SINTESI ED ELABORAZIONE DI MONO- ED OLIGOSACCARIDI
Creators: name: Valerio, Silvia
Publisher: name: Università degli Studi di Napoli Federico II
Year: 2008

description: SINTESI ED ELABORAZIONE DI MONO- ED OLIGOSACCARIDI

Nel corso di questo triennio, l’attività di ricerca svolta si è collocata nell’ambito della chimica sintetica dei carboidrati, ed è stata finalizzata allo sviluppo di nuove e convenienti procedure di sintesi ed anche alla loro applicazione verso target di interesse biologico.
Ampio interesse è stato indirizzato verso la sintesi degli oligosaccaridi, in cui le metodiche correnti più comuni di glicosidazione si basano su procedure sperimentali piuttosto impegnative e sull’impiego di promotori caratterizzati da forte acidità, corrosività, instabilità all’umidità o igroscopicità che, oltre a complicare la pratica di laboratorio, escludono dal ventaglio di gruppi protettori utilizzabili quelli particolarmente acido labili.1 In questo contesto un primo risultato di questa tesi di dottorato è rappresentato dall’introduzione del triflato di bismuto(III) come potente promotore catalitico per le reazioni di glicosidazione condotte con glicosil donatori di tipo tricloro-2 ed N-(fenil)trifluoroacetimmidato.3 
 
Schema 1
Sulla base delle prove condotte nel corso del mio primo anno di dottorato, il triflato di bismuto(III) si è rivelato un potente promotore sia per i tricloro- che per gli N-fenil trifluoroacetimmidati. Le glicosidazioni procedono in maniera efficiente sia in termini di resa che di stereoselettività, a basse temperature (fino a –70 °C) e in tempi molto brevi.4 Le condizioni sperimentali ed i risultati ottenuti sono comparabili quanto a resa e velocità con quelli riportati con le procedure convenzionali. C’è da aggiungere che tale sale non è tossico, è facile da maneggiare ed  appare compatibile con l’uso di gruppi protettori acido labili quali ad esempio il dimetossitritile. L’efficienza di questo promotore è stata dimostrata dalle molteplici applicazioni compiute sempre nel corso della tesi di dottorato nella preparazione di oligosaccaridi e glico-coniugati di interesse biologico. Più recentemente la procedura è stata indirizzata verso la sintesi del glicoconiugato 1 (Schema 1),5 contenente una porzione 4-alchiliden-beta-lattamica connessa, via legame O-glicosidico, con un disaccaride mannanico presente in un antibiotico a struttura glicopeptidica di recente scoperta, la mannopeptimicina.6 Questa porzione disaccaridica, ed anche la presenza del gruppo isovalerile nella posizione 4 del residuo mannanico non riducente, appaiono decisivi ai fini dell’attività antibotica. La coniugazione con il beta-lattame è stato finalizzata alla ricerca di nuovi agenti anti-biotici, dato che esperimenti preliminari hanno mostrato che l’attività anti-biotica dei 4-alchiliden--lattami è significativamente rafforzata dalla loro glico-coniugazione.7

 
Schema 2

Un'altra applicazione piuttosto interessante dell’attivante Bi(OTf)3, usato in questo caso in combinazione con il più blando Yb(OTf)3, è stato lo sviluppo di procedure di doppie glicosidazioni sequenziali eseguite in condizioni di attivazione catalitica e con una modalità “one-pot”. Queste procedure hanno consentito di assemblare in sole tre operazioni sintetiche (Schema 2)8 il pentasaccaride protetto 10, la cui sequenza mannanica caratterizza il componente più attivo del PI-88, un farmaco attualmente in fase III di sperimentazione clinica come agente anti-tumorale. Alla base di questa strategia c’è la possibilità di attivare selettivamente dei glicosil tricloroacetimmidati protetti in presenza di N-(fenil)trifluoroacetimmidati parzialmente protetti,9 per generare in situ dei disaccaril tifluoroacetimmidati che a loro volta possono essere accoppiati con un nuovo accettore per allungare la catena di un ulteriore residuo nell’estremità riducente. Il triflato di itterbio(III) si è rivelato il più adatto per conseguire la desiderata selettività di attivazione nella prima glicosidazione, mentre il triflato di bismuto(III) consente di accelerare notevolmente l’esecuzione della seconda glicosidazione. C’è da sottolineare che la sintesi qui riassunta rappresenta il primo schema mai descritto di glicosidazioni sequenziali “one-pot” condotte esclusivamente in condizioni di attivazione catalitica, ed è anche importante rimarcare l’uso di promotori di facile impiego sperimentale.
In un altro filone l’attività di ricerca è stata dedicata al possibile sviluppo di nuove metodiche di preparazione e di attivazione di un’altra importante classe di donatori quale quella dei tioglisidi. Questa è la classe di glicosil donatori più ampiamente utilizzata per la loro stabilità ad un’ampia gamma di condizioni di reazione, il che li differenzia da altri tipi di glicosil donatori come i trialoacetimidati ed i glicosil fosfati. Tipicamente la sintesi dei tioglicosidi è condotta trattando gli zuccheri peracetilati con l’opportuno tiolo in presenza di quantità stechiometriche di forti acidi di Lewis.10 Tale procedura implica una serie di svantaggi di carattere pratico quali l’uso di reagenti maleodoranti, l’uso di acidi corrosivi ed instabili, e tempi di reazione non sempre brevi. 
La procedura sintetica ideata, riassunta nello Schema 3, è stata ispirata sia dalla possibilità di ottenere in maniera efficiente ed estremamente rapida glicosil ioduri da derivati saccaridici peracetilati tramite il sistema combinato I2/Et3SiH,11 che dalla nota reattività di glicosil bromuri con la tiourea con conseguente formazione di sali di tiouronio che a loro volta possono rapidamente evolvere verso tio-alchil glicosidi.12
Come atteso, la sintesi degli intermedi di tipo tio-uronio si è rivelata più rapida adoperando come gruppo uscente lo ioduro al posto del bromuro. Aggiungendo a tale intermedio un agente alchilante R-X e trietilammina si ottiene il tioalchilglicoside desiderato. Per quanto riguarda invece i tio-arilglicosidi, il fenilselenolato e feniltiolato, generati in situ riducendo i difenilsolfuri e selenuri con sodioboroidruro, reagiscono con il glicosil ioduro con rese da moderate ad eccellenti ma comunque un eccellente stereocontrollo. 
  
Schema 3: Sintesi di tio-achil, tio-fenil, e seleno-fenil glicosidi

Pur richiedendo svariati passaggi sequenziali, le procedure sviluppate13 risultano convenienti rispetto alle metodiche canoniche in termini di tempi complessivi di reazione . Inoltre è emersa la loro applicabilità anche a precursori non peracetilati.
I tioglicosidi sono attivabili per le glicosidazioni da un’ampia gamma di promotori di reattività variabile ed in tutti i casi è necessario che almeno uno dei reagenti sia in quantità stechiometrica. Una delle procedure più utilizzate è il protocollo di Van Boom, che combina NIS (N-iodosuccinimmide) stechiometrica ed acido triflico catalitico (od altri forti acidi di Lewis).14 In considerazione dell’elevato costo della NIS, si è tentato di sviluppare un conveniente e più economico sistema di attivazione basato  sull’uso stechiometrico di NBS (N-bromo succinimmide). L’uso del sistema combinato NBS (stechiometrico)/Bi(OTf)3 (cat) (Schema 4) si è rivelato di gran valore pratico essendo possibile ottenere con questo attivante disaccaridi a partire da donatori e da accettori di svariata reattività con ottime rese ed elevato stereo-controllo. I tempi di reazione generalmente non superano 1h e in alcuni casi è sufficiente qualche minuto; le quantità di triflato di bismuto necessarie per innescare una rapida glicosidazione variano dal 10% all’ 1% (nel caso dei particolarmente reattivi zuccheri perbenzilati).13

 

Schema 4

In un altro filone di ricerca, svolto in collaborazione con il Dr. A. Pezzella, il lavoro è stato finalizzato allo sviluppo di una utile metodologia che consentisse la glico-coniugazione di derivati indolici da sottoporre successivamente ad una polimerizzazione in condizioni ossidative così da ottenere strutture analoghe ad intermedi avanzati della sintesi melaninica, eventualmente solubilizzabili in solvente acquoso. A tale riguardo si è pensato di ricorrere ad una tio-glicosidazione degli indoli, dato che questo tipo di derivatizzazione è potenzialmente rimovibile con un trattamento di desolforazione riduttiva. In questo contesto si è sfruttata la procedura di formazione dei glicosil-tiolati contemplata nella sintesi dei tioglicosidi illustrata nello Schema 3. Come mostrato nello Schema 5, inizialmente si è tentato di accoppiare il tiolato derivato saccaridico 11 al 5,6-diacetossi indolo 12 con l’ausilio di agenti ossidanti come il selectfluor o la N-clorosuccinimmide, in grado di convertire, sulla base di recenti lavori,15,16 i tioli in agenti elettrofili allo zolfo reattivi con la posizione 3 degli indoli.

 
Schema 5

Tuttavia, nel caso specifico, queste note procedure non hanno fornito significative quantità di indoli tio-glicosilati (Schema 5) anche quando sono stati utilizzati glicosil-tioli sintetizzati con procedure note. 

 
Schema 6
La soluzione del problema è stata possibile con lo sviluppo di una metodica originale, basata sull’iniziale conversione del tiolato generato in situ nel seleno derivato 14 (Schema 3). L’attivazione con NBS di quest’ultimo ha permesso di generare un agente tioglicosilante che si accoppia in resa piuttosto elevata con il diacetossiindolo. Tale metodologia si è rivelata generalizzabile a precursori di tipo gluco-, galatto- e manno, ed in tutti i casi l’accoppiamento è proceduto con altissimo stereocontrollo della configurazione anomerica dello zucchero.
Un ultimo aspetto affrontato nel corso di questo anno di dottorato riguarda lo sviluppo di una nuova metodica per la deprotezione regioselettiva di zuccheri poli-O-benzilati. Si è osservato infatti che metil glicosidi 2,3,4,6-tetra-O-benzilati del glucosio, mannosio e galattosio possono essere regioselettivamente deprotetti in rese sinteticamente utili (maggiori del 30%, con il galatto derivato si è avuta una resa del 60%), ed in un solo passaggio per trattamento a bassa temperatura con leggeri eccessi stechiometrici di I2 e trietilsilano. Ragionevolmente, la deprotezione è indotta da HI generato in situ, come supportato dal fatto che lo ioduro di benzile rappresenta il sottoprodotto di questo processo. La metodica, tuttora in fase di ottimizzazione, si presenta molto promettente ed interessante, dato che la sintesi dei prodotti 4-O-liberi così ottenuti richiederebbe, secondo gli approcci canonici, processi multi-stadio non necessariamente più efficienti in termini di resa complessiva.