cycloSal-Pronucleotiden
4.1.2 Acylale zur „lock-in“-Modifikation
4.1.2.2 Synthese 3-Me-5-POM-funktionalisierter cycloSal-Pronucleotide
Als Ausgangsmaterial wurde der kommerziell erhältliche 4-Hydroxy-3-methylbenzaldehyd 61 verwendet. Die in der Literatur beschriebene Synthese ließ sich problemlos nachvollziehen.[80]
O
OBn O
OH
2.0 Äq.K2CO3 1.5 Äq. BnBr DMF, RT, 22 h 99%
THF, 22 h RT-Reflux 93%
PPh3
O Br O 1. Benzol 2. NaOH, 71%
Ph3P COOMe
OBn O
O
2.0 Äq
H2/Pd/C THF, 16 h 100%
OH O
O
1. Formalin, 5.2 Äq.KOH 2. konz. HCl
100%
OH OH 61
62
63
64
65
66
67
60 O
OH
Abb. 28: Synthese des Salicylalkohols 60
Zunächst wurde in DMF eine Schützung der phenolischen OH-Gruppe als Benzylether vorgenommen, um den Aldehyd 62 für die nachfolgende Wittig-Reaktion zu erhalten. Die Synthese verlief problemlos in quantitativer Ausbeute und ließ sich auch in größerem Maßstab (ca. 1 g 61) durchführen. Das Wittig-Reagenz 65 konnte in großen Mengen durch Umsetzung von Triphenylphosphin 63 mit Bromessigsäuremethylester 64 und abschließender Neutralisation mit NaOH unter Verwendung von Phenolphthalein als Indikator dargestellt und kristallisiert werden.
Nach Umsetzung von 65 mit dem Aldehyd 62 wurde E-selektiv (J= 16 Hz) das Methylacrylat 66 in 93%iger Ausbeute erhalten. Bei größeren Ansätzen (3 g Aldehyd 62) wurde die Reinigung durch beträchtliche Mengen Triphenylphosphinoxid erschwert. Die Abtrennung gelang durch wiederholtes Ausfällen des Nebenprodukts aus Petrolether/Ethylacetat-Gemischen und Filtration. Allerdings verringerte sich die Ausbeute durch dieses Vorgehen auf 65%. Zur Vereinfachung der Reinigung könnte auf die Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion zurückgegriffen werden, um ein wasserlösliches Nebenprodukt zu erhalten. Da die Fällung von Triphenylphosphinoxid aber noch zu einer relativ guten Ausbeute führte, wurde die HWE-Reaktion im Rahmen dieser Arbeit nicht mehr durchgeführt. Zur Entfernung der Benzylschutzgruppe bei gleichzeitiger Hydrierung der Doppelbindung wurde das Methylacrylat 66 mit Wasserstoff unter Palladium/Kohle-Katalyse umgesetzt. Die Reaktion erfolgte quantitativ und ließ sich auch mit größeren Mengen Edukt 66 durchführen. Zur Einführung der Hydroxymethylgruppe konnte der Phenol 67 im Basischen mit Formalinlösung umgesetzt werden. Das Phenolat-Anion aktiviert die ortho- und para-Positionen. Da im Fall des Phenols 67 nur eine ortho-Position für die elektrophile aromatische Substitution in Frage kommt, wird selektiv der Salicylalkohol 60 erhalten, da zudem durch die basischen Reaktionsbedingungen gleichzeitig der Methylester gespalten wird. Diese Umsetzung gelang für kleinere Mengen von ca.
100 mg Edukt 67 quantitativ, bei größeren Ansätzen (ca. 1 g 67) wurde die Reinigung durch das Auftreten von Formaldehyd-Polymeren erschwert, so dass Ausbeuteverluste von etwa 10% auftraten. Insgesamt bleibt für diese Syntheseroute aber festzuhalten, dass sie einfach, mit hervorragenden Ausbeuten und durch gekoppelte Umsetzungen in nur vier Schritten zum Salicylalkohol 60 führt.
Der Salicylalkohol 68a konnte in unserer Arbeitsgruppe bereits erfolgreich in Verbindung 68d umgewandelt werden.[58] Dazu wurden zunächst die alkoholischen
OH-Gruppen als cyclisches Benzylidenacetal 68b geschützt, um dann die POM-Gruppe mit POM-Iodid und DIPEA als Base einzuführen (Weg b). Wegen der schlechten chromatographischen Eigenschaften von 68b wurde die Reaktion auch als Eintopfreaktion durchgeführt. Dieses Vorgehen verbesserte die Gesamtausbeute von 68c auf 68% (Weg a). Nachfolgende Entschützung durch HCl-Katalyse in der Siedehitze ergab 68d in 79%iger Ausbeute.
OH OH O
OH
O O O
OH
Ph
O O O
O O
O
R
R
R
Ph OH
OH O
O O
O
R = H, 68a R
R = Me, 60 R = H, 68d, 79%
R = Me, 71, 78%
R = H, 68b, 50%
R = Me, 69, 86%
R = H, 68c, 68% (a); 53% (b) R = Me, 70, 100% (b)
i) Benzaldehyddimethylacetal, p-TsOH ii) POM-I, DIPEA
iii) kat. HCl, Reflux, 1min a: i), ii)
i)
b: ii)
iii)
Abb. 29: POM-Funktionalisierung von Salicylalkoholen 68a, 60
Es wurde davon ausgegangen, dass eine Methylgruppe in 3-Position keine Störung des Syntheseverlaufs zur Darstellung von 71 hervorrufen sollte. Daher wurde analog der bekannten Umsetzung vorgegangen. Zunächst wurden die alkoholischen OH-Gruppen des Salicylalkohols 60 für die nachfolgende Funktionalisierung der Säuregruppe inaktiviert, was durch Synthese des cyclischen Benzylidenacetals 69 mit einer Ausbeute von 86% gelang. Wegen der besseren chromatographischen Eigenschaften von 69 gegenüber 68b wurde auf die Durchführung der Eintopfreaktion (Weg a) verzichtet. Beide Verbindungen sind potentielle Synthesebausteine für weitergehende Funktionalisierungen, weswegen ihre Isolierung ausgesprochen interessant ist (s. S. 53, Abb. 51). Um die POM-Gruppe effektiv einführen zu können, ist es ratsam, POM-Iodid aus dem kommerziell verfügbaren POM-Chlorid durch Finkelstein-Reaktion darzustellen. Diese Umsetzung
verläuft quantitativ, und das Produkt kann durch Vakuumrektifikation in hoher Reinheit erhalten werden. Nach Umsetzung des Acetals 69 mit POM-I zum Syntheseintermediat 70 in quantitativer Ausbeute, wurde das Acetal durch HCl-Katalyse in der Siedehitze zum Salicylalkohol 71 gespalten. An dieser Stelle sei hervorgehoben, dass die Umsetzung zum Salicylalkohol 71 ausgehend von dem Aldehyd 61 in sieben Stufen mit einer Gesamtausbeute von 62% gelingt.
Um zu den „lock-in“-modifizierten cycloSal-Pronucleotiden 56-58 zu gelangen, musste der Salicylalkohol 71 in das cyclische Saligenylchlorphosphit 59 umgewandelt werden. Die Synthese wurde in Diethylether durchgeführt, um bei der Reaktion entstehendes Pyridiniumchlorid auszufällen. Nach Filtration und Evaporation des Lösungsmittels wurde 59 als Rohprodukt in 85%iger Ausbeute erhalten und direkt für die weiteren Synthesen verwendet.
O O O
O O
O
P Cl OH
OH O
O O
O
PCl3, Pyridin
Et2O, 85% + d4T 3/ BVdU 11
59
O O
N HN
O
O
OH
Br
O O O
O O
O
P
O O
O
N HN
O
O O
O O
O O
O
P O DMF, DIPEA, tBuOOH
57 56
35% 61%
Abb. 30: Synthese der Zielverbindungen 56, 57
Die Kupplungen von 59 mit d4T 3 und BVdU 11 wurden auf gleiche Weise durchgeführt. Dazu wurden 1.5 Äq. der Nucleoside durch mehrfaches Coevaporieren mit Toluol getrocknet und dann in wenig DMF gelöst. Nun wurden 1.5 Äq. DIPEA
zugegeben und bei -20 °C 1.0 Äq. des Chlorphosphits 59, gelöst in Acetonitril, über 15 min zugetropft. Nach 1 h bei Raumtemperatur wurde erneut auf -20 °C gekühlt und das P(III)-Intermediat durch Zugabe von 2.6 Äq. t-BuOOH oxidiert. Nach vollständiger Oxidation wurde die Reaktionslösung mit einem großen Überschuss Dichlormethan (angesäuert mit Essigsäure) vermischt und mit Wasser gewaschen.
Ohne die Extraktion zersetzte sich das Zielmolekül bei Entfernung der Lösungsmittel.
Nach chromatographischer Reinigung konnten die Zielverbindungen 56 und 57 mit 61%, bzw. 35% Ausbeute isoliert werden. Die Ausbeute für das BVdU-Derivat 57 fällt vermutlich wegen der zusätzlichen 3´-OH-Gruppe geringer aus. Insgesamt sind die Ausbeuten, insbesondere für d4T, zur Darstellung dieser komplexen Moleküle jedoch sehr gut. Für ACV 7 versagte die Synthese, ein Umstand, der auf die geringe Löslichkeit von ACV 7 in DMF und generell in organischen Lösungsmitteln zurückgeführt werden konnte. Daher musste zur Darstellung von Zielverbindung 58 ein alternativer Syntheseweg beschritten werden. So sollte zunächst ACV 7 in eine löslichere Form übergeführt werden. Hierzu bietet sich die Schützung der exocyclischen Aminogruppe mit DMTr-Chlorid an. Man erhält zunächst das doppelt DMTr-geschützte ACV-Derivat 72. Nachfolgend kann chemoselektiv die O-DMTr-Schutzgruppe abgespalten werden.[81]
DMTr-Cl 94%
NH N N
O
NHDMTr N
DMTrO O
6% TFA 5 min 67%
NH N N
O
NHDMTr N
HO O ACV 7
72 73
Abb. 31: Darstellung von ACVDMTr 73
Mit Verbindung 73 wurde nun die Kupplungsreaktion mit dem Chlorphosphit 59 erneut durchgeführt. Hierzu wurden 1.5 Äq. ACVDMTr 73 mit Toluol coevaporiert und in wenig DMF aufgenommen. Nach Kühlung auf -20 °C wurden 2.0 Äq. DIPEA zugegeben und das Chlorphosphit 59, gelöst in THF, über 10 min zugetropft. Die Reaktionslösung wurde nun 1 h bei Raumtemperatur gerührt. Nach Oxidation mit 2.6 Äq. t-BuOOH bei -20 °C wurde die Lösung mit viel DCM verdünnt und mit Wasser gewaschen. Nach Chromatographie konnte der N2-DMTr-geschützte
cycloSal-Triester 74 in 36% Ausbeute erhalten werden. Die Schutzgruppe wurde mit 10%
Trifluoressigsäure in Ethanol entfernt. Erneute Chromatographie lieferte die Zielverbindung 58 in quantitativer Ausbeute.
ACVDMTr 73 59
O O O
O O
O
P O
NH N N
O
NHDMTr N
O O i)
ii)
O O O
O O
O
P O
NH N N
O
NH2
N O O
74
58 i) DMF, DIPEA, t-BuOOH
ii) TFA/EtOH 1:10 v/v, 30 min
100%
36%
Abb. 32: Synthese der Zielverbindung 58
Auf diese Weise konnten alle Zielverbindungen 56-58 in Ausbeuten von 61%, 35%
und 36% dargestellt werden. Komplexe POM-funktionalisierte Verbindungen können folglich zur Maskierung von unterschiedlichen Nucleosidanaloga verwendet werden.
4.1.2.3 Charakterisierung der 3-Methyl-5-POM-funktionalisierten