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Synthese der pentasaccharid-sequenz der repeating-unit der o-spezifischen seitenkette des lipopolysaccharides von shigella dysenteriae
TetrahedronLettersVol. 22, Pp 47 - 50 OPergamon Press Ltd. 1981. Printedin Great Britain
SYNTHESE DER PENTASACCHARID-SEQUENNZ DER REPEATING-UNIT DER 0-SPEZIFISCHEN SEITENKETTE DES LIPOPOLYSACCHARIDES VON SHIGELLA DYSENTERIAE')
Hans Paulsen und Iiellmut Biinsch Institut fiirOrganische Chemie und Biochemie der Universitat Martin-Luther-King-Platz
6, D-2000 Hamburg 13
Summary: The pentasaccharide sequence 1, representing the lipopolysaccharide repeating unit from shigella dysenterise serotype 2, has been synthesised. This branched-chain pentasaccharide contains exclusively M-linked glycosidic bonds. Our methods in selective u-glycoside synthesis have been confirmed by the synthetic route.
Die auf der Oberflache von Bakterien lokalisierten Lipopolysaccharide sind sehr wirksame Endotoxine 2) . Die 0-spezifischen Seitenketten der Lipopolysaccharide enthalten die immundominanten Strukturen, die als Antigene die Bildung der gegen das Bakterium gerichteten Antiktjrper im Saugetier-Organismus stimulieren ktjnnen2) . Die 0-spezifischen Ketten sind in der Regel aus 'repeating-units' aufgebaut, die spezifische Oligosaccharid-Sequenzen enthalten. Die chemische Synthese einer derartigen Sequenz ist von besonderem Interesse, da diese Einheit, gekniipft an einen htjher molekularen TrXger, als ein spezifisches, synthetisches Antigen fungieren kann.
d-D-GlcNAc
1
1 Wir haben jetzt die 'repeating-unit'1 der 0-spezifischen Kette von Shigella dysenteriae der Serotype 2 3) synthetisiert. Auch vom synthetischen Standpunkt aus ist diese Kette 2 von Interesse, da es sich urn ein verzweigtes Pentasaccharid handelt, das nur a-glycosidische Bindungen enthalt. Es ist somit ein ausgezeichnetes Objekt, urn die von uns entwickelten Regeln der a-Glycosidsynthese zu erproben 4,5) . Bei dem Aufbau des Pentasaccharids wurde das Verfahren der Blocksynthese angewandt, das wir such bei anderen Oligosacchariden mit Erfolg einsetzen konnten 5,6) . Die Schliisselreaktion hierzu ist das neue, von uns entwickelte Verfahren der Uberfiihrung des Oligosaccharid-Blocks in das entsprechende Glycosyl-Halogenid mit Titantetrabromid 6) . 47
Die Pentasaccharid-Einheit enthglt drei Aminozucker, darunter Galaktosamin als Verzweigungspunkt. Zur selektiven Herstellung der gewiinschten aglycosidischen Bindungen wurde das Azid-Verfahren eingesetzt. Es war somit zun&hst
der Syntheseblock 2 zu synthetisieren, der aus drei unterschied-
lichen 2-Azido-Zuckern besteht. Zum Aufbau von 2 wurde zun;ichst das Halogenid 2 bei Gegenwart von Quecksilberbromid unter den Bedingungen der aGlycosidsynthese mit 1 zum Disaccharid i umgesetzt. Nach Abspaltung der OAcetylgruppen mit Natriummethylat wird die 6 '-OH-Gruppe selektiv mit NAcetylimidazol acetyliert zu 2. Hier ist jetzt die 3-0H;Gruppe unsubstituiert so daB eine erneute Glycosidsynthese mit g bei Gegenwart von Quecksilberbromid/Quecksilbercyanid unter den Bedingungen der a-Glycosidsynthese erfolgen kann zum gewi.inschtenTrisaccharid 2. (64 %, [a]:' = + 116O). Dieses
BzlO BzlO
yH2co@ llNaOMa 2)N-Acatylimidarol
5
b
6 ,OBzl
TCA
= COCCI3
Br
49
c D-GalNAc-
d(I+
3)-D-&NAc-
d(l++D-Glc
12
9 +
[
13
“l”@CH20Ac
AcO
14
ist der am reduzierenden Ende der Galakto-Einheit wieder zu funktionalisierende Trisaccharid-Syntheseblock fiir die weiteren Aufbaureaktionen. Durch Acetolyse von 2 laI3t sich der 1,6-Anhydroring tiffnen zum Acetat 8_ (81 %]. Dieses 1aBt sich jetzt mit Titantetrabromid unter wasserfreien Bedingungen 6) zum Glycosylbromid 2 umsetzen, das wegen seiner Empfindlichkeit sofort der Glycosidsynthese zugefiihrt werden muB. Urn die Blocksynthese zu erproben, wurde zunachst das an 4-OH unsubstituierte Glucosederivat -IO_eingesetzt. Trotz der bekannten relativ schlechten Reaktivitat der 4-OH-Gruppe gelingt mit Silberperchlorat/Silbercarbonat unter den Bedingungen der a-Glycosidsynthese selektiv die Verkniipfung zum Tetrasaccharid iI, (19 %, [ali
=
+ 108O). Es ist gelungen, 11 in einer Sequenz von Entblockierungsschritten vollstandig zu entblockieren zur freien Verbindung 12 (60 %, [ali
= + 14OO).
Hierzu wurde mit Ammoniak die Trichloracetyl-Gruppe abgespalten, die Azidogruppen mit Natriumboranat/Nickelchlorid 81 reduziert. Das nach Nachacetylierung erhaltene Produkt wurde ent-0-acetyliert und zur Abspaltung der Benzylreste abschlieBend hydriert. Nachdem die Blocksynthese zu 11 gelungen war, wurde als Kupplungskomponente fiir 2 das Disaccharid ii mit freier 4'-OH-Gruppe eingesetzt, das eine a(1-+4)-Verkniipfung aufweist, wie sie im Pentasaccharid gewiinscht wird. Die Kupplung von 2 mit iJ gelingt unter gleichen Bedingungen mit Silberperchlorat/Silbercarbonat
selektiv zum a-Glycosid 1: (19 %, [ali
= + 102O).
Auf 1: lie8 sich mit Erfolg die gleiche Entblockierungs-Sequenz anwenden, die sich bei der Entblockierung von J_Jbereits bewahrt hatte. Auf diesem Wege 1ieB sich die freie Pentasaccharid-Sequenz 1 gewinnen, die die 'repeatingunit' der 0-spezifischen Kette von Shigella dysenteriae Serotype 2 darstellt (19 8, [ali
= + 17OO). Die Synthese zeigt die Leistungsfahigkeit unserer
Azid-Methode zur Herstellung a-glycosidischer Bindungen. Sie demonstriert ferner die Mbglichkeiten der Handhabung einer Blocksynthese zum Aufbau grW3erer Einheiten. Frau H. Niirnberger danken wir fur die sehr sorgfaltige und gewissenhafte Mitarbeit an den Untersuchungen. Literatur 1) XXIII.
2)
H.
Paulsen
0.
Liideritz,
3)
B.A. J.
und
Bausteine
Schnell,
Kadis
Y.A. _7_6, 433
Chem. A.M.
und
Knivel,
Ber.
Oligosacchariden.
im
6'. Koldi,
Chem.
ii. Nikaido,
Ajl)
14,
145,
Kochetkov,
und
0.
Lockhoff,
6)
H.
Paulsen
und
A.
Biinsch,
Angew.
7) H.
Paulsen
und
-W.
Stenzel,
Chem.
8)
Paulsen
und
V.
Sinnwell,
Ber.
Chem.
Chem.
(Receivedin Germany21 October1980)
im
Ber. Chemie Ber. Ber.
Mitteil.:
Druck
und
N.K.
XXII.
Microbial.
Academic
J.L.
Hofman
Press, und
(1977)
5)
H.
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Staub
S.J.
H. Paulsen ___H. Paulsen
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Reihe
Westphal,
S.
Dmitriev,
Biochem.
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Druck 2334,
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869
(19781
(1978)
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1971 Eur.
SYNTHESE DER PENTASACCHARID-SEQUENNZ DER REPEATING-UNIT DER 0-SPEZIFISCHEN SEITENKETTE DES LIPOPOLYSACCHARIDES VON SHIGELLA DYSENTERIAE')
Hans Paulsen und Iiellmut Biinsch Institut fiirOrganische Chemie und Biochemie der Universitat Martin-Luther-King-Platz
6, D-2000 Hamburg 13
Summary: The pentasaccharide sequence 1, representing the lipopolysaccharide repeating unit from shigella dysenterise serotype 2, has been synthesised. This branched-chain pentasaccharide contains exclusively M-linked glycosidic bonds. Our methods in selective u-glycoside synthesis have been confirmed by the synthetic route.
Die auf der Oberflache von Bakterien lokalisierten Lipopolysaccharide sind sehr wirksame Endotoxine 2) . Die 0-spezifischen Seitenketten der Lipopolysaccharide enthalten die immundominanten Strukturen, die als Antigene die Bildung der gegen das Bakterium gerichteten Antiktjrper im Saugetier-Organismus stimulieren ktjnnen2) . Die 0-spezifischen Ketten sind in der Regel aus 'repeating-units' aufgebaut, die spezifische Oligosaccharid-Sequenzen enthalten. Die chemische Synthese einer derartigen Sequenz ist von besonderem Interesse, da diese Einheit, gekniipft an einen htjher molekularen TrXger, als ein spezifisches, synthetisches Antigen fungieren kann.
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1 Wir haben jetzt die 'repeating-unit'1 der 0-spezifischen Kette von Shigella dysenteriae der Serotype 2 3) synthetisiert. Auch vom synthetischen Standpunkt aus ist diese Kette 2 von Interesse, da es sich urn ein verzweigtes Pentasaccharid handelt, das nur a-glycosidische Bindungen enthalt. Es ist somit ein ausgezeichnetes Objekt, urn die von uns entwickelten Regeln der a-Glycosidsynthese zu erproben 4,5) . Bei dem Aufbau des Pentasaccharids wurde das Verfahren der Blocksynthese angewandt, das wir such bei anderen Oligosacchariden mit Erfolg einsetzen konnten 5,6) . Die Schliisselreaktion hierzu ist das neue, von uns entwickelte Verfahren der Uberfiihrung des Oligosaccharid-Blocks in das entsprechende Glycosyl-Halogenid mit Titantetrabromid 6) . 47
Die Pentasaccharid-Einheit enthglt drei Aminozucker, darunter Galaktosamin als Verzweigungspunkt. Zur selektiven Herstellung der gewiinschten aglycosidischen Bindungen wurde das Azid-Verfahren eingesetzt. Es war somit zun&hst
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Azid-Methode zur Herstellung a-glycosidischer Bindungen. Sie demonstriert ferner die Mbglichkeiten der Handhabung einer Blocksynthese zum Aufbau grW3erer Einheiten. Frau H. Niirnberger danken wir fur die sehr sorgfaltige und gewissenhafte Mitarbeit an den Untersuchungen. Literatur 1) XXIII.
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