DE69727680T2 - Stereospezifische Mannosylierung mit hoher Ausbeute - Google Patents

Description

• Technisches Gebiet
• Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Verbindungen, die Mannosereste enthalten, die als das alpha-Anomer mit hoher Stereospezifität gebunden sind, geeignet für die Verwendung als pharmazeutische Mittel, in denen eine hohe Reinheit und ein Mangel an Kontamination mit dem beta-Anomer wichtig sind.
• Hintergrund der Erfindung
• Zur Zeit sind die zur Verfügung stehenden Behandlungen für Entzündungserkrankungen begrenzt und oft nicht spezifisch, wie zum Beispiel Steroide oder zytotoxische Mittel, wie beispielsweise Methotrexat. Das vaskuläre Endothelium ist der Eingangspunkt für Immunzellen zu den Geweben, deswegen können Medikamente, die die Wechselwirkungen dieser Leukozyten und des Endotheliums blockieren können, der Ansammlung von Leukozyten vorbeugen und unpassende entzündliche Reaktionen verbessern. Auch wenn eine normale entzündliche Reaktion lebensrettend sein kann, kann die entzündliche Reaktion in manchen Fällen lebensbedrohlich sein, wie im Falle von posttraumatischer Lungeninsuffizienz.
• Die entzündliche Reaktion hängt von der Aktivierung der Endothelzellen ab, die dann Moleküle exprimieren, die das Dahinfließen der Leukozyten (Selectine), eine feste Adhäsion (VCAM) und die Transmigation (PECAM) initiieren. Selectine werden in drei Typen eingeteilt: E-Selectin, ein aus dem Endothel stammendes Protein, das früh exprimiert wird (4–6 Stunden) und nach 24–48 Stunden in Richtung Basislinie abfällt. E-Selectin unterstützt die Adhäsion der Neutrophile, der Monozyten, der Eosinophile und einiger Lymphozyten. P-Selectin wird konstitutiv synthetisiert und in Thrombozyten und Endothelzellen gelagert. P-Selectin wird sehr früh exprimiert und erreicht innerhalb von 2 Stunden Peakniveaus und fällt innerhalb von 4 Stunden auf die Basislinie ab. P-Selectin unterstützt die Adhäsion von Neutrophilen, Monozyten und einigen Lymphozyten. L-Selectin wird konstitutiv exprimiert durch Leukozyten und unterstützt die Adhäsion von Neutrophilen, Eosinophilen und Monozyten. Alle drei Selectine binden das Tetrasaccharid Sialyl Lewis x (sLe^x).
• Vor kurzem wurde eine Serie von kleinen nachahmenden Molekülen von sLe^x entworfen, die das E-, P- und L-Selectin hemmen, und die Wirksamkeit zeigen in Tiermodellen von Entzündungskrankheiten, offenbart in [U.S. Patent Nr. 5,444,050; T-P. Kogan, B. Dupré, K. M. Keller, L. L. Scott, H. Bui, R. V.
• Market, P. J. Beck, J. A. Voytus, B. M. Revelle und D. Scott, J. Med. Chem. 1995, 38, 4976–4984]. In jedem Fall enthalten diese Verbindungen Mannosereste in der alpha Konfiguration, die wichtig sind für ihre Wirksamkeit als Selectin-Antagonisten. Zweifellos ist es entscheidend, daß eine Methodik für die Synthese dieser Verbindungen in hoher Ausbeute und mit hoher stereochemischer Reinheit zur Verfügung stehen soll.
• Eine veröffentlichte Methodik für die Mannosylierung schließt die Behandlung eines Alkohols oder Phenols mit Mannosepentaacetat in der Anwesenheit eines Lewis Säure-Katalysators ein. [J. Dahmén, T. Frejd, G. Magnusson, G. Noori, Carbohydr. Res., 1983, 114, 328]. Solche Glykosylierungsbedingungen führen typischerweise zu Schwierigkeiten bei der Vervollständigung der Reaktion und enden oft mit einer Verunreinigung mit 1 bis 3% des beta-Anomers und Orthoester-Nebenprodukten, die sehr schwer durch Reinigung zu entfernen sein können.
• Yamaguchi et al., J. Chem. Soc. Perkin Transactions 1, 1990 Band 1, Nr. 4, Seiten 1070–1082 offenbaren ein Verfahren für die alpha-Glucopyranosylierung von Phenolen durch die Verwendung eines 2,3,4,6-tetra-O-Acetyl-α-D-glucopyranosidfluorids.
• DE 43 29 093 offenbart ein Verfahren für die Herstellung eines substituierten (ω-Aminoalkyl)glykosids. Die allgemeine Offenbarung der DE 43 29 093 erlaubt die Möglichkeit, von einem 1-Fluor tetra- geschützten Monosaccharid auszugehen, aber es gibt keine Beispiele eines solchen Verfahrens. Die Verwendung von Acyl O-Schutzgruppen, die größer sind als Acetyl, wird nicht spezifisch im Zusammenhang mit 1-Fluor tetra-geschützten Monosacchariden gelehrt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur alpha-Mannopyranosylierung von Alkoholen und Phenolen sowohl mit hoher chemischer Ausbeute als auch mit hoher Stereospezifität, um das alpha-Anomer wie unten gezeigt zu liefern.

  

  worin X Alkyl oder Aryl ist, R ist verzweigtes Alkyl, Aryl, Aralkyl oder OG; worin G = geradkettiges oder verzweigtes Alkyl von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Aryl oder Aralkyl ist.
• Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung beginnt mit einem Alkohol oder Phenol (X-OH) zusammen mit einem geschützten Mannosylfluorid. Der Alkohol oder das Phenol wird mit dem geschützten Mannosylfluorid in der Anwesenheit einer Lewis-Säure, zum Beispiel Bortrifluorid-etherat behandelt, um das alpha-mannosylierte Produkt zu liefern.
• Noch spezifischer gesagt, wo R ein Ethoxy, Benzyl, Isobutyryl oder eine tert-Butyl-Schutzgruppe [R = -CH₃, -OEt, -CH₂Ph, -CH(CH₃)₂, -C(CH₃)₃] ist, verläuft die Mannosylierung schnell in hoher chemischer Ausbeute, jedoch ergeben die größeren Schutzgruppen (d. h. Pivaloyl, andere sterisch gehinderte Acylgruppen) höhere Grade an alpha-Stereospezifität.
• Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf neue Verbindungen der Formel:

  

  worin X Alkyl oder Aryl ist, und R ist ein verzweigtes Alkyl, Aryl, Aralkyl oder OG, worin G geradekettiges oder verzweigtes Alkyl von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Aryl oder Aralkyl ist; Verbindungen der Formel:

  

  worin R wie oben definiert ist; und Verbindungen der Formel:

  

  worin R wie oben definiert ist, aber nicht Methyl sein kann.
• Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Wie hierin verwendet sollte der Ausdruck "Alkoxy" eine Alkylgruppe bedeuten, die durch ein Sauerstoffatom an ein Molekül gebunden ist, einschließlich, aber nicht begrenzt auf Methoxy, Ethoxy, Isopropoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, Isobutoxy, tert-Butoxy; und der Ausdruck "Alkyl" soll eine monovalente geradekettige oder verzweigtkettige Gruppe von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten, einschließlich, aber nicht begrenzt auf Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, Isobutyl, tert-Butyl. Der Ausdruck "Aryl" bezieht sich auf unsubstituierte und substituierte aromatische Kohlenwasserstoffradikale, wie beispielsweise Phenyl, Naphthyl, Biphenyl. Bevorzugte Arylradikale schließen folgende ein:
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• Es wurde herausgefunden, dass die Glykosylierung von Alkoholen und Phenolen unter Verwendung des bekannten Mannosepentaacetat/Lewis-Säure katalysierten Verfahrens zwei Problemen unterworfen ist. Das erste ist, dass es sehr schwer ist, diese Reaktion zur Vervollständigung zu bringen, selbst durch Verwendung eines Überschusses an Reagenzien, hat die Reaktion die Tendenz "stecken zu bleiben". Zweitens führt die Reaktion zu nachweisbaren Mengen an beta-Anomer, zusammen mit Orthoester-Nebenprodukten, oft im Bereich von 1 bis 3%. Die Kombination dieser Beobachtungen läßt diese Reaktion von begrenzter Nützlichkeit werden bei der Arbeit im großen Maßstab und bei der Herstellung von Chemikalien mit hoher Reinheit und phrmazeutischen Mitteln, die einen Mannoserest enthalten.
• Ein Alkohol oder Phenol wird mit einem Mannosylfluorid in Anwesenheit eines Lewis Säure-Katalysators reagiert, um das Glykosid zu liefern. Diese Reaktion verläuft schnell in hoher chemischer Ausbeute bis zur Vollständigkeit. Die Wahl von Schutzgruppen auf dem Mannoserest wird gewählt aus irgendeiner der Schutzgruppen auf Acyl [-O-C(=O)R] oder Carbonat-[-O-C(=O) OG]-Basis. Diese sind bevorzugt gegenüber Schutzstrategien auf Alkyl (z. B., Benzyl), Silyl oder Acetonid-Basis, weil die Anwesenheit des Carbonylsauerstoffs auf der Acyl- oder Carbonatgruppe an der 2-Position die alpha-Glykosidstereospezifität erhöht durch Mitwirkung mit dem Anfangs-Carbokation an der 1-Position im Laufe der Glykosylierung.
• Besonders bevorzugt sind sterisch sperrige Schutzgruppen, zum Beispiel (aber nicht begrenzt auf) Isopropyloxy, Pivaloyl, welche helfen, die Stereospezifität im Glykosylierungsverfahren zu erhöhen und die das Ausmaß der Orthoester-Bildung verringern.
• Ein bevorzugtes Anfangsmaterial für dieses Verfahren ist Mannosepentaacetat, das gekauft werden kann (Sigma und andere Anbieter), oder in hoher Reinheit synthetisiert werden kann, ohne signifikante Verunreinigung mit Furanosezuckern. Jedoch soll diese Erfindung nicht auf die Verwendung von Mannosepentaacetat als ein Anfangsmaterial begrenzt sein, und diejenigen, die im Fachgebiet bewandert sind, werden mit anderen potentiellen Mannosequellen vertraut sein, die zu Mannosylfluorid und/oder per-O-geschütztem Mannosylfluorid führen können.
• Wenn Mannosepentaacetat als ein Ausgangsmaterial verwendet wird, wird es mit HF-Pyridin reagiert, um tetra-O-Acetyl-α-D-mannopyranosylfluorid zu erzeugen, welches in Methanol aufgelöst wird, und mit Kaliumcarbonat reagiert wird, um tetra-O-Hydroxy-α-D-mannopyranosylfluorid zu erzeugen, welches mit RCOCI reagiert wird, worin R wie oben definiert ist, um tetra-O-Acyl-α-D-mannopyransoylfluorid zu erzeugen, das dann mit einem Alkohol oder Phenol in der Anwesenheit einer Lewis Säure reagiert wird, um das α-mannosylierte Produkt zu erzeugen.
• Dieses Verfahren, um die vorliegende Erfindung auszuüben, ist unten dargestellt:
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• Ein alternatives, noch bevorzugteres Verfahren zur Ausführung der vorliegenden Erfindung, in welchem das billigere Ausgangsmaterial, L-D-Mannose, verwendet wird, ist wie unten gezeigt. In diesem Verfahren wird ein Acylchlorid zu α-D-Mannose hinzugefügt, um das entsprechende Penta-O-acyl-α-D-mannopyranosid zu erzeugen, welches dann mit HF-Pyridin reagiert wird, gefolgt von der Reaktion mit einem Alkohol oder Phenol wie oben beschrieben, um das Glycosid zu ergeben.
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• Eine weiteres alternatives Verfahren zum Ausüben der vorliegenden Erfindung ist unten dargestellt:
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• Die Erfindung wird weiter durch die folgenden repräsentativen Beispiele dargestellt:
• Beispiel 1
• Tetra-O-Acetyl-α-D-mannopyranosylfluorid
• Mannosepentaacetat (100 g) wurde mit Dichlormethan (10 ml) in einem FEP Erlenmeyer gerührt. Kaltes HF-Pyridin (100 g) wurde hinzugefügt und die entstandene Lösung wurde verschlossen über Nacht bei 40°C gerührt. Die Lösung wurde in einem FEP-Trenntrichter, der Wasser und Chloroform enthielt, gegossen und geschüttelt. Die Chloroformschicht wurde einmal mit Wasser und einmal mit gesättigten Natriumbicarbonat gewaschen. Die wässerigen Phasen wurden mit Natriumhydroxid neutralisiert. Die organische Lösung wurde über Magnesiumsulfat getrocknet und bei vermindertem Druck eingeengt. Das Produkt wurde gereinigt durch Tropfenchromatographie (Silika, Eluent Hexan/EtOAc). Ausbeute 74,06 g, 80%.
• Tetra-O-pivaloyl-α-D-mannopyranosylfluorid
• Schritt Eins Tetra-O-acetyl-D-mannopyranosylfluorid (74 g) wurde in Methanol (1 l) aufgelöst und Kaliumcarbonat (0,5 g) wurde hinzugefügt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur gerührt, bis die gesamten Acetate entfernt waren (TLC CHCl₃/MeOH (8 : 2) ergab einen Basislinienpunkt. Das Lösungsmittel wurde bei vermindertem Druck bei 40°C entfernt. Das übriggebliebene Methanol wurde durch Verdampfen eines kleinen Volumens von 1,2-Dimethoxyethan (3 ×) entfernt. Das rohe Mannosylfluorid wurde sofort im nächsten Schritt verwendet.
• Schritt Zwei Der Rückstand wurde mit Pyridin (500 ml) gerührt und auf 0°C gekühlt. Pivaloylchlorid (200 ml) wurde tropfenweise hinzugefügt, gefolgt von 4-Dimethylaminopyridin (3 g) und die Mischung wurde bei 0°C für 30 Minuten, bei Raumtemperatur 30 Minuten gerührt und dann auf 70°C über Nacht erhitzt. Nach dem Abkühlen auf 50°C wurde langsam Methanol (50 ml) hinzugefügt und die Mischung wurde 1 Stunde bei 50°C gerührt bevor man auf Raumtemperatur abkühlte. Die Mischung wurde mit EtOAc verdünnt und der Feststoff wurde durch Filtration entfernt und mit EtOAc gewaschen. Die kombinierten organischen Lösungen wurden unter vermindertem Druck unter Verwendung von Hochvakuum eingeengt, um das meiste des Pyridins zu entfernen. Der Rückstand wurde in EtOAc aufgenommen und mit Wasser, Salzsäure (2 M) (2 ×), Wasser, Natriumhydroxid (2 M), Wasser und gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen. Die Lösung wurde über Magnesiumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck eingeengt. Chromatographie (Silika, Hexan/EtOAc) ergab 87,48 g (80%).
• 1,6 Bis-[3-(3-Carbomethoxymethylphenyl)-4-(tetra-O-pivaloyl-α-D-mannopyranosyl)oxyphenyl]hexan
• Zu einer eiskalten Lösung von tetra-O-Pivaloyl-α-D-mannopyranosylfluorid (66,4 g) und bis-Phenyl (1,6 Bis-[3-(3-Carbomethoxymethylphenyl)-4-hydroxyphenyl]hexan, 25,4 g) in Dichlormethan (430 ml) wurde BF₃-OEt₂ (47,3 ml) tropfenweise hinzugefügt und die eiskalte Mischung wurde für 1 Stunde gerührt. Die Mischung wurde mit EtOAc verdünnt und mit Wasser (2 x), Natriumhydroxid (2 M), Wasser und gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck konzentriert. Reinigung durch Chromatographie (Silika, Hexan/EtOAc) ergab 59,82 g, 89%.
• 1,6 Bis-[3-(3-Carbomethoxymethylphenyl)-4-α-D-mannopyranosyl) oxyphenyl]hexan Natriumalkoxid
• Zu einer Lösung des per-Pivaloylglycosids (11,6 g) in THF (24 ml) wurde Methanol (24,4 ml) hinzugefügt, gefolgt von einer eiskalten Lösung von frisch hergestellten Natriummethoxid in Methanol (0,5 g von Na in 24,4 ml), und die Mischung rührte bei Raumtemperatur über Nacht. Das Präzipitat wurde durch Filtration aufgefangen und mit einem kleinen Volumen THF/Methanol (2 : 1) (2 ×) und Aceton gewaschen. Der Feststoff wurde weiter durch Rühren mit Aceton und Filtern gereinigt. Ausbeute 6,29 g.
• Beispiel 2
• Penta-O-pivaloyl-α-D-mannopyranosid
• Zu Mannose (45 g), wurden DMAP (3 g), Chloroform (500 ml) und Pyridin (500 ml) hinzugefügt. Nach dem Abkühlen auf –5°C wurde tropenweise Pivaloylchlorid (193 ml) hinzugefügt. Wenn die Zugabe vollständig war wurde die Mischung bei Raumtemperatur 30 Minuten und dann bei 70°C 3 Tage lang gerührt. Die Mischung wurde auf 20°C abgekühlt und Methanol (50 ml) wurde tropfenweise hinzugefügt. Nach Rühren bei Raumtemperatur für 4 Stunden wurde die Reaktion in Wasser (1,5 l) unter starkem Rühren abgelöscht. Die organische Phase wurde mit Salzsäure (2 M) (2 × 1,5 l) und gesättigtem Natriumbicarbonat (1 × 2 l) gewaschen. Nach dem Trocknen über Natriumsulfat und Clarion 470 Bentonitton wurde die Mischung unter vermindertem Druck konzentriert, anfangs bei 45°C und dann bei 70°C (um das Methylpivaolat zu entfernen). Eine geringe Menge wurde entfernt und aus Methanol mit Reiben auskristallisiert. Das Schüttgut wurde entfärbt durch Erhitzen mit Clarion 470 (5 g) in Methanol bei 65°C. Nach Filtrieren im Vakuum, um den Ton zu entfernen, wurde die Lösung auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und angeimpft. Nach Stehenlassen über Nacht hatten sich nur wenige Kristalle gebildet. Rühren (Magnetrührer) ergab einen weißen Schlamm, der aufgefangen wurde und bei 40°C getrocknet wurde. Ausbeute 77,7 g. Eine zweite Ausbeute wurde aus den Mutterlaugen (23,1 g) erhalten.
• Tetra-O-pivaloyl-α-D-mannopyranosylfluorid (aus dem obigen Pentapivaloat)
• Ein FEP (Nalgene Teflon FEP aus Fisher scientific) Erlenmeyer wurde mit Mannosepentapivaloat (3,56 g) und Dichlormethen (0,5 ml) gefüllt. Kaltes HF-Pyridin (5 ml) wurde hinzugefügt und die resultierende Lösung wurde bei 40°C über Nacht gerührt. Die Lösung wurde in einen FEP-Trenntrichter gegossen, mit Wasser und Dichlormethan verdünnt und geschüttelt. Die organische Phase wurde mit Wasser (2 ×), verdünntem Natriumhydroxid, Wasser und gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen. Die organische Lösung wurde über Magnesiumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck konzentriert. Rohe Ausbeute 2,5 g. Das Produkt wurde durch Chromatographie (Silika, Eluent Hexan/EtOAc, Gradient 14 : 1) gereinigt. Es kann auch aus Methanol auskristallisiert werden.
• Beispiel 3
• Tetra-O-pivaloyl-α-D-mannopyranosylfluorid (aus Methyl 2,3,4,6-Pentapivaloyl-α-D-mannopyranosid)
• Ein FEP (Nalgen Teflon FEP von Fisher scientific) Erlenmeyer wurde mit Methyl 2,3,4,6-Pentapivaloyl-α-D-mannopyranosid (8,8 g) gefüllt. Es wurde kaltes HF-Pyridin (10 ml) hinzugefügt und die resultierende Lösung wurde bei 40°C 7 Tage gerührt. Die Lösung wurde in einen FEP-Trenntrichter gegossen, mit Wasser und Dichlormethan verdünnt und geschüttelt. Die organische Phase wurde mit Wasser (2 ×), verdünntem Natriumhydroxid, Wasser und gesättigtem Natriumchlorid gewaschen. Die organische Lösung wurde über Magnesiumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck konzentriert. Das Produkt wurde durch Chromatographie (Silika, Eluent Hexan/EtOAc Gradient 14 : 1) gereinigt. Es kann auch aus Methanol auskristallisiert werden.

Claims (11)

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit der

   

   worin X Alkyl oder Aryl ist und R ist verzweigtes Alkyl, Aryl, Aralkyl oder OG, worin G geradekettiges oder verzweigtes Alkyl von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Aryl oder Aralkyl ist, das die Reaktion einer Verbindung mit folgender Formel umfaßt:

   

   worin R wie oben definiert ist, mit einer Verbindung der Formel XOH in der Anwesenheit einer Lewis Säure, worin X Alkyl oder Aryl ist.
2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Reaktion durch Reaktion des Mannosylfluorid mit einem Alkohol oder Phenol in der Anwesenheit von Bortrifluorid-Etherat durchgeführt wird.
3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin X folgendes ist:

   
4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin X folgendes ist:

   
5. Eine Verbindung mit der Formel:

   

   worin R verzweigtes Alkyl, Naphthyl, Biphenyl, Aralkyl oder OG ist, worin G geradekettiges oder verzweigtes Alkyl von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Aryl oder Aralkyl ist.
6. Eine Verbindung gemäß Anspruch 5, worin R OCH₂CH₃ ist.
7. Eine Verbindung gemäß Anspruch 5, worin R CH₂Ph ist.
8. Eine Verbindung gemäß Anspruch 5, worin R CH(CH₃)₂ ist.
9. Eine Verbindung gemäß Anspruch 5, worin R C(CH₃)₃ ist.
10. Eine Verbindung mit der Formel:

    

    worin R verzweigtes Alkyl, Aryl, Aralkyl oder OG ist, worin G geradekettiges oder verzweigtes Alkyl von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Aryl oder Aralkyl ist, und X ist Alkyl oder Aryl.
11. Eine Verbindung mit der Formel:

    

    worin R verzweigtes Alkyl, Aryl, Aralkyl oder OG ist, worin G geradekettiges oder verzweigtes Alkyl von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Aryl oder Aralkyl ist.