herstellung von oligosaccharid-bibliotheken durch zufalls-glycosylierung

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ZUSCHRIFTEN 16) a) F. Gueritte-Voegelein, D. Guenard. F. Lavelle. M.-T. Le Goff, L. Mangatal, P. Potier. J. Med. Cheni. 1991, 34. 992-998; h) C. S. Swindell, N. E. Krauss, S. B. Horwitz, I. Ringel. hid. 1991, 34, 1176-1184; c) G. Appendino, H. C. Ozen. P. Gariboldi, B. Gabctta, E. Bomhardelli, Firoterupiu 1993, 64, 47- 81; d) A. N. Boa. P. R. Jenkins, N . J. Lawrence, Conlemp. Org. Sinth. 1994, 1, 47-75. [7] a) W. D. Howard, S. N. Timasheff. J. Bid. Chin. 1988, 263. 1342-1346; b) S. B. Horwitz, Trcnds Phurnicicol. Sci. 1992. 13, 134 136; c) R. B. Dye, S. P. Fink. R. C. Williams. Jr.. J. Biol. CAcwi. 1993, 268. 6874-6850: d) M. A. Jor- dan, R. .I. Toso, H. Thrower, L. Wilson, P~oc. Nut/. Acad. Sri. USA 1993, YO. 9552-9556; e) E. NogdleS, S. G. Wolf. I. A. Khan. R. F. Lndueha, K. H. Downing, Nature 1995, 375. 424-427. [8] a) J. M. Andreu, J. Bordas, J. E Dim. J. Garcia de Ancos, R. Gil. F. J. Medrano. E. Nogales. E. Pantos. E. Towns-Andrews, J Mol. Biol. 1992. 226. 169-184; b) J. M. Andreu, J. F. Diaz, R. Gil, J. M. de Pereda, M. Garcia de Lacoba, V. Peyrot, C. Bridnd. E. Towns-Andrews. J. Bordas, J. Biol. Clienr. 1994, 31785- 31 792. 191 a) J. F. Diaz. .I. M. Andreu. Biochemistry 1993,32,2747- 2755; h) J. F. Diaz. M. Menendez, J. M. Andreu. ibid. 1993.32, 10067-10077. [lo] Y. Han. A. G. Chaudhary. M. D. Chordia, D. L. Sackett. D. G. I. Kingston, S. B. Hastie, A4d Biol. Cdl 1994. 5, 284a. [ll] a) G. 1. Georg. T. C. Boge, H. Park. R. H. Himes, Bioorg. Met/. Chem. Lett. 1995, 5. 615-620; h) C. Comheau, A. CommerGon, C. Mioskowski, B. Rous- seau, F. Aubert. M. Goeldner. Biorliemistrj~ 1994, 33, 6676-6683; c) S. Rao, N. E. Krauss, J. M. Heerding, C. S. Swtndell, 1. Ringel, G. A. Orr, S. B. Hor- witz. 1 Bid. C‘hem 1994, 26Y. 3112-3134; d) C. S. Swindell, J. M. Heerding, N. E. Krauss, S. B. Hot-witz. S. Rao, I. Ringel. J. Med. Chem. 1994.37, 1446- 1449; e) D. Dasgupta, H. Park, G. C. Harriman, G. I. Georg, R. H. Himes, ;hid 1994, 37. 297662080. Der Ester 7-[(ni-Azido-o-nitro)benzoyl]taxol wurde ebenfalls als Photoartinitdtsdnalogon genutzt: J. M. Carhoni. V. Farina, S. Rao. S. 1. Hauck. S. B. Horwitz, 1. Ringel, J Mrd Cliem. 1993, 36, 513-515. [I21 W. Mellado. N. F. Magi D. G. 1. Kingston, R. Garcia Arenas, G. A. Orr, S. B. Horwitz. Biur.hem BiopIiys. Res. Cornmiin. 1984, 124, 329-336. (131 A. E. Mathew, M. R. Mejillano. J. P. Nath, R. H. Himes, V. J. Stella, J. Med. Chein. 1992, 35, 145-151. [I41 Unsere Gesamtausbeute an 2 betrug ca. 70%. [I51 Die direkte Verestcrung der 7-Hydroxygruppe in 2’-[(2,2,2-Trichlor- ethyl)oxycarhonyl]taxol (N. F. Magri. D. G. I. Kingston, J. Org. Chem. 1986. 51, 797-802) tnit 7-Dimethylan~inocumdrIn-4-essigsdure gelang unter einer Reihe von experimentellen Bedingungen nicht, wahrscheinlich wegen einer starken sterischen Hinderung, wie Molekulmodelle vermuten lassen. [I61 ROESY-Experimente zeigten. daO sich in CDCI, die Cumarineinheit in Ver- bindung 3 in der Nihe der Protonen H-3 und H-7 des Tdxolteils befinden mu& da nennenswerte NOE-Effekte mit dem Proton H-3C der Cumarineinheit be- obachtet wurden. Kreuzpeaks zwischen den Signalen der arornatischen Tdxol- protonen wurden nicht gefunden, was die Annahme stutzt, daI3 sich die ent- sprechenden Ringe nicht nahe kornmen (keine Clusterbildung), was in einem unpolaren Losungsmittel auch zu erwarten war (D. G. Vander Velde, G. 1. Georg, G. L. Grunewald. C. W. Gunn, L. A. Mitscher, J. Am. Chern. Soc. 1993, 115, 11650-11651). [17] K. C. Nicolaou, C. Riemer, M. A. Kerr, D. Rideout, W. Wrasidio, Nature 1993, 364, 464 - 466. [I81 a) H. M. Deutsch, J. A. Glinski, M. Hernandez, R. D. Haugwitz, V. L. Naraya- nan. M. Stiffness, L. H. Zalkow. J. Men. Chem. 1989,32,788--792;h) Z. Zhao. D. G. 1. Kingston. A. R. Crosswell,J Nut. Prod. 1991,54. 1607--1611; c)K. C. Nicolaou, R. K. Guy, E. N. Pitsinos, W. Wrasidlo, Angew. Chcm. 1994, 106, 1672: Angew. Cheni. fnt. Ed Engl. 1994. 33. 1583-1587; d) L. G. Paloma, R. K. Guy, W. Wrasidlo, K. C. Nicolaou, Cliem. Bid. 1994, 1, 107-112; e) K. C. Nicolaou. J. Renaud, P. G. Nantermet, E. A. Couladouros, R. K. Guy, W. Wrasidlo, J. Am. Cheni. Soc. 1995,117,2409-2420; f) R. B. Greenwald, A. Pendri, D. Bolikal, J. Org. Cheni. 1995, 60, 331 -336; g) Y Ueda. J. D. Matis- kella, A. B. Mikkilineni. V. Farind. J. 0. Knipe, W. C. Rose, A. M. Casazza, D. M. Vyas, Bioorg. Mrd. C‘herir. Letr. 1995. 5, 247-252. [I 91 Auf Ohjekttrigern gewachsene PtK2-Zellen wurden ca. 12 h mit dem Taxolde- rivat 4 (I PM) kultivicrt. zweimal mit Phosphat-gepufferter Salzlosung gewa- schen. ohne Fixierung in einem 0.13 hi Glycin-Puffer (pH 8.6, 0.20 M NaCI. 70% Glycerin) aufgezogen und beohachtet. Die Zellen wurden wie bei C. de Inis, D. Leynadier. 1. Barasoain. V. Peyrot, P. Garcia, C. Briand, G. A. Ren- ner. C. Temple. Chmc~ Re.\. 1994.54. 75 84, heschrieben kultiviert und photo- graphiert. 2912 Herstellung von Oligosaccharid-Bibliotheken durch Zufalls-Glycosylierung** Osamu Kanie, Frank Barresi, Yili Ding, Jill Labbe, Albin Otter, L. Scott Forsberg, Beat Ernst und Ole Hindsgad* Die Anwendung der Kombinatorischen Chemie in der Wirk- stofforschung zur raschen gleichzeitigen Synthese von Verbin- dungen oder Gemischen aus einer Vielzahl von Verbindungen ist eine neue Herausforderung fur die Organische Chemie. Gewaltige Erfolge wurden zunachst bei Oligopeptiden und -nucleotiden sowie deren Analoga, dann aber auch bei kleinen organischen Molekiilen erreicht[’’. Trotz der moglichen Bedeu- tungl” von Oligosaccharid-Bibliotheken sowohl fur die Entdek- kung von kohlenhydratbindenden Rezeptoren als auch fur die Identifizierung von neuen Leitstrukturen (z. B. von Zellad- hasionsinhibitoren) wurde die Herstellung solcher Bibliotheken bislang kaum in Angriff genommen. Dies ist wahrscheinlich auf die erheblichen Schwierigkeiten zuriickzufiihren, die auftreten wurden, wenn man mit den gegenwartig verfugbaren Glycosy- lierungs- und Schutzgruppentechniken mehrwertige Monosac- charide zu brauchbaren Oligosaccharidgemischen umsetzen wollte. Wir berichten hier iiber erste Resultate, mit einer neuen Stra- tegie zur Zufalls-Glycosylierung Oligosaccharid-Bibliotheken zu erhalten. Das Ziel ist dabei, Produktgemische (typischerweise aus Trisacchariden) herzustellen, in denen jedes der moglichen gewiinschten Oligosaccharide vorhanden ist und die ihrerseits durch einen biologischen Test zu bewerten sind. In Abbildung 1 ist die Strategie der Zufalls-Glycosylierung der der klassischen mehrstufigen Synthe~e[~] am Beispiel der Herstellung von einer systematischen Reihe von Trisacchariden gegenubergestellt. In diesem hypothetischen Beispiel sollen alle sechs a-fucosylierten PGal( 1 + 3)PGlcNAc-OR hergestellt werden. Einige dieser Tri- saccharide sind Blutgruppen-AntigenerZ1, die mit Antikorpern, Enzymen und Rezeptoren wechselwirken. Die konventionelle, mehrstufige Synthese wurde die einzelnen Fucosyl-Trisacchari- de liefern : Ausgehend vom ungeschiitzten Disaccharid-Glycosid- acceptor 1 mit sechs freien OH-Gruppen wiirden zunachst 12- 15 Reaktionsschritte benotigt, um die sechs entsprechend geschiitzten Acceptoren fur die unabhangigen a-Fucosylierun- gen zu erhalten. Zur anschlieRenden Entfernung der Schutz- gruppen waren fur jedes Trisaccharid erneut - je nach Zahl der verwendeten, unterschiedlichen Schutzgruppen - mehrere Stu- fen erforderlich. Die Schutzgruppenchemie ware bei jedem wei- teren Disaccharid-Acceptor eine andere. So wurde die Synthese- sequenz zum Anknupfen der Schutzgruppen erheblich Ianger. wenn in 1 statt Gal etwa Glc vorlage. Von Nachteil ist auch, daB nach beinahe jeder Stufe in diesem Syntheseansatz eine chroma- tographische Reinigung erforderlich ist. Im Unterschied dazu wird bei der Zufalls-Glycosylierung (Abb. 1) das ungeschutzte Disaccharid 1 direkt und nur bis zu [‘I Prof. 0. Hindsgaul, 0. Kanie, F. Barresi, Y. Ding. J. Labhe. A. Otter Department of Chemistry, University of Alberta Edmonton. AB T6G2G2 (Kanada) Tekfax: Int. + 403/492-7705 L. S. Forsberg Complex Carbohydrate Research Center, University of Georgia Athens, GA (USA) Dr. B. Ernst Ciba. Central Research Laboratories, Basel (Schweiz) [**I Diese Arbeit wurde durch einen Steacie Fellowship Award vom Natural Scien- ces and Engineering Research Council of Canada an 0. H. ermoglicht und finanziell durch Ciha-Canada unterstutzt. Frau Y Kanie danken wir fur ihre Hilfe hei den HPLC-Trennungen. 0044-824YlSSjl0723-2912 $10.00 + .251U Angel$. C/iem 1995. 107, Nr 23/24

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  • ZUSCHRIFTEN 16) a) F. Gueritte-Voegelein, D. Guenard. F. Lavelle. M.-T. Le Goff, L. Mangatal,

    P. Potier. J. Med. Cheni. 1991, 34. 992-998; h) C. S. Swindell, N. E. Krauss, S. B. Horwitz, I. Ringel. hid . 1991, 34, 1176-1184; c) G. Appendino, H. C. Ozen. P. Gariboldi, B. Gabctta, E. Bomhardelli, Firoterupiu 1993, 64, 47- 81; d) A. N. Boa. P. R. Jenkins, N. J. Lawrence, Conlemp. Org. Sinth. 1994, 1, 47-75.

    [7] a) W. D. Howard, S. N. Timasheff. J. Bid. C h i n . 1988, 263. 1342-1346; b) S. B. Horwitz, Trcnds Phurnicicol. Sci. 1992. 13, 134 136; c) R . B. Dye, S. P. Fink. R. C. Williams. Jr.. J . Biol. CAcwi. 1993, 268. 6874-6850: d) M. A. Jor- dan, R. .I. Toso, H. Thrower, L. Wilson, P ~ o c . Nut/ . Acad. Sri. USA 1993, YO. 9552-9556; e) E. NogdleS, S. G. Wolf. I. A. Khan. R . F. Lndueha, K. H . Downing, Nature 1995, 375. 424-427.

    [8] a) J. M. Andreu, J. Bordas, J. E Dim. J. Garcia de Ancos, R. Gil. F. J. Medrano. E. Nogales. E. Pantos. E. Towns-Andrews, J Mol. Biol. 1992. 226. 169-184; b) J. M. Andreu, J. F. Diaz, R. Gil, J. M. de Pereda, M. Garcia de Lacoba, V. Peyrot, C . Bridnd. E. Towns-Andrews. J. Bordas, J . Biol. Clienr. 1994, 31785- 31 792.

    191 a) J. F. Diaz. .I. M. Andreu. Biochemistry 1993,32,2747- 2755; h) J. F. Diaz. M. Menendez, J. M. Andreu. ibid. 1993.32, 10067-10077.

    [lo] Y. Han. A. G. Chaudhary. M. D. Chordia, D. L. Sackett. D. G. I. Kingston, S. B. Hastie, A 4 d Biol. Cdl 1994. 5, 284a.

    [ l l ] a) G. 1. Georg. T. C. Boge, H. Park. R. H. Himes, Bioorg. Met/. Chem. Lett. 1995, 5. 615-620; h) C. Comheau, A. CommerGon, C. Mioskowski, B. Rous- seau, F. Aubert. M. Goeldner. Biorliemistrj~ 1994, 33, 6676-6683; c) S. Rao, N. E. Krauss, J. M. Heerding, C. S. Swtndell, 1. Ringel, G. A. Orr, S. B. Hor- witz. 1 Bid . Chem 1994, 26Y. 3112-3134; d) C. S. Swindell, J. M. Heerding, N. E. Krauss, S. B. Hot-witz. S. Rao, I. Ringel. J . Med. Chem. 1994.37, 1446- 1449; e) D. Dasgupta, H. Park, G. C. Harriman, G. I . Georg, R . H. Himes, ;hid 1994, 37. 297662080. Der Ester 7-[(ni-Azido-o-nitro)benzoyl]taxol wurde ebenfalls als Photoartinitdtsdnalogon genutzt: J. M. Carhoni. V. Farina, S. Rao. S. 1. Hauck. S. B. Horwitz, 1 . Ringel, J M r d Cliem. 1993, 36, 513-515.

    [I21 W. Mellado. N. F. M a g i D. G. 1. Kingston, R. Garcia Arenas, G . A. Orr, S. B. Horwitz. Biur.hem BiopIiys. Res. Cornmiin. 1984, 124, 329-336.

    (131 A. E. Mathew, M. R. Mejillano. J. P. Nath, R. H. Himes, V. J. Stella, J . Med. Chein. 1992, 35, 145-151.

    [I41 Unsere Gesamtausbeute an 2 betrug ca. 70%. [I51 Die direkte Verestcrung der 7-Hydroxygruppe in 2-[(2,2,2-Trichlor-

    ethyl)oxycarhonyl]taxol (N. F. Magri. D. G. I. Kingston, J. Org. Chem. 1986. 51, 797-802) tnit 7-Dimethylan~inocumdrIn-4-essigsdure gelang unter einer Reihe von experimentellen Bedingungen nicht, wahrscheinlich wegen einer starken sterischen Hinderung, wie Molekulmodelle vermuten lassen.

    [I61 ROESY-Experimente zeigten. daO sich in CDCI, die Cumarineinheit in Ver- bindung 3 in der Nihe der Protonen H-3 und H-7 des Tdxolteils befinden mu& da nennenswerte NOE-Effekte mit dem Proton H-3C der Cumarineinheit be- obachtet wurden. Kreuzpeaks zwischen den Signalen der arornatischen Tdxol- protonen wurden nicht gefunden, was die Annahme stutzt, daI3 sich die ent- sprechenden Ringe nicht nahe kornmen (keine Clusterbildung), was in einem unpolaren Losungsmittel auch zu erwarten war (D. G. Vander Velde, G. 1. Georg, G. L. Grunewald. C. W. Gunn, L. A. Mitscher, J . Am. Chern. Soc. 1993, 115, 11650-11651).

    [17] K. C. Nicolaou, C. Riemer, M. A. Kerr, D. Rideout, W. Wrasidio, Nature 1993, 364, 464 - 466.

    [I81 a) H. M. Deutsch, J. A. Glinski, M. Hernandez, R. D. Haugwitz, V. L. Naraya- nan. M. Stiffness, L. H. Zalkow. J . Men. Chem. 1989,32,788--792; h) Z. Zhao. D. G. 1. Kingston. A. R. Crosswell,J Nut. Prod. 1991,54. 1607--1611; c )K. C. Nicolaou, R. K . Guy, E. N. Pitsinos, W. Wrasidlo, Angew. Chcm. 1994, 106, 1672: Angew. Cheni. f n t . E d Engl. 1994. 33. 1583-1587; d) L. G. Paloma, R. K . Guy, W. Wrasidlo, K . C . Nicolaou, Cliem. Bid . 1994, 1 , 107-112; e) K. C . Nicolaou. J. Renaud, P. G. Nantermet, E. A. Couladouros, R. K. Guy, W. Wrasidlo, J. A m . Cheni. Soc. 1995,117,2409-2420; f) R. B. Greenwald, A. Pendri, D. Bolikal, J . Org. Cheni. 1995, 60, 331 -336; g) Y Ueda. J. D. Matis- kella, A. B. Mikkilineni. V. Farind. J. 0. Knipe, W. C. Rose, A. M . Casazza, D. M . Vyas, Bioorg. Mrd. Cherir. Letr. 1995. 5, 247-252.

    [I 91 Auf Ohjekttrigern gewachsene PtK2-Zellen wurden ca. 12 h mit dem Taxolde- rivat 4 (I PM) kultivicrt. zweimal mit Phosphat-gepufferter Salzlosung gewa- schen. ohne Fixierung in einem 0.13 hi Glycin-Puffer (pH 8.6, 0.20 M NaCI. 70% Glycerin) aufgezogen und beohachtet. Die Zellen wurden wie bei C . de Inis, D. Leynadier. 1. Barasoain. V. Peyrot, P. Garcia, C. Briand, G. A. Ren- ner. C. Temple. C h m c ~ Re.\. 1994.54. 75 84, heschrieben kultiviert und photo- graphiert.

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    Herstellung von Oligosaccharid-Bibliotheken durch Zufalls-Glycosylierung** Osamu Kanie, Frank Barresi, Yili Ding, Jill Labbe, Albin Otter, L. Scott Forsberg, Beat Ernst und Ole Hindsgad*

    Die Anwendung der Kombinatorischen Chemie in der Wirk- stofforschung zur raschen gleichzeitigen Synthese von Verbin- dungen oder Gemischen aus einer Vielzahl von Verbindungen ist eine neue Herausforderung fur die Organische Chemie. Gewaltige Erfolge wurden zunachst bei Oligopeptiden und -nucleotiden sowie deren Analoga, dann aber auch bei kleinen organischen Molekiilen erreicht[. Trotz der moglichen Bedeu- tungl von Oligosaccharid-Bibliotheken sowohl fur die Entdek- kung von kohlenhydratbindenden Rezeptoren als auch fur die Identifizierung von neuen Leitstrukturen (z. B. von Zellad- hasionsinhibitoren) wurde die Herstellung solcher Bibliotheken bislang kaum in Angriff genommen. Dies ist wahrscheinlich auf die erheblichen Schwierigkeiten zuriickzufiihren, die auftreten wurden, wenn man mit den gegenwartig verfugbaren Glycosy- lierungs- und Schutzgruppentechniken mehrwertige Monosac- charide zu brauchbaren Oligosaccharidgemischen umsetzen wollte.

    Wir berichten hier iiber erste Resultate, mit einer neuen Stra- tegie zur Zufalls-Glycosylierung Oligosaccharid-Bibliotheken zu erhalten. Das Ziel ist dabei, Produktgemische (typischerweise aus Trisacchariden) herzustellen, in denen jedes der moglichen gewiinschten Oligosaccharide vorhanden ist und die ihrerseits durch einen biologischen Test zu bewerten sind. In Abbildung 1 ist die Strategie der Zufalls-Glycosylierung der der klassischen mehrstufigen Synthe~e[~] am Beispiel der Herstellung von einer systematischen Reihe von Trisacchariden gegenubergestellt. In diesem hypothetischen Beispiel sollen alle sechs a-fucosylierten PGal( 1 + 3)PGlcNAc-OR hergestellt werden. Einige dieser Tri- saccharide sind Blutgruppen-AntigenerZ1, die mit Antikorpern, Enzymen und Rezeptoren wechselwirken. Die konventionelle, mehrstufige Synthese wurde die einzelnen Fucosyl-Trisacchari- de liefern : Ausgehend vom ungeschiitzten Disaccharid-Glycosid- acceptor 1 mit sechs freien OH-Gruppen wiirden zunachst 12- 15 Reaktionsschritte benotigt, um die sechs entsprechend geschiitzten Acceptoren fur die unabhangigen a-Fucosylierun- gen zu erhalten. Zur anschlieRenden Entfernung der Schutz- gruppen waren fur jedes Trisaccharid erneut - je nach Zahl der verwendeten, unterschiedlichen Schutzgruppen - mehrere Stu- fen erforderlich. Die Schutzgruppenchemie ware bei jedem wei- teren Disaccharid-Acceptor eine andere. So wurde die Synthese- sequenz zum Anknupfen der Schutzgruppen erheblich Ianger. wenn in 1 statt Gal etwa Glc vorlage. Von Nachteil ist auch, daB nach beinahe jeder Stufe in diesem Syntheseansatz eine chroma- tographische Reinigung erforderlich ist.

    Im Unterschied dazu wird bei der Zufalls-Glycosylierung (Abb. 1) das ungeschutzte Disaccharid 1 direkt und nur bis zu

    [I Prof. 0. Hindsgaul, 0. Kanie, F. Barresi, Y. Ding. J. Labhe. A. Otter Department of Chemistry, University of Alberta Edmonton. AB T6G2G2 (Kanada) Tekfax: Int. + 403/492-7705 L. S. Forsberg Complex Carbohydrate Research Center, University of Georgia Athens, GA (USA) Dr. B. Ernst Ciba. Central Research Laboratories, Basel (Schweiz)

    [**I Diese Arbeit wurde durch einen Steacie Fellowship Award vom Natural Scien- ces and Engineering Research Council of Canada an 0. H. ermoglicht und finanziell durch Ciha-Canada unterstutzt. Frau Y Kanie danken wir fur ihre Hilfe hei den HPLC-Trennungen.

    0044-824YlSSjl0723-2912 $10.00 + .251U Angel$. C/iem 1995. 107, Nr 23/24

  • ZUSCHRIFTEN

    Mehrstufensynthese Zufalls-Glycosylierung

    v Schukgruppen chromatographlsche manlpuiatlone~ Trennungen

    . I : , j ca.12-15: 1 , + + Stufen , + i , , OH-4 OH-6 OH-2' f ta frel hel

    OH-3 OH-4' OH-6

    I l l . . .

    I l l I l l 1 je eine a-Fucosylierung (6 Stufe ) e Entschdtzen (ie mehrere Stufen) ,

    I Zufalls-a-Fucosvlieruna llStufei 1 1 elne chromatographkche Stufe 1 1

    Entschutzen (1 Stufe)

    1 \ !&& &,l&,&5 \mlaml la1,31/a1.4.1m,61, v v

    Trisaccharide einzeln Gemlsch aus Trisacchariden

    Abb. 1. Herstellung der sechs moglichen a-Fucoside aus 1 sowohl durch systemati- sche, mehrstufige Synthese als auch durch Zufalls-Glycosylierung.

    einem geringen Umsatz (ca. 30%) mit einem geeigneten Donor a-fucosyliert, so daB in nur einem Schritt hauptsachlich Trisac- charide erhalten werden. Diese konnen durch einen chromato- graphischen Reinigungsschritt von nichtumgesetztem 1 sowie von mehrfach glycosidierten Tetrasacchariden abgetrennt wer- den. In ebenfalls nur einer Stufe konnen die Schutzgruppen, die sich ohnehin nur am Glycosiddonor befinden, abgespalten wer- den. Somit waren lediglich zwei chemische Umsetzungen zur Darstellung der gleichen sechs Trisaccharide erforderlich, wie sie auch durch die mehrstufigen Synthese erhalten werden konn- ten, - nun allerdings als Gemisch. Erst wenn durch einen biolo- gischen Test nachgewiesen wurde, daI3 dieses Oligosaccharid- gemisch (z. B. als Enzymsubstrat oder als Inhibitor der Kohlen- hydrat-Protein-Erkennung bei der Zelladhasion) eine biologi- sche Aktivitat aufweist, miil3te die aktive Verbindung auf klassi- sche Weise - Isolierung durch Affinitats- oder konventionelle Chromatographie und Aufklarung ihrer Struktur oder systema- tische Mehrstufensynthese - identifiziert werden.

    Durch Anwendung dieser Strategie sollten die ersten Phasen der Entdeckung von neuen Liganden bedeutend schneller durchlaufen werden konnen. Fur den Erfolg dieser Strategie ist allerdings Voraussetzung, daB zwei Kriterien erfullt werden. Er- stens miissen durch die Zufalls-Glycosylierung Gemische gebil- det werden, in denen alle moglichen Zielsaccharide - idealer- weise in gleicher Mengen - vorhanden sind. Zweitens sollten zur Herstellung von groDen Verbindungsbibliotheken, die uber eine Mischung aus nur wenigen Oligosacchariden hinausgehen, die Zufalls-Glycosylierungen sequentiell durchgefiihrt werden kon- nen. Hier berichten wir, da13 das erste Kriterium erfiillt werden kann. So haben wir a-Fucosylierungsbedingungen entwickelt, unter denen die Regiospezifitat vernachlassigbar gering ist.

    Bei der Zufalls-Glycosylierung von ungeschiitzten Oligosac- chariden ist ein polares Losungsmittel erforderlich, um die polyhydroxylierten Glycosidacceptoren zu losen. DMF oder DMF/Acetonitril-Mischungen sind hier gleich gut geeignet. Die Fucosereste in den Oligosacchariden von Saugetieren sind EL- konfiguriert, somit kommen aktivierte 2,3,4-Tri-O-benzyl-~- fucopyranosen als Glycosiddonoren in Frage. Fucosylbromid, -fluorid, -thioglycoside, -xanthate, -pentenylglycoside, -phos- phite und -trichloracetimidate wurden mit gebrauchlichen Akti-

    v ie r~ngsmi t te ln~~~ getestet. Allein die Trichloracetimidat-Me- thode von Schmidt und Kin~y[~ ' ] fiihrte mit BF,.Et,O oder Trimethylsilyltriflat (TMSOTf) als Promotor reproduzierbar zu einheitlichen Reaktionsprodukten.

    Als Disaccharid-Acceptoren wurden hydrophobe 8-p-Meth- oxyphenoxyoctylglycoside~41 verwendet, da sie leicht isoliert und UV-detektiert werden konnen. So reagierten PGal(1 4 n ) - PGlcNAc-OR (n = 3, 4, 6; R = (CH,),OC,H,-p-OMe; Sche- ma 1) mit Tri-O-benzylfucopyranosyltrichloracetimidat~4'1 (2.0

    BnO OBn Me 1. t?-Jg?? CCI, -

    HO BFyEtzO OH NHAc

    1 2. Umkehrphasen- chromatoaraohie

    A

    HO ,OH

    H o ~ ~ ~ o . R no^^^ Me CCI, OH 0 _. . -

    \OH ~ BFyEtzO

    2. Umkehrphasen- chrornatoaraDhie - .

    3. H,,Pd/C

    HO .---OH 1

    HEo*o,R BnO 1. S : N H OBn Me XCCI,

    HO BF,.Et,O 'OH 2. Umkehrphasen-

    chromatographie 3. H,,Pd/C

    '? OH -OH

    C

    R = ( C H , ) , O G O M e

    Schema 1. Darstellung der Trisaccharidgemische A, B und C durch Zufalk-FuCOSy- lierung von ~Gal(l-.n)~GlcNAc-OR (n = 3, 4, 6; R = (CHZ),OC,H,-p-OMe).

    Aquiv.) in Gegenwart von BF, .Et,O (0.2 Aquiv.) in DMF (Raumtemperatur, 2 h) jeweils zum gewiinschten komplexen Gemisch, das zu etwa 30 % aus den fucosylierten Disaccharid- Acceptoren bestand. Die nichtumgesetzten Acceptoren (ohne Benzylgruppen) konnten leicht durch Umkehrphasenchromato-

    Angen. Chem. 1995, 107, Nr. 23/24 0 VCH Verlugsgesellschafi mbH, 0-69451 Weinheim. 1995 0044-8249/95/10723-29i3 $10.00+ ,2510 291 3

  • ZUSCHRIFTEN

    A

    I I schobenes 5-H-Signal aufweist. Wegen der zahlreichen Befundec31,

    die auf eine hochst unterschiedliche Reaktivitat der Hydroxygruppen

    , / / I

    i

    disaccharide nur 8-Verknupfungen aufweisen, sind die Dubletts ( J = 3-4 Hz) im Bereich von 6 = 4.7-5.3 auf die I-H-Atome der addierten a-Fucosereste zuruckzufuhren. Durch Fast- Atom-Bombardment(FAB)-Massenspektrometrie wurde besta- tigt, dalj es sich bei den Produkten um die erwarteten Trisaccha- ride handelt, die (infolge uberladung der Trennsaulen) mit difucosylierten Tetrasacchariden leicht verunreinigt waren. De- ren Anwesenheit zeigt sich auch anhand schwacherer Signale im 'H-NMR-Spektrum. Die Integration der I-H-Signale ergab, dal3 die Mischungen A und B etwa 20 % und das Gemisch C fast 5 % P-verkniipfte Fucose enthielten.

    Das Produktgemisch A aus der Zufalls-Fucosylierung von flGal(1 -+ 3)flGlcNAc-OR wurde durch chromatographische TrennungenI'] vor und nach der Entfernung der Schutzgruppen in die Isomere getrennt. Die Konfigurationen am anomeren Zentrum des Fucoserestes wurden 'H-NMR-spektroskopisch bestimmt. Durch eine Methylierungsanalyse181 wurde zugeord- net, an welchen Positionen die Fucosylgruppen eingefuhrt wurdenL9]. Danach sind die Fucosylreste zu 12% a(l -+ 4)-,

    zu 8 YO a(l + 4 ) - und zu 16% a(l -+ 6)verkniipft. Bei einer statistischen Verteilung wiirde jedes Isomer zu 17 % vorlie- gen. Abbildung 2a zeigt auch das charakteristischeL"1, tief- feldverschobene Quartett (6 zz 4.8) des 5-H des Fucoserestes im Lewis"-Blutgruppentrisaccharid PGal(1 -+ 3)[aFuc(l -+ 4)]-

    Das Gemisch B, das analog durch Zufalls-Fucosylierung von PGal(1 --t 4)PGlcNAc-OR erhalten wurde, weist ein verbluffend ahnliches Muster im 'H-NMR-Spektrum auf. Die Isomere wur-

    zu 22% a(l --t 6)-, zu 19 % ~ ( 1 + 2')-, zu 23 % ~ ( l -+ 3')-,

    PGIcNAc-OR.

    C

    ist klar, daI3 die Produktverteilung kinetisch kontrolliert ist. Die Tat-

    sache, daD alle OH-Gruppen des Disaccharid-Acceptors eine derart ahnliche Reaktivitat aufweisen, ist erstaunlich und zwei- fellos nicht einfach zu erklaren. Da Schutzgruppen an den OH- Gruppen fehlen, wird der Angriff des Glycosyldonors sicher nicht durch eine zusatzliche sterische Abschirinung beeintrach- tigt. Daruber hinaus findet die Reaktion in DMF, einem sehr polaren, H-Briicken bildenden Losungsmittel statt, weshalb die miteinander reagierenden Molekiile wahrscheinlich iiber intra- und intermolekularer H-Briicken komplexe Anordnungen bil- den.

    Mit weiteren Untersuchungen zur Zufalls-Glycosylierung von ungeschiitzten Oligosaccharid-Acceptoren wollen wir der- zeit klaren, ob mit dieser Methode Oligosaccharid-Bibliotheken allgemein zuganglich sind. Dazu muD zunachst gezeigt werden, daI3 auch andere Zucker als Fucose fur nichtregiospezifische Glycosylierungen geeignet sind" 'I. Methoden zur Einstellung einer gewunschten Konfiguration am anomeren Zentrum mus- sen entwickelt werden, um auch bevorzugt ,/I-Glycoside herzu- stellen, falls dies gewunscht wird. Es ist allerdings bemerkens- wert, dalj bereits mit der vorliegenden, recht primitiven Version der Zufalls-Glycosylierung alle 18 moglichen aFuc( 1 -+ m)- [PGal(l -+ n)PGlcNAc]-Trisaccharide (n = 3, 4, 6; 11 # rn) aus ihren ungeschutzten Disaccharidvorstufen"21 aul3erst schnell und leicht hergestellt werden konnten.

    Hauptprodukt zu dem am wenigsten gebildeten a-Fucosid betragt ledig-

    Eingegangen am 14. August 1995 [Z8305]

    d

    Stichworte: Glycosylierungen . Kombinatorische Chemie . Oli- gosaccharide

    lich 3: 1, und alle Isomere sind im

    2914 6 VCH Verlug,gesellschu/t mhH, D 69451 Weinheim, 19YS 0044-824Y/Y5/10723-2914 $10.00 + .25/0 Angrw. Chem. 1995, 107, N r . 23/24

  • ZUSCHRIFTEN [I] Ubersichtsartikel: a) M. A. Gallop, R. W. Barrett, W. J. Dower, S. P. A. Fodor,

    E. M. Gordon, J Med. Chern. 1994,37,1233-1251; b) E. M. Gordon, R. W. Barrett, W. J. Dower, S. P. A. Fodor, M. A. Gallop, ibid. 1994,37, 1385-1401.

    [2] A. Varki, Glycobiology 1993, 3, 97-130. [3] a) H. Paulsen, Angew. Chem. 1982, 94, 184-201; Angew. Chem. I n t . Ed. Eng.

    1982,21, 155-173; b) R. R. Schmidt, ;bid. 1986, 98,213-236 bzw. 1986, 25, 212-235; c) H. Paulsen, ;bid. 1990,102,851-867 bzw. 1990,29,823-839; d) 0. Kanie, 0. Hindsgaul, Curr. Opin. Sfruct. Biol. 1992, 2, 674-681; e) K. Toshima. K. Tatsuta, Chem. Rev. 1993, 93, 1503-1531; f) R. R. Schmidt, W. Kinzy, Adv. Curbohvdr. Chem. Biochem. 1994, 50, 21 - 124. Ubersichtsartikel uber die 1994 synthetisierten Oligosaccharide und die dabei verwendeten Me- thoden; g) ,,Glycosylation Methods in Oligosaccharide Synthesis" : F. Barresi, 0. Hindsgaul in Modern Synthetic Melhods, Vol. 7 (Hrsg.: B. Ernst, C. Leu- man), Helvetica Chimica Acta, Basel, 1995, S. 281-330; h) J. Curbohydr. Chem. 1995, 14, 1043 -1087. Beispiel fur eine hoch regioselektive Glycosylie- rung eines Disaccharid-Acceptors mit vier freien OH-Gruppen: i) S . J. Dani- shefsky, J. Gervay, J. M. Peterson, F. E. McDonald, K. Koseki, T. Oriyama, D. A. Girfiith, C . H. Wong, D. P. Dumas, J Am. Chern. Soc. 1992,1t4,8329- 8331.

    [4] B. Emst, B. Wagner, H e h . Chim. Acta 1989, 7, 165-171. [ 5 ] M. M. Palcic, L. D. Heerze, M. Pierce, 0. Hindsgaul, Glycoconjugate J 1988,

    5 , 49-63. [6] Die Trisaccharide wurden von C-18-Umkehrphasen-Saulen mit MeOH/H,O

    (82/18) und die Tetrasaccharide mit MeOH/H,O (90jlO) eluiert. [7] Das Gemisch aus den benzylierten Oligosacchariden wurde an einer Kieselgel-

    s i d e rnit einem Eluentengradienten (MeOH/CH,CI, (3/97) -+ CH,CI,/Me- OH/H,O (60/35/6)) vorgetrennt und nach Debenzylierung HPL-chromatogra- phisch an Whatman-PAC-Saulen (CH,CN/H,O 91/9) weiter fraktioniert.

    [XI Die Methylierungsanalyse (B. Lindberg, J. Lonngren, Methods Enzymol. 1978, 50, 3-33) wurde am Complex Carbohydrate Research Center, University of Georgia, durchgefuhrt.

    [9] Die Methylierungsdnalyse ergab daruber hinaus, daD alle sechs cc-Fucosyl-Tri- saccharide eine 3-0-substituierte GlcNAc-Einheit und einen unsubstituierten Fuc-Rest enthalten.

    [lo] R. U. Lemieux, K. Bock, L. T. J. Delbaere, S. Koto, V. S. Rao, Can. J Chem. 1980, 58, 631 -653.

    (1 11 Orientierende Versuche ergaben, daD Tetra-0-benzyl-o-galactopyrdnosyltri- chloracetimidat mit 1 unter Bildung aller sechs moglichen a-Galactosyl-Trisac- charide umgesetzt wird, deren relatives Verhlltnis dem der Trisaccharide in den Gemischen A-C ahnelt.

    [12] BGal(1 + ~i)SGlcNAc-O(CH,),OC,H,-p-OMe (n = 3, 4, 6) wurden durch mehrstufige Synthesen im Gramm-MaDstab synthetisiert und vollstandig cha- rakterisiert: Y. Ding. I. Labbe, 0. Kanie. 0. Hindsgaul, Bioorg. Med. Chem., eingereicht.

    Fluorphosphazenat-Ionen : ein Weg zur Komplexierung von Fluorid-Ionen ** Enno Lork, Dieter Bohler und Rudiger Mews* Professor Herbert W Roesky zurn 60. Geburtstag gewidmet

    Die Einbindung von Anionen in molekulare Wirte ist sowohl in der Anorganischen als auch in der Organischen Chemie ein aktuelles Forschungsthema[' -31. Entsprechende Versuche zur Komplexierung des Fluorid-Ions waren bisher jedoch wenig er- f~lgreich'~]. Wir bemiihen uns, rnit multifunktionellen Schwefel- und Phosphorverbindungen dieses Ziel zu erreichen. Als Wirt- molekiile geeignet erschienen uns ,,Sulfanurfluorid" (I ,3,5-Tri- fluor-l,3,5-trioxo-l 16,316,516-2,4,6-trithiatriazin) (NS(O)F), und die isoelektronischen Cyclofluorphosphazene (NPF,),

    [*] Prof. Dr. R. Mews, Dr. E. Lork Institut fur Anorganische und Physikalische Chemie der Universitat Leobener StraRe NW2, Postfach 33 0440, D-28334 Bremen Telefax: Int. + 421-2184267 Dr. D. Bohler Institut fur Anorganische Chemie der Universitat Gottingen

    ken Herrn Dr. P. G. Watson fiir hilfreiche Diskussionen. [**I Diese Arbeit wurde vom Fonds der Chemischen Industrie gefordert. Wir dan-

    (n = 3 -1 7 sind bekannt@I); als Fluorid-Ionen-Donor wahl- ten wir das gut in organischen Solventien losliche (Me,N),S+Me,SiF; (TAS-fluorid)17]. Wie Strukturuntersu- chungen an TAS+S,N,O,F; zeigentsl, geht im Anion einer der axialen Fluorsubstituenten des pentakoordinierten Schwefel- zentrums starke nichtbindende Wechselwirkungen mit den an- deren beiden Schwefelzentren ein, das Fluorid ist dreifach (1 + 2) koordiniert[*]. Das S,N,O,F; entsprechende Phospha- Zen-Anion P,N,F; geht bereits bei -40 "C Folgereaktionen ein (Bildung von P,N,F,NPF,NPH,NPF~-19]). Die primaren Fluorid-Additionsprodukte sind jedoch bei den hohergliedrigen Ringen (NPF,), (n = 4-6) isolierbar, wie diese Arbeit zeigt.

    n n (NPFd"NPF2 + TASF - TAS+( NPF2)dPFj-

    1 - 3

    n = 3.4.5

    Aus der Umsetzung von TASF rnit P4N4Fa in CH,CN bei - 30 "C [GI. (a)] konnte das Salz 1 in quantitativer Ausbeute als farbloser Festkorper, Schmp. 7 9 T , isoliert werden. 2 und 3 verbleiben nach Abziehen der fluchtigen Produkte und des Lo- sungsmittels in nahezu analysenreiner Form als zahe, schwach gelbe Riickstande; die Schmelzpunkte der Verbindungen liegen unterhalb von 0 "C.

    Eindeutig charakterisiert wurden die Produkte durch NMR- Spektroskopie sowie (im Falle von 1 und 3) durch Rontgen- strukturanalyse. Die "F- und 'P-NMR-Spektren der cyclischen Anionen zeigen bis zum Festpunkt des als Solvens benutzten CD,CN jeweils nur ein Signal, alle Fluor- und Phosphorkerne sind aufgrund schneller Austauschvorgange in den einzelnen Anionen aquivalent. Die beobachtete Aufspaltung der Signale (Tabelle 1) spricht fur einen intramolekularen Austausch der Fluorsubstituenten zwischen den einzelnen Phosphorzentren.

    Tabelle 1. "F- und "P-NMR-Daten von Cyclophosphazenat-Ionen (CD3CN-Lo- sung, -40C) [a].

    Anion 631P SI9F J(P,F)

    P3N3 F; - 5 (oct) - 46 (quar) 258 P4N4F9 - 17.8 (dez) - 53.43 (quin) 185.3 P,NsF, - 23.77 (dod) - 54.7 (sextett) 157.2 PcjNtFY3 - 21.4 (tede) - 52.9 (sep) 136

    [a] quar = Quartett, quin = Quintett, sep = Septett, oct = Oktett, dez = Dezett, dod = Dodecaplett, tede = Tetradecaplett.

    In Abbildung 1 ist die Struktur des P,N,F,-Ions von 1 darge- stellt['O1. Durch die Addition des Fluorid-Ions an eines der tetrakoordinierten Phosphorzentren erfolgt - im Vergleich zum neutralen P4N4FaL1 - eine starke Konformationsanderung, die Sattel- geht in eine Bootkonformation uber. Durch die starke syn-Neigung der F(I)P(l)F(2)-Achse nahert sich F(l) den ande- ren drei Ring-Phosphoratomen auf 275.3 pm (F(l)P(2)), 276.5 pm (F(l)P(4)) und 305.9 pm (F(l)P(3)). Diese Abstande sind deutlich kleiner als die Summe der van-der-Waals-Radien (325 pm); F(l) bildet die Spitze einer stark verzerrten quadrati- schen Pyramide, es liegt (3 + 3) tetrakoordiniert vor. Dime star- ken Wechselwirkungen lassen den raschen, intramolekularen Fluoraustausch in Losung verstehen.

    P,N,F, konnte bisher nur NMR-spektroskopisch nachge- wiesen werden (Tabelle 1). Der rasche Fluoraustausch in Lo- sung und die Flexibilitat des PN-Geriists['21 lassen envarten,

    Angew. Chem. 1995, 107, Nr. 23/24 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, 0-69451 Weinheim, 1995 0044-8249/95/10723-2915 $10.00 + ,2510 2915