Title (eng)
Synthesis of rare 2,4-diamino-2,4,6-trideoxy hexoses
allylation strategies towards the nonulosonic acids and 3-deoxy-2-uloses
Author
Christoph Schmölzer
Advisor
Walther Schmid
Assessor
Tanja Wrodnigg
Paul Kosma
Abstract (deu)
Höhere Kohlenhydrate sind essentielle Bestandteil des täglichen Lebens. Sie finden sich in vielen Organismen und unterschiedlichen Wirkungsstätten wieder. Im speziellen nehmen Polyamino-polydesoxyzucker durch ihre außergewöhnliche Position an den Enden von Glycokonjugaten der Zelloberfläche einzigartige Aufgaben im Bereich der Zellkommunikation wahr. Nicht zuletzt wegen dieser Bedeutung ist die Grundlagenforschung an diesen Molekülen im Fokus der Molekularbiologie. Um jedoch die ausreichende Versorgung mit diesen Kohlenhydraten zu gewährleisten, muss die Chemie entsprechende Verfahren der Synthese zur Verfügung stellen. Diese Dissertation beschäftigt sich zum einen mit zwei Synthesewegen, die durch eine Nitroaldolreaktion 2,4-Diamino-2,4,6-tridesoxyhexosen aufbauen, und im Folgenden mit der Synthese von 3-Desoxyzuckern.
Handelsübliche Aminosäuren dienten als Startmaterialien und wurden analog zum Protokoll von Garner et al. in Aldehyde transformiert. So lieferte L-Threonin nach der Reaktion mit 2-Nitroacetaldehyddiethylacetal ein D-galacto konfiguriertes Grundgerüst, welches auf elegante Weise zum freien Zucker umgesetzt werden konnte. Durch Erhitzen in entionisiertem Wasser konnten drei Schutzgruppen in einem einzigen Schritt abgespalten werden.
Der zweite Weg nützte L-Serin und 1-Nitro-2-propanol zum Aufbau des Zuckers. Beide Enantiomere des chiralen Alkohols fanden Verwendung und lieferten exzellente Ausbeuten. Auf diese Weise konnten D-gulo, L-rhamno und L-ido konfigurierte Derivate hergestellt werden.
Die Indium vermittelte Allylierung von Aldehyden bietet eine außergewöhnlich Möglichkeit um höhere Zucker zu synthetisieren. Sie toleriert ein breites Substratspektrum sowohl auf der Seite der Allylkomponente als auch auf Seite der Carbonylverbindung. 2-(Brommethyl)acrylsäureethylester wurde auf 2,4-Diacetamido-2,4,6-tridesoxy-D-galaktose angewendet und die Reaktion lieferte Zugang zu zwei Vertreter der biologisch äußerst wichtigen Nonulosonsäuren. Im Gegensatz dazu konnte mit Hilfe des reduzierten Analogons, dem 2-(Brommethyl)prop-2-en-1-ol, die Klasse der 3-Desoxy-2-ulosen synthetisiert werden. Verschiedene ungeschützte Zucker mit unterschiedlichen Kettenlängen wurden als Startmaterialien verwendet und ergaben die entsprechenden höheren Kohlenhydrate mit ausgezeichneten Ausbeuten und Selektivitäten.
Abstract (eng)
Rare carbohydrates are essential molecules that regulate many biological processes. However, in many cases they are not accessible or isolatable from natural sources and chemical synthesis provides the predominant access of these molecules for investigations in the field of molecular biology. Especially polyamino-polydeoxy sugars are of great interest, since this class of carbohydrates regulates cell-cell and cell-environment communication, respectively.
Herein, we present two methodologies towards the de novo synthesis of these important sugars. We applied the well known nitroaldol reaction to amino acid derived aldehydes to generate the hexose backbones with various stereochemical configurations.
Thus, starting from L-threonine, the D-galacto configurated derivative was synthesized. This reaction strongly depended on the base and the solvent composition. The final deprotection of three different protecting groups to yield the free carbohydrate was achieved in an environmentally benign reaction using deionized water at elevated temperatures.
In order to expand the scope of this methodology, a second strategy was intended. The L-serine derived Garner’s aldehyde served as starting material and 1-nitro-2-propanol was used for the generation of the backbone. Both enantiomers of the chiral nitro compound were successfully applied and gave excellent yields in the elongation step and the D-gulo, L-rhamno and L-ido configurations were obtained.
The indium mediated Barbier-type reaction of unprotected sugars is a powerful tool in carbohydrate chemistry. 2-(Bromomethyl)acrylic acid ethyl ester was used in a chain elongation reaction with 2,4-diacetamido-2,4,6-trideoxy-D-galactose (from our first project) to successfully synthesize two members of the 3-deoxy-2-nonulosonic acid family. Its reduced analogue, 2-(bromomethyl)prop-2-en-1-ol, was applied in the synthesis of various 3-deoxy-2-uloses with different chain lengths ranging from six to nine.
Keywords (eng)
2,4-diamino-24,6-trideoxy hexose3-deoxy-2-ulosonic acid3-deoxy-2-ulosenitroaldol reactionindium
Keywords (deu)
2,4-Diamino-24,6-tridesoxyhexose3-Desoxy-2-ulosonsäure3-Desoxy-2-uloseNitroaldol ReaktionIndium
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1304663
rdau:P60550 (deu)
157 S. : graph. Darst.
Number of pages
163
Association (deu)
Title (eng)
Synthesis of rare 2,4-diamino-2,4,6-trideoxy hexoses
allylation strategies towards the nonulosonic acids and 3-deoxy-2-uloses
Author
Christoph Schmölzer
Abstract (deu)
Höhere Kohlenhydrate sind essentielle Bestandteil des täglichen Lebens. Sie finden sich in vielen Organismen und unterschiedlichen Wirkungsstätten wieder. Im speziellen nehmen Polyamino-polydesoxyzucker durch ihre außergewöhnliche Position an den Enden von Glycokonjugaten der Zelloberfläche einzigartige Aufgaben im Bereich der Zellkommunikation wahr. Nicht zuletzt wegen dieser Bedeutung ist die Grundlagenforschung an diesen Molekülen im Fokus der Molekularbiologie. Um jedoch die ausreichende Versorgung mit diesen Kohlenhydraten zu gewährleisten, muss die Chemie entsprechende Verfahren der Synthese zur Verfügung stellen. Diese Dissertation beschäftigt sich zum einen mit zwei Synthesewegen, die durch eine Nitroaldolreaktion 2,4-Diamino-2,4,6-tridesoxyhexosen aufbauen, und im Folgenden mit der Synthese von 3-Desoxyzuckern.
Handelsübliche Aminosäuren dienten als Startmaterialien und wurden analog zum Protokoll von Garner et al. in Aldehyde transformiert. So lieferte L-Threonin nach der Reaktion mit 2-Nitroacetaldehyddiethylacetal ein D-galacto konfiguriertes Grundgerüst, welches auf elegante Weise zum freien Zucker umgesetzt werden konnte. Durch Erhitzen in entionisiertem Wasser konnten drei Schutzgruppen in einem einzigen Schritt abgespalten werden.
Der zweite Weg nützte L-Serin und 1-Nitro-2-propanol zum Aufbau des Zuckers. Beide Enantiomere des chiralen Alkohols fanden Verwendung und lieferten exzellente Ausbeuten. Auf diese Weise konnten D-gulo, L-rhamno und L-ido konfigurierte Derivate hergestellt werden.
Die Indium vermittelte Allylierung von Aldehyden bietet eine außergewöhnlich Möglichkeit um höhere Zucker zu synthetisieren. Sie toleriert ein breites Substratspektrum sowohl auf der Seite der Allylkomponente als auch auf Seite der Carbonylverbindung. 2-(Brommethyl)acrylsäureethylester wurde auf 2,4-Diacetamido-2,4,6-tridesoxy-D-galaktose angewendet und die Reaktion lieferte Zugang zu zwei Vertreter der biologisch äußerst wichtigen Nonulosonsäuren. Im Gegensatz dazu konnte mit Hilfe des reduzierten Analogons, dem 2-(Brommethyl)prop-2-en-1-ol, die Klasse der 3-Desoxy-2-ulosen synthetisiert werden. Verschiedene ungeschützte Zucker mit unterschiedlichen Kettenlängen wurden als Startmaterialien verwendet und ergaben die entsprechenden höheren Kohlenhydrate mit ausgezeichneten Ausbeuten und Selektivitäten.
Abstract (eng)
Rare carbohydrates are essential molecules that regulate many biological processes. However, in many cases they are not accessible or isolatable from natural sources and chemical synthesis provides the predominant access of these molecules for investigations in the field of molecular biology. Especially polyamino-polydeoxy sugars are of great interest, since this class of carbohydrates regulates cell-cell and cell-environment communication, respectively.
Herein, we present two methodologies towards the de novo synthesis of these important sugars. We applied the well known nitroaldol reaction to amino acid derived aldehydes to generate the hexose backbones with various stereochemical configurations.
Thus, starting from L-threonine, the D-galacto configurated derivative was synthesized. This reaction strongly depended on the base and the solvent composition. The final deprotection of three different protecting groups to yield the free carbohydrate was achieved in an environmentally benign reaction using deionized water at elevated temperatures.
In order to expand the scope of this methodology, a second strategy was intended. The L-serine derived Garner’s aldehyde served as starting material and 1-nitro-2-propanol was used for the generation of the backbone. Both enantiomers of the chiral nitro compound were successfully applied and gave excellent yields in the elongation step and the D-gulo, L-rhamno and L-ido configurations were obtained.
The indium mediated Barbier-type reaction of unprotected sugars is a powerful tool in carbohydrate chemistry. 2-(Bromomethyl)acrylic acid ethyl ester was used in a chain elongation reaction with 2,4-diacetamido-2,4,6-trideoxy-D-galactose (from our first project) to successfully synthesize two members of the 3-deoxy-2-nonulosonic acid family. Its reduced analogue, 2-(bromomethyl)prop-2-en-1-ol, was applied in the synthesis of various 3-deoxy-2-uloses with different chain lengths ranging from six to nine.
Keywords (eng)
2,4-diamino-24,6-trideoxy hexose3-deoxy-2-ulosonic acid3-deoxy-2-ulosenitroaldol reactionindium
Keywords (deu)
2,4-Diamino-24,6-tridesoxyhexose3-Desoxy-2-ulosonsäure3-Desoxy-2-uloseNitroaldol ReaktionIndium
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1304664
Number of pages
163
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