Untersuchung verschiedener Glycosylakzeptoren

Zur Untersuchung der Anwendungsbreite des bereits bekannten Aktivators CuCl2 und dem als weitere Alternative identifizierten Aktivator ZnI₂ wurden eine Reihe von Glycosylierungen mit dem Oxazolin 4 als Donor durchgeführt. Zunächst wurden Glycoside von einfachen Alkoholen ausgehend synthetisiert, die eine Reihe interessanter Anwendungen in chemischer Biologie und den Materialwissenschaften

ermöglichen (siehe Abschnitt 3.2.2.1). Des Weiteren wurden verschiedene Monosaccharide und eine Aminosäure als Glycosylakzeptoren verwendet. Dies ist insbesondere für die Herstellung biologisch relevanter Oligosaccharide von Bedeutung (siehe Abschnitt 3.2.2.2).

3.2.2.1 Reaktionen mit einfachen Alkoholen als Glycosylakzeptoren

Der Oxazolindonor 4 wurde mit einer Reihe primärer (90, 111, 160 und 162), einem sekundären (164) und einem aromatischen Alkohol (165) umgesetzt (siehe Tabelle 3.5). Die Reaktion mit dem primären Alkohol 4-Penten-1-ol (90) zu dem synthetisch wertvollen n-Pentenylglycosid 35 verlief unabhängig vom Aktivatorsalz mit nur mäßigen Ausbeuten. Als nächster primärer Alkohol wurde das ebenfalls ungesättigte 10-Undecen-1-ol (160) verwendet. Das dabei entstehende Glycosid 161 kann als Edukt bei der Synthese von Glyconanopartikeln verwendet werden. Die hier dargestell-ten Ergebnisse sind der Vollständigkeit halber angegeben, die Reaktionen wurden von Magnus Schmidt während seiner Dissertation durchgeführt.^[217] Die Synthesen verliefen vergleichbar schnell und mild ab. Es ergibt sich ein eindeutiger Unterschied beim Vergleich der zwei Aktivatoren. Beim Einsatz von ZnI₂ entstanden im Gegensatz zur Reaktion mit CuCl₂ mehrere nicht näher charakterisierte Nebenprodukte, welche die niedrigere Ausbeute von 41 % erklären. Schließlich können der Tabelle noch die Ausbeuten bei der Reaktion zwei weiterer primärer Alkohole, dem Maleinimidalkohol 111 und dem Dansylkohol 162, unter CuCl2 – Aktivierung entnommen werden. Wie in Abschnitt 3.1.2 beschrieben kann 111 in Testsystemen Verwendung finden. Der Dansylalkohol 162 kann in potentiellen Glycosylierungs-Testreaktionen eingesetzt werden, bei denen das detektierbare Fluoreszenzsignal des Produkts von dem des Glycosylakzeptors unterschieden werden kann. Dies kann z.B. durch anschließende HPLC-Analytik geschehen.

Tabelle 3.5: Glycosylierung mit Oxazolin 4 als Donor und verschiedenen Akzeptoren unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Aktivatoren. D/A gibt das Verhältnis der Stoffmengen des Glycosyldonors im Vergleich zum Glycosylakzeptor an.

Aktivator Akzeptor Produkt D/A Zeit Ausbeute

CuCl2

Aktivator Akzeptor Produkt D/A Zeit Ausbeute

Cyclohexanol (164) als sekundärer Alkohol reagierte schnell und in guten Ausbeuten sowohl mit CuCl₂ als auch mit ZnI₂. Bei der Reaktion mit der phenolischen OH-Gruppe von 4-Methylumbelliferon (165) ergaben sich eindeutige Unterschiede zwischen den zwei Aktivatoren. Beim Einsatz von Zinkiodid konnte bereits nach 5 h kein weiterer Umsatz beobachtet werden, während dies mit Kupferchlorid erst nach 2 Tagen der Fall war. Zudem erhielt man mit ZnI2 eine deutlich höhere Ausbeute (48%) als mit CuCl2

(32%). Das Glycosid 166 ist ein wichtiges Intermediat in der Synthese von Substraten zur Bestimmung der Aktivität von Glycosidhydrolasen in fluorometrischen Assays (siehe Abschnitt 3.4). Insgesamt kann kein eindeutiger Trend bei den untersuchten Glycosylierungen erkannt werden. Es ist vom Glycosylakzeptor abhängig, ob CuCl2

oder ZnI₂ die besseren Ergebnisse liefert. Beide Aktivatoren ermöglichen die Synthese wichtiger interessanter Verbindungen.

3.2.2.2 Reaktionen mit Kohlenhydraten und Aminosäuren als komplexe Glycosylakzeptoren

Der Oxazolindonor 4 ist auch in der Synthese von Di-, Tri- und anderen Oligosacchariden ein potentiell sehr interessanter Baustein. Im Folgenden werden die erhaltenen Ergebnisse bei diversen Glycosylierungen mit verschiedenen Zuckern als Akzeptoren beschrieben.

Abb. 3.61: Glycosylierung des Oxazolins 4 mit Diacetonglucose 167 und ZnI2 als Aktivator.

Die Glycosylierung mit der sterisch gehinderten 3-OH Gruppe der 1,2:5,6-Di-O-isopropyliden-α-D-glucose 167 (Abb. 3.61) ergab nach 18 h lediglich eine Ausbeute von 6 %. Hauptgrund hierfür war wie schon bei der Verwendung von CuCl₂ (Ausbeute von 39 %) die Entschützung der besonders labilen 5,6-O-Isopropylidengruppe. In diesem Fall bringt die Verwendung von ZnI₂ folglich keine Vorteile gegenüber CuCl₂.

Als nächstes sollte ein perbenzylierter Glycosylakzeptor 169 mit freier primärer OH-Gruppe an der 6-Position synthetisiert werden. Dazu wurde das Benzylidenacetal 168 bei 0 °C in DCM mit 10 eq BH3·THF versetzt (Abb. 3.62). Nach 5 min wurde 1 eq

Abb. 3.62: Geplante selektive Entschützung des benzylierten Zuckers 168.

Bei dem nach Flashchromatographie isolierten Produkt handelte es sich allerdings laut NMR und ESI-MS um die Verbindung 170 (Abb. 3.63), bei dem das Benzylidenacetal vollständig abgespalten wurde:

BnO O

Abb. 3.63: Beobachtete Reaktion der benzylidengeschützten Verbindung 168 zum Diolakzeptor 172.

Diese Verbindung 170 wurde dennoch als Glycosylakzeptor sowohl mit CuCl₂ als auch mit ZnI₂ als Aktivator (1.5 eq) verwendet (Abb. 3.64). Die Reaktion wurde nach 48 h abgebrochen und das Rohprodukt mittels FC mit PE/EE = 1:1 aufgereinigt. Im Falle der CuCl₂ - Aktivierung erhielt man neben dem erwarteten Produkt 171 (33 %) das Edukt 170 zurück. Die Reaktion war somit auch nach 2 Tagen nicht vollständig. Dies entsprach einer umsatzbezogenen Ausbeute von 50 %. Bei der Verwendung von ZnI₂ konnte in dieser Reaktion keine Produktbildung beobachtet werden.

Abb. 3.64: Glycosylierung des Oxazolins 4 mit dem Diolakzeptor 170. Nach 48 h wurde lediglich die Bildung des Disaccharids 171 beobachtet, eine 1,4-Verknüpfung fand unter den gewählten Bedingungen nicht statt.

Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet geeigneter Glycosyldonoren neben der Oligosaccharidsynthese ist die Herstellung von Glycopeptiden. Die Anknüpfung der Zucker an den Peptidteil kann dabei entweder an das fertige Peptid erfolgen oder man synthetisiert zunächst eine glycosylierte Aminosäure, welche dann in der weiteren Peptidsynthese eingesetzt wird. Ein Beispiel für die zweite Strategie ist die Glycosylierung der geschützten Aminosäure Fmoc-Ser-OAll (173). Sie wurde zunächst in einer Ausbeute von 70 % nach der in der Diplomarbeit von Dirk Lennartz beschriebenen Methode hergestellt (Abb. 3.65).^[90]

FmocHN CO₂H

HO 1. Cs2CO3 in EtOH

2. AllBr in DMF FmocHN HO

O O 70 %

172 173

Abb. 3.65: Synthese von Fmoc-Ser-OAll (173).

Es konnte bereits früher gezeigt werden, dass die Glycosylierung dieses Serinderivats 173 mit dem Oxazolindonor 4 unter CuCl₂-Aktivierung mit einer Ausbeute von 77 % gelang. Bei der gleichen Reaktion unter Zuhilfenahme von ZnI2 konnte das gewünschte Produkt 58 nur in einer äußerst geringen Ausbeute von 4 % synthetisiert werden (Abb.

3.66). Es wurde keine Nebenproduktbildung beobachtet, neben dem Produkt 58 wurden lediglich die Edukte isoliert.

AcO O

OAc AcO

N O

+ FmocHN HO

O O

ZnI2

CHCl3

AcO O

OAc AcO NHAcO

FmocHN O O

4 173 58

60 °C, 4 %

Abb. 3.66: Glycosylierung von Fmoc-Ser-OAll (173) mit Oxazolin 4.