DE19624705A1 - Dendrimere auf Saccharid-Basis - Google Patents
Dendrimere auf Saccharid-BasisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Dendrimere auf Saccharid-Basis, Verfahren zur Herstellung
solcher Dendrimere sowie ihre Verwendung.
Bei der Synthese organischer Verbindungen fallen die Produkte oft als Gemische
an, z. B. als Racemate, d. h. als Gemische von Enantiomeren. Enantiomere unter
scheiden sich nur wenig in ihren physikalischen Eigenschaften, jedoch stark in
ihren physiologischen Wirkungen. So kann das eine Enantiomer toxisch sein,
wohingegen das andere Enantiomer eine therapeutische Wirkung besitzt. Die
Trennung von Enantiomeren ist daher wünschenswert. Viele Versuche wurden
unternommen, dies zu erreichen. Bisherige Ergebnisse sind allerdings nicht
befriedigend.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Mittel bereitzu
stellen, mit dem Gemische von Produkten, insbesondere Racemate, effektiv
getrennt werden können.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände in den Patentansprüchen
erreicht.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist somit ein Dendrimer, umfassend
einen Initiatorkern mit mindestens zwei funktionellen Gruppen und mindestens
zwei Saccharide.
Dendrimere sind dreidimensionale, hoch geordnete oligomere bzw. -polymere
Verbindungen, die ausgehend von einem Initiatorkern gebildet werden. Dieser
weist mehrere reaktionsfähige Gruppen auf. An diese Gruppen werden Sub
stanzen gebunden. Auf diese Weise werden Dendrimere der ersten Generation
erhalten. An die Substanzen des Dendrimers der ersten Generation können
weitere Substanzen und/oder weitere Initiatorkerne gebunden werden, die dann
mit weiteren Substanzen verknüpft werden können. Dabei werden Dendrimere
der zweiten Generation erhalten. Durch Wiederholung dieser Reaktionsfolge
werden Dendrimere höherer Generationen erhalten.
Der vorstehende Ausdruck "Initiatorkern mit mindestens zwei funktionellen
Gruppen" betrifft cyclische Verbindungen, die mindestens zwei funktionelle
Gruppen z. B. Hydroxygruppen, Aminogruppen, Carbonsäuregruppen, Metall
organische Gruppen und/oder Halogenidgruppen, insbesondere 3, 4, 5 oder 6
funktionelle Gruppen, aufweisen. Beispiele von Initiatorkernen sind cyclische In
itiatorkern-Saccharide, d. h. cyclische Saccharide, die als Initiatorkern verwendet
werden, und cyclische Aliphaten. Vertreter von cyclischen Initiator-Kernsac
chariden sind cyclische Monosaccharide in allen stereoisomeren und enantiome
ren Formen, z. B. cyclische Pentosen und Hexosen, wie α- und β-D-Glukose, und
Derivate davon. Vertreter von cyclischen Aliphaten sind C₆-Cykloalkane, wie
Trihydroxycykloalkane, z. B. 1,3,5-Trihydroxycykloalkane, insbesondere 1,3,5-
Trihydroxycyclohexan, Inosite, insbesondere myo-Inosit, sowie Derivate davon.
Ein erfindungsgemäßes Dendrimer weist mindestens zwei Saccharide auf, die an
den Initiatorkern gebunden sind. Der Ausdruck "Saccharid" umfaßt Saccharide
jeglicher Art, insbesondere Monosaccharide in allen stereoisomeren und enan
tiomeren Formen, z. B. Pentosen und Hexosen, wie α- und β-D-Glukose und
Derivate davon, wie mit Schutzgruppen, z. B. Benzyl, geschützte Saccharide
und/oder mit funktionellen Gruppen, wie Aminogruppen, Phosphatgruppen oder
Halogenidgruppen, modifizierte Saccharide. Als Saccharide gelten hier besonders
Inosite, ganz besonders optisch aktive Derivate von myo-Inosit und Quebrachi
tol, z. B. aus Galactinolen, sowohl aus pflanzlichen Quellen, wie Zuckerrüben, als
auch aus Milchprodukten, oder durch enzymatische Enantiomerentrennung
gewonnene Derivate. Vorzugsweise weist ein Dendrimer 3, 4, 5 oder 6 Sac
charide auf. Die Saccharide können gleich oder verschieden voneinander sein.
Ferner können die Saccharide an den Initiatorkern über eine glykosidische Bin
dung gebunden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dendrimers
liegt zwischen dem Initiatorkern und einem bis maximal allen der Saccharide ein
Spacer vor. Beispiele eines solchen sind aliphatische Verbindungen, wie Alkane.
Auch kann der Spacer eine ungesättigte aliphatische Verbindung sein. Der
Spacer weist vorzugsweise 3 bis 10 C-Atome auf. Ferner kann der Spacer an die
funktionellen Gruppen des Initiatorkerns und/oder der Saccharide gebunden sein.
Liegen mehrere Spacer vor, können diese gleich oder verschieden voneinander
sein.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Dendrimer eine organische Ver
bindung auf. Diese kann an den Initiatorkern und/oder an eines oder mehrere der
Saccharide gebunden sein. Beispiele von organischen Verbindungen sind Alkane
mit einer funktionellen Gruppe, z. B. einem Halogen, wie Brom, einer Hydroxy-,
Azido- und/oder Amino-Gruppe, oder Alkene, insbesondere mit endständiger
Doppelbindung. Die Alkene können auch vorstehende funktionelle Gruppen
aufweisen. Vorzugsweise hat vorstehende organische Verbindung 3 bis 10
C-Atome. Ferner können von der organischen Verbindung eine oder mehrere in
einem erfindungsgemäßen Dendrimer vorliegen. Bei mehreren können diese
gleich oder verschieden voneinander sein. Mit den organischen Verbindungen ist
es möglich, das Dendrimer an einen Träger zu binden und/oder Farbstoffe,
magnetische Partikel und/oder andere Komponenten an das Dendrimer zu bin
den.
Bevorzugte Dendrimere der ersten Generation sind die Verbindungen 6, 10, 16,
21, 22 und 28 der Fig. 1-5.
Dendrimere der ersten Generation können durch Verwendung vorstehender
Initiatorkerne, Saccharide, ggf. Spacer und/oder organischer Verbindungen zu
Dendrimeren der zweiten und höherer Generationen aufgebaut werden. Solche
Dendrimere sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Ein Dendrimer der zweiten Generation kann z. B. ein solches sein, bei dem
weitere Saccharide an ein oder mehrere Saccharide eines Dendrimers der ersten
Generation gebunden sind. Ein weiteres Dendrimer der zweiten Generation kann
z. B. ein solches sein, bei dem am Saccharid eines Dendrimers der ersten Genera
tion ein weiterer Initiatorkern vorliegt, an den weitere Saccharide gebunden sind.
Ein Dendrimer der zweiten Generation ist auch ein solches, bei dem zwei oder
mehrere Initiatorkerne eines Dendrimers der ersten Generation über einen weite
ren Initiatorkern miteinander verbunden sind. Bei vorstehenden Dendrimeren der
zweiten und ggf. höheren Generationen können zwischen den Initiatorkernen
und den Sacchariden vorstehende Spacer vorliegen. Auch können an diese
vorstehende organische Verbindungen gebunden sein.
Beispiele von Dendrimeren der zweiten Generation sind die Verbindungen 11,
12, 17, 18, 23 und 24 der Fig. 2-4.
Die Komponenten von erfindungsgemäßen Dendrimeren sind als Edukte darge
stellt. In den Dendrimeren liegen sie jedoch in derivatisierter Form vor.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung vorstehender Den
drimere bereitgestellt. In diesem Verfahren werden die einzelnen Komponenten,
d. h. Initiatorkerne, Saccharide, ggf. Linker und ggf. organische Verbindungen
kovalent miteinander verbunden. Dies erfolgt in üblicher Weise. Beispielhaft wird
hierzu auf die Herstellung der Dendrimere in den Fig. 1-4 verwiesen.
Erfindungsgemäße Dendrimere zeichnen sich durch eine Reihe von vorteilhaften
Eigenschaften aus. Sie sind biologisch abbaubar. Daher sind sie leicht zu entsor
gen. Desweiteren sind sie im wesentlichen aus nachwachsenden Rohstoffen
hergestellt. Somit werden fossile Rohstoffe geschont und die CO₂-Bilanz neutral
gehalten. Weiterhin liegen die erfindungsgemäßen Dendrimere in genau definier
ten Strukturen vor, d. h. es gibt keine Fehlstellen und/oder inter- oder intramole
kulare Bindungen. Ferner weisen erfindungsgemäße Dendrimere chirale C-Atome
auf. Darüberhinaus können sie aufgrund ihres Aufbaus chemische Verbindungen
gut binden und unter geeigneten Bedingungen leicht wieder abgeben. Desweite
ren sind erfindungsgemäße Dendrimere in der Lage, selektive Wechselwirkungen
mit Zucker-spezifischen Rezeptoren einzugehen und somit z. B. an Viren, Bakte
rien und Zellen zu binden.
Daher eignen sich erfindungsgemäße Dendrimere bestens als Säulenmaterial zur
Abtrennung von Stoffen aus Gemischen von Produkten, insbesondere zur
Trennung von Racematen in Enantiomere. Ferner können sie aufgrund ihrer
Wechselwirkungen mit Rezeptoren für die affinitätschromatographische Isolation
von Lektinen und anderen Glycoproteinen sowie als Zelladhäsionsinhibitoren,
z. B. von Viren und Bakterien zum Infektionsschutz, eingesetzt werden.
Darüberhinaus können erfindungsgemäße Dendrimere für eine Vielzahl weiterer
Verwendungen vorgesehen werden. Beispielsweise können sie als Katalysatoren
bei der enatioselektiven Synthese eingesetzt werden. Auch eignen sie sich im
medizinischen Bereich, z. B. als Träger von Arzneistoffen, insbesondere zum
Einsatz bei Depotmedikamenten und zur gezielten Einschleusung von Wirk
stoffen in Zielzellen (drug-targeting). Desweiteren können sie zur Verhinderung
von Abstoßungsreaktionen bei Organtransplantationen eingesetzt werden. Auch
können erfindungsgemäße Dendrimere zur Oberflächenbeschichtung wäßriger
Medien und als Micellen verwendet werden. Weiterhin können sie, insbesondere
wenn sie in der äußersten Schale funktionelle Gruppen, wie Amino-Gruppen
tragen, zur Transfektion, als multi-antigene Determinanten, künstliche Vaccinen
oder Enzymmodelle in Analogie zu Cyclodextrinen eingesetzt werden. Ferner
können erfindungsgemäße Dendrimere, die Festphasen-konjugiert sind, insbeson
dere Derivate von Inositol, zur Aufbereitung Bakterien-verseuchten Trinkwassers
verwendet werden. Desweiteren können erfindungsgemäße Dendrimere, wenn
sie mit Farbstoffen verknüpft sind, zur Markierung von Lektinen in histochemi
schen und zytochemischen Verfahren eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung:
Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Dendrimer 6, umfassend myo-Inosit
als Initiatorkern, β-D-Glukose als Saccharid, einen Spacer, und eine
organische Verbindung aus 6 C-Atomen, die als funktionelle Grup
pe eine Azido-Gruppe aufweist,
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Dendrimer 10, umfassend myo-Inosit
als Initiatorkern, β-D-Glukose als Saccharid und einen Spacer,
sowie den Aufbau von Dendrimeren höherer Generationen, d. h. von
Dendrimeren 11 und 12,
Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Dendrimer 16, umfassend myo-Inosit
als Initiatorkern, β-D-Glukose als Saccharid und einen Allyl-Rest als
organische Verbindung, sowie den Aufbau von Dendrimeren höhe
rer Generationen, d. h. von Dendrimeren 17 und 18, und
Fig. 4 zeigt die Herstellung der erfindungsgemäßen Dendrimere 21 und
22, umfassend 1,3, 5-Trihydroxycyklohexan als Initiatorkern,
β-D-Glukose als Saccharid, einen Spacer und eine organische Verbin
dung, sowie den Aufbau von Dendrimeren höherer Generation, d. h.
von Dendrimeren 23 und 24.
Fig. 5 zeigt die Herstellung des erfindungsgemäßen Dendrimers 28.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Die Herstellung des Dendrimers 6 und seine Struktur ist in Fig. 1 gezeigt.
5 g (7,9 mmol) 1,3,4,5,6-Penta-O-benzyl-myo-Inosit 1 wurden in 60 ml
absolutem DMSO unter Feuchtigkeitsausschluß bei Raumtemperatur
gerührt. Es wurde mit 1,8 g (4-facher Überschuß) Kaliumhydroxidpulver
versetzt und im Ultraschallbad homogenisiert. Nach 10 Minuten wurde
unter Rühren mit 10 ml (8,26-facher Überschuß) 1,6-Dibromhexan ver
setzt. Nach 1 Stunde wurde der Ansatz auf eiskalte NaHCO₃-Lösung
geschüttet und zuerst mit Diethylether und dann mit Petrolether extra
hiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden anschließend mehrfach
mit Wasser ausgeschüttelt, mit Na₂SO₄ getrocknet und über eine Kiesel
gelsäule, LM: PE/EE 8 : 1 (v/v) getrennt. Es wurde 2 als farbloses Öl erhal
ten (Ausbeute 5,8 g), das durchkristallisierte.
5 g (6,3 mmol) 2 wurden mit 0,5 g 20% Pd/C-Katalysator in 150 ml
Methanol/Aceton 1 : 1 (v/v) unter H₂-Atmosphäre gerührt. Nach 3 Stunden
wurde der Katalysator abfiltriert und die Lösung eingeengt. Es wurde 3 als
farblose Schuppen (Ausbeute 2,2 g) erhalten.
1 g (2,9 mmol) 3 wurden mit 5 g Amberlit IR 400 A Ionenaustauscher
(Azidoform) in 100 ml Methanol gerührt. Der Ionenaustauscher wurde aus
der Chloridform durch Rühren (10 Minuten) mit einer 20%-igen NaN₃-
Lösung und anschließendem Waschen mit zuerst Methanol, dann Aceton
und schließlich Diethylether und nachfolgendem Trocknen in die Azidform
überführt. Nach 12 Stunden wurde der Ionenaustauscher abfiltriert und
die Lösung eingeengt. Es wurde 4 als farblose Schuppen (Ausbeute 800
mg) erhalten.
20 mg (0,065 mmol) 4 wurden in 2 ml absolutem DMSO bei Raumtempe
ratur mit 20 mg (1-facher Überschuß) Kaliumhydroxidpulver gerührt. Nach
5 Minuten wurden 230 mg 6-Brom-hexyl-2,3,4,6-tetra-O-benzyl-β-D-
glucosid 5 (5*1-facher Überschuß) zugegeben. Weitere 20 mg Kalium
hydroxidpulver und 230 mg 5 wurden nach 2 und 5 Stunden zugegeben.
Nach insgesamt 10 Stunden wurde auf Eiswasser gegossen und mit
Essigsäureethylester extrahiert. Das erhaltene Dendrimer 6 wurde nach
Trocknung mit Na₂SO₄ durch Säulenchromatographie an Kieselgel LM:
PE/EE 1 : 1 (v/v) isoliert.
Von dem so erhaltenen erfindungsgemäßen Dendrimer 6 können die
Benzylgruppen in üblicher Weise abgespalten werden.
Das erfindungsgemäße Dendrimer 6 wurde in eine übliche Glassäule eingefüllt
und mit Ethanol equilibriert. Nachfolgend wird ein Racemat, das beide Enantio
mere des Thalidomids umfaßt, auf die Säule aufgetragen. Die Elution erfolgte mit
Ethanol. Es wurden zwei Produkte erhalten. Durch Bestimmung des Drehwerts
in üblicher Weise wurden die Produkte jeweils als die beiden Enantiomeren des
Thalidomids identifiziert.
Dieses Beispiel zeigt, daß sich die erfindungsgemäßen Dendrimere bestens als
Säulenmaterial zur Trennung von Racematen eignen.
Die Herstellung des Dendrimers 28 und seine Struktur ist in Fig. 5 gezeigt.
250 mg (0,4 mmol) L(-)-2,3,4,5,6-Penta-O-benzyl-myo-inositol 25 (herge
stellt aus Galactinol nach der Methode von C.E. Ballou und L.I. Pitzer, J.
Am. Chem. Soc., 82, 3333, (1960)) wurden in 5 ml abs. DMSO unter
Feuchtigkeitsausschluß bei RT gerührt. Das Gemisch wurde mit 200 mg
(4-fach) Kalium-hydroxidpulver versetzt und im Ultraschallbad homogeni
siert. Nach 10 min wurde unter Rühren 500 µl 1,6-Dibromhexan zugege
ben. Nach 1 h wurde das Gemisch auf eiskalte NaHCO₃-Lsg. geschüttet
und dreimal mit 10 ml Diethylether extrahiert. Die vereinigten organischen
Extrakte wurden mehrfach mit Wasser ausgeschüttelt, mit Na₂SO₄ ge
trocknet und über eine Kieselgelsäule, LM: PE/EE 8 : 1 (v/v) getrennt.
Drei g (3,78 mmol) L(-)-1-O-(6-Brom-hexyl)-2,3,4,5,6-penta-O-benzyl
myo-inositol 26 wurden mit 5 g Amberlite IR 400 A Ionenaustauscher
(Azidform) in 50 ml abs. Aceton gerührt. (Der Ionenaustauscher wurde
aus der Chloridform durch Rühren (10 min) mit einer 20% NaN₃-Lsg., und
anschließendem Waschen mit Methanol → Aceton → Diethylether,
dann Trocknung, in die Azidform überführt). Nach 12 h wurde der Ionen
austauscher abfiltriert und die Lösung eingeengt. Sie wurde mit 15 ml
Diethylether/15 ml Triethylamin aufgenommen und mit 500 mg Lithiuma
luminiumhydrid versetzt. Das Reaktionsgemisch wurde für 2 h am Rück
fluß gekocht. Dann wurde sie mit 50 ml Wasser und 25 ml Diethylether
versetzt und die organische Phase abgetrennt. Die wäßrige Phase wurde
zweimal mit 20 ml Diethylether extrahiert. Die vereinigten organischen
Extrakte wurden mehrfach mit Wasser ausgeschüttelt, mit Na₂SO₄ ge
trocknet und über eine Kieselgelsäule, LM: PE/EE 10 : 1 (v/v) getrennt.
Zu einer auf -10°C gekühlten Lösung von 270 mg (1 mmol) cis-cis-Cyclo
hexan-1,3,5,-carbonsäurechlorid und 1 ml abs. Pyridin in 10 ml abs.
Dichlormethan wurde während 10 min. unter Rühren eine Lösung von 2,2
g (3 mmol) L(-)-1-O-(6-Amino-hexyl) -2,3,4,5,6,-penta-O-benzyl-myo-
inositol 27 in weiteren 10 ml abs. Dichlormethan hinzugetropft. Das
Gemisch wurde während 1 h langsam auf Raumtemperatur gebracht und
weitere 2 h gerührt. Dann wurde es auf eiskalte NaHCO₃-Lsg gegossen
und mit Essigsäureethylester extrahiert. Die vereinigten organischen
Extrakte wurden mehrfach mit Wasser ausgeschüttelt und das Produkt
wurde nach Trocknung mit Na₂SO₄ durch Säulenchromatographie an
Kieselgel LM: PE/EE 1 : 1 (v/v) isoliert.
Claims (27)
1. Dendrimer, umfassend einen Initiatorkern mit mindestens zwei funktionel
len Gruppen und mindestens zwei Saccharide.
2. Dendrimer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Initiator
kern ein cyclisches Initiatorkern-Saccharid oder ein cyclisches Aliphat ist.
3. Dendrimer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das cyclische
Initiatorkern-Saccharid ein cyclisches Monosaccharid oder ein Derivat
davon ist.
4. Dendrimer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das cyclische
Monosaccharid β-D-Glukose ist.
5. Dendrimer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der cyclische
Aliphat ein C₆-Cykloalkan ist.
6. Dendrimer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das C₆-Cyklo
alkan ein Trihydroxycyklohexan, ein Inosit oder ein Derivat von diesen ist.
7. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß
die funktionellen Gruppen Hydroxygruppen, Aminogruppen, Carbonsäure
gruppen, Metall-organische Gruppen und/oder Halogenidgruppen sind.
8. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Saccharide ein Monosaccharid, ein Inosit und/oder ein Derivat von
diesen sind.
9. Dendrimer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Monosac
charid Glukose ist.
10. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Dendrimer 3, 4, 5 oder 6 Saccharide aufweist.
11. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Saccharide gleich oder verschieden voneinander sind.
12. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Initiatorkern und einem Saccharid ein Spacer vorliegt.
13. Dendrimer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spacer
eine aliphatische oder ungesättigte aliphatische Verbindung ist.
14. Dendrimer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Spacer 3 bis 10 C-Atome aufweist.
15. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß
das Dendrimer eine organische Verbindung aufweist.
16. Dendrimer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die organi
sche Verbindung ein Alkan mit einer funktionellen Gruppe und/oder ein
Alken ist.
17. Dendrimer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die funktio
nelle Gruppe ein Halogen, eine Hydroxy-, eine Azido- und/oder eine Ami
no-Gruppe ist.
18. Dendrimer nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet,
daß die organische Verbindung 3 bis 10 C-Atome aufweist.
19. Dendrimer nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere organische Verbindungen vorliegen.
20. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
daß sie Dendrimere der zweiten oder höherer Generation sind.
21. Dendrimer nach einem der Ansprüche 1-20, nämlich die der Fig. 1-5.
22. Verfahren zur Herstellung eines Dendrimers nach einem der Ansprüche
1-21, dadurch gekennzeichnet, daß der Initiatorkern, die Saccharide, ggf.
der Linker und ggf. die organische Verbindung kovalent miteinander
verbunden werden.
23. Verwendung eines Dendrimers nach einem der Ansprüche 1-21 als Säu
lenmaterial zur Trennung von Produktgemischen.
24. Verwendung eines Dendrimers nach einem der Ansprüche 1-21 zur affini
tätschromatographischen Reinigung von Glycoproteinen.
25. Verwendung eines Dendrimers nach einem der Ansprüche 1-21 als Kataly
sator bei der enantioselektiven Synthese.
26. Verwendung eines Dendrimers nach einem der Ansprüche 1-21 als Zell
adhäsionsinhibitor.
27. Verwendung eines Dendrimers nach einem der Ansprüche 1-21 als Träger
für Arzneistoffe.
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