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Tesi etd-06252010-000431


Thesis type
Tesi di laurea specialistica LC5
Author
TROVATO, ELENA
URN
etd-06252010-000431
Title
Sintesi di disaccaridi biologicamente attivi contenenti unita' N-acetil-esosamminiche
Struttura
FARMACIA
Corso di studi
CHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE
Commissione
relatore Dott.ssa D'Andrea, Felicia
relatore Dott.ssa Di Bussolo, Valeria
Parole chiave
  • N-acetil-esosammine
Data inizio appello
14/07/2010;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
14/07/2050
Riassunto analitico
Le N-acetil-esosammine, amminozuccheri dove il gruppo ossidrilico in posizione 2 è sostituito con un gruppo N-acetilamminico (CH3CONH-), sono tra i carboidrati più rappresentati nelle macromolecole saccaridiche come, ad esempio, le glicoproteine e i glicolipidi. Questi saccaridi, inseriti in strutture più complesse, sono responsabili di numerosi processi biologi, che vanno dal riconoscimento ed adesione tra cellule fino alla difesa immunitaria e la replicazione virale. Composti di tale struttura sono, quindi, strettamente correlati con lo sviluppo di processi infiammatori, quali l’osteoartrite e l’artrite reumatoide, infezioni virali e batteriche, tumori. Le N-acetil-esosammine più importanti e diffuse in natura, ottenibili dall’idrolisi acida di macromolecole di origine naturale, sono la N-acetil-D-galattosammina (GalNAc), la N-acetil-D-glucosammina (GlcNAc) e la N-acetil-D-mannosammina (ManNAc). Ad esempio, la N-acetil-D-glucosammina è il monosaccaride costituente la chitina; la N-acetil-D-lattosammina (LacNAc), un disaccaride a struttura beta-D-Galp-(1→4)-D-GlcNAc, è un costituente di vari glicoconiugati come gli antigeni dei gruppi sanguigni, il Sialyl-Lewis X e gli oligosaccaridi del latte umano (HMO); la N-acetil-D-galattosammina è un costituente di molte glicoproteine complesse, come le mucine ed i determinanti oligosaccaridici degli antigeni dei gruppi sanguigni umani. Mentre le N-acetil-esosammine GalNAc e GlcNAc sono riconosciute da tempo come dei potenti agonisti del recettore NKR-P1 delle cellule Natural Killer (NK) di ratto, solo recentemente, nell’ambito di una ricerca sviluppata nel Laboratorio dove è stata svolta questa Tesi, è stata dimostrata l’interazione sul sistema immunitario della 1-desossinojirimicina (DNJ), un mimico del D-glucosio dove l’ossigeno piranosico è sostituito da un atomo di azoto. In particolare, è stato evidenziato che sia la DNJ che i disaccaridi a struttura beta-D-TalNAc-(1→4)-DNJ e beta-D-ManNAc-(1→4)-DNJ non solo sono buoni agonisti del recettore NKR-P1 delle cellule NK di ratto, ma si sono dimostrati attivi anche sul recettore CD69 delle NK umane. <br>Partendo da queste premesse e considerando l’importanza biologica delle N-acetil-esosammine, il mio progetto di Tesi ha riguardato la preparazione, a partire dal lattosio, di derivati disaccaridici contenenti unità GlcNAc e GalNAc come i derivati β-D-N-acetil-lattosamminici e il mimico disaccaridico a struttura beta-D-GalNAc-(1→4)-DNJ.<br>Le vie sintetiche più dirette per l’introduzione di un sostituente azotato sulla posizione C-2 di uno zucchero coinvolgono generalmente metodi di attivazione di glicali con inserzione di varie funzionalità precursori del gruppo N-acetilammino (azidonitrazione, cicloaddizioni, etc.) e, sebbene questi metodi siano efficienti nel trasferimento dell’azoto sul glicale donatore, implicano ulteriori manipolazioni del gruppo funzionale al C-2 per ottenere il gruppo acetammidico. Per questo motivo, per la preparazione di derivati beta-glicosidici di tipo lattosamminico è stato deciso di effettuare l’acetammidoglicosilazione dell’esa-O-benzil-D-lattale, una reazione, messa a punto dal Prof. David Gin e coll. su glicali monosaccaridici, che permette, attraverso un processo che passa per la formazione di un intermedio alfa-ossazolidinico, di preparere beta-glicosidi aventi una funzionalità 2-N-acetilamminica in modo estremamente efficace e con completa stereoselettività. <br>Come primo obbiettivo ci siamo prefissati di trasformare il perbenzil lattale, facilmente ottenibile dal peracetil lattosio previa trasformazione in bromuro anomerico seguita da eliminazione riduttiva di HBr con zinco, O-desacetilazione e successiva perbenzilazione, nell’alfa-ossazolidina corrispondente attraverso attivazione elettrofila dell’enoletere con tiantrene bis(triflato), generato in situ per reazione del tiatrene-5-ossido con anidride triflica, seguita da trattamento con N,N-dietilanilina e N-trimetilsilil-acetammide. In queste condizioni, a differenza dei risultati riportati in letteratura per i glicali monosaccaridici, la reazione non è completamente stereoselettiva e si ottiene una miscela delle corrispondenti ossazolidine alfa e beta in rapporto 9:1 (resa complessiva del 46%), dalla quale l&#39;ossazolidina alfa può essere isolata pura mediante flash cromatografia su colonna di gel di silice.<br>Il trattamento acquoso acido (THF-H2O-AcOH) dell’ossazolidina alfa pura fornisce il corrispondente derivato lattosamminico in resa del 44%; l’apertura dell&#39;ossazolidina alfa con MeOH in presenza di Amberlyst-15 fornisce stereoselettivamente il corrispondente metil beta-glicoside in resa del 34%, e l’apertura dell&#39;ossazolidina alfa in presenza di 3-O-tosil-1,3-propandiolo e CSA fornisce il corrispondente β-O-glicoside in resa del 44%. Quest&#39;ultimo derivato β-glicosidico è stato preparato anche per acetammidoglicosilazione one pot di 4 (procedura classica, senza isolamento dell’ossazolidina intermedia) con una resa però insoddisfacente (solo dell’8%). In tutti i casi l’acetammidoglicosilazione, sia one pot che a due stadi, ha fornito, accanto al desiderato prodotto di β-O-glicosidazione, circa il 15% di prodotto d’idrolisi.<br><br>La seconda parte della Tesi ha riguardato la sintesi, realizzata attraverso i seguenti quattro processi chiave, dell’azadisaccaride beta-D-GalNAc-(1&gt;4)-DBJ a partire dal lattosio: a) trasformazione dell’unità D-Galp in D-GalpN3 mediante amminazione con formale ritenzione di configurazione, ovvero doppia inversione di configurazione altamente stereoselettiva; b) elaborazione dell’unità glucosidica a dare il diolo in posizione 5,6; c) ossidazione selettiva del C-5 seguita da esposizione della funzionalità aldeidica a dare il corrispondente derivato aldoesos-5-ulosico; d) costruzione dell’anello piperidinico attraverso una reazione, altamente stereocontrollata, di doppia amminazione riducente intramolecolare (amminociclizzazione) con BnNH2 •HCl e NaCNBH3. <br>La conversione dell’unità beta-D-Galp, selettivamente deprotetta al C-2’ e facilmente ottenibile dal lattosio per doppia acetonazione con DMP e TsOH, in unità beta-D-talopiranosidica è realizzata secondo una procedura sintetica, riportata in letteratura, che ha previsto inversione di configurazione attraverso la sequenza ossidazione-riduzione. La totale sterereoselettività ottenuta, in termini di formazione del derivato beta-D-Talp (resa 96%), è garantita sia dall’effetto di schermo esercitato dal ponte isopropilidenico sia dallo stereocontrollo anomerico, che dirigono l’attacco dell’idruro sulla faccia α meno impedita del doppio legame C=O, favorendo così la formazione esclusiva dell’alcol a configurazione 1,2-cis. <br>La trasformazione di questo alcol nel corrispondente imidazilsolfonato, seguita da inversione di configurazione stereoselettiva per reazione SN2 con NaN3, rimozione selettiva della funzione metossiisopropilica e successiva benzilazione al C-6’, consente di ottenere il precursore necessario per i successivi passaggi sintetici (resa complessiva del 71%) che, sottoposto a deisopropilidenazione selettiva con AcOH aq all’80%, fornisce il corrispondente tetraolo in resa del 68%. Visto che l’ossidazione regioselettiva al C-5 di 10, mediante formazione di un intermedio 5,6-stannilidenacetalico (1.1 eq. di Bu2SnO, toluene) seguita da apertura ossidativa con NBS (1.0 eq., CHCl3), fornisce il corrispondente 5-cheto derivato in bassa resa (28%), la sequenza sintetica si è indirizzata verso la sintesi del diolo in 5,6, facilmente ottenibile per selettiva acetonazione del tetraolo in posizione 5,6 (2-metossipropene, PyH+TsO-) seguita da benzilazione (BnBr, NaH in DMF) in 3’,4’ e rimozione selettiva del gruppo 5,6-O-isopropilidenico (AcOH aq 80%). <br>L’ossidazione regioselettiva al C-5 del diolo in 5,6, con NBS, del corrispondente acetale stannilidenico fornisce il chetone che, sottoposto a deprotezione per idrolisi acida blanda (CF3COOH aq 90%), consente, oltre alla rimozione del gruppo 2,3-O-isopropilidenico residuo, l’esposizione della funzione aldeidica, ottenendo così il dicarbonilico la cui struttura, vista la complessità degli spettri NMR (1H e 13C) per la presenza di più forme tautomeriche, è stata indirettamente provata dalla successiva reazione di doppia amminazione riducente. La reazione, condotta con il cloridrato di BnNH2 e NaCNBH3 in MeOH, ha fornito, con completa stereoselettività, l’atteso azadisaccaride a configurazione D-gluco, isolato in resa del 58%. Il derivato così ottenuto è stato, infine, sottoposto a reazione di riduzione dell’azide (NiCl2 x 6H2O, NaBH4 in MeOH), seguita da N-acetilazione (MeOH-Ac2O 4:1 v/v), a dare un azadisaccaride dove l’acetilazione dell’OH-6 può essere spiegata ammettendo, in queste condizioni, l’acetilazione dell’azoto piperidinico seguita da trasferimento dell’acile sul vicino ossidrile. La desacetilazione di questo composto (MeONa-MeOH 0.33 M), seguita da debenzilazione catalitica (H2, Pd/C) condotta in MeOH in presenza di HCl, fornisce il desiderato azadisaccaride completamente deprotetto isolato come cloroidrato. <br>Con l’ottenimento dei derivati della N-acetil-lattosammina per acetammidoglicosilazione diretta dell&#39;esa-O-benzil-D-lattale, mai riportata in letteratura, e dell’azadisaccaride a struttura beta-D-GalNAc-(1&gt;4)-DNJ sono stati raggiunti gli obbiettivi prefissati in questo lavoro di Tesi. L’azadisaccride sarà inviato, insieme al diastereoisomero a struttura beta-D-GlcNAc-(1→4)-DNJ preparato in ricerche parallele, al Prof. V. Kren dell’Accademia Ceca delle Scienze (Praga), che li testerà come agonisti dei recettori NKR-P1 e CD69 delle cellule NK, rispettivamente di ratto e umane.
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