Janusz Madaj, Magdalena Jankowska
3. UTLENIANIE METODĄ SWERNA
Mimo, że właściwości utleniające aktywowanego (najczęściej chlorkiem oksa- lilu) dimetylosułfotlenku znane były już wcześniej, to metoda wykorzystująca je nazywana jest metodą Swema od nazwiska amerykańskiego chemika (urodzonego w Nowym Jorku w 1916 roku). To on w roku 1978 opublikował pracę [22J, w której zaproponował mechanizm reakcji utleniania alkoholi do aldehydów za pomocą ak tywowanego DMSO.
Przedstawiony schemat, zgodnie z tematem artykułu, zawęziliśmy do utlenia nia alkoholi pierwszorzędowych. Oczywiste jest jednak, żc również alkohole dru- gorzędowe ulegają utlenieniu w omawianych warunkach.
Metoda Swema wykorzystywana jest w chemii węglowodanów w dwojaki spo sób. Po pierwsze, do otrzymywania dodatkowej grupy karbonylowej (najczęściej wykorzystywanej do przyłączenia innych związków), po drugie w połączeniu z chlo- ranem(III) sodu do otrzymywania kwasów uranowych. W związku z tym przykłady jej wykorzystania zostaną również omówione w dwóch grupach.
METODY UTLENIANIA GRUPY HYDROKSYMETYLOWEJ W POCHODNYCH CUKRÓW 487
°s P
h 3c r .y C %s=o Cl 4 O
h3c'% P
o" \ * c.e
h 3c © c h3 H3C © S - C I h3c + C 02 + C O + Cl H3C © S - C I + H3C R - C H 2— OH alkohol c h3 R— CH2— O—S — Cl i CHa -Cl" c h3 R— CH2— O — S© ¿ h3 + NEt3 - HNEt3+ R-CHO aldehyd CH3 S CH3 CH3 R—CH2—O—S© eCH2 Schemat 8Reakcje addycji do grupy karbonylowej są powszechnie znane. Wykorzystuje się je również w preparatyce pochodnych cukrów. Od pewnego czasu zainteresowa nie chemików zwróciło się w kierunku otrzymywania analogów nukleotydów, któ re z jednej strony opierałyby się działaniu enzymów, a z drugiej strony posiadałyby właściwości antywirusowe i przeciwrakowe. Przykładami takich związków mogą być analogi nukleotydów, w których przy atomie węgla C-5 znajdują się grupy fos foranowe połączone nie tradycyjnie wiązaniem P-O-C ale wiązaniem P-C.
(C 2H50 ) 2F
S i tC 4Hg(C 6H5)2
Rysunek 2
Związki takie zostały otrzymane z odpowiednio chronionych nukleozydów za wierających wolne terminalne grupy hydroksylowe, które poddano utlenieniu me todą Swerna a następnie nukleofilowej addycji szeregu estrów kwasu fosforowego otrzymując pożądane produkty [23].
Ciekawym przykładem wykorzystania grupy aldehydowej, otrzymanej w wy niku utleniania metodą Swema, jest synteza jednego z fragmentów mukocyny.
488 J. MADAJ, M. JANKOWSKA
Schemat 9
Ten niecukrowy związek, zgodnie ze schematem, otrzymano [24] z dwóch odpo wiednio przygotowanych substratów. W obu przypadkach substratami były pochodne cukrów. Związek 1 otrzymano na drodze szeregu przemian 2,3,4,6-tetra-O-bcnzy- lo-D-galaktono-1,5-laktonu.
OBn
Schemat 10
Drugi z substratów 2 otrzymano z 2,5-anhydro-D-mannitoIu.
2
Schemat 11
Połączenie obu otrzymanych substratów jest przykładem addycji do grupy karbo- nylowej. Związek 2 w obecności butylolitu (n-BuLi) staje się silnym nuklcofilcm i w wyniku jego ataku na karbonylowy atom węgla powstaje związek, który po kilku przemianach daje oczekiwany produkt. Obie wspomniane tu reakcje są bar dzo dobrym przykładem wykorzystania metody Swerna do utleniania pierwszorzę- dowych grup alkoholowych po to aby wykorzystać tak otrzymane grupy aldehydo we do przyłączenia kolejnych fragmentów syntezowanego związku.
Otrzymywanie i badanie aktywności analogów związków czynnych biologicz nie często prowadzi do uzyskania związków o silniejszym działaniu inhibującym lub przeciwbakteryjnym. Związkiem inhibującym syntazę CMP-Kdo jest m.in. kwas 2,6-anhydro-3-deoksy-D-g/zce/-o-D-to/o-oktonowy (Kdo).
METODY UTLENIANIA GRUPY HYDROKSYMETYLOWEJ W POCHODNYCH CUKRÓW 489
HO. CHoOH
HO' ■"COOH
HO
Rysunek 3
Poddając utlenieniu metodą Swema jego odpowiednio zabezpieczoną pochod ną udało się, wykorzystując właściwości grupy karbonylowej, otrzymać kilka C-8 analogów Kdo [25].
W pierwszym przypadku działając na grupę karbonylowąDAST-em udało się otrzy mać związek (a na schemacie 12) zawierający przy atomie węgla C-8 dwa atomy fluoru. Aminowanie redukcyjne pozwoliło otrzymać odpowiednią aminę, a reakcja Wittiga prowadziła do powstania związku z wiązaniem podwójnym, który posłużył do dalszych modyfikacji.
Grupy karbonylowe i karboksylowe powstające w cząsteczkach celulozy w procesie produkcji papieru (podczas wybielania) odpowiedzialne są za mniejszą wytrzymałość włókien celulozy oraz za szybsze żółknięcie papieru. Największym problemem z jakim borykają się laboratoria określające ilościowy udział utlenio nych fragmentów jest powtarzalność wyników pomiarów. Na nowy sposób podej ścia wpadł Röhrling ze współpracownikami [26] używając znacznika fluorescen cyjnego grup karbonylowych. Na związki modelowe, mające imitować celulozę, wybrali 4-O-metylo-ß-D-glukopiranozyd metylu oraz 4-O-metylo-ß-D-glukopira- nozylo-( 1 —>4)-ß-D-glukopiranozyd metylu. Związki te po przeprowadzeniu w odpo wiednie pochodne poddali utlenianiu metodą Swema. Otrzymali pochodne zawie rające grupy 6-aldehydo, 3-keto i 2,3-diketo, które po fimkcjonalizowali tak aby mogły stanowić punkt odniesienia w pomiarach.
Od pewnego czasu dużym zainteresowaniem cieęzą się związki karbocyklicz- ne. Ciekawy sposób ich otrzymywania ze związków cukrowych poprzez utlenianie metodą Swema i sprzęganie redukcyjne prezentują dwie kolejne prace.
a)X = F2 b) X = HNH2 c) X = CH2
490 J. MADAJ, M. JANKOWSKA
Chiara i Valle [27] opublikowali prace, w której przedstawili metodę otrzymy wania 1-c/zz'ro-inozytolu i (-)-konduritolu F z powszechnie dostępnego D-glukitolu.
H O H O --OH —OH —OH —OH CHO OTBDPS .0,. J L ..OH O" 'Y ' ‘'OH OTBDPS (L-chiro) OTBDPS
x/ ° ..A ,,oh
O ^ Y ^ O H OTBDPS (9 4 : 6) (mio) OAc AcO, ,.OAcY :
AcO' Y ’'0Ac OAc per-O-acetylo-L-cAj/ro-lnozytol OAc AcO . OAc (-)-per-O-acetylo-konduritol F Schemat 13Odpowiednio osłoniętą pochodną D-glukitolu, z wolnymi terminalnymi gru pami hydroksylowymi, poddali oni utlenianiu metodą Swcma, uzyskując odpowiedni dialdehyd. Tak otrzymany związek poddali wewnątrzcząsleczkowemu sprzęganiu redukcyjnemu w obecności Sml„ otrzymując mieszaninę cyklitoli z dużą przewagą produktu o konfiguracji l-chiro. Jego acctylowanic prowadziło do pcr-O-acctylo- wej pochodnej. Stanowił też on substrat do otrzymania odpowiedniej pochodnej konduritolu F.
Analogiczne podejście, tym razem do otrzymywania cyklitoli o pierścieniu pię- cioczłonowym, zaprezentowali w swojej pracy Andinolfi wraz ze wsp. [28],
BnO, BnO' -OBn OH , A Nr/CH2OH ¿Bn ^.OBn BnO,. X y ~ m 'OBn 60 BnO' BnO., BnO' Schemat 14
W syntezie użyto pochodnych alditoli, które autorzy otrzymywali poprzez redukcją odpowiednich pochodnych monosacharydów. Reakcję przeprowadzili dla
związ-METODY UTLENIANIA GRUPY HYDROKSYMETYLOWEJ W POCHODNYCH CUKRÓW 491
ków o konfiguracji D-gluko, D-galakto i D-manno uzyskując w dwóch pierwszych przypadkach mieszaninę czs-cyklitoli w stosunku 3 :2 i 4 : 1, a w trzecim wyłącznie pojedynczy produkt. Analizując konfigurację otrzymanych produktów stwierdzili, że decydujący wpływ na budową powstających dioli ma czynnik stcryczny- grupy hydroksylowe lokują sią po tej stronie gdzie mniej jest dużych podstawników.
Ciekawym przykładem wykorzystania utleniania metodą Swema jest praca Junga i Xu [29]. Od pewnego czasu zainteresowanie biologów i biochemików skie rowało sią ku L-analogom powszechnie występujących związków (w miejsce cukru o konfiguracj i D występuje jego enancjomer), w szczególności L-nukleozydom oraz L-DNA i L-RN A. Jak wiadomo cukry o konfiguracji L są niezwykle rzadkie w na turze i trzeba je najczęściej otrzymywać syntetycznie. Przykład takiej syntezy sta nowi wcześniej wspomniana praca.
CH2OAc —OAc ---► —OAc —OAc CH2OH Schemat 15
Ponieważ utlenianie metodą Swcma przebiega w łagodnych warunkach wyko rzystywana jest ona również w połączeniu z chloranem(III) sodu do otrzymywania kwasów uronowych. Niektóre aglikony, szczególnie w tioglikozydach, są wrażliwe na utlenianie w drastycznych warunkach. W takich przypadkach dobrym utlenia czem okazuje się być DMSO [30].
CHO COOH
B n O - ^ ^ R ---BriO-"^— '°x
Et —SEt
OBn OBn
Schemat 16
Mistra i Roy poddali utlenieniu 2,3,4-tri-O-benzylo-l-tio-p-D-glukopiranozyd ety lu mieszaniną DMSO i bezwodnika kwasu octowego, a uzyskany w ten sposób aldehyd bez dalszego oczyszczania przeprowadzili w pochodną kwasu uronowego
492 J. MADAJ, M. JANKOWSKA
działając chloranem(III) sodu. W tej samej pracy opisany jest inny przykład utlenie nia, w analogicznych warunkach, grupy C-2-OH do ketonowej w związku, który przy atomie węgla C-3 posiadał podstawnik 0 -allilowy nic ulegający zmianie w warunkach prowadzonej reakcji.
Na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku Na- kahara i Ogawa opublikowali szereg interesujących prac dotyczących homooligo- sacharydowych połączeń kwasu D-galaktouronowego. Początkowo otrzymali deka- sacharyd zbudowany z cząsteczek D-galaktozy z wolnymi terminalnymi grupami hydroksylowymi [31]. Tak otrzymany związek poddali oni utlenianiu za pomocą DMSO w obecności chlorku oksalilu a następnie zastosowali NaC102, uzyskując oczekiwany polimer. Na końcu redukującym zawierał on grupę 0-allilową. Próby jej usunięcia przy użyciu katalizatora Wilkinsona [(Ph3P)3RhCl] niestety zakończy ły się niepowodzeniem, prowadząc do powstania ugrupowania 2-oksopropylowe- go. Taki wynik skłonił autorów do zmiany zabezpieczenia. Tym razem wybrali gru pę i-butylodifenylosililowąjako łatwą do usunięcia. Jako związki modelowe, przed przystąpieniem do syntezy dłuższych fragmentów, użyli dwa trisacharydy zbudo wane z jednostek kwasu D-galktouronowego połączonych wiązaniem a lub (3-( 1 ->4) glikozydowym [32],
Rysunek 4
Oba te związki otrzymali poprzez utlenianie odpowiednich trisacharydowych sub stratów z wolnymi terminalnymi grupami OH. Tym razem usunięcie osłon, włącz nie z grupą sililową na redukującym końcu, przebiegło bez trudności. Wykorzystali w ten sposób zdobyte doświadczenie w syntezie dodekasacharydu zbudowanego z jednostek kwasu D-galaktouronowego połączonych wiązaniem (1 —>4) o konfigu racji a . Na podstawie przedstawionych przykładów możne uznać, że metoda Swcr- na i dalsze utlenianie za pomocą NaC102 przebiega w łagodnych warunkach nic naruszając wrażliwych osłon (O-Ac, O-All czy O-sililowej) i jest na tyle skuteczne, że nadaje się do utleniania układów o znacznej masie cząsteczkowej.
METODY UTLENIANIA GRUPY HYDROKSYMETYLOWEJ W POCHODNYCH CUKRÓW 493