DE3127933A1 - Verfahren zur herstellung von (delta)- oder (beta)-o-glycosyimidaten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von (delta)- oder (beta)-o-glycosyimidatenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kleines Alpha- oder kleines Beta-glykosidisch reaktionsfähigen Derivaten von Zuckern, wobei die Reaktionsfähigkeit durch Ersatz der halbacetalischen OH-Funktion durch eine Iminoäther-Gruppe (O-Imidat-Gruppe) bewirkt wird.
Es ist bereits lange bekannt, dass O-Imidate (N-Alkyl- bzw. N-Aryl-iminoäther) dadurch erhalten werden können, dass ein Alkohol an ein Nitril angelagert wird (Pinner-Reaktion; vgl. Berichte 1890 (Band 23), S. 2917; 2952). In den Fällen, in denen die Methode versagt, ist vorgeschlagen worden, ein entsprechendes Amid in Gegenwart von Silbersalzen mit einem Alkylhalogenid umzusetzen (vgl. Lander u. Jewson, J. Chem. Soc. 1903, S. 766).
Die letztere Methode ist in jüngster Zeit auch auf die Herstellung der Iminoacetale (O-Imidate) von in 1-Stellung substituierbaren Zuckern angewandt worden, indem entsprechende Halogeno-Zucker (Halogenosen) mittels Silberoxid an sekundäre Amide angelagert wurden (vgl. Pougny et al, Nouv. J. Chim. Band 2, S. 389 ff; 1978).
Die Herstellung der 1- bzw. 2-O-Imidate von ggf. Schutzgruppen tragenden Zuckern hat nicht nur wissenschaftliches Interesse, sondern besitzt auch einen wirtschaftlichen Aspekt, da die Imidate die hochstereoselektive oder stereospezifische Anlagerung der am anomeren Molekülzentrum aktivierten Zucker an reaktionsfähige Gruppierungen anderer Verbindungen, insbesondere also die Herstellung von Glykosiden und höheren Sacchariden ermöglichen, die z.T. biochemisch bzw. pharmazeutisch wirksame Stoffe sind.
Ein Nachteil der Methode ist jedoch z.B. das Erfordernis, entsprechende Halogenosen herzustellen und im übrigen können mit der Methode, soweit bekannt, nur kleines Beta-Imidate erhalten werden welche zu kleines Alpha-Glykosiden führen.
Aufgabe der Erfindung ist es sowohl kleines Alpha- wie kleines Beta-O-Glykosylimidate auf einfache Weise und in hoher Ausbeute zugänglich zu machen, unter Vermeidung von Syntheseschritten, bei denen nach bekannten Verfahren mit Störungen zu rechnen ist.
Es wurde gefunden, dass die gestellte Aufgabe gelöst werden kann, wenn man die an den alkoholischen Hydroxylgruppen entsprechend geschützten Zucker an der halbacetalischen OH-Funktion mit einem Ketenimin oder einem Nitril umsetzt, die entsprechende aktivierende Substituenten besitzen. Das Verfahren ist auch anwendbar auf entsprechend geschützte Uronsäuren, deren Carboxylgruppe zusätzlich z.B. durch Veresterung blockiert ist.
Als Ketenimine der allgemeinen Formel
kommen erfahrungsgemäß Ketenimine in Betracht, die als Substituenten R[hoch]1 und R[hoch]2 Arylreste - d.h. praktisch insbesondere Phenylreste - und deren Substitutionsprodukte, z.B. Alkylphenyl- oder Halogenphenylreste tragen. R[hoch]3 kann eine Methyl- oder eine andere kurzkettige Alkylgruppe oder ebenfalls eine Aryl- bzw. Phenylgruppe sein. Bevorzugt ist die Verwendung von Triphenylketenimin oder Tris-p-chlorphenylketenimin, die handelsüblich sind oder nach bekannten Methoden erhalten werden können.
Als Nitrile sind Nitrile mit Substituenten geeignet, die die Anlagerung der Nitrilgruppe unter Auflösung der Dreifachbindung begünstigen. Trichloracetonitril hat sich wegen seiner leichten Zugänglichkeit empfohlen und ist besonders geeignet.
Die zur Umsetzung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Zucker können sowohl Aldosen wie Ketosen, d.h. in 1- oder 2-Stellung kleines Alpha- oder kleines Beta-glykosidisch substituierbare Zucker sein, die an den übrigen, sonst reaktionsfähigen Stellen geschützt sind. Zwar sind Monosaccharide in diesem Sinne bevorzugt, jedoch kann das Verfahren auch auf substituierbare Disaccharide oder höhere Saccharide angewandt werden. Für Uronsäuren gilt sinngemäß das gleiche.
Als Schutzgruppen kommen bevorzugt Benzyl- und Acetylgruppen in Betracht, deren Einführung und Abspaltung weitgehend bekannt ist. Für diese Schutzgruppen werden im folgenden die üblichen Abkürzungen Bn bzw. Ac verwendet. Die reversible Blockierung der Carboxylgruppe kann am einfachsten durch Veresterung mit Methanol geschehen.
Die Umsetzung wird durch Basen beschleunigt; beispielsweise ist Natriumhydrid verwendet worden. In vielen Fällen ist aber auch Natrium- bzw. Kaliumcarbonat geeignet. Die Basen werden meist nur in katalytischen Mengen benötigt; man kann aber auch größere Mengen zusetzen.
Die beiden Gruppen von Stoffen - Ketenimine und Nitrile - haben insofern ein unterschiedliches Reaktionsverhalten, als erfahrungsgemäß, z.B. mit Natriumhydrid als Base, die Ketenimine kleines Beta-Imidate bilden, während mit Trichloracetonitril stereoselektiv die kleines Alpha-Imidate gefunden werden. Beide Formen können in reiner Form isoliert werden. Die kleines Alpha-Imidate sind, soweit bekannt, neue Stoffe, die besonders
interessant sind, weil sie überwiegend oder ausschließlich zu kleines Alpha- oder kleines Beta-Glykosiden umgesetzt werden können. Man kann zeigen, dass im Falle der kleines Alpha-Imidate intermediär ebenfalls kleines Beta-Imidate gebildet werden, die jedoch in diesem Falle nicht fassbar sind, sondern sich sogleich umlagern.
Nach der weiter unten wiedergegebenen Rahmenvorschrift erhaltene Imidate und deren Folgeprodukte ergeben sich etwa aus dem nachstehenden Beispiel 1, das sich auf Umsetzungsprodukte der Glukose bezieht; weitere Reihen wurden ausgehend von Mannopyranose, Mannofuranose und Xylose erhalten (vgl. Beispiele 2 bis 4).
Beispiel 1
(1)
(2): R=Bn, Ar[hoch]1 = C[tief]6 H[tief]5, Ar[hoch]2 = p-CH[tief]3 -C[tief]6 H[tief]4
(3): R=Bn, Ar[hoch]1 = Ar[hoch]2 = C[tief]6 H[tief]5
(4): R=Bn, Ar[hoch]1 = Ar[hoch]2 = p-Cl-C[tief]6 H[tief]4
(5): R=Bn, Ar[hoch]1 = C[tief]6 H[tief]5, Ar[hoch]2 = p-N(CH[tief]3)[tief]2 -C[tief]6 H[tief]4
(6): R=Bn
(7): R=Ac
H[hoch]A bezieht sich auf die weiter unten angegebenen NMR-Spektren.
Die erhaltenen Imidate (2) bis (7) wurden durch Umsetzung mit alkoholische Gruppen tragenden Verbindungen R[hoch]1 -OH in Gegenwart eines Katalysators (z.B. Borfluorid-Ätherat oder p-Toluolsulfonsäure) in die Glykoside (8a)-(8e), (8h), (9c)-(9h) und (9i)-(9k) überführt, deren Zusammensetzung sich aus dem nachstehenden Bedeutungsschema für R bzw. R[hoch]1 ergibt. Ersichtlich sind die Verbindungen der Reihe (8) kleines Alpha-Glykoside, während Reihe (9) kleines Beta-Glykoside bezeichnet.
Außer alkoholischen Verbindungen R[hoch]1 -OH können auch andere, freie und insbesondere auch saure Hydroxylgruppen aufweisende Verbindungen zu Glykosiden umgesetzt werden, z.B. Phenole oder Säuren.
(8a)-(8e): R=Bn
(9c)-(9h): R=Bn
(9i)-(9k): R=Acetyl
(a): R[hoch]1 = -CO-CH[tief]3
(b): R[hoch]1 = p-C[tief]6 H[tief]4 -CH[tief]3
(c): R[hoch]1 =
(f): R[hoch]1 =
(d): R[hoch]1 =
(g), (k): R[hoch]1 =
(e): R[hoch1 =
(h): R[hoch]1 =
(i): R[hoch]1 = C[tief]6 H[tief]5
(j): R[hoch]1 =
Tabelle 1a: Hergestellte O-Glycosylimidate (2)-(7). Alle Verbindungen ergaben korrekte Elementaranalysen
[a] 80 MHz-Spektren in CDCl[tief]3 mit Tetramethylsilan als inneren Standard, kleines Delta-Werte in ppm, Kopplungen in Hz.
[b] Film zwischen NaCl-Platten; C=N-Schwingung.
[c] Molare Konzentration in Chloroform, die dem Drehwert zugrunde liegt.
Allgemeine Vorschrift zur Synthese der Imidate (2)-(7)
Zur Lösung von 10 mmol (1) in 50 ml Dichlormethan wurden 10 mmol Ketenimin bzw. 3.5 ml Trichloracetonitril und 10 mmol Natriumhydrid [(2)-(5):0.1-0.2 Mol NaH] bei Raumtemperatur zugegeben. Nach folgenden Reaktionszeiten: (2): 35 h, (3): 24 h, (4): 5 h, (5): 3 d, (6): 2 h, (7): 20 min wurde abfiltriert, eingeengt und über eine kurze Säule filtriert. (2)-(5): Basisches Aluminiumoxid (Aktivitätsstufe I), Laufmittel: Methylenchlorid: Ether = 1:1; (6): Kieselgel, Petrolether (tief): Ether = 3:2; (7): Kieselgel, Ether. (5) wurde außerdem an Kieselgel säulenchromatographisch (Petrolether (tief): Ether = 3:2) gereinigt.
Die in der nachstehenden Tabelle 2 wiedergegebenen Umsetzungen mit Verbindungen R[hoch]1 -OH mit alkoholischer Hydroxylgruppe sind nicht weiter erläutert, da sie zum Stande der Technik gehören (vgl. oben).
O-(2.3.4-Tri-O-benyzl-kleines Alpha-D-glucopyranosyluronsäuremethylester)-trichloracetimidat
478 mg (1 mmol) 2.3.4-Tri-O-benzyl-D-glucosyluronsäuremethylester und 1.0 ml (10.0 mmol) Trichloracetonitril gelöst in 10 ml wasserfreiem Dichlormethan wurden mit 1.9 mg (0.7 mmol) Natriumhydrid bei Raumtemperatur versetzt. Nach 15 min wurde über eine Glasfritte filtriert, das Lösungsmittel im Vakuum entfernt und das erhaltene Öl über eine kurze Kieselgelsäule (3x2.5 cm) mit Petrolether/Essigester = 7/3 filtriert. Ausbeute 617 mg (98 %), farbloses Öl. -[kleines Alpha][hoch]25 [tief]578 + 45.2° (c=1, CHCl[tief]3). - DC (Kieselgel, Petrolether/Ethylacetat) : R[tief]4 0.64. -IR (KBr) [cm[hoch]-1]:V[tief]NH 3320; V[tief]C=N 1672; V[tief]C=O 1752. -[hoch]1 H-N.M.R. (CDCl[tief]3, TMS innerer Standard): kleinesDelta=6.55 (d, 1H, H-1; J[tief]1,2 3.8 Hz); 4.43 (d, 1H, H-5, J[tief]4,5 10.1 Hz); 3.85 (dd, 1H, H-2); 3.88-4.20 (m, 2H, H-3 und
H-4); 3.70 (s, 3H, COOCH[tief]3); 8.70 (s, 1H, NH).
C[tief]30 H[tief]30 Cl[tief]3 NO[tief]7 (622.9) ber. C 57.84 H 4.86 Cl 17.07 N 2.25
gef. C 58.05 H 4.98 Cl 16.88 N 2.27
Das auf diese Weise erhaltene Uronsäureesterimidat kann analog den Imidaten von Zuckern z.B. mittels Borfluorid-Etherat in üblicher Weise in entsprechende Glykoside überführt werden; als Verbindungen R[hoch]1 -OH sind z.B. p-Nitrophenol, Cholesterin, Methanol, Phosphorsäuredibutylester und in üblicher Weise geschützte Zucker mit einer freien Hydroxylgruppe geeignet.
Tabelle 1b
Herstellung und Eigenschaften der Glykoside der Reihen (8) und (9)
Tabelle Seite 13 bis Seite 14 |
[a] Abkürzungen:
Bn = Benzyl, TsOH = p-Toluolsulfonsäure, Et = Ethyl.
Durchführung in Methylenchlorid; alle Verbindungen ergaben korrekte Elementaranalysen.
[b] Isolierte Ausbeuten, bezogen auf das limitierende Edukt.
[c] 80 MHz-Spektren in CDCl[tief]3 mit Tetramethylsilan als inneren Standard; kleines Delta-Werte, Multiplizität in Klammern, H-1 des Glucopyranosylrestes.
[d] Chromatographisch konnte nur (8a) bzw. (9f), (9g), (9i), (9j), (9k) nachgewiesen werden. Nachweisegrenze 1:19.
[e] Literaturbekannte Verbindungen sind in Übereinstimmung mit Literaturdaten; (8a): P.W. Austin, F.E. Hardy, J.G. Buchanan, J. Baddiley, J. Chem. Soc. 1964, 2128 (9d): G. Wulff, U. Schröder, J. Wichelhaus, Carbohydr. Res. 72, 280 (1979); (9f): J. Michel, Diplomarbeit, Univ. Konstanz, 1978; (9g): S. Shoda, T. Mukaiyama, Chem. Lett. 1979, 847; (9i): I. Karasawa, R. Onishi, siehe C. A. 63 5729e (1965); (9j): T. Ogawa, K. Katano, M. Matsiu, Carbohydr. Res. 70, 37 (1979).
[f] Drehwert des 5:1-Gemisches.
[g] Aus dem [hoch]1 H-NMR-Spektrum nicht zu ermitteln.
[h] Amorphes Produkt.
Beispiel 2
Man geht aus von benzylierter Mannopyranose (10). Nach dem Umsetzungsschema des Beispiels 1 werden die entsprechenden Mannopyranosylimidate (10a) bzw. (10b) erhalten, die ihrerseits mit verschiedenen OH-aktiven Verbindungen in entsprechende Glykoside überführt werden, und zwar (10a) mit Methanol zum Glykosid (10f), (10b) mit Methanol in unterschiedlichen Lösungsmitteln zum Glykosid (10d) bzw. (10c); ferner (10b) mit Cholesterin zum Glykosid (10e) sowie mit Essigsäure (autokatalytisch) zum Glykosid (10g). Es versteht sich, dass (10c), (10d) und (10f) lediglich unterschiedlich zusammengesetzte Gemische desselben Stereo-isomerenpaares darstellen.
Die Eigenschaften der Imidate und Glykoside und die bei ihrer Herstellung angewandten Reaktionsbedingungen sind in Tabelle 2a bzw. 2b aufgeführt.
Tabelle 2a
Tabelle 2b
In Tabelle 2b bedeuten: t = Reaktionsdauer; T = Temperatur; LM = Lösungsmittel und zwar (A) = Benzol, (B) = Methylenchlorid, (C) = Toluol; Molverh. = Verhältnis Imidat : OH-aktive Verbindg : Katalysator (= BF[tief]3 -Etherat); kleines Alpha : kleines Beta = molares Verhältnis der Isomeren; sonstige wie oben.
Beispiel 3
In 2,3- und 5,6-Stellung isopropyliden-geschützte Mannopyranose (11) wurde analog zu Beispiel 2 in das O-Imidat (11a) überführt. Ausbeute 98 % bei T = 20°C, t = 15 min.
Ausgehend von O-Imidat (11a) wurde das Methylglykosid (11b) mittels Borfluoridetherat in Methylenchlorid hergestellt (Molverhältnis Imidat:Methanol:Katalysator = 1:1.2:1; T = +5°C, t = 12 Stunden; 75 % Ausbeute.
Das O-Imidat (11a) ist charakterisiert durch folgende Eigenschaften:
NMR-Daten: H-1 = 6.28 [ppm]; H[hoch]A = 8.63 [ppm];
J[tief]1/2 = O[H[tief]2].
IR-Charakterisierung: C=N-Schwingung 1668 [cm[hoch]-1].
Drehwert [kleines Alpha][hoch]20 [tief]578 1 molar in CHCl[tief]3: + 49.0°.
Das Methylglykosid (11b) bestand im Verhältnis 10:1 aus dem kleines Alpha-Isomeren und dem kleines Beta-Isomeren H-1-Wert des kleines Alpha-Isomeren = 3.31 [ppm] (Singulett); Drehwert [kleines Alpha][hoch]20 [tief]578 = +51.5°.
Beispiel 4
Benzylierte Xylose (12) wurde mit Trichloracetonitril umgesetzt, wobei in hoher Ausbeute ein Gemisch von kleines Alpha- und kleines Beta-2,3,4-O-Benzyl-xylosyl-O-Imidat (12a, 12b) im Verhältnis 4:1 gebildet wurde. Zur Charakterisierung wurde eine Probe des Anomerenpaares getrennt.
Der Rest des Gemisches wurde jeweils anteilig in Gegenwart von Borfluorid-Etherat mit Methanol, 2,3-O,O-Isopropylidenglycerin und 1,6-Anhydro-2,3-isopropylidenmannose in Methylenchlorid zu den Glykosiden (12c), (12d) und (12e) umgesetzt - vgl. nachstehende Formeltafel.
Es ergaben sich für die Imidate folgende Messwerte:
Ausbeute an Imidat = 98 % bei T = 20°C und t = 7 Stunden.
NMR-Daten:
(kleines Alpha): H-1 = 6.41 [ppm]; H[hoch]A = 8.60 [ppm]; J[tief]1/2 = 3.0 (Hz)
(kleines Beta): H-1 = 5.83 [ppm]; H[hoch]A = 8.72 [ppm]; J[tief]1/2 = -----------
IR(C=N-Schwingung: 1668 bzw. 1672 [cm[hoch]1].
Drehwert: [kleines Alpha][hoch]20 [tief]578 = +60.0 (kleines Alpha-Imidat) bzw. +21.0° (kleines Beta-Imidat).
Die Herstellungsbedingungen und Eigenschaften der Glykoside (12c), (12d) und (12e) sind in der nachstehenden Tabelle 4 zusammengestellt.
Tabelle 4
Formeltafel
Benzylierte Mannopyranose (10):
(10a) (10b)
Diisopropylidenmannofuranose (11):
(11a)
Benzylierte Xylose (12):
Isopropylidenglycerylglykosid
(12d)
Anhydro-2,3-isopropylidenmannosylglykosid (12e) der Xylose (12)
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von kleines Alpha- oder kleines Beta-Glykosylimidaten, dadurch gekennzeichnet, dass man einen in an sich bekannter Weise an den alkoholischen Hydroxylgruppen geschützten Zucker oder eine Uronsäure an der freien halbacetalischen Hydroxyl-Funktion in 1- bzw. 2-Stellung in Gegenwart einer Base mit einem Ketenimin der allgemeinen Formel R[hoch]1 R[hoch]2 =C=C=N-R[hoch]3 oder einem Nitril der allgemeinen Formel R[hoch]4 -CEN umsetzt, wobei R[hoch]1 und R[hoch]2 vorzugsweise jeweils Arylgruppen, R[hoch]3 eine Alkyl- oder Arylgruppe und R[hoch]4 eine elektronegativ aktivierte Alkyl- oder Arylgruppe bedeutet und ggf. die Schutzgruppen entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ketenimin das Triphenyl- oder Tri-p-chlorphenylketenimin verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nitril das Trichloracetonitril verwendet wird.
4. Verwendung der Imidate nach Anspruch 1 zur Herstellung von Glykosiden bzw. Sacchariden.
5. Kleines Alpha-O-Glycoxylimidate der allgemeinen Formel
oder
wobei R[hoch]4 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat und R[hoch]5 Wasserstoff, -COO-Alkyl oder -CH[tief]2 OR sowie R Wasserstoff oder eine übliche Schutzgruppe bedeuten sowie deren 2-, 3-, 4- und/oder 5-Stellungsisomere.
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