Advances in the synthesis of aminopyran-based carbohydrate mimetics and their evaluation as selectin inhibitors

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Darstellung neuer enantiomerenreiner multivalenter Kohlenhydratmimetika und die Evaluierung ihre Aktivität als potentielle Selektin-Inhibitoren. Der zentrale Baustein wurde ausgehend von einer zuvor etablierten Methode aus lithiiertem 2-(Trimethylsilyl)ethoxyallen und einem chiralen von D-Glyceraldehyd abgeleiteten Aldonitron synthetisiert. Das erhaltene 1,2-Oxazin wurde durch eine stereoselektive Lewis-Säure-induzierte Umlagerung in ein bicyclisches Keton umgewandelt, welches dann in zwei direkten Schritten in das Kohlenhydratmimetika übergeführt wurde: die Reduktion der Carbonyl-Gruppe und die anschließende Spaltung der N-Benzyl- und der N-O-Bindungen liefert ein Aminopyran. In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Transformationen mit diesem Schlüsselbaustein durchgeführt, zum Beispiel die Darstellung des entsprechenden stabilen Azidopyrans durch Kupfer- katalysierten Diazotransfer. Durch die freie Aminogruppe und adequate Linker konnte eine Vielzahl von multivalenten Verbindungen durch Schotten-Baumann- Reaktion oder durch reduktive Aminierung dargestellt werden. Zusätzlich wurden unter verschiedenen Reaktionsbedingungen der Huisgen-Meldal-Sharpless-Reaktion Verbindungen mit unterschiedlichem Grad an Multivalenz synthetisiert. Dabei wurden verschiedene Aspekte zum Einfluss auf multivalente Bindungen in Betracht gezogen, zum Beispiel Linkerlänge, Symmetrie und die Anzahl der Pyran-Liganden. Als letzten und anspruchsvollsten Schritt wurden einige der Kohlenhydratmimetika erfolgreich polysulfatiert und dann mit oder ohne Sulfatgruppen in Surface-Plasmon-Resonance- (SPR) Inhibitions-Untersuchungen als Selektin Inhibitoren getestet. Die untersuchten Verbindungen zeigten IC50-Werte im mikro- bis nanomolarem Bereich (für L- und P-Selektin), was viel versprechende Ergebnisse für niedervalente Konjugate sind. Zusammenfassend wurde eine direkte Syntheseroute für neue multivalente Kohlenhydratmimetika verwirklicht und erste Resultate der SPR-Inhibitions-Untersuchungen gaben Hinweise für die weitere Entwicklung von Selektin-Inhibitoren.

The aim of this dissertation was the development of new enantiopure multivalent carbohydrate mimetics and their study as potential selectin inhibitors. The main building blocks have been synthetized following a previously established synthetic route, starting from lithiated 2-(trimethylsilyl)ethoxyallene and a chiral D-glyceraldehyde-derived aldonitrone. The obtained 1,2-oxazine undergoes a stereoselective Lewis acid- promoted rearrangement leading to a bicyclic ketone which can be transformed into the corresponding carbohydrate mimetic with two straightforward steps: reduction of the carbonyl group followed by the cleavage of the N-benzyl and N-O bonds leads to an enantiopure aminopyran derivative. In the present work several transformations were made from this key building block including the conversion to the corresponding stable azidopyran prepared by a copper- catalyzed diazotransfer. Using the amino group and choosing adequate linkers, a library of multivalent compounds was prepared via Schotten-Baumann reaction or reductive amination. Additionally, different conditions for the Huisgen- Sharpless-Meldal cycloaddition were used to synthesize carbohydrate mimetics with different degrees of multivalency. In this approach, aspects that can influence multivalency binding were considered as linker length, symmetry and number of pyran ligands. As final and most challenging step, some of the obtained carbohydrate mimetics could successfully be polysulfated and tested with and without sulfate groups in a surface plasmon resonance (SPR) inhibition assay as potential selectin inhibitors. The tested compounds showed IC50 values from micro- to nanomolar range (for L- and P-selectin), which are promising results for such conjugates. Overall, a straightforward synthetic route towards new multivalent carbohydrate mimetics was developed and the first results were obtained from the SPR inhibition assays providing some leads to further development of selectin inhibitors.