Synthese von N-Glycanen des Hybrid-Typs und Untersuchungen zur Chemie von Glycosyltriazolen

Synthesis of N-glycanes of the hybrid type and investigations of the chemistry of glycosltriazoles

Kohlenhydrate spielen nicht nur im Energiehaushalt von Lebenwesen eine entscheidende Rolle, sondern werden auch für die Codierung von Informationen genutzt. So sind die meisten sezernierten Proteine durch Glycosylierung modifiziert, wobei N-Glycane, welche mit der Seitenkette von Asparagin verknüpft sind, eine wichtige Rolle spielen. Je nach Substituenten am nichtreduzierenden Ende werden diese in mannosereiche, hybride oder komplexe N-Glycane eingeteilt. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächsKohlenhydrate spielen nicht nur im Energiehaushalt von Lebenwesen eine entscheidende Rolle, sondern werden auch für die Codierung von Informationen genutzt. So sind die meisten sezernierten Proteine durch Glycosylierung modifiziert, wobei N-Glycane, welche mit der Seitenkette von Asparagin verknüpft sind, eine wichtige Rolle spielen. Je nach Substituenten am nichtreduzierenden Ende werden diese in mannosereiche, hybride oder komplexe N-Glycane eingeteilt. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst das im Arbeitskreis entwickelte Bausteinsystem für die Synthese komplexer N-Glycane um den Hybrid-Typ erweitert. Hierzu wurde ein neuer Pentamannosid-Donor entwickelt, der über eine sehr kurze Reaktionssequenz ausgehend von Benzylmannosid gewonnen werden konnte. Über Bisorthoester-Bildung und nachfolgender Hydrolyse wurde das notwendige Schutzgruppenmuster (2,4-Dibenzoat) in einem Schritt aufgebaut und durch eine doppelte Glycosylierung mit einem Dimannosid-Donor das 3,6-verzweigte Pentasaccharid erhalten. Nach der Umwandlung zu dem Trichloracetimidat konnte der Pentasaccharid-Akzeptor selektiv an der primären Hydroxylgruppe zu dem gewünschten Decasaccharid umgesetzt werden. Dieses wurde von den Acylschutzgruppen befreit, so daß je nach Bedarf ein Spacer oder ein Asparaginrest eingeführt werden kann. Daneben wurde eine Strategie entwickelt, mit der die Baukastensynthese von N-Glycanen auf die Festphase übertragen werden soll. Hierzu wurde die 1,3-dipolare Addition von Glycosylaziden und Alkinen untersucht. Diese gelang mit Hilfe von Cu(I) als Katalysator an verschiedene terminale Alkine. Beim Versuch, die erhaltenen Triazole entweder in das entsprechende Fluorid oder Azid umzuwandeln, zeigte sich, daß der literaturbeschriebene Mechanismus nicht korrekt ist. Durch mikrowellenbeschleunigte bzw. thermisch induzierte Cycloaddition an Acetylendicarbonsäurediester konnten weitere Glycosyltriazole gewonnen werden. Aufgrund der Aktivierbarkeit der erhaltenen Triazole wurde ein neuer Mechanismus postuliert, der mit den experimentellen Befunden in Einklang steht: die Triazol-5-carbonsäure, welche sich durch die sauren Bedingungen (HF, TMSOTf bzw. TfOH) bildet, wird protoniert oder durch ein starkes Elektrophil aktiviert. Durch intramolekulare Wechselwirkung des Säureprotons mit dem Stickstoffatom des Triazols lockert sich die N-glycosidische Bindung, was zur Freisetzung des Glycosylkations führt. Dieses Reaktionspaar (Triazolbildung und -spaltung) stellt eine Möglichkeit dar, N-Glycane an der Festphase zu fixieren und wieder freizusetzen. Um die Stabilität dieses Linkersystems zu demonstrieren, wurde ausgehend von dem Core-Trisaccharid das entsprechende Triazol synthetisiert und aus diesem ein komplexes Heptasaccharid aufgebaut. Hierbei mußten die Reaktionsbedingungen im Vergleich zu dem analogen Glycosylazid modifiziert werden, um Nebenreaktionen wie den Aglycontransfer zu vermeiden. Nach zwei Glycosylierungen in guten Ausbeuten (67 % bzw. 69 %) und Schutzgruppenoperationen (Acetylierung, saure Hydrolyse des Benzylidenacetals) konnte das Heptasaccharid-Triazol mittels HF-Pyridin in das Glycosylfluorid konvertiert werden. Somit ist auch die Abspaltungsreaktion gewährleistet und ein universeller Donor steht zur Verfügung. Darüber hinaus wurde eine Pentasaccharid-Teilstrukturaus einem triantennären N-Glycan synthetisiert und an PAMAM-Dendrimere (SuperFect) gekoppelt, die hocheffizient die Transfektion verschiedener Zellinien vermitteln. Mit Hilfe der Konjugate sollte überprüft werden, ob die Galactosyltermini eine rezeptorvermittelte Transfektion ermöglichen und dadurch bestimmte Zellinien gezielt angesprochen werden können. Bei der Isolierung von Herzglycosiden aus Digitalis spec. können die Nebenkomponenten nicht vollständig abgetrennt werden, weshalb u.a. 4'''-Methyl-diginatin als Referenzsubstanz bei der Produktion des Medikaments Lanitop® benötigt wird. Die selektive Alkylierung konnte durch Bildung eines Stannylenacetals und folgender Methylierung auch mit großen Mengen durchgeführt werden.show moreshow less
Carbohydrates are not only essential for the metabolism but can also encode informations. Most secreted proteins are modified by glycosylation, with N-glycans (linked to the sidechain of asparagine) playing a major role. According to the substituents at the non-reducing end N-glycans are divided into the high-mannose, the hybrid or the complex type. First, the building block synthesis developed by our group to assemble complex N-glycans was extended by the hybrid type. Therefore a new pentamannoCarbohydrates are not only essential for the metabolism but can also encode informations. Most secreted proteins are modified by glycosylation, with N-glycans (linked to the sidechain of asparagine) playing a major role. According to the substituents at the non-reducing end N-glycans are divided into the high-mannose, the hybrid or the complex type. First, the building block synthesis developed by our group to assemble complex N-glycans was extended by the hybrid type. Therefore a new pentamannoside donor was developed which was available in a very short sequence starting with benzyl mannoside. Formation of a bis-orthoester followed by hydrolysis established the 2,4-dibenzoate protecting group pattern. The 3,6-branched pentamannoside was obtained by a double glycosylation with a dimannoside donor. After conversion to the trichloroacetimidate the pentasaccharide acceptor was selectively glycosylated yielding the desired decasaccharide. The removal of the acyl protecting groups from the decasaccharide allows the subsequent introduction of a spacer or an asparagine residue. Furthermore a strategy was developed to transfer the building block synthesis of N-glycans to the solid phase. To this end the 1,3-dipolar addition of glycosylazides and alkynes was investigated. The use of terminal alkynes allowed the application of Cu(I) as a catalyst. Attempts to convert the triazoles thus obtained to the corresponding glycosyl fluorides or azides revealed that the published mechanism is not correct. Microwave irradiation or thermal induction gave [3+2] cycloaddition with acetylenedicarboxylic acid esters yielding further triazoles. These triazoles could be activated leading to a new mechanism, which is in accordance with the experimental data: the triazole-5-carboxylic acid, which is formed by the acidic conditions (HF, TMSOTf, TfOH respectively), is protonated or activated by a strong electrophile. By intramolecular interaction of the carboxylic proton and the triazole nitrogen the N-glycosidic linkage is weakened and the glycosyl cation is liberated. The formation and cleavage of triazoles provides a possibility to attach and remove N-glycans at the solid phase. To prove the stability of this linker the core trisaccharide triazole was synthesized starting from the corresponding azide followed by elongation to the complex heptasaccharide. Compared with the azide analogues the reaction conditions needed to be modified to prevent side reactions like aglycon transfer. After two glycosylations in good yields (67 % and 69 % respectively) and protecting group manipulations (acetylation and acidic hydrolysis of the benzylidene acetal) the heptasaccharide triazole was converted to the glycosyl fluoride by HF-pyridine treatment. Thus, the final cleavage reaction was shown with a complex N-glycan yielding a universal donor. Additionally a pentasaccharide partial structure of a triantennary N-glycan was synthesized and coupled to PAMAM-dendrimers (SuperFect), which mediate the transfection of different cell lines in high efficiency. The conjugates were used to investigate targeted gene delivery via the galactosyl termini facilitating receptor mediated transfection. Industrial isolation of digitalis glucosides does not separate minor components completely. Therefore among others 4'''-methyldiginatin is required as a reference for the production of the drug Lanitop®. Formation of a stannylene acetal and successive methylation gave in high yields.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Chemie
Author: Xaver Schratt
Advisor:Prof. Dr. Carlo Unverzagt
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:03.04.2006
Year of Completion:2005
SWD-Keyword:Glykoproteine; Kohlenhydrate / Chemie; Organische Synthese; Polysaccharide; Triazole
Tag:Festphase; N-Glykan; Oligosaccharid; hybrid
Glycoproteine; N-Glycane; Oligosaccharide; Synthesis; Triazole
Dewey Decimal Classification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
RVK - Regensburg Classification:VK 5070
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-2240
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):03.05.2006