Preparazione del derivato 1,5-dicarbonilico a configurazione

L

-arabino (49)

Nel nostro laboratorio esiste da tempo una linea ricerca specificatamente dedicata alla preparazione di monosaccaridi 1,5-dicarbonilici a partire da precursori enol eterei tipo

41 (Figura 25) che utilizza, come reazione chiave per l’ossidazione della posizione C-5,

l’idratazione o l’epossidazione di doppi legami enol eterei di esenopiranosidi, eventualmente seguite da idrolisi. Intermedio chiave per la preparazione del desiderato derivato 5-chetoaldosico 49, precursore degli azapiranosi 14 e 30 (D-galatto) è l’enoletere

48, la cui preparazione è stata realizzata secondo la sequenza sintetica illustrata nello

Schema 6 dal triacetonlattosio 46b ottenibile in rese superiori al 90%, attraverso una procedura “one-pot” di acetonazione-demetossiisopropilazione dal lattosio (45).33

Schema 6 O O OH O _OTs O O O O O (MeO)2HC O O O O O (MeO)2HC O O OH O _OR O O H OH OH OH O O H OH OH OH O O O O O O (MeO)₂HC O O O OBn O O H CH₃ CHO OH OBn TsCl Py-CH2Cl2 NaH-DMF BnBr

46a: R=C(OMe)Me2 (MIP)

46b: R=H (>90%) 47 (77%) 45 (Lattosio) 48 (74%) 49 (85%) 2-MP, TsOH TsO-_Et 3NH+ TFA CH3CN-H2O

Quando il lattosio (45) è trattato con una soluzione di 2,2-dimetossipropano (DMP), alla temperatura di 80°C e in presenza di TsOH come catalizzatore acido, si ottiene, dopo neutralizzazione con Et3N, un grezzo che all’analisi NMR risulta costituito dai prodotti 46a

e 46b in rapporto 1:2. Considerando che il gruppo 2-metossipropilico (MIP) presente in

46a è molto labile agli acidi e può essere idrolizzato in condizioni in cui i gruppi

isopropilidenici sono perfettamente stabili, quali il trattamento con metanolo acquoso e tracce di acidi deboli (Et3NH+ o PyH+), la trasformazione di 46a in 46b è facilmente

ottenibile, dopo rigorosa evaporazione dell’eccesso di trietilammina, per semplice solubilizzazione del grezzo di acetonazione in una miscela di metanolo acquoso (10:1) e riscaldamento a riflusso. In queste condizioni, la presenza di quantità catalitiche di

Et3NH+TsO-, formatosi “in situ” dalla neutralizzazione del catalizzatore acido, realizza una

completa e selettiva rimozione del gruppo MIP lasciando completamente intatti gli acetali ciclici e il legame glicosidico. L’analisi TLC della reazione mostra un progressivo aumento di 46b ed una parallela diminuzione di 46a che scompare completamente dopo 1.5 ore. Il grezzo di reazione ottenuto con questo metodo “one pot” di acetonazione- demetossipropilazione è costituito (NMR e TLC) esclusivamente dal derivato 46b e l’assenza di quantità significative di sottoprodotti ne consente l’utilizzo come tale per le successive trasformazioni.

Con questo metodo è possibile ottenere campioni puri di 46b nell’ordine di decine di grammi, con una resa complessiva del 90-95% mediante flash cromatografia su gel di silice o con una resa del 50-60% per diretta cristallizzazione del grezzo da AcOEt-esano. Il composto 46b, presenta caratteristiche chimico-fisiche in accordo con quanto riportato in letteratura33 _{e i dati NMR (}1_{H e} 13_{C), sono concordi con la struttura (vedere parte}

sperimentale).

Una volta ottenuti il diolo 46b, il passaggio successivo della sequenza sintetica ha previsto l’ottenimento dell’enoletere 48 (Schema 6) attraverso una reazione di eliminazione basica che necessita la presenza di un buon gruppo uscente come un alogenuro o un solfonato in posizione 6' dell’unità non riducente (Schema 7).

Schema 7 O OH OH H _OR R'O O X OH H _OR R'O O X OH H OR R'O :B O OH OR R'O Base -BH -X- X= -OSO2R; I-, Br-

L’introduzione di un gruppo uscente in posizione 6 dell’unità galattopiranosidica del diolo 46b può essere effettuata con metodi diretti per la maggiore reattività della funzione alcolica primaria rispetto a quella secondaria. Risultati ottenuti nel laboratorio dove ho svolto questo lavoro di tesi avevano evidenziato la possibilità di ottenere l’enoletere disaccaridico 4834 _{direttamente dal 6'-O-tosil derivato 47 (Schema 6) attraverso una}

reazione di eliminazione ad opera di basi quali l’idruro di sodio in un solvente polare aprotico come la DMF. L’uso di questo nucleofilo permette di realizzare una reazione di eliminazione bimolecolare perchè è in grado di strappare il protone in posizione 5, più acido, ovvero in alfa al gruppo uscente.

La preparazione del 6'-O-tosilderivato 47, è stata effettuata attraverso una reazione di solfonilazione diretta del diolo condotta in presenza di piridina con un eccesso di cloruro di tosile, un reagente abbastanza ingombrato che, permette di differenziare la funzione alcolica primaria rispetto a quella secondaria stericamente più impedita, realizzando la protezione del solo ossidrile in posizione 6. La tosilazione selettiva della funzione primaria del diolo 46b (Schema 6) è stata ottenuta trattando la soluzione diclorometanica dei grezzi di acetonazione-demetossiisopropilazione con p-toluensolfonilcloruro (3 equivalenti) in presenza di piridina allo scopo di neutralizzare l’acido cloridrico che si forma durante la reazione. Dopo 24 ore, a temperatura ambiente, l’analisi TLC evidenzia, in entrambi i casi, la scomparsa del prodotto di partenza e la formazione di un unico prodotto a Rf maggiore.

Il trattamento della reazione e la successiva purificazione cromatografica del grezzo permettono di ottenere il derivati 47 puro in alta rese (77%) calcolata a partire dal lattosio (45). Il composto 47, presenta caratteristiche chimico-fisiche e dati NMR (1_{H e} 13_C)

concordi con quelli riportati in letteratura.34

Una volta ottenuto il 6-O-tosil derivato 47 la preparazione della corrispondente olefina 48a (Schema 8) può essere realizzata per semplice trattamento di una loro soluzione in DMF con 5 equivalenti di idruro di sodio (NaH) a temperatura ambiente (Schema 6). Per ottenere enoleteri differentemente protetti in posizione 2, ad esempio come eteri benzilici, che avrebbero permesso, nel proseguo della nostra sequenza sintetica, di ottenere un composto dicarbonilico meno polare e quindi facilmente purificabile è stata applicata una variante di questa metodica di eliminazione con NaH. Considerando che l’idruro di sodio è una base in grado di strappare sia un protone in alfa ad un gruppo uscente realizzando una reazione di eliminazione bimolecolare e sia di formare lo ione alcossido in posizione 2, operando in presenza di bromuro di benzile, è possibile ottenere, oltre alla reazione di eliminazione, anche la benzilazione del gruppo OH-2 attraverso una reazione di tipo SN2 tra l’alcossido e l’alogenuro alchilico, secondo una classica

eterificazione di Williamson. E’ da sottolineare che l’uso del cromoforo benzilico permette sia una facile identificazione dei prodotti all’analisi UV delle TLC di reazione e sia di ottenere, alla fine della sequenza sintetica, il target completamente deprotetto per semplice idrogenazione catalitica. Considerando queste premesse alla miscela di reazione ottenuta per trattamento di 47 con idruro di sodio, dopo 3 ore a temperatura ambiente ovvero quando è presente esclusivamente l’enoletere selettivamente deprotetto in posizione 2' 48a (Schema 8) sono aggiunti 2 equivalenti di bromuro di benzile. Trascorse 2 ore, l’analisi

TLC evidenzia la totale scomparsa della macchia corrispondente a 48a e la formazione di un unico prodotto, visibile all’UV a Rf maggiore. La purificazione cromatografica del

grezzo fornisce il 2'-O-benzil derivati 48 puro in resa del 74% a partire dal rispettivo 6'-O- tosil derivati 47. Schema 8 O O OH O _OTs O O O O O (MeO)₂HC O O O O O (MeO)2HC O O OH O _OH O O O O O (MeO)2HC O O O OR TsCl Py-CH2Cl2 NaH-DMF BnBr 47 (77%) 48a: R=H 48: R=Bn (74%) 46b

L’enoletere disaccaridico 4834 _{presenta caratteristiche chimico-fisiche e dati NMR}

(1_{H e} 13_{C) concordi con quelli riportati in letteratura (vedere parte sperimentale). A tal}

scopo bisogna precisare che l’analisi degli spettri NMR dei prodotti ottenuti in questa tesi, pur permettendo un’immediata identificazione dei sostituenti e, nella maggior parte dei casi, una facile identificazione della struttura, presenta delle difficoltà quando si tenti una interpretazione completa dei segnali protonici piranosici, risuonanti tutti in una zona assai ristretta. Le sovrapposizioni casuali, infatti, ricorrono spesso negli spettri dei monosaccaridi e quasi sempre in quelli dei disaccaridi. Gli spettri protonici comunque consentono un facile controllo della presenza dei gruppi dimetilacetalici e degli acetali diossolanici in quanto, i singoletti relativi ai C-metilici e ai metossili sono facilmente individuabili per la loro intensità. I segnali relativi ai C-metilici dell’anello diossolanico cadono nella zona tra δ 1.50 e 1.30, mentre quelli relativi ai metossili a δ 3.0-3.5. Generalmente la combinazione di esperimenti NMR mono (1_H, 13_{C) e bidimensionali}

(COSY, HSQC, DEPT-135) oltre a permettere l’attribuzione della quasi totalità dei segnali presenti negli spettri protonici contribuiscono a determinare la struttura e la stereochimica di tutti i prodotti ottenuti in questa Tesi.

Nel caso del derivato enoletereo 48 la presenza nello spettro protonico di singoletti slargati a δ 4.81 e 4.61, integranti ciascuno per un protone, attribuibili ai protoni H-6'a e H- 6'b e l’assenza del segnale relativo al protone H-5', confermano la presenza del doppio legame in posizione 5',6'. Lo spettro 13_{C, anch’esso concorde con la struttura di 48,}

presenta, oltre a tutti i segnali della molecola, due segnali a δ 98.5 e 152.7, che attraverso un esperimento DEPT-135 sono attribuiti rispettivamente ai carboni olefinici C-6' e C-5'.

La presenza del gruppo benzilico è evidenziata da un multipletto a δ 7.38-7.26, integrante per 5 protoni aromatici e da un sistema AB nella zona tra δ 4.75-4.83 (JA,B 11.7 Hz),

integrante per 2 protoni ed attribuibile al metilene benzilico. E’ da notare che, mentre nell’alcol benzilico i due protoni del CH2 sono equivalenti e quindi si presentano come un

unico singoletto, quando il gruppo benzilico è legato ad un composto chirale questa equivalenza scompare in quanto tali protoni risultano diastereotopici essendo influenzati in maniera differente dalla chiralità e questo può dar luogo a due segnali con chemical shifts differenti accoppiati tra loro, cioè a due doppietti tipici del sistema AB.

La preparazione del derivato 1,5-dicarbonilico 49 a partire dall’enoletere 48 si basa sulla reattività della funzione enoleterea verso l’addizione di acqua secondo Markovnikov ed è stata realizzata trattando l’enol etere 48 con acido trifluoroacetico acquoso che permette di effettuare in un unico step sia l’addizione di acqua al doppio legame che la rimozione dei gruppi protettivi acetalici presenti nella struttura (Schema 9) con formazione di D-glucosio libero, facilmente separabile dal dicarbonilico 49 per semplice ripartizione

CH2Cl2-H2O. La reazione di 48 con TFA in CH3CN e H2O (4:1), ha fornito, dopo 17 ore a

temperatura ambiente, un grezzo che, ripartito tra H2O e CH2Cl2, permette di isolare il

composto dicarbonilico 49 sufficientemente puro da essere utilizzato come tale ai fini delle nostre applicazioni sintetiche, oppure analiticamente puro, attraverso una flash cromatografia, con una resa dell’85% a partire da 48. E’ da notare che, se cromatografato, il dicarbonilico 49 può essere conservato per mesi a -18°C e al riparo dell’umidità.

Schema 9 O O O O O (MeO)2HC O O O OBn O O H CH3 CHO OH OBn O O O O O (MeO)2HC O C H3 O O OBn OH 48 49 (85%) TFA CH3CN-H2O + D-glucosio TFA CH3CN-H2O

Decisamente delicato è il problema dell’interpretazione dei dati NMR dei monosaccaridi dicarbonilici, di cui, rispetto ai semplici aldosi e chetosi sono riportati pochi studi.35 _{Mentre per i monosaccaridi con un solo gruppo carbonilico le forme tautomeriche}

da considerare sono essenzialmente 6: due forme piranosiche, due furanosiche, la forma a catena aperta ed il suo idrato, molto più complessi sono gli equilibri tautomerici di monosaccaridi dicarbonilici (chetoaldosi diulosi), a causa delle complicazioni derivanti

dalla formazione di molte specie tautomeriche coinvolgenti l’uno o l’altro o ambedue i gruppi carbonilici.

Nel caso del 2-O-benzil-6-desossi-L-arabino-esos-5-ulosio (49) l’equilibrio

tautomerico è relativamente semplificato dall’assenza dell’ossidrile in posizione 6 che riduce il numero dei tautomeri possibili. Si possono, tuttavia, ipotizzare, senza considerare le possibili forme chetoniche idrate otto tautomeri illustrati nello Schema 10.

Oltre alla forma aciclica 49 e al relativo idrato 50, sono infatti possibili i 4 anomeri piranosici 51 derivanti da emiacetalizzazione di un ossidrile del gruppo gem-diolico di 50 sul carbonile libero residuo e i 2 anomeri furanosici 49αααα e 49ββββ derivanti da emiacetalizzazione fra l’OH in 4 ed il gruppo aldeidico. Gli spettri 1_{H e} 13_{C-NMR del 6-}

desossi-5-chetoladoso 49, registrati in CDCl3, risultano abbastanza semplici; la miscela

tautomerica è costituita esclusivamente dalle forme furanosiche 49αααα e 49βββ (vedi parte β sperimentale) in rapporto 8:2 calcolato sulla base delle altezze relative ai segnali dei carboni C-1 a δ 101.6 e 97.3 assegnati sulla base del confronto con i valori riportati per i tautomeri 49α,βα,βα,β riportati in letteratura.α,β 35c

Schema 10 O OH O CH₃ OH OBn OH O H CH₃ O O H O H OBn O O H O H CH₃ OBn CHO O O H O H CH₃ OBn CH(OH)₂ O OH O CH₃ OH OBn 49αααα 50 + H₂O 51 49 49ββββ

L’assenza di forme piranosiche del tipo 51 può essere giustificata dal fatto che gli spettri sono stati registrati in assenza di acqua ma anche registrando gli spettri in CD3CN

sia anidro che contenente D2O la composizione della miscela tautomerica resta

sostanzialmente invariata e il tautomero 51 e presente all’equilibrio come prodotto minoritario