Entwicklung und Optimierung einer allgemeinen Strategie zur Synthese von multiantennären N-Glycanen des „bisecting“-Typs

Development and optimizing of a versatile strategie for the synthesis of mulitantennary N-glycans of the bisecting type

Eine interessante und gleichzeitig schwierig zu synthetisierende Klasse von Oligosacchariden sind die N-Glycane des bisecting-Typs. Bisecting-Verbindungen sind an der beta-Mannose des Core-Trisaccharids neben der 3- und 6-Position auch an der 4-Position glycosyliert. Eine starke gegenseitige sterische Hinderung erschwert die Ein-füh-rung der drei benachbarten glycosidischen Bindungen. Aufbauend auf einem modularen System von Oligosaccharidbausteinen gelingt die Synthese von biantennären N-GlycanEine interessante und gleichzeitig schwierig zu synthetisierende Klasse von Oligosacchariden sind die N-Glycane des bisecting-Typs. Bisecting-Verbindungen sind an der beta-Mannose des Core-Trisaccharids neben der 3- und 6-Position auch an der 4-Position glycosyliert. Eine starke gegenseitige sterische Hinderung erschwert die Ein-füh-rung der drei benachbarten glycosidischen Bindungen. Aufbauend auf einem modularen System von Oligosaccharidbausteinen gelingt die Synthese von biantennären N-Glycanen (5), die anschließend in einer späten Phase mit dem bisecting-GlcNAc-Rest versehen werden. Um diese Reaktion zu verbessern, wurden sechs neue Glucosaminylfluoride synthetisiert und sowohl mit Cyclohexanol als auch mit dem Heptasaccharid 5 zur Reaktion gebracht. Es stellte sich heraus, daß der sterische Anspruch und die Reaktivität mit Cyclohexanol nur in geringem Maße Rückschlüsse auf die Eignung der Donoren für eine bisecting-Reaktion zulassen. Ein Hauptproblem bestand in der schwierigen Reinigung der auf diesem Weg dargestellten bisecting-Verbin-dun-gen. Zur Darstellung biantennärer Systeme scheinen benzylierte Donoren am besten geeignet, allerdings waren die zusätzlichen Benzylschutzgruppen am bisecting-Octasaccharid 48 nur schwer hydrogenolytisch abzu-spal-ten. Es wurden daher neue Reagentien zur Aktivierung von Glycosylfluoriden entwickelt und unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen geprüft. Ferner wurden Thioglycoside und Trichloracetimidate als Glycosyldonoren in diesen Systemen getestet. Für biantennäre Systeme lieferte die späte Einführung des bisecting-Restes Verbindungen, deren Aufreinigung in ausreichenden Ausbeuten möglich war. Für höher-an-ten-näre N-Glycane gelang das nicht. Daher wurde die Reihenfolge der Einführung der Substituenten am beta-Mannosid grundlegend geändert. Über die frühe Einführung des bisecting-Restes war es erstmals möglich, einen allgemeinen Zugang zu bisecting-N-Glycanen in zufriedenstellenden Ausbeuten zu entwickeln. Das Ziel wurde vor allem durch die Verwendung der kleinen Trifluoracetamido-Schutzgruppe am bisecting-Rest erreicht. Die Synthese des Hexasaccharids 83 stellte eine Schlüsselverbindung her, die sich nach Deblockierung der Chloracetylfunktion in guter Ausbeute zum bisecting-Octasaccharid 90 umsetzen ließ. Die ebenfalls dargestellten phthalimido- oder succinimido-geschützten Analoga 86 und 85 erlaubten dies nicht, oder in nur geringen Ausbeuten. Mit Hilfe dieser neuen Synthesesequenz konnten erstmals zwei triantennäre (92 und 101) und eine tetraantennäre Struktur (102) mit bisecting-GlcNAc Rest auf chemischen Wege synthetisiert werden. Die triantennären bisecting-N-Glycane 92 und 101 konnten durch 2-D-NMR-Spektroskopie vollständig charakterisiert werden. Bei Verbindung 92 konnten neben der Trifluoracetamido-Schutzgruppe auch die Acetyl- und Phthalimido-Schutzgruppen in einem Schritt enfernt werden. Anhand des entschützten bisecting-Hexassaccharids 103 konnte gezeigt werden, daß die enzymatische Verlängerung des bisecting-GlcNAc durch Galactosyltransferase nur dann erfolgen kann, wenn kein alpha-1,6-Arm am N-Glycan vorhanden ist.show moreshow less
An unusual class of oligosaccharides are the N-glycans of the bisecting-type. Bisecting-compounds are difficult to synthesize because they are glycosylated at position 3,4 and 6 of the central beta-mannoside. A high sterical hindrance impairs the construction of the three neighboring glycosidic bonds. Using a modular system of oligosaccharide building-blocks allowed the synthesis of biantennary N-glycans (5), which were coupled with a bisecting residue at a late stage. To optimize this reaction,An unusual class of oligosaccharides are the N-glycans of the bisecting-type. Bisecting-compounds are difficult to synthesize because they are glycosylated at position 3,4 and 6 of the central beta-mannoside. A high sterical hindrance impairs the construction of the three neighboring glycosidic bonds. Using a modular system of oligosaccharide building-blocks allowed the synthesis of biantennary N-glycans (5), which were coupled with a bisecting residue at a late stage. To optimize this reaction, six new glucosaminylfluorides were synthesized and reacted with cyclohexanol and heptasaccharide 5. It was found, that the sterical demand and the reactivity with cyclohexanol does not correlate with the suitability of a given donor for the bisecting-reaction. A main problem was the difficult purification of the bisecting-compounds obtained by this approach. For biantennary N-glycans benzylated donors gave the best results, but the benzyl groups at the bisecting-residue of octasaccharide 48 caused problems during hydrogenolytic removal. New activating agents for glycosylfluorides were developed and tested under various reaction conditions. The use of thioglycosides and trichloroacetimidates as glycosyldonors was also investigated. For biantennary N-glycans the late introduction of the bisecting-residue gave bisecting-compounds which could be purified in acceptable yields. For higher branched N-glycans this was not possible. Thus, the order of the introduction of the substituents at the beta-mannoside was changed. Using an early introduction of the bisecting-GlcNAc residue it was finally possible to develop general access to bisecting N-glycans. This goal could be achieved using the small trifluoroacetamido protecting group at the bisecting-residue. The synthesis of hexasaccharide 83 led to a key compound. After deblocking of the chloroacetyl moiety, the primary hydroxyl group could be elongated to the bisecting-octasaccharide 90 in good yields. The phthalimido or succinimido analogs 86 and 85 were unreactive or gave low yields. Using this reaction sequence two triantennary (92 and 101) and one tetraantennary compound (102) containing a bisecting-residue could be synthesized following this chemical approach. The triantennary bisecting-N-glycans 92 and 101 were completely characterized by 2D-NMR-spectroscopy. In compound 92 the trifluoroacetyl group was cleaved in one step with the acetates and phthalimides. Using the deprotected bisecting-hexasaccharide 103 it was shown, that enzymatic elongation of the bisecting-GlcNAc residue by galactosyltransferase only occurs in the absence of the alpha-1,6-branch at the N-glycan.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Chemie
Author: Harald Weiß
Advisor:Prof. Dr. Carlo Unverzagt
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:28.06.2002
Year of Completion:2002
SWD-Keyword:Polysaccharide
Tag:Bisecting; Glycosylirung; N-Glycane
Bisecting; N-Glycane
Dewey Decimal Classification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
RVK - Regensburg Classification:VC 7600
RVK - Regensburg Classification:VK 8587
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-302
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):24.03.2003