Tudományos Diákköri Dolgozat
GYÖRKE GÁBOR
Szelektivitási lehetőségek 4-aminopiránuronsav származékok szintézise során Témavezetők: Dr. Perczel András egyetemi tanár Goldschmidtné Gőz Viktória PhD hallgató
ELTE, TTK Kémiai Intézet, Szerves Kémiai Tanszék
Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Budapest, 2016
Tartalomjegyzék 1.
Rövidítésjegyzék .........................................................................................................................4
2.
Bevezetés ....................................................................................................................................5
3.
Irodalmi áttekintés.......................................................................................................................6 3.1.
Foldamerek .........................................................................................................................6
3.2.
Foldamer monomerek ..........................................................................................................7
3.2.1.
Cukoraminosavak mint foldamer monomerek ..............................................................8
3.2.2.
4-Amino-4-dezoxi-uronsavak.......................................................................................9
3.3.
Amino funkció kialakítása monoszacharidokon redukciókkal............................................. 11
4.
Célkitűzés ................................................................................................................................. 16
5.
Saját munka .............................................................................................................................. 17 5.1.
Védőcsoportok kialakítása a 2,3-as és 4,6-os pozícióban .................................................... 17
5.1.1.
Benzilidén típusú védelem kialakítása ........................................................................ 17
5.1.2.
Észter és éter típusú védőcsoportok bevitele ............................................................... 18
5.1.3.
Benzilidén típusú védelem eltávolítása ....................................................................... 19
5.2.
4-Amino-4-dezoxi származékok szintézise ........................................................................ 22
5.2.1.
4,6-O-p-Metoxi-benzilidén származék szelektív felnyitása ......................................... 22
5.2.2.
4-Ulóz-oxim származék előállítása ............................................................................. 22
5.2.2.1.
4-Ulóz származék szintézise ............................................................................... 23
5.2.2.2.
4-Ulóz-oxim származék szintézise ...................................................................... 24
5.2.3.
6.
4-Ulóz-oxim származék redukciója ............................................................................ 24
5.2.3.1.
Közvetlen módszerek ......................................................................................... 25
5.2.3.2.
Közvetett módszerek .......................................................................................... 26
Kísérleti rész ............................................................................................................................. 29 6.1.
p-Metoxi-benzilidén típusú védelem kialakítása ................................................................. 29
6.1.1. 6.2.
Metil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-α-D-glükopiranozid (15) ........................................ 29
2,3-O-Védőcsoportok kialakítása ....................................................................................... 29
6.2.1.
Metil-2,3-di-O-benzil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-α-D-glükopiranozid (16)................ 29
6.2.2.
Metil-2,3-di-O-benzoil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-α-D-glükopiranozid (45).............. 30
6.2.3.
Metil-2,3-di-O-benzil-4,6-O-benzilidén-α-D-glükopiranozid (46)............................... 30
6.2.4.
Metil-2,3-di-O-benzoil-4,6-O-benzilidén-α-D-glükopiranozid (47) ............................. 30
6.3.
4,6-O- Benzilidén típusú védelem szelektív eltávolítása ..................................................... 31
6.3.1.
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (50) .......................................................... 31
6.3.2.
Metil-2,3-di-O-benzoil-α-D-glükopiranozid (51) ........................................................ 31
6.4.
4-Ulóz-oxim származék (48) szintézise 4-ulóz származékon (56) keresztül ........................ 32
6.4.1.
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-xilo-hexopiranozid-4-ulóz (56) ......................................... 32 2
6.4.2.
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-xilo-hexopiranozid-4-ulóz-oxim (48) ................................ 32
6.5. Metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (1) és metil-4-amino-4-dezoxi2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiranozid (2) ...................................................................................... 33 6.5.1. Redukció lítium-alumínium-hidriddel: metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-Dglükopiranozid(1) ...................................................................................................................... 33 6.5.2.
Nátrium-triacetoxi-borohidrid .................................................................................... 33
6.5.3. Metil-2,3-di-O-benzil-4-dezoxi-4-hidroxilamino-α-D-glükopiranozid (57), metil-2,3-diO-benzil-4-dezoxi-4-hidroxilamino-α-D-galaktopiranozid (58) .................................................. 34 6.5.4.
Transzfer hidrogénezés Zn katalizátor jelenlétében ..................................................... 34
6.5.5.
Transzfer hidrogénezés Pd/C katalizátor jelenlétében ................................................. 34
6.5.6. Katalitikus hidrogénezés H-Cube® készülékben: metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-Obenzil-α-D-glükopiranozid (1) és metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiranozid (2) 7.
Összefoglalás ............................................................................................................................ 36
8.
Köszönetnyilvánítás .................................................................................................................. 38
9.
Irodalomjegyzék ....................................................................................................................... 39
10.
Függelékek ............................................................................................................................ 42
3
1. Rövidítésjegyzék ACHC
amino-ciklohexánkarbosav
ACPC
amino-ciklopentánkarbosav
Bn-
benzil
Bz-
benzoil
CAS
cukoraminosav
CSA
kámforszulfonsav
DBDMH
dibróm-dimetil-hidantoin
DCM
diklórmetán
DME
etilén-glikol-dimetil-éter
DMF
N,N-dimetil-formamid
DMSO
dimetil-szulfoxid
H-Glc-APC-OH
2-amino-2-dezoxi-β-D-glükopiránsav
H-ipRib-AFU-OH
1,2-O-izopropilidén-3-amino-3-dezoxi-α-D-ribofuránuronsav
H-ipXyl-AFU-OH
1,2-O-izopropilidén-3-amino-3-dezoxi-α-D-xilofuránuronsav
H-Me-Gal-APU-OH
metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiránuronsav
H-Me-Glc-APU-OH
metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiránuronsav
HPLC
nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia
ImsO-
imidazol-szulfonát
LAH
lítium-alumínium-hidrid
MBn-
4-metoxibenzil
MsO-
mezilát
MPh-
4-metoxifenil
PDC
piridínium-dikromát
Ph-
fenil
RaNi
Raney Nikkel®
szobahőm.
szobahőmérséklet
TEA
trietilamin
TFA
trifluorecetsav
THF
tetrahidrofurán
TfO-
triflát
TsO-
tozilát
TSOH
4-toluol-szulfonsav
4
2. Bevezetés Gyógyszerkutatásban egyre elterjedtebb módszerek közé tartozik a szervezetben is megtalálható fehérjék részének vagy egészének foldamerekkel való helyettesítése. A foldamereket alkotó monomerek lehetnek például β-aminosavak, melyek a fehérjéket felépítő α-aminosavakhoz hasonlóan spontán alakítanak ki másodlagos szerkezeti elemeket. Ez a tulajdonságuk lehetővé teszi ezek fehérjékbe való beépíthetőségét.1 Napjainkban a szénhidrátok biológiai illetve kémiai szerepének, felhasználásának fellendülését tapasztalhatjuk. Ezt támasztja alá az is, hogy cukoraminosavakat (CAS) 2 gyakran alkalmaznak foldamer monomerekként. Kutatómunkámat
az
ELTE
TTK
Kémiai
Intézetében
működő
MTA-ELTE
Fehérjemodellező Kutatócsoport és Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratóriumban végeztem. Kutatócsoportunk különböző furanóz és piranóz gyűrűs cukoraminosavak szintézisével, és a belőlük fölépíthető homo- és heterooligomerek előállításával és szerkezetvizsgálatával foglalkozik. Munkám során a metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (1)
és
metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiranozid
(2)
előállításával
foglalkoztam, melyek a metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiránuronsav (HMe-Glc-APU-OH) és metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiránuronsav (HMe-Gal-APU-OH) lehetséges foldamer monomerek előállítása során fontos intermedierek.
5
3. Irodalmi áttekintés 3.1.
Foldamerek
A foldamerek olyan peptidkötéseket tartalmazó, szintetikus polimerek, amelyek hajlamosak specifikus, fehérjékre jellemző másodlagos szerkezetek spontán kialakítására.1, 3 Ezekből a másodlagos szerkezeti elemekből (hélixek, redők, kanyarok) épül föl a fehérjék harmadlagos szerkezete. Az élő szervezetekben lévő fehérjéket felépítő α-aminosavak esetén stabil harmadlagos szerkezet kialakításához általában több mint 100 monomerre van szükség. Ugyanez a stabilitás foldamer monomerekkel és azoknak megfelelő sorrendben történő alkalmazásával már kevesebb, mint 40 monomerrel is elérhető. Foldamerek tervezésekor olyan építőelemeket kell találni, amelyek esetén már rövid oligomereket építve is tapasztalható konformációs preferencia. A természetes fehérjék rendszerint α-aminosavakból épülnek fel, esetükben a kialakítható hélix szerkezetek száma csekély (10-hélix, 12-hélix), foldamerek ezzel szemben képesek 10-, 12-, 14, de akár 18- vagy 20-hélix szerkezetet is kialakítani (1. ábra). A hélix szerkezetet a donor és az akceptor atomcsoportok helyzete határozza meg. A foldamerek stabilitása a monomerek számával nem lineárisan nő, hiszen például egy α-hélix esetében egy hosszabb hélix stabilabb, mint két fele akkora. A harmadlagos szerkezet szintén kooperatív. Ebből kifolyólag egy harmadlagos szerkezet is stabilabb, mint akármelyik, azt felépítő másodlagos szerkezet.
1. ábra: Donor és akceptor csoportok lehetséges, egymáshoz viszonyított helyzetei
Az előzőekben említett szerkezeti hasonlóságokból adódóan a foldamerek felhasználása többnyire fehérjék részének, vagy egészének helyettesítésére irányul. Ebből kifolyólag a már meglévő fehérjéket funkcionalizálhatjuk: tulajdonságaikat befolyásolhatjuk, módosíthatjuk, 6
vagy új, a már meglévő biomolekulákhoz hasonló tulakdonságokkal rendelkező oligomereket építhetünk fel. Az ilyen molekulákat a biomakromolekulákhoz hasonlóan felhasználhatjuk például molekulafelismerésre, katalízisre, vagy információtárolásra. 3
3.2.
Foldamer monomerek
A foldamerek gyakori építőelemei az aminosavak. Bár a szervezetben α-aminosavakból épülnek fel a fehérjék, a szintetikus foldamereket ezzel ellentétben kialakíthatjuk α, β, γ vagy akár→ε-aminosavakból. A másodlagos szerkezetek kialakulásához a peptidek esetében a donor és akceptor csoportnak a megfelelő helyen kell lennie. S. H. Gellman 1997-es munkájában a β és γ aminosavakból felépített foldamereket vizsgálta, és megállapította, hogy α-hélixhez hasonló szerkezet kialakítására a β-aminosavakból felépített β-peptidek az előnyösebbek a γ-peptidekhez képest. Később kiegészítette azzal, hogy γ-aminosavakból felépített foldamerek is alakíthatnak ki hélixet.4 A helikális szerkezet feltétele, mint ahogy az a szervezetben lévő α-peptidek vizsgálatából is kiderül, hogy az adott peptidben a monomerek ne legyenek hajlamosak a legközelebbi szomszédjukkal hidrogén kötésre. Ugyanis a helikális szerkezetet az adott távolságra lévő (minimum 3 aminosav) építőelemek közötti hidrogén hidak stabilizálják. Kísérletileg igazolt,1 hogy a γ-peptidek esetében a legközelebbi szomszéd favorizált, míg a βpeptidek esetében nem. Ebből következik, hogy a szervezetben lévő α-aminosavakból felépülő fehérjék részleteinek helyettesítésére, az ugyancsak hélix preferenciájú β-peptidek lehetnek alkalmasak. Még előnyösebb tulajdonságuk ezeknek a foldamereknek, hogy a konformáció preferenciájukat kisebb oligomerként is mutatják, teljesítve a már korábban említett kritériumot. Emellett a β-savamid kötés köszönhetően ezek az oligomerek ellenállóbban a szervezetben lévő enzimekkel szemben.
2. ábra: A transz-(R,R)-ACPC és a transz-(R,R)-ACHC
A β-aminosavak szerkezetüket tekintve lehetnek aciklikusak illetve ciklikusak is. Az utóbbira példa az amino-ciklopentánkarbosav (ACPC) és az amino-ciklohexánkarbosav 7
(ACHC) (3. ábra). NMR mérésekkel igazolt, hogy mindkét ciklikus építőelem helikális szerkezet kialakítására képes. 5 A transz-ACPC 12-hélix, míg a transz-ACHC 14-hélix (2. ábra) szerkezetet alakít ki, már egészen rövid 3-5 monomerből álló oligomerként is. Ezek érdekessége
hogy bennünk
a
hidrogénkötés egymással ellentétes
irányú,
sőt
a
konformációfüggő dipólusok szintén egymással ellentétes irányúak. Erre a váltásra αaminosavakból felépülő peptidek esetében nincs példa. Felfedezhető továbbá, hogy ezen ciklikus monomerek használata drasztikusan lecsökkenti a szükséges monomerek számát a harmadlagos szerkezet kialakulásához, túlteljesítve az aciklikus foldamer monomerek esetében már tapasztalt csökkenést.
3. ábra: 14-hélix szerkezet6
3.2.1.
Cukoraminosavak mint foldamer monomerek
A foldamerek monomereknek CAS-ak is alkalmasak. Ezen monomerek ACPC-val és ACHC-val analóg szerkezetű aminosavak, melyek karboxil és amino funkciója egy monoszacharidon van kialakítva. Szubsztituensek helyzetétől függően lehetnek α-, β-, γ- de akár ε-aminosavak is, illetve gyűrűméret szempontjából 4, 5 és 6 tagú cukorgyűrűt tartalmazó vegyületek.7 Ilyen CAS-ak a természetben csak korlátozott számban találhatóak meg (4. ábra), így ezekhez általában szintetikus úton juthatunk.
8
2. ábra: Néhány természetben is előforduló CAS
A CAS-ak és az abból savamid kötéssel felépített oligomerek előnye, hogy vízoldhatók ellenben az analóg szerkezetű ACPC-val, ACHC-val és a belőlük felépíthető foldamerekkel. Kutatócsoportunk az ACPC/ACHC-vel analóg öt- és hattagú monomerek (5. ábra) 8
szintézisével,8-10,
14, 23
9
illetve ezekből felépíthető homo- és heterooligomerek előállításával
foglalkozik.
3. ábra: Kutatócsoportunk által vizsgált CAS-ak
3.2.2.
4-Amino-4-dezoxi-uronsavak
Az irodalomban számos publikáció foglalkozik furanóz származékokból szintetizált CAS-akkal. Ezzel ellentétben a piranóz gyűrűs származékokról sokkal kevesebb, míg 4amino-4-dezoxi-uronsavakról alig található cikk. A metil-4-amino-4-dezoxi-α-D-glükopiránuronsav (13) szintézisét 1969-ben publikálták M. P. Kotick és munkatársai kialakításához
11
10
(6. ábra). A szelektív 2,3-di-O-benzoil védelem
először a kiindulási metil-α-D-galaktopiranozidot (3) benzaldehiddel 12
reagáltatva izolálták a 4,6-O-benzilidén származékot (4). Ezt a terméket benzoil-kloriddal13 reagáltatva előállították a 2,3-di-O-benzoil-4,6-O-benzilidén származékot (5), melyről katalitikus hidrogénezéssel távolították el a benzilidén védelmet. Ebből a „diol” 9
komponensből (6) több lépésben állították elő a 2,3,6-tri-O-benzoil származékot (7). Azonban ez komponens a 4-es pozíciójú hidroxilcsoport alacsony reaktivitása miatt egy lépésben is izolálható metil-α-D-galaktopiranozid (3) benzoil-kloriddal történő reagáltatásával. Az amino funkciót
azidcsoporton keresztül 10%-os Pd/C katalizátor
jelenlétében katalitikus
hidrogénezéssel építették ki, ehhez mezilát származékon keresztül jutottak. A karbonsav funkciót kálium-permanganáttal való oxidációval alakították ki. Szintézisútjuk sok lépésből állt, kitermeléseik 55% és 83% között ingadoztak és minden lépés után a terméket csak kromatográfiás tisztítással tudták elválasztani a szennyezőktől.
4. ábra: Kotick és munkatársai által alkalmazott szintézisút; i: benzaldehid, ZnCl, 165 °C; ii: BzCl, piridin; iii: Pd, H2, EtOH; iv: BzCl, piridin; v: MsCl, piridin; vi: NaN3, DMF, 155 °C; vii:1.: KMnO4,ecetsav:aceton (1:1), 2.: diazometán, metanol; viii: Na, metanol; ix: Pd/C, H2, NaOH, H2O
A megfelelő C-4 epimert, a metil-4-amino-4-dezoxi-α-D-galaktopiránuronsavat (22) C. Vogel és munkatársai 1994-ben állították elő 14 (7. ábra) Kiindulási anyagként a 2,3-di-Obenzil-6-O-(4-metoxibenzil) származék (17) szolgált. Ennek izolálásához
15
metil-α-D-
glükopiranozidot (14) p-ánizsaldehid-dimetilacetállal reagáltatva szelektíven alakítottak ki pmetoxi-benzilidén védelmet a 4,6-os pozícióban, majd benzil-bromid reagens felhasználásával szintetizálták a teljesen védett származékot (16). A p-metoxi-benzilidén védelem előnye, hogy nátrium-ciano-borohidriddel reagáltatva szelektíven felnyitható.
16
Az így szabad 4-es
pozíciójú hidroxilcsoport már szelektíven reagáltatható MS CL-DAL, majd nátrium-aziddal reagáltatva a 4-azido-4-dezoxi-D-galaktopiranozid származékhoz (19) jutottak. Azidcsoport redukálását H2S átbuborékoltatásával végezték. A karboxil funkciót Corey-oxidációval alakították ki, reagensként piridínium-dikromátot alkalmazva.
10
5. ábra: Vogel és munkatársai által alkalmazott szintézisút;i: p-ánizsaldehid-dimetilacetál, TSOH, DMF, 50 °C; ii: BnBr, NaH, DMF; iii: NaCNBH3, TFA, DMF, 3Å molekulaszita; iv: MsCl, piridin; v: NaN3, DMF, 130 °C; vi: 5,6-diciano-2,3-diklór-1,4-benzokinon, DCM, H2O; vi: 1.: PDC, DMF, Ar2, 2.: diazometán, DME; vii: H2S, TEA, piridin
3.3.
Amino funkció kialakítása monoszacharidokon redukciókkal
Amino funkció kialakítására számos megoldást találtak már a szénhidrátkémiában. Általában valamilyen redukciós módszert alkalmaznak különböző prekurzorokból. Ezek gyakran oxim és nitro- vagy azidcsoportot tartalmazó vegyületek. Nitrocsoport redukciójával a reagens és a körülmények függvényében számos végterméket kaphatunk. 17 ,
18
Elsőként H. H. Baer szintetizált aminocukor származékot
nitrocsoporton keresztül. 19 A reakciót katalitikus hidrogénezéssel platina-dioxid katalizátort alkalmazva végezte (8.ábra).
8. ábra: Nitrocsoport katalitikus hidrogénezése
Amino funkció kialakítása általában azidcsoporton keresztül történik.
20
Ehhez
valamilyen szulfonát származékból indulnak ki. Ilyen lehet például a mezilát, tozilát, imidazolszulfonát illetve a legreaktívabb, viszont drága és bomlékony triflát. Rendszerint nátrium-aziddal reagáltatva SN2 reakcióban kapják az azidszármazékot.21 Ennek a csoportnak a redukálására alkalmas módszer lehet Pd/C katalizátor jelenlétében történő katalitikus hidrogénezés (9. ábra), melyet Gruner és munkatársai alkalmaztak 2002-ben 3-amino-3dezoxi-1,2-di-O-izopropilidén-α-D-ribofuránuronsav (26) szintéziséhez. 21
11
9. ábra: Azidcsoport redukciója katalitikus hidrogénezéssel
Alkalmazható még a Staudinger-reakció (10. ábra), mely során az amint az azid megfelelő tercier foszfinnal való reagáltatásával, iminofoszforán intermedieren (28) keresztül, hidrolízis útján kapjuk.22
10. ábra: Azidcsoport redukciója Staudinger-reakcióval
Az előbb felsorolt módszerek mellett használhatunk oximot, mint amin prekurzort. Ehhez először egy karbonilcsoportra van szükségünk a megfelelő pozícióban, melyet oxidációval kaphatunk. Szénhidrátkémiában általában a Swern-oxidáció 23 (11. ábra) alkalmazható, amely lényege, hogy primer vagy szekunder alkoholokat tudunk aldehiddé vagy ketonná oxidálni fémek használata nélkül.
11. ábra: Swern-oxidáció alkalmazása furanózgyűrű 3-as pozíciójában
További lehetőség még, ha a cukorgyűrűn 3-as vagy 4-es pozícióban akarunk szelektíven oxocsoportot kialakítani, a Bu2SnO illetve (Bu3Sn)2O-dal történő származékképzés (12. ábra), melyet aztán brómmal illetve DBDMH-nal oxidálhatunk a megfelelő ulóz komponenssé.24-26 24
25
12. ábra: A 4-es pozíciójú hidroxilcsoport szelektív oxidációja
12
Ulózokból történő oximképzésre számos módszert publikáltak27-31a korábban. A leggyakoribb reagens erre a célra a hidroxil-amin hidroklorid27, 28 (13. ábra). A reakció előnye a könnyű kivitelezés és kezelés, továbbá, hogy a reagens a legtöbb helyzetben sikeresen oximálja az ulóz komponenseket.
13. ábra: Hidroxil-amin hidrokloriddal történő oximképzés 1,2;5,6-di-O-izopropilidén-3-ulózból
Lemieux és munkatársai már a ‘60-as évek óta foglalkoztak különböző cukoroximok előállításával és redukálásával. Elsőként katalitikus hidrogénezést alkalmaztak Pd/C katalizátor jelenlétében (14. ábra),29 mely jelen esetben nem volt sztereoszelektív.
14. ábra: Cukoroxim redukálása katalitikus hidrogénezéssel
Azonban a komplex hidridekkel történő redukciók lehetnek sztereoszelektívek. Erre bizonyíték későbbi munkájuk, ahol lítium-alumínium-hidriddel éterben és THF-ban, illetve borohidriddel
THF-ban
sztereospecifikusságát.
30
történő
oximredukciókat
Eredményként
az
acetil-oxim
vizsgáltak,
továbbá
származékból
(42)
ezek történő
borohidrides redukció, illetve a oximino-arabino származék (40) hidrazin valamint palládium katalizátor jelenlétében történő katalitikus hidrogénezés volt 90%-ban sztereoszelektív (15.ábra).
13
15. ábra: Sztereoszelektív oximredukciók katalitikus hidrogénezéssel és borohidrides redukcióval
Egy későbbi publikációban Tsuda és munkatársai szintén szelektíven redukáltak különböző cukoroximokat (16. ábra).
31
Erre három módszert használtak. Katalitikus
hidrogénezés esetében PtO2 katalizátor jelenlétében ecetsavas közegben, vagy RaNi katalizátor jelenlétében etanolos közegben, illetve alumínium-hidrides redukciót, mely esetén az oldószer THF volt. A 16. ábrán szereplő reakciók teljes mértékben sztereoszelektívek.
16. ábra: Alumínium-hidriddel és katalitikus hidrogénezéssel történő sztereoszelektív oximredukciók
Katalitikus hidrogénezésen felül fontos a transzfer hidrogénezés módszere is. 32 Ennek fő előnye, hogy a hidrogén donor vegyületek alkalmazása miatt sokkal kényelmesebben és biztonságosabban kivitelezhető a katalitikus hidrogénezésnél, sőt ezek a donor vegyületek oldószerei is lehetnek a lejátszódó reakciónak. Katalitikus hidrogénezés korszerű berendezése a Thales Nano cég által gyártott HCube®berendezés. 33, 34
14
17. ábra: H-Cube® készülék sematikus ábrája
Ahogy az a 17. ábrán is látható, egy HPLC pumpával ellátott hidrogénező reaktorról van szó. A H-Cube® készülékek fő előnye az automatizálhatóság, a precíz beállítási lehetőségek és a könnyű kezelés. A hidrogéngázt a készülék vízbontással állítja elő. Pirofóros tulajdonságuk miatt veszélyes katalizátorok (RaNi, Pd/C) is egyszerűen használhatók vele. Ennek a berendezésnek a felhasználási lehetőségeiről olvashatunk Mándity István35 2009-es és Nagy Adrienn9 2016-os publikációjában.
15
4. Célkitűzés Munkám során célul tűztem ki mind a parciálisan védett metil-4-amino-4-dezoxi-α-Dglükopiranozid (1) mind a metil-4-amino-4-dezoxi-α-D-galaktopiranozid (2) származék szintézisét, melyek a 4-amino-4-dezoxi-metil-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiránuronsav és a 4amino-4-dezoxi-metil-2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiránuronsav
lehetséges
foldamer
monomerek előállítása során fontos intermedierek. Céljaim között szerepelt az 4-amino-4dezoxi célvegyületek előállításához az azid, illetve oxim prekurzorok redukciójának kidolgozása, valamint a reakciók sztereoszelektivitásának vizsgálata. Továbbá célom volt a redukciós lépéshez kiindulási anyagként szolgáló, megfelelően védett azid illetve oxim származékok (19, 48) szintézise, illetve az ehhez alkalmazható védelmi stratégiák feltérképezése. Ezeken felül céljaim közé tartozott a teljes szintézisút nagyobb méretben való alkalmazhatóságának vizsgálata.
16. ábra: A feltérképezendő szintézisút
16
5. Saját munka 5.1.
Védőcsoportok kialakítása a 2,3-as és 4,6-os pozícióban
Szénhidrátkémiában a védőcsoportok megválasztásának kiemelt szerepe van. Ez limitálhatja, illetve bővítheti lehetséges reakcióink tárházát, továbbá változtatja vegyületünk fizikai tulajdonságait, például oldhatóságát, kristályszerkezetét. Ahhoz, hogy a megfelelően védett származékot kapjuk különböző védőcsoport stratégiát alkalmazhatunk. Munkám során ortogonális védőcsoport stratégiákat, ezen belül acetál, éter valamint észter típusú védőcsoportokat alkalmaztam. A megfelelően védett származék szintéziséhez, első lépésben benzilidén típusú védelmet alakítottam ki, mivel ez a csoport a későbbiekben szelektíven bevihető illetve eltávolítható. Második lépésben a fennmaradó hidroxil csoportokon észter vagy éter típusú védelmet alkalmaztam. Harmadik lépés a benzilidén típusú védőcsoport szelektív eltávolítása, felnyitása volt, így jutva a megfelelően védett származékokhoz (17, 50 és 51).
5.1.1.
Benzilidén típusú védelem kialakítása
A metil-α-D-glükopiranozidból (14) kiindulva benzilidén típusú védőcsoporttal szelektíven védhetjük a 4,6-os helyzetben lévő hidroxilcsoportokat. Benzilidén típusú védelem kialakítása savkatalizált folyamat, melyet kivitelezhetünk aldehidek felhasználásával, illetve ezek dimetilacetál származékaival. A két reakcióban cink-kloridot vagy savat alkalmazunk katalizátorként. Munkám során különböző dimetilacetál származékokat alkalmaztam. Választhatjuk a drágább, de könnyebben felvihető p-ánizsaldehid-dimetilacetált illetve az olcsóbb, de nehezebben felvihető benzaldehid-dimetilacetált. p-Ánizsaldehid-dimetilacetál esetében a védőcsoport p-metoxi-benzilidén lesz, míg benzaldehid-dimetilacetál esetében benzilidén. Munkám során csak az p-metoxi-benzilidén védett származékot (15) szintetizáltam,15,
16
a
benzilidén védett származék (49) rendelkezésemre állt.
17
19. ábra: 4,6-O-p-Metoxi-benzilidén származék szintézise
p-Metoxi-benzilidén védelem kialakítása egyszerű és gyors folyamat (19. ábra). Oldószernek N,N-dimetil-formamidot használtam. A reakcióhoz vákuumra van szükség, így az irodalmi technikát alkalmazva,15 a reakcióhoz rotációs vákuumbepárló készüléket használtam. A folyamat előrehaladtát a keletkező metanol jelezte. A reakcióidő 1-1,5 óra volt, miután a hőmérsékletet növelve az N,N-dimetil-formamidot is ledesztilláltam.
A
reakcióelegyet jég, dietil-éter és NaHCO3 elegyére öntve tisztítottam meg a feleslegben lévő dimetilacetáltól, illetve az esetlegesen maradt kiindulási anyagtól. A savkatalizátort a lúg semlegesítette. A termék a jégre öntés követően kivált, így egyszerű szűréssel izolálható volt kitűnő hozammal (90% fölött).
5.1.2.
Észter és éter típusú védőcsoportok bevitele
A következő lépés a 2,3-as szabad hidroxilcsoport védelme volt. Mind p-metoxibenzilidén, mind benzilidén védett metil-α-D-glükopiranozid esetében az észter típusú benzoil, és az éter típusú benzil védőcsoportok kialakítási lehetőségeit vizsgáltam. Reagensek ez esetekben a benzil-bromid és a benzoil-klorid (20. ábra).
20. ábra:2,3-di-O-Benzil és benzoil védelem kialakítása;i: BzCl, piridin, 0 °C; ii: BnBr, NaH, DMF, N2, 0 °C
A benzoilcsoport kialakítása13 nem igényel különleges körülményeket. A kiindulási benzilidén (49) vagy p-metoxi-benzilidén (15) védett komponenst feloldottam 0 °C-on 18
piridinben, majd hozzáadtam a benzoil-kloridot, s egy éjszakán át kevertettem. Feldolgozásként jégre öntöttem és sósavval 2-es pH-ra savanyítottam, majd extrakciókkal tisztítottam. Metanollal kristályosítva fehér kristályos anyagokhoz (45, 47) kitűnő termeléssel jutottam Benzilcsoport15 bevitele ezzel ellentétben bonyolultabb körülményeket igényel. Az oldószer ebben az esetben N,N-dimetil-formamid, a reakcióhoz N2 atmoszféra szükséges, mivel az alkoxi-anion kialakításához nátrium-hidridet használunk. Az így előállított, 0 °C-on kevertetett nátrium-hidrides oldathoz kell hozzácsepegtetni a benzil-bromidot. A reakció mágneses helyett mechanikus kevertetést igényel, mivel nehezen keverhető. Az így összeállított készülékben az elegyet 1-2 órán át kevertettem. A termékek (16, 46) kristályosítása toluolból illetve etanolból történt. A benzil és benzoil védelem kialakítása ugyanolyan módszerrel és termeléssel történik függetlenül a már kialakított 4,6-O- védelemtől. Munkám során mind a 4 teljesen védett származékot szintetizáltam (20. ábra: 16, 45, 46 és 47). A továbbiakban ezek továbbalakításával foglalkoztam.
5.1.3.
Benzilidén típusú védelem eltávolítása
A benzilidén típusú védelmet savas hidrolízissel lehet legkönnyebben eltávolítani. Ehhez mind p-metoxi-benzilidén- mind benzilidéncsoport eltávolítását vizsgáltam káliumhidrogénszulfáttal katalizált hidrolízist alkalmazva (21. ábra). 36 A benzilidén kisebb reaktivitásából eredően a reakcióidő sokkal hosszabb, minimum 6 óra, míg az p-metoxi-benzilidén esetében csupán 1 óra, még nagy mennyiségek esetében is (1 g → 35 g). A 2,3-as pozícióban lévő benzoil védelem lúgos hidrolízissel távolítható el, ezen okból a reakció feldolgozása során különösen ügyelni kellett az elegy kémhatására, mert már az enyhén lúgos (pH=8) körülmények is elegendőek a védőcsoportok részleges eltávolításához. Ezt mutatja az, hogy a benzil védőcsoport esetében jó termelést (98%) lehet elérni. Míg benzoil származékoknál ez a módszer az előbbiek miatt nem volt alkalmazható.
19
21. ábra: 4,6-O-Védelem eltávolítása kálium-hidrogénszulfátos hidrolízissel
A reakció során feloldottam a kiindulási védett származékot (16) metanolban, hozzáadtam a megfelelő mennyiségű káliumhidrogén-szulfátot, majd 1 órán át kevertettem. Az elegyet vékony perlitrétegen szűrtem, majd szilárd kálium-karbonáttal semlegesítettem, és szűrést követően koncentráltam az oldatot. Az irodalmi kromatográfiás tisztítással szemben egy petroléteres eldörzsölés is elegendő az eltávolított p-metoxi-benzilidén védőcsoportból eredő ánizsaldehid származékok eltávolítására. A hozam minden esetben kiváló, 98% volt. Mivel a benzoil védelem esetében (45, 47) mint említettem a módszer nem megfelelő, ezért számos, az irodalomban fellelhető módszert próbáltam ki az eltávolításra. Először az irodalomban leírt H-Cube® készülékkel történő katalitikus hidrogénezéssel próbálkoztam35 (1. táblázat). 1. táblázat: H-Cube® paraméterek benzilidén védelem eltávolításhoz
#
47 / mg
Áramlási sebesség / (ml/min)
p / bar
T / °C
oldószer
c / (mmol/dm3)
1
42
1
40
80
EtOAc:H2O (1:1)
2,15
2
42
0,5
40
80
8,6
3
21
0,5
40
80
2,15
4
21
0,5
50
80
2,15
5
21
0,5
30
80
2,15
6
21
0,5
50
90
7
21
0,4
50
90
2,15
8
21
0,3
50
90
2,15
9
21
0,2
50
90
2,15
10
32
0,3
50
80
3,23
11
42
0,3
50
80
4,3
EtOAc:MeOH (1:1)
2,15
Az oldószer etil-acetát:víz kétfázisú rendszer illetve etil-acetát és metanol 1:1 arányú elegye volt. A reakció egyszeri átfuttatást követően egyik esetben sem volt teljes. A folyamat valószínűleg további optimálást igényelne, de nagyobb méretben túlságosan is megnőne a reakcióidő a térfogat növekedése miatt, így ezt a lehetőséget elvetettük. 20
Következő lehetőségként kénsavval aktivált szilikagélt próbáltam ki, 37 melynek előnye, hogy a szilikagélnél savasabb tulajdonságú. A kiindulási származékot (47) DCM-ban oldottam, majd a kénsavas szilikagélt tartalmazó kromatográfiás oszlopra öntöttem. Fél óra állás után hexán és etil-acetát 1:1 arányú elegyével, majd tiszta etil-acetáttal mostam le az anyagot az oszlopról. Vékonyréteg-kromatográfia alapján a reakció ez esetben sem volt sikeres, sok komponenst tartalmazó elegyet kaptam. Ebből arra következtettünk, hogy a kénsavas szilikagél is túl erős savnak bizonyult.
22. ábra: 4,6-O védelem eltávolítása ecetsavas hidrolízissel
Megoldásként az ecetsavas hidrolízis szolgált (22. ábra).
38
A kiindulási védett
származékokat (45, 47) feloldottam DCM-ban majd víz és ecetsav elegyét adtam a reakcióelegyhez. Mivel a benzilidén védőcsoport kevésbé reaktív ezért ebben az esetben (47) a reakcióidő 72 óra volt, mely lejárta után a sav feleslegét telített nátrium-hidrogénkarbonát oldattal semlegesítettem. A semlegesített reakcióelegyet petroléteres extrakcióval kezeltem, a benzilidén védőcsoportból eredő szennyezők eltávolítása végett, a kívánt anyagot DCM-os extrakcióval izoláltam. A terméket itt is petroléteres eldörzsölésből nyertem, és az irodalmi hivatkozáshoz hasonlóan olajat kaptam. A hozam közepes (48%) volt. Az előbbi módszert 2,3-di-O-benzilvédett származék (46) esetében is kipróbáltam, mely esetben a hozam enyhén javult (58%). Összességében elmondható, hogy mindkét 2,3-O- védett származékot (50, 51) sikerült előállítanom. Mint ahogy az a termelésekből látható a KHSO4•H2O-s savas hidrolízis a legelőnyösebb. Ez azonban csak a benzil védett komponens (50) esetében vált be. Így a nehezebb kialakítási körülmények ellenére a benzil származékot használtam a szintézissor további lépéseinél.
21
5.2.
4-Amino-4-dezoxi származékok szintézise
5.2.1.
4,6-O-p-Metoxi-benzilidén származék szelektív felnyitása
Amino funkció kialakítása leggyakrabban azidcsoporton keresztül történik, így először én is ezt a módszert alkalmaztam. A p-metoxi-benzilidén védőcsoport esetén lehetőség van a gyűrű szelektív felnyitására, így Johansson és munkatársai receptjét reprodukálva 15 a teljesen védett p-metoxi-benzilidén származékot (16) TFA-as közegben nátrium-ciano-borohidriddel felnyitva15,
16
jutottam a 17 és 52 termékekhez (9:1) (23. ábra). A NaCNBH3-t nátrium-
hipoklorittal semlegesítettem. Az így kapott elegyet jéggel hűtött telített NaHCO3 oldatba öntöttem, majd a terméket etil-acetátos extrakcióval tisztítottam.
HO BnO 4-MeOPh
CH2OMBn O BnO
O
O
O BnO
BnO 16
17
NaCNBH3
TsO BnO OCH3
+
DMF, TFA OCH3
BnO 53
TsCl
O BnO 52
OCH3
+
Py
CH2OH MBnO BnO
CH2OMBn O
MBnO BnO OCH3
CH2OTs O BnO 54
OCH3
23. ábra: A p-metoxi-benzilidén védett származék szelektív felnyitása és továbbalakítása
Az így kapott termékelegyet piridines közegben tozil-kloriddal reagáltattam a szokásos körülmények között. A folyamat előrehaladtát vékonyréteg kromatográfiával (toluol:etilacetát 3:1) követtem, mely alapján a reakció 8 nap folyamatos kevertetés után sem volt teljes. Feldolgozást követően se tudtam elválasztani a főterméket a szennyezőktől, illetve a kiindulási anyagtól. Ennek következményeként az azid származék szintézisére nem került sor. Ezen okból a módszert elvetettem.
5.2.2.
4-Ulóz-oxim származék előállítása
A előbbiekben leírtak miatt az aminocsoport kialakításához prekurzorként oximcsoportot választottam. Az ehhez szükséges oxocsoportot szelektív oxidációval állítottam elő.
22
5.2.2.1.
4-Ulóz származék szintézise
Ez az oxidáció kétlépéses27 (24. ábra). Először gyűrűs sztannilén származékot (55) képeztem a kiindulási anyag (50) szabad 4,6-O pozíciójában,dibutil-ónoxiddal refluxoltatva. A második lépés a származék oxidatív elbontása, mely végeredményként a 4-es pozícióban oxidált komponenst adja. Oxidálószerként DBDMH-t használtam.
24. ábra: 4-OH Oxidációja sztannilén származékon keresztül
A reakció első lépésében képződő vizet az irodalmi példában is alkalmazott molekulaszitával27 kötöttem meg. A reakciót nehéz volt követni, mivel a származék vékonyréteg
kromatográfiás
vizsgálatok
során
elbomlik.
Próbáltam
infravörös
spektroszkópiával követni a reakciót, mely során a folyamat előrehaladtával a hidroxilcsoport karakterisztikus sávjának (3300 cm-1) eltűnését észlelhetjük, mivel a komplex teljesen védett. Ehhez kis mennyiségű reakcióelegy feldolgozásával előállított mintát vizsgáltam, de ez sem segített a reakció követésében, mivel a spektrumban a hidroxilcsoport karakterisztikus sávja még a reakció végeztével is látható volt. Reakcióelegy vízmentesítésére a Dean-Stark feltétet (25. ábra) is kipróbáltam. Ez a reakcióidőt a kiindulási anyag (50) mennyiségétől függően az előzőekhez képest (4 óra) 8-12 órára növelte, ezzel együtt a hozamot 40%-ról 58%-ra emelte. Ez az apparátus azért hasznos, mert az oldószerként használt toluol azeotróp elegyet alkot a képződő vízzel, mely így könnyebben ledesztillálható, és mivel a víz sűrűsége nagyobb a toluolénál, a feltét szedő részében gyűjthető össze. Bár a képződő víz mennyisége kis tömegek esetén igen kicsi, mégis a reakciót követhetőbbé teszi. A második lépéséhez a toluolt bepárolva, majd a maradékot vákuummal 30-60 percet szárítva az oldószert kloroformra váltottam, majd hozzáadtam a DBDMH-t. A folyamat színváltozással jár, a színtelen/fehéres oldat a reagens adagolásával sárgára majd narancssárgára vált. A reakció előrehaladtát ennek a mély narancssárga színnek az eltűnése jelzi. Az elegyet 15-60 perces 25. ábra: DeanStark feltét
23
kevertetés után perlitrétegen keresztül 10%-os nátrium-tioszulfát oldatba szűrtem a feleslegben lévő reagens elbontása végett. A kapott 4-ulóz termék olaj, melyben az oxocsoport jelenlétét a vékonyréteg kromatogram 2,4-dinitro-fenilhidrazonos előhívásával és infravörös spektroszkópiával mutattam ki. A karbonil származék karakterisztikus oxosávja 1725 cm-1-en jelenik meg. A terméket nem izoláltam, a következő lépésben képződő oxim származék (48) könnyű kristályosítása miatt abban a fázisban tisztítottam.
5.2.2.2.
4-Ulóz-oxim származék szintézise
Az így előállított karbonil származékot (56) hidroxil-amin hidrokloriddal27,
28, 39
reagáltatva (26. ábra) nyertem az oxim komponenst (48). A hidroxil-amint hidroklorid sójából nátrium-acetáttal szabadítottam föl, ecetsavas közegben. Ehhez az elegyhez adtam hozzá a kiindulási karbonil komponens (56) tömény ecetsavas oldatát. A reakcióelegyet 55 °C-on tartva 4-6 órán át kevertettem.
26. ábra: Az oxocsoport oximálása piranózgyűrűn hidroxil-amin hidroklorid jelenlétében
A reakcióelegyet feldolgozása során hexánnal kezeltem, mely elviszi az előző reakcióból származó sztannilén szennyezőket, majd a terméket dietil-éteres extrakcióval nyertem. A fehér kristályos anyagot a bepárolt maradék dietil-éteres oldatából hexános kicsapással kaptam. Az kristályos oximot NMR és IR spektroszkópiával vizsgáltuk. Az anyag IR spektrumában nem látható a karakterisztikus oxosáv. Az
13
C NMR spektrumban az oximra
jellemző szén jele (153 ppm) detektálható. Ez a kettő mérés igazolta, hogy a termék a várt oxim (48). A kétlépéses reakció össztermelése a molekulaszitával szintetizált karbonil komponens (56) esetében 40% míg a Dean-Stark feltét segítségével szintetizált karbonil származéknál 58%. Ez alapján megállapítható, hogy a Dean-Stark feltét használata előnyösebb.
5.2.3.
4-Ulóz-oxim származék redukciója
Laboratóriumi munkám során az oximcsoport redukálására számos ismert módszert próbáltam ki. Kiindulási anyagként szolgált az oxim (48) származék, illetve az abból 24
NaB(OAc)3H-es redukcióval előállított hidroxil-amin származékok diasztereomer elegye (57, 58). Az aminocsoportot a vékonyréteg kromatogram ninhidrines illetve klór-toluidines előhívásával mutattam ki.
5.2.3.1.
Közvetlen módszerek
Az oximból kiinduló redukciós módszereket a 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat: Oxim redukciós módszerek és körülményeik
#
Reagens
Körülmények
Termék
Hozam
1
LAH
dietil-éter, N2, szobahőm.
1
60%
2
Pd/C illetve RaNi
H2O/EtOH (1:1) H-Cube® a
-b
-
b
98%
3
HCO2NH4,Zn
MeOH, relfux
-
4
HCO2NH4,Pd/C
MeOH, relfux
-b
5
NaBH4 AcOH
30 perc 15-20 °C, 1 óra, szobahőm
57, 58
a: a reakció körülményeit a 3. táblázat tartalmazza b: a reakció nem volt sikeres, terméket nem izoláltam, visszanyertem a kiindulási anyagot
Első módszerként a lítium-alumínium-hidriddel történő redukciót30 próbáltam ki (27. ábra). A reakcióhoz frissen desztillált dietil-étert használtam oldószerként, továbbá szárított N2 atmoszférával védtem a reagens lítium-alumínium-hidridet az egész reakció alatt. A reagens dietil-éteres oldatához 0 °C-on kevertetés mellett hozzácsepegtettem az oxim származék (56) dietil-éteres oldatát. Az így elkészített elegyet 15 percig 0 °C-on, 1,5 órán át szobahőmérsékleten, majd 1 órán át refluxoltatva kevertettem.
HO
N
CH2OH
CH2OH O
BnO
BnO 56
LAH
O
H2N BnO
OCH3
BnO 1
OCH3
27. ábra: Metil-4-amino-4-dezoxi-α-D-glükopiranozid származék szintézise lítium-alumínium-hidrides redukciót alkalmazva
A
reakció
végeztével
a
feleslegben
lévő
lítium-alumínium-hidridet
metanol
becsepegtetésével semlegesítettem. A képződő lítium-sókat metanol és sósav elegyében oldottam. Az oldatot bepárolva, a maradékot telített NaHCO3 oldattal elegyítettem. Ebből az elegyből dietil-éteres extrakcióval nyertem ki a terméket, mely VRK vizsgálat alapján klórtoluidin aktív. A keletkezett amin származék (1) konfigurációja keresztszintézissel volt bizonyítható, amely szerint a glüko konfigurációt kaptuk. A hozam közepes (60%) volt. A 25
módszer előnye, hogy sztereoszelektív, mely ugyanakkor hátrány is, mert így csak az egyik származékhoz juthatunk. Következő módszerként hidrazinnal próbáltam redukálni az oxim származékot (48) RaNi vagy Pd/C katalizátor jelenlétében.39 A reakció körülményeit H-Cube® készülék segítségével biztosítottam (3.táblázat). 3. táblázat: Oxim redukció H-Cube készülékben
Bemért mennyiségek 48/ mg
oldószer / ml
N2H4•H2O / ml
Áramlási sebesség / (ml/min)
1
100
10
0,35
0,3
10
60
Pd/C
2
50
10
0,17
0,3
20
60
Pd/C
3
50
10
0,17
0,3
20
60
RaNi
4
50
10
0,15
0,2
10
30
Pd/C
5
50
20
0,15
0,3
20
50
Pd/C
#
p/ bar
T / °C
Kat.
Az 1 2 és 3 számú esetekben a hidrazin-hidrátból keletkező hidrid aniont használtam redukálószerként. Ez esetekben oldószerként metanolt alkalmaztam. A 4 és 5 számú esetekben a kiindulási anyagot (48) a reagensként használt hidrazint a kiindulási anyaggal 2 órán át állni hagytam. Az oldószer víz és etanol 1:1 arányú elegye volt, illetve a folyamat alatt bekapcsoltam a H-Cube® készülék hidrogénáramát is. A reakcióelegyből egyik esetben sem volt amin kimutatható. Következő módszer a transzfer hidrogénezés32 volt. Ez történhet ammónium-formiát és cinkpor vagy Pd/C katalizátor reakciójából az in situ képződő atomos hidrogént felhasználva redukálószerként. A reakció egyik esetben sem volt teljes, a reakcióelegyben amin nem volt detektálható.
5.2.3.2.
Közvetett módszerek
Feltételezhető, hogy az oxim származékon (48) belül az oximcsoport OH-ja és 6-OH egymással hidrogén-hidat létesítenek, mely gátolja a továbbalakítást. Ezt bizonyítja az is hogy a redukció savas közegben elindult, mely gyengíti a H-hidat. A NaBH4 és jégecet reakciójából in situ képződő nátrium-triacetoxi-borohidridet40 használva redukálószernek a 48 komponenst a hidroxil-amin származékokig (57, 58) redukáltam (28. ábra).
26
28. ábra: Hidroxil-amin származékok előállítása nátrium-borohidriddel.
A triacetoxi-borohidridet állítottam elő először, ehhez, a jégecethez hozzáadtam a NaBH4-et, majd a hőmérsékletet 15-20 °C-on tartva kevertettem, hogy a képződő H2 gáz távozzon a reakciótérből. Az így elkészített elegyhez hozzáadtam az oxim származékot (48). Az reakcióvégeztével reagens feleslegét vízzel bontottam el, majd az oldat kémhatását telített Na2CO3 oldattal pH=6-ra állítottam. A termékeket az elegyből DCM-os extrakcióval izoláltam. A redukció nem sztereoszelektív, így a két C-4 epimert 1:1 arányban kaptam. Az diasztereomereket nem választottam szét, hanem egyből továbbvittem a következő lépésbe. A termelés kiváló, 92% volt. Később a reagensnek szolgáló nátrium-triacetoxi-borohidridet előállítva 41 , kipróbáltam annak direkt alkalmazhatóságát is. A reakció azonban így nem működött, ezért elvetettem ezt a módosítást. Az előzőekben alkalmazott módszereket a hidroxilamin származékból kiindulva is kipróbáltam (4. Táblázat). 4. táblázat: Hidroxil-amin redukciós módszerek és körülményeik
#
Reagens
Körülmények
Termék
Hozam
1
HCO2NH4,Zn
MeOH, relfux
1, 2
-a
2
HCO2NH4,Pd/C
MeOH, relfux
1, 2
-a
3
RaNi, H2
H-Cube
1, 2
98%
a: a terméket nem izoláltam, visszanyertem az elreagálatlan kiindulási anyagot
A transzfer hidrogénezést32 kipróbáltam a sikeresen szintetizált hidroxil-amin származékokon (57, 58) is. Oximredukcióval azonos körülményeket alkalmaztam. A reagens elegy már 20 perc elteltével is produkált klór-toluidin aktív foltot, de a kromatogram alapján a reakció 2 óra elteltével sem ért el nagyobb konverzió értéket. Az elegyet bepároltam, majd a maradékot kloroformban oldva a nyersterméket lúgos extrakciókkal tisztítottam. Az így 27
kapott és tisztított termék a vékonyréteg-kromatográfia vizsgálatok alapján mind a kettő esetben sok komponenst tartalmazott.
29. ábra: A kívánt 4-amino-4-dezoxi származékok szintézise kétlépéses redukcióval
Megoldásként a H-Cube® készülék segítségével történő katalitikus hidrogénezés szolgált (29. ábra). Oldószernek metanolt, katalizátornak hosszú (7 cm) RaNi-t használtam. Az általam kipróbált módszerek közül ez volt az egyetlen, amely esetében a konverzió 100%, a hozam pedig 97% volt. A termék olaj, klór-toluidin aktív, továbbá NMR vizsgálat által igazolt, hogy a két 4-amino-4-dezoxi származékot 1:1 arányban sikerült előállítani. A spektrumban jól azonosítható a nagy csatolási állandójú jel (2,61 ppm; 3J3,4= 9,7 Hz), amely a glüko konfigurációhoz tartozik, illetve a kis csatolási állandójú jel (3,22 ppm; 3J3,4= 3,8 Hz), amely a galakto konfigurációt igazolja. Következő lépésben az aminocsoport uretán típusú védelmével olyan származékokhoz is eljuthatunk, amelyek akár egyszerű kristályosítással is elválaszthatóvá teheti a két epimert. A kétlépéses redukciónak köszönhetően a két kívánt cukoraminosav monomer akár egy útvonalon is előállítható. Összességében elmondható, hogy míg a lítium-alumínium-hidrides redukció, mely az oxim származékból (48) indul ki csak a glüko származékot (1) adja. Ugyanakkor az új kétlépéses szintézis, hidroxil-amin származékokon (57, 58) keresztül lefolytatott katalitikus hidrogénezés módszerével mindkét C-4 epimer előállítható a lítium-alumínium-hidrides redukciónál jóval nagyobb, 89%-os termeléssel.
28
6. Kísérleti rész A vékonyréteg-kromatográfia Kieselgel 60 F254 (E. Merck) szilikagél lapon történt, a kromatogram előhívása 5%-os kénsavas hevítéses roncsolással, amin funkció esetében klórtoluidines, illetve ninhidrines, oxocsoport esetében 2,4-dinitrofenil-hidrazonos előhívással történt. Az IR-felvételek BRUKER IFS 28 készülékekkel lettek felvéve. Az NMR mérések Bruker DRX-250 és DRX-500 spektrométeren történtek, CDCl3 oldószerben, 298 K hőmérsékleten. A katalitikus hidrogénezés H-Cube® illetve H-Cube mini™ készülékben történt.
6.1.
p-Metoxi-benzilidén típusú védelem kialakítása
6.1.1.
Metil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-α-D-glükopiranozid (15)
Egy 250 ml-es gömblombikba bemértem 20 g (103 mmol) metil-α-D-glükopiranozidot (14) és 160 ml DMF hozzáadásával szuszpenziót képeztem. Az elegyhez hozzáadtam 22,7 g (125 mmol) p-ánizsaldehid-dimetilacetált és 230 mg (1 mmol) csapat. A lombikot rotációs vákuumbepárlóra tettem. A berendezést vákuum alá helyeztem, a vízfürőt 60°C-ra állítottam és 1 órán át vákuum alatt tartottam. A keletkező MeOH desztillálása után a hőmérsékletet 65°C-ra emeltem, és ledesztilláltam a DMF nagy részét. A maradékot 50 g jég, 100 ml telített NaHCO3 és 100 ml éter elegyébe öntöttem, 30 percig állni hagytam. A kivált terméket szűrtem, majd 3x30 ml petroléterrel illetve 3x30 ml desztillált vízzel mostam. A termék fehér kristályos anyag, tömege 31,1 g (97%). Rf= 0,67 (etil-acetát:metanol 9:1); Opir= 194 °C14, Opmért=194-195 °C; IR: 3368 cm-1, 2939 cm-1, 2908 cm-1, 2867 cm-1, 2840 cm-1
6.2.
2,3-O-Védőcsoportok kialakítása
6.2.1.
Metil-2,3-di-O-benzil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-α-D-glükopiranozid (16)
Egy háromnyakú gömblombikba bemértem 8 g (26 mmol) 15-t majd N2 atmoszféra alatt 0°C-on feloldottam 160 ml DMF-ban. Hozzáadtam 3,08 g (77 mmol) NaH-et, majd 1 órán át kevertettem 0°C-on. Hozzácsepegtettem 13,2 g (77 mmol) BnBr-ot. Az elegyet hagytam szobahőmérsékletre melegedni, majd 1 órán át kevertettem. A reakció végbemenetele után az 29
elegyhez hűtés közben 30 ml MeOH-t adtam. Higítottam 80 ml EtOAc-tal, mostam 80 ml telített NaHCO3 oldattal. Visszaextraháltam EtOAc-tal, majd 150 ml telített NaCl oldattal mostam. Az egyesített szerves fázist Na2SO4-on szárítottam, szűrtem, majd koncentráltam. Toluolból, illetve EtOH-ból kristályosítottam. A termék fehér kristály, tömege: 9,96 g (78%). Rf= 0,88 (petroléter:etil-acetát 1:1); Opir= 143-144 °C14, Opmért=142-144 °C; IR: 2915 cm-1, 2848 cm-1
6.2.2.
Metil-2,3-di-O-benzoil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-α-D-glükopiranozid (45)
Bemértem 5 g (16 mmol) 15-t. Feloldottam 50 ml piridinben, és 0°C-on tartva kis részletekben hozzáadtam 5,63 g (40 mmol) benzoil-kloridot. Hagytam szobahőmérsékletre melegedni, majd 1 éjszakán át kevertettem. Másnap 100 ml jégre öntöttem, majd 2 M-os HCl oldattal pH-t 2-re állítottam. Az elegyet 3x50 ml DCM-nal extraháltam, majd a DCM-es fázist 2x100 ml telített NaHCO3 oldattal és 1x100 ml desztillált vízzel mostam. A szerves fázist Na2SO4-on szárítottam, szűrtem, majd bepároltam. EtOH-ból kristályosítottam. A termék fehér kristály, tömege 5,73 g (70%). Rf= 0,87 (petroléter:etil-acetát 1:1); Opmért= 155-156 °C; IR: 2940 cm-1, 2908 cm-1, 2862 cm-1, 2840 cm-1, 1724 cm-1
6.2.3.
Metil-2,3-di-O-benzil-4,6-O-benzilidén-α-D-glükopiranozid (46)
Bemértem 10 g (36 mmol) 49-t, majd N2 atmoszféra alatt tartva 0°C-on feloldottam 160 ml DMF-ban. Hozzáadtam 5,8 g (144 mmol) NaH-et, majd 1 órán át kevertettem 0°C-on. Hozzácsepegtettem 24,7 g (144 mmol) BnBr-ot. Az elegyet hagytam szobahőmérsékletre melegedni, majd 1 órán át kevertettem. A reakció feldolgozása a 6.2.1 fejezetben leírtak alapján történt. A fehér kristályos terméket metanolból kristályosítva nyertem, tömege: 5,98 g (36%). Rf= 0,88 (petroléter:etil-acetát 1:1); Opir= 93 °C42, Opmért= 95-98 °C; IR: 2921 cm-1, 2873 cm-1
6.2.4.
Metil-2,3-di-O-benzoil-4,6-O-benzilidén-α-D-glükopiranozid (47)
Egy 250 ml-es gömblombikba bemértem 10 g (36 mmol) 49-t. Feloldottam 100 ml piridinben, és 0°C-on tartva kis részletekben hozzáadtam 12,7 g (90 mmol) benzoil-kloridot. Hagytam szobahőmérsékletre melegedni, majd egy éjszakán át kevertettem. Másnap 500 ml 30
jégre öntöttem, majd 2 M-os HCl oldattal pH-t 2-re állítottam. Az elegyet 3x200 ml DCM-nal extraháltam, majd a DCM-es fázist 2x200 ml telített NaHCO3 oldattal és 1x200 ml desztillált vízzel mostam. A szerves fázist Na2SO4-on szárítottam, szűrtem, majd bepároltam. MeOHból kristályosítottam. A termék fehér kristály, tömege 14,6 g (84%). Rf= 0,90 (petroléter:etilacetát 1:1); Opir= 154 °C43, Opmért= 153-155 °C; IR: 2990 cm-1, 2968 cm-1, 2844 cm-1, 1719 cm-1
6.3.
4,6-O- Benzilidén típusú védelem szelektív eltávolítása
6.3.1.
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (50)
a) Feloldottam 9,94 g (20,2 mmol) 16-t és 9,36 g (60,7 mmol) KHSO4•H2O-ot 315 ml MeOH-ban, majd 1 órán át kevertettem szobahőmérsékleten. A reakcióelegyet perliten szűrtem majd 5 g K2CO3-tal semlegesítettem (pH= 6-7). A szuszpenziót újból perliten szűrtem és bepároltam. A bepárolt nyersterméket petroléterrel eldörzsöltem és szűrtem. A termék fehér szilárd anyag, tömege: 8,3 g (98%). Rf= 0,18 (petroléter:etil-acetát 1:1); Opir= 75-76 °C44, Opmért= 71-73 °C; IR: 3396 cm-1, 2918 cm-1, 2890 cm-1 A kísérletet megismételtem 2,32 g (mmol) 46-ból kiindulva. A termék tömege: 2,36 g (98%). b) Bemértem 462 mg (1 mmol) 46-t, feloldottam 1,3 ml DCM-ban, majd 1,3 ml desztillált víz és 5,3 ml jégecet elegyét adtam hozzá. Az elegyet 25 óra kevertetés után jéggel hűtött telített NaHCO3oldattal semlegesítettem, majd 15 ml petroléterrel hidegen extraháltam. A vizes fázist 3x20 ml DCM-nal extraháltam, majd a DCM-os fázist 50 ml telített NaHCO3oldattal és 50 ml telített NaCl oldattal mostam. A szerves fázist Na2SO4-on szárítottam, szűrtem, bepároltam, majd petroléterből kristályosítottam. A termék tömege 216 mg (58%).
6.3.2.
Metil-2,3-di-O-benzoil-α-D-glükopiranozid (51)
Bemértem 489 mg (1 mmol) 47-t, feloldottam 1,4 ml DCM-ban, majd 1,4 ml desztillált víz és 5,6 ml jégecet elegyét adtam hozzá. Az elegyet 72 óra kevertetés után jéggel hűtött telített NaHCO3oldattal semlegesítettem, majd 15 ml petroléterrel hidegen extraháltam. A 31
vizes fázist 3x20 ml DCM-nal extraháltam, majd a DCM-os fázist 50 ml telített NaHCO3 oldattal és 50 ml telített NaCl oldattal mostam. A szerves fázist Na2SO4-on szárítottam, szűrtem, bepároltam, majd petroléterrel eldörzsöltem. A termék színtelen olaj, tömege 180 mg (48%). Rf= 0,26 (petroléter:etil-acetát 1:1); IR: 3459 cm-1, 2917 cm-1, 2849 cm-1, 1720 cm-1 A reakciót megismételtem 260 mg (1 mmol) 45-ból kiindulva is. A termék színtelen olaj, VRK szerint nem tiszta.
6.4.
4-Ulóz-oxim származék (48) szintézise 4-ulóz származékon (56) keresztül
6.4.1.
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-xilo-hexopiranozid-4-ulóz (56)
Bemértem 7,40 g (20 mmol) 50-t egy 158 ml toluolt tartalmazó gömblombikba, majd 5,91 g (24 mmol) Bu2SnO-t és 30 g molekulaszitát adtam hozzá, majd 4 órán át refluxoltattam. Az idő elteltével az elegyet rotációs vákuumbepárlóval szárazra pároltam, majd további 30-60 percig szárítottam vákuum exszikkátorban. A maradékot 158 ml kalcium-kloridon szárított kloroformban oldottam, majd kevertetés mellett részletekben 3,11 g (11 mmol) DBDMH-t adtam hozzá. 15-60 perc elteltével a reakcióelegyet perliten keresztül 80 ml 10%-os Na2S2O3 oldatba szűrtem. Választótölcsérbe öntve elválasztottam, majd a szerves fázist 50 ml desztillált vízzel mostam. Na2SO4-on szárítottam; bepárolva fehér olajat kaptam. A nyersterméket további tisztítás nélkül továbbvittem a következő lépéshez, nem izoláltam. Ennek tömege: 16,02 g. Rf= 0,41 (petroléter:etil-acetát 1:1); IR: 3462 cm-1, 2956 cm-1, 2925 cm-1, 2869 cm-1, 1731 cm-1 A reakciót megismételtem Dean-Stark feltétet használva. A reakcióidő ekkor 10-12 óra volt. A reakció többi lépése ugyanaz volt. Bemérés: 3 g (8,1 mmol) 50, 2,4 g (9,7 mmol) Bu2SnO, 1,3 g (4,4 mmol) DBDMH. A terméket nem izoláltam, IR spektrum alapján a termék megegyezik a molekulaszitával készült változattal. Tömege: 5,8 g.
6.4.2.
Metil-2,3-di-O-benzil -α-D-xilo-hoxopiranozid-4-ulóz-oxim (48)
Feloldottam 4 g (58 mmol) hidroxil-amin hidrokloridot és 7,9 g (58 mmol) kristályvizes nátrium-acetátot 78 ml tömény ecetsavban. Az elegyet N2 atmoszféra alatt kevertettem, majd hozzáadtam a karbonil komponens (56) (20 mmol) 78 ml tömény ecetsavval készült oldatát. 4 32
órán át kevertettem 55 °C-on. A nyersterméket 250 ml jégre öntöttem, majd 2x40 ml hexánnal és 3x150 ml dietil-éterrel extraháltam. Az éteres fázist további 6x100 ml telitett Na2CO3 oldattal illetve 1x150 ml desztillált vízzel extraháltam. A szerves fázist MgSO4-on szárítottam, szűrtem, bepároltam. A maradékot dietil-éterben feloldottam, majd hexán csepegtetésével kicsaptam. A kivált kristályokat szűrtem. Az anyalúgból ismét kicsaptam a terméket. A termék fehér kristályos anyag, tömege 3,02 g (40%). Rf= 0,52 (petroléter:etil-acetát 1:1); IR: 3458 cm-1, 2923 cm-1, 2901 cm-1; 1H NMR (250 MHz, CDCl3) δ 8,76 (1H), 7,23 (10H), 4,97 (1H), 4,78 (1H), 4,57- 4,48 (4H), 4,30 (1H), 4,07 (1H), 3,78 (4H), 3,36 (3H);
13
C NMR (63
MHz, CDCl3) δ 153,4, 137,8, 137,3, 128,8, 128,8, 128,7, 128,4, 128,3, 97,4, 79,3, 72,4, 70,9, 68,7, 62,4, 56,9. A reakciót Dean-Stark feltétes módszerrel készített (8,06 mmol) karbonil származékkal (55) reprodukáltam. A termék tömege: 1,8 g (58%)
6.5.
Metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (1) és metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiranozid (2)
6.5.1.
Redukció lítium-alumínium-hidriddel: metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-diO-benzil-α-D-glükopiranozid(1)
Szárított N2 atmoszférában bemértem a 86 mg (3,12 mmol) LAH-t és 5 ml frissen desztillált dietil-étert. Ehhez az elegyhez 0 °C-on kevertetve hozzáadtam a 200 mg (0,52 mmol) 4-ulóz-oxim származékot (48) 3 ml frissen desztillált dietil-éterrel készült oldatát. Az elegyet 15 percen keresztül kevertettem 0 °C-on, másfél órát szobahőmérsékleten, majd 1 órán át refluxoltattam. A reakcióelegyhez hűtés közben kevés metanolt csepegtettem, majd a kiváló lítium-sókat MeOH, HCl elegyével feloldottam, majd az elegyet bepároltam. A maradékot feloldottam telített NaHCO3 oldatban és háromszor extraháltam éterrel, majd az egyesített szerves fázist koncentráltam. A termék fehéres, rózsaszínes olaj, tömege: 0,112 g (60%)Rf= 0,31 (etil-acetát:metanol 9:1)
6.5.2.
Nátrium-triacetoxi-borohidrid
Szuszpendáltam 0,5 g (13,2 mmol) NaBH4-et 50 ml toluolban. N2 atmoszféra alatt a hőmérsékletet 10-15 °C-on tartva hozzácsepegtettem 1,2 ml jégecetet. A reakcióelegyet 8 33
órán át kevertettem, majd a kivált fehér kristályokat szűrtem, és dietil-éterrel mostam. A szűrt anyagot vákuum exszikkátorban szárítottam. A termék fehér kristályos anyag, tömege: 2,38 g (85%).
6.5.3.
Metil-2,3-di-O-benzil-4-dezoxi-4-hidroxilamino-α-D-glükopiranozid (57), Metil-2,3-di-O-benzil-4-dezoxi-4-hidroxilamino-α-Dgalaktopiranozid (58)
Bemértem 4 ml jégecet, hozzáadtam 295 mg (738 mmol) NaBH4-et, majd a hőmérsékletet 15-20 °C-on tartva 30 percig kevertettem. Ezután hozzáadtam 500 mg (1,3 mmol) 48-t. Hagytam szobahőmérsékletre melegedni, és további 1 órán át kevertettem. Az idő lejárta után az elegyet 20 ml desztillált vízzel hígítottam, telített Na2CO3 oldattal semlegesítettem (pH= 7), majd 2x25 ml DCM-nal extraháltam. A DCM-os fázist 40 ml telített Na2CO3 oldattal mostam. Na2SO4-on szárítottam, szűrtem, bepároltam. A termék színtelen olaj, tömege 466 mg (92%) Rf= 0,41; 0,46 (etil-acetát:metanol 9:1) A reakciót megismételtem 250 mg (0,65 mmol) 48-ból kiindulva is. A hozam 98% volt.
6.5.4.
Transzfer hidrogénezés Zn katalizátor jelenlétében
Feloldottam 250 mg (0,65 mmol) 4-hidroxil-amin származékokat (57, 58) 1,3 ml MeOHban, hozzáadtam 82 mg (1,3 mmol) HCO2NH4-ot és 85 mg (1,3 mmol) cinkport. Az elegyet 2 órán át refluxoltattam. A reakcióelegyet perlitrétegen szűrtem. A szűrletet bepároltam, majd feloldottam 5 ml kloroformban és 2x2ml telített NaCl oldattal és 1x3ml desztillált vízzel extraháltam. A maradékot MgSO4-on szárítottam, majd bepároltam. VRK alapján a kinyert termék (153 mg) a kiindulási és a végtermék molekulás keveréke.
6.5.5.
Transzfer hidrogénezés Pd/C katalizátor jelenlétében
Feloldottam 100 mg (0,26 mmol) 4-hidroxil-amin származékokat (57, 58) 1 ml MeOHban, hozzáadtam 33 mg (0,52 mmol) HCO2NH4-ot és 55 mg (0,52 mmol) Pd/C-port. Az elegyet 2 órán át refluxoltattam. A reakcióelegyet perlitrétegen szűrtem. A szűrletet bepároltam, majd feloldottam 5 ml kloroformban és 2x2ml telített NaCl oldattal és 1x3ml
34
desztillált vízzel extraháltam. A maradékot MgSO4-on szárítottam, majd bepároltam. VRK alapján a kinyert termék (51 mg) a kiindulási és a végtermék molekulás keveréke.
6.5.6.
Katalitikus hidrogénezés H-Cube® készülékben: metil-4-amino-4dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (1) és metil-4-amino-4dezoxi- 2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiranozid (2)
Feloldottam 278 mg (0,74 mmol) 4-hidroxil-amin származékokat (57, 58) 29 ml MeOHban, majd a H-Cube® készülékben a következő paramétereket állítottam be: 0,3 ml/perc, 50 bar, 80 °C; és hosszú (7cm) RaNi katalizátort helyeztem a készülékbe. Az oldatot bepároltam. A 1 és 2 epimerek 1:1 arányú elegyét (258 mg (97%)) kaptam. Rf= 0,22; 0,31 (etilacetát:metanol 9:1), 1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7,27-7,17 (20H), 4,94 (1H), 4,72-4,64 (3H), 4,58-4,53 (6H), 3,75-3,69 (2H), 3,63-3,59 (4H), 3,49-3,46 (1H), 3,42-3,37 (2H), 3,28 (5H), 3,22 (d, 3J3,4= 3,8 Hz, 1H), 2,61 (t, 3J3,4= 9,7 Hz, 1H).
35
7. Összefoglalás Munkám fő célja a metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (1) és metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiranozid (2) szintézise volt, melyet részben irodalmi reprodukciók útján sikeresen kiviteleztem. A kiindulási metil-α-D-glükopiranozid (14) 2-es és 3-as helyzetű hidroxilcsoportjainak szelektív védelméhez ortogonális védőcsoport stratégiát alkalmaztam. Ennek első lépéseként a 4,6-O- védett származékot kellett előállítani, melyre tapasztalataim szerint az p-metoxibenzilidén védelem volt a megfelelőbb. Második lépésben ki kellett választani a 2,3-as pozíció védőcsoportját. Megállapítottam, hogy a éter típusú benzil védőcsoport lesz erre a legalkalmasabb.
A
p-metoxi-benzilidén
védelmet
kálium-hidrogén-szulfátos
savas
hidrolízissel36 eltávolítottam, így a kívánt védett származékhoz (50) jutottam. A tervezett amino funkció kialakítását először azidcsoporton keresztül kíséreltem meg. Ahhoz, hogy az azidcsoporthoz szükséges tozil származékot előállítsam, a p-metoxibenzilidén védőcsoportot szelektíven felnyitva15, 16 szintetizáltam a metil-2,3-di-O-benzil-6(4-metoxibenzil) származékot (17). Azonban a megfelelő tozil származékot (53) nem tudtam izolálni. Új amin prekurzorként az oximot választottuk. Ezt a származékot (48) két lépésben szintetizáltam, melynek első lépésében a 4-ulóz származékot (56) állítottam elő. Ehhez első lépésben a benzil védett származékot (50) Bu2SnO-dal reagáltatva egy sztanniléngyűrűs komponenst (55) szintetizáltam. A reakció során képződő vizet Dean-Stark apparátus segítségével távolítottam el. A második lépésben a származékot DBDMH-nal oxidatívan elbontottam, így a kívánt 4-ulóz származékhoz (56) jutottam. Oximképző ágensnek hidroxilamin hidrokloridot választottunk, így sikeresen előállítottam az oxim komponenst (48). Munkám során az oximcsoport redukálására számos közvetlen és közvetett módszert próbáltam ki. Az oxim származékból (48) kiindulva csak a lítium-alumínium-hidrides redukció vezetett közvetlenül eredményre. A szokásos körülményeket alkalmazva sikerült a glüko származékot (1) előállítani, de csak közepes (60%) termeléssel. A módszer előnye, hogy sztereoszelektív, mely ugyanakkor hátrány is, mert így csak az egyik származékhoz juthatunk.
36
Feltételezhető az oxim származékban egy stabilizáló hidrogén-híd jelenléte, mely gátolja a továbbalakítást. Ez indokolta a hidroxilamin komponenseken (57, 58) keresztül történő közvetett módszerek kipróbálását. A hidroxil-amin származékot nátrium-borohidrid és ecetsav
reakciójából
in
situ
képződő
nátrium-triacetoxi-borohidridet
felhasználva
szintetizáltam. Az így szintetizált hidroxil-amin származékból RaNi katalizátor jelenlétében, H-Cube® készüléket alkalmazva sikerült kialakítani 4-es pozícióban az amino funkciót. Az oximredukció problémáját ezzel az új kétlépéses szintézissel sikerült megoldani. A módszer előnye, hogy mindként kívánt amino származékot a két lépés során kiváló 89%-os össztermeléssel előállítottam. A későbbiekben két lépésben: az aminocsoport uretán típusú védelmével és a 6-os pozíciójú szén oxidációjával eljuthatunk a két kívánt cukoraminosav monomerhez: H-MeGlc-APU-OH és H-Me-Gal-APU-OH.
37
8. Köszönetnyilvánítás Köszönettem tartozom témavezetőmnek, Dr. Perczel András egyetemi tanárnak, hogy kutatómunkám kivitelezéséhez helyet biztosított nekem a MTA-ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoport és Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratóriumban. Köszönöm Goldschmidtné Gőz Viktória PhD hallgatónak a laboratóriumi munkámban való folyamatos segítséget és odafigyelést. Köszönöm Nagy Adrienn PhD hallgatónak és Kapros Anita PhD hallgatónak a munkám során nyújtott segítséget. Köszönöm Dr. Pintér Istvánnak, hogy kérdéseimmel mindig megkereshettem. Köszönöm Dr. Farkas Viktor tudományos
munkatársnak
kutatómunkám
folyamatos
felügyeletét,
és
a
dolgozat
megszületésekor adott tanácsait.
38
9. Irodalomjegyzék
1
S. H. Gellman; Acc. Chem. Res.; (1998), 31 (4), 173-180
2
M. D. P. Risseeuw, M. Overhand, G. W. J. Fleet, M. I. Simone; Tetrahedron: Asymmetry; (2007), 18, 2001-2010
3
D. J. Hill, M. J. Mio, R. B. Prince, T. S. Hughes, J. S. Moore; Chem. Rev.; (2001), 101,
3893−4011 4
B. F. Fisher, S. H. Gellman; J. Am. Chem. Soc.; (2016), 138 (34), 10766-10769
5
T. A. Martinek, F. Fülöp; Chem. Soc. Rev.; (2012), 41, 678-702
6
C. M. Goodman, S. Choi, S. Shandler, W. F. DeGrado; Nat. Chem. Biol.; (2007), 3, 252-262
7
S. A. W. Gruner, E. Locardi, E. Lohof, H. Kessler; Chem. Rev.; (2002), 102, 491-514
8
a) Y. Suharaa, Y. Yamaguchic, B. Collinsa, R. L. Schnaara, M. Yanagishitab, J. E.K. Hildretha, I. Shimadac, Y. Ichikawaa; Bioorg. Med. Chem.; (2002), 10 (6), 1999-2013
b) Y. Suharaa, M. Kuriharab, A. Kittakac, Y. Ichikawaa; Tetrahedron; (2006), 62 (34), 8207-8217 9
A. Nagy, B. Csordás, V. Zsoldos-Mády, I. Pintér, V. Farkas, A. Perczel; Amino Acids; (2016), DOI: 10.1007/s00726-016-2346-5 10
M. P. Kotick, R. S. Klein, K. A. Watanabe, J. J. Fox; Carbohydr. Res.; (1969), 11, 369-377
11
E. J. Reist, R. R. Spencer, D. F. Calkins, B. R. Baker, L. Goodman; J. Org. Chem.; (1965), 30 (7), 2312-2317
12
A. Müller, M. Móricz, G. Verner; Ber. Dtsch. Chem. Ges. B; (1939), 72 (4), 745-753
13
M. Gyr, T. Reichstein; Helv. Chim. Acta; (1945), 28 (1), 226-233
14
C. Vogel; P. Gries; Carbohydr. Chem.; (1994), 13 (1), 37-46
15
R. Johansson, B. Samuelsson; J. Chem. Soc. Perkin Trans. I; (1984), 2371-2374
16
a) Y. Oikawa, T. Yoshioka, O. Yonemitsu; Tetrahedron Lett.; (1982), 23 (8), 885-888 b) Y. Oikawa, T. Yoshioka, O. Yonemitsu; Tetrahedron Lett.; (1982), 23 (8), 889-892
17
N. Barroca, R. R. Schmidt; Org. Lett.; (2004), 6 (10), 1551-1554
18
O. Šimák, J. Staněk, J. Moracová; Carbohydr. Res.; (2009), 334, 966-971
19
a) H. H. Baer; J. Am. Chem. Soc.; (1962), 84 (1), 83-89 b) H. H. Baer, W. Rank; Can. J. Chem.; (1972), 50 (8), 1216-1223
20
E. F. V. Scriven, K. Turnbull; Chem. Rev.; (1988), 88 (2), 297-368
21
S. A. W. Gruner, V. Truffault, G. Voll, E. Locardi, M. Stöckle, H. Kessler; Chem. 39
Eur. J.; (2002), 8, 4365-4376 22
B. Csordás, A. Nagy, V. Harmat, V. Zsoldosné-Mády, I. Leveles, I. Pintér, V. Farkas, A. Perczel; Amino Acids; (2016), 48 (11), 2619-2633 23
S. Cruz-Gregorio, L Hernández, M. Vargas, L. Quintero, F. Sartillo-Piscil; J. Mex. Chem. Soc.; (2005), 49 (1), 20-23 24
Y. Tsuda, M. Hanajima, N. Matsuhira, Y. Okuno, K. Kanemitsu; Chem. Pharm. Bull.; (1989), 37 (9), 2344-2350 25
W. Muramatsu; Org. Lett.; (2014), 16 (18), 4846-4849
26
P. Söderman, G. Widmalm; Carbohydr. Res.; (1999), 316 (1-4), 184-186
27
Y. Tsuda, Y. Okuno, M. Iwaki, K. Kanemitsu; Chem. Pharm. Bull.; (1989), 37 (10), 2344-
2350 28
R. K. Benning, H. M. I. Osborn, A. Turkson; Tetrahedron: Asymmetry; (2011), 22 (1), 109116 29
R. U. Lemieux, S. W. Gunner; Can. J. Chem.; (1968), 46 (3), 397-400
30
a) R. U. Lemieux, R. A. Earl, K. James, T. L. Nagabhushan; Can. J. Chem.; (1973), 51 (1), 7-18 b) R. U. Lemieux, K. James, T. L. Nagabhushan, Y. Ito; Can. J. Chem.; (1973), 51 (1), 3341 31
Y. Tsuda, Y. Okuno, M. Iwaki, K. Kanemitsu; Chem. Pharm. Bull.; (1989), 37 (10), 2673-
2678 32
K. Abiraj, D. C. Gowda; J. Chem. Res.; (2003), 6, 332-334
33
http://thalesnano.com/products/h-cube-series/
34
P. J. Cossar, L. Hizartzidis, M. I. Simone, A. McCluskey, C. P. Gordon; Org. Biomol. Chem.; (2015), 13, 7119-7130 35
I. M. Mándity, T. A. Martinek, F. Darvas, F. Fülöp; Tetrahedron Lett.; (2009), 50 (30), 4372-4374 36
K. Michigami, M. Terauchi, M. Kayashi; Synthesis; (2013), 45 (11), 1519-1523
37
B. Roy, P. Verma, B. Mukhopadhyay; Carbohydr. Res.; (2009), 344 (1), 145-148
38
D. Crich , W. Li , H. Li; J. Am. Chem. Soc.; (2004), 126 (46), 15081–15086
39
C. Simiand, E. Samain, O. R. Martin, H. Driguez; Carbohydr. Res.; (1995), 267 (1), 1-15
40
V. Sridharan, J. C. Menéndez; Org. Lett.; (2008), 10 (19), 4303–4306
41
D. A. Evans, K. T. Chapman, E. M. Carreira; J. Am. Chem. Soc.; (1988), 110 (11), 3560– 3578
40
42
D. J. Bell, J. Lorber; J. Chem. Soc.; (1940), 453-455
43
R. W. Jeanloz, D. A. Jeanloz; J. Am. Chem. Soc.; (1957), 79 (10) 2579–2583
44
J.-M. Vatèle; Tetrahedron; (2007), 63 (45), 10921–10929
41
10. Függelékek IR spektrumok Metil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-α-D-glükopiranozid (15)
Metil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (16)
42
Metil-4,6-O-p-metoxi-benzilidén-2,3-di-O-benzoil-α-D-glükopiranozid (45)
Metil-4,6-O-benzilidén-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (46)
43
Metil-4,6-O-benzilidén-2,3-di-O-benzoil-α-D-glükopiranozid (47)
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (50)
44
Metil-2,3-di-O-benzoil-α-D-glükopiranozid (51)
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-xilo-hexopiranozid-4-ulóz (56)
45
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-xilo-hexopiranozid-4-ulóz-oxim (48)
46
NMR spektrumok A metil-2,3-di-O-benzil-α-D-xilo-hexopiranozid-4-ulóz-oxim (48) 1H NMR spektruma
47
Metil-2,3-di-O-benzil-α-D-xilo-hexopiranozid-4-ulóz-oxim (48) 13C NMR spektruma
48
Metil-4-amino-4-dezoxi-2,3-di-O-benzil-α-D-glükopiranozid (1) és metil-4-amino-4-dezoxi2,3-di-O-benzil-α-D-galaktopiranozid (2) 1H NMR spektruma
49
