Diss. ETH Nr. 17335
Part I Chemical Synthesis of Biologically Active Glycolipids
Part II Solution Phase and AutomatedSolid Phase Synthesis of
-
-
Complex Oligosaccharides
A dissertation submitted to the
EIDGENÖSSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZÜRICH
for the degree of
DOCTOROF NATURALSCIENCES
presented by
Simone Bufali
Dipl. Chem.
Universitä degli Studi di Perugia, I
born 21.11.1975
Citizen of Italy
accepted on the recommendation of
Prof. Peter H. Seeberger,examiner
Prof. Donald Hilvert, co-examiner
Zürich 2007
ABSTRACT
The
pivotal
role played
by carbohydrates in a numerous
starting to
be
processes is
appreciated.
processed biosynthetically
into
A
relatively
large variety
a
of
and diverse ränge of biological
small
pool
of monosaccharides is
oligo-
and
Polysaccharides. Each
monosaccharidehas a high content of stereogenic centers and up to five different sites for
linear
or
translated into
analysis
elongation.
branched chain
a
great
of natural
diversity
of
This
biological
carbohydrates
are
high
roles in
living organisms. Purification
sources are
often the
biological
role. The chemical
choice to
supply these
biomolecules
potential of carbohydrates is
increasing variety
now
purity
of the material isolated
limiting factor in studies designed
synthesis
or
and
crucial processes in the identification of their
chemical structure. However, the small amounts and the
from biological
information is
content of chemical
of a
to
elucidate their
given carbohydrate structure is the method of
their analogs in useful quantities. The
therapeutic
being harnessed, and the requirement of a continuously
of chemically pure
Compounds solicits
the
development of efficient
synthetic methodologies.
The research presented in this Thesis focuses on the total
synthesis
glycolipids (Part I)
analogs
Oligosaccharides(Part II).
such
as
the
synthesis
and the chemical
of
of naturally
of
occurring
biologically
active
Several different types of structures, ranging from glycolipids
glycosphingolipids
pyrophosphates (Chapter 2),
to
the
GSL-4
(Chapter 1)
and
glycosyl polyisoprenyl
a-dystroglycan Oligosaccharides 4.T
4), have been prepared (vide infra).
V
to 4.6
(Chapter
io^VH
HO^ OH
HO¬
HO
HOUM
HO,OH
HO-
HO
HO —r\~0
HO
un
HO l
aorß
/
^
OH
HO-W*A
HO,1
HO~r-i-Q
HOH3N*
O
HO-
HO—A-Q,
HO-*--fA
cpO"
H^ H^C"Ha
HO
COOH
I
Hol
^CnH?-
GSL-4A
?
„
_
GSL-4B
|0/0H
HO
HO OH
O
HO
AcHN
HO
HO
AcHN
HO
OH
;oOp-0-.p/.0H
I
ArHN
AcHN
J7
O
'-0H
II
0
o
GalNAc-a(1,3)-GlcNAc-PP-Und
3-A,0
HO^, OH
HO¬
HO— \— „0H
AcHN
:HN r~
•
"
4.2
4.3
HO^OH
^H°0^l°o
HO
HO
HO
Ä2-H°0
HO
HS^
4,4
O.
HQ^-OH
HO
AcHN
H0HO-
AcHN
AcHN
U
HS.
AcHN
4.1
HO¬
HO
HO¬
HO^o
HO--\VlO
HO-
HO-
HO—xA—Q
HO-
HO¬
HO
HO-
^
O
II
GalNAc-a(1,3)-GlcNAc-PP-Farn
HO-
AcHN °I
HO
U
HS..
O,
X)
HS.
O.
4.5
Ov
4.6
Moreover, methods for rapid access and Screening of complex Oligosaccharides have
been
investigated.
In
particular
the automation
VI
protocol
has been
applied
in the
preparation of heparin fragments
and
a new
bead'
UV active
monitoring
such
as
3.8
hydroxyl protecting group (NSEC) has
of the reaction progress
biological activity
(vide infra) on solid support (Chapter 3),
been developed for the 'on
(Chapter 5). Finally,
has been demonstrated
the
rapid Screening of
employing microarray technology
immobilization of a-dystroglycan Oligosaccharides4.1 to 4.6 on
glass slides (Chapter 4).
<°Ve0^°Bn0J
£j^0lCy^%°^>^o^r
<
MBo2Cj^PBn o-^v/%l>o/ N^
AcO^
Bn0^%i>0^^/Bn0
Oac
oac
,0
P'VO
BnO
f
AcO
3.B
o
„ONSEC
.ONSEC
BnO"
BnO
OBu
,0-V^-O
n0J—^.O.pCoBu
BnO"
Bi
OBz
OBz I
BnO'
5.21
VII
for the
RlASSUNTO
II ruolo determinante che i carboidrati
Processibiologici
assumono
in
un'ampia e
diversificata gamma di
cominciandoad essere apprczzato. Una serie relativamente piccola
sta
di monosaccaridi viene processata biosinteticamente per la formazione di
varietä di
oligo-
stereogenici
senso
una
e
polisaccaridi. Ogni
e
fino
a
monosaccaride ha
cinque diversi punti di allungamento
un
larga
alto contenuto di centri
della catena saccaridica, sia in
lineare che ramificato. L'alto contenuto di informazione chimica viene tradotto in
larga
diversitä di attivitä
biologiche negli organismi
l'analisi di carboidrati naturali
sono
struttura chimica. Tuttavia la limitata
biologiche sono
biologico.
La
sintesi chimica di
carboidrati sta per
essere
continuamente crescente di
metodologie
o
una
i loro
viventi. La
operazioni cruciali per
l'identificazione della loro
negli
studi dedicati alla delucidazione del ruolo
dato carboidrato rimane il metodo di elezione per
analoghi in quantitä
tradotto in
uso
pratico
utili. II Potenzialeterapeutico dei
e
la richiesta di
e
una
varietä
composti chimicamentepuri sollecita lo sviluppo di efficienti
di sintesi.
II lavoro presentato in questa Tesi si focalizza nella sintesi totale di
(Parte I)
purificazione e
quantitä e la purezza del materiale isolabile da fonti
spesso fattori limitanti
fornire queste biomolecole
II).
una
nella sintesi chimica di
Sono stati
preparati
diversi
analoghi di oligosaccaridi biologicamente
tipi
di strutture, andando dai
attivi
(Parte
glicosfingolipidi
GSL-4
glicosil poliisoprenil pirofosfati (Capitolo 2) agli oligosaccaridi
dell'a-
(Capitolo 1)
e
distroglicano
4.1 4.6 (vedi
i
glicolipidi naturali
-
sopra).
VIII
Inoltre sono stati esaminati metodi per il
il loro
Screening biologico.
applicato
alla sintesi
su
In
rapido accesso a oligosaccaridi complessi
particolare
e un nuovo
rapido Screening
tecnologia microarray
dell'a-distroglicano
automatizzazione
e
per
stato
struttura 3.8
gruppo protettivo per l'idrossile (NSEC), attivo
all'UV, e stato prodotto per il monitoraggio
Inline il
protocollo di
supporto solido di frammcnti di eparina come la
(vedi sopra) (Capitolo 3),
5).
il
e
di attivitä
'on bead' del
biologica
per l'immobilizzazione
4.1 4.6 (Capitolo4).
-
IX
e
su
corso
stato
della reazione (Capitolo
dimostrato
vetrino
impiegando la
degli oligosaccaridi