Beilstein Journal of Organic Chemistry, 2005; 1: 12-12 (más artículos en esta revista)

Síntesis y glycosidase actividad inhibidora de nuevas hexa-sustituidos C8-glycomimetics

BioMed Central
Olivia Andriuzzi (Olivia.Andriuzzi @ univ-paris5.fr) [1], Christine Gravier-Pelletier (Christine.Gravier-Pelletier @ univ-paris5.fr) [1], Gildas Bertho (Gildas.Bertho @ univ-paris5.fr ) [1], Thierry Prangé (Thierry.Prange @ univ-paris5.fr) [2], Yves Le Merrer (Yves.Le-Merrer @ univ-paris5.fr) [1]
[1] Universidad Descartes de París, CNRS UMR 8601, el Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques, 45 rue des Saints-Pères, 75270 París Cedex 06, Francia
[2] Descartes Université Paris, CNRS UMR 8015, Laboratoire de Cristallographie et Biologiques RMN, el 4 de la avenida de l'Observatoire, 75270 París Cedex 06, Francia

Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0], que permite el uso irrestricto, la distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original sea debidamente citada.

Resumen
Antecedentes

Glycosidases participan en varias rutas metabólicas y el desarrollo de inhibidores es un reto importante hacia el tratamiento de enfermedades, como la diabetes, el cáncer y las infecciones virales como el SIDA. Así, la inhibición de la α-glucosidases intestinal puede ser utilizado para tratar la diabetes a través de la reducción de los niveles de glucosa en sangre, y los inhibidores de la α-glucosidasa se están comercializando en contra de tipo 2 (no insulinodependent mellitus), la diabetes (es decir.: Glyset ® o Diastabol ®, Basen ® y Glucor ® o Precose ®).

Resultados

En ese contexto, el nuevo C8-carbasugars y afines aminocyclitols han sido blanco de ataques con el fin de estudiar el efecto del aumento de la flexibilidad y de la nueva distribución espacial está representada por estas estructuras en su adaptabilidad en el sitio activo de las enzimas. La síntesis de estos nuevos C8-glycomimetics se describe de enantioméricamente puros C 2-simétrica polyhydroxylated cyclooctenes. Su obtención activamente a syn-dihydroxylation, funcionalización y más extendido a través de la formación de un cis-cíclico seguido por sulfato dio y dio posterior reducción. Esta estrategia de la apertura de un nucleophilic cis-cíclico de sulfato de azida sódica es de nuestro conocimiento el primer ejemplo en la serie C8. Se revealead a ser una alternativa eficiente a la apertura de una nucleoplilic epóxido fracción que resultaron infructuosos en este caso en particular, debido a la conformación de tales obstaculizado epóxidos como se demuestra por rayos X cristallographic análisis.

Conclusión

La actividad biológica de los sintetizados glycomimetics se ha evaluado a 24 disponible en el comercio glycosidases. La debilidad de las actividades observadas probablemente puede estar relacionado con la disposición espacial de la hidroxi y amino grupos que se apartan demasiado de la que di cuenta en glycomimetics como valiolamine, voglibose y valienamine. Sin embargo, la estrategia de síntesis se describe aquí es eficiente y en general, y se podría ampliar para aumentar la diversidad de los inhibidores de glycosidase obtenidos desde esa diversidad se presentó en un último paso de la síntesis.

Introducción

Hay un interés considerable en el diseño de moléculas capaces de imitar a los hidratos de carbono que desempeñan papeles críticos en diversos eventos biológicos, como por ejemplo, células, el reconocimiento y la adhesión celular, el crecimiento celular y la diferenciación. [1 - 9] En este contexto, el objetivo Es la obtención de nuevos compuestos con la mejora de la eficacia, la estabilidad y especificidad. Por lo tanto, un cambio desde una aldopyranoside a un 1-deoxi-iminosugar (Figura 1] disminuye la vulnerabilidad de la resultante glycomimetic hacia glycosidases, mientras que la estructura básica y esencial de la red para funcionalidades hidroxilo enzima reconocimiento se conservan. Un ejemplo importante es el 1-deoxynojirimycin (DNJ), la familia, para los que DNJ sí es un inhibidor competitivo de α-D-glucosidasa (K i = 8-25 μ M), 10 mientras que sus derivados miglustat (Nn Bu DNJ, Zavesa ®) Y miglitol (N-hydroxethyl DNJ, Glyset ® o Diastabol ®) ya han encontrado aplicaciones terapéuticas en la enfermedad de Gaucher [11] y el tipo 2 (no dependiente mellitus insulinodependiente), la diabetes, [12, 13], respectivamente. En la última década, las obras se han dirigido a carbasugars originalmente formada por seis miembros cyclitols, relacionadas con valiolamine, [14] voglibose, valienamine [15], [16] y acarbosa. [17] Los dos últimos compuestos, comercializado como Basen ® y Glucor ® o Precose ®, respectivamente, también se utiliza realmente en el tratamiento de la diabetes tipo 2. Todos estos compuestos pueden tener su fracción amino protonada, y de los correspondientes iones amonio mimick la acusación de los presuntos estados de transición o intermedias de la hidrólisis enzimática glucósido [18].

Más recientemente, ha sido cada vez más atención a los siete y ocho anillo de los sistemas [19 - 30] con el fin de estudiar el efecto del aumento de la flexibilidad y de la nueva distribución espacial está representada por estas estructuras en su adaptabilidad en el sitio activo de La enzima.

Como parte de un programa dirigido a la síntesis de inhibidores potenciales glycosidases, [31, 32] que se centró en el acceso a las nuevas ocho miembros carbasugars (Figura 2, A = OH) y relacionados aminocyclitols (A = NHR) de C 2 -- L-simétrica ido - o D-manno - cyclooctene, fácilmente disponible anillo de cierre por metátesis de 1,9-diene derivados de la L-ido - o D-manno-bis-epóxido [33]. Así, sintéticas potencialidades de la recién creada cíclico doble enlace se estudiaron para llegar a hexa-sustituidos C8-glycomimetics.

Resultados y discusión

A partir de la 2-C-L simétrica ido - o D-manno - cyclooctene, 1 o 2, para obtener el C8 hexa-substitued carbasugars un straightfoward enfoque parece ser un dihydroxylation, mientras que para obtener el correspondiente aminocyclitols podría ser un epoxidation seguido Nucleophilic por la apertura de la fracción por un epóxido de aminas primarias u otro nucleophile nitrógeno. En consecuencia (Esquema 1], el tratamiento de la O-plenamente protegidos L-ido cyclooctene-1 con el 5% mol solución acuosa de osmio tetróxido (IV) [34] en acetona en presencia de N-óxido de methylmorpholine y terc-butanol limpiamente Condujo a la espera cis-diol 3 en el 97% de rendimiento. En forma análoga, la categoría D-manno-cyclooctene 2 dio la correspondiente cis-diol 4 en el 97% de rendimiento. En cada caso, el cis-diol 3 o 4 se ha aislado como un solo stereoisomer causa de la C 2-eje de simetría está representada por la L-ido o D-manno-cyclooctenes 1 y 2. Entonces, la hidrólisis ácida simultánea de todos los O-protección de los grupos 3 y 4, proporcionado el C8 hexa-substitued carbasugars 5 y 6 (80 a 97% el rendimiento global de los dos pasos).

Ahora, para llegar a la correspondiente aminocyclitols, los que acudimos a la epoxidation [35] de la cyclooctenes 1 y 2 (Esquema 2]. Por lo tanto, el tratamiento de 1 y 2 con meta-chloroperbenzoic ácido, en presencia de hidrógeno carbonato de sodio que ofrece el epóxidos 7 y 8 en el 91-96% de rendimiento. Como precedently, a causa de la C 2-eje de simetría está representada por la L-ido o D-manno-cyclooctenes 1 y 2 de la cis-epóxido de 7 u 8 se ha aislado como un solo stereoisomer. Sin embargo, todos los intentos de abrir el anillo de epóxido de la participación de diferentes nucleófilos, azida sódica, benzylamine, n-butylamine, o serinol en diferentes condiciones experimentales, protic o aprotic disolvente, presencia o ausencia de un catalizador ácido Lewis como ytterbium triflate, reveló que pierda, Sólo conduce a recuperar el material de partida.

Para superar esta dificultad, los que acudimos a una fracción más electrófilos sulfato [36] (Esquema 3]. Por lo tanto, el tratamiento de la cis-dioles 3 y 4 con el cloruro de tionilo en presencia de trietilamina siguiendo de la oxidación con periodate sódico en presencia de tricloruro de rutenio dio a los cíclicos sulfatos 9 y 10 en el 80-100% de rendimiento. Nucleophilic apertura de estos sulfatos por azida sódica en DMF a 80 ° C [37], seguida de la hidrólisis ácida de la resultante acíclicos sulfato éster limpiamente otorgada la correspondiente azido-alcoholes 11 y 12, aisladas como único estereoisómeros de excelente rendimiento (95-98 %). Ningún otro isómero, de 11 o 12 fue detectado por el análisis de la RMN, que indica que el anillo de apertura de reacción es muy regioselective y resultados en la lucha contra Además de la azido grupo en el lado opuesto de la voluminosos TBDMS grupo en β-posición. Sin embargo, hay que señalar que más obstaculizaron nucleófilos, como las aminas primarias, reveló incapaz de abrir el sulfato cíclico 9 o 10.

La absoluta configuraciones de 11 y 12 fueron establecidos por estudios de RMN. 1 H señales fueron asignados (Tabla 1] utilizando 2D-COSY y 2D-TOCSY a partir de los experimentos del grupo hidroxilo en la posición-C8.

La determinación de todas las constantes de acoplamiento y, en particular, de los 3 J 1,8 no fue posible por homodecoupling experimentos. Así, simulación numérica se utilizó para realizar un estudio profundo de los complejos patrones de acoplamiento para fijar los parámetros en completa analogía con respecto a los espectros experimentales. Estos 3 J 1H, 1H constantes de acoplamiento, determinada por la simulación (Figura 3], de los espectros de RMN 1D-SIM comenzó XWIN de software-RMN (Bruker), reunidos en la Tabla I. Estos valores nos ha permitido limitar el número de conformaciones de los ocho miembros de anillo. Por ejemplo, en el recinto 11, el gran 3 J 1H, 1H constantes de acoplamiento entre el H1 y H8, H1 y H2 (proR proR), H7 y H8 (proR proR), H4 y H5, de acuerdo con los protones en un pseudo - Posición axial. Por otra parte, el pequeño 3 J 1H, 1H constantes de acoplamiento entre el H1 y H2 (proS proS), H7 y H8 (proS proS) indican un pseudo-ecuatorial posición de los protones H2 (proS proS) y H7 (proS proS) . NOE mediciones y cálculos de Dinámica Molecular finalmente utilizando el software Insight II (Biosym Technologies, San Diego, CA), que le permiten deducir la estructura de los 11 (Figura 4]. Prochiral H2 (proS proS) y H7 (proS proS) protones mostradas fuerte NOEs con la TBDMS grupos, respectivamente, en las posiciones 3 y 6, lo que indica que están apuntando lejos de la C8 anillo en una posición pseudo-ecuatorial. Por lo tanto, los protones H7 (proR), H6, H4 están muy juntos y representan una de las caras (superior) de la C8 anillo, mientras H2 (proR), H5, H3 representan la otra cara. Luego, en el recinto 11, la fuerte NOEs H1-H4 y H5-H8 indican que H1 y H8 se encuentran en lado opuesto en una configuración con anti pseudo-axial posiciones. Un enfoque similar se aplica para la determinación estructural de los 12.

La baja reactividad de la función, de 7 de epóxido podría explicarse por la estéricos obstáculo de la terc-butyldimethylsilyloxy grupos en posiciones β-como lo confirma la cristalografía de rayos X (Figura 5]. Además, parece que el C8-carbacycle de los tricíclicos sistema [5-8-3] adopta un giro-barco-presidente de conformación. Considerando que el sulfato de 9, en el que cristaliza como un dímero, constituido por un sistema de tricíclicos [5-8-5] adopta una actitud más flexible barco-presidente de conformación, lo que permitirá su apertura por una lineal nucleophile (anión azida), pero no por Más obstaculizado nucleophile (aminas primarias).

Con la clave enantioméricamente puros azido-alcohol 11 y 12 en las manos, que pasó a la obtención de C8-aminocyclitols. Así, la reducción de la azido grupo de 11 de dihidrógeno en presencia de paladio negro en acetato de etilo (Esquema 3], que ofrece el amino-alcohol 13, que se podría presentar a la hidrólisis ácida de la O-dar a los grupos de protección, después de la purificación por iones - Cromatografía de intercambio, los dirigidos aminocyclitol 15 [20] (95% de rendimiento global del 11). Como alternativa, para obtener un análogo de voglibose, la función amina, de 13 podría ser a través de una reducción alkylated dio [39] con un dihydroxyacetone derivado. Por lo tanto, el tratamiento de la amina 13 por la venta en el comercio 2,2-dimetil-1 ,3-dioxan-5-uno en la presencia de titanio (IV) isopropoxide tetra-cyanoborohydride seguida de la reducción de la imine intermedio dio a la espera N - Alkylated aminocyclitol 17 (46% de rendimiento global del 11). Entonces, la hidrólisis ácida simultánea de todos los grupos de protección condujo a la C8-voglibose mimética 19 después de la purificación por cromatografía de intercambio iónico. La misma secuencia de reacciones uneventfully se aplica a la azido-alcohol de 12 a permitirse el aminocyclitols 16 y 20.

El nuevo C8-carbasugars 5 y 6 y C8-aminocyclitols 15, 16, 19 y 20 han sido ensayadas para su actividad inhibitoria 24 hacia glycosidases disponible en el comercio [40, 41]. Ellos no inhibió las siguientes enzimas en la concentración de 1 mM y pH óptimo: α-D-glucosidases (maltasa) de la levadura y el arroz, β-D-glucosidasa de caldocellum saccharolyticum, α-L-fucosidases de bovinos epidídimo y placenta humana, α - D-galactosidasas de granos de café y Escherichia coli, β-D-galactosidasas de Escherichia coli, hígado de bovino, Aspergillus niger y Aspergillus orizae, α-N-acetylgalactosaminidase de hígado de pollo, β-N-Jack acetylglucosaminidases de frijol, bovinos epidídimo A Y bovina epidídimo B, α-D-manosidasa de almendras, β-D-manosidasa de Helix pomatia, y β-xylosidase de Aspergillus niger. Para otras enzimas: α-D-glucosidasa de Bacillus stearothermophilus, amyloglucosidase de Aspergillus niger y moho Rhizopus, β-D-glucosidasa de almendras, α-L-fucosidase riñón de los bovinos, y α-D-manosidasa de Jack el frijol son los resultados Muestra en el cuadro 2. Cada uno de estos nuevos compuestos reveló débil inhibidor de las enzimas de la prueba con un porcentaje de inhibición que no más del 30%. Estos resultados muestran que el aumento de la flexibilidad mostrada por C8-glycomimetics no parece estar correlacionado con un aumento de la actividad observada. Así, por ejemplo, nos ha demostrado que previamente la correspondiente C7-voglibose imitar expuesto interesante actividad hacia amyloglucosidases de Aspergillus niger y moho Rhizopus (35 y 18 μ M respectivamente, resultados no publicados). Además, incluso si los datos relativos a la actividad biológica de C8-glycomimetics son rara vez, la informó de las actividades a menudo son débiles [24 - 30].

En resumen, la utilización de los disponibles polyhydroxylated ido o L-D-manno-cyclooctenes, procedentes de anillo de cierre de la metátesis C2-simétrica 1,9-dienes, que hemos logrado la síntesis de una serie de nuevos hexa-C8-sustituido en glycomimetics Enantiopure forma. De la transformación cíclica doble enlace participan sin-dihydroxylation, luego de una introducción azido grupo de apertura de un cíclico seguido por sulfato reducción y alquilación de los derivados de amina.

De acuerdo con esta estrategia y de la naturaleza de las cetonas que participan en la final dio reductiva, diversos aminocyclitols podría ser sintetizado. Así, en este estudio carbasugars dos y cuatro aminocyclitols se obtuvieron. Para la evaluación biológica de estos compuestos hacia el 24 de venta en el comercio glycosidases se han llevado a cabo. Por estas C8-glycomimetics, débiles se observaron actividades, que probablemente puede explicarse por una muy alta flexibilidad conformacional de estas estructuras.

Experimental
Material suplementario
Archivo Adicional 1
Información adicional.
Agradecimientos

Reconoce agradecidamente Pr P. Vogel y Ms C. Schuetz, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza, por su experiencia en ensayos biológicos.