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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese von C-Glykosiden
von Kohlenhydraten, die tertiäre
Kohlenstoffe enthalten, z.B. Ulosonsäuren, analogen Verbindungen,
Zwischenprodukten und insbesondere durch das Verfahren hergestellten
C-Glykosiden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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α-O-Glykoside
von N-Acetylneuraminsäure
(Neu5Ac, 1, Schema 1) finden sich häufig als Endgruppen der Oligosaccharidkomponente
von Zelloberflächenglykoproteinen
und -glykolipiden. Neu5Ac ist in einer Reihe von wichtigen biologischen
Vorgängen
involviert: interzelluläre
Wechselwirkungen, wie beispielsweise Adhäsion, Aggregation und Agglutination;
Maskierung von Antigenoligosacchariden und Unterdrückung von
ungewünschten
Immunreaktionen (Antierkennungsphänomen); Beeinflussung der Zellmembranpermeabilität, um sie
für Ionen,
Aminosäuren
und Proteine durchlässig
zu machen; und Schutz von Glykoproteinen vor Proteolyse1.
Terminale Neu5Ac ist eine Anheftungsstelle für Pathogene an die Zellen,
und oft werden beim Entfernen dieser Kohlenhydratgruppe Katabolismus-
und Entzündungsprozesse
initiiert2. Im Allgemeinen spiegelt die "richtige" Lebensdauer einer
Zelle ein empfindliches Gleichgewicht zwischen der Einführung und
Entfernung von terminaler Neu5Ac oder anderen Sialinsäuren wider.
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Die
Glykosidbindung von Neu5Ac wird in vivo durch Enzyme von Hydrolasetyp
gespalten, die Neuraminidasen genannt werden3.
Daher ist die Bildung von nicht hydrolysierbaren Analoga von Neu5Ac-α-O-Glykosiden
ein interessanter Ansatz zur Regelung von entscheidenden glykobiologischen
und immunologischen Vorgängen
auf Molekularebene. Der Ersatz des interglykosidischen Sauerstoffatoms
durch eine Methylengruppe schafft beispielsweise eine Klasse von
hydrolytisch und metabolisch inerten Isosteren, die Neu5Ac-C-Glykoside.
Trotz mehrerer wirksamer Verfahren zur Erzeugung von direkten Kohlenstoff-Kohlenstoff-
(C-C-) Bindungen im anomeren Zentrum in Aldosen und Ketosen4 wurde über
keine bedeutenden Fortschritte bei der Synthese von Neu5Ac-C-Glykosiden
berichtet5. Das Hauptproblem bei ihrer Synthe se
ist die Anforderung, dass die C-C-Bindung, die erzeugt wird, in
ein tertiäres
Kohlenstoffatom, nämlich
ein Kohlenstoffatom, das Einfachbindungen zu 3 anderen Kohlenstoffatomen
aufweist, resultiert.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß besteht
ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines
Verfahrens zur Synthese eines C-Glykosids von Ulosonsäuren, wie
beispielsweise Neu5Ac, wodurch eine diastereokontrollierte Synthese
von α-C-Glykosiden
von Ulosonsäuren
erhalten wird. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht
in der Bereitstellung von Zwischenstufen des neuen Verfahrens und
der Bereitstellung von neuen C-Glykosiden von bestimmten Ulosonsäuren, die
durch das neue Verfahren synthetisiert werden.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben umfassende Untersuchungen
durchgeführt
und entdeckt, dass eine diastereokontrollierte Synthese von α-C-Glykosiden
von Ulosonsäuren
erreicht werden kann, indem die Reaktion zwischen Ulosonsäuresulfon
oder -phosphit mit einer Aldehyd- oder Ketonverbindung in Gegenwart
eines Lanthanoidenmetallhalogenids, wie beispielsweise SmI2, durchgeführt wird, wodurch die vorliegende
Erfindung umgesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Synthese von C-Glykosiden
von Ulosonsäuren
und anderen Kohlenhydraten bereit, das den Schritt des Umsetzens
von Sulfon oder Phosphit des Kohlenhydrats mit einer Aldehyd- oder
Ketonverbindung in Gegenwart eines Lanthanoidenmetallhalogenids
umfasst, wodurch ein tertiäres
Kohlenstoffatom gebildet wird.
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Eine
Ausführungsform
besteht in einem Verfahren zur Synthese von C-Glykosiden von Neuraminsäuren oder
Sialinsäuren,
das den Schritt des Umsetzens des geschützten Neuraminsäure- oder
Sialinsäuresulfons
oder -phosphits mit einer Alde hyd- oder Ketonverbindung in Gegenwart
eines Lanthanoidenmetallhalogenids umfasst.
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Eine
weitere Ausführungsform
besteht in einem Verfahren zur Synthese von C-Glykosiden von KDO, das
den Schritt des Umsetzens des geschützten KDO-Sulfons oder -phosphits
mit einer Aldehyd- oder Ketonverbindung in Gegenwart eines Lanthanoidenmetallhalogenids
umfasst.
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Eine
dritte Ausführungsform
besteht in einem Verfahren zur Synthese von C-Glykosiden von KDN,
das den Schritt des Umsetzens des geschützten KDN-Sulfons oder -phosphits
mit einer Aldehyd- oder Ketonverbindung in Gegenwart eines Lanthanoidenmetallhalogenids
umfasst.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung ein Samarium(III)-Addukt eines
Kohlenhydrats bereit, worin Sm an einen anomeren Kohlenstoff gebunden
ist, der Einfachbindungen zu 4 Atomen aufweist, von denen keines
Wasserstoff ist. Das Kohlenhydrat kann ausgewählt sein aus Ulosonsäuren, Neuraminsäuren und Sialinsäuren, wie
z.B. 3-Desoxy-D-mannooctulosonsäure
oder 2-Keto-3-desoxy-D-glycero-d-galactonononansäure.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem
(a) das C-Disaccharid mit der Struktur Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-{(S)-hydroxy-[3-(methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-α-D-galactopyranosidyl)]-methyl}-D-erythro-L-mannononanat;
(b) das Disaccharid aus (a), aber ohne Hydroxygruppe; (c) das C-Glykosid
mit der Struktur Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-{hydroxy-4-(tert-butylcyclohexyl)]-D-erythro-L-mannononanat;
und (d) die Verbindungen, die durch die Entfernung der Schutzgruppen
von (a), (b) und (c) hergestellt werden, bereit.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird zum ersten Mal eine diastereokontrollierte
Synthese von α-C-Glykosiden
von Ulosonsäuren
bereitgestellt, und neue Zwischenprodukte und C-Glykoside von Ulosonsäure wurden
erhalten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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1 zeigt
ein 1H-NMR-Spektrum von Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-{(S)-hydroxy-[3-(methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-α-D-galactopyranosidyl)]-methyl}-D-erythro-L-mannononanat;
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2 zeigt
einen ausgewählten
Abschnitt des 1H-NMR-Spektrums von Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-{(S)-hydroxy-[3-(methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-α-D-galactopyranosidyl)]-methyl}-D-erythro-L-mannononanat;
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3 zeigt
einen ausgewählten
Abschnitt des 1H-1H-ROESY-Spektrums
(τm = 100 ms) von Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-{(S)-hydroxy-[3-(methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-α-D-galactopyranosidyl)]-methyl}-D-erythro-L-mannononanat;
und
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4 zeigt
einen ausgewählten
Abschnitt des 1H-1H-ROESY-Spektrums
(τm = 700 ms) von Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-{(S)-hydroxy-[3-(methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-α-D-galactopyranosidyl)]-methyl}-D-erythro-L-mannononanat.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Wie
oben erwähnt
wird bei einem Verfahren gemäß vorliegender
Erfindung ein Ulosonsäuresulfon oder
ein Ulosonsäurephosphit
in Gegenwart eines Lanthanoidenmetallhalogenids mit einer Aldehyd-
oder Ketonverbindung umgesetzt.
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Als
Lanthanoidenmetallhalogenid sind Halogenide (Iodide, Bromide und
Chloride) von Lanthanoidenmetallen geeignet. Als Lanthanoidenmetall
sind Samarium, Ytterbium und Europium bevorzugt, und Samarium ist
insbesondere bevorzugt.
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Die
Reaktanten, die in dieser Ausführungsform
mit den Lanthanoidenmetallhalogeniden reagieren, sind Ulosonsäuren, wie
beispielsweise Neuraminsäuren
und Sialinsäuren.
Außerdem
können
auch andere Kohlenhydrate, die an der anomeren Position einen vollständig substituierten
Kohlenstoff tragen (Ketosen), als Reaktant eingesetzt werden, der
mit dem Lanthanoidenmetallhalogenid umgesetzt werden soll. D.h.
diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft das Verfahren zur Synthese von
C-Glykosiden von Ulosonsäuren,
einschließlich
Neuraminsäuren
und Sialinsäuren.
Das Verfahren kann auch für
die Synthese von C-Glykosiden von Kohlenhydraten eingesetzt werden,
die einen vollständig
substituierten Kohlenstoff enthalten, wie beispielsweise von C-Glykosiden
von 3-Desoxy-D-mannooctulosonsäure
(KDO) und C-Glykosiden von 2-Keto-3-desoxy-D-glycero-d-galactonononansäure (KDN),
was ebenfalls die Bildung eines tertiären Kohlenstoffs umfasst.
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Wenn
das Lanthanoidenmetallhalogenid mit einem Neuraminsäure- oder
Sialinsäurederivat
oder einem Analog davon umgesetzt wird, kann der Reaktant die folgende
Formel [I] aufweisen:
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In
Formel [I] kann R1 eine Arylsulfon-, eine
heteroaromatische Sulfon- oder eine Dialkylphosphitgruppe sein.
Spezifische Beispiele für
R1 umfassen Pyridylsulfonyl-, Phenylsulfonyl-,
Imidazolsulfonyl-, Diethylphosphityl- und Dibenzylphosphitylgruppen.
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In
Formel [I] können
die R2 gleich oder unterschiedlich sein
und Gruppen oder Atome darstellen, welche die Reaktion nicht stören, wie
beispielsweise Acyloxygruppen, wie z.B. unverzweigte oder verzweigte
Alkylgruppen enthaltende, insbesondere C1-C6-Alkylgruppen, Benzyloxygruppen, Allyloxygruppen,
Isopropylidendioxygruppen, Cyclohexylidendioxygruppen, Silyloxygruppen
oder N-Amidgruppen. Jede dieser Gruppen kann einen oder mehrere, üblicherweise
1 bis 5, Substituenten, aufweisen, wie beispielsweise Methyl-, Methoxy-,
Benzyloxy-, Trichlorethoxy- und Trialkylsilyloxygruppen. Insbesondere
ist R2 Acyloxy oder Alkyloxy.
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In
Formel [I] unterliegt R3 keinerlei Einschränkung und
kann jede beliebige Gruppe oder jedes beliebige Atom sein, die/das
die Reaktion nicht stört.
Beispielsweise kann R3 eine unverzweigte
oder verzweigte Alkyloxygruppe sein, insbesondere eine C1-C6-Alkyloxygruppe, eine
zyklische Alkyloxygruppe, eine Arylmethyloxygruppe, eine Arylamingruppe,
eine Alkylamingruppe oder eine andere Kohlenhydratgruppierung. R3 kann mit den oben für R2 genannten
Substituenten, üblicherweise
mit 1 bis 5 Substituenten, substituiert sein.
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In
Formel [I] kann X Sauerstoff, Alkylamin oder Arylamin und Methylen
oder substituiertes Methylen sein.
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Äquivalente
des Skeletts der durch die Formel [I] dargestellten Struktur können die
der folgenden Formeln umfassen. Die Bedeutung der Substituenten
in den folgenden Formeln ist oben beschrieben.
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Der
Reaktionspartner, der mit den oben genannten Ulosonsäuren, einen
vollständig
substituierten Kohlenstoff enthaltenden Kohlenhydraten, Neuraminsäuren, Sialinsäuren und
Analoga umgesetzt wird, unterliegt keinerlei Einschränkung, und
jede beliebige organische Verbindung mit einer Aldehydgruppe oder
Ketongruppe kann verwendet werden. Wenn das herzustellende C-Glykosid
ein Disaccharid ist, kann der bevorzugte Reaktionspartner die folgende
Formel [II] aufweisen:
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In
Formel [II] kann R4 jede Gruppe sein, die
die Reaktion nicht stört.
Die Erläuterungen
für R3 in Formel [I] gelten auch für R4.
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In
Formel [II] können
die R5 gleich oder unterschiedlich sein
und können
Gruppen sein, die die Reaktion nicht stören. Die Erläuterungen
für R2 in Formel [I] gelten auch für R5. Neben Acyloxy ist aber auch eine Benzyloxygruppe
bevorzugt.
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In
Formel [II] kann R6 Wasserstoff, eine Alkylgruppe
oder eine Arylgruppe sein.
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In
Formel [II] kann X Sauerstoff, Alkylamin oder Arylamin, Methylen
oder substituiertes Methylen sein.
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In
Formel [II] ist n = 0 oder 1.
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Äquivalente
des Skeletts der durch die Formel [II] dargestellten Struktur können die
der folgenden Formeln umfassen. Die Bedeutung der Substituenten
in den folgenden Formeln ist oben beschrieben.
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Sofern
nicht anders angegeben beträgt
in den oben genannten Gruppen oder Substituentengruppen, die Alkyl
sind oder eine Alkylgruppierung enthalten können, die Anzahl an Kohlenstoffatomen
vorzugsweise 1–6.
In den oben genannten Gruppen oder Substituentengruppen, die Aryl
sind oder eine Arylgruppierung enthalten können, ist die Arylgruppe vorzugsweise
Phenyl, Naphthyl, Biphenyl, Anthryl oder Phenanthryl. Die Alkylgruppe
oder Alkylgruppierung und die Arylgruppe oder Arylgruppierung kann
einen oder mehrere, üblicherweise
1 bis 5, der für
R2 angeführten
Substituenten enthalten.
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Als
Lösungsmittel
für die
Reaktion ist nicht nur THF geeignet, sondern auch andere aprotische
Lösungsmittel,
wie beispielsweise Ether, halogenierte Kohlenwasserstoffe und tertiäre Amide,
wie z.B. Hexamethylphosphortriamid (HMDA) und 1,3-Dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2(1H)-pyrimidinon
(DMPU), können
eingesetzt werden.
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Die
Umsetzung kann bei einer Temperatur zwischen –40 und 25°C, vorzugsweise bei 20°C, durchgeführt werden.
Die Konzentration des Reaktanten 8 (in Schema 2) oder eines beliebigen
oben genannten Äquivalents
davon kann von unverdünnt
bis 0,01 M betragen, vorzugsweise unverdünnt. Die Konzentration der
Lösungsmittel
von SmI2 oder eines Äquivalents davon kann 0,1 M
bis 0,001 M, vorzugsweise 0,1 M, betragen. Die Konzentration des
Reaktanten 9 (in Schema 2) oder eines beliebigen oben genannten Äquivalents
davon kann von unverdünnt
bis 0,01 M betragen, vorzugsweise unverdünnt. Das Mischungsverhältnis zwischen
Reaktant 8 (oder eines Äquivalents
davon), Reaktant 9 (oder eines Äquivalents
davon) und dem Lanthanoidenmetallhalogenid beträgt vorzugsweise 1:(0,2-10):(0,5-20),
noch bevorzugter 1:(0,5-5):(1-10), noch bevorzugter 1:(1-2):(2-4),
bezogen auf die Moläquivalenz.
Die Reaktionszeit kann 1 min bis 1 h, vorzugsweise 30 min, betragen.
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Als
Beispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf Schema 1 und Schema
2 die diastereokontrollierte Synthese von Kohlenstoffglykosiden
von N-Acetylneuraminsäure
mithilfe von Glykosyl-Samarium(III)-Zwischenprodukten genauer beschrieben.
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Dieser
Ansatz gilt für
verschiedenste Schutzgruppen. Das Reduktionspotenzial von SmI2 wird durch die In-situ-Bildung einer N-Acetylneuraminylsamarium(III)-Spezies
und ihre Kopplung an Carbonylverbindungen unter Barbier-Bedingungen
ausgenützt6.
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In
Modellversuchen, die zu diesem Verfahren führten, wurde eine SmI2-geförderte
Bildung des anomeren capto-dativen Rests 3 versucht, wobei ein estergebundenes
Neu5Ac-Sulfon 27 eingesetzt wurde (Schema 1).
Es wurde angenommen, dass 3 durch Ringschluss durch einen Exo- und/oder
Endo-Modus zu einem Gemisch aus C-Glykosiden zusammenfallen würde8. Überraschenderweise
wurde anstatt der erwarteten zyklischen C-Glykoside (5 und/oder
6) die 2-Desoxyverbindung 79 in hervorragender
Ausbeute und Stereoselektivität
isoliert. Keine Spuren des C-2-Epimers mit äquatorialer Carboxyfunktion
wurden beobachtet. Diese außergewöhnliche
Stereoselektivität
lässt eine
intermediäre
zweite Elektronenübertragung
vermuten, welche das Organosamarium(III)-derivat 4 bereitstellte,
in dem der sperrige I2Sm(III)-Substituent
die thermodynamisch stabilere äquatoriale
Position einnahm.
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Unter
Verwendung dieses C-2-samariierten Neu5Ac-Derivats als C9-Nucleophil, um mit C-Formylzucker (einem
C7-Elektrophil) zu reagieren, wurde eine
diastereokontrollierte Synthese eines α-gebundenen C-Disaccharids entwickelt
(Schema 2). Der vorgeschlagene C9-Nucleophilvorläufer 8 wurde
wie oben beschrieben in vier Schritten aus Neu5Ac erhalten7. Ein 2-Pyridylsulfon, ähnlich dem von Mazeas et al.8 vorgeschlagenen, ersetzte die Phenylsulfongruppierung,
wodurch der LUMO-Energiewert von SO2Ar verringert
wurde und eine Elektronenübertragung
und homolytische Fragmentierung zum intermediären Radikal 3 vereinfacht wurde.
Das C7-Elektrophil 9 wurde wie von Schmidt
et al.10 beschrieben in sieben Schritten
aus Methyl-α-D-galactopyranosid
hergestellt.
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Die
Behandlung eines unverdünnten
Gemischs aus Sulfon 8 und Aldehyd 9 (1,5 Äquivalente) in einer inerten
Atmosphäre
mit 3,1 Äquivalenten
einer frisch zubereite ten 0,1 M SmI2-Lösung in
THF bei 20°C
führte fast
augenblicklich zu einer Überführung zum
C-Disaccharid 10 in hervorragender Ausbeute.
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Der
Zusatz des Aldehyds unmittelbar nach der SmI2-Lösung führt zu keiner
Kondensation mit 8, was klar die Barbier-Bedingungen der Umsetzung
aufzeigt. Unter diesen Bedingungen wurde lediglich eine Protonierung
(wahrscheinlich vom THF) der intermediären Organosamarium(III)-Spezies
beobachtet.
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Die
strukturelle Zuordnung von 10 basierte auf einer 1D- und 2D-1H-NMR. Die Bildung des α-Anomers wurde unter Einsatz
empirischer Regeln zur Bestimmung der anomeren Konfiguration von
Neu5Ac-Glykosiden bestätigt12. Die chemische Verschiebung von H-4' (4,90 ppm), der
J7',8'-Wert (7,7
Hz) und der Δδ/H-9'A-H-9'B/-Wert
(0,26 ppm) zeigte klar die α-Konfiguration
des Neu5Ac-Rests in 10 auf. Die 1H-1H-ROESY-Spektren
(τm = 700 ms oder 100 ms) wiesen negative NOEs
zwischen H-4', H-6' und den Protonen
der Methylestergruppe und zwischen H-3'ax, H-3'eq und
H-3 auf, was die α-Konfiguration
bestätigt.
Dieselben Spektren wurden für
eine indirekte Zuordnung der Stereochemie an der neu gebildeten
Hydroxymethylenverbrückung verwendet.
Das Fehlen von NOEs zwischen H-4 und H-3'eq wies auf
eingeschränkte
Mobilität
um die beiden Interglykosidbindungen hin, und die negativen Cross-Peaks
zwischen dem Proton am überbrückenden
Kohlenstoff und den beiden C-6-Protonen der Galactogruppierung zeigten,
dass sie räumlich
nahe beieinander liegen.
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Die
beobachtete Diastereoselektivität
der Reaktion könnte
basierend auf dem Felkin-Anh-Modell13 zur Voraussage des stereochemischen Ergebnisses
einer kinetisch kontrollierten Addition eines Nucleophils an einen
chiralen Aldehyd rational erklärt
werden (Schema 2, A). Der sperrigste Ligand α zur Carbonylgruppe in 9 ist
das C-2-Atom, das
eine äquatoriale
Benzyloxygruppe enthält
und an das C-1-Atom gebunden ist, das einen axialen glykosidischen α-OMe-Substitutenten
aufweist. Dieser Ligand liegt orthogonal zur Ebene der Carbonylgruppe
und ist antiklinal zur Bürgi-Dunitz-Bahn14 des
hereinkommenden Nucleophils. Von anderen Diastereomeren waren nach
einer Silicagelabtrennung von Produkt 10 und nicht umgesetztem Aldehyd
9 nur Spuren vorhanden (< 1%,
basierend auf 1H-NMR).
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Die
Kopplung eines Ketons mit 8 wurde ebenfalls untersucht, um den Umfang
dieser Reaktion zu bestimmen. Eine hervorragende Ausbeute an C-Glykosid
11 wurde erhalten (Schema 2).
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Diese
vorläufigen
Ergebnisse lassen auf eine zukünftige
Aufnahme des C-glykosidischen Pseudodisaccharidfragments 10 in größere, biologisch
bedeutende Oligosaccharide schließen, was Sialyl-Lewis-X-Derivate
mit Kohlenstoffbrücken
ergibt.
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Die
C-Glykoside der Ulosonsäuren,
die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden,
können
als Pharmazeutika und Kosmetika wie beispielsweise Bakterienschutzmittel,
Virenschutzmittel, Antitumormittel durch Bindung der C-Glykoside an ein
bekanntes Bakterienschutzmittel, Virenschutzmittel oder Antitumormittel
verwendet werden, da die C-Glykoside in Zellen nicht hydrolysierbar
sind.
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Beispiele
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von Beispielen genauer erläutert. Es
sollte angemerkt werden, dass die Beispiele lediglich zur Veranschaulichung
dienen und keineswegs als Einschränkung zu verstehen sind.
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Allgemeine
Verfahren: N-Acetylneuraminsäure
wurde erworben (Snow Brand Milk Products Company Ltd., Tokyo Japan).
Alle anderen Reagenzien und Lösungsmittel
waren analyserein und wurden mithilfe von Standardverfahren getrocknet.
Optische Drehungen wurden mithilfe eines Polarimeters von Perkin
Elmer, Modell 141, bei 22°C
gemessen. 1H-NMR-Spektren wurden bei 25°C auf einem
Spektrometer von Varian, Modell Unity 500 MHz, erhalten, und chemische
Verschiebungen sind in ppm von Tetramethylsilan als internem Standard
angegeben. Alle Reaktionen wurden durch Dünnschichtchromatographie auf
Aluminiumplatten, Silicagel 60 F254 (Merck); Detektion
unter kurzwelligem UV-Licht (254 nm) und durch Eintauchen der Platten
in eine Farbmarkierungslösung
(1,0 g Cerammoniumsulfat und 24,0 g Ammoniummolybdat in 31 ml Schwefelsäure, 470
ml Wasser) gefolgt von Erhitzen überwacht.
Eine Flashchromatographie wurde unter Verwendung von Silicagel 60
mit 230–400
Mesh (Aldrich) durchgeführt.
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Beispiel 1
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Synthese von [Methyl-(5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-α-D-glycero-D-galacto-2-nonulopyranosyl)onat]-2-pyridylsulfon
(8)
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Eine
Lösung
von im Handel erhältlicher
N-Acetylneuraminsäure
(6,0 g, 19,5 mmol) in 150 ml Methanol, das 6 g Amberlite IR-120
(H+) enthielt, wurde über Nacht bei Raumtemperatur
gerührt
(Amberlite ist eine eingetragene Marke). Nachdem das Harz filtriert
worden war, wurde die klare Lösung
im Vakuum bis zur Trockene eingedampft. Der weiße Rückstand wurde auf 0°C abgekühlt, und
100 ml Acetylchlorid wurden zugesetzt. Zu diesem abgekühlten Gemisch
wurden 10 ml Methanol in 15 ml Essigsäure zugetropft. Nachdem das
Ganze abgedichtet worden war, wurde das Reaktionsgemisch 3 Tage
lang bei Raumtemperatur gerührt.
Das Eindampfen bis zur Trockenen und einige Male gleichzeitiges
Verdampfen mit trockenem Toluol ergab Methyl-(5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-α-D-glycero-β-D-galacto-2-nonulopyranosylchlorid)onat,
das ohne weitere Reinigung verwendet wurde. Eine Lösung von
3,54 g (6,96 mmol) dieser Verbindung und Tetrabutylammoniumhydrogensulfat
(2,4 g) wurde in Ethylacetat (40 ml) hergestellt. Natriumcarbonat
(1 M, 40 ml) und 2-Mercaptopyridin (1,1 g, 10 mmol) wurden zugesetzt,
und das Reaktionsgemisch wurde 1,5 h lang bei Raumtemperatur stark
gerührt.
Ethylacetat (50 ml) wurde zugesetzt, und die organische Phase wurde nach
ihrer Abtrennung im Vakuum abgedampft und durch Silicagel-Säulenchromatographie
unter Verwendung von Ethylacetat/Petrolether = 7:3 gereinigt, um
3,30 g reines 2-Pyridyl(methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-2-thio-D-glycero-α-D-galacto-2-nonulopyranosid)onat
zu erhalten (85% Ausbeute).
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Eine
katalytische Menge Rutheniumtrichloridhydrat (~ 3 mg) wurde zu einer
stark gerührten
zweiphasigen Lösung
von Methyl-(2-pyridyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-2-thio-α-D-glycero-D-gatacto-2-nonulopyranosid)onat
(292 mg, 0,5 mmol) und Natriummetaperiodat (430 mg, 2 mmol) in Tetrachlorkohlenstoff
(2 ml), Acetonitril (2 ml) und Wasser (3 ml) zugesetzt. Nach 5 min
bei Raumtemperatur wurde das gelbe Gemisch mit Dichlormethan (100
ml) verdünnt,
mit Wasser (20 ml) gewaschen, getrocknet (MgSO4)
und eingeengt. Der Rückstand
wurde mit Ethylacetat von einer Silicagel-Säule eluiert, um [Methyl-(5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-α-D-glycero-D-galacto-2-nonulopyranosyl)onat]-2-pyridylsulfon
zu erhalten.
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Beispiel 2
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Synthese von Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(formyl)-α-D-galactopyranosid
(9)
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Eine
Lösung
des im Handel erhältlichen
Glykosids Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-α-D-galactopyranosid (7,92 g,
17,06 mmol) in DMSO (50 ml) und Essigsäureanhydrid (40 ml) wurde 12
h lang bei Raumtemperatur gerührt.
Das Lösungsmittel
wurde bei 10–2 Torr
(1,3 Pa) abgedampft, und der Rückstand
wurde durch Flashchromatographie mit Petrolether/Ethylacetat (3:1)
gereinigt, um 7,25 g (92%) Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-α-D-xylo-hex-2-ulopyranosid
als farbloses Öl
zu erhalten. – DC
(Petrolether/Ethylacetat (3:1)]: Rf = 0,40.
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Eine
0,5 M Lösung
von Tebbe-Reagens (30 ml) in Toluol wurde über einen Zeitraum von 30 min
bei –40°C unter Stickstoff
zu einer Lösung
von Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(methylen)-α-D-xylo-hex-3-ulopyranosid
(6,33 g, 13,69 mmol) in trockenem THF zugetropft. Innerhalb von
1 h wurde das Reaktionsgemisch auf 0°C erwärmt und 1 h lang bei 0°C gerührt. Dann
wurde eine 10%ige wässrige
Natriumhydroxidlösung
(15 ml) unter starkem Rühren
zugesetzt. Nachdem das Ganze 30 min lang gerührt worden war, wurde das Gemisch
durch Celite filtriert (Celite ist ein eingetragener Markenname).
Die organischen Extrakte wurden eingeengt, und der Rückstand,
ein oranger Sirup, wurde durch Flashchromatographie mit Petrol ether/Ethylacetat
(3:1) gereinigt, um 5,8 g (92%) Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(methylen)-α-D-xylo-hex-3-ulopyranosid
als farbloses Öl
zu erhalten. – DC
(Petrolether/Ethylacetat, 3:1): Rf = 0,54.
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Eine
Lösung
von Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(methylen)-α-D-xylo-hex-3-ulopyranosid (202
mg, 0,4 mmol) in trockenem THF (10 ml) wurde mit einer 9-BBN-Lösung in THF (0,5 M, 5 ml) erhitzt
und dann 4 h lang rückflusserhitzt.
Nachdem das Ganze auf 0°C
abgekühlt
worden war, wurde eine 10%ige wässrige
Natriumhydroxidlösung
(r ml) über
einen Zeitraum von 10 min zugesetzt, gefolgt von einer 30%igen wässrigen
Wasserstoffperoxidlösung
(4 ml). Dann wurde weitere 30 min gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde mehrere
Male mit Diethylether extrahiert, und die vereinigten Etherextrakte
wurden mit einer 20%igen wässrigen
Natriumhydrogensulfitlösung
und dann mit einer gesättigten
Natriumchloridlösung
gewaschen. Die organische Phase wurde mit MgSO4 getrocknet
und bis zur Trockene eingedampft, und der Rückstand wurde durch Flashchromatographie
mit Petrolether/Ethylacetat (1:1) gereinigt, um 192 mg (91%) Methyl-2,4-6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(hydroxymethyl)-α-D-galactohexopyranosid
als farbloses Öl
zu erhalten. – DC
(Petrolether/Ethylacetat, 3:1): Rf = 0,55.
-
Zu
einer Lösung
von Methyl-2,4-6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(hydroxymethyl)-α-D-galactohexopyranosid
(5,13 g, 10,72 mol) in 25 ml trockenem DMSO wurden 5,0 g DCC und
0,5 ml H3PO4 zugesetzt.
Das Gemisch wurde über
Nacht bei Raumtemperatur gerührt.
Dann wurde das Reaktionsgemisch mit Wasser (100 ml) behandelt und
mehrere Male mit Ethylacetat extrahiert. Die vereinigten organischen
Extrakte wurden mit einer gesättigten
Natriumhydrogencarbonatlösung
gewaschen mit MgSO4 getrocknet und im Vakuum
eingeengt. Eine Reinigung des Rohprodukts durch Flashchromatographie
mit Petrolether/Ethylacetat (4:1) ergab 4,9 g (94%) Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(formyl)-α-D-galactohexopyranosid
als farbloses Öl. – DC (Petrolether/Ethylacetat,
4:1): Rf = 0,36.
-
Beispiel 3
-
Synthese von Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-{(S)-hydroxy-[3-(methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-α-D-galactopyranosidyl)]-methyl}-D-erythro-L-mannonononat
(10)
-
Zu
einem rasch gerührten
unverdünnten
Gemisch aus 120 mg (0,2 mmol) [Methyl(5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-α-D-glycero-D-galacto-2-nonulopyranosyl)onat]-2-pyridylsulfon
(8) und 165 mg (0,3 mmol) Methyl-2,4,6-tri-O-benzyl-3-desoxy-3-C-(formyl)-α-D-galactopyranosid
(9) wurde bei 20°C unter
Argon eine 0,1 M Lösung
von frisch zubereitetem SmI2 in THF (7 ml,
0,7 mmol) zugetropft. Das Rühren wurde
45 min lang fortgesetzt, dann wurde das Reaktionsgemisch in eine
wässrige
Ammoniumchloridlösung gegossen
und zweimal mit Ethylacetat extrahiert. Die vereinigten organischen
Phasen wurden getrocknet (MgSO4) und im
Vakuum eingeengt. Der Rückstand
wurde durch Flashchromatographie mit Petrolether/Ethylacetat (1:3)
gereinigt, um 167 mg (88%) von 10 als farblosen Schaum zu erhalten.
DC (Petrolether/Ethylacetat, 1:3): Rf =
0,32. [α]D 22 = –18 (c =
1, Chloroform). 1H-NMR: δ = 1,89 – 2,14 (5s, 15H, 5 COCH3), 2,03 (unter einem COCH3-Signal
ist 1H H-3'ax), 2,51 (dd; J3'ax,3'eq = 12,9 Hz,
J3'eq,4' = 4,6 Hz,
1H, H-3'eq), 2,79 (bd, J2,3 =
6,3 Hz, J3,4 und J3,3'' < 0,5 Hz, 1H, H-3), 3,45 (s, 3H, OCH3), 3,57 – 3,58 (m, 2H, 2 H-6), 3,87
(bs, J3'',OH = J3'',3' < 0,5 Hz, 1H, H-3''), 3,90 (dd, J5',6' = 10,7 Hz,
J6',7' = 2,1 Hz,
1H, H-6'), 3,97 – 4,01 (m,
2H, H-2 und H-5'),
4,05 (dd, J8',9'A = 6,1 Hz,
J9'A,9'B = 12,3 Hz,
1H, H-9'A),
4,31 (dd, J8',9'B = 3,9 Hz,
1H, H-9'B), 4,39 (m, 2H, H-5 und OH), 4,41 – 4,66 (m, 7H,
3CH2Ph und H-4 bei δ = 4,55), 4,90 (ddd, J3'ax,4' = J4',5' = 11,6 Hz,
1H, H-4'), 5,15
(bd, JNH,5' =
9,8 Hz, 1H, NH), 5,28 (dd, J7',8' =
7,7 Hz, 1H, H-7'),
5,42 (ddd, 1H, H-8'),
7,12 – 7,42
(m, 15H, 3 Ph).
Anal. ber. für C49H61N1O18 (952,02):
C, 61,82; H, 6,46; N, 1,47. Gefunden: C, 61,47; H, 6,53; N, 1,26.
-
Beispiel 4
-
Synthese von Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-[hydroxy-4-(tert-butylcyclohexyl)]-D-erythro-L-mannonononat
(11)
-
Zu
einem stark gerührten
unverdünnten
Gemisch von 120 mg (0,2 mmol) [Methyl-(5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-α-D-glycero-D-galacto-2-nonulopyranosyl)onat]-2-pyridylsulfon
(8) und 83,0 mg (0,6 mmol) 4-tert-Butylcyclohexanon wurde unter
Argon eine 0,1 M Lösung
von frisch zubereitetem SmI2 in THF (7 ml,
0,7 mmol) bei 20°C
zugetropft. Das Rühren
wurde 45 min lang fortgesetzt, wonach das Reaktionsgemisch in einer
wässrige
Ammoniumchloridlösung
gegossen und zweimal mit Ethylacetat extrahiert wurde. Die vereinigten
organischen Phasen wurden getrocknet (MgSO4)
und im Vakuum eingeengt. Der Rückstand
wurde durch Flashchromatographie mit Petrolether/Ethylacetat (1:3)
gereinigt, um 167 mg (88%) von 11 als farbloses Öl zu erhalten. DC (Petrolether/Ethylacetat,
1:3): Rf = 0,6. [α]D 22 = –12
(c = 1, Chloroform). 1H-NMR (Skelettprotonen
des Kohlenhydratabschnitts): δ =
1,95 (dd, 1H, H-3ax), 2,46 (dd, 1H, H-3eq), 3,99 (m, 2H, H-5a,
H-6), 4,07 (dd, 1H, H-9A), 4,32 (dd, 1H,
H-9B) 4,76 (ddd, 1H, H-4), 5,16 (br.d, 1H,
NH), 5,30 (dd, 1H, H-7), 5,42
(ddd, 1H, H-8).
-
Beispiel 5
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Synthese von Methyl-5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-2,6-anhydro-3,5-didesoxy-2-C-[(dimethyl)-hydroxymethyl]-D-erythro-L-mannonononate
(13)
-
Zu
einem stark gerührten
unverdünnten
Gemisch von 120 mg (0,2 mmol) [Methyl-(5-acetamido-4,7,8,9-tetra-O-acetyl-3,5-didesoxy-α-D-glycero-D-galacto-2-nonulopyranosyl)onat]-2-pyridylsulfon
(8) und 1,0 ml Aceton wurde unter Argon eine 0,1 M Lösung von
frisch zubereitetem SmI2 in THF (7 ml, 0,7
mmol) bei 20°C
zugetropft. Das Rühren
wurde 45 min lang fortgesetzt, wonach das Reaktionsgemisch in einer
wässrige Ammoniumchloridlösung gegossen
und zweimal mit Ethylacetat extrahiert wurde. Die vereinigten organischen Phasen
wurden getrocknet (MgSO4) und im Vakuum
eingeengt. Der Rückstand
wurde durch Flashchromatographie mit Petrolether/Ethyl acetat (1:3)
gereinigt, um 92,0 mg (94%) von 13 als farbloses Öl zu erhalten.
DC (Ethylacetat): Rf = 0,45, 1H-NMR
(Skelettprotonen des Kohlenhydratabschnitts): δ = 1,93 (dd, 1H, H-3ax), 2,50 (dd, 1H, H-3eq),
4,01 (m, 2H, H-5a, H-C), 4,05 (dd, 1H, H-9A),
4,36 (dd, 1H, H-9B), 4,77 (ddd, 1H, H-4),
5,15 (br.d, 1H, NH), 5,31 (dd,
1H, H-7), 5,43 (ddd, 1H, H-8).
-
LITERATURVERZEICHNIS UND
FUSSNOTEN:
-
- Derzeitige Adresse: Hercules Incorporated, Research Center,
Wilmington, DE 19808, USA.
- 1) Sialic Acids, Schauer, R., Hrsg., Springer-Verlag: New York
(1985). Biological Roles of Sialic Acid, Rosenberg, A., Shengrund,
C., Hrsg., Plenum: New York (1976). Complex Carbohydrates, Sharon,
N., Addison-Wesley: London (1975). Varki, A., Glycobiology 2, 25–40 (1992).
- (2) Sharon, N., Lis, H., Science 246, 227–234 (1989). Sharon, N., Lis,
H., Lectins, Chapman and Hall: London (1989).
- (3) Air, G.M., Laver, W.G., Proteins: Structure, Function and
Genetics 6, 341–356
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- (4) Postema, M., C-Glycoside Synthesis, CRC Press: Boca Raton
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Amsterdam (1992).
- (5) Nur die trivialen Alkyl- und Hydroxymethyl-C-Glykoside von
Neu5Ac wurden synthetisiert: Paulsen, H., Matschulat, P., Liebigs
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(1991). Walliman, K., Vasella, A., Helv. Chim. Acta 74, 1520–1532 (1991).
Nagy, J., Bednarski, M., Tetrahedron Lett. 32, 3953–3956 (1991).
- (6) Beispiele und mechanistische Untersuchungen der Barbier-Reaktion
mit Organo- und Glykosylsamariumverbindungen: Namy, J., Collin,
J., Bied, C., Kagan, H., Synlett, 733–734 (1992). Curran, D., Fevig,
T., Jasperse, C., Totleben, M., ibd., 943–961 (1992). Molander, G.,
McKie, J., J. Org. Chem. 56, 4112–4120 (1991). de Pouilly, P.,
Chénédé, A.,
Mallet, J.-M., Sinaÿ,
P., Bull. Soc. Chim. Fr. 130, 256–265 (1993). Mazeas, D., Skrydstrup,
T., Beau, J.-M., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 34, 909–912 (1995).
Hervorragende Zusammenfassungen der Anwendung von SmI2:
Molander, G., Harris, C., Chem. Rev. 96, 307–338 (1996). Molander, G.,
Chem. Rev. 92, 29–68
(1992).
- (7) Das entsprechende 2-Thiophenylglykosid wurde unter Verwendung
des Verfahren von Cao, S., Meuneir, S., Andersson, F., Letellier,
M., Roy, R., Tetrahedron: Asymmetry 5, 2303–2312 (1994), hergestellt und
gemäß Marra,
A., Sinaÿ,
P., Carbohydr. Res. 187, 35–42
(1989), zu einem Sulfon oxidiert.
- (8) Eine vorübergehende
Acetalbindung als geeigneter Ansatz zur Regelung der Stereoselektivität bei der Prostaglandinsynthese
wurde veröffentlicht:
Stork, G., Sher, P., Chen, H.J., Am. Chem. Soc. 108, 6384–6387 (1986).
Die Durchführung
dieses Ansatzes im Kohlenhydratbereich führte zu einer Reihe von wirksamen
Synthesen von β-O-Mannosiden:
Stork, G., Kim, G., J. Am. Chem. Soc. 114, 1087–1088 (1992). Stork, G., La
Clair, J., J. Chem. Soc. 118, 247–248 (1996). Barresi, F., Hindsgaul,
O., J. Am. Chem. Soc. 113, 9376–9377
(1991). Barresi, F., Hindsgaul, O., Can. J. Chem. 72, 1447–1465 (1994).
Ito, Y., Ogawa, T., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 1765–1967 (1994).
Dan, A., Ito, Y., Ogawa, T., J. Org. Chem. 60, 4680–4681 (1995).
Bei der Durchführung einer ähnlichen
intramolekularen Aglycongewinnungsstrategie durch Siliciumbindungen
wurden anfängliche Beispiele
für eine
C-Glykosidkonstruktion vorgeschlagen: Stork, G., Suh, H., Kim, G.,
J. Am. Chem. Soc. 113, 7054–7066
(1991). Xin, Y.C., Mallet, J.-M., Sinaÿ, P., J. Chem. Soc. Chem. Commun.,
864 (1993). Vauzeilles, B., Cravo, D., Mallet, J.-M., Sinaÿ, P., Synlett,
522 (1993); Chénédé, A.,
Perrin, E., Rekaï,
E., Sinaÿ,
P., Synlett, 420 (1994). Mazeas, D., Skrydstrup, T., Doumeix, O.,
Beau, J.-M., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 1383–1386 (1994).
Mallet, A., Mallet, J.-M., Sinaÿ,
P., Tetrahedron: Asymmetry 5, 2593–2608 (1994).
- (9) 1H-NMR-Daten von 7-Gegenstück wurden
veröffentlicht:
Schmid, W., Christian, R., Zbiral, E., Tetrahedron Lett. 29, 3643–3646 (1988).
- (10) Schmidt, R., Beyerbach, A., Liebigs Ann. Chem., 983–986 (1992).
- (11) Girard, P., Namy, J., Kagan, H., J. Am. Chem. Soc. 102,
2693–2698
(1980).
- (12) Kanie, O., Kiso, M., Hasegawa, A., J. Carbohydr. Chem.
7, 501–506
(1988).
- (13) Ahn, N., Eisenstein, O., Nouv. J. Chim. 1, 61–70 (1977).
- (14) Bürgi,
H., Dunitz, J., Shefter, E., J. Am. Chem. Soc. 95, 5065–5067 (1973).