Temperatur von 40 °C auf 60 °C führten nicht zur gewünschten Reaktion, sondern lediglich zu einer Rückgewinnung des Eduktes 17.
Eine mögliche Erklärung dieser Beobachtung lässt sich anhand des Mechanimus dieser Umacetalisierung finden. Dieser ist in Abbildung 4-2 am Beispiel der in dieser Arbeit verwendeten Iduronsäuren 20 und 21 dargestellt.
Es wird vermutet, dass durch Zugabe der Base und Erwärmen auf 40 °C eine Deprotonierung des amidischen Stickstoffs stattfindet. Diese führt zur Öffnung des N,O-Halbactals und es wird eine Acyliminzwischenstufe I gebildet. Bei einem Angriff der 4-Hydroxylgruppe auf dieses Imin bildet sich das Edukt 20 zurück. Findet jedoch ein Angriff der 5-Hydroxylgruppe auf das Acylimin statt, wird die pyranoide Form 21 gebildet. Diese Pyranose liegt aufgrund der Überbrückung durch das Lactam in der
4C1-Sessel-Konformation vor, die zu drei equatorialen und nur zwei axialen Substituenten führt. Dadurch ist dies ein sehr stabiles Produkt und das Gleichgewicht dieser Reaktion liegt vollständig auf der Seite der pyranoiden Form 21 (vgl. Kapitel 3.1).
Im Fall der D-gluco-Furanose 17 ist zwar die Deprotonierung durch die zugegebene Base genauso denkbar, ein Angriff der 5-Hydroxygruppe auf das intermediär auftretende Acylimin würde jedoch zu einer D-gluco-Pyranose in der 1C4-Sesselkonformation mit ausschließlich axial angeordneten Substituenten führen (Abbildung 4-1 unten), die
Abbildung 4-2: Es wird vermutet, dass die Umactealisierung der L-ido-Furanose 20 zur
L-ido-Pyranose 21 über eine Acyliminzwischenstufe verläuft.
energetisch deutlich ungünstiger ist als die analoge L-ido-Pyranose 21. In diesem Fall ist daher der Angriff der 4-Hydroxylgruppe auf das Acylimin bevorzugt, so dass die
D-gluco-Furanose 17 zurückgebildet wird. Aus diesem Grund musste für die Synthese eines geschützten Glucuronsäurebausteins ausgehend von 17 eine andere Strategie entwickelt werden (Abbildung 4-3). Dazu sollte zunächst eine Lactamhydrolyse von 17 erfolgen, diese erwies sich jedoch, wie schon für das überbrückte Lactam 20 beobachtet (Kapitel 3.2), als schwierig. Die Hydrolyse unter basischen Bedingungen konnte aufgrund der oben beschriebenen Versuche zur Umacetalisierung von der Furanose zur Pyranose bereits ausgeschlossen werden, da unter diesen Bedingungen stets das Edukt 17 zurückgewonnen wurde. Die saure Hydrolyse durch Zugabe von wässriger HCl (6 Mol/L) in Methanol führte zu einer Zersetzung des Eduktes und somit auch nicht zum Erfolg. Die Reaktionsbedingungen, die für die Lactam-Hydrolyse der überbrückten, N-Boc-geschützten L-ido-Pyranose 27 verwendet wurden (H2O2, LiOH, THF/H2O 3:1, Kapitel 3.2) ließen sich auch bei einer Erhöhung der Temperatur ebenfalls nicht auf die D -gluco-Furanose 17 übertragen.
Abbildung 4-3: Die Synthese eines geschützten Glucuronsäurebaustein gelang ausgehend von 17 als Pyranose/Furanose-Gemisch im Verhältnis 5:1. a) Boc2O, DIPEA, DMAP, RT, 5 h, 96%; b) LiOH, H2O2, THF/H2O 3:1, RT, 2 h dann Na2SO3, RT, 15 min, 59%; c) MeI, KHCO3, DMFabs, RT, 2 d, 76%; d) 1. HCl/Et2O, 0 °C, 15 min; 2. Pyr/H2O 3:1, 0 °C, 1 h, 50% über zwei Stufen.
Es musste deshalb, wie auch schon im Fall der L-ido-Pyranose (Kapitel 3.2), zunächst eine Boc-Schützung durchgeführt werden, um so die Reaktivität des Lactams zu erhöhen.
Dabei gelang es nicht wie bei der Verbindung 21 selektiv den Stickstoff zu schützen (vgl.
Kapitel 3.2.1), da bei der Zugabe von einem Equivalent Boc2O und einem Equivalent DIPEA auf dem DC ein Gemisch des Eduktes und des Di-Boc-geschützten Produktes 51 detektiert wurde. Die Zugabe von zwei Equivalenten Boc2O und zwei Equivalenten DIPEA führten dann in einer Ausbeute von 96% zum Di-Boc-geschützten Produkt 51.
Im Folgenden sollte die Hydrolyse dieses aktivierten Lactams durchgeführt werden. Eine direkte Überführung des Lactams in den entsprechenden Methylester mit NaOMe in Methanol gelang nicht. Es wurden deshalb die gleichen Reaktionsbedingungen wie für das überbrückte Iduronsäurederivat 27 verwendet. Die Zugabe von H2O2 und Lithiumhydroxid in einem THF/H2O-Gemisch führte zunächst zur Peroxysäure, die anschließend mit Na2SO3 zur entsprechenden Carbonsäure 52 reduziert wurde. Die Carbonsäure konnte mit MeI und KHCO3 in absolutem DMF in einer Ausbeute von 76%
als Methylester 53 geschützt werden. Um zu einem Glucuronsäurederivat zu gelangen, das als Donor oder Akzeptor verwendet werden kann, musste nun noch das N,O-Acetal in ein O,O-Acetal überführt werden. Dazu wurden die Boc-Gruppen mit HCl/Et2O abgespalten und das Rohprodukt in einem Pyridin/Wasser-Gemisch aufgenommen. Dies führte zu einem Pyranose/Furanose-Gemisch 54/55 im Verhältnis 5:1, wobei hier im Gegensatz zu einer analogen Reaktion mit dem Iduronsäurederivat (33, 34) (Kapitel 3.2.1) die Pyranose das Hauptprodukt darstellt. Die vier erhaltenen Produkte sind in Abbildung 4-4 gezeigt.
Die Unterscheidung der Produkte und somit auch die Bestimmung des Produktverhältnisses gelang mittels 1D- und 2D-NMR-Spektroskopie. Wie schon im Fall der analogen Iduronsäuren musste zum einen zwischen der pyranoiden und der furanoiden Form und zum anderen zwischen den jeweiligen α- und β-Formen unterschieden werden. Die Unterscheidung der furanoiden von der pyranoiden Form konnte aufgrund der relativ guten Signalseparierung mithilfe eines COSY-Spektrums getroffen werden. Dort ist im Fall der pyranoiden Form eine 3J4-H/OH-Kopplung und im Fall der Furanose eine 3J5-H/OH-Kopplung zu beobachten. Zur Identifizierung dieser Kopplungen im COSY-Spektrum wurden zunächst im HSQC-Spektrum die OH-Protonen aufgrund ihres fehlenden Kreuzsignales von den CH-Protonen unterschieden.
Anschließend konnte ausgehend von der 1-OH-Gruppe das Spinsystem im
COSY-Spektrum verfolgt werden, um so eine Zuordnung der Signale zu erhalten. Nach der erfolgten Zuordnung konnte nun im Fall der Pyranose eine 3J4-H/4-OH-Kopplung bzw.
für die furanoide Form ein 5-H/5-OH-Kreuzsignal identifiziert werden. Dies wurde für drei der vier Signalsätze durchgeführt, aufgrund der geringen Signalintensität und der Signalüberlagerung war dies jedoch für den vierten Signalsatz nicht möglich. Dieser wurde dem einzigen noch verbleibenden Isomer zugeschrieben.
Die Unterscheidung zwischen α- und β-Form kann im Fall der D-gluco-konfigurierten Produkte bei gut separierten Signalen über die 3J1-H/2-H-Kopplung bestimmt werden (Kapitel 3.2.2). Diese sollte im Fall der beiden Hauptprodukte, der Pyranosen, für die α-Form 2-5 Hz und für die β-Form 7-12 Hz betragen. Im 1H-NMR-Spektrum wurden für die beiden pyranoiden Produkte 1-H/2-H-Kopplungen von 4.9 Hz und 6.8 Hz gefunden, wodurch bereits eine erste Zuordnung möglich war. Diese konnte mithilfe des ROESY-Spektrums bestätigt werden. Für die α-Form wurde im ROESY-Spektrum sowohl ein 1-H/2-H- als auch ein 1-OH/5-H-Kreuzsignal gefunden. Ein 1-H/5-H-Kreuzsignal konnte erwartungsgemäß nicht beobachtet werden. Im Fall der β-Form wurde dagegen ein 1-H/5-H- und ein 1-H/3-H-Kreuzsignal detektiert und ein 1-OH/5-H-Signal wurde nicht beobachtet (Abbildung 4-5).
Abbildung 4-4: Die Überführung des N,O-Acetals 53 in das entsprechende O,O-Acetal führte zu einem Produktgemisch aus den jeweiligen α- und β-Formen der Glucopyranose und der Glucofuranose. Die Strukturaufklärung erfolgte mittels 1D und 2D-NMR-Spektroskopie.
Für die furanoiden Formen des Glucuronsäurederivates war eine Unterscheidung der α- und β-Form anhand der Kopplungskonstanten aufgrund der geringen Signalintensität und der Signalüberlagerung nicht möglich. Es musste deshalb hier ausschließlich auf das ROESY-Spektrum zurückgegriffen werden. Einer der beiden furanoiden Signalsätze konnte mithilfe der 2D-NMR-Spektren vollständig zugeordnet werden. Im ROESY-Spektrum wurde für diesen Signalsatz ein 1-OH/2-H- sowie ein 1-H/4-H-Kreuzsignal beobachtet. Dies lässt auf die β-Form der Furanose schließen. Der vierte Signalsatz konnte aufgrund der geringen Signalintensität nicht zugeordnet werden und wurde dem letzten verbleibenden Isomer, der α-D-gluco-Furanose zugeschrieben (Abbildung 4-6).
Auf diese Weise wurde aus den Integralen des 1H-NMR-Spektrums folgendes Produktverhältnis ermittelt: α-D-Pyranose : β-D-Pyranose : β-D-Furanose : α-D-Furanose
= 1 : 0.43 : 0.17 : 0.15.
Abbildung 4-5: Die α- und β-Formen der D-Glucofuranose können nicht nur aufgrund ihrer 1-H/2-H-Kopplungskonstanten, sondern auch anhand der ROE-Kontakte unterschieden werden.
Abbildung 4-6: Die beiden furanoiden Formen der D-Glucuronsäure lassen sich anhand eines ROESY-Spektrums unterscheiden. Die für die β-Form gefundenen ROE-Signale sind eingezeichnet, die Signalintensität der α-Form war für eine Zuordnung zu gering.
Obwohl sich die Umacetalisierung des furanoiden, überbrückten Iduronsäurederivates 20 in die pyranoide Form 21 nicht auf die entsprechende Glucuronsäure 17 übertragen ließ (Abbildung 4-1), ist es dennoch geglückt, ein für die weitere Synthese passend geschütztes Glucuronsäurederivat darzustellen. Diese liegt jedoch im Gegensatz zu dem in Kapitel 3.2 beschriebenen Iduronsäurederivat als Pyranose/Furanose-Gemisch im Verhältnis 5:1 vor, wobei das für weitere Umsetzungen wichtige pyranoide Derivat das Hauptprodukt der Synthese darstellt.