. A 186 tiocetil szármzékot xonnl ecetsvn oxidáltm, mjd z így nyert rmno-4-szulfonsv szármzékról (188) eltávolítv z izopropilidén védőcsoportot 189 célvegyületet kptm (3. ár). H H Me Me 186 Me Ac N 6% 3 61% Me 187 eliminációs termék 5 furnozid szármzék 188 Me c kvnt. ) Tf 2, CH 2 Cl 2, piridin; 2.5 ekv. KAc, DMF, 60 o C, 2 ór; ) 2.5 ekv. xon, 20 ekv. KAc, AcH; c) AcH 96%, 60 o C, 1 ór. 3. ár A tlo-4--cetil szármzék sikertelen előállítás és rmno-4--cetil szármzék kilkítás során elért lcsony hozmok mitt, kettes és hárms helyzeten hsznált izopropilidéncsoport helyett enzoil védőcsoportok lklmzásávl próálkoztunk. H 189 H Me

4 Me Me Me c 64% 70% Bz Bz H Me Ac Bz N Bz 3 H % H Bz Bz 34% Me Me 190 c Ac % 77% Bz Bz Me Bz Bz 28% Me 26% H Bz Bz 193 elimináció Bz Bz 199 ) Tf 2, CH 2 Cl 2, piridin; 2.5 ekv. KAc, DMF, 60 o C, 2 ór; ) 10 ekv. 30% H 2 2, 1 ekv. NAc, AcH, 50 o C, 24 ór; c) NMe, MeH. 4. ár A megfelelő rmno-2,3--enzoil szármzékól (190) kiindulv, és fentieken hsznált eljárást követve, már sikerült előállítni kívánt tlo-4-cetiltio szármzékot is (194), de ngy meglepetésemre főtermékként rmno izomert (195) kptm. Ez csk kkor lehetséges, h nem tisztán N 2-típusú mechnizmus szerint játszódott le rekció. Az így kpott tlo és rmno-4-cetiltio szármzékokt (194 és 195) hidrogén-peroxiddl szulfonsvvá oxidáltm ( 196 és 198), mjd enzoil védőcsoportok eltávolítás után kívánt 189 és 197 célvegyületeket nyertem. Ezután, 190 vegyülethez hsonlón, megfelelő tlo-2,3--enzoil szármzékot (193) is kezeltem trifluormetán-szulfonsvnhidriddel, mjd kálium-tiolcetáttl regálttv főtermékként kívánt rmno-4--cetil szármzék (195) képződött, ár jelentős mennyiségű eliminációs terméket (199) is kptm (4. ár) Cukor-2-szulfonsvk előállítás A célkitűzéseknek megfelelően intrmolekuláris nukleofil szusztitúciós (tiovándorlási) rekciókt is hsználtm szekunder szulfonsvk előállítás során. Az nomer helyzeten egy megfelelő tiocsoportot, kettes helyzeten egy jó távozó csoportot (pl.: -mezil) trtlmzó szármzékot nukleofillel regálttv z lkil-/cil-tiocsoport 6 kettes pozíció vándorol. Az így kpott 2-tiocsoportokól z H-csoport felszdíthtó és szulfonsvvá oxidálhtó, mely történhet egy vgy két lépésen. Ezt z eljárást követve sikeresen állítottm elő glüko- és mnno-2-szulfonsv szármzékokt (208, 209, 226 és 239). Négy új típusú tiolvédőcsoportot hsználtm (tritil-, 2-(trimetilszilil)etil-, cetil- és z llilcsoportot), melyől z utolsó hármt én lklmztm elsőként z 1,2-tiovándorlási rekcióknál. A vándorlási rekciók során kpott 2-tiocsoportokt minden eseten sikeresen lkítottm át megfelelő 2-szulfonáttá. Bn Bn Bn Bn Bn Bn Ms Ms 232 Tr Ms 223 Ac Ms ime 3 55% 58% + Bn Bn ime % 13% + Bn Bn Tr 27% 215 N3 15% 7 Bn Bn Bn 225 Bn ) 10 ekv. N, DMF, 0 o C, 1 ór (223), 70 o C, 8 ór (205 és 232), 80 o C, 72 ór (214). Ac N3 ime 3 5. ár A megfelelő 2--mezil szármzékokól (205, 214, 223 és 232) kiindulv, mind négy tiocsoport esetéen végeztem vándorlási rekciókt nátrium-zid nukleofil jelenlétéen, DMF-et hsználv oldószerként. Míg z cetiltio- és z lliltiocsoportoknál csk megfelelő 1,2-trnsz termék képződött (225 és 233), ddig 2-(trimetilszilil)etiltiocsoport esetéen 4:1 rányn kptm 1,2-trnsz (206) és 1,2-cisz (207) terméket is. A tritiltiocsoportnál végzett rekció során 2:1 rányn 1,2-cisz (215) és eliminációs terméket (216) nyertem (5. ár). 216 Tr

5 Lényegesnek trtom megemlíteni, hogy vizsgált tioglikozid vándorlási rekciók lejátszódásához áltlán elengedhetetlen o C hőmérséklet, ugynkkor z 1-cetil csoport esetéen ezek rekciók kár 0 o C-on is gyorsn végemennek. A 2--[2 -(trimetilszilil)etil] (206 és 207) szármzékokól, vlmint 233 vegyület izomerizációj révén nyert szétválszthttln keverékől ( :3), két lépésen, higny-trifluorcetát és xon hsználtávl megfelelő 2-szulfonsv szármzékokt (208, 209 és 239) kptm. A 2--tritil szármzéknál (215) xont és 2--cetil szármzék (225) esetéen pedig hidrogén-peroxidot lklmzv, egy lépésen kptm kívánt 2- szulfonátokt (209 és 226, 6. ár). A legjo tudomásunk szerint ilyen típusú ifunkciós molekulák előállításáról mások még nem számoltk e. 206 N 3 Bn % 71% N Bn Bn (1:3) c 71% Bn Bn Bn 36% N Bn 209 Bn N N ) 1.5 ekv. Hg(CF 3 C) 2, CH 2 Cl 2, H 2, 6 ór; 2.5 ekv. xon, 20 ekv. KAc, AcH, 4 ór; ) 2.5 ekv. xon, 20 ekv. KAc, AcH, 16 ór; c) 10 ekv. H 2 2, 1 ekv. NAc, AcH, 50 o C, 24 ór. 6. ár Más nukleofilekkel is végeztem 1,2-tiovándorlási rekciókt: z 1--cetil szármzékot (223) kálium-tiolcetáttl, z lliltioglikozidot (232) pedig nátrium-cetáttl regáltttm (7. ár). Mindkét eseten, nátrium-ziddl végzett rekciókhoz hsonlón, csk megfelelő 1,2-trnsz termék (227 és 234) képződését tpsztltm % Bn Bn Bn 227 Ac Ac ) 10 ekv. NAc, DMF, 70 o C, 5 ór; ) 10 ekv. KAc, DMF, 0 o C, 1 ór % Bn 7. ár A tritiltiocsoport esetéen megvizsgáltuk zt is, hogy különöző oldószerek hsznált miképpen efolyásolj vándorlási rekció kimenetelét. A DMF-en szükséges 72 órás rekcióidő 24 órár csökkent DM, cetonitril vgy metil-etil-keton hsználtávl. A metnoln (reflux hőmérsékleten) 12 ór ltt ment vége rekció. A termékek rány, minősége és mennyisége is változott DMF-en végzett rekcióhoz képest. Míg DM hsznált esetéen lényegesen nőtt z 1,2-cisz (215) hozm és kevese eliminációs termék (216) képződött, ddig z cetonitril és metil-etil-keton hsználtkor csk 216 glikált kptm. A legmeglepő eredményt metnol esetéen tpsztltm, hiszen várt termék (215) mindössze 7%-n képződött, s főtermékként 83%-os összhozmml nyertem 217 és 218 β- és α-metil-glükozidok 5:1 rányú keverékét (8. ár, 1. tálázt). A metil-glikozidok képződése csk úgy mgyrázhtó, hogy ngy feleslegen jelenlevő metnol nukleofilként is működött (7%) ) 10 ekv. N, MeH, reflux, 12 ór. Bn ár Tr Me + ( %) Bn Tr Me Tritiltio-glikozid 10 ekvivlens nátrium-ziddl 80 o C-on végzett vándorlási rekciói különöző oldószerek hsznált esetéen oldószer 215 (hozm %-n) 216 (hozm %-n) 217 és 218 (összhozm) rekcióidő DM ór DMF ór cetonitril ór metil-etil-keton ór metnol % 12 ór 1. tálázt Ac 8 9

6 Végül különöző tiocsoportok és nukleofilek jelenlétéen elvégzett 1,2 tiovándorlási rekciókt összegezve következők mondhtók. A vándorlási rekciók során egyedüli vgy főtermékként áltlán megfelelő 1,2-trnsz termék képződött, de ngy térigényű tritiltiocsoport esetéen sztereoszelektivitás már nem volt ilyen egyértelmű. Az elvégzett vizsgáltokól láthtó, hogy vándorlási rekciónál hsznált tiocsoport milyensége ngyn efolyásolj rekció lkulását, illetve z lklmzott nukleofil és z oldószer szerepe sem elhnygolhtó rekció kimenetelével kpcsoltn. Megállpítottuk, hogy z előállított 1-tio-szármzékok közül tritiltio-, trimetilszililetiltio- és z cetiltio-csoportok kiváló kiindulási nygok cukor-2- szulfonsvk előállításához, ugynis vándorlás után könnyen oxidálhtók szulfonsvvá. A nátrium-cetát nukleofilként vló hsználtávl olyn potenciálisn szulfonsvvá lkíthtó 2-tio-szármzékot állítottm elő, mely z nomer helyzeten -cetil csoportot trtlmz, ezért közvetlenül, vgy kise átlkítás (pl: triklór-cetimidát) után glikozil donorként hsználhtó fel. Ilyen típusú donorokt későieken glikózminoglikánok szerkezetével nlóg oligoszchrid célvegyületek szintézisénél szeretnénk felhsználni. 4. Összefogllás Összefogllásként elmondhtom, hogy sikeresen szintetizáltm M. vium glikopeptidolipidjének corrégióján tlálhtó, 4-es helyzeten szulftált 6-dezoxi-Ltlopirnóz részt, metil-glikozid formán, illetve ennek rmno-megfelelőjét, metil-4-nátriumszulfonáto-α-l-rmnopirnozidot. Előállítottm továá mindkét vegyület 4- metilén-szulfonsv és 4-szulfonsv nlógjit. A tlo és rmno 4-metilén-szulfonsv célvegyületek előállítását kétféle úton vlósítottm meg, megfelelő 4-exometilén szármzékól. Az egyik úton tiolecetsvs ddícióvl nyert cetiltiometil szármzékt oxidáltm xonnl vgy hidrogén-peroxiddl metilén-szulfonsvvá. A másik úton NH 3 -ot ddícionálttv egy lépésen jutottm el megfelelő metilén-szulfonsv szármzékhoz. A tlo és rmno szulfonsvkt előállítását intermolekuláris nukleofil szusztitúciós rekciók lklmzásávl sikerült megoldni, egy jó távozó csoport (triflát) kálium- 10 tiolcetáttl történő nukleofil cseréje és kpott cetiltiocsoport szulfonsvvá oxidálás révén. Intrmolekuláris nukleofil szusztitúciós (tiovándorlási) rekciókt is lklmztm szekunder szulfonsvk előállítás során. Négy új típusú tiolvédőcsoportot hsználtm (tritil-, 2-(trimetilszilil)etil-, cetil- és z llilcsoportot). A vándorlási rekciók során kpott 2-tiocsoportokt minden eseten sikeresen lkítottm át megfelelő 2-szulfonáttá. Ezen eljárást követve glüko- és mnno-2-szulfonsv szármzékokt állítottm elő. 5. Pulikációk Az értekezés lpjául szolgáló közlemények 1. L. Lázár, M. Csávás, A. Borás, Gy. Gyémánt nd A. Lipták; ynthesis of Methyl 6- Deoxy-4--(sodium sulfonto)-α-l-tlopyrnoside, Its C-4 Epimer nd Both Isosteric [4-C-(Potssium sulfontomethyl)] Derivtives; ARKIVC, vii (2004) F. jtos, L. Lázár, A. Borás, I. Bjz nd A. Lipták; Glycosyl Azides of ugr 2- ulfonic Acids; Tetrhedron Letters; 46 (2005) L. Lázár, I. Bjz, Zs. Jk nd A. Lipták; 1,2-trns-Glycosyl Azides of ugr 2- ulfonic Acids; ynlett; 14 (2005) Az értekezés témájához kpcsolódó elődások (E) és poszterek (P) 1. A. Lipták, L. Lázár, F. jtos, E. Bll nd A. Borás; ugr C-sulfonic cids nd sugr methylene-sulfonic cids; XII. Europen Crohydrte ymposium, Grenole, Frnce, July 6-11, (P) 2. L. Lázár; A. Borás nd A. Lipták; ynthesis of sulfonic cid nd sulfte ester derivtives of methyl 6-deoxy-α-L-mnno- nd α-l-tlopyrnosides; 1 st Austrin- Hungrin Crohydrte Conference, Burg chlining, Austri, (P) 11

7 3. A. Lipták, A. Borás, L. Lázár nd M. Csávás; Different tipe of sugr C-sulfonic cids; 6 th Hungrin-Koren ymposium on rgnic Chemistry; Incheon, Kore, 2004, Astrct Book, p: (E) 4. A. Lipták, A. Borás, L. Lázár, M. Csávás nd F. jtos: New types of sugrs: sugr sulfonic cids nd sugr methylene sulfonic cids; 2 nd Interntionl ymposium of Rre ugrs, Tkmtsu, Kgv, Jpn, My 27-29, (E) 5. Lázár L.; Bjz I. és Lipták A.; 2-zulfonsv-glükozil-zidok előállítás 1 2 tiovándorlási rekciók felhsználásávl; MTA zénhidrátkémii Munkizottság Elődóülése, Derecen, novemer 5. (E) 6. Lázár L.; Bjz I. és Lipták A.; Cukor 2-szulfonsvk előállítás új tiolvédőcsoportok vándorolttás és nyert termékek oxidációj révén; Vegyészkonferenci, Hjdúszooszló, június (P) 7. L. Lázár; I. Bjz nd A. Lipták; ynthesis of sugr 2-sulfonic cids y 1,2-thiomigrtion nd susequent oxidtion; 8 th ummer chool on Green Chemistry, Venice, Itly, eptemer 4-10, (P) 12