CC BY
20Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 24 (63). 2011. № 2. С. 396-401.
УДК 547.455.623'2:612.014.46
ОСОБЕННОСТИ МЕЖФАЗНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЯ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ
Чупахина Т.А., Гончаренко Ю.Н., Курьянов В.О., Астраханцева А.А.
Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, Украина
E-mail: [email protected]
В условиях межфазного катализа в системе «твердый карбонат калия-ацетонитрил» с использованием катализатора 15-краун-5 изучена реакция 2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-а-Б-глюкозаминилхлорида с салициловой кислотой. Приведены условия получения моно- и бис-углеводных производных салициловой кислоты, строение которых доказано с помощью 1Н ЯМР спектроскопии.
Ключевые слова: межфазный катализ, краун-эфир, гликозилирование, гликозильный эфир.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что в живых системах углеводы являются субстратами специфических рецепторов в широком круге биологических процессов. Межклеточные взаимодействия, иммунный ответ, патогенез бактериальных и вирусных инфекций, рост и метастазирование опухолевых клеток реализуются вследствие связывания углеводных остатков с клеточной поверхностью посредством соответствующих рецепторов. Поскольку аффинитет единичного углеводного остатка к его рецептору обычно достаточно слаб, прочное связывание, наблюдающееся при этом распознавании, обусловлено одновременной координацией рецепторами, несущими ряд эквивалентных сайтов связывания -нескольких идентичных гликозидных остатков, находящихся на поверхности субстрата. Этот феномен назван мультивалентностью, или гликозидным кластерным эффектом и явился толчком к синтезу широкого круга полигликозилированных соединений - миметиков биологических лигандов и их функций. Избирательная модификация полифункциональных соединений создаёт предпосылки для молекулярного дизайна биологически активных веществ, несущих различное число углеводных остатков.
Важной разновидностью 1-О-производных сахаров являются гликозильные эфиры карбоновых кислот, представляющие определенный фармакологический интерес. Салициловая кислота, обладающая хорошо известным спектром биологической активности, выбрана нами как пример бифункционального соединения с целью получения веществ, содержащих различное количество остатков 2-ацетамидо-2-дезокси-0-глюкозы, связанных с кором неуглеводной природы О-гликозидной и сложноэфирной связями.
В настоящем сообщении обсуждаются особенности синтеза моно- и бис-углеводных производных салициловой кислоты.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Температуры плавления определяли на приборе ПТП, оптическое вращение -при 20-25 оС на поляриметре Polamat-A (l = 546 нм).
ТСХ проводили на пластинках Sorbfil-АФВ-УФ («Сорбполимер», Россия). Зоны веществ обнаруживали в УФ (254 нм), а также 5% раствором серной кислоты в этаноле с последующим нагреванием до 200-300 оС. Использовали хроматографическую систему растворителей: бензол-ацетон, 5:1 (А), бензол-изопропиловый спирт, 10:1 (Б), хлороформ-изопропиловый спирт, 15:1 (В). Колоночную хроматографию (КХ) проводили на силикагеле Merck 230-400 меш.
:Н ЯМР спектры получены на спектрометрах Varian Mercury-400 (400 МГц), Varian Mercury-300 (300 МГц), внутренний стандарт - Me4Si. Приведены химические сдвиги (ХС) (м.д., 5-шкала) и константы спин-спинового взаимодействия (КССВ, J, Гц).
схема 1
Синтез 2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-1-0-(2-гидроксибензоил)-2-дезокси-Р^-
глюкопиранозы (2)
OAc
COOH
OAc HO.
О /^/ОН К2СО3 , 15К5 / 0 1
ЛсО^^А + сн3ск *
АсШ^ АсЫН О
1 2 Способ 1. Смесь 400 мг (1,10 моль) а-хлорида 1, 151 мг (1,10 моль) салициловой кислоты, 151 мг (1,1 моль) безводного карбоната калия и 48 мг (0,22 ммоль) 15К5 в 12 мл безводного ацетонитрила перемешивали при температуре 2022 оС до полной конверсии гликозил-донора (ТСХ, система А). Твердую фазу отделяли фильтрованием, осадок промывали на фильтре ацетонитрилом (2^5 мл), растворитель удаляли досуха при пониженном давлении. Продукт реакции 2 выделяли с помощью колоночной хроматографии, элюируя системой бензол-изопропиловый спирт (100:1) ^ бензол-изопропиловый спирт (30:1). Выход 2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-1-0-(2-гидроксибензоил)-2-дезокси-Р-В-глюкопира-нозы составил 355 мг (69%); т.пл. 142 оС, [а]546 -50о (с 1,0; хлороформ).
:Н ЯМР (БЫ8О-аб, 300 МГц): 1,75с (3Н, ЫАс), 1,96с (3Н, ОАс), 2,00с (6Н, 2ОАс), 4,12м (4Н, Н-2, Н-5, Н-6а, Н-6Ь), 4,97дд (1Н, Н-4, ^5 10,2 Гц), 5,27дд (1Н, Н-3, 10,8 Гц), 5,92д (1Н, Н-1, 8,4 Гц), 6,96дд, 7,01д, 7,55дд, 7,68д, (4Н, СНаром.), 8,09д (1Н, ЯН, Лот 9,3 Гц), 10,19с (1Н, ОН).
Способ 2. По способу 1 из 400 мг (1,1 моль) а-хлорида 1 в отсутствие межфазного катализатора получили целевой продукт реакции 2 с выходом 205 мг (40%) после очистки колоночной хроматографией.
Схема 2
Синтез (2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозил)-2-(2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозилокси)бензоата (3)
и (2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-а-Б-глюкопиранозил)-2-(2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозилокси)бензоата (4)
Смесь 500 мг (1,37 ммоль) а-хлорида 1, 94,4 мг (0,68 ммоль) салициловой кислоты, 517 мг (3,75 ммоль) безводного карбоната калия, 11 мг (0,05 ммоль) 15К5 в 15 мл безводного ацетонитрила перемешивали при температуре 20-22 оС до полной конверсии гликозил-донора (ТСХ, система Б). Выделение продуктов реакции 3 и 4 проводили по способу 1. Выход целевого продукт 3 после колоночной хроматографии (элюент: хлороформ-изопропиловый спирт 100:1 ^ хлороформ - изопропиловый спирт, 15:1) составил 45 мг (8%); т.пл. 134 оС, [а]546 -37,5° (с 0,9; хлороформ).
:Н ЯМР (БМ80^, 400 МГц) соединения 3:1,76с, 1,78с (6Н, КЛс), 1,97с, 1,98с, 2,01с, 2,02с (12Н, 40Лс), 2,00с (6Н, 30Лс), 4,11м (8Н, 2 Н-2, 2 Н-5, 2 Н-6а, 2 И-6Ь), 4,93дд, 4,96дд (2Н, 2 Н-4, 3,5 9,6 Гц, 3,5 10,0 Гц), 5,28 дд, 5,25дд (2Н, 2 Н-3 33,4 9,6 Гц), 5,54д, 5,92д (2Н, 2 Н-1, 3 8,8 Гц), 7,13т, 7,28д, 7,59дд, 7,74д (4Н, СН^), 7,95д, 8,06д (2Н, 2 Ж, 8,0 Гц, 9,6 Гц).
Выход целевого продукт 4 после колоночной хроматографии при градиентном элюировании системой хлороформ-изопропиловый спирт (100:1) ^ хлороформ-изопропиловый спирт (30:1) составил 38 мг (7%); т.пл. 211 оС, [а]546 -34о (с 1,0; хлороформ).
:Н ЯМР (БМ80^6,400 МГц) соединения 4: 1,72с, 1,81с (6Н, 2Ш.с), 1,96с (9Н, 30Лс), 1,99с, 2,01с, 2,02с (9Н, 30Лс), 4,18м (8Н, 2Н-2, 2Н-5, 2Н-6а, 2Н-6Ь), 4,97дд, 5,04дд (2Н, 2Н-4, 3,5 9,6 Гц), 5,28дд (2Н, 2Н-3, 33,4 9,6 Гц), 5,59д, 6,17д (2Н, 2Н-1, ^ 3,2 Гц, 8,4 Гц), 7,22т, 7,39д, 7,64т, 7,89д (4Н, СН аром.), 8,00д, 8,02д (2Н, 2Ж, 8,0 Гц, 8,4 Гц).
Схема 3
Синтез (2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозил)-2-(2-ацетамидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозилокси)бешоата (3)
Смесь 200 мг (0,55 ммоль) а-хлорида 1, 256 мг (0,55 ммоль) о-карбоксифенил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-Р^-глюкопиранозида, 76 мг (0,55 ммоль) безводного карбоната калия, 24 мг (0,11 ммоль) 15К5 в 6 мл безводного ацетонитрила перемешивали при температуре 20-22 оС до полной конверсии гликозил-донора (ТСХ, система Б). Продукт реакции 3 выделяли по способу 1, используя для колоночной хроматографии элюент хлороформ-изопропиловый спирт (100:1) ^ хлороформ-изопропиловый спирт (25:1). Выход производного 3 составил 255 мг (58%); т.пл. 133 оС, [а]546 -53о (с 1,0; хлороформ).
РЕЗУЛЬТАТЫ И обсуждение
С целью расширения круга объектов межфазного каталитического гликозилирования [1-5], нами изучено взаимодействие 2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-а^-глюкозаминилхлорида с бифункциональным О-нуклеофилом - салициловой кислотой. Гликозильный эфир 2 получили межфазной реакцией стехиометрических количеств а-хлорида 1, салициловой кислоты, безводного карбоната калия и 20% (мольн.) 15К5 при комнатной температуре, в среде сухого ацетонитрила. Реакция заканчивалась в течение 3 ч (ТСХ). Выход производного 2, выделенного колоночной хроматографией, составил 69%.
В отсутствие межфазного катализатора процесс шел медленнее, и полная конверсия глюкозаминилхлорида 1 в продукт реакции 2 завершалась за 6 ч с выходом 40%. Таким образом, использование 15К5 сокращало время реакции глюкозаминилирования и повышало выход целевого продукта, сравнительно с процессом, протекающим в отсутствие МФ-катализатора (рис. 1).
Способ 1:
Хлорид 1: 2 : К2СО3: 15К5 = 1:1:1:0,2 Способ 2:
Хлорид 1: 2: К2СО3 = 1:1:0,2
Рис. 1. Зависимость времени реакции и выхода продукта 2 от условий реакции.
Строение целевого продукта 2 доказано ПМР-спектроскопией. Об образовании гликозильного эфира свидетельствует наличие в :Н ЯМР спектре дублета аномерного протона с ХС 5,9 м.д. и синглета хелатированной фенольной гидроксильной группы с ХС 10,2 м.д. 1,2-транс-Диаксиальное расположение протонов в остатке ^-ацетилглюкозамина подтверждается величиной КССВ 8,4 Гц. В спектре также идентифицированы сигналы скелетных протонов, протонов О- и N
Выход, % Время, ч
ацетильных защитных групп углеводного остатка, а также сигналов ароматических протонов агликона с ХС 6,95, 6,99, 7,55 и 7,69 м.д.
Для введения второго остатка ^-ацетилглюкозамина по фенольной гидроксильной группе салициловой кислоты межфазную реакцию проводили по способу 1 с использованием избытка основания. Гликозилгалогенид 1 конвертировался с образованием бис-производных 3 и 4 за 3-4 ч. Невысокие выходы соединений 3 и 4 - 8% и 7%, соответственно, связаны с протеканием побочных реакций образования ацетатов 5 и 6 (рис. 2). Образование продукта реакции 4 с а-конфигурацией сложноэфирной связи, скорее всего, связано с аномеризацией.
0Лс
ЛсШ 5
Рис. 2. Структуры 1-О-ацетилглюкопираноз 5 и 6.
Строение бис-глюкозаминидов 3 и 4 доказано :Н ЯМР спектроскопией. Характерной особенностью ПМР-спектров является отсутствие сигналов протона фенольной гидроксильной группы и удвоение сигналов скелетных протонов углеводного остатка относительно сигналов протонов агликона. Образование димеров с различной конфигурацией гликозильной связи подтверждается дублетом аномерного протона с ХС 6,2 м.д. и КССВ 3,2 Гц, свидетельствующей об а-конфигурации ацилгликозидной связи бис-производного 4. 1,2-транс-Диаксиальное расположение протонов в остатке ^-ацетилглюкозамина бис-производного 3 подтверждается присутствием в его ПМР-спектре дублета аномерного протона с ХС 5.9 м.д. и КССВ 8,8 Гц. Химические сдвиги ароматических протонов в остатке салициловой кислоты продуктов реакции 3 и 4 соответствуют химическим сдвигам ароматических протонов гликозильного эфира 2.
Применение альтернативного подхода - синтез соединения 3 исходя из о-карбоксифенил-2-ацетамидо-3,4,6-три-О-ацетил-2-дезокси-Р-Б-глюкопиранозида завершалось образованием единственного продукта 3 с Р-конфигурацией аномерного центра в обоих углеводных остатках (сравнение с заведомыми образцами) с выходом 58%.
ВЫВОДЫ
1. Показана возможность применения межфазной системы «твердый К2СО3-безводный СН3С№> с использованием катализатора 15К5 для реакции глюкозаминилирования бифункционального соединения - салициловой кислоты.
2. В обсуждаемом межфазном процессе 15К5, являющийся катализатором межфазного переноса, в сравнении с процессом без катализатора обеспечивает
0Лс
6
сокращение времени реакции и повышение выхода 1-О-ацильного производного салициловой кислоты.
3. Подобраны условия получения моно- и бис-производных салициловой кислоты.
Список литературы
1. Glycosylation of mycotoxins / S. Grabley., M. Garies, W. Böckers, J. Thiem // Synthesis. - 1992. -Vol. 27, № 11. - P. 1078-1080.
2. Bliard C. Glycosylation of acids under phase transfer conditions. Partial synthesis of saponins / C. Bliard, G. Massiot, S. Nazabadioko // Tetrahedron Lett. - 1994. - Vol. 35, № 33. - P. 6107-6108.
3. Loganathan D. Phase-transfer catalysed glycosylation. Synthesis of 1-O-(p-methoxycinnamoyl)-2,3,4,6-tera-O-acetyl-ß-D-glycopyranose / D. Loganathan, A. Amonkar, G. Trivedi // Indian J. Chem. - 1983. -Vol. 22, № 4. - P. 400-401.
4. Катализируемый краун-соединениями синтез ß-арилгликозидов N-ацетилглюкозамина / В.О. Курьянов, Т.А. Чупахина, А.Е. Земляков, С.А. Котляр [и др.] // Биоорг. химия - 2001. - Т. 27, № 6. - С. 434-438.
5. Курьянов В.О. Межфазный катализ:синтез гликозильных эфиров N-ацетилглюкозамина / В.О. Курьянов, Т.А. Чупахина, В.Я. Чирва // Журн. орг. та фарм. х1ми - 2009. - T. 7, № 3. - С. 57-63.
Чупахша Т.О. Особливост м1жфазно1 каталггичних глжозилювання салщилово!" кислоти / Т.О. Чупахша, Ю.М. Гончаренко, В.О. Кур'янов, Г.О. Астраханцева // Вчет записки Тавршського нацюнального ушверситету iM. В.1. Вернадського. Серш „Бюлопя, xiMk". - 2011. - Т. 24 (63), № 2. -С. 396-401.
В умовах мiжфазного KaTari3y у racTeMi «твердий карбонат калта-ацетоштрил» з використанням KaTari3aTopa 15-краун-5 доанджена реакщя 2-ацетамщо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-а-Б-глюкозамшшхлорида з сатцилово! кислотою. Приведет умови отримання моно- i бг'с-вуглеводних жшдних caлiциловоl кислоти, будову яких доведено за допомогою 1Н ЯМР cпeктроcкопil. Krn4oei слова: мiжфaзний кaтaлiз, краун-етер, глiкозилювaння, глiкозильний естер.
Chupakhina T.A. Features of the phase transfer glycosilation of salicylic acid / T.A. Chupakhina, U.N. Goncharenko, V.O. Kuryanov, A.A. Astrakhantseva // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2011. - Vol. 24 (63), No. 2. - Р. 396-401. In the phase transfer system "solid potassium carbonate-acetonitrile" in presence of catalytic amounts of 15-crown-5 reaction of peracetate a-D-glucosaminilchloride with salicylic acid was studied. Conditions for obtaining mono-and ¿^-carbohydrate derivatives of salicylic acid whose structure was proved by 'H NMR spectroscopy were proved.
Keywords: phase transfer catalysis, crown-ether, glycosilation, glycosyl ether.
Поступила в редакцию 15.05.2011 г.
