Синтез
полисахаридов
§ I Н.К. Кочетков
Г
Он
И
cd.
о
Я
Ч
О
и
со
н
И
К
U
о
|5 Ш «НАУНА»

российская академия наук
ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО
Н.К. КОЧЕТКОВ
СИНТЕЗ
ПОЛИСАХАРИДОВ
МОСКВА "НАУКА'
19 9 4

ББК24.:
К 76
УДК 547.458:547.057
Рецензенты
профессор, доктор химических наук Э.Е. Нифантьев
профессор, доктор химических наук В.Н. Шибаев
Кочетков Н.К.
К 76 Синтез полисахаридов. - М.: Наука, 1994. - 219 с. Ил.
ISBN 5-02-001^57-'
В монографии впервые в мировой литературе обобщен материал по химическому
синтезу полисахаридов регулярного строения с описанием соответствующих методов
создания гликозидной связи и основанных на этом процедур поликондеисации и
полимеризации. Решающие успехи в этой области достигнуты в лабораториях нашей
страны и основаны на развитии метода тритил-цианоэтилиденовой конденсации,
разработанного в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Это
позволило впервые синтезировать полисахариды сложного строения, в том числе
природные полисахариды микроорганизмов. Наряду с этим освещены и другие
подходы к синтетическим полисахаридам, развитые в других лабораториях.
Для специалистов в области химии, биохимии, иммунохимии и биотехнологии
углеводов, а также в области тонкого органического синтеза и синтетической
органической химии
„ 1705000000-186 ,„„„, , „„„,..,
К 042(02)-94— 197"94'1 полугодие ББК 24.2
Kochetkov N.K.
The synthesis of the polysaccharides. - Moscow: Nauka, 1994. - 219 p.
In this monograph the all modern data concerning the chemical synthesis of different
regular polysaccharides are summarised as well as appropriate synthetic procedurs dealing with
the formation of glycosidic bond together with the polymerisation and polycondensation
methodes are described.
The key successes in this field have been achieved in the laboratories of our country and
are based on the trityl cyanoethylidene condensation method designed and developed in
N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry. This allowed for the very first time to
accomplish the chemical synthesis of complex polysaccharides including the natural microbial
polysaccharides.
The other approaches to the synthetic polysaccharides developed in other laboratories are
also presented.
ISBN 5-02-001857-0 © Н.К. Кочетков, 1994
© Российская академия наук, 1994
ПРЕДИСЛОВИЕ
Химия углеводов привлекает в настоящее время большое внимание
ученых самого различного профиля в связи с той ролью, которую
природные соединения этого класса играют в жизнедеятельности клетки, и
благодаря их огромному техническому значению. Особое место
занимают при этом высокомолекулярные углеводсодержащие соединения -
полисахариды и другие углеводсодержащие биополимеры, например
гликопротеины.
Этот интерес к химии, биохимии и биотехнологии углеводсодержащих
биополимеров нашел свое отражение в бурном развитии синтетической
химии этого класса органических веществ. Органический синтез является
необходимой составной частью общего физико-химического и
биологического исследования биополимеров, как это хорошо известно из истории
развития работ по белкам и нуклеиновым кислотам.
Предлагаемая читателю книга в монографической форме суммирует
данные по синтезу полисахаридов, известные в мировой литературе до
настоящего времени. Основной вклад в эту область органического
синтеза сделан сотрудниками лаборатории химии углеводов Института
органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, где удалось разработать
наиболее общие подходы к синтезу этих очень сложных по структуре
соединений и осуществить синтез первых представителей природных
полисахаридов, отличающихся высокой и специфической биологической
активностью. Материал, представленный в монографии, дает
возможность проследить всю логику развития исследования: разработку
базовых реакций, изучение их условий, механизма, границ применимости и,
наконец, использование их для целенаправленного синтеза нужных
структур.
Наряду с исследованиями, проведенными в лаборатории химии
углеводов, в книге нашли адекватное отображение исследования,
осуществленные и в других научных центрах и опубликованные до 1993 г.
включительно, что дает возможность читателю получить представление о
современном состоянии проблемы.
Автор этой монографии имел неповторимую возможность работать
в течение многих лет в замечательном коллективе единомышленников.
Высококвалифицированный и самоотверженный труд моих друзей-с-
трудников и сделал возможным выполнение исследований, суммирован-

ных в этой книге. И я навсегда благодарен всем, принимавшим и еще
принимающим участие в этой работе, за то счастье, которое они мне
доставили за долгие годы совместной работы.
Особую благодарность заслуживают Е.Е. Трусихина и А.В. Демченко
за огромную помощь по оформлению рукописи этой книги, которое
потребовало не только высокой квалификации, но и подлинного
энтузиазма.
Глава 1
ВВЕДЕНИЕ
Отличительной чертой, характеризующей выдающиеся успехи
органической химии за последние десятилетия, несомненно, является бурное
развитие структурной и синтетической химии биополимеров. Оно шло
одновременно с общим развитием естествознания во второй половине этого
века, созданием новых концепций, касающихся процессов
жизнедеятельности клетки, и становлением новой, молекулярной биологии. Блестящие
успехи химии и биохимии белков и нуклеиновых кислот оставили на
некоторое время в тени исследования третьего важнейшего класса
биополимеров - .полисахаридов - и других природных полимерных молекул,
содержащих фрагменты сложных углеводных цепей, в первую очередь
гликопротеинов.
В течение многих лет традиционно считалось, что углеводные
соединения в живой клетке, растительной, микробной или животной, играют
роль конструкционного материала (целлюлоза, хитин) или
энергетического резерва (крахмал, гликоген) и не несут каких-либо специфических
биологических функций. Одновременно отдавалось должное и
техническому значению простейших полисахаридов, прежде всего целлюлозы как
дешевого источника полусинтетических полимерных материалов, и
крахмала как пищевого сырья.
Однако постепенно появились данные о гораздо более специфической
роли полисахаридов в жизнедеятельности клетки. Одно из первых и
наиболее ярких свидетельств такого рода было получено в начале 50-х годов
при исследовании структуры и функции полисахаридов внешней
мембраны клетки грамотрицательных бактерий, когда была
засвидетельствована высокая специфичность этих сложных и разнообразных по
структуре полисахаридов, выполняющих роль антигенов указанных
микроорганизмов [1]. Последующий, быстро нарастающий поток такого
рода информации привел к тому, что в настоящее время уже не остается
никакого сомнения в том, что представители огромного по структурному
разнообразию класса полисахаридов и других углеводсодержащих
биополимеров, наряду с простейшими функциями скелетной основы и
энергетического резерва, несут в клетке и многочисленные биологические
функции, отличающиеся высокой специфичностью. Хотя исследования в
этой новой, но быстро развивающейся области, по-настоящему только
еще разворачиваются, уже сейчас ясно, что особенно ярко специфическая
роль углеводных биополимеров проявляется в таких биологических
актах, которые определяются характерными структурами,
локализованными на поверхности клетки.
Сюда относятся прежде всего процессы, связанные со взаимодействием
5

клетки с внешней средой или с другими клетками, многочисленными
внеклеточными соединениями и комплексами. Так, показана и широко
исследуется роль углеводсодержащих полимеров в межклеточных
взаимодействиях [2, 3], в дифференциации клеток [3-6], в формировании
многоклеточных систем [6], в развитии злокачественных новообразований [3, 6, 7],
в процессах оплодотворения [8] и т.д. Известна роль полисахаридов во
взаимодействии микробной клетки с фагами [9], с антителами
(иммуноглобулинами) различного класса [10], что находит свое выражение, в
частности, в специфических серологических реакциях микроорганизмов.
Имеются сведения о том, что углеводные цепи гликопротеинов и глико-
липидов участвуют в ряде случаев в процессе узнавания при
специфических рецепторных взаимодействиях (см., например, [11]) и в передаче
сигналов через мембрану [12]. К этому нужно добавить, что гораздо яснее
стала специфическая роль углеводных цепей в формировании
пространственной структуры многих ферментов и гормонов белковой
природы, в транспорте и выведении из клетки ряда гликопротеинов и т.д.
(см. обзор [13]).
Следует подчеркнуть, что такая роль углеводсодержащих
биополимеров - прямое следствие их гидрофильной природы, соответствующей
водной среде, в которой обитает клетка и происходят ее трансформации.
Исследования специфической роли углеводсодержащих биополимеров
являются в настоящее время одной из "горячих точек" современной
биохимии и родственных научных дисциплин, объединенных ныне под общим
названием "наука о жизненных процессах" ("life sciences").
Исследованиями, посвященными специфической биологической роли углеводов, в
сущности, закладываются основы нового раздела молекулярной биологии
("гликобиология"). В то же время и техническое значение
полисахаридов в последние годы осознано еще глубже, поскольку они
являются практически неограниченным источником дешевого
самовоспроизводящего углеродного сырья [14]. Наряду с развитием химии новых
полимерных материалов на основе целлюлозы [15] и хитина [16], процессов
переработки крахмала [17] и других доступных полисахаридов появились
принципиально новые экономичные и эффективные процессы
биотехнологии, основанные на использовании дешевого и доступного углеводного
сырья [18]. Особенно широко изучается сейчас техническое
использование микробных полисахаридов в крупных промышленных масштабах.
Одной из наиболее перспективных областей их применения можно
считать, например, использование в нефтедобывающей
промышленности, где они, в частности, оказались эффективным средством для
повышения отдачи нефтенесущих пластов.
Все это привело к бурному росту исследований, посвященных химии и
биохимии углеводов, к созданию новых концепций, принципов и методов
их изучения и, разумеется, к развитию соответствующих разделов
синтетической химии.
Одним из новых направлений здесь является широкое использование
полифункциональной молекулы моносахаридов как исходного материала
в тонком органическом синтезе, в особенности в синтезе сложных
природных соединений, содержащих хиральные центры. Это направление
6
связано с развитием химии моносахаридов, изучением их многочисленных
трансформаций, позволяющих превращать их в хиральные синтоны
практически любой степени сложности; оно освещено в ряде монографий
[19.201.
Однако важнейшее направление синтетической химии углеводов,
которое особенно широко и успешно развивается в последние два
десятилетия, направлено на получение олиго- и полимерных систем,
являющихся природными биополимерами, их фрагментами или их структурными
аналогами. Работа в этом направлении была начата 15-20 лет тому назад
с синтеза фрагментов некоторых микробных полисахаридов (см.,
например, [21-23]) и углеводных цепей гликопротеинов (см., например, [24—26]).
Они были тесно связаны с разработкой новых методов создания глико-
зидной связи и с развитием представлений о ее химических и физико-
химических особенностях. В настоящее время синтез олигосахаридов -
фрагментов природных полисахаридных цепей - представляет собой
самостоятельный и сложный, быстро развивающийся раздел
органического синтеза, который характеризуется блестящими успехами.
Естественным следующим этапом в развитии этого направления
явился синтез самих полимеров, т.е. полисахаридных цепей. Эти исследования,
отмеченные к настоящему времени первыми успехами - синтезом ряда
полисахаридов, в том числе и сложных по строению природных
полисахаридов микробного происхождения, и являются предметом настоящей
моногоагЬии.
ЛИТЕРАТУРА
\Jann К . Weslphal О II The antigens. N.Y.: Acad, press. 1975. Vol. 3. P. 1-125.
2. Huges R.C. II Essays Biochem. 1975. Vol. 11, N 1. P. 1-45.
3. Hakamori S. II Ann. Rev. Biochem. 1981. Vol. 50. P. 733-764.
4. Hakamori S. II Sci. Amer. 1986. Vol. 254. P. 44-49.
5. Taki Т., Handa Sh. // Trends Glycosci. Glycotech. 1990. Vol. 2, N 5. P. 182-189.
6. Fender.wn B.A.. Eddy EM., HakamoriS. // BioEssays. 1990. Vol. 12. P. 173-179.
7. Hakamori S. II Cancer Res. 1985. Vol. 45. P. 2405-2431.
8. Deangelis PL, Glale Ch.G. // Trends Glycosci. Glycotech. 1991. Vol. 3, N 14. P. 406-413.
9. Lindners A.A., Wollin R., Bruse G et al. // ACS Symp. Ser. 1983. Vol. 231. P. 83-104.
10. Bishop СТ., Jennings HJ. The polysaccharides / Ed. G. Aspinall. N.Y.: Acad, press, 1982.
Vol. 1. P. 291-330.
11. Receptors in cellular recognition / Ed. K. Gorczinsky. N.Y.: Acad, press, 1987. P. 214-256.
12. Tamer M.C., Dean J.W., Chandrasekaran S. II Trends Glycosci. Glycotech. 1991. Vol. 3.
N 13. P. 302-314.
13. Blithe D.L. // Ibid. 1993. Vol. 5, N 22. P. 81-98.
14. Yalpani M. Industrial polysaccharides. Amsterdam: Elsevier. 1987. 570 p.
15. Marchassault R., Sundararajan P. The polysaccharides / Ed. G. Aspinall. N.Y.: Acad, press.
1983. Vol. 2. P. 12-90.
16. Proceeding Second International conference "Chitin and Chitosan" / Ed. S. Hirano, S. Tokura.
Sapporo (Japan), 1982. 254 p.
17. Whistler R.L., BeMiller J.N., Paschal E.F. / Starch: Chemistry and technology. Odando: Acad.
Press, 1984.470 р.
18. Biomedical and biotechnological advances in industrial polysaccharides / Ed. V Crescen.si.
J-C.M. Dea et al. Amsterdam: Gordon Breach Science, 1988.
19. Кочетков Н.К., Свиридов А.Ф., Ермоленко М.С. и др. Углеводы в синтезе поисилных
соединений / М.: Наука. 1984. 288 с.

20. Hanessian S. Total synthesis of natural products: Chiron approach. Oxford' N Y • Pereamon
press, 1983.315 p. " ъ
21. Kocheikov NJC., Dmitriev В A., Chizhov OS. et al. // Carbohydr. Res. 1974 Vol 33 N 2 C5-
C7. • • , •
22. Kocheikov N.K., Malysheva N.N., Torgov VI. et al. // Ibid. 1977. Vol. 54, N 2. P. 269-274.
23. Kocheikov N.K., Torgov V.I., Malysheva N.N. et al. // Tetrahedron. 1980. Vol 36 P 1099-
1105,1227-1230. ' '
24. Lemieux R.U. II Chem. Soc. Rev. 1978. Vol. 7. P. 423^48.
25. Paulsen H., Bunsch A. // Carbohydr. Res. 1982. Vol. 100. P. 143-167.
26. Paulsen H. // Chem. Soc. Rev. 1984. Vol. 13. P. 15-38.
Глава 2
ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА ПОЛИСАХАРИДОВ
Синтез полисахаридов потребовал развития подходов, принципиально
отличающихся от синтеза олигосахаридных систем, что и позволило
осуществить, вслед за синтезом белка и нуклеиновых кислот, первые
синтезы этих биополимеров.
Возникающие при этом проблемы обусловлены непосредственно
особенностями самой структуры природных полисахаридов, которые
существенно отличаются по принципу своего построения от белков и
нуклеиновых кислот. При всем необъятном разнообразии природных полисаха-
ридных структур их легко разделить на два основных класса, различие в
архитектонике которых непосредственно вытекает из различных путей
их биосинтеза в клетке. Огромное количество природных полисахаридов
содержат цепь, состоящую из нерегулярной последовательности
различных моносахаридных звеньев. В этом смысле они подобны белкам и
полинуклеотидам, хотя сложность их структуры многократно
увеличивается благодаря возможности разнообразных разветвлений
практически по любому из полифункциональных моносахаридных звеньев
полимерной цепи. Полисахариды этого типа можно обозначить как
полисахариды нерегулярной структуры (или, просто, "нерегулярные
полисахариды"); к ним относятся, прежде всего, полисахариды растительного
царства.
Другой, не менее обширный класс полисахаридов характеризуется
более упорядоченной структурой. Полимерная цепь этих полисахаридов
состоит из одинаковых моно- или олигосахаридных звеньев, которые
связаны между собой вполне определенной и идентичной регио- и сте-
реооднозначной гликозидной связью, причем эти звенья регулярно
повторяются вдоль всей полисахаридной цепи. К этому типу
полисахаридов, которые могут быть названы полисахаридами регулярной
структуры (или, просто, "регулярные полисахариды"), относятся
многочисленные полисахариды, входящие в состав комплексов, находящихся во
внешней мембране микробной клетки, полисахариды микробных капсул
и, по-видимому, большинство продуцируемых микроорганизмами экзо-
полисахаридов. К этому классу принадлежат также многие полисахариды
водорослей, некоторые полисахариды наземных растений, полисахариды
соединительных тканей животных. Подробные сведения о структуре
природных полисахаридов различного происхождения можно найти в
капитальной монографии [1].
Простейшим типом регулярных полисахаридов являются
полимеры, состоящие из одних и тех же моносахаридных звеньев,
связанных одинаковой в регио- и стереохимическом смысле гли-
9

козиднои связью
...Sugj - Sugi - Sug; ..., где Sug - моносахаридное звено.
Это гомополисахариды регулярного типа, к которым относятся такие
широко распространенные биополимеры, как целлюлоза, хитин и
некоторые другие полисахариды, играющие роль конструкционного
материала.
Однако несравненно более разнообразны регулярные гетерополисаха-
риды, цепь которых состоит из одинаковых по структуре повторяющихся
олигосахаридных звеньев
...Sug1-Sug2-Sug3-(Sug,-Sug2-Sug3)n-Sug1-Sug2-Sug3...,
где Sug! 2,з _ различные моносахаридные звенья. Эти "стандартные"
олигосахаридные звенья могут содержать от двух до шести-восьми
различных или идентичных моносахаридов, связанных между собой самым
различным образом гликозидными связями.
На первый взгляд, количество возможных структур для таких
регулярных полисахаридов кажется довольно ограниченным, по крайней мере
по сравнению с бесконечным разнообразием структуры белков и
нуклеиновых кислот. Однако это далеко не так, если принять во внимание, что
полифункциональность моносахаридного звена и его стереохимические
различия создают возможности для огромного разнообразия структуры
самого повторяющегося звена. Так, если принять во внимание только
различие типов межмономерной гликозидной связи в повторяющемся
олигосахаридном звене, в том числе и ее стереохимические различия,
оказывается, что дисахариду, состоящему из двух различных гексоз,
могут соответствовать 56 изомерных структур, а трисахариду из трех
различных гексоз - уже 4896 структур. Далее количество возможных
структур для более сложных олигосахаридов возрастает логарифмически,
и уже для окта- и декаолигосахаридов оно становится огромным. Если к
этому добавить, что количество различных по структуре моносахаридов,
обнаруженных в настоящее время в составе природных полисахаридов,
составляет многие десятки и особенно, если принять во внимание
возможность разветвлений в олигосахариде, то потенциальное
разнообразие структуры олигосахаридного повторяющегося звена и,
следовательно, структуры самих регулярных полисахаридов становится
астрономическим. Едва ли, кстати, стоит сомневаться в том, что такое
разнообразие полисахаридов является случайностью или просто капризом
природы. Очевидно, это разнообразие, возникшее в процессе эволюции,
связано с какими-то тонкими и еще далеко не ясными требованиями
клетки, проявляющимися в процессе ее развития и дифференциации.
Особенности строения нерегулярных и регулярных полисахаридов
определяют, естественно, и совершенно различную стратегию при
осуществлении их химического синтеза.
Обсуждая вопрос о синтезе полисахаридов химическими методами,
следует отметить, что простейшим приемом, который приводит к получению
полимерного материала, имеющего физико-химические свойства,
близкие к свойствам полисахарида, является поликонденсация свободных мо-
10
носахаридов или небольших олигосахаридов, не содержащих защитных
групп, под действием протонных или льюисовских кислот. Эта реакция,
обратная реакции гидролиза полисахарида, приводит, естественно, к
чрезвычайно сложной смеси полимерных молекул, в которых возможны
любые типы межмономерных связей и любые последовательности
мономеров в цепи. Это является следствием полифункциональности исходного
мономера и отсутствия контроля за формированием образующихся
межмономерных связей определенного типа. Поскольку получаемые при
этом полимерные материалы, обладающие выраженным гидрофильным
характером, представляют определенный практический интерес, данному
вопросу было уделено значительное внимание. Однако при подобных
синтезах не преследовалась цель получения полисахарида вполне
определенной и однозначной структуры и поэтому имеющийся обширный
материал (см. обзор [2]) не имеет прямого отношения к предмету,
обсуждаемому в этой книге - химическому синтезу полисахаридов заданной
структуры.
Очевидно, синтез полисахаридов нерегулярной, но строго
определенной структуры химическими методами мыслим пока единственным
способом - последовательным наращиванием в полисахаридной цепи
моносахаридных звеньев или получением тем же путем соответствующих,
больших или меньших по размеру, блоков с последующим их
связыванием, используя так называемый блочный метод. Если учесть
разнообразие типов гликозидных связей и, в частности, возникающие
стереохимические проблемы, синтез нерегулярных полисахаридов более или
менее высокой молекулярной массы представляется в высшей степени
трудоемким процессом; скорее всего, практическое его осуществление
потребует каких-то принципиально новых в техническом смысле приемов
и представляется делом будущего.
В связи со сказанным стоит отметить, что в самое последнее время
появились публикации о синтезе олигосахаридов, содержащих до 10-12
моносахаридных звеньев, главным образом олигосахаридных цепей гли-
копротеинов и гликолипидов. Эти многостадийные и очень трудоемкие
синтезы, выполненные последовательным наращиванием цепи моносаха-
ридными остатками или короткими блоками, могут иллюстрировать те
сложности, которые связаны с синтезом нерегулярных по структуре
углеводных цепей (см., например, [3]). Отсюда становится ясным, какие
трудности нужно преодолевать при синтезе углеводных цепей
нерегулярного типа достаточно высокой молекулярной массы.
С другой стороны, синтез полисахаридов регулярного строения,
несмотря на упомянутое выше их огромное разнообразие, выглядит гораздо
более реальным и для осуществления может быть, в принципе,
использовано несколько путей [4].
Использование очевидного подхода - последовательного наращивания
олигосахаридных блоков, содержащих нужные для конденсации
функциональные группы, подобно приему, широко используемому в синтезе
полипептидов и полинуклеотидов, возможно и в этом случае и было
испытано для синтеза нескольких коротких гетерополисахаридных цепей
регулярного типа (см., например, [5, 6]). Однако если учесть сложность
11

синтеза таких блоков и процедуры их последовательного наращивания
для получения полимера с достаточно высокой молекулярной массой,
такой подход представляется очень трудоемким и малоцелесообразным,
хотя может быть использован для синтеза высших олигосахаридов строго
определенной структуры.
Гораздо более рациональная стратегия может состоять, очевидно, в
синтезе предшественника соответствующего по структуре
повторяющемуся звену регулярного полисахарида с последующей его
мультипликацией в полимерную цепь посредством процесса строго направленной
полимеризации или поликонденсации. Именно с получения регулярных
полисахаридов этим путем и началось развитие синтетической химии
полисахаридов.
Этот принцип создания полимерной цепи регулярных полисахаридов
совершенно отличен от стратегии синтеза полипептидной или полину-
клеотидной цепи, где она возникает как результат последовательного
наращивания мономерных звеньев или заранее синтезированных
соответствующих блоков-фрагментов этой цепи. На первый взгляд
кажется, что химический синтез полипептидной или полинуклеотидной
цепи значительно труднее синтеза полисахаридов регулярного строения,
так как требует создания совершенно уникальной последовательности
аминокислот или полинуклеотидов, насчитывающей многие десятки и
даже сотни звеньев. Однако, в действительности, эти две задачи, синтез
пептидов и полинуклеотидов и синтез регулярных полисахаридов, трудно
сравнивать. В чисто химическом плане в первом случае речь идет о
наращивании различных по структуре звеньев с одним и тем же стандартным
типом связи, тогда как для создания полисахаридной цепи нужно в
каждом отдельном случае создавать индивидуальный тип связи каждого
моносахаридного звена в олигосахаридном блоке и затем стандартной, но
совершенно однозначной в химическом смысле процедурой полиме-
ризовать этот сложный по своей структуре блок-мономер,
соответствующий повторяющемуся звену регулярного полисахарида.
Итак, рациональный синтез регулярных полисахаридов включает,
строго говоря, два этапа: 1) синтез повторяющегося звена в виде
производного, структура которого позволяет осуществить далее его
полимеризацию или поликонденсацию и 2) полимеризацию или
поликонденсацию этого предшественника.
Решение первой задачи - синтез производного повторяющегося звена,
пригодного для последующего его превращения в регулярный полимер,
которое может быть производным моносахарида (для синтеза регулярных
гомополисахаридов) или олигосахарида (для синтеза регулярных гетеро-
полисахаридов, состоящих из повторяющихся звеньев), относится, в
сущности, к синтетической химии моно- и олигосахаридов и решается
имеющимися в этой области приемами. В процессе синтеза регулярных
полисахаридов использование тех или иных методов зависит от
поставленной конкретной задачи и будет рассмотрено в этой монографии в
соответствующих разделах.
Однако узловым и специфическим моментом для успешного синтеза
регулярного полисахарида является второй этап - превращение мономе-
12
ра - моно- или олигомерного предшественника - в полимер. В принципе,
такой переход может быть осуществлен с использованием химических
или биохимических подходов. Первый из них основан на процессе
полимеризации или поликонденсации должным образом построенных
мономеров под действием соответствующих инициаторов. Второй
использует для получения регулярного полимера ферменты - полимеразы,
осуществляющего полимеризацию соединения, структура
которого соответствует предшественнику биосинтетического процесса,
причем это соединение может быть получено и путем химического
синтеза.
Первый, чисто химический путь синтеза регулярных полисахаридов
разработан гораздо детальнее и использован значительно шире, тогда как
второй подход, который может быть назван химико-ферментативным
синтезом, также в настоящее время известен, но еще недостаточно
широко исследован, хотя и служит важным дополнением чисто химического
синтеза. Основное содержание этой монографии будет посвящено
химическому синтезу, хотя в конце будут сообщены данные и по химико-
ферментативному синтезу.
2.1. Полимеризация и поликонденсация
химическими методами
Синтез полисахарида, строго регулярного по своей структуре,
предполагает, что его полимерная цепь должна быть построена полностью
регио- и стереорегулярно, т.е. все моносахаридные звенья в полимерной
цепи должны быть расположены в строго определенном порядке, каждое
из которых связано гликозидной связью того же типа, как и все
остальные звенья данного моносахарида, включенные в полимерную
цепь. При этом важно подчеркнуть, что речь идет об однозначности меж-
мономерных гликозидных связей как в регио-, так и стереохимическом
отношении.
При синтезе соответствующих олигосахаридов, даже достаточно
сложных по своей структуре, эта регулярность достигается использованием
стандартных методов, известных из синтетической химии Сахаров; хотя в
отдельных случаях эта задача достаточно сложна и трудоемка, однако в
настоящее время вполне разрешима. Существенным моментом здесь
является то, что для выделения и очистки олигосахаридов до полностью
индивидуального состояния может быть применена хорошо
разработанная хроматографическая техника, что позволяет отделить целевой
продукт от примеси изомеров, образующихся в процессе синтеза.
Совершенно иная ситуация возникает, когда речь идет о
полимеризации или поликонденсации углеводных мономеров, которая также
должна обеспечивать полную регио- и стереоспецифичность межмоно-
мерных гликозидных связей в образующейся полисахаридной цепи. Ясно,
что возникающие в ходе этого процесса новые гликозидные связи между
повторяющимися звеньями, моно- или олигосахаридными, должны быть
также полностью регио- и стереооднозначными.
13

Региоспецифичность этих вновь образующихся гликозидных связей
может быть, как правило, достаточно надежно обеспечена временной
защитой гидроксильных групп мономера, которая оставляет свободной
или должным образом функционализированной лишь единственную гид-
роксильную группу; последняя включается в новую гликозидную связь,
возникающую в процессе полимеризации. Введение такой избирательной
защиты часто бывает трудоемкой процедурой, которая, однако, связана
лишь с чисто техническими трудностями.
В то же время такая же полная регулярность требуется и для
стереохимии вновь образующихся в процессе полимеризации или
поликонденсации гликозидных связей, т.е. процесс полимеризации или
поликонденсации должен обеспечивать и полную стереоспецифичность образования
этих связей. Нужно при этом подчеркнуть, что нарушение регио- и
стереоспецифичности образования гликозидной связи даже в одном
единственном звене полимера приводит к нарушению общей
регулярности образовавшейся полисахаридной цепи. В результате этого может
возникнуть сложная смесь очень близких по структуре, но различных
полимерных молекул, которые из-за относительно высокой
молекулярной массы уже не могут быть разделены никакими современными
методами для получения индивидуального вещества. Результатом является
образование нерегулярного полимера, который отличается своими физико-
химическими свойствами, а следовательно, и биологической
специфичностью, от соответствующего полисахарида регулярного
строения.
Таким образом, важнейшим условием реакции полимеризации или
поликонденсации, которая может быть использована как основа для
получения строго регулярного полимера, является ее полная
стереоспецифичность.
Первичным актом того или иного процесса полимеризации или
поликонденсации, предназначенного для генерации полисахаридной цепи,
является создание гликозидной связи между мономером и одним из
концов растущей полимерной цепи, т.е. реакция гликозилирования.
Поэтому требование полной стереоспецифичности процесса полимеризации
или поликонденсации означает, что любая реакция гликозилирования,
лежащая в его основе, должна также отличаться полной стереоспецифич-
ностью. Ясно, что любое, даже незначительное, отклонение от этого
приводит к возникновению в полученном полимере некоторого, пусть
даже незначительного, количества гликозидных связей с "неправильной"
стереохимией, т.е. в конечном счете к нерегулярному полисахариду.
Несмотря на то, что в последние 10-15 лет разработано значительное
количество новых эффективных методов создания гликозидной связи
(см. обзоры [7-9]), методы, которые надежно обеспечивают полную
стереоспецифичность образования гликозидной связи, до последнего
времени практически отсутствуют (краткий обзор, касающийся
стереоселективности современных методов гликозилирования, см. в [10]).
Именно это обстоятельство являлось главным препятствием при
развитии первых подходов к синтезу регулярных полисахаридов, которые
кончались неудачей главным образом из-за нарушения стереоспецифич-
14
ности при формировании вновь образующихся гликозидных связей. Лишь
разработка методов гликозилирования, отличающихся достаточно
полной стереоспецифичностью, позволила найти подходы к химическому
синтезу регулярных полисахаридов и осуществить их первые синтезы.
2.2. Ранние попытки синтеза регулярных полисахаридов
Несмотря на то, что понимание истинной биологической значимости
полисахаридов пришло лишь в последние 10-15 лет, попытки синтеза
этих сложнейших природных полимеров предпринимались
химиками-органиками уже достаточно давно. Эти работы ставили перед собой чисто
химические задачи и привлекали своей сложностью и необычностью. Они
касались только синтеза гомополисахаридов простейшего строения,
главным образом содержащих гликопиранозные звенья. Эти попытки
оказались неудачными по указанным выше причинам - из-за нарушения
стереоспецифичности, а иногда и региоспецифичности, процессов
полимеризации или поликонденсации. Кроме того, и эффективность самой реакции
была невысока и получались обычно олигосахаридные производные
вместо соединений с достаточно высокой молекулярной массой.
Первой попыткой химического синтеза полисахарида регулярного
строения нужно считать работу Хага и Уэлана [11], которые с целью
получения 1,6-РЛ)-глюкана, используя как основу реакцию Кенигса-Кнор-
ра, изучали поликонденсацию 2,3,4-три-О-ацетил-а-0-глюкозилбромида
1 в присутствии Ag20 и CaS04 (схема I).
он +
АсО
ОАс
1
Однако выход продуктов межмолекулярной конденсации был низок и
ограничивался образованием главным образом дисахарида 2 (п = 0) - ген-
циобиозы - и незначительного количества низших олигосахаридов,
причем степень стереоспецифичности реакции подробно не исследовалась;
основным оказался продукт внутримолекулярного гликозилирования -
производные 1,6-ангидроглюкозы 3 (левоглюкозана).
Более поздние попытки использовать гликозилгалогениды для
осуществления поликонденсации также не привели к успеху. Так,
поликонденсация производного дисахарида 2,3,4,2',3',4'-гекса-0-ацетилмелиби-
озилхлорида (4, R = Н, X = С1), в котором внутримолекулярное глико-
зилирование менее вероятно, в присутствии Hg(CN)2 (реакция Гельфери-
ха) дало полисахарид 5, содержащий 15-20 остатков гексозы (степень
полимеризации 8-10), в котором оказались нарушенными как регио-, так
15

и стереоспецифичность поликонденсации, так как наряду с вновь образо
вавшимися Р-1,6-гликозидными связями он содержал около 10% а-1,4-свя
зей [12] (схема 2).
Схема 2
СН2ОН
Лс?/ °ч о /~°
fcyiiX >~*
ОАс ОАс
сн2он ^-<:н2
АсО>—О о /*—Р
f ОАс \ / (ОАс
АсО
ОАс ОАс
СН2 ^СЩ
АсО>—О О /-Q
ОАс \ f (ОАс W0H
АсО'
п ОАс ОАс
Некоторые данные, полученные ранее [13, 14], указывали на то, что
спиртовая гидроксильная группа сахара может быть активирована в
реакциях электрофильного замещения, (в том числе и при образовании глико-
зидной связи) посредством перевода ее в mpem-бутиловый эфир.
Попытка использовать этот прицип не улучшила дело. Так, например,
поликонденсация 2,3,4,2',3',4'-гекса-0-ацетил-6-0-трет-бутилгенциобиозилбро-
мида привела также к полимеру, лишенному стереорегулярности [15].
Несколько других ранних попыток синтеза полисахаридов
основывались на использовании поликонденсации моносахаридов, содержащих
свободный гликозидный гидроксил, или соответствующих 1-О-ацета-
тов в присутствии кислого катализатора. Так, Хуземан и Мюллер [16] при
поликонденсации 2,3,6-три-О-карбамоилглюкозы 6 в присутствии Р205
получили полисахарид 7 со степенью полимеризации около 60, региоспе-
цифичность которого обеспечивалась стабильностью карбамоильной
защиты в мономере, но стереоспецифичность полученного 1,4-глю-
кана достаточно строго установлена не была (схема 3). Последующая
Схема 3
CH2OR
J-o
fob V-OH
но^^
OR
CH,OR
1
h\r
tj
OR
CH2OR
| l
\ h\r
OR
7
CH2OR
1 L
n h\
OR
R » PhNHCO
16
попытка использовать этот метод для синтеза 1,6-Р-В-глюкана не дала
результатов [17] и в дальнейшем этот подход не использовался.
Не дала нужного результата и поликонденсация ацетатов, имеющих
свободный первичный гидроксил, 1,2,3,4-тетра-0-ацетил-Р-В-глюкозы 8
и 1,2,3,4-тетра-0-ацетил-а-В-маннозы 9 в присутствии протонных или
льюисовских кислот, предпринятая О'Колла с сотрудниками [18, 19].
Лишь реакция в присутствии ZnCl2 привела к 1,6-глюкану и 1,6-маннану с
низким выходом (5-10%) и низкой степенью поликонденсации (около 10),
которые наряду с ожидаемой гликозидной связью содержали и
изомерную связь. Поликонденсация ацетатов глюкозы со свободным вторичным
гидроксилом дала лишь следы полимерного материала [20]. Попытка
использовать близкую реакцию - поликонденсацию 1,2,3,4-тетра-О-аце-
тил-б-О-тритил-Р-Б-глюкозы в присутствии аллилперхлората - также
привела к образованию лишь следов полимерного материала [21].
СН2ОН СН2ОН
]—О.ОАс \— о
(ОАс АсО^
ю
АсО*—«f АсО' 'ОАс
ОАс
8 9
Значительное место занимают попытки синтеза полисахаридов с
использованием ортоэфирного метода гликозилирования, разработанного в
нашей лаборатории [22]. Эта довольно стереоселективная реакция
образования 1,2-трймс-гликозидной связи основана на взаимодействии
1,2-ортоэфиров Сахаров с гидроксилсодержащими соединениями в
условиях кислого катализа, а именно в присутствии HgBr2 [23] или
перхлоратов пиридиния, лутидиния или коллидиния [24] (схема 4).
Схема 4
О OR'
AlkOH
" ' OAlk OCOR
На основе этой реакции были предприняты попытки поликонденсации
соответствующих мономеров - ортоэфиров моно- и олигосахаридов,
содержащих свободную гидроксильную группу (см. [22]), которые не
привели к успеху. Так, например, поликонденсация ацетата ортоэфира
мелибиозы 10, содержащего свободную гидроксильную группу, в
присутствии HgBr2 привела с низким выходом к продукту 11, имеющему
небольшую степень поликонденсации, стереорегулярность которого подробно
не исследовалась [25, 26] (схема 5).
2. Н.К. Кочетков
17

Схема 5
сн2он .^-сн2
AcoJ—О О )—О
-ОМе
Me
10
СН2ОН ^СЩ
ОАс
Хо ^Т.'„ /^Т' '^Т'
ОАс ОАс _|п ОАс ОАс
И
Далее были сделаны попытки полимеризации так называемых трицик-
лических внутренних ортоэфиров, содержащих как свободную, так и
защищенную гидроксильные группы, которые дали несколько более
обнадеживающий результат [22]. Предполагалось при этом, что
раскрытие ортоэфирного цикла освобождает одну из гидроксильных групп,
после чего реакция полимеризации приобретает цепной характер. Так,
например, при полимеризации циклического ортоэфира
арабинофуранозы со свободной гидроксильной группой у С-3 12 в присутствии HgBr2
[27, 28] был получен арабинофуранан, который имел нерегулярную
структуру с разветвлениями у С-3 и С-2 фуранозного цикла, так как в
реакцию полимеризации вступали как свободный гидроксил
циклического ортоэфира, так и гидроксильная группа, возникающая в результате
раскрытия ортоэфирного цикла; стереохимия образовавшихся гликозид-
ных связей полисахарида не исследовалась.
12
При полимеризации трициклических ортоэфиров этого типа, не
содержащих свободных гидроксильных групп, необходимо было, естественно,
добавление в качестве инициатора процесса затравки - гидроксилсодер-
жащего соединения. Полимеризация производного арабинофуранозы с
защищенным у С-3 гидроксилом 13 в присутствии HgBrz с использованием
1,2,3,4-тетра-О-ацетил-р-О-глюкозы в качестве спирта-янициатора дала
арабинофуранан 14 со степенью полимеризации около 60 и остатком
глюкозы на восстанавливающем конце полимера [29] (схема 6).
° ?\ ^°\1 /—°\ОАс
сн~~1°, ch>L сн, L *°I
I "
о
-Ч
Ph
13
сн2он OBz
OBz
14
ОАс
Полимер 14, который содержал главным образом a-L-арабинофура-
нозные связи, оказался не полностью регулярным и наряду с 1,5-глико-
зидными связями содержал около 10% 1,2-связей.
Поликонденсация внутреннего ортоэфира ксилопиранозы 15 привела к
полимеру со степенью полимеризации около 15-16, лишенному регио- и
стереоспецифичности [30].
Единственным примером успешного синтеза регулярного
полисахарида оказалась полимеризация уникального, необычного по структуре
макроциклического ортоэфира 16 в присутствии п-толуолсульфокислоты
и перхлората пиридина, в результате чего, после снятия защитных групп,
был получен 1,3-р-В-гликан 17 со степенью полимеризации около 30,
близкий по свойствам к G-цепям природного ламинарина [31]. Строение
его подтверждалось частичным гидролизом, приводящим к олигоса-
харидам, идентичным по структуре олигосахаридам, полученным при
гидролизе природного ламинарина (схема 7).
Схема 7
ОН
Неоднозначные результаты, полученные при полимеризации
ортоэфиров, нашли позже частичное объяснение, когда были обнаружены
побочные реакции при гликозилировании ортоэфирами [32] и изучены пути
образования побочных продуктов [33].
В связи со сказанным можно кратко отметить также попытки синтеза
полисахаридов на основе родственной стереоспецифической реакции
19

гликозилирования тиоортоэфирами Сахаров [34], предпринятые в более
позднее время и также окончившиеся неудачно, хотя этот метод успешно
применялся в олигосахаридном синтезе [35]. В этом случае при
поликонденсации мономера типа 18, содержащего О-тритильную группу и тиоор-
тоэфирную группировку, образовывалась цепь, содержащая только 1,2-
транс-гликозидную связь. Однако оказалось, что при поликонденсации
рост полимерной цепи подавляется эффективной конкурирующей
реакцией образования тиогликозидов за счет реакции исходных тиоортоэфи-
ров с получающимся тритилсульфидом. В результате этого образовались
лишь короткие олигосахаридные цепи с высокой стереорегулярностью,
но с низкой молекулярной массой (степень полимеризации Ъ-А) [36].
ТЮ
Таким образом, попытки синтеза регулярных полисахаридов
посредством поликонденсации производных, содержащих у гликозидного центра
свободный гидроксил, атом галогена или О-ацетильную группу, а также
поликонденсация и полимеризация различных производных ортоэфиров
или их тиоаналогов не дали нужных результатов, хотя и создали базу для
развития иных подходов, приведших к успеху.
Наряду с этими неудачными попытками найти удобные и
эффективные подходы к синтезу полисахаридов регулярного строения на основе
принципа полимеризации или поликонденсации, два метода привели к
цели.
Наиболее общий по своим возможностям метод - поликонденсация
О-тритиловых эфиров 1,2-О-цианоэтилиденовых производных Сахаров -
был разработан в лаборатории автора этой монографии и позволил
осуществить синтез самых разнообразных по структуре гомо- и гетерополи-
сахаридов регулярного строения, состоящих из пиранозных и фуранозных
звеньев, связанных 1,2-трянс-гликозидными связями.
В основе этого, наиболее важного метода синтеза полисахаридов
лежит новая реакция гликозилирования - взаимодействие 1,2-0-(Г-циа-
но)этилиденовых производных Сахаров с тритиловыми эфирами,
получившая название "тритил-цианоэтилиденовая конденсация". Разработка
этого нового метода создания гликозидной связи сыграла решающую роль в
полисахаридном синтезе. Созданный на ее основе процесс стереоспе-
цифической поликонденсации и позволил осуществить синтез наиболее
сложных полисахаридов.
Другой метод, развитый в начале 70-х годов в работах К. Шерха с
сотрудниками, был основан на полимеризации ангидроальдоз, главным
образом 1,6-ангидрогексоз, и позволил получить простейшие гомопо-
лисахариды, состоящие из пиранозных звеньев, связанных 1,2-цмс-глико-
зидными связями.
20
В настоящее время открыт и находится в стадии разработки третий
метод - поликонденсация О-тритиловых эфиров 1-тиоцианатов Сахаров,
который может оказаться перспективным для синтеза регулярных гете-
рополисахаридов с 1,2-цис-гликозидными связями.
Наконец, определенное значение имеет и химико-ферментативный
метод полимеризации соответствующего углеводного предшественника под
действием специфических ферментов полимераз, который также
находится в стадии разработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. The polysaccharides / Ed. G. Aspinall. N.Y.: Acad, press, 1982-83. Vol. 1-3.
2. Goldstein I.J., Hullar T.L II Adv. Carbohydr. Chem. N.Y.: Acad, press. 1966. Vol. 21.
P. 431-512.
3. Fugita Sh., Numata M., Sugimoto M. et al. // Carbohydr. Res. 1992. Vol. 228, N 2. P. 347-370.
4. Kochetkov NX. II Pure Appl. Chem. 1975. Vol. 42, N 3. P. 327-349.
5. Koto S., Uchida Т., Sen S. II Bull. Chem. Soc. Japan. 1973. Vol. 46. P. 2520-2529.
6. DmitrievBA., Nikolaev A.V'., Kochetkov N X. //Carbohydr. Res. 1982. Vol. 100. P. 195-206.
7. Paulsen H. II Angew. Chem. (Int. Ed. Eng.). 1982. Vol. 32, N 3. P. 155-173.
8. Schmidt R.R. II Ibid. 1985. Vol. 25, N 5. P. 212-235.
9. Fugedi P., Garegg P., Lonn H. et al. // Glycoconjugate J. 1987. Vol. 4. P. 97-108.
10. Kochetkov NX. II Studies in natural products chemistry / Ed. Atta-ur-Rahman (в печати).
\\.Hag S., Whelan WJ. // J. Chem. Soc. 1956. N. 11. P. 4543^549.
12. Кочетков Н.К., Климов EM., Овчинников М.В. II Изв. АН СССР. Сер. «им. 1977.
N8. С. 1864-1867.
13. Kochetkov NX., Derevitskaya V.A., Klimov EM. II Tetrahedron Lett. 1969. N 54. P. 4769-
4772.
14. Кочетков H.K., Климов ЕМ., Деревицкая В А. II Докл. АН СССР. 1970. Т. 192, N 2.
С. 336-338.
15. Kochetkov NX., Klimov EM. II Carbohydr. Res. 1975. Vol. 44. P. 138-141.
16. Huseman E., Muller G. II Macromol. Chem. 1966. Vol. 91. P. 212-224.
17. Eby R., Schuerch С // Carbohydr. Res. 1972. Vol. 25, N 1. P. 133-142.
18. McGrath DM., Lee E.E., O'Colla P.S. II Ibid. 1969. Vol. 11, N 4. P. 453^60.
19. O'Brien E., Lee E.E., O'Colla P.S. et al. // Ibid. 1974. Vol. 32, N 1. P. 31-36.
20. McGrath DM., Lee E.E., O'Colla P.S. II Ibid. 1969. Vol. 11, N 4. P. 461^65.
21. Nesmeyanov V.A., Zurabyan S.E., Khorlin A.Ya. II Tetrahedron Lett. 1973. N 34. P. 3213-
3216.
22. Kochetkov NX., Bochkov A.F. Recent development in the chemistry of natural carbon
compounds / Ed. R. Bognar. Budapest: Acad. Kiado, 1971. Vol. 4. P. 77-191.
23. Kochetkov NX., Khorlin A.Ya., Bochkov A.F. II Tetrahedron. 1967. Vol. 23, N 3. P. 693-707.
24. Kochetkov NX., Bochkov A.F., Sokolovskaya ТА. et al. // Carbohydr. Res. 1971. Vol. 16,
Nl.P. 17-27.
25. Kochetkov NX., Bochkov A.F., Yazlovetsky I.G. II Ibid. 1967. Vol. 5, N 2. P. 243-244.
26. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Язловецкий И.Г. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1968.
N8. С. 1802-1812.
27. Бочков А.Ф., Язловецкий И.Г., Кочетков Н.К. II Ibid. С. 1812-1818.
28. Kochetkov NX., Bochkov A.F., Yazlovetsky I.G. II Carbohydr. Res. 1969. Vol. 9, N 1. P. 49-
60.
29. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Язловецкий И.Г. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1968.
N8. С. 1818-1824.
30. Бочков А.Ф., Обручников И.В., Кочетков Н.К. II Журн. общ. хим. 1974. Т. 44, N 5.
С 1197-1203.
21

31. KochetkovN.K., BochkovA.F. //Carbohydr. Res. 1969. Vol. 9, N 1. P. 61-69.
32. Бочков А.Ф., Бетанели В.И., Кочетков Н.К. II Изв. АН СССР. Сер. хим. 1974. N 6.
С. 1379-1386.
33. Бочков А.Ф., Бетанели В.И., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1976. Т. 2, N 7.
С. 927-941.
34. Kochetkov N.K., Backinowsky L.V., Tsvetkov Yu.E. II Tetrahedron Lett. 1977. N 40. P. 3681-
3684.
35. Backinowsky L.V., Tsvetkov Yu.E., Balan N.F. et al. // Carbohydr. Res. 1980. Vol. 85, N 2.
P. 209-221.
36. Бакиновский Л.В., Цветков Ю.Е., Кочетков Н.К. Ц Биоорган, хим. 1981. Т. 7, N 5.
С. 750-759.
Глава 3
ТРИТИЛ-ЦИАНОЭТИЛИДЕНОВАЯ
КОНДЕНСАЦИЯ
Согласно общепринятым представлениям о механизме образования
1,2-транс-гликозидной связи при конденсации ацильных производных
гликозилгалогеноз со спиртами в присутствии солей серебра (реакция
Кенигса-Кнорра) или ртути (модификация Гельфериха), эта реакция
протекает с анхимерным соучастием ацилоксизаместителя у С-2
циклической формы альдозы и протекает через образование бициклического
диоксакарбениевого интермедиата 1, иногда называемого "ацилоксонием"
[1, 2]. Нуклеофильная атака аномерного атома углерода в этом интерме-
диате спиртовым гидроксилом возможна только с тыльной стороны, что
и приводит к образованию 1,2-трянс-гликозида 2 (схема 1). Уровень сте-
Схема 1
—Q
—qOR'
—О
-К
о-\—(
реоселективности гликозилирования зависит от соотношения скоростей
этой нуклеофильной атаки и конкурирующей реакции изомеризации
интермедиата 1 в моноциклический гликозил-катион 3, который
подвергается далее нестереоспецифической нуклеофильной атаке с
образованием наряду с 1,2-транс- и 1,2-цис-гликозида 4.
Естественно, возникала мысль найти иные, более эффективные пути
генерации диоксакарбениевого интермедиата 1, которые могут
обеспечить более высокую стереоселективность образования 1,2-трянс-глико-
зидной связи. Достаточно перспективным представлялось образование
такого интермедиата из производного сахара типа 5, в котором уже
23

предсуществует бициклическая триоксабициклопенталановая система.
Новые методы гликозилирования 1,2-ортоэфирами Сахаров 5 (R = Alk,
Rj = OAlk) (см. с. 17) и 1,2-тиоортоэфирами 5 (R = Alk, R^ = SAlk, SAr) (см.
с. 20) представляют собой реализацию этой идеи; однако, как
указывалось выше, эти методы оказались непригодными для создания стерео-
специфического метода поликонденсации.
Более успешным оказалось использование в качестве гликозили-
рующих реагентов (гликозил-доноров) соединений того же типа, а
именно 1,2-0-(Г-циано) этилиденовых производных Сахаров (5, R = Me,
Rj = CN).
3.1. Гликозилирование О-тритиловых эфиров
цианоэтилиденовыми производными Сахаров
В 1960 г. Меервейном [3] был предложен интересный подход к
генерации простейшего циклического иона диоксалениевого типа 6 из 2-метил-
2-циано-1,3-диоксалана 7 при взаимодействии его с солями трифенилме-
тилия (тритилия) (схема 2). Реакция эта обратима, но сдвигается
вправо благодаря выделению из сферы реакции образующегося три-
фенилметилцианида, обеспечивая генерацию диоксалениевого
катиона.
I I тг+х-
о о ►
\/
Me'^CN
7
О + С
Y
Me
Схема 2
+ TrCN
х-
На основе этих данных в нашей лаборатории был разработан новый
метод гликозилирования, получивший название "тритил-цианоэтилидено-
вая конденсация", суть которого сводится к генерации аналогичным
путем бициклического диоксалениевого интермедиата 1 из
соответствующего 1,2-цианоэтилиденового производного альдозы и взаимодействию
его с тритиловым эфиром сахара.
Реакция гликозилирования, развитая на этой основе, была впервые
продемонстрирована на примере получения ацетата p-D-глюкопирано-
зил-1,6-0-глюкопиранозы 8 (генциобиозы) при взаимодействии 3,4,6-три-
0-ацетил-1,2-0-(Г-циано)этилиден-а-0-глюкопиранозы 9 с 6-О-тритил-
1,2,3,4-тетра-0-ацетил-р-0-глюкозой 10 в присутствии перхлората
тритилия [4] (схема 3). Тритил-катион вырывает из цианоэтилиденовой
группировки цианогруппу и генерирует, как и в реакции Меервейна, диоксале-
ниевый катион 11. Последний подвергается нуклеофильной атаке
активированного кислородного атома тритильной группы, образуя гликозидную
связь и регенерируя тритил-катион, который продолжает процесс. Таким
образом, реакция гликозияирования носит цепной характер, причем
перхлорат тритилия является источником тритилий-катиона, служащего
24
Тг Схема 3
СН2ОАс^ °?"2 пл
Хсн3
9
И I *
1"ТГ
лишь инициатором реакции. Особенно существенно, что нуклеофильная
атака диоксалениевого интермедиата 11, имеющего бициклическую
систему диоксациклопенталана, возможна лишь с тыльной стороны, в
результате чего образовалась только 1,2-трамс-гликозидная связь, а 1,2-
цис-изомер вовсе не был обнаружен.
Следует отметить, что О-тритиловые эфиры ранее использовались как
гликозил-доноры в работе Бредерека с сотрудниками [5-9], которые
осуществили конденсацию 6-О-тритиловых эфиров некоторых пираноз с
ацето-, бензоглюко- и галактопиранозилбромидами в присутствии
перхлората серебра, взятого в эквимольных количествах. При этом с
выходом 60-70% были получены дисахариды, содержащие 1,2-транс-гпшо-
зидные связи. Эта реакция, которая, очевидно, протекает также через
образование промежуточного диоксалениевого интермедиата типа 1 [8],
не нашла широкого применения.
Тритил-цианоэтилиденовая конденсация носит общий характер и
охватывает большое количество производных Сахаров в пиранозной и
фуранозной формах. Она используется для получения олигосахаридов и,
главное, легла в основу новой реакции поликонденсации, позволившей
впервые синтезировать широкий круг полисахаридов.
Развитый на основе этой реакции синтетический метод требовал
надежного метода синтеза как цианоэтилиденовых производных, так и
О-тритиловых эфиров, а для синтеза полисахаридов - производных,
содержащих обе эти функции в одной молекуле, которые использовались
в качестве мономеров в реакции поликонденсации.
3.1.1. Синтез цианоэтилиденовых производных
моно- и олигосахаридов
1,2-0-(Г-Циано)этилиденгликопиранозы и -фуранозы ранее были
практически неизвестны. Два представителя этого класса - производные
глюкозы [10] и мальтозы [11] - были получены при нагревании соот-
25

Таблица 1
Синтез 1,2-0-(Г-циано)этилиденовых производных моносахаридов
№
п/п
Цианоэтилиденовое
производное
Метод
синтеза *i
АсО
/ОАс у. о
О j-CN
Me
А
В
АсО
CN
АсО-|
АсО/-О
О—f-CN
Me
АсО
АсО,
'fcx
CN
CMt,
АсО-, М5 CN
/ОАс0у.О
АсО^™^
Me
АсО
ЧС"
Выход,
%
91
53
95
63
68
Соотношение
экзо-СЫ
эндо-СЫ
65 2,9/1,0
75 1,5/1,0

Литература
2,8/1,0 [13, 14]
[28]
1,9/1,0 [13, 14]
[31]
4,0/1,0 [13, 14]
4,6/1,0 [29]
АсО,—о
ПК** л U
62 • 6,0/1,0 [13, 14]
АсО O-j-CN
Me
26
BiO/—О
Me
CN
Xh
АсО O^^CN
Me
10
COjMe
ю*—т i
Me
CD2Me
Асо/-Оч
, ^
О —CN
Me
12 AcW ?
Me
CN
*°-0
О p- CN
Me
AcO ° I
Me
CN
15 AcO
j€X
I 3 I 4 I
Таблица 1 (продолжение)
■ ~ I
О—pCN
Me
71 4,3/1,0 [321
80
3,5/1,0 [30]
58 только экзо-СЫ [19, 20]
34
[19, 20]
89 2,6/1,0
[15]
79 2,2/1,0 [16]
75 только экзо-СЫ [17]
В 63 1,4/1,0 [18]
27

Таблица 1 (окончание)
1
16
17
18
•1
•2
•3
1 2 |
М>\
АсО О—|—CN
Me
О
f^OAc~\
-OAc°-)-CN
-ОАс Ме
АсО-
АсО-
О
О—)—CN
Me
3
В
В
В
1 4 | 5 1
96 2,0/1,0
66 '3 1,2/1,0
82 2,0/1,0
6
[26]
[18]
[18]
Способ А: взаимодействие ацилгалогеноз с KCN или NaCN;
Способ Б: взаимодействие ацилгалогеноз с AgCN;
Способ В: взаимодействие полных ацетатов галогеноз с
Me3SiCN.
Это соединение было получено также окислением 6-0-
тритилового эфира цианоэтилиденового производного
соответствующего нейтрального моносахарида [21].
При использовании вместо SnCl2 триметилсилилтрифлата
выход 81%.
ветствующих ацетогалогеноз в кипящем ксилоле с цианидом серебра;
реакция проходила с низким выходом, при этом отмечалось побочное
образование гликозилизоцианидов [12]. Жесткие условия реакции делали
проблематичным ее использование для получения лабильных, сложных
по строению цианоэтилиденовых производных.
Как правило, в качестве гликозил-доноров в реакции гликозилирова-
ния и мономеров в реакции поликонденсации используются цианоэтили-
деновые производные, в которых дополнительные гидроксильные
группы защищены О-ацильными группировками, чаще всего О-ацетильными.
Оказалось, что соединения этого типа гладко получаются при
взаимодействии ацетатов соответствующих гликозилбромидов с цианидом калия
или натрия в сухом ацетонитриле [13, 14]. В том случае, когда исходным
соединением служит не 1,2-/иранс-гликозилбромид, а менее реакционно-
способный 1,2-цмс-изомер, реакцию проводят в присутствии какого-либо
источника иона 'брома, например тетрабутиламмонийбромида, который
способствует превращению 1,2-цмс-гликозилбромида в более реакцион-
носпособный 1,2-трянс-гликозилбромид. Реакция протекает гладко за
12-24 ч и дает полные ацетаты цианоэтилиденовых производных с высо-
28
кйМи выходами (табл. 1). Замена ацетонитрила на другие растворители
(например, нитрометан) приводит к усложнению реакции и понижению
выходов или вовсе не дает нужного результата. Реакция, очевидно,
протекает путем нуклеофильной атаки цианид-ионом диоксалениевого
интермедиата, образующегося из ацилгликозилбромида при соучастии
С2-ацильного заместителя (схема 4).
Схема 4
Me
Этот общий метод синтеза цианоэтилиденовых производных нашел
применение в ряду гексапираноз [13, 14], пентапираноз [15-17], гекса-
фураноз [18], пентафураноз [18], а также для синтеза цианоэтилиденовых
производных дисахаридов и более сложных олигосахаридов.
Многочисленные примеры его использования для получения сложных олигосаха-
ридных мономеров будут приведены при обсуждении синтеза
полисахаридов (см. главу 4). Неудовлетворительные результаты были получены
лишь при попытке получить этим путем цианоэтилиденовые
производные уроновых кислот; реакция в этом случае проходила сложно и с
низким выходом [19]. Указанные производные удалось получить лишь
при взаимодействии 2,3,4-три-О-ацетилгликуронозилбромидов с
избытком AgCN в кипящем ксилоле, хотя выходы и в этом случае были
умеренными [19-20]. Цианоэтилиденовые производные уроновых кислот были
позднее также получены с лучшими выходами окислением первичной
спиртовой группы цианоэтилиденовых производных соответствующих
нейтральных Сахаров (см. с. 36) [21].
Приведенный общий метод синтеза может быть использован не только
для синтеза цианоэтилиденовых производных, но и для их аналогов -
цианобензилиденовых производных. Так, например, исходя из бензоатов
гликозилбромидов 12 при обработке их цианидом калия или натрия могут
быть получены О-бензоаты 1,2-О-цианобензилиденовых производных 13
некоторых Сахаров (см., например, [15]), которые в отдельных случаях
также нашли свое применение (схема 5).
—о —о
Схема 5
OCOPh
12 13
CN
Ph
Аналогичным образом были получены и ацетаты
1,2-О-цианобензилиденовых производных с различными заместителями в ароматическом
29

ядре 14 [22, 23]. Эти соединения, использование которых позволило
значительно улучшить стереоселективность гликозилирования (см. с. 60),
могут быть получены, как видно на примере производных галактозы, из
соответствующего 1,2-ортоэфира 15 с последующим его превращением в
1,3,4,6-тетра-О-ацетат 16 и ацилированием замещенным бензоилхлори-
дом в пиридине. Полученные этим путем 17 переводятся в
соответствующие ацилгликозилбромиды 18 и, наконец, обработкой последних
цианидом натрия, согласно общей методике, в 1,2-О-цианобензилиденовые
производные 14 (схема 6).
СН-ОАс
1 2
АсО J—О
1 \ ОМе
15 Мв
СН2ОАс
1 л
ACC.I 0
ОСОАг
18
СН,ОАс
тег
Ч
он
16
СН2ОАс
Ac°J—О
о-\
14
АсС
- 1
^.CN
V
VAC1
СН2ОАс
'Ьт*
ч
ОСОАг
17
Аг = Ph, n-Br-Ph,
n-CN-Ph,
n-MeO-Ph,
3,4,5-(MeO)^ Ph
Схема 6
Другой метод синтеза цианоэтилиденовых производных,
разработанный позже, состоит во взаимодействии полного ацетата альдозы с три-
метилсилилцианидом в присутствии кислого катализатора, в качестве
которого использовались хлористое олово [18, 24-26] или триметил-
силилтрифторметилсульфонат (триметилсилилтрифлат) [27] (схема 7).
Схема 7
-рОАс —Ov
N + Me3SiCN ► \
~f "It
ОАс О—Г"
-CN
Me
Эта реакция, которая применялась пока главным образом для
производных фураноз, протекает также, по-видимому, через диоксалениевый ин-
термедиат, образующийся под действием катализатора из 1,2-ди-О-ацето-
ксильной группировки, с последующей его атакой цианид-ионом. Метод
применяется пока еще довольно редко, но является важным дополнением
к основному методу и, вероятно, найдет широкое использование.
При образовании цианоэтилиденового производного у С2'-атома диок-
соланового цикла возникает новый хиральный центр, поэтому в резуль-
30
тате реакции получается смесь эндо- (19) и экзо-цианопроизводных (20).
plx соотношение, легко определяемое из данных ПМР-спектров (см.
с 32), изменяется в довольно широких пределах (см. табл. 1). Четкую
зависимость этого соотношения от структуры исходного сахара
подметить не удается, хотя чаще всего проявляется тенденция в сторону
большего образования экзо-цианоизомера, что, по-видимому, связано с
большей пространственной доступностью экзо-стороны в диоксалений-
катионе при атаке CN-анионом.
—о —о
>„ _х
CN Me
19 20
При синтезе цианобензилиденовых производных галактозы,
содержащих различные заместители в ароматическом ядре [22, 23], было
отмечено, что соотношение эндо-тз. экзо-цианоизомеров различно также и
в зависимости от природы заместителя в ядре (табл. 2). Таким образом,
очевидно, что стереохимический результат атаки центрального углерода
С-2' в пятичленном цикле диоксалениевого интермедиата зависит как от
расположения заместителей в конденсированном пиранозном цикле и,
очевидно, его конформации, так и от электронных свойств уже
имеющегося заместителя у углерода С-2'. Этот интересный вопрос
непосредственно связан с проблемой замещения в полифункциональной дикса-
циклопенталановой системе и заслуживает специального исследования.
Следует отметить, что реакционная способность эндо- и экзо-изомеров
цианоэтилиденовых производных различна. Действительно, такая
разница была экспериментально отмечена на примере цианоэтилиденового
производного глюкопиранозы [33], причем несколько неожиданно
оказалось, что эндо-цианоизомер более реакционноспособен, чем экзо-изомер,
хотя CN-группа в последнем стерически кажется более доступной.
Авторы объясняют это различием конформации пиранозного кольца в
обоих изомерах, что делает CN-группу в э«до-изомере, в конечном счете,
более доступной стерически.
Вместе с тем практика использования цианоэтилиденовых
производных в синтезе в целом свидетельствует об их достаточно близкой
реакционной способности, что позволяет в ряде случаев применять в реакции
гликозилирования смесь обоих изомеров, непосредственно
образующуюся при их синтезе. В связи с этим особенно существенно подчеркнуть, что,
по имеющимся до настоящего времени наблюдениям, стереохимический
результат гликозилирования не различается для эндо- и экзо-изомеров;
это и позволяет использовать их смесь.
Однако для облегчения спектроскопического контроля за реакцией
гликозилирования, особенно в сложных случаях, например при синтезе
полисахаридов, более целесообразна работа с индивидуальным изомером.
Индивидуальные эндо- и экзо-цианоэтилиденовые производные обычно
31

Таблица 2
Синтез 3,4,6-трн-0-ацетил-1,2-0-(цианобензилиден)-а-В-галаггопираноз
[22, 23]
АсО-|
АсО/*-0
№
п/п
1
2
3
4
5
Аг
Ph
р-ВгС6Н4
р-МеОС6Н4
3,4,5-(МеО)зС6Н2
p-CNC6H4
Выход, %
70
66
71
71
70
Соотношение
3«30-CN/3«do-CN
3,2/1,0
10,0/1,0
5,5/1,0
2,9/1,0
4,2/1,0
легко могут быть получены из их смеси с помощью хроматографии, а
иногда и простой кристаллизацией.
Цианоэтилиденовые производные - стабильные соединения, которые
во многих случаях могут быть выделены после хроматографической
очистки в кристаллическом виде и сохраняются без изменений достаточно
долгое время.
Они могут быть надежно охарактеризованы спектральными данными.
Наличие CN-группы демонстрируется интенсивным пиком 2230-2240 см-1
в спектрах комбинационного рассеяния.
В спектре ' Н-ЯМР (табл. 3 и 4) 1,2-О-цианоэтилиденовых производных
пираноз характерным является присутствие трехпротонных синглетов
СН3-групп при С-2' диоксоланового цикла, находящихся в более сильном
поле (8 1,80-1,97) по сравнению с химическими сдвигами ацетильных
групп, а также слабопольных сигналов (8 5,47-5,95) Н-1 в виде дублетов с
КССВ ~4,5-5 Гц (для производных глюко-, галакто- и ксилопиранозы) и
~2 Гц (для манно- и рамнопиранозы), а также ~4 Гц для производных
уроновых кислот.
В спектрах 13С-ЯМР (табл. 5 и 6) диагностическими являются сигналы
атомов углерода СН3-группы при С-2' (8 24-27), цианогруппы (8 116-117)
и четвертичного атома углерода С-2' (8 97-102), а также сигналы С-1
пираноз (8 97-99) и фураноз (8 104-107), С-2 пираноз (8 73-79) и фураноз
(8 84-88), С-4 фураноз (8 78-85).
Для определения конфигурации при С-2' цианоэтилиденового
производного и отнесения его к эндо- или экзо-ряду используются данные
32
Таблица 3
Спектры 'Н-ЯМР сполна ацетнлнрованных цнаноэтнлнденоаых производных
глнкопнраноз
r~~
экзо-CN
°л^эндо-Си
D-глюкоза
0-галактоза
D-манноза
L-рамноза
D-глюкуроновая кислота
(метиловый з
фир)
D-маннуроновая кислота
(метиловый:
фир)
D-маннуроновая кислота
(бензиловый
D-ксилоза
L-арабиноза
D-рибоза
эфир)
Н-1,м.д.
5,89
5,87
5,95
5,86
5,49
5,60
5,47 .
5,52
5,85
5,92
5,67
5,67
5,55
5,57
5,56
5,59
Характеристические сигналы
Н-2, м.д.
4,47
1,17
4,4
4,48
4,61
4,48
4,60
1,11
4,33
4,42
4,63
4,31
4,07
4,35
4,26
4,48
^Н-1,Н-2, ГЦ
5,0
4,9
5,0
4,5
2,2
2,2
2,0
2,1
4,5
4,0
4,2
4,4
2,9
3,8
3,7
3,9
CH3-CCN
1,94
1,90
1,89
1,83
1,94
1,81
1,97
1,80
1,88
1,88
1,91
1,91
1,79
1,89
1,74
1,94
Таблица 4
Спектры 'Н-ЯМР сполна ацетнлнрованных цнаноэтнлнденовых нронзводных
глнкофураноз
_ экзо-CN
Сахарэ„^-см
L-арабиноза
D-галактоза ,
D-глюкоза
Характеристические сигналы
Н-1, м.д.
6,14
5,96
6,11
5,89
6,13
6,08
Н-2, м.д.
^Н-1,Н-2> ГЦ
4,86 4,2
4,80 4,0
4,89 4,1
1,78 4,3
4,73 3,9
4,60 3,6
CH3-CCN
1,88
1,81
1,93
1,82
1,85
1,77
'Н-ЯМР-спектра. Вследствие дезэкранирующего эффекта углеводного
Цикла сигналы СН3-групп эмдо-изомера должны находиться в более
слабом поле в спектрах ПМР по сравнению с таковыми для СНтэкзо-
Изомеров. Справедливость такого отнесения подтверждена
рентгенографическими исследованиями ряда 1,2-О-цианоэтилиденовых производных
[34].
3. Н.К. Кочетков
33

Таблица 5
Снектры С-ЯМР сполна ацетнлнроаанных цианоэтилиденовых нронзводных глнко-
ннраноз
_ экзо-СЫ
Сахарэнд0-СМ
D-глюкоза
D-галактоза
D-манноза
L-рамноза
D-ксилоза
L-арабиноза
D-рибоза
С-1
97,45
98,15
99,1
98,7
97,1
98,1
96,8
97,95
97,0
97,4
97,95
98,0
Характеристические
С-2
74,2
76,3
72,9
76,2
78,45
77,9
78,65
78,2
74,9
76,0
75,3
74,95
24,3
27,1
25,9
27,0
26,6
26,3
26,5
26,25
24,3
26,6
25,8
25,2
сигналы
CH3-C-CN
98,8
100,0
97,4
98,7
101,8
100,95
101,6
100,7
99,3
100,0
98,9
100,5
116,55
117,2
116,9
117,65
116,75
117,2
116,8
117,3
116,9
117,7
116,8
116,75
Таблица 6
13,
Снектры 'С-ЯМР снолна ацетилированных цнаиоэтплпденоаых нронзводных глнко-
фураноз
_, экзо-СЫ
СаХарэ„д0-СМ
L-арабиноза
D-галактоза
D-глюкоза
Характеристические сигналы
С-1
107,0
104,6
106,5
104,0
105,7
106,4
С-2
С^
85,5 85,2
87,9 79,2
85,8 85,5
88,0 78,4
84,3 77,7
85,6 78,7
сн3-с
24,5
26,0
24,1
26,3
24,5
27,2
Цианоэтилиденовая группировка довольно устойчива в кислой среде.
Эта ее особенность существенна в синтетическом плане, так как,
например, позволяет использовать кислый алкоголиз для избирательного
удаления О-ацетильной защиты с сохранением О-бензоильных групп [35], на
чем основан ряд схем синтеза сложных мономеров для синтеза гетеро-
полисахаридов.
Напротив, при обработке основаниями цианоэтилиденовая
группировка не всегда остается инертной, что вынуждает часто проводить дезаце-
тилирование этих производных, которое является необходимой стадией
при получении мономеров для полисахаридного синтеза, в особенно
мягких условиях. Главной причиной неустойчивости является превращение
CN-группы в условиях обработки метилатом натрия (дезацилирование по
34
Земплену) в соответствующий имидат 21 и далее в карбметоксильное
производное 22 [36] (схема 8). Эта побочная реакция вызывает некоторые
затруднения при синтезе сложных гетерополисахаридов.
С другой стороны, она может быть использована для временной
маскировки CN-группы; в этом случае образующееся карбметоксильное
производное 22 после необходимой модификации углеводной части
молекулы переводится в соответствующий карбоксамид 23 аммонолизом,
а затем CN-группа цианоэтилиденовой группировки регенерируется
обработкой амида 23 бензоилхлоридом в пиридине [37] (схема 9).
Углеводная часть молекулы цианоэтилиденового производного
проявляет обычную, характерную для углеводов реакционную способность и
может быть подвергнута ряду превращений без затрагивания
цианоэтилиденовой группировки. Так, полученные после дезацетилирования
незамещенные цианоэтилиденовые производные могут быть далее
целенаправленно трансформированы в другие О-замещенные производные.
Наиболее важным для полисахаридного синтеза является введение О-тритиль-
ных групп, что дает мономеры для поликонденсации (см. главу 4). Дезаце-
тилирование с последующим введением новых защитных группировок
позволяет переходить к цианоэтилиденовым производным, несущим,
например, бензоильную [15], бензильную [38] или иные группировки,
которые также иногда использовались в синтезе сложных мономеров для
поликонденсации.
Особенно существенным является способность цианоэтилиденовых
производных вступать в реакцию гликозилирования в качестве агликонов
без изменения цианоэтилиденовой группировки [39]. Эта довольно
неожиданная реакция достаточно гладко протекает при гликозилировании
Цианоэтилиденовых производных, имеющих свободную гидроксильную
группу, ацилированными гликозилбромидами в условиях реакции Гельфе-
Риха (схема 10). Хотя выходы иногда бывают недостаточно хороши,
реакция имеет очень серьезное значение, так как открывает широкие
35

возможности для синтеза цианоэтилиденовых производных сложных по
структуре олигосахаридных мономеров и была многократно
использована при синтезе гетерополисахаридных структур (см. главу 4).
Оказалось также, что цианоэтилиденовая группировка достаточно
устойчива к окислению. Это позволило разработать новый, более
эффективный путь получения цианоэтилиденовых производных уроновых
кислот путем окисления О-ацетилированных цианоэтилиденовых
производных нейтральных гексопираноз, содержащих у С-6 О-тритильную
группировку, реактивом Джонса (СЮ3 в ацетоне или смеси ацетон-дихлор-
метан) [21] (схема 11). По-видимому, в условиях реакции происходит сна-
Схема 11
R = Me, Bn
чала детритилирование, после чего освободившаяся первичная гидрок-
сильная группировка подвергается окислению. Таким путем из 3,4-ди-О-
ацетил-6-0-тритил-1,2-0-цианоэтилиден-а-0-глюкозы, -a-D-галактозы
или -p-D-маннозы были получены с хорошими выходами цианоэти-
лиденовые производные соответственно глюко-, галакто- и маннуроновой
кислоты, переведенные затем в метиловые или бензиловые эфиры [21].
3.1.2. Синтез О-тритиловых эфиров Сахаров
О-Тритиловые эфиры Сахаров хорошо известны и давно используются
в синтетической химии углеводов (см. обзор [40]), хотя до недавнего
времени были известны, по существу, лишь О-тритиловые эфиры,
образованные первичными спиртовыми группами моно- и олигосахаридов
("первичные" тритиловые эфиры). Эти производные, которые ранее
использовались главным образом для временной защиты первичных гидро-
ксильных групп сахара, гладко получаются при обработке моно- и
олигосахаридов трифенилхлорметаном (тритилхлоридом) в пиридине [40].
Реакция протекает достаточно избирательно, замещая первичные гидро-
ксильные группы.
Замещение этим путем вторичных гидроксильных групп сахара может
36
быть достигнуто только в более форсированных условиях и обычно
оСложняется побочными процессами, хотя недавно опубликована работа,
в которой описано О-тритилирование вторичных гидроксильных групп
действием тритилхлорида в присутствии 1,8-диазабицикло(5.4.0)ундеце-
на-7 в течение длительного времени при комнатной температуре [41].
Использование этой методики в ряду углеводов еще неизвестно.
Для получения О-тритиловых эфиров, содержащих одну или несколько
О-тритильных группировок у вторичных гидроксилов, был разработан
общий эффективный метод, позволяющий проводить реакции в мягких
условиях [42]. Реакция протекает при обработке гидроксилсодержащего
соединения в СН2С12 при комнатной температуре перхлоратом трифенил-
метилия (тритилия) в присутствии затрудненного пиридинового
основания, в качестве которого могут использоваться 2,4,6-три-шрет-бутилпи-
ридин [42], 2,6-ди-трет-бутил-4-метилпиридин [43] или более доступный
2,4,6-триметилпиридин (коллидин) [44]. Этим путем с высокими выходами
(60-95%) был осуществлен синтез большого количества вторичных
О-тритиловых эфиров моно- и олигосахаридов; могут быть получены
также тритиловые эфиры" несущие две О-тритильные группы [45].
Особенно существенную роль этот метод сыграл при синтезе сложных
олигосахаридных мономеров, необходимых для синтеза гетерополисаха-
ридов (см. главу 4).
Реакция лишена региоселективности, поэтому для получения О-три-
тилового производного определенной структуры необходимо защищать
остальные гидроксильные группы. В подавляющем большинстве
синтезов применяется ацильная защита (О-ацетаты и О-бензоаты); однако
могут быть также использованы производные, содержащие О-бензиль-
ные и 0,0'-бензилиденовые и другие группировки [30].
Во многих случаях, однако, тритилирование соединений, содержащих
две гидроксильные группы, проходит с заметной, иногда почти полной
селективностью (см., например, [46]), что позволяет получать нужные
соединения без предварительной, иногда достаточно трудоемкой избира:
тельной защиты лишних гидроксильных групп.
Указанные реакции тритилирования как тритилхлоридом в пиридине,
так и тритилперхлоратом в коллидине идут без затрагивания циано-
этилиденовой группировки, что особенно важно в синтезе мономеров для
реакции поликонденсации.
Тритиловые эфиры Сахаров - устойчивые, как правило,
кристаллические вещества, которые могут храниться достаточно длительное время.
ИхЯМР -спектры содержат обычные для углеводных производных
сигналы. К сожалению, из-за изменений, вносимых О-тритильной группой,
искажающих конформацию пиранозного цикла, не удается подметить
достаточно четкие особенности 'Н- и 13С-ЯМР спектров, позволяющих
судить о положении О-тритильной группы. По этой причине для
определения или подтверждения места тритильной группы в ацетилированном
О-тритиловом эфире можно воспользоваться стандартным методом
метилирования (последовательное дезацилирование, О-метилирование,
детритилирование и ГЖХ-МС-анализ полученного частично замещенного
производного в виде ацетата частично метилированного полиола).
37

В настоящее время обоими указанными выше методами осуществлен
синтез большого количества О-тритиловых эфиров моно- и олигосаха-
ридов различной структуры; данные приведены в соответствующих
разделах этой монографии.
3.2. Условия реакции
тритил-цианоэтилиденовой конденсации
Тритил-цианоэтилиденовая конденсация, протекающая при
взаимодействии 1,2-0-(Г-циано)этилиденового производного с О-тритиловым
эфиром, является новым эффективным методом создания 1,2-транс-глико-
зидной связи (схема 12). Важной особенностью этой реакции являются
—о
л*
О CN
Me
TrOR
Схема 12
—OOR
ОСОМе
R - остаток сахара
довольно мягкие условия реакции, что позволяет ее успешно
использовать для синтеза сложных по структуре и иногда довольно лабильных
соединений, содержащих гликозидную связь. Выходы продуктов
конденсации колеблются в зависимости от природы обоих партнеров реакции и,
как правило, достаточно высоки (70-90%).
Реакция проходит при взаимодействии эквимольных количеств гли-
козил-донора и гликозил-акцептора, цианоэтилиденового производного и
О-тритилового эфира, в дихлорметане, хотя практически часто
используется небольшой избыток одного из реагентов.
В качестве инициатора (катализатора) реакции применяются соли
тритилия, чаще всего перхлорат. Как показали кинетические измерения,
проведенные в самое последнее время, скорость реакции растет с
увеличением концентрации катализатора [47]. Однако обычно в синтетической
практике использовалось стандартное количество катализатора - 10
мол.%. В отдельных случаях целесообразно подобрать в зависимости от
конкретного синтеза его наиболее оптимальное количество, которое
может быть и снижено. В то же время сильное снижение количества
катализатора (до 1 мол.%) очень сильно замедляет реакцию, что ведет к
появлению побочных процессов. Вместо перхлората тритилия в
последнее время успешно используется и трифторметилсульфонат (трифлат)
серебра [48] (также в количестве около 10 мол.%), реагент более
безопасный в обращении. По всей вероятности, при его использовании на
первом этапе также происходит образование реакционноспособного ин-
термедиата гликозилирования путем отрыва цианогруппы ионом серебра,
что инициирует начало процесса, в ходе которого уже возникает трити-
38
дий-катион, ведущий далее реакцию, а цианид серебра, образующийся на
цервой стадии, выпадает в осадок и выходит из сферы реакции.
В связи с попытками улучшить стереоселективность реакции (см. с. 57)
цспытывались и иные катализаторы - соли тритилия - тетрафторборат
[49], гексафторфосфат [49] и некоторые другие, которые по различным
причинам не нашли практического использования в синтезе в силу своей
недостаточной эффективности или возникновения побочных процессов.
Так, например, можно указать на частичное образование гликозил-
фторидов при использовании тетрафторбората [49].
Наиболее интересным оказалось применение в качестве катализатора
трифенилметилтрифторметилсульфоната (тритилтрифлата) [49], более
подробно изученное в самое последнее время [23, 50]. Имеющиеся, пока
еще недостаточно обширные данные показывают, что он не только
является более эффективным инициатором, но, что особенно важно, и
обеспечивает лучшую стереоселективность при образовании гликозидной
связи (см. с. 57).
Влияние природы растворителя на результат
тритил-цианоэтилиденовой конденсации не подвергался систематическому исследованию. В
повседневной синтетической практике используется дихлорметан, который
не только обеспечивает наиболее гладкое течение процесса, но и удобен
благодаря простоте очистки и легкости удаления при последующей
обработке реакционной смеси. По имеющимся данным, применение ацетонит-
рила дает неоднозначные результаты: по одним данным, реакция
протекает неоднозначно, причем изменяется стереоселективность
реакции [51], по другим - реакция вовсе не проходит [4]. Недостаточно
определенные результаты, получаемые при использовании ацетонитрила,
связаны, скорее всего, с известными комплексообразующими свойствами
этого растворителя и с его высокой нуклеофильностью, что приводит к
участию растворителя в цепи трансформаций промежуточных интерме-
диатов, возникающих в ходе образования гликозидной связи (ср.,
например, [52-54]). Возможно, характер этих трансформаций может
зависеть от тонких деталей строения обоих партнеров реакции, что и
приводит к неоднозначным и трудно интерпретируемым результатам.
Очень существенным моментом для успеха гликозилирования является
максимально полное удаление из реакционной смеси следов влаги и
других нуклеофильных примесей. В связи с этим растворитель и исходные
вещества должны быть подвергнуты тщательной сушке известными
методами. Дихлорметан сушат над гидридом натрия, а цианоэтилиденовое
производное и тритиловый эфир окончательно высушиваются обычно
непосредственно в реакционном сосуде азеотропной отгонкой с бензолом
или нитрометаном.
Саму реакцию тритил-цианоэтилиденовой конденсации лучше всего
проводить, используя высоковакуумную технику осушки всех исходных
веществ [4]. В этом случае растворы смеси реагентов и катализатора в
бензоле или нитрометане помещаются в двух отростках А-образного
сосуда, высушиваются двух-трехкратной отгонкой растворителя в
вакууме (Ю-3 торр), сухие остатки растворяются в дихлорметане и затем
смешиваются поворотом закрытого вакуумированного сосуда. Провзде-
39

ние реакции в таких условиях дает наиболее надежные и хорошо
воспроизводимые результаты, но несколько ограничивает масштаб синтеза. В
тех случаях, когда необходимо провести более крупномасштабный опыт,
реакцию можно проводить и в обычной аппаратуре, максимально
соблюдая меры предосторожности против проникновения влаги; выходы при
этом могут несколько уменьшаться.
В осуществленных до настоящего времени препаративных синтезах
концентрация гликозил-донора (цианоэтилиденового производного) и
гликозил-акцептора (тритилового эфира) выбиралась обычно довольно
стандартно и чаще всего составляла от 0,2 до 0,5 мол.%, причем, как
указывалось, брался иногда небольшой избыток одного из реагентов, в
зависимости от их относительной реакционной способности и доступности.
Вместе с тем изучение кинетики реакции тритил-цианоэтилиденовой
конденсации, проведенное в самое последнее время на нескольких примерах
[47], показало, что реакция описывается уравнением первого порядка по
цианоэтилиденовому производному. Таким образом, скорость реакции
линейно зависит от концентрации цианоэтилиденового производного и не
зависит от концентрации и природы тритилового эфира.
Обычно тритил-цианоэтилиденовая конденсация проводится при
комнатной температуре. Повышение температуры ускоряет реакцию, но
нежелательно, так как может усилить побочные процессы и в
препаративных синтезах не применяется. Время реакции варьируется в очень
широких пределах от 1-2 до 50-60 ч.
Увеличение времени реакции мало влияет на выход и стереоселек-
тивность, хотя нередко приводит к проявлению побочных процессов.
Практически удобнее всего определять оптимальное время реакции,
контролируя ее с помощью ТСХ на пластинках с SiC>2 в системе бензол-
этилацетат (3:1 или 4:1) или других подобных системах и следя при этом
за исчезновением О-тритилового эфира, пятно которого хорошо видно
благодаря желтой окраске после обработки хроматограммы серной
кислотой.
После окончания реакции для полной ее остановки и разрушения
остатков катализатора добавляется капля водного пиридина или три-
фторметансульфокислоты, после чего продукты реакции выделяют
обычными приемами: продукт реакции извлекается органическим
растворителем (обычно хлороформом), промывается водой и после
удаления растворителя производное дисахарида очищается
хроматографией на силикагеле.
3.3. Границы тритил-цианоэтилиденовой конденсации
Тритил-цианоэтилиденовая конденсация является эффективным
методом синтеза 1,2-гарянс-глиКозидной связи и имеет широкие границы. Она
использовалась для синтеза дисахаридов, содержащих различные
сочетания моносахаридных остатков. Эти синтезы служили часто
модельными синтезами при изучении синтеза полисахаридов соответствующего
состава, в особенности для контроля строения полученных полимером
методом ЯМР-спектроскопии. Тритил-цианоэтилиденовая конденсация
40
находила применение и для синтеза более сложных олигосахаридных
структур, в том числе при синтезе олигосахаридов, служащих
мономерами при синтезе сложных гетерополисахаридов, содержащих
повторяющиеся олигосахаридные звенья.
В качестве гликозил-доноров использовался широкий круг цианоэти-
дяденовых производных как пиранозного, так и фуранозного ряда. Из
соединений пиранозного ряда известно гликозилирование производными
нейтральных гексопираноз [4, 44] (D-глюкоза, D-галактоза, D-манноза),
6-дезоксигексапираноз (L-рамноза [44], D-хиновоза [29]), нейтральных
пентапираноз (L-арабиноза [16], D-ксилоза [15], D-рибоза [17]), а также
производных уроновых кислот (метиловые и бензиловые эфиры D-глю-
куроновой [19, 20], D-галактуроновой [19, 20] и D-маннуроновой кислот
[55]).
Как известно, эффективный и стереоселективныи синтез 1,2-транс-
гликозидной связи в ряду фураноз представляет в ряде случаев некоторые
затруднения, в частности, из-за относительно малой устойчивости глико-
фуранозилгалагеноз. В связи с этим следует отметить успешное
использование в качестве гликозил-доноров цианоэтилиденовых производных
фураноз, которые позволяют получать 1,2-гаранс-гликофуранозидную
связь с высокой эффективностью и стереоспецифичностью как для пен-
тафураноз (например, L-арабинозы [18]), так и для гексафураноз
(например, D-галактозы [18]).
Известно и гликозилирование олигосахаридными производными,
содержащими цианоэтилиденовую. группировку на восстанавливающем
конце. Производные этого типа получили особое значение в синтезе
гетерополисахаридов регулярного типа (см. главу 4).
Наряду с использованием в подавляющем большинстве случаев 1,2-0-
(Г-циано)этилиденовых производных, известно также применение
легкодоступных 1,2-О-цианобензилиденовых производных (см., например, [15,
56]). В связи с проблемой повышения стереоселективности реакции циа-
ноэтилиденовой конденсации особый интерес приобретает
гликозилирование цианобензилиденовыми производными, содержащими
заместители в фенильном ядре (см. с. 60) [22, 23].
В подавляющем большинстве случаев дополнительные гидроксильные
группы гликозил-донора защищались О-ацетильной защитой, хотя
известны цианоэтилиденовые производные, содержащие О-бензоильные
группировки; использование таких производных оказалось существенным
при синтезе некоторых полисахаридов (см. главу 4). Другие защитные
группы в доноре, такие, как бензильная, в препаративной практике
применялись редко (см., например, [38]).
В качестве гликозил-акцепторов в реакции тритил-цианоэтилиденовой
конденсации использовались многочисленные О-тритиловые эфиры,
содержащие эту группировку как у первичной, так и у вторичной
гидрофильной группы.
Хорошо известно применение 6-О-тритиловых эфиров D-глюко- [4],
D-галакто- [23, 57] и D-маннопиранозы [47]. Вторичные тритиловые эфи-
Ры, содержащие эту группировку у С-4 или С-3 гидроксильных групп,
включают производные D-глюко- [29], D-галакто- [23, 57], D-рибо- [17],
41

D-ксило- [15, 47], L-арабино- [16] и L-рамнопиранозы [44, 58], а также
производные метиловых или бензиловых эфиров D-маннуроновой
кислоты [55]. Успешно использовались также тритиловые эфиры альдофура-
ноз, содержащие тритил как у первичной, так и у вторичной гидро-
ксильной группы, а именно С5- и С3-0-тритиловые эфиры L-арабинофу-
ранозы [48], С5-, С3- и С2-0-тритиловые эфиры D-рибофуранозы [26], С6-,
С5- и С3-0-тритиловые эфиры галактофуранозы [27, 59]. В реакцию
тритил-цианоэтилиденовой конденсации с равным успехом могут быть
введены и производные олигосахаридов, имеющие О-тритильные группы
у первичного или вторичного углеродного атома, как это видно из данных
по синтезу полисахаридов (см. главу 4). В самое последнее время в
качестве акцепторов в тритил-цианоэтилиденовой конденсации были
использованы также соединения, содержащие две О-тритильные группы
[45] (ср. с. 50).
Остальные гидроксильные группы О-тритиловых эфиров чаще всего
защищались ацетильными группами, реже бензоильными, только в
отдельных случаях использовались также О-бензильные и ацетальные
группировки (изопропилиденовые и бензилиденовые защиты). Аномерный
центр акцептора был превращен чаще всего в метилгликозид, если он не
был защищен одной из приведенных выше группировок.
Была сделана попытка использовать в качестве гликозилакцепторов
О-тритиловые эфиры, содержащие электроноакцепторные группы в фе-
нильном ядре, например и-метоксифенилдифенилметиловые эфиры [60].
Однако реакция этих соединений в условиях тритил-цианоэтилиденовой
конденсации протекала сложно и практического значения не получила.
3.4. О механизме тритил-цианоэтилиденовой конденсации.
Реакционная способность компонент реакции
Механизм тритил-цианоэтилиденовой конденсации начал изучаться
лишь в самое последнее время. Приведенные выше представления (см.
с. 24) о пути образования гликозидной связи при конденсации цианоэтили-
деновых производных с тритиловыми эфирами являются, естественно,
лишь упрощенной схемой, основанной на общепринятых представлениях,
господствующих в синтетической химии углеводов.
В связи с этим стоит отметить, что вообще детальные, основанные на
экспериментальных данных исследования механизма реакций глико-
зилирования почти отсутствуют. Это в какой-то мере связано со
структурной и стереохимической сложностью обоих полифункциональных
партнеров реакции - гликозил-донора и гликозил-акцептора, что
затрудняет оценку влияния отдельных тонких особенностей их структуры и не
позволяет сделать обобщающего заключения о генерализованном
механизме гликозилирования.
Тритил-цианоэтилиденовая конденсация обладает высокой стереосе-
лективностью, а часто проходит практически полностью стереоспецифи-
чно (см. с. 54). Для объяснения этого важного факта первоначально было
высказано предположение о согласованном механизме пуш-пульного
42
Схема 13
Y0^ -°.°r
/^ ►* ) + TrNC ► TrCN
r> r = Xl'T,t i
О h-C = N,Tr+
Mc
OCOMe
типа образования гликозидных связей (схема 13) [61]. Согласно этому
представлению, атака .тритилий-катиона, промотирующего, а затем и
ведущего реакцию, направленная на атом азота цианогруппы,
сопровождается синхронной атакой кислорода тритильной группировки на гликозид-
ный центр донора. В результате этого отщепляется тритилизоцианид и
образуется гликозидная связь; тритилизоцианид изомеризуется далее в
тритилцианид, выходящий из сферы реакции, делая ее необратимой; эта
изомеризация в присутствии тритил-катиона проходит с очень большой
скоростью, что было подтверждено экспериментально [47]. В силу стери-
ческих особенностей триоксапенталановой системы, присутствующей в
цианоэтилиденовом производном, атака тритилового эфира проходит
только с тыльной стороны, образуя 1,2-гарянс-гликозидную связь. Это
представление о механизме в определенной мере подтверждается тем, что
при мониторинге реакции посредством ПМР-спектроскопии наличия в
спектре сигнала метильной группы диоксалениевого иона зафиксировать
не удалось [33].
В дальнейшем представление о механизме было уточнено [57] в том
смысле, что первой стадией процесса может являться образование интер-
медиата, имеющего структуру нитрилиевого иона 24, который образуется
при атаке иона тритилия на цианогруппу; далее аномерный центр этого
интермедиата атакуется кислородом тритилового эфира, образуя глико-
зидную связь, которая также по стерическим причинам должна иметь 1,2-
тронс-конфигурацию (схема 14).
—о
о
О——C2N
Мс
Схема 14
+ Тг+ —*■ \ ь. N + TrNC ► TrCN
OCOMe
Позднее, при исследовании тритил-цианоэтилиденовой конденсации,
был найден ряд примеров, когда стереоселективность реакции
нарушается, иногда очень значительно (см. с. 55), и наряду с 1,2-трянс-гликозидной
образуется и 1,2-цис-гликозидная связь [29, 56]. Такие отклонения были
объяснены тем, что согласованный циклический процесс может
нарушаться за счет того, что атаки тритил-катиона и кислорода тритилового
эфира не происходят одновременно или происходят с различными
скоростями. Это ведет к появлению в реакционной смеси диоксалениевого
43

интермедиата 1 как кинетически независимой частицы, который до
превращения в гликозид успевает частично изомеризоваться в гликозил-
катион 3; последний реагирует нестереоспецифично, нарушая общую
стереоспецифичность реакции (ср. схему 1 на с. 23).
Такое же допущение было сделано и для механизма, включающего
образование нитрилиевого иона на первой стадии реакции; в этом случае
нарушение стереоспецифичности также является следствием частичного
превращения интермедиата 24 в диоксалениевый ион 1, дальнейшей его
частичной изомеризации в гликозил-катион 3 и, в конечном счете,
образования 1,2-цис-гликозидной связи.
Согласно этому представлению, стереохимический результат гликози-
лирования зависит от сравнительной активности обеих компонент - циа-
ноэтилиденового производного и О-тритилового эфира [62]. Так,
например, полная стереоспецифичность образования 1,2-гаранс-гликозидной
связи, характерная для взаимодействия с первичными О-тритиловыми
эфирами, объяснялась более высокой реакционной способностью таких
эфиров по сравнению с вторичными тритиловыми эфирами. Такое
различие в их реакционной способности было принято по аналогии с
реакционной способностью родоначальных гидроксильных производных.
Аналогично причиной, обеспечивающей полную стереоспецифичность гликози-
лирования цианоэтилиденовыми производными фуранозного ряда,
считалась более высокая реакционная способность этих гликозил-доноров по
сравнению с их пиранозными аналогами.
Эти умозрительные представления стимулировали исследования
реакционной способности обоих компонентов реакции, которые были
проведены лишь в самое последнее время.
Изучение кинетики реакции гликозилирования двумя различными
цианоэтилиденовыми производными - производным маннозы и
производным галактозы - нескольких тритиловых эфиров различного типа
показало, что во всех случаях реакция протекает по уравнению первого
порядка или очень близкому к нему (по цианоэтилиденовому
производному и катиону тритилия) и по порядку, близкому к нулевому (по тритило-
вому эфиру) [47]. Эти данные не соответствуют первоначальному
представлению о согласованном пуш-пульном механизме образования глико-
зидной связи, так как в этом случае реакция должна идти по уравнению
первого порядка по обоим компонентам реакции. В то же время эти
данные согласуются с механизмом, в котором стадией, лимитирующей
скорость процесса, является превращение цианоэтилиденового
производного в нитрилиевыи комплекс 24, который в этом случае является
первым промежуточным интермедиатом (см. схему 14).
То обстоятельство, что скорость реакции не зависит от концентрации
тритилового эфира, а является лишь функцией концентрации
цианоэтилиденового производного, позволило оценить сравнительную
реакционную способность этих соединений методом конкурентного
гликозилирования, при этом за исходный стандарт принято цианоэтилиденовое
производное маннозы [47]. В реакцию вводились цианоэтилиденовые
производные различного типа - производные гексопираноз (D-глюкоза, D-гала-
ктоза), гексофуранозы (D-галактофураноза), 6-дезоксигексопиранозы
44
шлл
Таблица 7
Относительные константы скорости (к) гликозилирования
цианоэтилиденовыми производными
метил-2,3-изопропилиден-4-0-тритил-р -L- рамнопиранозида [104]
Цианоэтилиденовое
производное
Me
АсО—i
АсО J О
J_L.cn
Me
АсО—|
5Д-«Ме
CN
Ас°7-о
й*>
-т!-
Me
к / кМап
1,0
3,3
11,7
0,8
Цианоэтилиденовое
производное
AcO-i
i-i-CN
Vg£>o
-OaTo_L.cn
L°Ac » т
„ru-™
Me
^^-iLm.
CN
к / кмап
4,1
3,2
2,25
6,3
(L-рамноза) и пентапиранозы (D-ксилоза). Сравнение реакционной
способности определялось по соотношению двух образовавшихся дисахари-
дов при реакции этих цианоэтилиденовых производных с 4-О-тритиловым
эфиром рамнозы (схема 15). На основании этого были вычислены
относительные константы скорости гликозилирования (табл. 7).
АсО-, %
V
о о
X
Me Me
—О
-Л
Схема 15
->• дисахарид
дисахарид
Me
Полученные данные показывают, что относительная скорость
гликозилирования для различных цианоэтилиденовых производных лежит в
пределах одного порядка, причем не видно какой-либо общей и четкой
зависимости константы скорости от структуры донора. Однако можно
отметить, например, что эндо-цианопроизводное галактозы реагирует
быстрее, чем соответствующее экзо-производное, что подтверждают
данные, полученные ранее [33]. В то же время реакционная способность
цианоэтилиденового производного фуранозного ряда не отличается сколько-
45

нибудь существенно от таковой пиранозных производных, как это
предполагалось ранее.
Представленные данные о различии реакционной способности циано.
этилиденовых производных трудно поддаются интерпретации, хотя
отдельные частные соображения на этот счет могут быть высказаны. Так,
например, относительно более высокая реакционная способность
производного рамнозы по сравнению с ее глюкозным аналогом (см. табл. 7)
может быть объяснена тем, что стерическая доступность аномерного
центра С-1 в них различна [62]. В глюкозном производном, которое, по
данным рентгеноструктурного анализа [34], существует в конформации
искаженной ванны (°S2) (25), при атаке аномерного центра возникает 1,3-
взаимодействие с С3-ацетоксильным остатком. В производном рамнозы,
существующем в конформации 'С4 (26) [63], напротив, аномерный центр
открыт для атаки, так как в этом случае 1,3-взаимодействие отсутствует.
Аналогично более высокая реакционная способность эндо-цианоизомера
по сравнению с экзо-цианоизомером в галактозном ряду была объяснена
наличием 1,3-взаимодействия между заместителями у С-3 и CN-группы
цианоэтилиденовой группировки, занимающей нсевдоэкваториальное
положение, которое отсутствует для эндо-изомера [33].
ОАс
Me
25 26
По-видимому, вообще в полифункциональной молекуле моносахарида
с ее незакрепленной, относительно лабильной конформацией
пространственное расположение полярных заместителей может оказывать тонкое
влияние, которое пока еще трудно полностью учесть. К этому нужно
добавить, что трудности интерпретации возрастают еще больше, если
принять во внимание, что конформация производного моносахарида
непосредственно в реакционной среде может заметно отличаться от
конформации покоящейся молекулы, для которой обычно и определяются
или предлагаются соответствующие геометрические параметры.
Предположение о том, что реакционная способность цианоэтилидено-
вого производного связана с устойчивостью генерируемого из него диок-
салениевого интермедиата [64], не согласуется с тем, что, например,
реакционная способность цианобензилиденового производного галактозы не
отличается от реакционной способности своего цианоэтилиденового
аналога (см. табл: 7), хотя диоксалениевый интермедиат, содержащий
ароматический заместитель, должен быть, несомненно, устойчивее, чем
диоксалениевый ион, содержащий вместо фенильной метильную группу. Вопрос
о влиянии на реакционную способность цианоэтилиденового
производного заместителей и группировок, содержащихся в углеводной части,
специально не исследовался и в подавляющем большинстве синтезов
использовались О-ацетаты цианоэтилиденовых производных. С точки зрения при-
46
деления реакции для целей синтеза существенно, что поведение олигоса-
харида определяется реакционной способностью восстанавливающего
^оносахаридного звена, содержащего цианоэтилиденовую группировку.
Лными словами, введение углеводного заместителя в цианоэтилиденовое
производное, очевидно, мало влияет на его реакционную способность.
Вместе с тем исследование влияния природы других заместителей, в
частности групп, защищающих гидроксилы, на реакционную способность
цианоэтилиденового производного представляется важным и интересным
объектом исследования, поскольку хорошо известно, что реакционная
способность других гликозил-доноров, например галогеноз, зависит, и
иногда существенно, от природы защитных групп, например от
присутствия О-бензильных заместителей [1].
В заключение все же нужно отметить, что в условиях реакции гликози-
лирования даже небольшие различия в реакционной способности
цианоэтилиденовых производных могут оказаться достаточными для того,
чтобы оказать влияние на конечный результат, и особенно на
стереохимию образования гликозидной связи, где даже небольшая разница в
строении может повлиять на предпочтительную реакцию того или иного
интермедиата, имеющегося в реакционной среде.
Реакционная способность другого партнера тритил-цианоэтилиденовой
конденсации - О-тритилового эфира - также была специально
исследована в самое последнее время. Долгое время считалось, что первичные
тритиловые эфиры проявляют более высокую активность в этой
конденсации по сравнению со вторичными [62]. Это предположение было
сделано на основе того, что в родоначальных гидроксилсодержащих
соединениях, действительно, первичная спиртовая группа значительно
более реакционноспособна, и эта хорошо известная закономерность
широко используется для региоселективного гликозилирования при синтезах
разветвленных олигосахаридов (см. обзор [1]). Однако
экспериментальное изучение сравнительной реакционной способности различных три-
тиловых эфиров, проведенное недавно, полностью опровергло это
предположение [58].
Схема 16
АсО—| у*
№j/ + N. I АсО.
АсСГ
АсО
лисахарил
ОМе
TrOSug
дисахарид
СН2ОАс
АсО J—О
В.
Me
TrO
/ ОАс \
АсО\ /ОМе
TrOSug
дисахарид
дисахарид
47

Таблица 1
Относительная реакционная способность О-тритиловых эфиров
(константы скорости)
№ п/п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
Тритиловый эфир
2
ТЮ-,
/-\
кий
АсО ^^ ОМ.
ТгО-.
м
АсО4—/ОМе
ОАс
TrO-i
**?М
ОАс
О ОМе
(Ч?^
ОАс
«tr-r-
ТгО ОАс
А^Л-ООМ,
АсО ОТг
„ О"»
АсО ОАс
АсО—|
Г°\
AcoWOMe
OAc
Константа скорости
с производным
маннозы
3
с производным
галактозы
4
1,0 1,0
0,65 0,69
0,42 0,44
0,79
5,9 0,43
24,4 8,3
25,0 5,1
36,9 3,2
48
Таблица 8 (окончание)
1 1
9
10
2 1
АсО—1
L_QOMe
ОАс
ТгО—|
АсО/—О
,|—fOAc
ОАс
3
5,3
7,1
1 4
1,4
4,2
Реакционная способность О-тритиловых эфиров была исследована
методом конкурирующего гликозилирования различных представителей
этого класса ацетатами цианоэтилиденовых производных маннозы и
галактозы; сравнение проводилось с первичным 6-О-тритиловым эфиром
маннозы, взятым в качестве стандарта (схема 16). Полученные
результаты приведены в табл. 8. Как видно из представленных данных,
наблюдается четкое различие в реакционной способности первичных и
вторичных тритиловых эфиров. Неожиданным образом оказалось, что
реакционная способность первичных тритиловых эфиров примерно на
порядок ниже таковой вторичных эфиров. Таким образом, общеизвестная для
Сахаров более высокая реакционная способность первичных гидроксиль-
ных групп [1] по сравнению со вторичными полностью обращается для
полученных из них О-тритиловых эфиров.
Первичные тритиловые эфиры относительно мало отличаются друг от
друга по своей активности в реакции тритил-цианоэтилиденовой
конденсации; это, возможно, связано с тем, что О-тритильная группа находится в
относительном отдалении от пиранозного (или фуранозного) цикла и
особенности его строения, и в частности стереохимические различия,
оказывают незначительное влияние на ее реакционную способность.
Напротив, эфиры, несущие О-тритильную группу у вторичного атома углерода
в цикле, заметно отличаются друг от друга по реакционной способности,
причем существенное значение имеют и строение родоначального
моносахарида, и положение тритильной группы. Так, например,
реакционная способность тритиловых эфиров рамнозы падает в ряду: 4-О-Тг ==
1=2-0-Тг > З-О-Тг, что, кстати, соответствует известному порядку
реакционной способности гидроксильных групп рамнозы при гликозилировании
ацетобромглюкозой [65]. Вместе с тем, представленные в табл. 8 данные
не позволяют отметить какую-либо общую закономерность зависимости
реакционной способности вторичного тритилового эфира от его
структуры.
Существенно, однако, подчеркнуть, что сравнительная реакционная
способность изученных тритиловых эфиров изменяется, и иногда очень
заметно, в зависимости от природы гликозил-донора, участвующего в
реакции. Это видно из сравнения их реакционной способности при глико-
4. Н.К. Кочетков 49

зилировании цианоэтилиденовыми производными маннозы и галактозы
(см. табл. 8); при этом диапазон изменения реакционной способности для
реакции с производными маннозы значительно шире. Таким образом,
относительная реакционная способность тритиловых эфиров в
определенной мере зависит и от природы гликозилирующего реагента.
Более высокая реакционная способность вторичных тритиловых
эфиров по сравнению с первичными заслуживает особого обсуждения. Она
была полностью подтверждена и синтетическими опытами. Оказалось,
что при гликозилировании цианоэтилиденовым производным соединения,
содержащего две тритильные группы в молекуле сахара, происходит
избирательное гликозилирование только по вторичной гидроксильной
группе. Так, например, при взаимодействии метил-3,4-ди-0-ацетил-2,6-ди-
О-тритил-а-О-глюкопиранозида 27 с 3,4,6-три-0-ацетил-(1,2-0-циано-
этилиден)-|3-0-маннопиранозой 28 замещению подвергается только 2-0-
тритильная группировка и после детритилирования и ацетилирования
продукта реакции было выделено с выходом 72% производное D-манно-
пиранозил-1,2-глюкопиранозы 29 (схема 17). Таким образом, исполь-
Схема 17
28 27 29
зование вместо гидроксильных производных соответствующих О-трити-
ловых эфиров в условиях тритил-цианоэтилиденовой конденсации
позволяет полностью обернуть региоселективность гликозилирования
производных Сахаров, имеющих несколько потенциальных мест для
образования гликозидных связей.
Примечательно, что такое же обращение региоселективности
наблюдается и при гликозилировании эфиров, несущих тритильные группы
одновременно у первичного и вторичного гидроксилов ацетогалогенозами в
присутствии перхлората серебра (реакция Бродерека [5-9]); при этом с
высокой региоселективностью образуются дисахариды с гликозидной
связью у вторичного углеродного атома, тогда как дисахариды с 1,6-
связью если и образуются, то в незначительной степени [45].
Эта обнаруженная впервые "обращенная" региоселективность носит
достаточно общий характер и была проверена на синтезе нескольких
дисахаридов методом тритил-цианоэтилиденовой конденсации [45]. Во
всех случаях также наблюдалась высокая региоселективность реакции с
образованием гликозидной связи: реагировала только О-тритильная
группа, находящаяся у вторичного гидроксила, а первичная О-тритильная
группа сохранялась; она может быть далее удалена или использована на
следующей стадии гликозилирования для получения разветвленных оли-
госахаридов с различными моносахаридными заместителями. Более
подробное изучение этой реакции на одном из примеров показало, что, хотя
50
образование изомерных дисахаридов с 1,6-гликозидной связью и не
зафиксировано, удается выделить в небольшом количестве разветвлен-"
ные трисахариды с двумя гликозильными остатками. Таким образом,
О-тритильная группировка у первичного гидроксила также может
вступать в реакцию, но, очевидно, только после того, как прореагировала
вторичная тритильная группа.
К сказанному нужно добавить, что отмеченная региоизбирательность
гликозилирования заметно зависит как от природы цианоэтилиденового
производного, так и от структуры тритилового эфира. Так, например, при
гликозилировании дитритиловых эфиров глюкозы, содержащих
О-тритильную группу у С-6 и С-4 или С-6 и С-2, производным маннозы
отмечена полная региоспецифичность, тогда как для производного
галактозы она нарушается [45]. С другой стороны, региоспецифичность
реакции зависит от природы защитных групп в дитритиловом эфире; она
ниже для О-ацетатов и очень высока, когда рядом со вторичной тритил-
оксигруппой находится О-бензильная группа. В этом последнем случае
реакция становится настолько региоспецифичной, что удается, используя
соответствующие тритиловые эфиры, селективно прогликозилировать
даже такие трудно гликозилируемые гидроксильные группы, как гидрок-
силы у С4-атома в глюкозе и галактозе в присутствии другой тритил-
оксигруппы, находящейся у первичного углеродного атома С6 [45].
Обнаружение и дальнейшее исследование этой необычной
"обращенной" региоселективности приобретают серьезное значение для синтеза
сложных разветвленных олигосахаридных систем, так как возможность
избирательно гликозилировать через О-тритиловый эфир вторичную
гидроксильную группу в присутствии первичной позволяет в ряде случаев
создать более рациональные схемы синтеза многих олигосахаридов.
Более высокая реакционная способность первичных гидроксилов по
сравнению со вторичными в реакции гликозилирования различными гли-
козил-донорами обычно объяснялась стерическими факторами, т.е.
большей пространственной доступностью первичного гидроксила для атаки
электрофильным интермедиатом, генерируемым из донора. Точно так же
объяснялась и предполагаемая ранее более высокая реакционная
способность первичных тритиловых эфиров по сравнению со вторичными [62];
казалось, что разница в доступности кислорода О-тритильной
группировки между первичными и вторичными тритиловыми эфирами должна
сказываться еще более значительно из-за большого объема тритильного
остатка. В этой связи можно отметить: из данных рентгеноструктурного
анализа нескольких О-тритиловых эфиров [66] следует, что доступность
кислородного атома тритилоксигруппы, действительно, различна для
тритиловых эфиров разной структуры, причем она оказывается
относительно большей для 4-О-тритилового эфира рамнозы, для которого как
раз характерно наиболее эффективное и стереоспецифичное
гликозилирование. В работе [66] сделана попытка количественно оценить эти
стерические эффекты с помощью так называемого метода
цилиндрических проекций.
Однако обнаружение более высокой реакционной способности
вторичных тритиловых эфиров по сравнению с первичными на основе прямых
51

измерений [58] свидетельствует о том, что в отличие от гидроксилсо-
держащих соединений для реакционной способности тритиловых эфиров
пространственные эффекты не являются определяющими и,
по-видимому, решающее значение приобретают полярные эффекты, а именно
более высокая нуклеофильность кислорода тритилового эфира,
связанного со вторичным углеродным атомом, по сравнению с кислородом
первичного тритилового эфира (ср. [67]).
Одним из объяснений этого интересного явления служит
предположение о том, что гликозилирование тритиловых эфиров идет через более
раннее переходное состояние, чем гликозилирование соответствующих
спиртов [58]. В результате этого расстояние аномерного углерода от
кислорода акцептора (т.е. расстояние от С-1 цианоэтилиденового
производного до кислородного атома О-тритилового эфира) в случае глико-
зилирования тритилового эфира в переходном состоянии оказывается
существенно больше, чем при реакции со спиртом, и, таким образом,
стерическии фактор перестает быть доминирующим в формировании
переходного состояния и в процессе образования гликозидной связи;
определяющее значение приобретают полярные эффекты,
определяющиеся нуклеофильностью атома кислорода гликозил-акцептора. Это
предположение, естественно, нуждается еще в подтверждении.
В пользу существенного влияния электронного фактора на
реакционную способность тритиловых эфиров свидетельствуют и некоторые
экспериментальные данные. Так, например, известно [68], что замена в
4-О-тритильном производном ксилозы З-О-ацетильной группы на 3-0-
бензильную заметно повышает реакционную способность акцептора. По-
видимому, это происходит за счет усиления нуклеофильности кислорода
О-тритильной группировки из-за отсутствия влияния соседствующего
карбонила ацетоксильнои группы, экранирующей расположенный рядом
нуклеофильный центр. Этот же эффект от замены ацетоксильнои
группы на бензильную наблюдался и при опытах по гликозилированию
дитритиловых эфиров [45] (см. с. 50). В этом случае тритильные группы,
содержащие у соседнего атома бензильные защитные группы,
показывают более высокую реакционную способность, чем соответствующие
О-ацетаты.
Приведенные данные о реакционной способности обоих компонентов
тритил-цианоэтилиденовой конденсации позволяют вернуться еще раз к
вопросу о механизме этой реакции. На основании данных, полученных
при изучении кинетики, согласованный циклический механизм реакции,
очевидно, должно быть отвергнут и более обоснованной представляется
схема, включающая на первой стадии образование нитрилиевого иона с
последующим его распадом и генерацией диоксалениевого интермедиата.
Нужно, однако, принять во внимание, что диоксалениевый катион 1
может образоваться и непосредственно из цианоэтилиденового
производного, минуя нитрилиевый интермедиат 24, и гликозидная связь далее
образуется при нуклеофильной атаке диоксалениевого иона и
находящегося с ним в равновесии гликозил-акцептора. В этом случае
лимитирующей стадией процесса, определяющей скорость цианоэтилиденовой
конденсации, должно быть образование интермедиата 1, и, следователь-
52
но, увеличение его стабильности должно коррелировать с реакционной
способностью цианоэтилиденового производного. Между тем такой
корреляции не наблюдается. Диоксалениевые интермедиаты с лшнно-конфи-
гурацией или генерируемые из фуранозных производных, которые по
своим геометрическим параметрам, определенным на основании рентге-
ноструктурного анализа [64], должны быть более устойчивыми, и,
следовательно, соответствующие цианоэтилиденовые производные
должны обладать более высокими скоростями реакции, чем производные
глюко- и галактопиранозного ряда. Однако данные табл. 7 это не
подтверждают. Точно так же диоксалениевый ион, генерируемый из 1,2-циа-
нобензилиденового производного и содержащий ароматический
заместитель, должен быть более устойчивым, чем его метальный аналог. В то же
время скорость реакции 1,2-цианобензилиденового производного также
не отличается существенно от скорости, наблюдаемой для
соответствующего 1,2-цианоэтилиденового производного (табл. 7).
Таким образом, лимитирующей стадией процесса является образование
не диоксалениевого иона 1, а нитрилиевого интермедиата и механизму
цианоэтилиденовой конденсации, по-видимому, ближе всего
соответствует общая схема 18.
Схема 18
—о + —о —о — н
—/ о —Y ° "^/ Р ^|
О—1-CN П—UcsN-Тг оД - OCOR
О—f-CN
R
OCOR
В соответствии с этим образование гликозидной связи при тритил-
цианоэтилиденовой конденсации может протекать следующими
альтернативными путями: 1) при непосредственной атаке тритиловым эфиром
I бициклического нитрилиевого интермедиата 24, т.е. по согласованному
|(но не циклическому) механизму (путь А), и 2) путем нуклеофильной
[атаки диоксалениевого иона 1 (путь Б) и/или находящегося с ним в
[равновесии моноциклического гликозил-катиона 3 (путь Б'), т.е. по
I постадийному механизму. Путь А и путь Б должны приводить к
[образованию только 1,2-гарянс-гликозидной связи, путь Б' дает смесь
обоих 1,2-транс- и 1,2-цис-гликозидов. Выбор между двумя путями
сделать окончательно пока еще затруднительно. Более вероятным кажется
постадийный механизм, хотя полная стереоспецифичность реакции
| тритил-цианоэтилиденовой конденсации, наблюдаемая в большинстве
53

случаев, не позволяет полностью исключать и прохождение реакции по
пути А.
Ранее для суждения о механизме реакции привлекались представления
о корреляции между строением и реакционной способностью тритило-
вого эфира и стереоселективностью реакции [62]. В свете полученных
последних данных, четкая корреляция такого рода, к сожалению,
отсутствует. Стереохимический результат реакции, обычно столь
существенный для суждения о механизме органических реакций, на данном этапе
исследования не может способствовать окончательному выбору между
альтернативными путями образования гликозидной связи.
3.5. Стереоселективность
тритил-цианоэтилиденовой конденсации
Как указывалось во Введении, стереоселективность образования
гликозидной связи, возникающей в процессе поликонденсации при
формировании полисахаридной цепи, является наиболее важным моментом,
который определяет возможность использования той или иной реакции
гликозилирования для синтеза полисахаридов строго регулярной
структуры. В связи с этим вопрос о стереоселективности
тритил-цианоэтилиденовой конденсации исследовался подробно. Обычно это исследование
проводилось на примере синтеза дисахаридов и стереоселективность
определялась на основании соотношения образовавшихся дисахаридов с
\,2-транс- и 1,2-цис-гликозидной связью. В то же время наиболее
однозначный ответ давал результат поликонденсации мономера
соответствующего строения, так как образование даже небольших количеств
"аномальной" 1,2-цис-связи легко можно было видеть при изучении
спектра полученного синтетического полисахарида. Нужно при этом
отметить, что нарушению стереоспецифичности при модельном синтезе
дисахаридов чаще всего соответствует и потеря стереоспецифичности
реакции поликонденсации при синтезе полисахаридов. Это позволяет,
осуществляя предварительно синтез соответствующего модельного дисаха-
рида, оценить перспективу запланированного полисахаридного
синтеза.
При проведении синтеза модельного дисахарида чаще всего для
определения стереоселективности реакции проводилось исследование
посредством ЯМР-спектроскопии полной дисахаридной фракции, полученной
непосредственно из реакционной смеси до ее хроматографического
разделения на индивидуальные изомеры; наличие изомерных 1,2-транс- и 1,2-
цис-гликозидных связей легко определялось по наличию
соответствующих сигналов аномерного углеродного атома в 13С-ЯМР-спектре. В
некоторых случаях далее выделялись и идентифицировались индивидуальные
изомерные дисахариды с \,2-транс- и 1,2-цмс-гликозидными связями. В
пределах точности рутинной ЯМР-спектроскопии, которая позволяет
судить о примеси аномера с другой гликозидной связью в пределах 1-3%,
оказалось, что влияние на стерерселективиость гликозилирования
оказывает как структура акцептора, так и природа цианоэтилиденового произ-
54
водного и, таким образом, в принципе, стереохимический результат
может различаться для каждой отдельной пары донор-акцептор.
При гликозилировании первичных тритиловых эфиров как пиранозно-
го, так и фуранозного ряда независимо от природы цианоэтилиденового
производного наблюдается практически полная стереоспецифичность -
образуется только 1,2-транс-гликозидная связь [62]. При
гликозилировании вторичных О-тритиловых эфиров стереохимический результат
зависит от структуры исходного моносахарида. Как следует из
результатов поликонденсации полученных при синтезе полисахаридов,
производные D-маннопиранозы [69] и L-рамнопиранозы [70, 71], несущие
О-тритильную группу у С3- и С4-атомов, гликозилируются с полной сте-
реоспецифичностью. Такие же данные получены и для гликозилирования
метил-2,3-0-изопропилиден-4-0-тритил-а-Ь-рамнопиранозида
различными циаиоэтилиденовыми производными [44]. Напротив, при
гликозилировании производных D-ксило- [56], L-арабино- [16], D-рибо- [17], D-глюко-
[29] и D-галактопиранозы [57] по вторичным гидроксильным группам
стереоспецифичность нарушается: наряду с 1,2-трянс-гликозидными
связями образуется некоторое количество 1,2-цмс-гликозидных связей;
количество этих "аномальных" связей меняется от 5 до 20% (в отдельных
случаях даже до 50% [29]) в зависимости от структуры О-тритилового
эфира и для производных указанных выше гексоз оно несколько выше,
чем для пентоз.
Интересным исключением является гликозилирование З-О- и 4-0-
тритиловых эфиров маннуроновой кислоты. Эти гликозил-акцепторы,
имеющие лшнно-конфигурацию, гликозилируются циаиоэтилиденовыми
производными эфиров маннуроновой кислоты нестереоспецифично:
образуется смесь а- и [З-маннобиуроновых кислот [55]. Очевидно, это
отклонение связано с влиянием карбэтоксила, заменяющего
CHjOH-группировку в производном маннозы, которое реагирует стереоспецифично.
Все сказанное выше относится только к О-тритиловым эфирам,
содержащим пиранозное кольцо, так как тритиловые эфиры фуранозного
ряда, в том числе и содержащие эту группировку у вторичного
углеродного атома, гликозилируются с полной стереоспецифичностью. Это
видно, например, из опытов по получению олигосахаридов ряда галакто-
фураноз [72] и полностью подтверждается результатами
поликонденсации в ряду L-арабино- и D-галактофуранозы; производные З-О-трити-
лового эфира L-арабинофуранозы (ср. [48]) и 3-О-тритилового эфира
D-галактофуранозы (ср. [27]) реагируют стереохимически однозначно,
образуя только 1,2-тряногликозидную связь и отличаясь тем самым от
своих пиранозных аналогов.
Таким образом, вопрос о связи стереоселективности реакции тритил-
цианоэтилиденовой конденсации со структурой акцептора,
О-тритилового эфира, представляется достаточно запутанным и пока трудно
поддается интерпретации.
Ранее было высказано предположение [62], что стереоселективность
реакции связана с реакционной способностью соответствующего трити-
лового эфира, который, вступая в реакцию с диоксалениевым интер-
медиатом, достаточно быстро, подавлял изомеризацию его в гликозил-
55

катион, что и обеспечивало стереоспецифичность реакции. Этим,
например, объяснялась полная стереоспецифичность при гликозилировании
первичных тритиловых эфиров. Это предположение оказалось неверным,
так как в действительности [58] первичные тритиловые эфиры имеют
более низкую, чем вторичные, реакционную способность; тем не менее
стереоселективность реакции как раз обратная. Недавно проведенное
исследование стереоселективности реакции гликозилирования различных
тритиловых эфиров цианоэтилиденовым производным галактозы
показало, что соотношение образующихся 1,2-транс- и 1,2-цис-изомеров не
коррелирует с реакционной способностью и вторичных тритиловых
эфиров [58]. Таким образом, следует признать, что стереоселективность три-
тил-цианоэтилиденовой конденсации не связана какой-то вполне
определенной закономерностью с реакционной способностью гликозил-акцеп-
тора.
■ Вместе с тем следует подчеркнуть, что имеющийся опыт
использования О-тритиловых эфиров в синтезе указывает на то, что структура
тритилового эфира оказывает, по-видимому, наиболее существенное
влияние на стереоселективность реакции. Так, при гликозилировании одного
и того же тритилового эфира различными цианоэтилиденовыми
производными соотношения образующихся 1,2-транс- и 1,2-цис-изомеров хотя
и различаются, но в целом близки [56]. Оказалось также, что глико-
зилирование О-тритиловых эфиров гликозил-донорами другого типа,
тиоацеталями Сахаров, которые реагируют с очень высокой стерео-
специфичностью [73, 74], дает отклонение для того же О-тритилового
эфира, что и гликозилирование цианоэтилиденовыми производными [56].
С другой стороны, нарушение стереоспецифичности цианоэтилидено-
вой конденсации связано и с природой цианоэтилиденового производного.
Например, гликозилирование цианоэтилиденовыми производными фура-
ноз независимо от природы акцептора проходит полностью стереоспеци-
фично [18]; при гликозилировании производными рамнозы различных
тритиловых эфиров также наблюдается высокая стереоспецифичность,
как это видно из результатов синтеза ряда полисахаридов, полученных
при поликонденсации олигосахаридов, содержащих цианоэтилиденовые
производные рамнозы (см. главу 4). В то же время гликозилирование
производными глюкозы вторичных О-тритиловых эфиров лишено
стереоспецифичности (см., например, [29]).
Влияние структуры углеводной части цианоэтилиденового
производного на стереоселективность образования 1,2-гарянс-гликозидной связи
было проанализировано на основании данных рентгеноструктурного
анализа [64]. Оказалось, что отдельные представители этого класса
отличаются соотношением длин связей Os-C, и С,-0, и валентными углами
диоксациклопенталановой системы и таким образом имеют различную
геометрию диоксаланового цикла. Если принять, что эти геометрические
различия исходных цианоэтилиденовых производных коррелируют с
геометрическими параметрами генерируемого из них промежуточного
диоксалениевого интермедиата 1, то они должны сказываться и на
относительной легкости его изомеризации в моноциклический гликозил-кати-
он 3, образование которого и приводит к формированию "аномальной"
56
1,2-цис-гликозидной связи (см. схему 18, с. 53). Данные
рентгеноструктурного анализа позволили авторам работы [64] разделить исследованные
цианоэтилиденовые производные в зависимости от геометрии
диоксаланового цикла на три группы: соединения, в которых он образован С2-
экваториальной и С,-аксиальной связями пиранозного цикла и имеет
аномальные длины этих связей и искаженные валентные углы (к ним
относятся производные глюкозы и галактозы); 2) соединения с циклом,
образованным С2-аксиальной и С,-экваториальной связями, которые
имеют нормальные длины связи и близкие к тетраэдрическим углы
(производные маннозы) и 3) соединения с несколько укороченными
связями 05-С, и С,-0, (производные фураноз). По мнению авторов,
соединения первого типа должны давать менее устойчивый и более склонный к
изомеризации диоксалениевый интермедиат и, следовательно,
реагировать с понижением стереоселективности. Соединения второго и третьего
типов, напротив, приводят к интермедиату, менее склонному к
изомеризации, и, следовательно, должны реагировать более стереоселективно.
Эта точка зрения хорошо согласуется с имеющимися данными:
цианоэтилиденовые производные ряда глюкозы и галактозы реагируют несте-
реоселективно, а реакция производных маннозы и соединений,
содержащих фуранозный цикл, отличается высокой стереоспецифичностью.
В то же время эти данные не согласуются с соображениями об
устойчивости диоксалениевого интермедиата, вытекающими из соотношения
констант скорости реакции цианоэтилиденовых производных,
полученных из измерений кинетики [47] (см. с. 53).
Стереоселективность тритил-цианоэтилиденовой конденсации зависит
также от катализатора (промотора) реакции, точнее от аниона трити-
лиевой соли. В подавляющем большинстве модельных синтезов дисахари-
дов и самих полисахаридов использовался перхлорат тритилия и все
приведенные выше данные относятся к реакции, проводимой в
присутствии этого промотора. Стереоселективность реакции значительно
возрастает, если использовать тетрафторборат тритилия [49]. Однако этот
катализатор, как упоминалось, не нашел практического использования, так
как его эффективность оказалась недостаточной, что в полисахаридном
синтезе приводит к очень низким степеням полимеризации.
Напротив, очень удачным оказалось использование тритилтрифлата, в
присутствии которого, наряду с улучшением выходов,
стереоселективность увеличивается в несколько раз [23, 50]. Так, например, при
конденсации 3,4,6-три-0-ацетил-(1,2-0-цианоэтилиден)-а-0-галактозы с
метил-2,4,6-три-0-ацетил-3-0-тритил-Р-0-галактопиранозидом в
присутствии этого промотора соотношение изомерных дисахаридов с 1,2-цис- и
1,2-гарянс-гликозидной связью составило 1:8,3, тогда как при реакции в
присутствии тритилперхлората оно было 1:2,2. Подробное изучение
Тритилтрифлата как катализатора реакции тритил-цианоэтилиденовой
Конденсации начато лишь в последнее время и, несомненно, его
Использование представляется очень перспективным.
Влияние условий реакции тритил-цианоэтилиденовой конденсации на
ее стереоселективность (продолжительность реакции, температура)
специально не исследовалось; данные, указывающие на какое-либо сущест-
57

венное влияние этих факторов, отсутствуют. Вместе с тем оказалось, что
решающее значение для стереоселективности имеет применение
высокого давления, что делает реакцию полностью стереоспецифичной (см
с. 61).
Подводя итог обсуждения сложного и запутанного вопроса о стерео-
селективности тритил-цианоэтилиденовой конденсации следует признать,
что общих и достаточно четких закономерностей, позволяющих связать
стереохимический результат гликозилирования со структурой исходных
компонентов, установить пока не удается. Если гликозилирование
первичных тритиловых эфиров дает вполне определенный результат, то
для вторичных эфиров соотношение образующихся изомерных гликози-
дов зависит не только от структуры этого акцептора, но также и от
природы донора, и применяемой в качестве катализатора тритилиевой
соли. Поэтому при практическом осуществлении синтеза полисахарида в
большинстве случаев целесообразно вначале проверить стереоселектив-
ность реакции на синтезе соответствующего модельного дисахарида.
Приведенные выше данные о стереоселективности реакции и
отклонения, наблюдаемые от ее полной стереоспецифичности, не могут быть
пока еще увязаны определенным образом с механизмом реакции. Как
указывалось (см. с. 53 и схему 18), образование гликозидной связи при
взаимодействии тритилового эфира с цианоэтилиденовым производным
может идти путем нуклеофильной атаки нитрилиевого интермедиата 24
и/или диоксалениевого иона 1 (образование только 1,2-транс-гликозида)
и при нуклеофильной атаке гликозил-катиона 3 (образование смеси
1,2-транс- и 1,2-цыс-гликозидов).
Очевидно, что количество образовавшегося 1,2-цыс-гликозида, т.е.
стереоселективность реакции, будет в конечном счете зависеть от: 1)
концентрации гликозил-катиона, т.е. равновесия 1 <^t 3, и 2) от соотношения
скоростей реакции обоих этих интермедиатов с тритиловым эфиром.
Первое определяется структурой исходного донора, второе -
особенностями реакционной способности тритилового эфира. В соответствии с
первым фактором стереоселективность реакции должна в определенной
степени зависеть от относительной стабильности диоксалениевого иона 1
и изомерного ему гликозил-катиона 3.
Имеются данные в пользу этой точки зрения. Так, например, данные
по гликозилированию цианобензилиденовыми производными, имеющими
заместитель в ароматическом ядре [23, 57], показывают, что
соотношение 1,2-т/?янс-/1,2-цыс-гликозидов возрастает при введении электроно-
донорных заместителей, способствующих стабилизации генерируемого
диоксалениевого иона и, очевидно, в меньшей степени сказывающихся на
устойчивости соответствующего гликозил-катиона (см. с. 60).
Убедительное свидетельство значения равновесия диоксалениевый
ион 1 £± гликозил-катион 3 для стереоселективности получено при
проведении тритил-цианоэтилиденовой конденсации под высоким давлением
(см. с. 61), когда образуются только 1,2-трянс-гликозиды, что можно
объяснить сдвигом равновесия 1 <^ 3 в сторону 1, имеющего благодаря
бициклической структуре меньший объем, чем гликозил-катион.
58
Оценить значение второго фактора, влияющего на стереохимию
образующейся гликозидной связи, т.е. реакционной способности тритилового
эфира по отношению к интермедиатам 1 и 3, в настоящее время
представляется еще невозможным в связи с недбстаточностью данных об
особенностях реакционной способности простых тритиловых эфиров в реакциях
нуклеофильного замещения. По этой причине трудно ответить на
основной вопрос, а именно: каким образом влияет структура акцептора
на стереоселективность реакции; например, почему первичные трити-
ловые эфиры реагируют с меньшей скоростью и селективно, тогда как
более активные вторичные эфиры дают стереохимически неоднозначный
результат.
К сказанному нужно добавить, что наряду с природой аниона
катализатора на стереохимический результат реакции может влиять и
характер растворителя (полярность, нуклеофильность, сольватирующая
способность и т.п.). Это может сказаться на относительной реакционной
способности возможных интермедиатов реакции и, следовательно, на
вкладе того или иного ее маршрута в окончательный результат.
Исследование этого вопроса представляется очень существенным.
Наконец, при обсуждении проблемы стереоселективности цианоэти-
лиденовой конденсации необходимо принять во внимание еще одну
причину образования 1,2-цыс-гликозидной связи, что может внести
значительный и, возможно, даже решающий вклад в окончательный
стереохимический результат реакции. Такой альтернативной причиной может
быть конкурирующая с гликозилированием реакция диоксалениевого
интермедиата 1 с нуклеофильным перхлорат-ионом, присутствующим в
реакционной среде. Атака этого нуклеофила может привести к
образованию 1,2-трянс-гликозилперхлората 30, который может содержать
ковалентную связь (ср. [75]) или существовать в виде тесной ионной пары.
Последующая его атака О-тритильной группой акцептора ведет в
конечном счете к образованию 1,2-цыс-гликозида (схема 19). В пользу
Схема 19
сюГ^ —овею, xrosug —°.
—Y —^osug
OCOR OCOR
R R
30
этой точки зрения говорит то, что, как указывалось выше, при замене
тритилперхлората с достаточно нуклеофильным анионом (ср. [76]) на
менее нуклеофильный тетрафторборат [49] или еще менее нуклео-
фильный (ср. [77]) трифлат [50] стереоселективность гликозилирования
повышается. Другим сильным аргументом в пользу высказанной точки
зрения о пути образования 1,2-цыс-гликозидной связи являются новые
данные о том, что соотношение образующихся 1,2-транс/1,2-цыс-глико-
зидов сдвигается в сторону 1,2-трянс-изомера при понижении концентра-
59
o-tcn На
г!

ции катализатора - тритилперхлората, т.е. при понижении концентрации
конкурирующего нуклеофила - перхлорат аниона [78].
В свете всех этих данных вклад этого маршрута реакции, ведущего к
образованию 1,2-цыс-гликозидной связи, может быть достаточно
существенным, что еще сильнее осложняет и без того запутанный вопрос о
механизме тритил-цианоэтилиденовой конденсации.
3.6. Тритил-цианобензилиденовая конденсация
В последнее время были сделаны попытки улучшить стереосе-
лективность тритил-цианоэтилиденовой конденсации.
Одна такая попытка связана с модификацией донора. Поскольку
известно [56], что при гликозилировании цианобензилиденовыми
производными соотношение образующихся изомерных гликозидов сдвигается в
сторону образования 1,2-транс-изомера по сравнению с гликозили-
рованием цианоэтилиденовыми аналогами, было подробно исследовано
гликозилирование цианобензилиденовыми производными галактозы 14
а-д, имеющими в пара-положении фенильного ядра различные
заместители [23, 57] (синтез см. с. 30). Оказалось, что при гликозилировании
вторичного тритилового эфира метил-2,4,6-три-0-ацетил-3-0-тритил-р-0-
галактопиранозида 31 этими соединениями стереоселективность реакции,
действительно, зависит от природы заместителя (схема 20). Так п-бром-
Схема 20
-ОАс
AcOJ—oOMe
|—ОАс
AcOJ
)Ас У "
ОАс
АсО
(*ОАс
Аг - Ph (a), n-BrPh (б), n-CNPh (в),
n-MeOPh (г), 3,4,5-(MeObPh (д)
(146) и и-цианозамещенные (14в) давали соотношение изомерных 1,2-
транс-/1,2-цыс-галактозилгалактоз, (32/33) равное соответственно 2,5:1 и
3,5:1, что близко к результатам гликозилирования незамещенным бензи-
лиденовым производным (14а) (3,7:1). Напротив, использование циано-
бензилиденовых производных с электронодонорными заместителями п-
метокси- (14г) и 3,4,6-триметоксипроизводного (14д) приводит к сильному
повышению стереоселективности - соотношение \,2-транс-/\,2-цис-
60
ОСОАг
ОАс
О
32
|—ОАс
; \ AcOJ—оОМе
OfOAr
33
LO у
ОАс
гликозидов (32/33) становится равным (8,3-8,2): 1. Это в 4 раза превышает
стереоселективность, полученную для соответствующего цианоэтили-
денового производного, где она составляет 2,2:1. Существенно также, что
выходы дисахаридов повышаются и достигают 90-95%.
Гликозилирование этими же донорами первичного тритилового эфира
метил-2,3,4-три-0-ацетил-6-0-тритил-р-0-галактопиранозида во всех
случаях протекает полностью стереоспецифично и дает только 1,2-транс-
гликозидную связь, как и в случае аналогичного цианоэтилиденового
производного, но выходы также оказываются выше, чем для последнего.
Обеспечение повышенной стереоселективности при использовании
указанных цианобензилиденовых доноров связано, наверное, с повышением
устойчивости образующегося диоксалениевого интермедиата по
сравнению с устойчивостью изомерного гликозил-катиона.
Стереоспецифичность реакции удается повысить еще больше, если в
качестве промотора гликозилирования цианобензилиденовыми
производными с электронодонорными заместителями вместо тритилперхлората
использовать соответствующий трифлат. В этом случае при
гликозилировании вторичного тритилового эфира 31 цианоэтилиденовым
производным 14г удается достигнуть соотношения 1,2-транс-/1,2-цис-
связанных дисахаридов (32/33), равного 26:1, т.е. стереоспецифичность
становится практически полной [23]. К сожалению, этот перспективный
подход к модификации реакции тритил-цианоэтилиденовой конденсации
пока еще не получил должного развития.
3.7. Гликозилирование при высоком давлении
Другим путем повышения стереоселективности
тритил-цианоэтилиденовой конденсации является проведение реакции гликозилирования под
высоким давлением. Хотя влияние высокого давления на органические
реакции известно достаточно хорошо и используется в синтетической
практике (см. обзоры [79, 80]), стереохимические аспекты влияния
давления на результат реакции почти не исследовались. Использование этого
подхода в гликозидном синтезе оказалось очень плодотворным.
Было обнаружено [81, 82], что на стереоселективность
тритил-цианоэтилиденовой конденсации в сильной степени влияет давление, при
котором проводится реакция. В тех случаях, когда при нормальном
давлении эта реакция приводит к образованию не только 1,2-транс-, но и
некоторого количества 1,2-цыс-гликозидов, при повышении давления
наблюдается сильный сдвиг в сторону образования 1,2-транс-гликозидной
связи и при давлении 14 кбар реакция становится полностью стерео-
специфичной. Так, например, взаимодействие 3,4,6-три-0-ацетил-(1,2-0-
Цианоэтилиден)-а-0-глюкопиранозы с 1,2,4,6-тетра-О-ацетил-З-О-тритил-
ос,р-глюкопиранозой в присутствии перхлората тритилия, дающее в
стандартных условиях смесь дисахаридов с 1,2-транс- и 1,2-цыс-гликозид-
ными связями в соотношении 59:41, при проведении реакции под
давлением 14 кбар приводит с высоким выходом только к 1,2-транс-изомеру -
производному ламинарибиозы [81].
61

Этот эффект носит общий характер и проявляется как для
различных цианоэтилиденовых производных (нейтральные сахара [81,
82], уроновые кислоты [83]), так и для акцепторов, имеющих
О-тритильную группу в различных положениях, в том числе у вторичных
гидроксильных групп [81, 82], для которых в обычных условиях реакция
проходит нестереоспецифично. Наряду с изменением стереоселек-
тивности при этом наблюдалось и существенное повышение выходов
дисахаридов.
Реакция проводится в обычных условиях тритил-цианоэтилиденовой
конденсации в присутствии 10 мол.% тритилперхлората1 в растворе
дихлорметана. Реагенты в запаянной тефлоновой ампуле помещаются в
аппарат, в котором гидравлически генерируется давление (описание
аппаратуры см. в работе [84]). Для того чтобы исключить начало реакции до
достижения необходимого давления (что могло бы привести к нестерео-
специфическому гликозилированию), тефлоновую ампулу
предварительно охлаждают до -80°С, а по достижении нужного давления
повышают температуру до комнатной. По окончании реакции, которая
обычно продолжается 10-20 ч, давление сбрасывается и реакционную смесь
обрабатывают стандартным образом [82].
Можно было полагать, что давление будет благоприятствовать сдвигу
равновесия диоксалениевый катион (1) +± гликозил-катион (3) (ср. схему
18) в сторону первого за счет того, что, будучи бициклической системой,
он занимает меньший объем по сравнению с гликозил-катионом.
Исследование количественных аспектов реакции [85] и кинетический
анализ соотношения образующихся изомеров в зависимости от давления
[86] позволили вычислить так называемый объемный фактор активации
(АМ()) (см. [79]), который оказался равен 11 см3/моль. Наличие столь
существенного фактора активации свидетельствует о том, что действие
давления на стереохимию гликозилирования связано, действительно, со
сдвигом равновесия в сторону образования менее объемистого интерме-
диата (в данном случае диоксалениевого интермедиата 1). Эти данные
являются серьезным доводом в пользу высказанных выше соображений о
механизме реакции и причинах образования "аномальных" 1,2-цыс-
гликозидных связей (см. раздел 3.5).
Изучение кинетики реакции под давлением показало, что соотношение
1,2-транс-/ 1,2-цыс- растет с ростом давления быстрее, чем общая
скорость реакции [86]. Отсюда следует важный вывод о том, что
диоксалениевый интермедиат реагирует с акцептором медленнее, чем
моноциклический гликозил-катион; это можно объяснить тем, что в последнем
положительный разряд более локализован.
Оказалось далее, что наиболее резкий скачок при действии давления
отмечается в момент фазового перехода растворителя [87]. Так, если при
изменении давления от атмосферного до 13 кбар соотношение 1,2-транс-
11,2-цыс- увеличивается в 4 раза, то при переходе давления от 13 до
14 кбар, в момент, когда замерзает растворитель (СН2С12), соотношение
изомеров сразу возрастает в 19 раз! Сущность этого явления остается
неясной; возможно, оно связано с переходом к реакции в микрокристал-
62
лической фазе или в клетке растворителя или с каким-либо другим
физическим изменением среды.
Крайне интересно, что аналогичный эффект сдвига в сторону
образования 1,2-транс-гликозидной связи наблюдается при гликозилировании
под давлением и другими гликозил-донорами в тех случаях, когда реакция
предположительно проходит через образование диоксалениевого бицик-
лического интермедиата, например в реакции Гельфериха. Так, при
взаимодействии тетраацетата a-D-глюкозилбромида с производными
глюкозы, имеющими свободные гидроксильные группы у атомов С-2, С-3, С-4 и
С-6, наблюдается быстрое увеличение соотношения \,2-транс-1\,2-цис-
изомеров с увеличением давления [88]. Тот же эффект имеет место и при
гликозилировании 1-О-ацетатами Сахаров в присутствии льюисовских
кислот. Так, поликонденсация перацетата генциобиозы в присутствии
SnCl2, нестереоспецифичная при обычном давлении, под давлением
14 кбар проходит полностью стереоспецифично [89].
Приведенные результаты указывают на то, что повышение стереоспе-
цифичности реакций 1,2-трянс-гликозилирования, проходящих через
диоксалениевый интермедиат, под воздействием давления носит достаточно
общий характер и, несмотря на более сложный эксперимент, может
иметь в некоторых случаях практический смысл.
В связи со сказанным выше интересно также отметить, что как при
гликозилировании неуглеводных акцепторов, так и при синтезе
дисахаридов [90] гликозилбромидами, не несущими соучаствующую группу у
С-2 (т.е. неспособного к образованию диоксалениевого интермедиата),
такого влияния давления не отмечено и об изменении соотношения
изомеров не сообщается.
3.8. Побочные реакции
Хотя в целом тритил-цианоэтилиденовая конденсация проходит
благодаря мягким условиям достаточно гладко, она сопровождается
некоторыми побочными процессами. Наиболее существенной, имеющей
нежелательные последствия реакцией является детритилирование акцептора -
отщепление тритильной группировки с заменой ее на ацетоксильную
группу или регенерацией свободной гидроксигруппы (схема 21). Эта
Схема 21
пи—|
)—О ОМе
ТЮ-
63

реакция, отмеченная впервые при поликонденсации уроновых кислот
[91], наблюдается в той или иной мере в большинстве изученных случаев,
в том числе и при реакции с цианобензилиденовыми производными [57], и
легко выявляется при ТСХ-контроле реакционной смеси. Результатом ее
является снижение выходов дисахаридов или, что очень существенно,
уменьшение степени полимеризации полисахарида при поликонденсации
(см. главу 4), так как продукты детритилирования уже инертны в
условиях реакции тритил-цианоэтилиденовой конденсации. Интенсивность
детритилирования как-то связана со структурой тритилового эфира, и
хотя эти закономерности в целом не ясны, некоторые данные указывают
на то, что первичные тритиловые эфиры подвергаются детритилирова-
нию легче, чем вторичные. Этим, возможно, объясняется то, что обычно
поликонденсация мономеров, содержащих О-тритильную группу у
первичного углеродного атома, дает полисахарид с более низкой степенью
полимеризации, чем мономеры со вторичной тритильнои группой (см. с.
127). Реакция детритилирования была специально изучена [92], но
попытки ее устранить или снизить ее интенсивность посредством изменения
условий реакции (температура, время) не дали существенного результата,
хотя имеется наблюдение, что детриталирование первичных О-тритило-
вых эфиров несколько уменьшается при проведении реакции в ацетонит-
риле по сравнению со стандартным растворителем дихлорметаном.
Причины отщепления тритильнои группы в условиях
тритил-цианоэтилиденовой конденсации остаются неясными. Замещение тритильнои
группы на ацетоксильную, может быть, является результатом
превращения промежуточного ортоэфира, побочно образующегося при атаке
О-тритильной группы по Q-углеродному атому цианоэтилиденовой
группировки, конкурирующей с нормальной атакой по С-1 аномерного центра
[92]. ^ ■
Другие побочные реакции при тритил-цианоэтилиденовой конденсации
проявляются значительно слабее. Известно частичное замещение
цианоэтилиденовой группировки на ацетоксигруппу, приводящее к
превращению гликозил-донора в 1-О-ацетат (см., например, [93]). Эта реакция
была отмечена лишь в нескольких случаях, хотя, возможно, она имеет
довольно существенное значение как одна из причин обрыва растущей
полисахаридной цепи в процессе поликонденсации. Иногда в реакционной
смеси констатировалось образование тритил-гликозида донора,
возникающего из цианоэтилиденового производного [57]. Пути образования
этого побочного продукта остаются неясными.
В ходе тритил-цианоэтилиденовой конденсации наблюдалось также
образование незначительных количеств побочных продуктов, которые
являются результатом обычного для Сахаров изменения защитных групп
донора или акцептора, таких, как миграция ацильных групп, лактониза-
ция в случае уроновых кислот и т.д.
В целом же, за исключением реакции детритилирования, побочные
реакции не проявляются существенно при использовании реакции в
синтетических целях.
64
ЛИТЕРАТУРА .
1. Paulsen Н. II Angew. Chem.: Int. Ed. Eng. 1982. Vol. 21, N 3. P. 155-173.
2. Garegg P., Lindberg A.A. // Carbohydrate chemistry // Ed. J.F. Kennedy. Oxford: Clarendon
press, 1988. P. 500-559.
3. Meerwein H., Hederich V., Morschel H. et al. // Lieb. Ann. 1960. Bd. 635. S. 1-21.
4. BochkovA.F., Kochetkov N.K. // Carbohydr. Res. 1975. Vol. 39, N 2. P. 355-357.
5. BredereckH., Wagner A., FaberG. // Angew. Chem. 1957. Bd. 69, N 12. S. 438.
6. BredereckH., Wagner A., FaberG. et al. //Chem. Ber. 1959. Bd. 92, N 6. S. 1135-1139.
7. BredereckH., Wagner A., Kuhn H. et al. // Ibid. 1960. Bd. 93, N 5. S. 1201-1207.
8. BredereckH., Wagner A., Geissel G. et al. // Ibid. 1962. Bd. 95, N 12. S. 3064-3069.
9. Bredereck H., Wagner A., Geissel G. et al. // Ibid. S. 3056-3063.
10. Coxon В., Fletcher H.G. II J. Amer. Chem. Soc. 1963. Vol. 85, N 17. P. 2637-2642.
11. Обручников ИВ., Кочетков Н.К. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1977. N 11, С. 2571-
2573.
12. Martin-Lomos M., Chacon-Fuertes Е. // Carbohydr. Res. 1977. Vol. 59, N 2. P. 604-606.
13. Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Ibid. 1979. Vol. 68. CI 1-C13.
14. Бетанели В.И., Овчинников М.В., Бакиновский Л.В. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
1979. N 12. С. 2751-2757.
15. Бакиновский Л.В., Нифантьев Н.Э., Бетанели В.И. и др. // Биоорган, хим. 1983.
T.9.N 1.С. 74-85.
16. Кочетков Н.К., Отт AM., Шашков А.С. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1986. N 1.
С. 196-199.
17. Бетанели В.И., Отт AM., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1991. Т. 17, N 12.
С. 1665-1688.
18. Backinowsky L.V., Nepogod'ev S.A., Shashkov A.S. et al. // Carbohydr. Res. 1985. Vol. 138.
P. 41-54.
19. Литвак MM., Бетанели В.И., Бакиновский Л.В. и др. // Биоорган, хим. 1982. Т. 8,
N8. С. 1133-1142.
20. Betaneli V.I., Litvak MM., Backinowsky L.V. et al. // Carbohydr. Res. 1981. Vol. 94, N 1. Cl-
C4.
21. Betaneli V.I., OttA.Ya., Brukhanova O.V. et al. // Ibid. 1988. Vol. 179. P. 37-50.
22. Бетанели В.И., Кряжевских И.А., Отт А.Я. и др. // Биоорган, хим. 1988. Т. 14, N 5.
С. 664-669.
23. Kochetkov N.K., Betaneli V.I., Kryazhevskikh LA. et al. // Carbohydr. Res. 1993. Vol. 244,
N 1. P. 85-97.
24. De las Heras F.G., Fernandez-Resa R. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1982. N 1. P. 903-907.
25. Utimoto K., Horie T. // Tetrahedron Lett. 1982. Vol. 23, N 2. P. 237-238.
26. GassJ., Christian R., Kosma P. et al. // Carbohydr. Res. 1988. Vol. 180, N 2. P. 243-251.
27. Бакиновский Л. В., Непогодьев С.А., Кочетков Н.К. //Биоорган, хим. 1988. Т. 14,
N9. С. 1234-1241.
28. Кочетков Н.К., Малышева Н.Н., Климов ЕМ. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1983.
N5. С. 1170-1177.
29. Кочетков Н.К., Малышева Н.Н., Стручкова ММ. и др. // Биоорган, хим. 1985.
Т. 11, N3. С. 391-401.
30. Овчинников М.В., Байрамова Н.Э., Бакиновский Л.В. и др. //Там же. 1983. Т. 9, N 3.
С 391^100.
31. Китов ПИ., Цветков Ю.Е., Бакиновский Л.В. и др. // Там же. 1989. Т. 15, N 10.
С. 1416-1422.
32. Kochetkov N.K., Bayramova N.E., Tsvetkov Yu.E. et al. //Tetrahedron. 1985. Vol. 41, N 16.
p-3363-3375.
33. Vicent C, Coteron J.-M., Jiminez-Barbero J. et al. // Carbohydr. Res. 1989. Vol. 194.
p-163-169.
34. Воронцова Л.Г., Декаприлевич М.О., Чижов О.С. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
1980. n 10. С. 2312-2319.
35. Bayramova N.E., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Carbohydr. Res. 1983.
V°l. 124, N 1.C8-C11.
! 36. Байрамова Н.Э., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1987.
N5. С. 1120-1125.
'• Н.К. Кочетков
65

37. Байрамова Н.Э., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. //Там же. 1987. N 5. С. 1126-1131
38. Бакиновский Л.В., Цветков Ю.Е., Овчинников М.В. // Биоорган, хим. 1985. Т. Ц
N 1.С. 66-76.
39. Betaneli V.I., Backinowsky L.V., Bayramova N.E. et al. // Carbohydr. Res. 1983. Vol. 113, N 1
C1-C5.
40. Helferich B. // Adv. Carbohydr. Chem. 1948. Vol. 3. P. 79-112.
41. Colin-Macsager S., Girard J.-P., Rossi J.-C. // Tetrahedron Lett. 1992. Vol. 33, N 18
P. 2689-2693.
42. Wozney Ya.V., Kochetkov N.K. // Carbohydr. Res. 1977. Vol. 54, N 2. P. 300-303.
43. Wozney Ya.V., Backinowsky L.V., Kochetkov N К. // Ibid. 1973. Vol. 73. P. 282-286.
44. Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Ibid. 1979. Vol. 76. P. 252-256.
45. Tsvetkov Yu.E., Kitov P.I., Backinowsky L.V. et al. // Tetrahedron Lett. 1993. Vol. 34, N 49.
P. 7977-7980.
46. Kochetkov NX., Malysheva N.N. // Ibid. 1980. Vol. 21, N 32. P. 3093-3096.
47. Китов ПИ., Цветков Ю.Е., БакиновскийЛ.В. и др. //Изв. АН СССР. Сер. хим. 1993.
N 8. С. 1485-U89.
48. Непогодьев С.А., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1986. Т. 12,
N 7. С. 940-946.
49. Бакиновский Л.В., Нифантьев Н.Э., Кочетков Н.К. // Там же. 1984. Т. 10, N 2.
С. 226-231.
50. Бетанели В.И., Кряжевских И.А., Кочетков Н.К. // Докл. АН СССР. 1992. Т. 322,
N 3. С. 540-543.
51. Цветков Ю.Е., Китов ПИ., Бакиновский Л.В. и др. // Биооргаи. хим. 1990. Т. 16,
N 1.С. 98-104.
52. Schmidt R.R., Ricker S. // Tetrahedron Lett. 1980. Vol. 21, N 10. P. 1421-1425.
53. Schmidt R.R., Behrendt M., Topfer A. // Synlett. 1990. P. 694-696.
54. Sinay P. // Pure Appl. Chem. 1991. Vol. 63, N 4. P. 519-528.
55. Бетанели В.И., Брюханова О.В., Отт А.Я. и др. // Биоорган, хим. 1992. Т. 18, N 6.
С. 802-817.
56. Бакиновский Л.В., Нифантьев Н.Э., Кочетков Н.К. // Там же. 1983. Т. 9, N 8.
С. 1089-1096.
57. Бетанели В.И., Кряжевских И.А... Отт А.Я. и др. // Там же. 1989. Т. 15, N 2.
С. 217-230.
58. Китов П.И., Цветков Ю.Е., Бакиновский Л В. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1993.
N 11. С. 1992-1998.
59. Непогодьев С.А., Бакиновский Л .В., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1990. Т. 16,
N 2. С. 236-249.
60. Нифантьев Н.Э., Бакиновский Л.В., Цветков Ю.Е. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
1987. N4. С. 914-920.
61. Kochetkov N.K., Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V. et al. // Tetrahedron. 1981. Vol. 37.
Suppl. l.P. 149-156.
62. Kochetkov NX.'// Ibid. 1987. Vol. 43, N 11. P. 2389-2436.
63. Foces-Foces C, Cano F.H., Gareio-Blanko S. // Acta crystallog. 1976. B. 32. P. 3029-3037.
64. Декаприлевич М.О., Чижов О.С. // Биоорган, хим. 1988. Т. 14, N 5. С. 658-663.
65. King R.R., Bishop СТ. // Can. J. Chem. 1974. Vol. 52, N 23. P. 3913-3917.
66. Воронцова Л.Г., Декаприлевич М.О., Чижов ОС. // Биоорган, хим. 1986. Т. 12, N 2.
С. 257-264.
67. Abboud J.-L., Elguero J., Liotard D. et al. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1990. N 4.
P. 565-571.
68. Nifant'ev N.E., Backinowsky L.V., Kochetkov N.K. II Carbohydr. Res. 1989. Vol. 191, N 1.
P. 13-19.
69. Кочетков Н.К., Климов Е.М., Малышева Н.Н. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1986.
N8. С. 1884-1887.
70. Kochetkov N.K., Malysheva N.N.// Tetrahedron Lett. 1980. Vol. 21, N 32. P. 3093-3096.
71. Malysheva N.N., Kochetkov N.K. /I Carbohydr. Res. 1982. Vol. 105, N 2. P. 173-179.
72. Непогодьев С.А., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Биооргаи. хим. 1989. Т. 15.
N И. С. 1555-1560.
73. Kochetkov N.K., Backinowsky L.V., Tsvetkov Yu.E. //Tetrahedron Lett. 1977. N 41. P. 3681-
3684.
66
74. Backinowsky L.V., Tsvetkov Yu.E., Balan N.F. et al. // Carbohydr. Res. 1980. Vol. 85, N 2.
p. 209-221.
75. Igarashi К., Нопта Т., IrisawaJ. // Ibid. 1970. Vol. 15, N 3. P. 329-337.
76. Зефиров Н.С., Козьмин А.С., Сорокин В Д. и др. // Журн. орган, хим. 1982. Т. 18,
|sj 8. С. 1768-1769.
77. Kevill D.N., Lin G.M.L. // Tetrahedron Lett. 1978. N 7. P. 949-952.
78. Китов ПИ. Неопубликованные данные.
79. Жулин В.М. I/ Физическая химия: Современные проблемы / Под ред. В.М. Ко-
лотыркина. М.: Химия, 1984. С. 144-172.
80. Matsumoto К., Sera A., Ichida Т. //Synthesis. 1985. N l.P. 1-26; N 11. P. 999-1027.
81. Жулин В.М., Климов Е.М., Макаров З.Г. и др. // Докл. АН СССР. 1986. Т. 289, N 1.
С. 105-108.
82. Kochetkov N.K., Zhulin V.M., Klimov E.M. et al. // Carbohydr. Res. 1987. Vol. 164. P. 241-
254.
83. Жулин В.М., Малышева Н.Н., Макарова З.Г. и др. // Докл. АН СССР. 1988. Т. 301,
N1.C. 111-115.
84. Жулин В.М., Супрун А.П., Лопатина Г.Н. II Высокомолекуляр. соединения. 1971.
Т. А13, N 11.С. 2518-2528.
85. Жулин В.М., Макарова З.Г., Климов Е.М. и др. // Докл. АН СССР. 1987. Т. 296,
N 1.С. 138-142.
86. Жулин В.М., Макарова З.Г., Климов Е.М. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1989,
N 12. С. 2803-2809.
87. Жулин В.М., Макарова З.Г., Климов Е.М. и др. // Докл. АН СССР. 1989. Т. 309,
N 3. С 641-645.
88. Kochetkov N.K., Zhulin V.M., Malysheva N.N. et al. // Carbohydr. Res. 1987. Vol. 167.
C8-C10.
89. Климов Е.М., Малышева Н.Н., Демченко А.В. и др. // Докл. АН СССР. 1989. Т. 309,
N1. С. 110-114.
90. Sasaki M., Gama Y., Yasumoto M. et al. // Tetrahedron Lett. 1990. Vol. 31, N 45. P. 6549-
6552.
91. Бетанели В.И., Литвак М.М., Бакиновский Л.В. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
1985. N5. С. 1172-1177.
92. Цветков Ю.Е., Китов П.И., Бакиновский Л.В. // Биоорган, хим. 1990. Т. 16, N 1.
С. 98-104.
93. Кочетков Н.К., Малышева Н.Н., Стручкова М.И. и др. // Там же. 1985. Т. 11, N 3.
С. 391-401.

Глава 4
СИНТЕЗ ПОЛИСАХАРИДОВ
МЕТОДОМ ТРИТИЛ-ЦИАНОЭТИЛИДЕНОВОЙ
ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ
Высокая стереоселективность, эффективность и мягкие условия
образования гликозидной связи при конденсации цианоэтилиденовых
производных с О-тритиловыми эфирами позволили на основе этой реакции
создать достаточно общий метод синтеза полисахаридов, содержащих 1,2-
трянс-гликозидные межмономерные связи. Производные сахара,
содержащие одновременно цианоэтилиденовую и О-тритильную
группировки, т.е. имеющие в своем составе одновременно гликозил-донорную и
гликозил-акцепторную функции, в условиях реакции тритил-цианоэтили-
деновой конденсации, при инициировании процесса солью тритилия,
испытывают поликонденсацию, в результате чего образуется полисах
ридная цепь, которая состоит из регулярных повторяющихся звень
исходного мономера.
Если таким мономером является производное моносахарида,
образуется гомополисахарид, состоящий из моносахаридных звеньев,
связанных 1,2-трянс-гликозидными связями одного и того же типа
(схема 1).
тю
к
туа /—о9-
' n о-4—
Схемя 1
Если исходный мономер - производное олигосахарида, то в результате
поликонденсации образуется гетерополисахарид, состоящий из регулярно
повторяющихся, связанных между собой 1,2-транс-гликозидными
связями олигосахаридных звеньев, структура которых соответствует строению
исходного олигосахаридного мономера (схема 2).
Поскольку в основе элементарного акта процесса поликонденсации
лежит образование гликозидной связи за счет взаимодействия цианоэти-
лиденовой группировки и тритилового эфира, то все особенности тритил-
цианоэтилиденовой конденсации, указанные выше (см. главу 3)
свойственны и новой реакции поликонденсации.
Эта реакция позволила осуществить синтез значительного количества
регулярных полисахаридов различного типа - простейших гомополи-
68
Схема 2
TrON/—О
0--Q
o-j—
м
TrO ,— Q . о О,
ч/—° / °TN /—О /—О"--^ /—О /—О
UQ ЪХ] ^И}
ОАс ОАс „ 0--
-CN
Me
сахаридов, состоящих из гликопиранозных и гликофуранозных звеньев и
гетерополисахаридов, состоящих из дисахаридных звеньев. Она наконец,
впервые дала возможность осуществить синтез природных микробных
полисахаридов, отличающихся высокой и специфической биологической
активностью, которые также являются сложными по структуре гетеро-
полисахаридами, состоящими из повторяющихся звеньев. Таким образом,
тритил-цианоэтилиденовая поликонденсация - первый достаточно общий
метод синтеза полисахаридов регулярного строения, в которых
повторяющиеся звенья моносахаридов или олигосахаридных фрагментов
связаны 1,2-трянс-гликозидными связями (см. обзоры [1-4]).
Как было сказано во Введении, критически важная и наиболее трудная
проблема любого метода синтеза полисахаридов - обеспечение сте-
реорегулярности полисахаридной цепи. В большинстве случаев этот
важнейший критерий при тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации
выдерживается, однако в ряде случаев возникающая при
поликонденсации полисахаридная цепь оказывается не полностью стереорегулярной.
Поскольку элементарным актом поликонденсации является
возникновение гликозидной связи в результате взаимодействия цианоэтилиденовой
группировки с О-тритиловым эфиром, стереоселективность
поликонденсации коррелирует со стереоселективностью этой базовой реакции.
Действительно, стереоспецифичность поликонденсации нарушается при
поликонденсации мономеров, имеющих О-тритильную группу в положении
3 или 4 производных D-глюко-, D-галакто, D-ксило, D-арабино и D-ри-
бопиранозы. Во всех остальных случаях, в том числе для всех
производных D-маннозы, L-рамнозы и фуранозных мономеров, соблюдается
полная стереоспецифичность и образующийся полисахарид имеет только
1,2-шранс-гликозидные связи. Очень существенно, что это правило
распространяется и на олигосахаридные мономеры, имеющие тритильную
группу в соответствующем моносахаридном звене.
Ситуация полностью обращается для производных уроновых кислот:
3Десь, наоборот, мономеры, полученные на основе глюко- и галакто-
Уроновых кислот, несущие О-тритильную группу атомов у С-3 и С-4,
реагируют с полной стереоспецифичностью, тогда как поликонденсация
производных маннуровой кислоты протекает с нарушением стереоселек-
Тивности.
69

Следует подчеркнуть, что наиболее трудоемкой частью синтеза
полисахаридов, особенно гетерополисахаридов, является не сама
поликонденсация, а получение исходного мономера, часто требующее
многостадийного синтеза.
Схемы синтеза мономеров, состоящие во введении в молекулу моно-
или олигосахарида цианоэтилиденовой и О-тритильной групп,
отличаются друг от друга, как это будет видно при описании синтезов различных
полисахаридов.
4.1. Условия реакции поликонденсации
Естественно, что условия тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации
в общих чертах соответствуют описанным выше условиям синтеза ди-
сахаридов (см. с. 38). Поликонденсация проводится при обработке
мономера инициатором в нейтральном растворителе, в качестве которого
применялся дихлорметан; он удобен благодаря простоте очистки и
удаления при последующей обработке. Использование других растворителей
(бензол, нитрометан, ацетонитрил) дало значительно худшие результаты.
В качестве инициатора чаще всего применялся тритилперхлорат. Из
других солей тритилия были испытаны тетрафторборат [5] и тритил-
трифлат [6]. Первый из них не нашел практического использования, так
как, несмотря на значительное улучшение стереоселективности реакции
поликонденсации, оказался недостаточно эффективным, что приводило к
резкому снижению степени полимеризации образующегося полисахарида.
Второй, напротив, имеет, очевидно, очень хорошие перспективы для
практического применения в препаративном синтезе, поскольку
способствует значительному улучшению стереоселективности без заметного
изменения степени полимеризации. К сожалению, использование этого
нового инициатора реакции поликонденсации пока еще достаточно
широко не изучено. Иногда в качестве инициатора применялся более
удобный в обращении трифлат серебра [7, 8], который инициирует
реакцию, в то время как истинным катализатором является возникающий в
реакционной среде тритилий-катион, ведущий процесс поликонденсации.
Хотя количество инициатора оказывает некоторое влияние на ход
реакции, обычно использовалось 10 мол.% тритилперхлората (т.е.
соотношение мономер:катализатор равно 10:1). Увеличение количества
инициатора незначительно ускоряет реакцию, значительное уменьшение
- сильно ее замедляет, в результате чего она может не дойти до конца и
начинают проявляться нежелательные побочные процессы. Так,
например, пол'иконденсация 3,4-диацетил-6-0-тритил-1,2-О-цианоэтилиден-ос-
D-глюкопиранозы при использовании 1 мол.% тритилперхлората не
закончилась еще и через 40 ч, тогда как в присутствии 20 мол.% инициатора
она полностью завершилась уже за 10 ч [9]. В то же время уменьшение
количества инициатора не ведет и к увеличению молекулярной массы
полимера. Так, при синтезе р-1,6-галактана из соответствующего
мономера использование 1 мол.% инициатора вместо обычных 10 мол.% не
привело к увеличению степени полимеризации, хотя реакция не
закончилась в этом случае и за несколько дней [10].
70
Поликонденсация проводится при комнатной температуре.
Повышение температуры вплоть до 50°С не оказывает заметного влияния на
конечный результат, хотя и несколько ускоряет реакцию, делая ее в то
5ice время менее гладкой. Понижение температуры до 0°С и ниже сильно
замедляет реакцию, и она обычно не завершается даже в течение
нескольких дней.
Важнейшим условием успеха является полное исключение следов
влаги и других нуклеофильных примесей. Наилучшее экспериментальное
решение - использование высоковакуумной техники [9]. Для этого
применяется обычно процедура, аналогичная описанной выше для синтеза
дисахаридов [11]. В двух отростках А-образного сосуда в вакууме около
1(Г3 торр высушиваются оба реагента, мономер и катализатор,
посредством двух-трехкратной отгонки растворителя (обычно бензола или
нитрометана) из их раствора; затем высушенные реагенты растворяются
в дихлорметане и реакция начинается после смешивания растворов
посредством поворота вакуумированного А -образного сосуда.
Более крупный опыт может быть проведен с необходимыми
предосторожностями и в обычной аппаратуре, хотя в этом случае выход, а иногда
и молекулярная масса полимера несколько уменьшается.
Время реакции поликонденсации варьировалось в широких пределах.
При комнатной температуре она начинается практически сразу после
добавления инициатора, скорость ее в определенной степени зависит от
строения мономера, и время реакции, которое используется в
синтетической практике, различно для различных мономеров. Так, например,
производные арабинофуранозы полностью вступают в реакцию за
14-16 ч [7, 12]; при поликонденсации мономеров, состоящих из олиго-
сахаридных звеньев, часто используется более длительное время
реакции- 50-70 ч (см., например, [13-15]).
Многочисленные попытки увеличить молекулярную массу полимера
или поднять его выход путем значительного увеличения времени реакции
(до 120-200 ч) практически не дали результата (см., например. [16]). Это
связано, по-видимому, с тем, что основная масса мономера вступает в
реакцию достаточно быстро, после чего активный интермедиат на
восстанавливающем конце цепи или О-тритильные группы на ее невосста-
навливающем конце почти полностью исчезают за счет побочных
процессов и поликонденсация практически останавливается.
Точный контроль окончания реакции затруднен, хотя об этом
практически чаще всего судят по исчезновению мономера и О-тритильных
группировок, контролируемому с помощью ТСХ.
Как указывалось выше (см. с. 61), проведение
тритил-цианоэтилиденовой конденсации под давлением влияет на стереоселективность реакции,
Делая ее обычно полностью стереоспецифичной. В связи с этим высокое
давление было применено и в полисахаридном синтезе, в результате чего
были получены полностью стереорегулярные полисахариды, при этом
обычно увеличивалась степень полимеризации получающегося полимера
и повышался выход (см., например, [17, 18]). Поликонденсация под
давлением проводилась в условиях, соответствующих условиям тритил-циано-
этилиденовой конденсации. Мономер и необходимое количество инициа-
71

тора, перхлората тритилия, в растворе дихлорметана помещали в
запаянную тефлоновую ампулу, которую предварительно охлаждали до -70°С, с
тем чтобы затормозить начало реакции до достижения нужного давления.
После этого тефлоновую ампулу помещали в рабочую часть прибора,
накладывали давление (обычно 14 кбар) и ампуле давали нагреться до
комнатной температуры. По окончанию реакции, обычно примерно
через 20 ч, ампулу вскрывали и реакционную смесь обрабатывали
обычным способом.
4.2. Выделение и характеристика
синтезированных полисахаридов
Для полной остановки процесса поликонденсации реакция
окончательно останавливается добавлением капли водного пиридина, смеси
пиридин-метанол или трифторуксуснои кислоты, чем разрушаются остатки
катализатора. Смесь разбавляется хлороформом, и после промывания
органического слоя водой полисахарид выделяется после удаления
растворителя упариванием. В некоторых случаях, когда в результате
поликонденсации получался плохо растворимый (или вовсе нерастворимый) в
органических растворителях полисахарид, его отделяли фильтрованием.
В случае необходимости полученный полисахарид, еще содержащий
защитные группы, может быть очищен хроматографией на силикагеле.
Чаще, однако, он без очистки подвергался дезацетилированию, обычно
действием оснований (чаще всего раствором метилата натрия в метаноле по
Земплену), после чего свободный полисахарид выделяли, очищали и
-фракционировали стандартными способами [19]. Нужно иметь в виду, что
некоторые полисахариды, в том числе полисахариды, содержащие олиго-
сахаридные повторяющиеся звенья, могут быть довольно чувствительны
к щелочным воздействиям, поэтому вместо классического дезацетилиро-
вания по Земплену иногда приходится проводить депротектирование в
гораздо более мягких условиях, обычно обработкой очень разбавленным
метилатом натрия в метаноле или в смеси метанол-хлороформ (см.,
например, [14, 15]). Полнота дезацетилирования легко контролируется
исчезновением полосы ацильной группы (1735-1750 см" ) в ИК-спектре
выделенного полисахарида. Полисахариды, содержащие 1,3-гликозидные
связи, как известно, при действии оснований могут подвергаться распаду,
например реакции "слущивания" ("peeling reaction"), поэтому в этом
случае полисахарид иногда предварительно обрабатывался боргидридом
натрия для восстановления концевого остатка моносахарида до
соответствующего полиола, после чего его подвергали дезацилированию.
Полученные препараты синтетических полисахаридов представляют
собой, естественно, смесь полимер-гомологов. Гель-хроматография
выделенных препаратов показала, что кривые распределения по
молекулярной массе несколько различаются для разных полисахаридов. В
зависимости от желания можно осуществить дробное фракционирование и
выделить более узкую высокомолекулярную фракцию, жертвуя при этом
выходом полимера или, напротив, собирая более широкую фракцию,
получить полисахарид с более высоким выходом. В то же время следует
72
заметить, что обычно разброс по молекулярной массе не слишком велик,
что позволяет выделить фракцию, которая содержит основную массу
п0лученного синтетического полимера и достаточно узка по моле-
Кулярной массе.
Строение всех синтезированных полисахаридов подвергалось
тщательному контролю химическими и спектроскопическими методами. Их
структурная регулярность и, следовательно, региоспецифичность реакции
поликонденсации проверялась классической процедурой метилирования с
последующим анализом ацетатов частично метилированных полиолов с
помощью ГЖХ-МС-техники [20]. Это позволяло для низкомолекулярных
полисахаридов определять и степень полимеризации по соотношению
соответствующих метилированных полиолов, получаемых из средних
звеньев цепи и концевых звеньев. Однако чаще всего степень
полимеризации для низкомолекулярных полисахаридов оценивалась с
помощью С-ЯМР-спектра по интегралам сигнала одного из углеродных
атомов среднего звена полимера и того же углеродного атома одного из
концевых звеньев, восстанавливающего или невосстанавливающего. Для
некоторых полисахаридов, особенно полисахаридов с повторяющимися
звеньями, имеющих молекулярную массу в пределах 4000-6000,
ориентировочная оценка молекулярной массы производилась также путем гель-
фильтрации с употреблением общепринятых стандартов, например
декстрана.
Особенно тщательной проверке подвергалась конфигурация новых
гликозидных связей, возникающих в процессе поликонденсации. Это
позволяло судить о стереорегулярности полученного полимера и,
следовательно, о стереоспецифичности самой реакции поликонденсации. При
этом именно полная стереорегулярность полученного полисахарида
являлась в то же время самым серьезным критерием полной
стереоспецифичности самой базовой реакции гликозилирования, в данном случае -
тритил-цианоэтилиденовой конденсации.
Наиболее удобным, достаточно точным и в настоящее время
стандартным методом контроля стереохимии гликозидных связей является ]Н- и
С-ЯМР-спектроскопия, причем особенно полезной и удобной оказалась
последняя [21]1. 13С-ЯМР-спектр высокого разрешения обычно уже по
количеству сигналов в аномерной области четко указывал на стерео-
специфичность полученного полисахарида, так как сигналы 1,2-транс- и
1,2-цис-гликозидных связей, как правило, достаточно хорошо разрешены.
Однако, поскольку на величину химического сдвига аномерных С-атомов
в 13С-ЯМР-спектре, как известно [ 22], сильное влияние оказывают
структура соседних звеньев и тип межмономерной гликозидной связи, то для
точного отнесения сигналов углеродных атомов во многих случаях
специально получали соответствующие дисахаридные модели, которые и
давали необходимые, достаточно надежные данные для полной
расшифровки С-ЯМР-спектра синтетического полимера. Синтез таких дисаха-
Ридов одновременно позволял и моделировать оптимальные условия
В первых синтезах полисахаридов методом тритил-цианоэтилиденовой конденсации
I", 13] С-ЯМР-спектроскопия еще не использовалась, поскольку основы ее применения для
изучения структуры полисахаридов были разработаны позднее.
73

поликонденсации соответствующих мономеров в полисахаридной
синтезе.
В случае синтетических гомополисахаридов, а также простейших гете-
рополисахаридов регулярного строения обычно удается полная расшиф.
ровка их относительно простого спектра с отнесением сигналов всех
кольцевых углеродных атомов (см., например, 13С-ЯМР-спектр 1,3-a-L-
арабинофурана [рис. 3, с. 93]). Более того, уже сама простота и четкость
13С-ЯМР-спектра, отсутствие в нем интенсивных неидентифицированных
сигналов являются убедительным доказательством полной регулярности
полисахаридной цепи. В том случае, когда стереоспецифичность реакции
поликонденсации нарушалась и наряду с 1,2-транс- образовывались 1,2-
цыс-гликозидные связи, 13С-ЯМР-спектр давал возможность по
интегральной величине сигналов соответствующих аномерных атомов
углерода определить соотношение связей этих двух типов в полисахаридной
цепи. При синтезе природных полисахаридов микробного происхождения
проводилось также прямое сравнение С-ЯМР-спектра синтетического
полисахарида со спектром полисахарида, выделенного из
соответствующего микроорганизма.
Наряду с ЯМР-спектроскопией часто для простейших
гомополисахаридов полезным было также определение оптического вращения
синтетического полимера, которое является очень чувствительной константой.
Однако приходится признать, что частенько трудно найти в литературе
достаточно надежные данные по природному полисахариду
соответствующей структуры, которые могут быть приняты за стандарт для
сравнения. В то же время, напротив, данные об оптическом вращении
синтетического полисахарида, строение которого доказано достаточно
однозначно, могут служить стандартом при определении чистоты природного
полисахарида соответствующей структуры, хотя в этом случае нужно
принимать во внимание некоторые отклонения, обусловливаемые разницей в
молекулярной массе (т.е. в длине полимерной цепи) обоих образцов.
Наконец, в отдельных случаях очень точное заключение о
конфигурации, возникающей при поликонденсации гликозидной связи, может
быть сделано и чисто химическим путем - избирательной деструкцией
полисахарида с последующим выделением и анализом звена,
содержащего вновь образующуюся гликозидную связь (см., например, [15]). В тех
случаях, когда объектом синтеза являлся природный полисахарид,
отличающийся биологической активностью и высокой специфичностью,
проводилось также изучение биологических свойств синтетического
полимера и сравнение их со свойствами природного полисахарида,
выделенного из соответствующего микроорганизма, по их специфической
биологической активности.
4.3. Синтез гомополисахаридов
Методом цианоэтилиденовой поликонденсации были получены
простейшие 1,6-, 1,4- и 1,3-гликопирананы, содержащие звенья как
нейтральных гексоз и пентоз, так и уроновых кислот, связанных 1,2-трянс-гли-
козидными связями. Для полисахаридов, содержащих фуранозные звенья,
74
Таблица 1
Синтез гомополисахаридов методом трнтнл-цнаноэтнлиденовон конденсации
№
п/п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Полисахарид
2
1 .б-Р-Б-глкжопира-
нан
1,6-Р-0-галакто-
пиранан
1,6-a-D-MaHHo-
пиранан
1.3-Р-О-глюкопнра-
нан
1,3-Р-О-галакто-
пиранан
1,4-а-0-маннопира-
нан
1,3-а-Ь-рамнопира-
нан
1,4-а-Ь-рамнопира-
нан
1,3-Р-0-(6-дезокси)-
глкжопиранан
1,3-Р-Оксилопира-
нан
1,4-Р-0-ксилопира-
нан
1,3-Р-0-рибопира-
нан
1,4-Р-0-рибопира-
нан
1,3-Р-Ь-арабинопи-
ранан
1,4-Р-Ь-арабино-
пиранан
1,3-Р-В-глкжуроно-

пиранан(метиловый эфир)

Мономер
3
5
6
7
6
1
65
40
40
84
50
21
54
55
25
25
45
46
31
30
16
17
35
35
Время

реакции, ч
4
16
100
100
22
70
ПО
100
22
20*2
ПО
60
70
70'
100
20
17
17
17
17
ПО
ПО
17
20

Давление
5
атм
атм
атм
14 кбар
атм
атм
атм
14 кбар
атм
атм
атм
атм
атм
атм
14 кбар
атм
атм
атм
атм
атм
атм
атм
14 кбар

Выход,
%
6
13,5»'
45
60
90
40
48
50
55
79
72
59
71
82
63
77
60
70
90
90
43
54
55

Степень

полимеризации
7
16
6
6
11
10
14
8
22
8-9
15
30
22
40
15
26
11
17
29
27
7
II
7
20-25

Содержание
1,1-цис-
связи,
%
8
0
0
0
0
0
50
30
0
0
0
0
0
0
59
0
И
18
11
18
25
25
0
0

Литература
9
[9,23]
[10]
[Ю]
[17]
[24]
[25]
26
[40,41]
[49]
[27]
[16]
[28]
[28]
[29, 40]
[29,40]
[5]
[5]
[31]
[31]
[30]
[30]
[32]
[45]
75

1
17
18
19
20
21
22
23
2
1,4-Р-0-глюкуроно-

пиранан(метиловый эфир)
1,3-Р-0-маннуроно-

пиранан(метиловый эфир)
1,5-р-Ь-арабино-
фуранан
13-Р-Ь-арабино-
фуранан
1,3-Р-О-галакто-
фуранан
1,5-р-О-галакто-
фуранан
1,6-Р-О-галакто-
фуранан
*' Выход не оптимизирова
3
79
79
82
92
93
95
107
108
106
и.
*2 Инициатор - трифлат серебра.
4
17
20
25
15
16
16
19*2
19*2
42*2
5
атм
14 кбар
атм
атм
атм
атм
атм
атм
атм
6
70
77
90
45
93
34
94
57
7
6
20-25
12-13
17
11
45
50
25
25
8
0
0
38
0
0
0
0
0
0
9
[32]
[45]
[33]
[52]
[52]
[53]
[56]
[59]
[56]
метод был использован для синтеза гексо- и пентофурананов. Результаты,
полученные при синтезе гомополисахаридов методом тритил-цианоэтили-
деновой поликонденсации, сведены в табл. 1.
4.3.1.1,6-Гликопирананы
Был выполнен синтез 1,6-р-0-глюкана [9, 23], 1,6-р-0-галактана [10] и
1 .б-а-Б-маннана [24]. Большинство полученных полимеров имели низкую
молекулярную массу и могут, скорее, рассматриваться как высшие олиго-
сахариды.
Синтез исходных мономеров осуществлялся по стандартной схеме, в
основу которой было положено создание в молекуле моносахарида циа-
ноэтилиденовой группировки с последующим избирательным введением
первичной О-тритильной группы.
Как пример, может быть приведен синтез 3,4-ди-О-ацетил-б-О-тритил-
1,2-О-цианоэтилиден-р-0-маннопиранозы 1 - мономера для синтеза 1,6-ос-
D-маннана [24] (схема 3). 2,3,4,6-Тетра-0-ацетил-а-0-маннопиранозил-
Схема 3
о — _# — ъ$ — ь?
АссЛ—J_r АсО^^^ но" АсО^-^
2 3 4 1
76
бромид 2 превращался обработкой KCN по общей методике в 3,4,6-три-О-
ацетил-1,2-0-(Г-экзо-цианоэтилиден)-р-0-маннозу 3, которая дезацетили-
ровалась разбавленным MeONa в МЕОН, и незащищенное цианоэтилиде-
новое производное 4 обрабатывалось тритилхлоридом в пиридине и аце-
тилировалось Ас20 в пиридине.
Аналогично были получены 3,4-ди-0-ацетил-6-0-тритил-1,2-0-(Г-циа-
ноэтилиден)-а-0-глюкопираноза 5 [9, 23] и 3,4-ди-0-ацетил-6-0-тритил-
1,2-0-(Г-экзо-цианоэтилиден)-а-0-галактопираноза 6 [10]. При дезацети-
лировании цианоэтилиденового производного в более жестких условиях
происходило заметное превращение цианогрупп в иминоэфирные (ср.
с. 35), что требовало дополнительной очистки мономера. Для получения
галактозного аналога с О-бензоильными защитными группами 7, циано-
этилиденовое производное после введения тритильной группы
обрабатывалось хлористым бензоилом в пиридине.
ТгО
АеО^^ О
oJ-CN
Me
Me
Полученные мономеры могут быть введены в реакцию
поликонденсации и в виде смеси эндо-'и экзо-производных, поскольку реакционная
способность изомеров близка и, что самое главное, стереоспецифичность
реакции одинакова (ср. с. 31). Однако для обеспечения спектрального
контроля удобнее работать с индивидуальными изомерами. В этом случае
смесь изомеров цианоэтилиденового производного разделялась
кристаллизацией или хроматографией либо на одной из стадий их синтеза, либо в
виде конечного мономера. Структура получаемых мономеров однозначно
подтверждалась данными ЯМР-спектроскопии.
Поликонденсация мономеров проходила в стандартных условиях (10%
тритилперхлората, комнатная температура). Так, поликонденсация
мономера 5 практически завершилась за 15-16 ч и привела к полимеру,
который после депротектирования под действием MeONa в МеОН дал 1,6-p-D-
глюкопиранан 8 [9, 23] (схема 4). Аналогично при поликонденсации моно-
тю
сн,он
1. Тг+СЮ4-
. сн2
J—о
Ас0— 0 2. MeON.-MeOH HQ
Схема 4
Me
77

мера 6 был получен 1,6-р-О-галактопиранан 9 [10], мономера 1 - 1,6-cc-D-
маннопиранан 10 [24]. Выходы 1,6-гликанов, приведенные в табл. 1, не
оптимизировались и зависели от того, сколь узкая по степени
полимеризации фракция выделялась в данном случае. При поликонденсации
глюкозного мономера 5 было отмечено образование в качестве
побочного продукта реакции производного 1,6-р-0-ангидроглюкопиранозы (ле-
воглюкозана) 11, который является результатом внутримолекулярного
гликозилирования мономера 5. Предположение о том, что глюкопиранан
8 образовался за счет полимеризации ангидроглюкозы 11 (ср. главу 5)
было отвергнуто на основании опыта с использованием меченого лево-
глюкозана [9, 23].
СН2ОН
J— о
/он но\
hoNL-4
но
сн2
сн2
ноМ /
АсО
ОАс
11
10
Полученные 1,6-гликаны 8-10 были полностью регулярны в
структурном и стереохимическом отношении и содержали только 1,2-транс-гли-
козидные связи; однако степень полимеризации их была невысока и
составляла 15-16 для глюкана 8, около 10 для маннана 10 и всего 6-7 для
галактана 9. Для галактана были сделаны попытки увеличить степень
полимеризации путем увеличения времени реакции (до 200 ч) или
уменьшения количества инициатора (до 1%), которые не увенчались успехом
[Ю].
Проведение поликонденсации под высоким давлением позволяет
получать 1,6-гликаны с более высокой степенью поликонденсации и более
высокими выходами. Так, при проведении поликонденсации в
стандартных условиях под давлением 14 кбар был получен полностью стерео-
специфический 1,6-р-О-галактан со степенью полимеризации 10-12 и
выходом 90% [17].
78
4.3.2.1,3- и 1,4-глюкопирананы
Были осуществлены синтезы глюкопирананов этого типа, содержащих
остатки гексоз (1,3-р-О-глюкопиранана [25], 1,3-р-0-галактопиранана [6,
26], 1,4-сс-0-маннопиранана [27]), 6-дезоксигексоз (1,3-сс-Ь-рамнопиранана
[16], 1,4-сс-Ь-рамнопиранана [28], 1,3-р-0-(6-дезокси)-глюкопиранана [29]),
пентоз (1,3- и 1,4-ос-Ь-арабинопирананов [30], 1,3- и 1,4-р-О-ксило-
пирананов [5]) и 1,3- и 1,4-р-О-рибопирананов [31] и уроновых кислот
(метиловые эфиры 1,3- и 1,4-Р-О-глюкуронопирананов [32], метиловый и
бензиловый эфиры 1,3-сс-0-маннуронопиранана [33]).
Синтез мономеров сводился к стандартному введению цианоэтилиде-
новой группировки в моносахарид обычно обработкой соответствующей
ацетогалогенозы KCN или NaCN или, как в случае эфиров уроновых
кислот, взаимодействием ацетогалогенозы с AgCN. Перацетат цианоэти-
лиденового производного далее дезацетилировался разбавленным MeONa
в МеОН. Для введения О-тритильных групп к одному из вторичных гидро-
ксилов использовалась реакция тритилперхлората в присутствии
затрудненного пиридинового основания, чаще всего коллидина [34-36] (см. с.
37). Поскольку тритилирование этим методом лишено избирательности,
то использовались два альтернативных подхода: 1) прямое
тритилирование незащищенного цианоэтилиденового производного, содержащего
несколько гидроксильных групп, с последующим разделением
образующейся смеси моно-О-тритильных производных, одно из которых обычно
образуется преимущественно, и 2) предварительная избирательная
защита одной или двух гидроксильных групп полигидроксильного
производного с последующим тритилированием свободной гидроксильной группы.
Первый путь может быть иллюстрирован синтезом мономеров для
синтеза 1,3- и 1,4-сс-Ь-арабинопирананов [30] (схема 5). 3,4-Ди-О-ацетил-
Me
16 17
Me
1,2-0-(1-экзо-цианоэтилиден)-р-Ь-арабинопираноза 12, полученная
общим методом синтеза цианоэтилиденовых производных [37], дезацети-
лировалась под действием 0,01н. MeONa в МеОН, диол 13 тритилировался
79

1 эквивалентом перхлората тритилия. Смесь 3-0- (14) и 4-О-тритилпроиз-
водных (15), образовавшихся в соотношении 3:1, ацетилировалась, давая
мономеры 16 и 17, которые разделялись кристаллизацией.
Таким же путем при использовании последовательности реакций 18 ->
—» 19 —» 20 —> 21 была получена [16] 4-0-ацетил-3-0-тритил-1,2-0-(1-экз0-
цианоэтилиден)-р-Ь-рамнопираноза 21 - мономер для синтеза 1,3-рамна-
на. Аналогично, при использовании пути 22 —> 23 —» 24 —» 25,
синтезирована 4-0-ацетил-З-О-тритил-1,2-0-( 1-экзо-цианоэтилиден)-сс-0-(6гдезо-
кси)глюкопираноза 25 [29] - мономер для синтеза (1,3)-р-0-(6-дезо-
кси)глюкана.
ft
СООМе
Ri0 i_u-CN o4--CN o4--CN
Me Me 26 R, = R2 = Ac M
27 R, - R2 = H
18 R, = R2 = Ac 22 R, - R2 = Ac 28 R, = H, R2 = Tr 32 R, - R2 = Ac
19 R, = R2 = H 23 R, - R2 = H 29 R, = Tr, R2 = H 33 R, = R2 = H
20 R, = Tr, R2 = H 24 R, = Tr, R2 = H 30 R, - Ac, R2 = Tr 34 R, = Tr, R2 = H
21 R, = Tr, R2 = Ac 25 R, = Tr, R2 = Ac 31 R, = Tr, R2 = Ac 35 R, = Tr, R2 = Ac(Bz)
Этим же путем были получены мономеры для синтеза 1,3- и 1,4-p-D-
рибопирананов [31]. Диол 27, образовавшийся при дезацетилировании
цианоэтилиденового производного рибопиранозы 26, подвергался трити-
лированию, которое дало смесь 4-О-тритильного производного 28 и 3-0-
тритильного производного 29 в соотношении 1:1,3; ацетилирование
привело к мономерам 30 и 31, которые далее были разделены.
Последовательность реакций 32 —» 33 —» 34 —» 35 дала мономер 35 для синтеза 1,3-Р-
D-глюкуронопиранана [38]. Мономер для синтеза 1,3-маннуронопиранана
- метиловый эфир 4-О-ацетил-З-О-тритил-1,2-О-цианоэтилиденманнопи-
раноуроната был получен с использованием окисления
цианоэтилиденового производного маннозы [39] и дальнейшей последовательности
реакций, аналогичной предыдущему [33].
В отдельных случаях этот путь синтеза мономеров несколько
видоизменялся, как это видно на примере синтеза мономера для получения
1,3-р-О-галактопиранана [26] (схема 6): цианоэтилиденовое производное
Схема 6
80
36 дезацетилировалось и триол 37 избирательно бензоилировался по
первичной гидроксильной группе; полученный диол 38 тритилировался и
39 превращался ацетилированием в мономер 40.
Схема 7
0-4—CN О-)— CN ^Ч
//(Ж \ p. /oTr \
bzct^7 9 ыо^^ 9
ОН—CN O-j—CN
Me ., Me
43 45
SHk **ч\
Me Me
42 41 «О I l
o4— cn o-
Me Me
44 46
Второй путь получения мономеров виден из синтеза мономеров для
получения 1,3- и 1,4-р-О-ксилопирананов [5] (схема 7): 1,2-0-(Г-циано-
этилиден)-а-0-ксилопираноза 41 (смесь экзо- и эмдо-изомеров),
образовавшаяся при дезацетилировании соответствующего ацетата 42,
подвергалась бензоилированию 1 молем PhCOCl или PhCOCN в пиридине.
Полученные 4-0- и 3-О-монобензоильные производные 43 и 44 разделялись
хроматографически и переводились тритилированием в соответствующие
мономеры 45 и 46.
Аналогично последовательностью реакций 47 —» 48 —» 49 —» 50 была
синтезирована 3,6-ди-0-бензоил-4-0-тритил-1,2-0-(Г-экзо-цианоэтили-
ден)-р-0-маннопираноза 50 - мономер для синтеза ос-1,4-маннопиранана
[27]; последовательностью реакций 51 —» 52 —> 53 —» 54 - З-О-аце-
тил-4-0-тритил-1,2-0-(Г-экзо-цианоэтилиден)-р-Ь-рамнопираноза 54 (и ее
З-О-бензоильный аналог 55) - мономеры для синтеза 1,4-а-Ь-рамно-
пиранана [28]; последовательностью реакций 56 —» 57 —» 58 —» 59 -
мономер 59 для синтеза 1,4-глюкуронопиранана [38].
В отдельных случаях для синтеза мономеров может быть применена
схема со временной защитой гидроксильной группы, подлежащей трити-
лированию, которая затем избирательно удалялась непосредственно
6. Н. К. Кочетков 81
if

COOMe
ifi/
R,0
Ac
48 R, = R2 = R3 - H
49 R, = R3 = Bz, R2 = H
50 R, = R3 = Bz, R2 = Tr
Me
51 R, = R2 = Ac
52 R, = R2 = H
53 R, - Ac, R2 = H
54 R, = Ac, R2 = Tr
55 R, = Bz, R2 = Tr
Me
56 R, = R2 = Ac
57 R, - R2 = H
58 R, = Bz, R2 = H
59 R, = Bz, R2 = Tr
перед тритилированием. Примером служит синтез мономера для
получения 1,3-р-О-глюкопиранана (схема 8) [25]. 1,2;5,6-Ди-0-изопропилиден-а-
D-глкжофуранозу 60 ацилировали феноксиуксусной кислотой в пиридине
60 R = H
61 R = COCH2OPh
62 R = COCH,OPh
CN
63 R = COCH2OPh
64 R = H
65 R = Tr
в присутствии К,К'-дициклогексилкарбодиимида, соединение 61 после
удаления изопропилиденовых групп и ацетилирования превращалось в 62
и далее обычным путем в цианоэтилиденовое производное 63. Фенокси-
ацетильную группировку избирательно снимали действием NH3 в МеОН и
моногидроксильное производное 64 тритилировали тритилперхлоратом с
образованием мономера 65.
Такой подход, использующий временную защиту гидроксила,
подлежащего тритилированию, гораздо более трудоемок и нашел применение
главным образом при получении сложных олигосахаридных мономеров
(см. раздел 4.6).
Описанные мономеры представляли собою, как правило,
кристаллические вещества; их структура полностью была подтверждена данными
ЯМР-спектроскопии, а в отдельных случаях и химическими методами.
Поликонденсация мономеров проводилась в стандартных условиях
(10% инициатора, обычно перхлората тритилия, комнатная температура).
Хотя активность их несколько различалась, реакция практически
завершалась за 50-70 ч. При синтезе рамнанов было показано [16, 28],
что увеличение времени реакции до 120-150 ч и более не изменяет
выхода и степени полимеризации полисахарида.
После остановки реакции поликонденсации добавлением МеОН или
трифторуксусной кислоты и нейтрализации пиридином защищенный
82
полисахарид дезацетилировался и выделялся обычными методами, чаще
всего хроматографически.
Таким образом, при поликонденсации маннозного мономера 50 и
последующего депротектирования полимера был получен 1,4-oc-D-
маннопиранан 66 [27], при поликонденсации рамнозного мономера 21 -
1,3-ос-Ь-рамнопиранан 67 [16], рамнозных мономеров 54 и 55 - 1,4-oc-L-
рамнопиранан 68 [28].
СН2ОН
-о
СН2ОН
о
(он но\ /он но\
66
нол~°у\ ноуГ°ул -ъгу-
— о он \_J он \ J он
-0,1—0
67
но он но он но он
68
В этих синтезах были получены структурно регулярные полимеры, что
доказывалось обычно проведением стандартного анализа методом
метилирования. Этим же методом определялась степень полимеризации
полученных синтетических полисахаридов. 1,4- и 1,3-ос-Ь-Рамнопирананы 67 и
68 имели степень полимеризации 30-40, что соответствовало
молекулярной массе 4000-6000, и, таким образом, они представляли собой
высокомолекулярные полисахариды, близкие по молекулярной массе к
природным рамнанам. Интересно отметить, что при синтезе 1,4-рамнана
поликонденсация мономера с О-бензоильной защитой (55) дает полимер с
более высокой степенью полимеризации, чем соответствующий О-ацетат
54 [28]. При синтезе 1,3-рамнана продукт реакции частично выпадал в
виде плохо растворимого преципитата, что характерно для полисахаридов
с высокорегулярной пространственной структурой. Синтетический 1,4-а-
D-маннопиранан 66 имел более низкую молекулярную массу. Он был
разделен на две фракции, для которых была установлена степень
полимеризации 17 и 13, что соответствовало молекулярным массам 2000 и
2500.
Полисахариды, содержащие остатки маннозы и рамнозы, были
полностью стереорегулярны и содержали только 1,2-трямс-гликозидные
83

связи, что было убедительно подтверждено 13С-ЯМР-спектрами, которые
содержали единственный сигнал в аномерной области. Эти гликаны
давали простые и четкие спектры, которые содержали для каждого
кольцевого углеродного атома по единственному сигналу.
Поликонденсация других мономеров, содержащих тритильные
группировки у углеродных атомов С-3 и С-4, была осуществлена в тех же
стандартных условиях, но дала полисахариды, которые не были полностью
стереорегулярны (ср. с. 55). Так, при поликонденсации арабинозных
мономеров 16 и 17 образовались после депротектирования
соответственно 1,3- и 1,4-сс-Ь-арабинопирананы 69 и 70, которые не были стереорегу-
лярными [30]. Аналогично из ксилозных мономеров 45 и 46 были
получены не полностью стереорегулярные 1,3- и 1,4-р-0-ксилопирананы 71 и 72
[5]. Из рибозных мономеров 31 и 30 - нестереорегулярные 1,3- и 1,4-p-D-
рибопирананы 73 и 74 [31], из глюкозного мономера 65 — нестереорегу-
лярный 1,3-р-О-глюкопиранан 75 [25], из галактозного мономера 40-
нестереорегулярный 1,3-р-О-галактопиранан 76 [26] и из мономера 25-
нестереорегулярный 1,3-р-0-(6-дезокси)глюкопиранан 77 [29].
он
69
О/—о
О/—О - О/—О -■—О/—О s~
<£У ^У *£Г
он он в он
70
но^^ но^^ но^^
он он п он
71
V
/
т
он
^
о
-
/~\Г
он
\£f
он
72
84
—-о он \_у он \_у он
73
ОН ОН Ли ПН I..L.
74
п ОН ОН
CHjOH CHjOH CH2OH
HO [ НО
он он
75
сн2он
сн,он
сн2он
он
76
77
COOMe COOMe COOMe
85

Полученные полисахариды 69-77 были региорегулярны, что
проверялось в каждом случае стандартным методом метилирования. Степень их
полимеризации была ниже, чем у упомянутых выше рамнанов и
колебалась в пределах от 8 до 30 (см. табл. 1). В случае арабинанов и ксиланов
полисахариды с 1,4-связью были несколько более высокомолекулярны.
Проведение поликонденсации при высоком давлении позволило получить
более высокомолекулярные продукты (см. с. 89).
Таким образом, в отличие от 1,4-маннопирананов и 1,3- и 1,4-рамно-
пирананов 1,3- и 1,4-гликопирананы, содержащие звенья глюкозы,
галактозы, арабинозы, ксилозы и рибозы, были стереюхимически
нерегулярны: в их 13С-ЯМР-спектрах имелись по два сигнала аномерных
углеродных атомов, химические сдвиги которых соответствовали 1,2-
транс- и 1,2-цис-гликозидным связям.
Распределение гликозидной связи обоих типов вдоль полисахаридной
цепи носит нерегулярный характер; об этом свидетельствуют сложные
спектры 13С-ЯМР указанных полисахаридов; в области кольцевых
углеродных атомов имелось большое количество сигналов различной
интенсивности, которые не поддавались однозначной интерпретации и
отражали влияние стереохимически различных соседствующих звеньев в
полимерной цепи (ср. [22]). Количество "аномальных" 1,2-цис-гликозидных
звеньев в синтетических 1,3- и 1,4-гликопирананах изменяется в широких
пределах (см. табл. 1).
Так, например, 1,3-О-ксило- и 1,3-О-рибопирананы содержат 9-10%
сс-связей (1,2-цис-связей), 1,4-О-ксило- и 1,4-О-рибопирананы - около,20-
25% сс-связей, 1,3-О-галактопиранан - 50% сс-связей, а 1,3-0-(6-дезо-
кси)глюкопиранан - даже более 50% сс-связей.
Особый интерес представляло получение путем тритил-цианоэтили-
деновой поликонденсации полиуронидов полисахаридов, состоящих из
остатков уроновых кислот, которые широко распространены в природе и
играют важную биологическую роль. Пути синтеза соединений,
содержащих даже несколько звеньев уроновых кислот, разработаны очень слабо
и синтез соединений этого класса представляется заслуживающим
внимания. Поликонденсация производных уроновых кислот, содержащих
О-тритильную группу и цианоэтилиденовую функцию, показала, что
этим путем могут быть получены полисахариды, цепь которых состоит из
звеньев уроновых кислот.
Так, поликонденсацией цианоэтилиденового производного глюкуроно-
вой кислоты 35 был получен низкомолекулярный 1,3-р-О-глюкуронопи-
ранан 78 [32]. Аналогичным образом из мономеров 79 и 80 -
низкомолекулярный 1,4-р-О-глюкуронопиранан 81 [32], а из производного маннурс
новой кислоты 82- 1,3-сс-0-маннуронопиранан 83 [33]. Депротектиров;
ние продуктов поликонденсации производных уроновых кислот сопровс
ждалось заметной деструкцией, что характерно для этого класса соедин(
ний вообще; по этой причине синтетические полимеры были охаракт<
ризованы без удаления защитных групп.
При поликонденсации производных глюкуроновой кислоты степень
полимеризации, даже при более длительном времени реакции,
чрезвычайно низка и составляет всего 4—7, т.е. в данном случае фактически
86
СООМе г СООМе
СООМе
СООМе
Me
COOMe>*CN
удается получить лишь гомоолигосахариды; интересно, что и в этом
случае мономеры, содержащие О-бензоильную защиту, также дают более
высокую степень полимеризации, чем О-ацетаты [32]. Для производных
маннуроновой кислоты степень полимеризации выше и составляет 12-13.
Поликонденсация мономеров производных уроновых кислот под
давлением позволила получить полиурониды со значительно более
высокой молекулярной массой (см. с. 89).
Продукты поликонденсации цианоэтилиденовых производных
глюкуроновой кислоты 35, 79 и 80 оказались полностью не только региорегу-
лярными, но и стереорегулярными и содержали только 1,2-трямс-глико-
зидные связи. Напротив, полимеризация мономера ряда маннуроновой
кислоты 82, содержащего О-тритильную группу у С-3-атома, оказалась
лишенной стереоспецифичности и дала полимер 83, содержащий наряду с
1,2-транс- около 40% 1,2-цис-гликозидных связей [33]. Таким образом, в
ряду уроновых кислот стереоселективность реакции противоположна
таковой для нейтральных Сахаров, где, наоборот, мономеры манно-
конфигурации полимеризуются стереоспецифично, а мономеры глюко-
конфигурации - нестереоспецифично. Эта разница, очевидно,
свидетельствует о влиянии карбметоксильной группировки на стереоспецифич-
ность цианоэтилиденовой поликонденсации: в лшмно-ряду карбэтоксил
сближен с гликозилируемой цианоэтилиденовой группой, тогда как в
глюко-ряду эти две функции отдалены друг от друга. Возможно, это
87

связано с влиянием карбонильной функции на устойчивость
промежуточного диоксалениевого иона и влияет на его склонность к изомеризации в
гликозил-катион.
Таким образом, в отличие от синтеза 1,6-гликопирананов при
получении 1,4- и 1,3-гликопирананов возникают трудности стереохимического
характера. Лишь поликонденсация мономеров моно- и /7ялшо-рядов дает
полностью стереорегулярные полисахариды, маннопиранан 66 и рамно-
пирананы 67 и 68; также стереорегулярны и продукты поликонденсации
мономеров гл'юкуроновой кислоты 78 и 81. В остальных случаях, при
поликонденсации мономеров глюко-, галакто-, ксило-, арабино- и рибо-
рядов, а также мономера из маннуроновой кислоты образуются нестерео-
регулярные полимеры, в которых содержится определенное, иногда
значительное количество 1,2-цис-гликозидных связей. Нарушение стерео-
специфичности поликонденсации полностью соответствует данным,
полученным при синтезе модельных дисахаридов и дисахаридов,
описанном выше при рассмотрении реакции тритил-цианоэтилиденовой
конденсации (см. с. 55), и является прежде всего следствием нарушения
элементарного акта при росте полимерной цепи - образования гликозидной
связи.
Возможные причины стереохимических отклонений были
рассмотрены выше при обсуждении механизма и стереохимии реакции (см. разделы
3.4 и 3.5). Имеющийся материал подтверждает, что на стереохимию
возникающей при этом гликозидной связи оказывает влияние
природа как донора (цианоэтилиденовое производное), так и акцептора
(тритиловый эфир). Мономер, являющийся исходным соединением при
поликонденсации, содержит обе эти группировки, и поэтому влияние
обеих функций и некий "баланс" этого влияния сказываются при
образовании полимера. Так, например, цианоэтилиденовые производные
рамнозы способствуют стереоспецифичности образования 1,2-транс-гли-
козидных связей, и, несмотря на то, что О-тритильная группа в мономере
находится у вторичного гидроксила, влияние гликозил-донорной циано-
этилиденовой группы оказывается превалирующим: в результате этого
образуются полностью стереорегулярные рамнаны, содержащие только
1,2-т/7Амс-гликозидные связи. Напротив, конденсация мономера глюкоз-
ного или галактозного ряда при синтезе 1,3- и 1,4-гликанов идет с низкой
стереоселективностью, так как цианоэтилиденовые производные этого
ряда не обеспечивают стереоселективность гликозилирования и не
оказывают достаточного влияния при конденсации со вторичными тритило-
выми эфирами. С другой стороны, при синтезе 1,6-гликанов группировка
первичного тритилового эфира, обеспечивающего стереоспецифичность
реакции, оказывает, очевидно, более сильное влияние, чем цианоэти-
лиденовая группировка в производных глюко- и гялякто-рядов. В
результате реакция поликонденсации идет стереоспецифично и образующиеся
1,6-глюкан и 1,6-галактан содержат только 1,2-т/7ямс-гликозидные
связи.
Хотя основное влияние на стереохимический результат
поликонденсации, несомненно, оказывает характер первичного акта этой реакции, т.е.
сам процесс взаимодействия цианоэтилиденовой группировки с О-трити-
88
довым эфиром, возможно, что сказываются и некоторые другие
факторы. Так, например, нельзя полностью исключить влияние особенностей
1СОнформации формирующейся полисахаридной цепи на
стереохимический ход всего процесса.
Вопросу повышения стереоселективности тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации уделялось значительное внимание. Наиболее
эффективным оказалось проведение поликонденсации под высоким давлением.
Как было указано (см. с. 61), стереохимический результат конденсации
цианоэтилиденовых производных с О-тритиловыми эфирами очень
сильно зависит от давления и при давлении 14 кбар, за точкой фазового
перехода растворителя (дихлорметана), реакция проходит полностью
стереоспецифично: образуются только 1,2-трянс-гликозидные связи
[40].
Использование этих условий для синтеза полисахаридов дало
превосходный результат: этим путем были получены полностью
стереорегулярные полисахариды, содержащие только 1,2-трамс-гликозидные связи
(табл. 1). Существенно, что одновременно с этим повышалась в 1,5-2 раза
степень поликонденсации, а также сильно увеличивался выход полимера.
Так, поликонденсация 4-О-ацетил-б-О-бензоил-З-О-тритил-1,2-цианоэти-
лиден-сс-О-галактозы 40, которая в обычных условиях приводит с
выходом 25% к нестереорегулярному 1,3-Р-О-галактопиранану со степенью
полимеризации 8, содержащему около 30% ос-связей [26], будучи
осуществлена под давлением 14 кбар, дает с выходом 55% полностью стерео-
регулярный полимер, не содержащий ос-связей [40, 41], причем степень
полимеризации повышается до 22.
Такой же эффект оказывает давление и при синтезе 1,3-р-О-глюко-
[42] и 1,3-р-0-(6-дезокси)глюкопирананов [40, 43], которые в этом случае
также получаются полностью стереорегулярными и содержат только
Р-гликозидные связи. Поликонденсация мономера 65 при атмосферном
давлении дает полисахарид 75, содержащий около 50% 1,2-цис-гликозид-
ных связей, а поликонденсация под давлением 14 кбар дает полностью
стереорегулярный 75 (рис. 1). Соответственно поликонденсация
мономера 25 в обычных условиях дает полисахарид 77, в котором имеется
половина 1,2-цис-гликозидных связей, а при 14 кбар образуется
стереорегулярный полимер 77, вовсе не содержащий 1,2-цис-связей (рис. 2). При этом в
обоих случаях увеличиваются выход и степень полимеризации.
Аналогичный эффект имеет место и при синтезе 1,4-Р-глюкопиранана -
поликонденсация при 14 кбар дает полностью регулярный полисахарид [44]. При
поликонденсации мономеров глюкуроновой кислоты 35 и 79 под
давлением наблюдалось значительное повышение степени полимеризации,
которая оказалась равной 20-25, тогда как в обычных условиях она
составляла 5-6 [45]; при этом полная стереоспецифичность реакции
сохранялась. В данном случае применение давления позволило получить уже
настоящие, достаточно высокомолекулярные полиурониды.
Причины, приводящие к улучшению стереоселективности образования
гликозидной связи при проведении реакции под давлением, подробно
обсуждались в предыдущей главе (см. с. 61). Наблюдаемое при этом одно-
89
ii

Ill:''
If!!,'
Г
J|f/W4MiHWMw
Uu^vWwUWW»
I I I I I I I I I I I I < > I I M < < ' 1 ' < < 4 ' I ' I I I I I I I I f I I I ' < I ' I ! '
105 WO 95 90 BS SO 7S 70 65 60 t,Kl
Рис. 1. С-ЯМР-спектр (1-3)-|)-0-глюкопираиаиа, полученного под давлением 14 кбар
■та 119*
X
-kW
u_
J
100,0
90,0
в О, О
70,0
тт
17,0 Г,М.З.
W
100,0
тт
90,0
80,0
70,0 17,0 Г, М.Э.
Рис. 2. С-ЯМР-спектр (1-3)-6-дезокси-Р-0-глюкопиранаиа, иолучеиного под давлением
14 кбар (а) и при нормальном давлении (б)
временное увеличение степени полимеризации и выхода полимера
свидетельствует, очевидно, о том, что скорость реакции под давлением
увеличивается.
Таким образом, тритил-цианоэтилиденовая конденсация, проводимая
90
од давлением, является достаточно общим методом получения стерео-
пеГулярных полисахаридов с 1,2-трямс-гликозидными связями.
Проведение реакции поликонденсации под высоким давлением требует
специальной аппаратуры и поэтому не всегда удобно, в связи с этим были
сделаны попытки улучшить стереоселективность тритил-цианоэтилиде-
новой поликонденсации чисто химическими методами. Замена
инициирующего реакцию тритилперхлората на соответствующий борфторид
улучшает в отдельных случаях стереоспецифичность [46]. Действительно,
поликонденсация тритилированного цианоэтилиденового производного
ксилопиранозы 45 в присутствии этого инициатора прошла полностью
стереоспецифично и полученный 1,3-ксилопиранан содержал только 1,2-
отрянс-гликозидные связи [5]. Однако использование этого инициатора
снижает эффективность гликозилирования и приводит к очень низкой
степени полимеризации (4-5 моносахаридных единиц) и практического
значения для полисахаридного синтеза не получило. Возможно, это
является следствием побочной реакции, в результате которой образуются
гликозилцианиды, что и ведет к обрыву цепи при поликонденсации [5].
Другим путем повышения стереоселективности тритил-цианоалкили-
деновой поликонденсации является использование в качестве гликозил-
донора вместо цианоэтилиденового производного цианобензилиденовых
производных, имеющих электронодонорные группировки в фенильном
ядре. Использование таких производных в сочетании с тритилтрифлатом
как катализатором позволило улучшить стереохимию гликозилирования
и получить практически стереоспецифически только 1,2-трямс-гликозид-
ную связь [47, 48] (ср. с. 60). Похоже, что этот новый вариант реакции
тритил-цианоалкилиденовой конденсации открывает реальный путь к
получению регулярных полисахаридов с 1,2-гарямс-гликозидной связью
даже в тех случаях, когда обычный вариант реакции поликонденсации
проходит с низкой стереоселективностью.
Это показано на примере синтеза 1,3-|}-0-галактопиранана [49],
который был получен поликонденсацией мономера 84; синтез последнего
осуществлен следующим образом (схема 9). 3,4,6-Три-О-ацетил-1,2-0-
|—OR
oj—о
щ
OEt о-1-"0"
Me
о-
CtH4OMc(n) CtH4OMe(n) C4H4OM«(n) CtH4OMe(n.)
85 86 R = H
87 R = Ac
(п-метоксибензилиден)-а-О-галактопиранозу, полученную как
описывалось выше (см. с. 30) [48, 50], дезацетилировали, переводили
взаимодействием с триэтилортоацетатом в ортоэфир 86 и далее в соответствующий
6-О-ацетат 87. Обработка его концентрированной уксусной кислотой да-
91

вала преимущественно соответствующий 4,6-ди-О-ацетат 88, наряду с hi
большим количеством изомерного 3,6-ди-О-ацетата. Эту смесь тритили-
ровали тритилперхлоратом в присутствии коллидина. Из полученной
смеси 3-О-тритильное производное 84 выделяли хроматографией.
Поликонденсация мономера 84, проведенная в присутствии 10 мол.%
тритилтрифлата в обычных условиях, дала с высоким выходом
производное 1,3-р-О-галактопиранана, в котором, по данным 13С-ЯМР-спектра,
присутствовали только 1,2-трямс-гликозидные связи, а методом
метилирования была показана и его полная региорегулярность [49]. Хотя из-за
очень плохой растворимости полученного полимера его исследование
было затруднено, однако степень полимеризации, как установлено его
поведением при гель-хроматографии, была не менее 8-9.
К сожалению, это пока единственный пример использования этой
новой модификации реакции поликонденсации, однако, очевидно, этот
путь получения полностью стереорегулярных гликанов с 1,4- и 1,3-
гликозидными, имеющими 1,2-транс-конфигурацию, связями
представляется достаточно перспективным.
4.3.3. Гликофурананы
Тритил-цианоэтилиденовая поликонденсация нашла успешное
применение также и для синтеза гомополисахаридов, состоящих из фуранозных
звеньев гексоз и пентоз. Полученные полимеры содержали гликозидные
связи, образованные как первичными, так и вторичными гидроксильными
группами. В отличие от полимеров, содержащих гликопиранозныс
звенья, в этом случае поликонденсация всегда проходила полностью
стереоспецифично и приводила к стереорегулярным полимерам,
содержащим только 1,2-трямс-гликозидные связи, причем степень
полимеризации и выход полученных гликофурананов были значительно выше, чем
таковые для производных пиранозного ряда.
Этим путем был осуществлен синтез 1,5- и 1,3-а-Ь-арабинофурананов.
которые очень широко распространены в природе и входят в состан
многочисленных, сложных по структуре растительных полисахаридов.
Для получения соответствующих мономеров (схема 10) 3,5-ди-О-ацетил
Схема W
O-f-CN O-j-CN 91 o4-CN <Ц_,
M* \ 90 Me Me ч 92 *
89 \ \
0-4—CN о4—CN Q
Me м» _ L
AcO-
i у —- —[ I »«"— »—f у
O^J ГЧЯ *л I *i».i I I
CN
I
94 95 93
92
1Щ0
100,0 30,0 80,0 70,0 SO,0 fT;M.3.
Рис. З. 13С-ЯМР-спектр (1-3)-<х-Ь-арабинофуранана
1,2-0-(Г-цианоэтилиден)-р-0-арабинофуранозу 89, синтезированную
обработкой 1,2,3,5-тетра-0-ацетил-р-Ь-арабинофуранозы Me3SiCN в
присутствии SnCbj [51], дезацетилировали. Полученный диол 90 при
обработке трйтилхлоридом в пиридине давал региоселективно 5-О-тритиловый
эфир 91, бензоилирование или ацетилирование которого приводило к
мономерам 92 и 93 для синтеза 1,5-арабинофуранана [52]. Если дезаце-
тилирование 89 проводить более разбавленным MeONa в МеОН, то
избирательно удаляется лишь 3-О-ацетильная группа. Тритилирование
моноацетата 94 тритилперхлоратом в пиридине дало мономер 95 для
синтеза 1,3-арабинофуранана [53].
Поликонденсация мономеров 92, 93 и 95 проводилась соответственно
в присутствии 6% тритилперхлората (15 ч) и 10% тритилперхлората (14-
17 ч) и проходила с высоким выходом [52-54], причем, как и в ряде других
случаев, при поликонденсации мономера, содержащего бензоильную
защиту 92, выход был выше, чем для соответствующего ацетата 93.
После обычной обработки ацилированные полисахариды очищались хрома-
тографически. Незащищенные 1,5- (96) и 1,3-р-Ь-арабинофурананы (97)
были получены осторожным дезацетилированием.
~с~н [ Сн7^н ]„С"Нш „о!Г1„ но^«Лн носн' он
носн2 он
96
97
13С-ЯМР-спектры как ацилированных, так и незащищенных
синтетических арабинофурананов показали их полную структурную и стерео-
химическую регулярность и наличие только 1,2-трамс-гликозидных
связей (рис. 3). Очень четкие и простые спектры содержали единствен-
93

ный сигнал в аномерной области и легко идентифицируемые сигналы
кольцевых атомов углеродов, отнесение которых было сделано с
привлечением данных спектров модельных дисахаридов. Существенно
отметить, что 13С-ЯМР-спектр синтетического 1,5-|}-Ь-арабинофуранана
практически совпал со спектром природного арабинана, выделенного из
Vica faba [55]. Таким образом был осуществлен первый синтез природ,
ного арабинана и тем самым окончательно подтверждено строение
последнего. Оптическое вращение обоих синтетических арабинофурананов
также соответствовало строго регулярной структуре. Региорегулярность
оббих полимеров была подтверждена также методом метилирования.
Степень полимеризации составляет 15-23 для синтетического 1,5-
арабинофуранана (мол. масса 2000-3000) и 42-45 - для синтетического
1,3-арабинофуранана (мол. масса около 6000).
Аналогично был осуществлен синтез полимеров, содержащих галакто-
фуранозные звенья; полисахариды этого типа также были найдены среди
природных полисахаридов. Были получены 1,6-, 1,5- и 1,3-Р-О-галакто-
фурананы. Синтез мономеров, необходимых для их получения, проведен
следующим образом [56] (схема 11). Пентаацетат галактофуранозы 98
ОАс
-OBz
105 R = COOMe
107 R = CN
OBz
103 R = COOMe
108 R = CN
£/\
Схема 11
OH
LOH
\
-COOMe
Me
100
€?*
он
OTr
-COOMe
Me
101
£^„
-OBz
OTr
Me
106 R = CN
взаимодействием с N^SiCN в присутствии триметилсилилтрифлата
превращен в соответствующее цианоэтилиденовое производное 99. Дезаце-
94
1.
тИЛирование 99 метилатом натрия приводило одновременно с
превращением цианогруппы в карбметоксильную группировку, к производному 100
[57] (см. с. 35), которое служило общим исходным веществом для всех
трех мономеров. Его прямым тритилированием было получено 6-0-
хритильное производное 101; частичное 3,6-дибензоилирование дало
102, последнее тритилированием переведено в 5-О-тритильное
производное 103; 5,6-изопропилиденирование 100 и последующее тритили-
рование соединения 104 дало 3-О-тритильное производное 105.
Обработкой аммиаком и далее хлористым бензоилом [58] (ср. с. 35) соединения
101,103 и 105 превращались затем в цианоэтилиденовые производные -
мономеры 106-108.
Их поликонденсация в стандартных условиях в присутствии трифлата
серебра как инициатора привела к соответствующим полимерам, которые
после удаления защитных групп дали полностью стерео- и региорегуляр-
ные соответственно 1,6-Р-О-галактофуранан 109 [56] (выход 57%), 1,5-р-
D-галактофуранан 110 [59] (выход 94%) и 1,3-Р-О-галактофуранан 111
[56] (выход 34%) со степенью полимеризации соответственно 25 (мол.
масса 4000), 20-25 (мол. масса 3800-4000) и 50 (8100). Синтезированный
1,5-Р-О-галактофуранан 110 является иммунодоминантным фрагментом
D-галакто-О-маннанов из Aspergillis [60, 61].
о о
-он I
--СН,
он
-о о
\
о ° —
€J\fQ
-он I \ -он I
сн, °н „ сн2 он
109
о о
нооь} он
о о
о о-
НОСНг) °Н
HOC1V) ОН
по
95

fCf
-он он
-он
"
-V
-
<f
-онон
-он
~v
п
JL _ пн _.. ОН
•он
'-ОН
111
4.4. Синтез гетерополисахаридов
Особое значение тритил-цианоэтилиденовая конденсация получила для
синтеза сложных гетерополисахаридов, состоящих из повторяющихся
олигосахаридных звеньев. Полисахариды регулярного строения этого
типа очень широко распространены в природе. К ним относятся
подавляющее большинство полисахаридов микробного происхождения - О-анти-
генных полисахаридов грамотрицательных бактерий, полисахаридов
микробных капсул, экзо-полисахаридов. К этому же классу относятся
многочисленные полисахариды соединительных тканей животных, морских
водорослей и некоторые полисахариды наземных растений (см. обзор
[62]).
Полисахариды этого типа являются регулярными блок-полимерами,
состоящими из одинаковых олигосахаридных звеньев, связанных между
собой одной и той же стандартной для данного биополимера гликозидной
связью. Олигосахаридные звенья могут содержать от 2 до 8
моносахаридов самых различных классов, находящихся как в пиранозной, так
и в фуранозной форме, которые связаны межмономерными глико-
зидными связями самых различных типов.
Химический синтез этих сложных биополимеров представляет
трудную задачу. Как уже указывалось (см. с. 12), в принципе, он может быть
осуществлен последовательным наращиванием олигосахаридных звеньев
с помощью какой-либо стандартной процедуры подобно тому, как это
делается для полипептидных или полинуклеотидных цепей при синтезе
белков и нуклеиновых кислот. Однако, если учесть сложную структуру,
малую доступность и высокую лабильность таких олигосахаридных
звеньев, то этот подход представляется малоэффективным для получения
полисахаридов даже относительно малой молекулярной массы из-за
сложности как самой реакции конденсации, так и выделения и очистки
продукта на каждой ступени наращивания полимерной цепи.
Действительно, синтез одного из микробных полисахаридов, состоящего из триса-
харидных повторяющихся звеньев, проведенный в лаборатории автора
[63], показал, что даже синтез нонасахарида, т.е. олигомера, содержащего
всего три повторяющихся трисахаридных звена, оказался достаточно
трудоемким.
Поэтому наиболее рациональным подходом к получению этих
сложных по своей структуре полимерных систем представляется
поликонденсация мономера, соответствующего по структуре повторяющемуся олиго-
сахаридному звену и должным образом функционализированного. Един-
96
ственным методом, позволившим пока реализовать эту стратегию для
синтеза полисахаридов, в котором олигосахаридные блоки связаны 1,2-
лрямс-гликозидными связями, является тритил-цианоэтилиденовая поли-
конденсация.
В том случае, когда олигосахаридный мономер содержит цианоэтили-
пеновую группировку на восстанавливающем конце и О-тритильную
группу у гидроксильной группы, которая должна быть включена в новую
гликозидную связь, связывающую повторяющиеся звенья, поликонденса-
ция должна приводить к гетерополисахариду регулярного типа,
состоящему из этих олигосахаридных блоков (см. схему 2, с. 69). Естественно,
что необходимым условием успеха является в этом случае полная регио- и
стереоспецифичность процесса создания новой гликозидной связи. Регио-
специфичность обеспечивается структурой мономера, в котором все
дополнительные гидроксильные группы должны иметь защиту, стабильную
в условиях поликонденсации и удаляемую из полученного полимера
без разрыва гликозидных связей. Стереоспецифичность поликонденсации
определяется стереоспецифичностью самой реакции тритил-цианоэтили-
деновой конденсации. Этим путем впервые удалось синтезировать
значительное количество регулярных гетерополисахаридов, как простейших
полисахаридов модельного типа, состоящих из дисахаридных звеньев, так
и сложных природных полисахаридов микробного происхождения,
которые отличаются высокоспецифической биологической активностью.
Следует подчеркнуть, что наиболее сложной и трудоемкой частью
этих синтезов является получение соответствующих мономеров,
одновременно содержащих цианоэтилиденовую группировку и О-тритильную
группу в нужном месте, тогда как сам процесс поликонденсации проходит
обычно в достаточно стандартных условиях.
Наиболее рациональным подходом к синтезу подобных
олигосахаридных мономеров оказалась стратегия, основанная на первоначальном
образовании цианоэтилиденовой группировки на восстанавливающем
конце олигосахарида с последующим введением тритильной группы к
нужной гидроксильной группе и полной защитой остальных гидрок-
сильных групп, не принимающих участие в образовании новой
гликозидной связи. Наиболее часто используемыми защитными группировками в
этих случаях, как и при синтезе мономеров для синтеза гомополиса-
харидов, являются ацильные группы, в особенности О-ацетильные,
которые вводятся и снимаются в достаточно мягких условиях.
Главная проблема при синтезе олигосахаридных мономеров -
избирательное тритилирование одной из гидроксильных групп в полигидро-
ксильной молекуле с уже введенной цианоэтилиденовой группировкой. В
относительно простых случаях оказалось возможным прямое
тритилирование соединения, содержащего несколько гидроксильных групп. Если
тритилирование не проходит при этом избирательно, то далее приходится
Разделять образующуюся смесь нескольких О-тритильных производных.
В более сложных случаях этот путь делался нецелесообразным. В связи с
этим для синтеза сложных мономеров чаще был использован иной
принцип, основанный на временной избирательной защите гидроксильной
Труппы, подлежащей тритилированию, защите остальных гидроксилов
■ Н.К. Кочетков
97

более стабильной группировкой, с последующим снятием избирательной
защиты и тритилированием освобождающегося при этом единственного
гидроксила.
Важным моментом для создания общей стратегии синтеза сложных
мономеров было обнаружение способности цианоэтилиденовых
производных моно- и олигосахаридов самим подвергаться гликозилированию
по одной из свободных гидроксильных групп без затрагивания достаточно
лабильной цианоэтилиденовой группировки [64] (см. с. 35). Это позволило
делать "сборку" олигосахаридного мономера из частей, одна из которых
уже содержала цианоэтилиденовую группу, а другая - "заготовку" для
введения О-тритильной группы. Эта стратегия нашла особенно широкое
применение для получения сложных по строению мономеров в синтезе
микробных полисахаридов (см. раздел 4.6).
Условия поликонденсации получаемых этим путем сложных олиго-
сахаридных мономеров не отличались от стандартных условий, принятых
при проведении тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации, хотя время
реакции и обработка после ее завершения несколько различались и часто
подбирались в каждом конкретном синтезе отдельными опытами.
4.5. Полисахариды,
состоящие из дисахаридных повторяющихся звеньев
До настоящего времени выполнен синтез нескольких полисахаридов
этого типа, содержащих как нейтральные сахара, так и аминосахара или
уроновые кислоты. Хотя полученные синтетические полисахариды не
являются точными копиями природных полисахаридов, однако они
охватывают полисахаридные системы наиболее важных типов с регулярно
повторяющими олигосахаридными звеньями, встречающиеся в природе.
4.5.1. Глюкан с альтернирующими [5-1,6-
и а-1,4-гликозидными связями
Синтез этого полисахарида2, состоящего из повторяющихся звеньев, с
(3-1,6- и а-1,4-гликозидными связями был первым примером
использования тритил-цианоэтилиденовой реакции для поликонденсации олигоса-
харидных блоков, содержащих О-тритильную группу и
цианоэтилиденовую группировку в различных моносахаридных звеньях.
Мономер 112 был получен [65] из октаацетата 4-О-а-О-глюкопира-
нозилглюкопиранозы (мальтозы) 113, который через бромид
превращался в перацетат цианоэтилиденового производного 114 (схема 12). Де"
зацетилирование последнего дало незамещенное цианоэтилиденовое про-
изводное 115, которое при обработке 1 молем тритилхлорида в пиридине
2 Этот полисахарид, имеющий в своем составе только глюкозные звенья, формально
является гетерополисахаридом, однако, поскольку он построен как блок-полимер, его J
гичнее отнести к этому классу.
98
Схема 12
|—OR |—OR
J—О J—О
OR О— — CN
113
OR
114 R-Ac
115 R = H
Me
AcO
--OCHj CHjOH
OH OH
снг сн2он
OH
OH
дало смесь тритильных производных, из которой после ацетилирования
хроматографией удалось выделить с удовлетворительным выходом
нужный мономер - 3,6,2',3',4'-пента-0-ацетил-6'-0-тритил-1,2-0-(1-циа-
но)этилиден-4-0-а-0-глюкопиранозил-а-0-глюкопиранозу 112.
Счастливым образом из двух первичных гидроксильных групп предпочтительно
тритилировался гидроксил в незамещенном моносахаридном остатке, что
связано, скорее всего, с конформационными особенностями молекулы
мальтозы.
Поликонденсация мономера 112 была проведена [66] в присутствии
10 мол.% инициатора при комнатной температуре в течение 50 ч, реакция
окончательно останавливалась при добавлении метанола и затем
пиридина. Полимер без очистки подвергался дезацетилированию метаноль-
ным раствором MeONa и незамещенный глюкан 116 выделялся гель-
хроматографией. Структурная регулярность полисахарида была
подтверждена метилированием. Степень поликонденсации, согласно данным
метилирования, составляла 10 дисахаридных звеньев, что соответствовало
молекулярной массе около 3200. Во время синтеза этого полисахарида (в
отличие от всех последующих) 13С-ЯМР-спектроскопия для исследования
строения полисахаридов не использовалась, так как основы этого метода
еЩе не были разработаны должным образом. Поэтому суждение об
°Днозначности стереохимии вновь образовавшихся гликозидных связей и
0 стереорегулярности полисахаридной цепи было вынесено на основании
сРавнения удельного оптического вращения синтетического полимера
V+115°C) с вращением высших олигомеров мальтозы и генциобиозы. Это
Чодтверждало, что в полимере все вновь образовавшиеся в процессе
п°ликонденсации 1,6-гликозидные связи имели только 1,2-транс-конфи-
гУРацию.
99

4.5.2. Глюкорамнан
Синтез глюкорамнана, содержащего чередующиеся звенья D-глюкозы
и L-рамнозы, связанные 1,4-Р-глюкозидной и 1,6-а-рамнозидной связями
был осуществлен поликонденсацией мономера 117 [67, 68] (схема 13). ДЛя'
Схема 45
АсО
АсО
ОАс АсО ОАс
119
CHzOH
ОАс Асб 0-+—CN ОАс АсО 0-|— CN
Мс Me
118
117
ОН НО ОН
V"l"n -СН2 . СН2
j^ft°" jafx? mifXt°"
он но он
120
он но он
его получения полный ацетат 1,2-О-экзо-цианоэтилиденового
производного - |}-0-глюкопиранозил-1,4-а-Ь-рамнопиранозы 118,
синтезированный стандартным введением цианоэтилиденовой группировки в полный
ацетат 119 через соответствующий бромид, дезацетилировали;
единственную первичную гидроксильную группу избирательно тритилировали
тритилхлоридом в пиридине, последующее ацетилирование дало мономер
117.
Его поликонденсация в обычных условиях (10 мол.% инициатора, 50 ч,
комнатная температура) с последующей стандартной обработкой, дезаце-
тилированием полученного полимера и хроматографической очисткой
дала с высоким выходом синтетический полисахарид 120. Анализ методом
метилирования показал его полную структурную регулярность. Сте-
реорегулярность полисахарида видна из его 13С-ЯМР-спектра,
содержащего в области аномерных углеродов только два сигнала,
соответствующих р-глюкозидной связи (104,7 м.д.) и а-рамнозидной связи (101,45 м.д.).
Для более точного доказательства однородности полученного полимера
он был разделен хроматографией на Сефадексе на две фракции. 13С-
ЯМР-спектры обеих фракций оказались совершенно идентичными, так
же как и данные метилирования. Из данных метилирования следовало
также, что обе фракции различаются только по степени полимеризации и
молекулярной массе - одна из них имела среднюю степень
полимеризации 30 (мол. масса около 9000), другая соответственно 23
(мол. масса около 7200).
100
• 4.5.3. Гексозаминогликан
Синтез этого гетерополисахарида, состоящего из регулярно
чередующихся остатков N-ацетилглюкозамина и рамнозы, представлял особый
интерес, поскольку полисахарид включал звенья аминосахара. Как
извечно, очень большое количество природных полисахаридов являются гек-
созаминогликанами и этот синтез представляет существенное
расширение границ метода тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации. Он
послужил модельным синтезом для получения одного из сложных
полисахаридов микробного происхождения (см. с. 111). Существенным был
вопрос о наиболее целесообразной защите аминогруппы в мономере. В
природных гексозаминогликанах, как правило, аминогруппа присутствует
в виде N-ацетильного производного, однако предварительные опыты
показали [69], что гликозилирование производных N-ацетиламиносахаров
цианоэтилиденовыми производными протекает очень медленно,
возможно, из-за комплексообразования инициирующего реакцию тритил-катио-
на с N-ацетильной группировкой. По этой причине для синтеза данного
глюкозаминорамнана был использован мономер с аминогруппой,
защищенной N-фталоильной группировкой, которая после проведения
поликонденсации заменялась на N-ацетильную.
Синтез мономера 126 осуществлялся по схеме 14, в которой
использовалась упомянутая выше способность цианоэтилиденовых производных
гликозилироваться без затрагивания цианоэтилиденовой группировки
[64].
Схема 14
--СН;.
■■ v_y он
NHAc
NHAc \_У OH
127
Незащищенное цианоэтилиденовое производное L-рамнозы 121
подергалось избирательному ацетилированию, полученный 3-О-ацетат 122
бензилировался бензилтрихлорацетимидатом и дезацетилировался. 4-0-
"ЗДзильное производное 123 гликозилировалось 3,4,6-три-0-ацетил-Ы-
101

фталоил-а-О-глюкозаминилбромидом 124 в присутствии цианида ртухи
[64]. Полученное производное дисахарида 125 дезацетилировалось, избц.
рательно тритилировалось тритилхлоридом в пиридине по единственной
первичной гидроксильной группе и снова ацетилировалось, давая
кристаллический мономер 126, структура которого была подтвержден
'Н- и 13С-ЯМР-спектрами[70].
Его поликонденсация [71] гладко проходила в стандартных условиях
(10% инициатора, комнатная температура) за 40 ч; N-фталоильная группа
в отличие от N-ацетильной не оказывала неблагоприятного действия на
процесс. Реакция была окончательно остановлена добавлением трифтор-
уксусной кислоты и затем пиридина. Полученный защищенный
синтетический полисахарид для снятия фталоильной группы и О-ацетильных
защит обрабатывался гидразином, затем подвергался N-ацетилированаю
уксусным ангидридом в метаноле, дебензилировался гидрогенолизом над
Pd/C в водном метаноле, и свободный полисахарид 127 выделялся хрома-
тографически. Структура депротектированного полисахарида была
подтверждена метилированием, которое продемонстрировало его полную
региорегулярность и высокую степень полимеризации (около 40, считая
на дисахаридное звено), что соответствовало молекулярной массе около
14000.
13С-ЯМР-спектр свидетельствовал о его полной стереохимической и
структурной регулярности. Наличие слабопольного сигнала С-6-атома
N-ацетилглюкозамина (67,3 м.д.) и отсутствие сигналов в области
62-63 м.д., характерных для незамещенной первичной оксиметильной
группы, доказывало, что в полимере имеется только 1,6-гликрзидная
связь между остатками рамнозы и глюкозамина. Об а-конфигурации
рамнозидной связи свидетельствовали химический сдвиг С-5 остатка
рамнозы (70,6 м.д.) и полное отсутствие сигналов в области 73-74 и
83-84 м.д., характерных для С-5- и С-3-остатков рамнозы с (i-конфигура-
цией. Спектр подтверждал высокую молекулярную массу синтетического
полисахарида, так как отсутствовали сигналы при 94—95 м.д., характерные
для восстанавливающего остатка рамнозы.
4.5.4. Гетерополиуронид
Гетерополиурониды очень широко распространены в природе, однако
синтез даже простейших олигосахаридов, содержащих уроновые кислоты,
разработан, как уже упоминалось, довольно слабо и поиск путей
получения гетерополиуронидов представляет существенный интерес. К
сожалению, до сих пор были получены лишь весьма скромные результаты, так
как пока удалось синтезировать лишь низкомолекулярные олигосахариды
этого типа.
Описан синтез гетероуронида, содержащего чередующиеся остатки
рамнозы и D-глюку роновой кислоты, комбинация, часто встречающаяся
в природных полиуронидах. Соответствующий мономер был получен [38]
гликозилированием цианоэтилиденового производного метилового эфир3
глюкуроновой кислоты 128 избытком 2,3,4-три-0-ацетил-а-Ь-рамнозил-
102
UtO OAc О-1-" *"" КО ОК О-1
0_L-cn 0 „
129 128
Г
13» К-Ас
131 К - Н
132 R! = R2 = H
133 Ri = Tr, R2 = Ac
СООМе
-О
АсО
О О
-9и-Р
соом.
о
о о
м«-^м«
АсО
134
хг
СООМе
-О
АсО
° О ОАс
у
• Мс Мс
бромида 129 (схема 15). Из образовавшейся смеси дисахаридов З-О-глико-
зилпроизводное 130 было выделено хроматографически, очень
осторожно дезацетилировалось кратковременной обработкой метанольным
раствором MeONa, тетраол 131 переводился в изопропилиденовое
производное 132, которое тритилировалось тритилперхлоратом в коллидине,
образуя мономер 133.
Его поликонденсация в присутствии 10 мол.% инициатора при
комнатной температуре завершилась через несколько часов [32]. Выделенный
обычными методами продукт реакции оказался структурно и стереохими-
чески полностью регулярным производным гетерополиуронида 134.
13С-ЯМР-спектр имел в аномерной области наряду с сигналом С-1 а-рам-
нозы (98,3 м.д.) лишь один сигнал С-1 глюкуроновой кислоты (99,7 м.д.),
который соответствовал (i-гликозидной связи. Однако степень
полимеризации оказалась очень низкой, около 5 (считая на дисахаридное звено),
что соответствует молекулярной массе около 1800. Это, по-видимому,
связано с детритилированием мономера (ср. с. 63), причем в данном
случае отщепление тритильной группы проходит особенно интенсивно.
Из-за хорошо известной чувствительности полиуронидов к действию
оснований депротектирование не проводилось.
Попытка провести поликонденсацию производного псевдоальдобиуро-
новой кислоты, содержащего на невосстанавливающем конце остаток
глюкозы 135, привела только к образованию димера, хотя реакция
прошла также полностью стереоспецифично [32].
103

Таким образом, мономеры, содержащие остатки уроновых кислот
также вступают в реакцию поликонденсации без стереохимических 0с'
ложнений, но дают лишь олигомерные продукты.
4.6. Микробные полисахариды
Как и при исследовании других биополимеров, белков и нуклеиновых
кислот, наивысшим достижением синтетической химии может считаться
синтез природного биополимера, в данном случае природного
полисахарида. Синтез сложных природных полимерных систем или хотя бы и*
достаточно больших фрагментов, помимо того, что он демонстрирует
возможности современной синтетической химии, является важным
этапом всего исследования этих важнейших природных веществ,
обеспечивающих нормальное функционирование клетки. Прежде всего, он
окончательно и однозначно подтверждает структуру природного
биополимера, установленную аналитическими методами. Далее, синтетические
полисахариды или их большие олигосахаридные фрагменты, структура
которых совершенно однозначно вытекает из схемы синтеза, являются
важнейшими моделями для установления основных, и часто весьма
сложных закономерностей, связывающих их химическое строение с
физико-химическими и биологическими свойствами. Таким образом,
синтез природных полисахаридов и их фрагментов оказывается важным
звеном на пути к познанию биологической роли этих биополимеров в
клетке, с одной стороны, и к целенаправленному их использованию для
создания новых препаратов практического назначения, с другой.
Как было уже неоднократно отмечено выше, в настоящее время
реальным является пока лишь синтез полисахаридов регулярного строения.
Среди огромного разнообразия природных полисахаридов этого типа
наиболее интересной задачей представляется синтез полисахаридов
микробного происхождения ввиду их сложности, разнообразного строения и
очень высокой биологической специфичности (см. обзоры [72, 73]).
Микроорганизмы производят огромное количество полисахаридов,
бесконечно разнообразных по своей структуре. В настоящее время
установлено строение более тысячи микробных полисахаридов и
количество это быстро возрастает. Подавляющее большинство этих
биополимеров являются блок-полимерами, построенными из регулярно
повторяющихся олигосахаридных звеньев. Структура большинства микробных
полисахаридов является высокоспецифической и характерной только для
данного микроорганизма. В связи с этим информация о строении
микробного полисахарида может оказаться очень важной для
таксономического анализа и, очевидно, полезна для выяснения сложных
генетических связей в мире микроорганизмов. Наибольшей специфичностью crpyKj
туры отличаются полисахариды, находящиеся на поверхности микробной
клетки, функция которых, прежде всего, сводится к обеспечению
специфичности взаимодействия микроорганизма со средой обитания й
находящимися в ней другими биополимерами, полимолекулярными комП'
лексами и организмами. Это выражается, например, в серологических
104
„акциях, которые, как известно, отличаются очень высокой
специфичностью. К этому классу полисахаридов относятся соматические антигены
^амотрицательных бактерий, так называемые липополисахариды [73], в
которых частью, детерминирующей биологическую специфичность,
является полисахаридная цепь, построенная из повторяющихся олигосаха-
оИдных звеньев, каждое из которых насчитывает от 2 до 8 моно-
сахаридных остатков самого различного типа. Эти так называемые
0-антигенные полисахариды обычно гетерогенны по своей
молекулярной массе и в среднем содержат цепь от нескольких до 20-30
повторяющихся звеньев; таким образом, средняя молекулярная масса
0-антигенных полисахаридов обычно относительно невелика.
Другую важнейшую группу микробных полисахаридов составляют
полисахариды микробных капсул, которыми снабжены многие грамотрица-
Тельные бактерии и которые являются средством защиты
микроорганизма от агрессивных внешних воздействий. Эти полисахариды также
играют роль высокоспецифических антигенов (так называемые К-антиге-
ны) и состоят из повторяющихся олигосахаридных звеньев, но в отличие
от О-антигенных полисахаридов имеют очень высокую молекулярную
массу, обычно превышающую сотни тысяч.
Тритил-цианоэтилиденовая поликонденсация оказалась реальным и
пока единственным возможным подходом к синтезу полисахаридов этого
типа, в которых повторяющиеся звенья связаны 1,2-трянс-гликозидными
связями. Синтез такого полисахарида или достаточно большого его
фрагмента может быть достигнут поликонденсацией олигосахаридного
мономера, соответствующего структуре повторяющегося звена и несущего
цианоэтилиденовую группировку и О-тритильную группу.
При реализации этих синтезов наиболее сложной частью оказался
именно синтез соответствующего олигосахаридного мономера.
Трудности, с которыми сталкивается здесь исследователь, общие для синтеза
достаточно сложного олигосахарида, в значительной мере усиливаются
необходимостью введения в сложную полифункциональную молекулу
мономера нужных группировок - цианоэтилиденовой группировки на
восстанавливающем конце и О-тритильной группы к гидроксилу,
образующему гликозидную связь, которая соединяет повторяющиеся звенья в
будущей полисахаридной цепи.
Естественно, схемы синтеза таких мономеров достаточно
индивидуальны и зависят от структуры целевого полисахарида, причем сложность их
быстро возрастает со сложностью синтезируемого полимера. Подходы к
синтезу этих мономеров менялись по мере накопления синтетического
°пыта, и к настоящему времени можно попытаться сформулировать
некоторые общие замечания на этот счет.
Наиболее рациональная стратегия синтеза мономеров была
выработана при синтезе простейших модельных гетерополисахаридов и в общих
Чертах обсуждалась выше (см. с. 97). В простейших случаях она состояла
в прямом введении в готовый олигосахарид сначала цианоэтилиденовой
гРуппировки, а затем О-тритильной группы, как это было сделано при
сантезе полисахарида из Salmonella newington [15]. Однако для более
Ложных по структуре полисахаридов наиболее целесообразной оказа-
105

лась "сборка" олигосахаридного мономера из готовых синтонов, один ц3
которых уже содержал цианоэтилиденовую группировку, а другой -
заготовку для введения в нужное место молекулы О-тритильной группы
Важнейшую роль в реализации такого подхода сыграла разработка
способа дифференциации О-ацетильной и О-бензоильной групп, наибо-
лее удобных и чаще всего используемых защитных групп в синтетической
углеводной химии, посредством избирательного отщепления О-аце-
тильной группы в присутствии О-бензоильной посредством мягкого
кислотного метанолиза [74].
До настоящего времени осуществлен синтез нескольких микробных
полисахаридов разной степени сложности. Большинство из них состоят из
пиранозных звеньев нейтральных Сахаров, однако известны примеры
показывающие возможность синтеза полисахаридов, содержащих фура-
нозные звенья, а также включающие аминосахара. Широкие
возможности цианоэтилиденовой конденсации подчеркиваются также тем, что
этим путем можно синтезировать не только линейные, но и
разветвленные полисахариды.
Наконец, модификация тритил-цианоэтилиденовой конденсации,
позволяющая получать полисахариды или высшие олигосахариды,
содержащие на восстанавливающем конце группировку, необходимую для щ
непосредственной иммобилизации (см. с. 131), также значительно
расширила круг полученных синтетических полисахаридов.
4.6.1. О-Антигенный полисахарид
Salmonella newington
Синтез этого полисахарида был первым примером химического
синтеза природного гетерополисахарида сложного строения [14, 15]. При
этом синтезе использовалась наиболее простая и очевидная схема
получения сложного мономера, проверялась пригодность отработанных
условий поликонденсации для мономеров подобной степени сложности и
особенно тщательно исследовалась структура полученного
синтетического полисахарида и проводилось его прямое сравнение с природным
биополимером, выделенным из бактерии Salmonella newington. Этот
полисахарид состоит из повторяющихся звеньев D-маннозы, L-рамнозы и
D-галактозы и имеет строение 136 [75] (см. с. 109), причем олигосахарид-
ное звено повторяется в природных полисахаридных цепях от 1-2 до
30 раз в зависимости от условий выращивания микробной клетки и ее
принадлежности к той или иной мутантной форме [76].
Наиболее очевидным путем его синтеза является поликонденсация
блока [i-D-Man-l-4-a-L-Rha-l-3DGal с образованием во время поликонден-
сации 1,6-галактозилманнозной связи, имеющей 1,2-гаранс-(р-галактозид-
ную) конфигурацию. В соответствии с этим исходный мономер должей
был иметь структуру 137 с О-тритильной группой у С-6-атома маннозЫ й
цианоэтилиденовой группировкой в остатке галактозы (схема 16).
Синтез соединения 137 был осуществлен направленной функцией'
лизацией готового трисахарида, для получения которого был разработай
106
Ту. ~А°Ь
АсО ОАс
138
Me
АсО
-|— Me
\ / Me
Ме^Ме
143
НО—|
HoJ-q
НО—| |/ °
146
J^CN
\тУ Me
но он
АсО—]
|—OTr AcoJ—О
АсО ОАс
137
АсО—|
Acoi—ОО-
K,tli ACU/ UY
№ПпН
■У* ' в" У ОА<
АсО ОАс
145
наиболее препаративно удобный путь синтеза, основанный на опыте
синтеза олигосахаридных повторяющихся звеньев полисахаридов грамот-
Рицательных бактерий, накопленный в лаборатории автора (см.,
например, [77-83]). Этот синтез, основанный на наращивании олигосахаридной
Цепи от восстанавливающего конца к невосстанавливающему был
выполнен следующим образом [84]. Конденсация 2,3,4-три-0-ацетил-а-Ь-рамно-
ниранозилбромида 138 с 1,2-0-изопропилиден-4,6-0-этилиден-а-0-галак-
топиранозой 139 в присутствии HgCN привела к соответствующему
производному рамнопиранозилгалактопиранозы 140. После его дезацетили-
Рования и введения изопропилиденовой защиты в рамнозный остаток
Действием 2,2-диметоксипропана в присутствии CuS04 и толуолсульфо-
Кислоты было получено производное дисахарида 141. Его конденсация
с 4>6-ди-0-ацетил-2,3-0-карбонил-а-Б-маннопиранозилбромидом 142 в
107

Таблица 2
Данные 13С-ЯМР-спектра природного и синтетического О-антигенного нолисахарИДа
Salmonella newington
Моно-
сахарид-
ное
звено

Полисахарид
Man A
Б
Rha A
Б
Gal A
Б
А - природный, Б -
С-1
С-2
101,75 71,7
101,8 71,6
103,3 71,45
103,4 71,4
104,4 71,45
104,3 71,4
синтетический.
Химический сдвиг, м.д.
С-3
74,3
74,3
71,7
71,6
81,8
81,8
С-4
68,1
68,0
80,7
80,8,
69,75
69,7
С-5
76,25
76,25
69,1
69,1
76,4
76,45
■
С-6
70,55
70,25
18,3
18,5
62,1
62,1
присутствии смеси оксида и перхлората серебра привела к аномерной
смеси производных, из которой образовавшийся в преимущественном
количестве нужный (i-изомер, трисахарид 143, был выделен хроматогра-
фически. После удаления из него защитных группировок обработкой
трифторуксусной кислотой и последующего ацетилирования свободного
трисахарида был получен перацетат трисахарида - (i-D-маннопиранозил-
1,4-Р-Ь-рамнопиранозил-1,3-а-0-галактозы 144, который и послужил
исходным веществом для синтеза мономера [14,15] (см. схему 16). Этот
перацетат стандартным путем был превращен через бромид в ацетат
цианоэтилиденового производного и далее осторожным дезацетилиро-
ванием - в незамещенное цианоэтилиденовое производное 146, которое
содержало две первичноспиртовых гидроксильных группы, что
затрудняло избирательное тритилирование. Тем не менее после обработки его 1,5
молями тритилхлорида в пиридине и ацетилирования с последующей
хроматографией сложной смеси тритильных производных удалось
получить со скромным выходом необходимый мономер 137. Нужно
отметить, что такой путь синтеза сложного по структуре мономера
представлялся несколько рискованным, так как разделение сложной смеси
близких по структуре олигосахаридных производных далеко не всегда удается.
Поликонденсация мономера 137 осуществлялась в стандартных
условиях (10% тритилперхлората, комнатная температура): через 60 ч реакция
была окончательно остановлена добавлением трифторуксусной кислоты
и затем пиридина; полученный полимер 145 без очистки подвергался
дезацетилированию и депротектированный полисахарид 136 очищался
гель-фильтрацией. Метилирование полисахарида с последующим
стандартным ГЖХ-МС-анализом замещенных альдитолов показало полную
региорегулярность полисахарида и позволило оценить его степень
полимеризации (8-12, считая на трисахаридное звено), что соответствует
молекулярной массе 4000-6000. Эта величина, подтвержденная так*е
108

другими методами (гель-фильтрация с градуированным стандартом и
определение восстанавливающей способности по Парку-Джонсону)
приблизительно соответствует среднему размеру полисахаридных цепей
природного О-антигенного полисахарида S. newington [76].
Стереорегулярность полисахарида и конфигурация образовавшихся
между трисахаридными звеньями (i-галактопиранозных связей была
подтверждена данными 13С-ЯМР-спектра. В области аномерных атомов
углерода имелось три сигнала (104,3; 103,4 и 101,8 м.д.), что соответствует
сигналу С-1-атомов (i-D-галакто-, a-L-рамно- и (i-D-маннопиранозы;
сигналы, указывающие на наличие a-D-галактопиранозного звена,
отсутствовали. В 13С-ЯМР-спектре удалось полностью соотнести сигналы всех
18 атомов углерода и сам спектр практически полностью совпал со
спектром природного О-антигенного полисахарида, специально
выделенного из Salmonella newington (табл. 2).
Полная стереоспецифичность поликонденсации и отсутствие
образования даже небольшого количества 1,2-цис-гликозидных связей были
подтверждены также распадом синтетического полисахарида 136 по Смиту
(схема 17). После окисления его периодатом разрушались остатки манно-
зы и рамнозы, в то время как галактоза осталась неизменной, в
результате чего после восстановления боргидридом натрия и гидролиза был
выделен 1-О-галактопиранозилглицерин, который содержал галакто-
зидную связь, образовавшуюся при поликонденсации. Анализ
выделенного галактозилглицерина с использованием ВЭЖХ и аутентичного
образца показал, что он (с точностью до 1%) является чистым (3-изомером
и, следовательно, в синтетическом полисахариде присутствовали только
(i-галактозидные связи, т.е. он был полностью стереорегулярным.
Как известно, для О-антигенных полисахаридов характерно
высокочувствительное и высокоспецифическое взаимодействие с
соответствующей сывороткой. Наличие серологической реакции и ее интенсивность
резко меняются даже при незначительном изменении структуры
полисахарида. Для выяснения этого важнейшего свойства синтетического
О-антигенного полисахарида - его биологической специфичности -
параллельно с синтезом природного О-антигенного полисахарида 136 был
осуществлен синтез его ближайшего аналога 147, в котором вместо (3-
маннозилрамнозной связи имеется a-маннозилрамнозная связь [15]. Этот
синтез был проведен по схеме, аналогичной приведенной выше схеме
синтеза природного полисахарида 136 исходя из соответствующего цианоэти-
лиденового производного изомерного трисахарида 148, содержащего
вместо (i-маннозидной a-маннозидную связь; синтез 148 был выполнен по
схеме, аналогичной схеме синтеза мономера 137 [84]. Строение
полисахарида 147 было подтверждено спектрально; в близком в целом к спектру
13С-ЯМР природного полисахарида 136 спектре 147 сигнал С-1 (i-манно-
зы был заменен на сигнал С-1 a-маннозы; стереоспецифичность вновь
образовавшихся при поликонденсации галактозидных связей была также
проверена распадом полисахарида 147 по Смиту, приведшим только к
1-О-Р-галактозилглицерину.
Сравнение полисахаридов 136 и 147 в реакции ингибирования
пассивно
ной гемагглютинации в О-фактор З-анти-3 системе Salmonella newington
по методу [85] показало, что синтетический образец О-антигенного
полисахарида 136 обладал высокой активностью, близкой к активности
природного образца, тогда как его аналог 147 оказался практически
неактивным. Эти данные явились еще одним убедительным доказательством
того, что синтетический полисахарид 136 имел структуру, полностью
идентичную структуре природного полисахарида из Salmonella newington.
Синтез О-антигенного полисахарида Salmonella newington явился
первым синтезом природного микробного полисахарида. Его полная
идентичность с полисахаридом, выделенным непосредственно из бактерии, -
первое прямое доказательство того, что природные О-антигенные
полисахариды, действительно, являются блок-полимерами, построенными из
регулярно повторяющихся одинаковых олигосахаридных звеньев.
4.6.2. О-Антигенный полисахарид
Shigella flexneri
Этот гетерополисахарид является О-антигенным полисахаридом
Shigella flexneri серотипа ЗЬ, Зс и варианта Y и основной полисахаридной
цепью, которая может содержать отдельные разветвления в виде
единичных гликозидных звеньев или отдельных О-ацетильных групп, для других
серотипов Shigella flexneri. Он является блок-полимером и состоит из
регулярно повторяющихся звеньев, включающих три остатка L-рамнозы
и один остаток 2-Ы-ацетамидо-2-дезокси-0-глюкопиранозы (N-ацетил-
глюкозамина) и имеет строение 149 [86].
но ,—оо
^' В/
НО о
о он
но о
носн2
\
NHAC
BzO
149
NPht
ISO
111

Его синтез был осуществлен [87] конденсацией мономера 150,
содержащего тритильную группу у С-3-атома остатка N-защищенного глюко-
замина, находящегося на невосстанавливающем конце тетрасахарида и
цианоэтилиденовую группировку в восстанавливающем концевом остатке
рамнозы. Выбор именно этого исходного мономера определялся тем, что
цианоэтилиденовые производные рамнозы отличались высокой
эффективностью и полной стереоспецифичностью в реакциях поликонденсации
(ср. [16, 28]). С другой стороны, было установлено, что О-тритиловые
эфиры глюкозамина вступают в конденсацию без осложнений, если
аминогруппа защищена N-фталоильной защитой [71] (см. с. 101).
Стратегия синтеза мономера 150 была основана на введении в синтез
моносахаридных синтонов, соответствующих каждой из моносахаридных
единиц тетрасахарида; гидроксильные группы каждого из этих синтонов,
которые не участвовали в дальнейших превращениях, в ходе синтеза
мономера были защищены "постоянной" защитой (бензоильные группы),
а гидроксильные группы синтонов, участвующие в образовании гликозид-
ных связей тетрасахарида, были защищены "временной" защитой
(ацетильные группы). Использование избирательного удаления ацетильных
групп без затрагивания бензоильных мягким кислотным метанолизом
[74] позволило на каждой стадии синтеза избирательно "открывать"
только нужную гидроксильную группу. Использование этой стратегии,
которая очень целесообразна для олигосахаридного синтеза вообще,
позволило рационально построить многостадийный синтез мономера 150
(схема 18).
Синтонами для каждой из моносахаридных единиц мономера были
содержащие специфическую защиту производные 151-154, синтез
которых был выполнен с использованием традиционных методов
синтетической химии моносахаридов [88, 89]. Сборка тетрасахаридного мономера
из указанных синтонов была осуществлена путем синтеза производных
двух дисахаридов с последующим их превращением в тетрасахарид. Этот
подход к синтезу олигосахаридов получил название "блочный метод"; в
данном случае использована "блочная схема 2+2". Для этого в синтоне
152 [89], полученном общим методом синтеза цианоэтилиденовых
производных из З-О-ацетил-4-О-бензоилзамещенного производного
L-рамнозы с последующим кислым метанолизом [74], избирательно
освобожденная гидроксильная группа С-3 гликозилировалась в присутствии
Hg(CN)2 гликозилбромидом, образовавшимся по стандартному методу из
синтона 151. Таким путем было получено [90] производное первого ди-
сахарида 155, которое содержало наряду с цианоэтилиденовой
группировкой единственный гидроксил, защищенный О-ацетильной группой,
все остальные гидроксилы были защищены "постоянной" бензоиль-
ной защитой. Для синтеза второго дисахаридного блока единственная
свободная гидроксильная группа у С-2 в синтоне 153
подвергалась гликозилированию бромидом, полученным стандартным путем из
синтона 154, в результате был получен [88] дисахарид 156, содержащий
наряду с другими защитными группами единственную гидроксильную
группу, защищенную О-ацетильной группой; именно эта группа
впоследствии заменялась на О-тритильную.
112
П1
Схема 18
BzO.—оом« BzOCH2
BzO ОАс НО 0^-CN BzO ОН Bl(^
Me ч у NPhl
153 \ / 154
(
&
151
BiO.— oOMe
NPM
Для синтеза тетрасахарида 157 в дисахариде 155 была избирательно
освобождена единственная гидроксильная группа у С-2 рамнозного
остатка, а дисахарид 156 последовательным ацетолизом метилгликозида и
обработкой 1-О-ацетата бромистоводородной кислотой был превращен в
соответствующий бромид. Конденсация в присутствии Hg(CN)2 этого
8- Н.К. Кочетков l} 3

бромида с моногидроксильным производным дисахарида 155 (Н вместо
Ас) привела к тетрасахариду 157, в котором наряду с бензоильной
защитой лишь одна единственная гидроксильная группа была защищена
О-ацетильной группировкой [91]. Для превращения 157 в мономер ISO
этот единственный О-ацетилированный гидроксил у С-3 остатка N-фта-
лоилглюкозамина был освобожден кислым метанолизом и тритилирован
перхлоратом тритилия в коллидине [87, 92]. Каждая стадия синтеза
мономера контролировалась ЯМР-спектроскопией, что позволило быть
уверенным в отсутствии каких-либо изомеризации или перегруппировок.
Схема 19
I I
BzO о
8x0 ОАс
160
BzOCHz
i— О Br
&
NPM
161
t
157
Другой синтез мономера был осуществлен [87] последовательным
наращиванием тетрасахарида с восстанавливающего конца при
использовании тех же синтонов 151-154 (схема 19). С этой целью дисахарид 158,
полученный, как описано, из 151 и 152 и имеющий единственную гидро-
ксильную группу, вводили в конденсацию с бромидом 159,
синтезированным обычным путем из 153. В производном трисахарида 160 избира-
114
МеОН
Т
i 1 1 1 1 1—
T
30,0
110,0 90,0 70,0 50,0 30,0 r*,M.0.
Рис. 4. '3С-ЯМР-спектр полисахарида Sh. flexneri, иолучеииого синтетическим иутем
тельно удалялась единственная О-ацетильная группа и полученное
производное гликозилировалось бромидом 161, синтезированным из глюкоза-
минного синтона 154. В результате было получено производное
тетрасахарида 157, полностью идентичное веществу, синтезированному
описанным выше "блочным синтезом 2 +2". Выход 157, полученного этим
способом, был ниже, чем выход тетрасахарида, полученного "блочным
синтезом", и "блочный синтез" тетрасахарида оказался более
эффективным, как это чаще всего имеет место в олигосахаридном синтезе.
Поликонденсация мономера 150 проводилась в стандартных условиях
(10% тритилперхлората, комнатная температура), причем реакция
практически заканчивалась через 16 ч, после чего защищенный полисахарид,
полученный с высоким выходом, выделялся обычными методами. Его
13С-ЯМР-спектр показал наличие регулярной структуры со всеми
необходимыми заместителями, хотя был достаточно сложен для полной
интерпретации. Для одновременного удаления бензоильной и фтало-
ильной защитных групп продукт поликонденсации был обработан
гидразином, после чего подвергался N-ацетилированию уксусным ангидридом в
метаноле.
В 13С-ЯМР-спектре полученного таким путем синтетического
незащищенного гетерополисахарида 149 (рис. 4), выделенного хроматографией,
было лишь четыре сигнала в аномерной области (5 102,21; 101,88; 102,10;
ЮЗ,24), причем величины JC]< H[ для рамнозидных связей были в пределах
170-172 Гц, что указывало на наличие только а-рамнозидных связей. Эти
и некоторые другие детали спектра подтверждают полную стереорегу-
Лярность полисахарида и, следовательно, полную стереоспецифичность
Реакции поликонденсации. Сравнение 13С-ЯМР-спектров синтетического
115

Таблица }
Данные 13С-ЯМР-спектра природного и синтетического полисахарида Shigella flexneri
Моносаха-
ридное
звено
Rha A
Rha В
Rha С
GlcNAc


сахарид*
А
Б
А
Б
А
Б
А
Б
* А - природный, Б -
Химический сдвиг, м.д.
С-1
102,21
102,03
101,88
101,62
102,10
101,85.
103,24
102,95
С-2
71,80
71,48
79,26
78,91
79,89
79,52
56,73
56,46
синтетический.
С-3
78,64
78,10
71,32
70,82
71,13
70,58
82,68
82,29
С-4
72,79
72,45
73,53
72,96
73,65
73,10
70,23
69,94
С-5
79,35
69,81
69,81
69,14
70,23
69,94
77,05
76,68
С-6
17,63
17,22
17,78
17,47
17,86
17,47
62,09
61,56
Чн,
170,2
169
172,0
171
171,1
172
162,7
162
и природного полисахарида, выделенного из Shigella flexneri серотип ЗВ,
показало полную идентичность сигналов для всех 24 углеродных атомов
полимера (табл. 3).
Молекулярная масса синтетического полисахарида была определена
гель-хроматографией с использованием стандартов, а также сравнением
интенсивностей сигналов концевых моносахаридных остатков с
сигналами других моносахаридов в 13С-ЯМР-спектре. Средняя степень
полимеризации оказалась равной 10 (считая на тетрасахаридное звено), что
соответствует молекулярной массе около 6000, близкой к средней
молекулярной массе природного полисахарида.
4.6.3. Капсулъный полисахарид
Streptococcus pneumoniae тип 14
Этот высокомолекулярный полисахарид, выделенный из капсулы
одного из распространенных типов 5. pneumoniae, содержит остатки
глюкозы, галактозы и N-ацетилглюкозамина и имеет разветвленную
структуру 162, состоящую из повторяющихся звеньев, в которых один остаток
галактозы включен в основную цепь, а второй является заместителем в
этой линейной цепи [93]. Его синтез - первый пример синтеза
разветвленного гетерополисахарида регулярного строения [94, 95].
Исходный мономер 163 представлял тетрасахарид, в котором О-три-
тильная группа находилась у С-6-атома глюкозаминного остатка; вступая
в реакцию с находящейся на концевом глюкозном остатке цианоэтилиде-
новой группировкой она должна образовать 1,2-транс-гликозидную связь
ф-глюкозидную) в основной цепи полимера, а концевой остаток
галактозы мономера 163 - разветвление в виде регулярно повторяющихся
боковых остатков, привязанных к основной цепи. Выбор этого мономера
как наиболее рационального предшественника для генерации полисаха-
116
сн2он сн2он
-Q°
J—о Ко У о /он
/он \
СН2ОН
J—0оме
СН2ОАс
1 L
*9/-\Г\
W
ОАс
Схема 20
СН,ОАс
1 2
г\
\ КГ А
^М—/о
0_L"CN
OBz
163 R-Тг
169 R = Ac
ридной цепи 162 определялся, помимо удобства его синтеза, тем, что
цианоэтилиденовое производное глюкозного ряда (которым является
концевое звено мономера) реагирует стереоспецифично с первичными
О-тритиловыми эфирами, в данном случае с 6-О-тритиловым эфиром
117

остатка глюкозамина. О целесообразности защиты аминогруппы фта-
лоильным остатком уже упоминалось (см. с. 101).
Синтез мономера 163 был выполнен по "блочной схеме 2+2" с
использованием стратегии, описанной в предыдущем синтезе (схема 20). Один из
дисахаридных блоков был получен из цианоэтилиденового производного
лактозы 164, синтезированного из этого дисахарида стандартным
методом [37]. Далее оно дезацетилировалось, превращалось в 3',4'-изопропи-
лиденовое производное обработкой 2,2-диметоксипропаном и толуол-
сульфокислотой, все свободные гидроксильные группы бензоили-
ровались, изопропилиденовая группировка снималась. Полученный 3',4'-
диол превращался в соответствующий 3',4'-ортобензоат, селективное
раскрытие которого действием водной уксусной кислоты давало
соответствующее 4-О-бензоильное производное, в результате чего был получен
дисахарид 165, содержащий единственную свободную гидроксильную
группу у С-3 галактозного остатка. Второй дисахаридный блок,
содержащий остатки аминосахара и галактозы, был получен из метил-2-дезокси-
И-фталимидо-Р-О-глюкопиранозида 166, который последовательным 4,6-
бензилиденированием, З-О-бензоилированием, дебензилиденированием и
избирательным 6-О-ацетилированием был превращен в соединение 167,
содержащее единственную свободную гидроксильную группу; его
конденсация с 2,3,4,6-тетра-0-бензоил-а-0-галактозилбромидом в присутствии
трифлата серебра дала дисахаридный блок 168. Конденсация
полученного из него бромида с дисахаридом 165 дала тетрасахарид 169,
соответствующий структуре повторяющегося звена полисахарида S. pneumoniae тип
14, уже содержащий цианоэтилиденовую группировку; единственная
О-ацетильная группа в нем снималась избирательным кислотным метано-
лизом [74] и освободившийся гидроксил тритилировался перхлоратом
тритилия в коллидине, в результате чего образовался мономер 163.
Он подвергался поликонденсации в обычных условиях (10 мол.% три-
тилперхлората, комнатная температура); через 18 ч реакция была
полностью остановлена добавкой водного пиридина и продукт
поликонденсации, выделенный с высоким выходом, очищался хроматографией на
силикагеле, обработкой гидразином освобождался от защитных групп и
подвергался N-ацетилированию уксусным ангидридом в метаноле.
Полная региорегулярность полученного таким образом
синтетического разветвленного полисахарида 162 была подтверждена
метилированием: после стандартной процедуры [20] с помощью ГЖХ-МС были
идентифицированы только ацетаты 2,3,4,6-тетра-, 2,3,6-три- и 2,4,6-три-
О-метилгекситов, а также 1,4,5,6-тетра-0-ацетил-3-0-метил-2-(Ы-метил)-
ацетамидо-2-дезоксиглюцит.
13С-ЯМР-спектр полисахарида 162 подтверждал конфигурацию всех
гликозидных связей, в том числе и однозначную Р-коцфигурацию вновь
образовавшейся при поликонденсации глюкозидной связи. В области ано-
мерных атомов углерода в спектре имелись четыре сигнала,
соответствующих двум С-1-атомам галактозы (8 104,1 и 103,4), глюкозамина (8 104,1)
и глюкозы (8 103,8). Сигналы всех остальных 20 атомов углерода (табл. 4)
также соответствовали ожидаемым величинам, полученным из спектров
118
Таблица 4
Данные ,3С-ЯМР -спектра синтетического полисахарида Streptococcus pneumoniae тин 14
Моносаха-
ридное
звено
Glc
Gal
GlcN
Gal
(боковая
цепь)
C-l
103,8
103,6
104,1
104,1
С-2
73,4
71,3
56,5
72,2
Химический сдвиг, м.д.
С-3
С-4
75,7 79,8
83,3 69,5
74,0 80,0
73,9 69,9
С-5
76,0
76,1
74,7
76,5
С-6
61,6
62,2
69,1
62,2
модельных ди- и трисахаридов. Таким образом, синтетический
полисахарид был полностью стереорегулярным. Оптическое вращение (+8,4°)
находится в хорошем соответствии с вращением природного полисахарида
(+5°) [93]. Совпадение этой чувствительной константы является
важным дополнительным доказательством идентичности синтетического и
природного образцов. Молекулярная масса синтетического полисахарида,
по данным гель-фильтрации, составляет около 6000, что соответствует
степени полимеризации около 10 для тетрасахаридной единицы.
4.6.4. О-Ангпигенный полисахарид
Pseudomonas aeruginosa X (Мейерт)
Этот гетерополисахарид является О-антигенным полисахаридом
одного из видов P. aeruginosa (тип X, Мейерт) [96]; полисахаридные цепи той
же структуры найдены в липополисахариде P. cepacia тип 5 [97].
Полисахарид построен из повторяющихся дисахаридных звеньев 3-P-D-
ManNAc-(l-4)-ot-L-Rha-l и имеет структуру 178. Он содержит
относительно редко встречающийся в бактериях аминосахар 2-М-ацетиламино-2-
дезоксиманнозу (N-ацетилманнозамин). Синтез этого полисахарида [98]
демонстрирует еще один подход к синтезу регулярных полисахаридов,
содержащих аминосахара. Он основан на поликонденсации мономера,
содержащего азидную группу, которая далее уже в синтетическом
полисахариде трансформировалась в N-ацетамидную группировку.
Предварительными модельными опытами было показано, что азидная группа
остается инертной в условиях тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации и использование мономера, содержащего эту группу, казалось
вполне целесообразным. После апробирования нескольких вариантов
синтеза нужного мономера была выбрана наиболее рациональная схема
его получения (схема 21).
Известное производное глюкозилрамнозы 170 [99] превращалось
последовательным дезацетилированием, 4',6'-изопропилиденированием,
избирательным введением я-метоксибензильной защиты Сз-гидроксила в
119

остатке глюкозы и дальнейшим взаимодействием с 1,Г-сульфонилдиими-
дазолом в присутствии гидрида натрия в производное 171. Последнее
взаимодействием с азидом натрия, проходящее с обращением
конфигурации у Сг глюкозного остатка, давало производное маннозилрамнозы 172,
которое после обычной смены защитных групп превращалось в 173.
Далее, снятие изопропилиденовои защиты в остатке рамнозы, перевод
полученного диола в 2,3-ортоацетат, его избирательное раскрытие под
действием уксусной кислоты с последующим бензоилированием
гидроксила у С-3 рамнозы дало триацетат 174, который при обработке
Me3SiCN в присутствии триметилсилилтрифлата превращался в
цианоэтилиденовое производное, что является первым случаем
применения этого метода в пиранозном ряду. Полученное при этом
производное 175 имело единственную О-ацетоксильную группу; после
избирательного дезацетилирования кислым метанолизом и
тритилирования 175 превращался в мономер 176.
Поликонденсация мономера 176 проводилась в присутствии
терминатора с целью получения полисахарида, готового к иммобилизации на белке
(см. раздел 4.9). Условия реакции были стандартными (дихлорметан,
10 мол.% тритилперхлората, комнатная температура). В результате
реакции иммобилизованный полисахарид был получен с очень низким
выходом (1,5%) (ср. с. 139) и основным продуктом реакции
поликонденсации оказался нормальный продукт поликонденсации - полимер 177.
Последующая трансформация в 177 азидной группы в ацетамидную
последовательным гидрированием и N-ацетилированием, хорошо известная
в синтетической химии Сахаров, и снятие защитных групп привели к
стереорегулярному полисахариду 178. Поданным 13С-ЯМР-спектра, его
структура полностью соответствует структуре природного О-антигенного
полисахарида, выделенного из Pseudomonas aeruginosa X [96]; степень
полимеризации синтетического препарата (считая на дисахаридное звено)
составила 11-13, что соответствует молекулярной массе 3500-4200.
4.6.5. О-Антигенный полисахарид
Streptococcus pneumoniae тип 3
Менее удачной оказалась попытка синтеза природного гетерополиуро-
нида, а именно капсульного полисахарида из Streptococcus pneumoniae тип
3 [100]. Этот высокомолекулярный полисахарид состоит из
повторяющихся звеньев D-глюкуроновой кислоты и глюкозы, связанных 1,2-
/пранс-(р-глюкозуронидными) связями и имеет структуру 179 [101].
Его синтез мог быть осуществлен поликонденсацией мономера 180 или
181. Данные о том, что конденсация глюкозных цианоэтилиденовых
производных со вторичными тритиловыми эфирами проходит недостаточно
стереоселективно и, напротив, конденсация цианоэтилиденовых
производных глюкуроновой кислоты протекает с полной стереоспеци-
фичностью, привели к заключению, что перспективнее использовать
поликонденсацию мономера 181. Его синтез был осуществлен сле-
121

сн2он со2н
сн2он со2н
о г-^ /f-o4po
Ас О
-^
СО,Ме
CN
R = СОСН2Вг
186
дующим путем (схема 22) [100]. 1,2,3,6-Тетра-0-ацетил-р-0-глюко-
пираноза 182 ацилировалась бромацетилбромидом в смеси пиридин-
ацетонитрил и далее переводилась в гликозилбромид 183. Циано-
этилиденовое производное эфира глюкуроновой кислоты 184 было
получено окислением реактивом Джонса 6-О-тритилового эфира цианоэти-
лиденового производного глюкозы 185 с последующей этерификацией и
дезацетйлированием (ср. [38]). Взаимодействие 183 с диолом 184 в
присутствии Hg(CN)2 дало со скромным выходом производное дисахарида 186.
Последующее ацетилирование, избирательное удаление бромацетильной
122
4
группы действием тиомочевины и тритилирование освободившегося
гидроксила в остатке глюкозы дало мономер 181.
Поликонденсация 181 в стандартных условиях под действием
перхлората тритилия после окончательной остановки реакции пиридином и
обычной обработки дала с высоким выходом синтетический полисахарид.
Его 13С-ЯМР-спектр соответствовал ориентировочно степени
полимеризации, равной 10 (считая на дисахаридное звено). В то же время спектр
показал наряду с 1,2-т/занс-гликозидными связями (101 м.д.) также
присутствие ~ 25% 1,2-цис-гликозидных связей (96 м.д.). Таким образом,
полученный гетерополиуронид имел стереохимически нерегулярную
структуру и реакция поликонденсации протекала в данном случае
нестер еоспецифично.
Этот пример еще раз демонстрирует положение, высказанное ранее, о
том, что стереоселективность реакции образования гликозиднои связи
при взаимодействии цианоэтилиденового производного с О-тритиловым
эфиром зависит от структуры обоих партнеров реакции, в данном случае-
от сочетания их в одной молекуле мономера; здесь, несмотря на то, что
цианоэтилиденовое производное глюкуроновой кислоты реагирует сте-
реоспецифично [32], превалирующее влияние оказала природа тритило-
вого эфира - 4-О-тритилового эфира глюкозы, не обеспечивающая
полной стереоспецифичности реакции (ср. [25]).
4.6.6. Галактан липополисахарида
Т1 мутантного штамма сальмонелл
Тритил-цианоэтилиденовая поликонденсация дала возможность
получить регулярные полисахариды блочного типа, состоящие и из фураноз-
ных звеньев. Так, например, был осуществлен синтез [102]
бактериального галактофуранана, О-антигенной части липополисахарида 77-формы
сальмонелл, который состоит из повторяющихся трисахаридных [3-1,3-
связанных галактофуранозных звеньев, соединенных между собой
1,6-р-галактофуранозидными связями, и имеет общую структуру 187
[103].
Формально указанный полисахарид не является гетерополисахаридом,
поскольку содержит лишь один моносахарид - галактофуранозу. Однако,
поскольку он построен из регулярно повторяющихся трисахаридных
блоков, которые связаны между собой гликозидными связями другого типа
он, по существу, должен быть отнесен к регулярным гетерополисахарид-
ным системам. Его синтез выполнен обычным путем синтеза гетерополи-
сахаридов - тритил-цианоэтилиденовой поликонденсацией
соответствующего трисахаридного мономера. В синтезе мономера использован новый
прием - временная маскировка цианоэтилиденовой группировки
переводом ее в соответствующее карбметоксиэтилиденовое производное с
последующей регенерацией цианоэтилиденовой группировки [57, 58] (ср.
с. 35, 95). Эта стратегия позволила осуществить удобный конвергентный
синтез мономера (схема 23).
123

J I
X
a
t
o\ ■
J I
J I
124
71
Й1
O-^COOMe
О Mi л
, x №
Lq Me
188
X
o-
O Me
X
■0 Me
190
Схем И
О
CN
Me
>
^?L
0-+«COOMe
OBz 1С
OBz
189
III Kv
OBz OAc 0-!
OBz
О Me
X
О Me
OBz
OBz
OBz
OBz
>4
Mc
1
19?
bOBz
^ОТг
VfTn
OBz
LOBz
-OBz
-OBz
To-l>CN
Me
194
5,6-диизопропйладен.12-метоксикарбонилэтилиден-а-0-г5 ^J!/, д
за 188, синтез ь»^' rxfti r«, . cm 'Лакто*У///^
ноза 188, синтез второй был описан ранее [56] (см. с. 94), г,. -.цЧ
обычным путем в 3-0-тритильное производное 189 [56], а п^ №"*V/
ной обработкой а^иаком и бе„зоилхлоридом [58] - в циа^JOB*' . /' Л
вое производное 190; КоНде„сация соединен** 189 и 190 Да^ил*^//' 0
ное производство 191. Далее 191 переводилось обработкой a™,Z^ Л
- "I. далее xvi переводило^» иираишки, // //0.
хлористым бензоилом в цианоэтилиденовое производное 1»,, ~V/ £и-
О-ацетильная группа заменялась на О-бензоиЛЬную) и вновь ^™JhL-
валось с 189. ПолуЧенное ахарид„0е производное 193 пос>е^Ж<
пилиденирования избирательно тритилирова^ось по *№<^*?3°Ja( f
Днои первичной сПартовой и последующее превращ^™ с^ ,
карбонилэтилиденовой гр ^ в цианоэтилИДеновую, вме^ ме*°Ж
менным бензоилйрование^ свобод„ого гидроксила, привод^ С°Д*°;/

Jllll_
' #|С/ ta**« | 4 f
I " 1 1 1 1 1
JW 85 80 75 70 t, м.д.
Рис. 5. 13С-ЯМР-спектр галактофуранана из Т-1-формы Salmonella, полученного
синтетическим путем
Поликонденсация 194 в присутствии трифлата серебра и последующее
снятие защитных групп привели к полисахариду 187. Структура
синтетического полисахарида полностью подтверждается четким 13С-ЯМР-спект-
ром (рис. 5). Так, р-конфигурация галактофуранозидной связи вытекает
из низкопольного положения химических сдвигов всех аномерных
протонов (109,4 и 108,4 м.д.), сигнал атома С-6 остатка С лежит при
70,4 м.д., а сигнал С-6 со свободной ОН-группой - при 64,1 м.д., сигналы
С-3 остатков А и В - при 82,6-84,5 м.д.; сигналы других С-атомов также
соответствуют ожидаемым величинам. Эти данные указывают на то, что
синтетический полисахарид обладает структурой, которая установлена
для галактана из липополисахарида 77 мутантного штамма сальмонелл
[103]. Степень полимеризации синтетического полисахарида составляет
около 12 (считая на трисахаридное звено), что соответствует
молекулярной массе около 6000.
Приведенные в этом разделе примеры синтеза разнообразных
по строению микробных полисахаридов показывают большие
потенциальные возможности метода тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации. Дальнейшие примеры синтеза микробных полисахаридов будут
приведены ниже при описании модификации этого метода (см. с. 131).
4.7. Ограничения тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации как метода синтеза полисахаридов
Как видно из представленного в этой главе материала, тритил-циа-
ноэтилиденовая поликонденсация имеет достаточно широкие границы
использования. Однако существует несколько моментов, которые
определенным образом ограничивают возможности этого метода. Прежде всего,
126
как уже указывалось, в ряде случаев стереоселективность образования
1,2->яра«огликозидной связи недостаточна для получения полностью сте-
реорегулярной полисахаридной цепи. Имеющиеся к настоящему времени
данные показывают, что попытки использования реакция для получения
полисахаридов, содержащих 1,2-транс-гликозидную связь, которая
соединяет соседние моносахаридные звенья через гидроксильные группы у
атомов С-3 и С-4 в остатках глюко-, галакто-, арабино-, ксило- и рибо-
пиранозы, в большинстве случаев не дают удовлетворительного
результата, хотя в отдельных случаях [32, 86] для аминосахаров и глюкуроновых
кислот нарушение стереохимии и не наблюдается.
Были предприняты многочисленные попытки устранить это
существенное ограничение метода. Как указывалось выше, наилучший
результат дало использование высокого давления, и тритил-цианоэтилиденовая
поликонденсация, проводимая под давлением 14 кбар, обеспечивает
полную стереорегулярность получаемого полимера (см. с. 89).
Положительный результат дало также использование модификации реакции,
основанной на применении в качестве мономеров вместо цианоэтили-
деновых цианобензилиденовых производных с электронодонорными
заместителями в ароматическом ядре (см. с. 92), которое пока, к
сожалению, изучено на единственном примере.
Другим слабым местом тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации
как метода синтеза полисахаридов являются во многих случаях
недостаточно высокая степень полимеризации и, следовательно, низкая
молекулярная масса полученного продукта, который в ряде случаев фактически
является, скорее, высшим олигосахаридом, чем полисахаридом. Как было
видно из материалов этой главы, степень полимеризации очень сильно
зависит от структуры используемого мономера. Так, например, при
поликонденсации мономеров фуранозного ряда степень полимеризации выше,
чем для пиранозных мономеров. В ряду мономеров пиранозного ряда,
имеющих О-тритильную группу у первичного гидроксила и дающих при
поликонденсации 1,6-гликаны, степень полимеризации, как правило,
ниже, чем для вторичных тритиловых эфиров, дающих 1,3- и 1,4-гликаны.
Возможным объяснением этого является более высокая реакционная
способность О-тритильной группы, находящейся у вторичного
углеродного атома, по сравнению с первичным тритиловым эфиром [104] (см.
с 50), хотя такое объяснение требует более строгих данных о кинетике
процесса поликонденсации.
Видно и определенное влияние структуры исходного моносахарида.
Так, например, поликонденсация мономеров рамнозного ряда дает
полимеры с более высокой степенью полимеризации, чем производные других
нейтральных пираноз [16]. Также более высокая степень полимеризации
отмечается при поликонденсации дисахаридных мономеров, содержащих
на восстанавливающем конце цианоэтилиденовое производное рамнозы
(синтез глюкозаминоглюкана [71] и глюкорамнана [67, 68]). В то же
время мономеры на основе глюкуроновой кислоты дают особенно
Низкую степень полимеризации, порядка 4-5, и в этом случае, в сущности,
образуется лишь олигосахаридные цепи [32].
Значительная разница в степени полимеризации полисахарида, обра-
if 127
J

зующегося при поликонденсации мономеров различной структуры, пока
трудно объяснима. Казалось бы довольно резонным связать ее с
реакционной способностью соответствующих мономеров и в еще большей
степени - со склонностью данного мономера к проявлению той или иной
побочной реакции, обрывающей рост цепи. Эти рассуждения, однако, не
имеют пока экспериментальных оснований и требуют более подробного
исследования процесса поликонценсации, в особенности его кинетики.
Попытки увеличить степень полимеризации посредством изменения
условий реакции, как уже упоминалось, не дали существенного
результата (ср. с. 78). Так, например, при изучении синтеза [3-1,6-галактана
увеличение времени реакции до 200 ч или уменьшение количества
катализатора до 1 мол.% не привело к получению более
высокомолекулярного полисахарида [10].
Причины обрыва цепи в процессе поликонденсации до конца еще не
ясны. Одной из причин, несомненно, является детритилирование
мономера, выводящее его из реакции [32]. Эта побочная реакция [105] (см. с. 64)
является, очевидно, одной из главных причин низкой степени
полимеризации; наблюдается некоторый параллелизм между склонностью
данного мономера к детритилированию и степенью полимеризации.
Попытки снизить степень детритилирования, предпринятые при изучении
синтеза модельных дисахаридов, до настоящего времени положительных
результатов не дали.
Следует далее подчеркнуть, что детритилирование, обрывающее рос
цепи с ее невосстанавливающего конца, вероятно, не единственная пр
чина прекращения процесса поликонденсации. Об этом свидетельству!
то, что в ряде случаев на невосстанавливающем конце полученного пол >
мера сохраняется еще О-тритильная группа и, следовательно, в процессе
поликонденсации исчезает и цианоэтилиденовая группа,
обусловливающая рост цепи с восстанавливающего конца. К сожалению, технические
трудности не позволили пока сделать обоснованное заключение о
природе группировки, находящейся на восстанавливающем конце полученного
полимера непосредственно до его обработки. Предположения на этот
счет можно делать лишь исходя из данных по синтезу дисахаридных
моделей, когда в качестве побочных процессов было констатировано
замещение цианоэтилиденовой группировки на 1-О-ацетат [106], а также
образование некоторых других соединений, например тритилгликозидов [107].
Поиски путей модификации процесса поликонденсации с целью
увеличения молекулярной массы полимера, несомненно, являются одной из
важнейших задач дальнейшего развития метода. В связи с этим нужно
отметить, что степень поликонденсации существенно возрастает при
проведении процесса под высоким давлением. Так, например, поликонденсация
мономеров, полученных из уроновых кислот под давлением, дает
увеличение степени полимеризации в 3-4 раза [45]. В других случаях
увеличение степени полимеризации не столь велико, но достаточно
существенно. Это увеличение, очевидно, связано с ускорением реакции,
которая проходит быстрее, чем успевают проявиться побочные процессы,
прерывающие рост цепи. Вместе с тем давление не оказывает влияния на
уменьшение степени детритилирования, так как некоторые полиса-
128
хариды, полученные под давлением, еще сохраняют на
невосстанавливающем конце О-тритильную группировку.
Хотя проведение реакции поликонденсации под давлением требует
специальной аппаратуры, однако, если учесть, что при этом реакция идет
полностью стереоспецифично, применение этой модификации реакции
может быть в ряде случаев вполне оправдано.
4.8. Образование циклических олигосахаридов
В качестве особой побочной реакции, проявляющейся при тритил-циа-
поэтилиденовой поликонденсации, можно рассматривать также
образование циклических олигосахаридов. Эта реакция представляет и
самостоятельный интерес, так как открывает определенные новые возможности в
углеводном синтезе. В самом деле, растущая в процессе поликонденсации
олиго- или полисахаридная цепь может испытывать и
внутримолекулярное гликозилирование, в результате чего должны образовываться
циклические структуры. Действительно, образование циклоолигосаха-
ридов было обнаружено [108, 109] при тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации галактофуранозных мономеров в обычных условиях
реакции, в присутствии трифлата серебра (схема 24 на с. 124). Так,
поликонденсация производного 107 наряду с линейным (1-3)-галактофурананом
111 (см. с. 96) дает с выходом 36% смесь цикло-(1-3)-р-галактоолигоса-
харидов 195, из которой тетра- и пентамеры 195 (я = 4 и 5) были
выделены хроматографически в индивидуальном состоянии [108, 109].
Соответственно поликонденсация мономера 106 дает наряду с линейным
полимером 109 смесь цикло-(1-6)-р-галактоолигосахаридов, содержащую
ди-, три- и тетрамеры 196 (я = 2, 3 и 4), выход которых составляет
соответственно 6, 5 и 10% [108, 109]. Поликонденсация мономера 108 дала
смесь ди- и тримеров 197 (я = 2 и 3) с общим выходом 57% [59].
Следует отметить, что при циклоолигомеризации галактофуранозных
мономеров на результат очень сильное влияние оказывает концентрация
мономера в реакционной среде [110-111]. Так, при поликонденсации 3,5-
ди-О-бензоил-6-О-тритил-1,2-О-(1-циано)-этилиден-0С-О-галактофурано-
зы 106 в стандартных условиях (концентрация мономера 0,24М,
концентрация катализатора 0,2М) был получен только линейный полисахарид, а
при увеличении разбавления в 10 раз (концентрация мономера 0,025М,
концентрация катализатора 0,14М) образовались, напротив, только
Циклические олигомеры. Влияние концентрации на процесс образования
^акроциклических систем - явление очень хорошо известное в
органической химии, однако в данном случае обращает на себя внимание
столь резкое качественное изменение течения процесса при изменении
Концентрации мономера всего на один порядок. Это, очевидно,
п°дчеркивает очень сильное влияние концентрации на конформацию
°лигосахаридных цепей в растворе и заслуживает особого исследования.
Структура образующихся циклоолигомеров, и в частности
реконфигурация гликозидных связей, была установлена на основании данных
ч"№-спектроскопии и ФАБ-масс-спектрометрии. Количество мономер-
' "-К. Кочетков 129

ных звеньев в цепи олигомера вытекало непосредственно из величины
молекулярной массы, определяемой из ФАБ-масс-спектра. Наличие в 'ц.
ЯМР-спектре сигнала 5,12-5,22 м.д. свидетельствовало о [З-конфигурацщ,
аномерного центра фуранозного цикла. 13С-ЯМР-спектры содержали
только шесть сигналов углеродных атомов, соответствующих
повторяющемуся звену олигомера, а сигналы концевых звеньев, типичные дЛя
линейных олигосахаридов, отсутствовали, что свидетельствовало о
циклической структуре полученных веществ. Интересно отметить при
этом, что сигналы углеродных атомов циклических производных
отличались от соответствующих сигналов линейного полимера и, более того
несколько различались и в самих циклических производных в зависимости
от размера цикла. Подробное изучение этого феномена, несомненно,
может представить самостоятельный интерес, так как позволит судить о
зависимости спектроскопических характеристик от особенностей
конформации самих моносахаридных циклов и величин углов глико-
зидной связи от размеров олигосахаридного кольца.
Полученные циклоолигосахариды содержат в качестве мономерного
звена фуранозные циклы в отличие от широко известных циклодек-
стринов [112], состоящих из пиранозных звеньев. Поэтому они могут
представить интерес как специфические комплексообразователи,
отличающиеся по своим свойствам от циклодекстринов. В связи с этим была
предпринята попытка их более направленного синтеза на примере
получения цикло-(1-6)-р-0-галактофураноолигосахаридов циклизацией
соответствующих линейных олигомеров - ди-, три- и тетрамеров 198 (я = О,
1, 2) [113, 114]. Эти мономеры были получены последовательным
наращиванием галактофуранозных звеньев с использованием временной
маскировки цианоэтилиденовой группировки в виде карбэтоксиэтилиденовой
группы по пути, аналогичному описанному выше для мономеров при
синтезе галактана из мутантного штамма сальмонелл [102] (см. с. 123). Их
циклизация в присутствии трифлата серебра в условиях высокого
разбавления позволила получить циклогалактоолигосахариды с более
высоким выходом, причем выход и набор образующихся индивидуальных
циклических олигомеров зависели от структуры исходного линейного
мономера. Так, циклизация 198 (я = 0) дала циклодимер (21%), цик-
лотетрамер (20%), циклогексамер (15%) и циклооктамер 196 (12%) (я = 2,
4, 6, 8); циклизация 198 (я = 1) - циклотример (24%), циклогексамер (24%)
и циклононамер (17%) 196 (я = 3, 6, 9); циклизация 198 (я = 2) дала только
тетрамер 196 (я = 4). Депротектированием полученных продуктов
циклизации были синтезированы соответствующие цикло-[(1-6)-р-0-галакто-
фурано]олигосахариды со свободными гидроксигруппами.
Таким образом, тритил-цианоэтилиденовая конденсация может быть
полезной для получения некоторых циклических олигосахаридов, причем
циклизация промежуточно возникающих в процессе роста полисаха-
ридной цепи олигомеров может в определенных случаях заметно
конкурировать с линейной поликонденсацией.
Образование циклических олигосахаридов было констатировано ранее
при попытке получения полисахаридов из ацилгликозилгалогенидо8
[115]. Возможно, в очень незначительной мере оно имеет место также и в
130
i
OBz \ ^L_L-CN
OBz
СН,
OBz
Me
СН,
198
других случаях тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации.
Свидетельством чего является выделение в отдельных опытах по поликонденсации
минорных фракций, резко отличающихся по своим свойствам от
фракций, содержащих линейные полисахариды. Возникновение более
заметных количеств циклических продуктов при поликонденсации
галактофуранозных мономеров, скорее всего, связано с конформационными
особенностями растущей полигалактофуранозидной цепи,
благоприятствующими замыканию циклов при образовании гликозидных связей.
4.9. Модификация тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации с "односторонним" наращиванием
полисахаридной цепи
Синтез полисахаридов методом тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации имеет важное значение для развития полисахаридной химии, так
как позволяет окончательно подтвердить структуру природных
биополимеров и дает в руки исследователя модельные вещества с достоверным
однозначным строением для физико-химических и биологических
испытаний. В то же время синтетические полисахариды могут
представлять вполне определенный интерес для решения ряда вопросов биохимии,
иммунохимии и развития некоторых направлений практической
медицины. Так, например, они могут служить ценным исходным материалом
для получения искусственных антигенов, максимально приближенных по
структуре к природным антигенам углеводной природы, и создания на
этой основе диагностикумов, а также иммуносорбентов, специфических
лигандов для аффинной хроматографии и т.д. С этой целью они должны
быть превращены в полимерные препараты посредством иммобилизации
на высокомолекулярных матрицах. Иммобилизация полисахаридов на
природных или синтетических полимерах требует введения к
восстанавливающему концу полисахаридной цепи группировки, необходимой для
иммобилизации, так называемого спейсера. Такая селективная функцио-
нализация готового полисахарида часто представляется довольно
сложной и трудоемкой операцией (см. обзор по иммобилизации углеводных
Фрагментов на полимерных матрицах [116]).
В связи со сказанным был разработан новый вариант тритил-циано-
этилиденовой поликонденсации, позволяющий получать уже в ходе
самого синтеза полисахаридную цепь, содержащую на
восстанавливающем конце группировку, которая непосредственно может служить
спейсером при иммобилизации.
131

Дело в том, что в процессе тритил-цианоэтилиденовой поликонден.
сации, проводимой в ее обычном "классическом" варианте, полиса-
харидная цепь наращивается с обоих концов растущего полимера. Если
однако, проводить поликонденсацию соответствующего мономера в
присутствии моносахаридного производного, в котором имеется О-тритиль-
ная группа, а восстанавливающий конец превращен в гликозид, несущий в
качестве агликона группировку, содержащую потенциальный спейсер, то
наращивание полисахаридной цепи проходит только с одного
восстанавливающего конца, начиная с О-тритильной группы этого производного
служащего терминатором процесса поликонденсации. В результате такой
"односторонней" поликонденсации образуется полимерная цепь,
содержащая на восстанавливающем конце способную к иммобилизации заданную
группировку-спейсер [117]. Естественно, одновременно с этим в
реакционной смеси проходит и самопроизвольная "классическая"
поликонденсация мономера, приводящая к параллельному образованию нефункциона-
лизированного полисахарида. При подборе соответствующей агликонной
группировки терминатора можно легко разделить оба полимера и
получить полисахарид со спейсером в виде, готовом для непосредственной
иммобилизации.
4.9.1. Синтез модельных полисахаридов
Возможность такого варианта реакции была впервые
продемонстрирована на примере поликонденсации 3,4-ди-О-ацетил-6-О-тритил-1,2-0-
цианоэтилиден-Р-О-маннозы 199 в присутствии (б'-фталимидогексил)-
2,3,4-три-0-ацетил-6-0-тритил-|5-0-глюкозы 200 [117]. Терминатор 200
был получен при взаимодействии 6-фталимидогексанола с ацетобромглю-
козой с последующим дезацетилированием, избирательным тритилирова-
нием тритилхлоридом в пиридине и ацилированием.
Реакция поликонденсации мономера 199 в присутствии 10 мол.% глю-
козида 200, проведенная в обычных условиях тритил-цианоэтилиденовой
поликонденсации (10% тритилперхлората, дихлорметан, комнатная
температура) дала смесь двух маннанов, один из которых содержал на
восстанавливающем конце остаток 6-фталимидогексилглюкозида 201
(схема 25). Обработкой гидразином фталимидный остаток был превращен в
аминогруппу, причем одновременно проходило дезацетилирование гид-
роксильных групп. После этого функционализированный маннан 202 был
выделен ионообменной хроматографией. Он содержал в среднем 10-П
остатков маннозы (как это было установлено по соотношению в нем ман-
нозы и глюкозы), связанных только 1,6-ос-маннозидными связями с 6-ами-
ногексильным спейсером на восстанавливающем конце, содержащем
остаток глюкозы. Выход 201 составляет -25%. Одновременно с этим был
выделен образовавшийся в значительном количестве за счет обычной
"самоконденсации" мономера 199 нефункционализированный
нейтральный 1,6-0С-О-маннан, который отделялся от содержащего аминогрУпПУ
полисахарида 202 при ионообменной хроматографии. Было показан
[118], что при увеличении времени реакции от 8 до 48 ч выход *"
132
Схема 25
0(CH2),R,
ОАс
201 R, - Ac, R2 = NPht
202 R, = Н, R2 = NH2
возрастает до 39%, хотя количество маннозных звеньев в цепи при этом
не увеличивается. Оптимальное соотношение мономер 199 : терминатор
200 при поликонденсации составляет от 5 : 1 до 10 : 1; при увеличении
этого соотношения до 20 : 1 выход 201 снижается, так же как и при
уменьшении его до 2 : 1, причем в последнем случае уменьшается и
степень полимеризации 201.
Схема 26
О АсО^
О-Ь-014 ОАс
ОТг
oWCHj^NPht
203
Me
200
Функционализированный 1,6-а-О-маннан 202 был далее известным
методом иммобилизован на белке. Полученный синтетический антиген
обладал достаточно высокой иммуногенностью и вызывал образование
специфических антител [119].
Аналогично при поликонденсации галактозного производного- 3,4-ди-
0-ацетил-6-О-тритил-1,2-О-цианоэтилиден-а-О-галактозы 203 - в
присутствии того же терминатора 200 был получен 1,6-|}-0-галактан 204,
сОдержащий также 10-11 моносахаридных звеньев с 6-фталимидогек-
133

сильной группировкой на восстанавливающем конце (схема 26).
Одновременно с ним образовался и продукт "самопроизвольной"
поликонденсации мономера- 1,6-р-0-галактопиранан [118, 120].
4.9.2. Синтез микробных полисахаридов
Эта новая модификация тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации
была использована далее для целенаправленного синтеза сложных
природных О-антигенных полисахаридов микроорганизмов в форме,
пригодной для их непосредственной иммобилизации.
Так, для получения О-антигенного полисахарида стрептококков
группы "А-вариант", состоящего из повторяющихся звеньев -2-oc-L-Rha-l-3-a-
L-Rha-1 была осуществлена [121] поликонденсация дисахаридного
мономера 205 (схема 27), синтезированного обычными методами (ср.
Схема 27
ВгО>—о BzOi—о
IV Л—О _ BZOi—О ши/—UV
ЬгО/г— 09<C»WPlt
"9/I-°. „ НО/—О
205
Н0/Г-О „ HOr—Q
йщдат^^^
ОТг
206
"9/Г- ° НО/—О НО^—oO(CH,),NHj
\ "^ vy он V но у
207
[92]), в присутствии моносахаридного терминатора 206. Терминатор в
данном случае, как и в последующих синтезах О-антигенных полисахаридов,
выбирался с таким расчетом, чтобы он сам являлся элементом структуры
целевого полисахарида. В данном случае он был производным рамнозы
206, которое получалось конденсацией 2-О-ацетил-3,4-ди-О-бензоил-0С-Ь-
рамнопиранозилбромида с 6-фталимидогексанолом, с последующим
селективным дезацетилированием и тритилированием освободившейся
гидроксильной группы у С2 рамнозы.
В результате поликонденсации мономера 205 в присутствии
терминатора 206 был получен полимер, который после обработки гидразином
дал рамнан 207, содержащий на восстанавливающем конце 6-аминогек-
сильный спейсер; он был легко отделен от образовавшегося при
"самокомпенсации" мономера 205 нейтрального рамнана ионообменной
хроматографией.
Выход функционализированного, готового для непосредственной
иммобилизации рамнана 207 был низок и главным продуктом реакции
оказался нейтральный нефункционализированный рамнан. Выход
целевого полимера 207 удалось несколько улучшить путем медленного
прибавления мономера 205 к раствору терминатора 206, взятого в количестве
5 мол.%.
134
Структура синтетического продукта 207 полностью соответствовала
природному рамнану стрептококков группы "А-вариант" [122], как это
явствует из его 13С-ЯМР-спектра. Синтетический полисахарид имел
степень полимеризации 6-7 (считая на дисахаридное звено), что
соответствовало молекулярной массе 2000-2100.
Схема 28
BzO/i—qOMe BzOy,— qOMe )—°. л BzO,(—00Ме
BzOi—О
— — „го, х^ —- \_\
Me OEt 210 211 V"T °
209 \ НО o-L-CN
IV Л—о ""к BzO j,— OV™e J—<J _ BzO,i—OS"
%у — %1 — jEh p
О О НО ОАе NPht \_J OAe
BzO/r-0?-^-N02
Me
212
W
BzO OTr
214
Синтез более сложного О-антигенного полисахарида стрептококков
группы А, имеющего разветвленную структуру, был осуществлен [123]
полимеризацией разветвленного трисахаридного мономера 208 в
присутствии терминатора. Этот трисахаридный мономер был получен
последовательным наращиванием звеньев с невосстанавливающего конца олиго-
сахарида на основе развитой ранее стратегии (ср. с. 112), использующей
дифференциацию гидроксильных групп путем ацетильной и бензольной
защиты с последующим избирательным дезацетилированием посредством
кислого метанолиза.
Синтез мономера 208 был выполнен следующим образом (схема 28).
Метил-4-0-бензоил'(Х-Ь-рамнопиранозид через соответствующий 2,3-ор-
тоацетат 209 и его последующее избирательное расщепление уксусной
кислотой превращался в производное 210. Гликозилирование его 3,4,6-
три-О-бензоил-2-фталимидо-2-дезокси-0С-1)-глюкозилбромидом
приводило к дисахаридному производному 211. Последний после ацетолиза и
превращения в бромид конденсировался с известной [88] 4-бензоил-1,2-0-
цианоэтилиден-а-Ь-рамнозой 212. Полученный таким образом трисаха-
рид 213 содержал единственную ацетоксильную группу у С-2 рамнозного
остатка, которая избирательно удалялась кислым метанолизом;
освободившаяся гидроксильная группа тритилировалась тритилперхлоратом в
коллидине, образуя мономер 208.
Из-за наличия аминогрупп в полисахаридной цепи необходима была их
Дифференциация с аминогруппой спейсера, поэтому в качестве
терминатора при поликонденсации был выбран я-нитрофенил-3,4-дп-0-
135

ON
НОд-О „ НОи—О
но
но
О ОН
NHAc
Н?А~ ° ^ но/Г~°
Схема 29
Ю/Г-О НО/— О НО 0 О!
ft ft »
BzO*",1^-rOMe
/ 223
Мс
CHjR
МеМе
.о^^^о
R.O
Me
* n"1 т)\
ОМе BzO^"""^OMe
/г
BzO*—/ О
^CN
219 R - ОН. R, - Н
220 R = OTs, R, = Bz
221 R= H, Ri -Bz
222
Ч
224
Мс
\
Me
/ОАс
Me
У—о
/ОАс \ Me
"«О4 ГОМе
226
BzO ^"^^ ОАс
225
Схема 30
BzOy
BzO 0(CH2)6Pht
RO^ r<XCHj)4R,
228 R = Ac или Bz, R, = NPht
229 R - H, R, = NH2

бензоил-2-О-тритил-а-Ь-рамнопиранозид 214, нитрогруппа в котором в
нужный момент может быть превращена в аминогруппу для последую-
щей иммобилизации синтетического полисахарида на полимерной
матрице.
Поликонденсация мономера 208 в присутствии 214 дала после депро-
тектирования и превращения фталимидной группы в N-ацетильную
разветвленный полисахарид 215, содержащий на восстанавливающем звене
л-нитрофенильную группировку (выход 12%), наряду со свободным
полисахаридом - продуктом "самопроизвольной" поликонденсации мономера
(выход 27%). После восстановления нитрогруппы в аминогруппу был
получен свободный полисахарид с аминофенильной группировкой на
восстанавливающем конце 216, пригодный для непосредственной
иммобилизации, который был выделен ионообменной хроматографией; он имел
регулярное строение, полностью соответствующее природному О-анти-
генному полисахариду стрептококков группы А, и степень
поликонденсации около 4 (считая на трисахаридное повторяющееся звено), что
соответствовало молекулярной массе около 2000.
Был выполнен также синтез полисахарида из Pseudomonas aeruginosa -
рамнана, состоящего из повторяющихся звеньев редкого моносахарида
D-paMHO3bi-3-a-D-Rha-(l-2)-a-D-Rha-(l-3)-0C-D-Rha- в виде 6-аминогексил-
гликозида, пригодного для непосредственной иммобилизации. Лшюполи-
сахарид, содержащий в качестве специфического гаптена указанный
полисахарид, был выделен недавно из многих бактерий P. aeruginosa, где
его содержание достигает 80%, и где он играет роль так называемого
общего антигена [124, 125]. Синтез его и иммобилизация открывают путь
к созданию искусственного антигена, полезного для общей диагностики
заболеваний, обусловливаемых этой большой группой патогенных
бактерий.
Синтез этого полисахарида был осуществлен поликонденсацией три-
сахаридного мономера 217 в присутствии терминатора 218 [126]
(схема 30). Мономер 217 был получен последовательным наращиванием рам-
нозных звеньев с невосстанавливающего конца согласно стратегии,
использованной в предыдущих синтезах.
Исходное соединение, общее для всех трех синтонов, содержащих
редкий, малодоступный моносахарид D-рамнозу, было получено из D-ман-
нозы следующим образом (схема 29). Метил-2,3-0-изопропилиден-а-В-
маннопиранозид 219 селективным тозилированием по С6-гидрок-
сильной группе и бензоилированием превращался в 220. Восстановлением
иодида, полученного из тозилата 220, генерировалась метильная группа,
образуя производное D-рамнозы 221, которое после снятия изопропили-
деновой группы давало ключевой промежуточный диол 222, исходя из
которого были получены рамнозные синтоны 223-225. Селективное
бензоилирование 222 приводит к дибензоату 223. Ацетолиз 222, перевод в
бромид, обработка последнего цианидом натрия и селективное удаление
единственной ацетоксильной группы мягким кислым метанолизом даеТ
цианоэтилиденовое производное 224. Взаимодействие 222 с ортобен-
зоатом с последующим селективным раскрытием образовавшегося
138
2,3-ортобензоата и кислый ацетолиз приводят к 225. Далее 225
переводили в бромид, который при взаимодействии с 223 дал дисахарид
226. Ацетолиз 226, превращение в бромид и гликозилирование им
цианоэтилиденового производного 224 приводят к трисахариду 227
(см. схему 30); единственная ацетильная группа у гидроксила С3
невосстанавливающего звена в 227 селективно снималась и последующее трити-
лирование дало трисахаридный мономер 217. Терминатор 218,
содержащий остаток 6-фталимидогексанола, был легко получен из 225
стандартным путем.
Поликонденсация мономера 217 в присутствии терминатора 218 при
соотношении 217 : 218 : ТгС104, равном 10 : 1 : 1, дала смесь двух гетеро-
полисахаридов - содержащего остаток спейсера 228 (выход 30%) и не-
функционализированного полисахарида, образующегося при
"самопроизвольной" поликонденсации мономера (схема 30). Гидразинолизом 228 с
последующей ионнообменой хроматографией был получен свободный
полисахарид 229, содержащий на восстанавливающем конце спейсера
аминогруппу. Его 13С-ЯМР-спектр был идентичен спектру, полученному
для природного полисахарида, выделенного из P. aeruginosa, а величина
оптического вращения, которое является очень чувствительной
константой для полисахаридов, также соответствовала оптическому вращению
полисахарида из P. aeruginosa [125] и из P. cerasi [127]. Иммобилизацией
229 на белке получен синтетический антиген с достаточно высокой имму-
ногенностью [128].
Использование описанного варианта тритил-цианоэтилиденовой
конденсации, позволяющего получать полисахариды в форме,
непосредственно пригодной для иммобилизации, представляет вполне
определенный практический интерес. Его недостатком является то, что в
ряде случаев реакция поликонденсации идет преимущественно по
конкурирующему пути прямой "самопроизвольной" конденсации
мономера, в результате чего рост полисахаридной цепи на терминаторе
подавляется и выход полисахарида, имеющего спейсер на
восстанавливающем конце, оказывается очень низким. Так, например,
попытка получить О-антигенный полисахарид Pseudomonas aeruginosa X
(Мейерт) [98] (см. с. 121) в форме, пригодной для иммобилизации, т.е.
поликонденсацией в присутствии соответствующего терминатора, дала
почти исключительно нефункционализированный полисахарид, а выход
полимера, содержащего спейсер, составил всего 1,5%.
Причина столь различного поведения разных мономеров при поли-
конденсации в присутствии терминатора ждет еще своего исследования.
Довольно очевидно, что это связано с разницей в скоростях образования
гликозидной связи при взаимодействии гликозилирующей цианоэтили-
Деновой группировки с О-тритильной группой терминатора и самого
мономера. Однако похоже, что влияние оказывают и некоторые другие
факторы. Для более полного понимания этого явления необходимо
специальное исследование процесса полимеризации углеводных мономеров в
Присутствии и в отсутствие терминатора.
139

4.9.3. Синтез соединений,
содержащих несколько олигосахаридных цепей
Новая модификация тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации с
"односторонним" наращиванием полисахаридной цепи может найти
интересное применение для простого синтеза соединений, содержащих
несколько одинаковых углеводных цепей, присоединенных к единому яко-
рю-спейсеру. Олигосахаридные структуры этого типа характерны,
например, для углеводных фрагментов гликопротеинов (см. обзор [129]), где
они в зависимости от количества цепей, присоединенных к кору,
состоящему из моносахарида или короткого олигосахарида, носят названия
"двухантенные", "трехантенные" и т.д. Похожие макромолекулярные
системы находятся, вероятно, и на поверхности микробных клеток, где
многочисленные О-антигенные полисахаридные цепи, привязанные к
липофильному якорю - липиду А, экспонируются во внешнюю водную
среду, окружающую клетку.
Особый интерес к таким кластерным структурам возникает потому,
что они могут обеспечивать более тесный контакт со специфическими
лигандами, например с антителом или лектином, за счет
"поливалентного" взаимодействия. Очевидно и их преимущество при использовании в
качестве сорбентов для выделения таких специфических лигандов, как
например, иммуноглобулины, с помощью аффинной хроматографии и
других аналогичных процедур (см., например, [130]).
Для получения таких соединений кластерного типа в качестве якоря-
терминатора при проведении поликонденсации могут быть использованы
не только производные моно- или олигосахарида, но и более простые
соединения, в частности производное, полученное на основе пентаэрит-
рита.
В качестве примера можно привести получение соединения,
содержащего три маннозные цепи, присоединенные к одному "якорю" [131].
Синтез соединения, служащего исходным для получения
якоря-терминатора, осуществлялся следующим образом (схема 31). Пентаэритрит 230
СН2ОН CH,OBz
-СН2ОН ► BzOCHj-
Схема 31
СН2ОН
CHjOTs ► НОСН,
CH2N3
СН2ОН CH2OBz сн2он
230 231 232
селективным тозилированием и последующим бензоилированием
переводили в монотозилат 231, который после взаимодействия с азидом
натрия и последующего дебензоилирования дал тригидроксиазид 232.
Последний и послужил исходным веществом для получения терминаторов.
Один из таких терминаторов был получен прямым гликозилированием
триола 232 с последующим введением тритильных групп в моносахарид-
ный остаток (схема 32). Так, гликозилированием триола 232 производным
рамнозы, содержащим О-бензоильную и О-ацетильную группы (233), бы-
140
Схема 32
НОСН,
СН,ОН
-CH2N3
СН2ОН
232
V
АсО OBz
233
BzO ,—oOCHr
RO OBz
234 R = Ac
235 R-Tr
-CCH2N3
Ло получено производное 234, содержащее три рамнозных остатка. Из
последнего кислым метанолизом были избирательно удалены О-ацетиль-
ные группы, и регенерированные свободные гидроксильные группы были
тритилированы. Таким образом был получен терминатор 235,
содержащий три остатка О-тритилрамнозы.
В результате поликонденсации мономера, 3,4-ди-О-ацетил-б-О-тритил-
1,2-0-цианоэтилиден-Р-В-маннозы 199, в присутствии терминатора 235 и
трифлата серебра как инициатора (взятых в соотношении 1:0,033:0,1) с
последующим снятием защитных групп было получено соединение 236,
содержащее три маннозные цепи, привязанные к остаткам рамнозы,
которые, в свою очередь, присоединены к производному пентаэритрита.
Восстановлением азидной группы в 236 синтезировано аминопроизводное
237, готовое для иммобилизации на белке или синтетических полимерах
известными методами. В полученном соединении, согласно анализу
методом метилирования и спектральным данным, степень замещения
рамнозных остатков составила около 85%, причем каждая цепь в полученном
соединении содержала 2-3 остатка маннозы 237 (л = 0, 1), соединенных
только 1,6-а-маннозидными связями. Наряду с этим, как указывалось
ранее, гало интенсивное образование продукта "самопроизвольной"
поликонденсации нейтрального полисахарида - 1,6-ос-маннана, который
отделялся ионообменной хроматографией.
Этот синтез послужил моделью для получения такого же "трехантен-
ного" аналога полисахарида стрептококка "А-вариант" [131], синтез
которого приведен ранее [121] (см. с. 134). С этой целью дисахаридный
мономер, соответствующий повторяющемуся звену этого полисахарида, а
именно цианоэтилиденовое производное рамнозилрамнозы 205 (см. его
синтез [92, 121]), был подвергнут поликонденсации в присутствии
терминатора 235 и трифлата серебра (соотношение 1:0,033;0,1). В результате
после снятия защитных групп и восстановления азидной группы был
получен с небольшим выходом полисахарид 238, который содержал три
рамнозные цепи, каждая из которых состояла в среднем из 3
повторяющихся звеньев (т.е. семи рамнозных остатков); степень замещения моно-
сахаридных остатков в исходном терминаторе-агликоне составляла
-70%.
Недостаточно полное замещение рамнозных остатков в терминаторе
235, образование лишь коротких олигосахаридных цепей и низкий выход
продукта поликонденсации явились, по всей видимости, следствием
пространственных затруднений, возникающих вокруг объемистых моносаха-
141

CH2OH
J—о
J О НО,— оОСНт
ЦТ;
236 R = N з
237 R = NH2
BzO OTr \ У О—
-CCH,R
205
Me
НО/Г—О НО/—OOCHf
-CCH2NH2
U\ ТП ТУ\ ХУ\ ТУ
но он V_/oh V "«У V^yin V_yoH
Z38
ридных остатков, сгруппированных близ четвертичного углеродного
атома неопентановой системы.
С целью обойти подобного сорта затруднения был синтезирован
другой терминатор, в котором О-тритильные группы, служащие акцептором
возникающих олигосахаридных цепей, отдалены от центрального неопен-
тильного остатка терминатора на большее расстояние и присоединены не
к моносахаридному остатку, а находятся непосредственно на первичных
спиртовых группах неопентильного производного. Такой терминатор был
получен [131] при взаимодействии тригидроксиазида 232 с тозилатом
моно-О-тритильного эфира диэтиленгликоля 239 в присутствии гидрида
натрия (схема 33); полученное соединение 240 было использовано в каче-
сн,он
носн2-
-CH2N3 + TrOCHjCH2OCH2CH2OTs
сн2он
232
239
(ТгОСН2СН2ОСН2СН2)зССН2^
240
стве терминатора при поликонденсации маннозного мономера 199.
Предварительными опытами конкурентного гликозилирования было
установлено, что реакционная способность тритильной группы, находящейся у
первичной спиртовой группы терминатора 240, в несколько раз
превышает реакционную способность тритильной группы, находящейся в
мономере, что, разумеется, является необходимым условием наращивания
углеводных цепей на терминаторе.
Действительно, поликонденсация маннозного мономера, 3,4-ди-О-аце-
142
тил-6-0-тритил-1,2-0-цианоэтилиден-Р-В-маннозы 199, в присутствии
терминатора 240 и трифлата серебра (соотношение 1:0,033:0,1) дала с
выходом 28% продукт поликонденсации, который после удаления
защитных групп и восстановления азидной группы имел, по данным
анализа и спектрального исследования, структуру 241. Он содержал три
стерео- и региорегулярные цепи, каждая из которых содержала в среднем
около 6 маннопиранозных звеньев, связанных а-1,6-маннозидными
связями, причем степень замещения О-тритильных групп в терминаторе-агли-
коне на этот раз составляла не менее 90% [131].
-осн.
но
о
он но}
OJ- СН2СН2ОСН2СН2ОСНг
п
241
-CCH2NH2
Приведенные данные показывают, что поликонденсация моно- или
олигосахаридных мономеров в присутствии "поливалентного"
терминатора, содержащего О-тритильные группы на концах разветвленного спей-
сера, открывает простой путь к получению интересных соединений,
содержащих несколько идентичных олиго- или полисахаридных цепей,
присоединенных к одному якорю. Иммобилизация этих соединений на
полимерных матрицах, природных или синтетических, может получить
интересное практическое применение.
4.9.4. О возможности синтеза полисахаридов
блочного типа
Модификация тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации с
использованием терминатора открывает еще одну интересную возможность в
синтезе полисахаридов - синтез полисахаридов блочного типа. Полисаха-
ридная цепь в биополимерах подобного типа состоит из различных
олигосахаридных блоков, каждый из которых построен строго регулярно
из моносахаридов или повторяющихся олигосахаридных звеньев
-(Sug, )m(Sug2)n(Sug3)p(Sug2),.(Sug ,)„,...,
где Sugj 2j3 - моносахариды или олигосахаридные звенья; т, п,... - число
звеньев в блоке. Эти блоки соединены друг с другом гликозидными
связями строго одного и того же типа, но в целом такой полисахарид не
является регулярным, поскольку его блоки могут различаться по составу
и размерам; однако составные его части, сами блоки, построены стерео- и
региорегулярно. Блочные полисахариды распространены, и,
по-видимому, достаточно широко, в природе. Примером таких полисахаридов
являются, например, содержащиеся в красных водорослях альгиновые
кислоты, построенные из чередующихся блоков гулуроновой и манну-
роновой кислот, которые различаются своими размерами [132].
143

Тритил-цианоэтилиденовая поликонденсация в принципе открывает
путь для синтеза полисахаридов этого типа. Дело в том, что полисахарид,
ная цепь, выросшая в результате "одноконцевой" поликонденсации на
терминаторе, сохраняет на своем невосстанавливающем конце О-трн-
тильные группировки и может поэтому сама служить новым
терминатором-затравкой для наращивания следующего фрагмента полисахаридной
цепи.
ТЮ-| M^CN г—ОТг г- ОТг АсО^—о
ОАс --, Me
199 200 203 Ме 243
Так, например, при последовательном введении в реакцию
поликонденсации в присутствии терминатора-затравки 200 двух различных три-
тил-цианоэтилиденовых мономеров, производных маннозы 199
(соотношение 199:200 равно 10:1), а затем производного галактозы 203
(соотношение 203:200 равно 10:1) был получен полимер, полисахаридная цепь
которого состояла из фрагментов 1,6-р-галактана и 1,6-а-маннана и
содержала на восстанавливающем конце остаткок глюкозы, содержащий
6-фталимидогексильную группу [118, 120]. Конечно, наряду с этим
образуются продукты "самопроизвольной" конденсации обоих мономеров -
1,6-а-маннан и 1,6-р-галактан, не содержащие концевого глюкозного
остатка со спейсером. Посредством депротектирования полученного
полимера, превращения в нем фталимидной группировки действием
гидразина в аминогруппу и последующей ионообменной хроматографии,
блочный полисахарид со спейсером 242 отделялся от продуктов
"самопроизвольной" конденсации. Он содержал около 7 остатков галактозы и 12
остатков маннозы на 1 остаток глюкозы. Аналогичным образом, если
после первой стадии поликонденсации маннозного мономера 199 на
терминаторе 200 ввести во вторую стадию поликонденсации рамнозный
мономер 243, образуется полисахарид 244, состоящий из блоков 1,6-a-D-
маннозы и 1,3-а-Ь-рамнозы, который содержал 9 остатков маннозы и 4-5
остатков рамнозы в цепи [118].
Анализ полученных блочных галактоманнана 243 и рамноманнана 244
методом метилирования и с помощью ЯМР-спектроскопии подтвердил
регио- и стереорегулярность входящих в них блоков и позволил
определить количество моносахаридов, из которых состоят эти блоки.
Развитие этого подхода представляет очень большой интерес для
получения блочных полисахаридов различного состава, для синтеза
которых пока еще не существует никаких реальных подходов. Однако его
практическому использованию для направленного синтеза строго
индивидуальных по составу и строению полисахаридов мешает пока следующее
обстоятельство. Подробное исследование описанных выше блочных
галакто- и рамноманнанов показало, что, в действительности, в
полученных полисахаридах 242 и 244 имеется примесь гомополисахарида, со-
144
держащего только первый блок, т.е. цепь 1,6-а-Б-маннана без второго
блока, соответствующего 1,3-рамнану или 1,6-галактану. Таким образом,
к части цепей, возникших в результате первой стадии поликонденсации,
прививки второго блока не происходит. Так, например, детальный анализ
галактоманнана 242 методом метилирования показал, что он содержал
около 20% полимера, в котором на восстанавливающем конце
оказывалась не галактоза, а манноза, т.е. этот препарат содержал 20% полиса-
244
харида, содержащего только цепь маннана. Аналогичное явление
наблюдалось и для описанного выше рамноманнана.
Полученный результат может быть объяснен: 1) либо частичным
детритилированием полисахаридной цепи, возникающей при
поликонденсации первого мономера, что исключало участие терминального остатка
этой цепи в дальнейшем процессе при наращивании второго блока, 2)
либо пониженной реакционной способностью одного О-тритилового эфира
по сравнению со вторым, что должно было привести к
преимущественному процессу самоконденсации более активного мономера, а не к
прививке нового блока на терминальном остатке уже возникшей полимерной
цепи. Оба эти предположения получили свое подтверждение, так как
было обнаружено частичное детритилирование, а опыты по
конкурирующему гликозилированию 6-О-тритиловых эфиров маннозы и галактозы
показали [133], что, действительно, они заметно различаются по
реакционной способности. Была сделана попытка обойти эти трудности [134]
посредством отделения блочного полимера манногалактана от
сопутствующих ему гомополисахаридов, не имеющих второго блока в своем
составе. С этой целью в поликонденсацию вводились мономеры,
модифицированные введением дифференцирующих защитных групп,
позволяющих выделять продукт поликонденсации, имеющий именно данный оли-
госахаридный блок (например, бензилсукцинильную защиту), а также
терминаторы, позволяющие селективно выделять продукты конденсации
(например, содержащие азидную группу). Эти более сложные схемы
nolo. Н.К. Кочетков 145

ликонденсации позволили сильно улучшить результат и давали
возможность получать уже более чистые препараты полисахаридов блочного
типа.
Однако для создания полноценного метода синтеза блочных
полисахаридов вполне однозначной структуры предстоят еще предварительные
сложные исследования. Они, в частности, должны включать изучение
сравнительной реакционной способности мономеров, а также подробное
изучение реакции детритилирования и ее механизма. Надлежит
исследовать также кинетику процесса поликонденсации и, в частности,
определить разницу процесса образования гликозидной связи в модельном
синтезе дисахарида и процессе наращивания полисахаридной цепи, когда
могут сказаться особенности конформации самого растущего полимера, и
некоторые другие факторы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кочетков Н.К. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1982. № 7. С. 1543-1572.
2. Kochetkov NX. // Sov. Sci. Rev.: Chem. Rev. Sect. B4 / Ed. M.E. Volpin. L.: Harwood Acad.
Publ., 1982. Vol. l.P. 1-69.
3. Kochetkov NX. //Tetrahedron. 1987. Vol. 43, N 11. P. 2389-2436.
4. Kochetkov NX. // The total synthesis of natural products / Ed. J. ApSimon). 1992. Vol. 8.
P. 245-309.
5. Бакиновский Л.В., Нифантьев Н.Э., Шашков А.С. и др. // Биоорган, хим. 1984. Т. 10,
№9. С. 1212-1228.
6. Кочетков Н.К., Кряжевских И.А., Трусихина Е.Е. // Там же. 1992. Т. 18, № 12. С. 1513-
1518.
7. Непогодьев С.А.. Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. II Там же. 1986. Т. 12, № 7. С. 940-
950.
8. Бакиновский Л.В., Непогодьев С.А., Кочетков Н.К. // Там же. 1988. Т. 14, №9.
С. 1234-1241.
9. Бочков А.Ф., Обручников И.В., Калиневич В.М. и др. // Там же. 1976. Т. 2, №8.
С. 1085-1094.
10. Кочетков Н.К., Отт А.Я. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1984. № ю. С. 2358-2363.
11. Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Carbohydr. Res. 1979. Vol. 76.
P. 252-256.
12. Непогодьев С.А., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1986. Т. 12, № 6.
С. 803-811.
13. Обручников И.В., Кочетков Н.К. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1977. № 11. С. 2574-
2577.
14. Бетанели В.И., Овчинников М.В., Бакиновский Л.В. и др.//Докл. АН СССР. 1980.
Т. 251, № 1.С. 108-112.
15. Kochetkov NX., Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V. et al. // Tetrahedron. 1981. Vol. 37.
Suppl. l.P. 149-156.
16. Kochetkov NX., Malysheva N.N. //Tetrahedron Lett. 1980. Vol. 21, N 22. P. 3093-3096.
17. Жулин В.М., Климов E.M., Макарова З.Г. и др. // Докл. АН СССР. 1987. Т. 294, № 4.
С. 881-883.
18. Жулин В.М.. Малышева Н.Н., Макарова З.Г. II Там же. 1988. Т. 301, № 1. С. 111-112.
19. Методы химии углеводов / Под ред. Н.К. Кочеткова. М.: Мир, 1967. С. 259-508.
20. Jansson Р.Е., Кеппе L., Lindren В. et al. // Chem. Commun. Univ. Stockholm. 1978. Vol. 8.
P. 1-29.
21. Kochetkov NX., Shashkov A.S., Lipkind G.M. et al. // Sov. Sci. Rev.: Chem. Rev. Sect. B4 /
Ed. M.E. Volpin. L.: Harwood Acad. Publ. 1989. Vol. 13, part 2. P. 1-72.
22. Kochetkov NX., Chiihov O.S., Shashkov A.S. II Carbohydr. Res. 1984. Vol. 133, N 2. P. 173-
185.
146
23. Bochkov A.F.. Obruchnikov I.V., Kalinevich V.M. et al. // Tetrahedron Lett. 1975. N 39.
P. 3403-3406.
24. Бакиновский Л.В., Оселедчик Т.А., Кочетков Н.К. II Изв. АН СССР. Сер. хим. 1981.
,№6. С. 1387-1390.
" 25. Кочетков Н.К., Малышева Н.Н.. Климов Е.М. // Там же. 1983. № 5. С. 1170-1177.
26. Кочетков Н.К., Отт А .Я. II Там же. С. 1177-1180.
27. Кочетков Н.К., Климов Е.М., Малышева Н.Н. и др. // Там же. 1986, № 8. С. 1884-
1887.
28. Malysheva N.N., Kochetkov NX. II Carbohydr. Res. 1982. Vol. 105, N 2. P. 173-179.
' 29. Жулин В.М.. Климов Е.М.. Малышева Н.Н. и др. //Докл. АН СССР. 1987. Т. 295, № 4.
С. 873-877.
30. Кочетков Н.К., Отт А.Я., Шашков АС. II Изв. АН СССР. Сер. хим. 1986. № 1.
С. 196-199.
31. Бетанели В.И., Отт А.Я., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1991. Т. 17, № 12.
С. 1665-1688.
32. Бетанели В.И.. Литвак М.М., Бакиновский Л.В. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
'■1985. №5. С. 1172-1177.
33. Бетанели В.И., Брюханова О.В., Отт А.Я. и др. // Биоорган, хим. 1992. Т. 18, № 6.
'С. 818-827.
34. Wozney Ya.V., Kochetkov NX. // Carbohydr. Res. 1977. Vol. 54, N 2. P. 300-303.
35. Wozney Ya.V., Backinowsky L.V., Kochetkov NX. // Ibid. 1979. Vol. 73. P. 282-286.
36. Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Ibid. Vol. 76. P. 252-256.
37. Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Ibid. Vol. 68, N 1. CI 1-C13.
38. Бетанели В.И., Литвак М.М., Стручкова М.Т. и др. // Биоорган, хим. 1983. Т. 9, № 1.
С. 87-103.
39. Betaneli V.I., Ott A.Ya., Brukhanova O.V. et al. // Carbohydr. Res. 1988. Vol. 179.
P. 37-50.
40. Kochetkov NX., Zhulin V.M., Klimov E.M. et al. // Ibid. 1987. Vol. 164. P. 241-254.
41. Жулин В.М., Климов Е.М., Макарова З.Г. и др. // Докл. АН СССР. 1987. Т. 294, № 4.
tC. 881-883.
; 42. Жулин В.М., Малышева Н.Н., Макарова З.Г. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1990.
,'№9. С. 2129-2132.
■> 43. Жулин В.М., Климов Е.М., Малышева Н.Н. // Докл. АН СССР. 1987. Т. 25, №4.
: С. 873-877.
44. Малышева Н.Н. II Неопубликованные данные.
45. Жулин В.М., Малышева Н.Н., Макарова З.Г. и др. // Докл. АН СССР. 1988. Т. 301,
№ 1.С. 112-114.
46. Бакиновский Л.В., Нифантьев Н.Э., Кочетков Н.К. II Биоорган, хим. 1984. Т. 10,
/№2. С. 226-231.
; 47. Бетанели В.И., Кряжевских НА., Кочетков Н.К. // Там же. 1992. Т. 18, № 7. С. 951-
957.
48. Kochetkov NX., Betaneli V.I., Kvyazhevskikh I.A. et al. // Carbohydr. Res, 1993. Vol. 244, N 1.
P. 85-97.
49. Кочетков U.K., Кряжевских И.А., Трусихина Е.Е. // Биоорган, хим. 1992. Т. 18, № 12.
С. 1513-1518.
50. Бетанели В.И., Кряжевских И.А., Отт А.Я. и др. // Там же. 1988. Т. 14, № 5. С. 664-
669.
51. Backinowsky L.V., Nepogod'ev S.A., Shashkov A.S. et al. // Carbohydr. Res. 1985. Vol. 138,
N l.P. 41-54.
52. Непогодьев С.А., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1986. Т. 12, № 6.
С. 803-811.
53. Непогодьев С.А., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. //Там же. № 7. С. 940-946.
54. Backinowsky L.V.. Nepogod'ev S.A.. Kochetkov NX. II Carbohydr. Res. 1985. Vol. 137. Cl-
C3.
55. Josellau J.-P., Chambat C, Lavers M. II Ibid. 1983. Vol. 122, N 1. P. 107-113.
56. Бакиновский Л.В., Непогодьев С.А., Кочетков Н.К. II Биоорган, хим. 1988. Т. 14, № 9.
С.1234-1241.
57. Бийрамова Н.Э.. Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1987.
№5. С. 1120-1125.
147

58. Байрамова Н.Э., БакиновскийЛ.В., Кочетков Н.К. //Там же. С. 1126-1131.
59. Непогодьев С.А., БакиновскийЛ.В., Кочетков Н.К. //Изв. Ан. СССР. Сер. хим 199"?
№ 8. С. 1480-1484.
60. Baretto-Bergter E., Travassos L., Gorin Ph.A. II Carbohydr. Res. 1980. Vol 86, N 2 P 273
285. '
61. Baretto-Bergter E., Gorin Ph.A., Travassos L. //Ibid. 1981. Vol. 95, N 2. P. 205-218.
62. The polysaccharides / Ed. G.O. Aspinall. N.Y.: Acad, press, 1983. Vol. 2. P. 263-273.
63. Dmitriev B.A., Nikolaev A.V., Kochetkov N.K. // Carbohydr. Res. 1982. Vol. 100. P. 195-206.
64. Betaneli V.I., Backinowsky L.V., Bayramova N.E. et al. // Ibid. 1983. Vol. 113.C1-C5.
65. Обручников И.В., Кочетков Н.К. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1977. № 11. С. 2571
2573.
66. Обручников И.В., Кочетков Н.К. //Там же. 1977. № 11. С. 2574-2577.
67. Кочетков Н.К., Климов Е.М. // Там же. 1981. № 1. С. 200-204.
68. Kochetkov NX., Klimov EM. // Tetrahedron Lett. 1981. Vol. 22, N 4. P. 337-340.
69. Овчинников M.B., Байрамова Н.Э., Бакиновский Л.В. и др. // Биоорган, хим 1983
Т. 9, №3. С. 401^06.
70. БакиновскийЛ.В., Цветков Ю.Е., Овчинников М.В. и др. //Там же. 1985. Т. 11 Н> \
С. 66-76.
71. Цветков Ю.Е., БакиновскийЛ.В., Кочетков Н.К. //Там же. С. 77-82.
72. The polysaccharides / Ed. G.O. Aspinall. N.Y.: Acad, press. 1983. Vol. 2. P. 287-363.
73. Книрель Ю.А., Кочетков Н.К. //Биохимия. 1983. Т. 58, вып. 2. С. 166-201.
74. Bayramova N.E., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Carbohydr. Res. 1983
Vol. 124, N1.C8-C11.
75. Hellerqvist C.G., Lindberg В., Lonngren J. et al. // Acta chem. scand. 1971. Vol. 25 N 3
P. 939-944.
76. RyanJM.. ConradH.E. //Arch. Biochem. Biophys. 1974. Vol. 162, N 2. P. 530-535.
77. Kochetkov N.K., Dmitriev B.A., Chiihov O.S. et al. // Carbohydr. Res. 1974. Vol 33 N 2. C5-
C7.
78. Кочетков Н.К., Дмитриев Б.А., Чижов О.С. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим 1974
№6. С. 1886-1892.
79. Kochetkov N.K., Dmitriev B.A., Malysheva N.N. et al. // Carbohydr. Res. 1975. Vol. 45.
P. 283-290.
80. Кочетков Н.К., Дмитриев Б.А., Николаев А.В. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
1977. №7. С. 1609-1613.
81. Кочетков Н.К..Дмитриев Б.А., Николаев А.В. //Там же. № 11. С. 2578-2581.
82. Kochetkov N.K., Malysheva N.N., Torgov V.I. et al. // Carbohydr. Res. 1977. Vol. 54 N 2.
P. 269-274.
83. Kochetkov N.K., Torgov V.I., Malysheva N.N. et al. // Tetrahedron, 1980. Vol. 36 N6.
P. 1099-1105.
84. Betaneli V.I., Ovchinnikov M.V., Backinowsky L.V. et al. // Carbohydr. Res. 1980. Vol. 84 N 2.
P. 211-224.
85. Тендетник Ю.Я., Овчарова Н.М., Черняк А.Я. и др. // Биоорган, хим. 1980. Т. 6, №2.
С. 250-258.
86. Кеппе L., Lindberg В., Petersson К. et al. // Eur. J. Biochem. 1979. Vol. 91, N 2. P. 279-
285.
87. Kochetkov N.K., Bayramova N.E., Tsvetkov Yu.E. et al. // Tetrahedron. 1985. Vol. 41 N 16.
P. 3363-3375.
88. Байрамова Н.Э., БакиновскийЛ.В., Кочетков Н.К. //Изв. АН СССР. Сер. хим. 1985.
№5. С. 1122-1128,1140-1145.
89. Байрамова Н.Э., Овчинников М.В., БакиновскийЛ.В. //Там же. С. 1129-1134.
90. Байрамова Н.Э., БакиновскийЛ.В., Кочетков Н.К. //Там же. С. 1134-1139.
91. Байрамова Н.Э., Цветков Ю.Е., БакиновскийЛ.В. и др.//Там же. С. 1145-1150.
92. Байрамова Н.Э., Цветков Ю.Е., БакиновскийЛ.В. и др.//Там же. С. 1151-1156.
93. Lindberg В., Lonngren J., Powell D.A. // Carbohydr. Res. 1977. Vol. 58, N 1. P. 177-186.
94. Kochetkov N.K.,'Nifantiev N.E., Backinowsky L.V. // Tetrahedron. 1987. Vol. 43 N 13.
P. 3109-3112.
95. Нифантъев Н.Э., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим 1987. Т. 13,
№ 2. С. 273-277.
96. Книрель Ю.А., Кочарова Н.А., Шашков А.С. и др. //Там же. 1986. Т. 12, №9.С. 1268.
148
97. Сох A.D., Wilkinson S.G. II Carbohydr. Res. 1989. Vol. 195, N 1. P. 123-129.
98. Цветков Ю.Е., БакиновскийЛ.В., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1991. Т. 17, № 11.
С. 1534-1549.
99. Bebault G.M., Dutton G.G.S. II Can. J. Chem. 1972. Vol 50, N 2. P. 3373-3378.
100. БетанелиВ.И.,Отт А.Я.// Биоорган, хим. 1991. Т. 17, № 10. С. 1390-1400.
101. Reeves R.E., Goebel W.F. .//J. Biol. Chem. 1941. Vol. 139. P. 511-519.
102. Непогодьев С.А., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. // Биоорган, хим. 1989. Т. 15,
Кв П. С. 1555-1560.
103. Berst M., Luderitz О., Westphal О. II Eur. J. Biochem. 1971. Vol. 18, N 3. P. 361-
368.
104. Китов П.И., Цветков Ю.Е., Бакиновский Л.В. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим.
1983. № 11. С. 1992-1998.
105. Цветков Ю.Е., Китов ПИ., БакиновскийЛ.В. и др. // Биоорган, хим. 1990. Т. 16,
К? 1. С. 98-104.
106. Кочетков Н.К., Малышева Н.Н., Стручкова МИ. и др.//Там же. 1985. Т. 11, № 3.
С. 391^101.
107. Бетанели В.И., Кряжевских И.А., Отт А.Я. и др. //Там же. 1989. Т. 15, № 2. С. 217-
230.
108. Бакиновский Л.В., Непогодьев С.А., Кочетков Н.К. // Там же. 1988. Т. 14, № 8.
С 1122-1124.
109. Backinowsky L.V., Nepogod'ev S.A., Kochetkov N.K. // Carbohydr. Res. 1989. Vol. 185, N 2.
C1-C3.
110-111. Backinowsky L.V.. Nepogod'ev S.A., Kochetkov N.K. // Mendeleev Comm. 1983. N 4.
P. 170-171.
112. Bender M.L., Komiyama M. // Cyclodextrine Chemistry, 1977. Berlin: Springer Verlag.
S. 373.
113. Kochetkov N.K., Nepogod'ev S.A., Backinowsky L.V. // Tetrahedron. 1990. Vol. 46, N 1.
P. 139-150.
114. Непогодьев С.А., БакиновскийЛ.В., Кочетков Н.К. // Биооргаи. хим. 1990. Т. 16,
J* 2. С. 236-249.
115. Excoffier G., Pailett M., Vignon M. // Carbohydr. Res. 1985. Vol. 135, N2. P. C10-
Cll.
\\в. Kochetkov N.K., Chernyak A.Ya. // Advances in macromolecular carbohydr. res.
(in press).
117. Цветков Ю.Е., Бакиновский Л.В., Кочетков Н.К. II Биоорган, хим. 1986. Т. 12, № 8.
С. 1144-1146.
118. Цветков Ю.Е., Бухаров А.В., Бакиновский Л.В. и др. // Там же. 1988. Т. 14, № 3.
С.371-378.
119. Макаренко Т.А., Кочарова Н.А., Цветков Ю.Е. и др. // Бюл. эксперим. биологии и
медицины. 1990. № 3. С. 293-295.
120. Tsvetkov Yu.E., Bukharov A.V., Backinowsky L.V. et al. // Carbohydr. Res. 1988. Vol. 175.
C1-C4.
121. Цветков Ю.Е., Бухаров А.В., БакиновскийЛ.В. // Биоорган, хим. 1988. Т. 14, № 10.
С. 1428-1436.
122. Pritchard D.G., Colidab J,E., Geckle J.M. et al. // Carbohydr. Res. 1982. Vol. 110, N 2.
P. 315-319.
123. Бухаров А.В. Диссертация. М.: ИОХ РАН, 1989.
124. Yokata S., Kaga S., Sawada S. et al. // Eur. J. Biochem. 1987. Vol. 167, N2. P. 203-
209.
125. Кочарова Н.А., Книрель Ю.А., Кочетков Н.К. и др. // Биоорган, хим. 1988. Т. 14,
№ 5. С. 701-703.
126. Tsvetkov Yu.E., Backinowsky L.V., Kochetkov N.K. // Carbohydr. Res. 1989. Vol. 193. P. 75-
90.
127. Книрель Ю.Е., Здоровенко Г.М., Шашков А.С. и др. // Биооргаи. хим. 1989. Т. 14,
№ 1.С. 82-91.
128. Makarenko ТА., Kocharova N.A., Edvabnaya L.S. et al. // FEMS Microbiol. Immunol. 1993.
Vol. 7. P. 251-256.
129. MontreuilJ. //Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 1980. N 37. P. 157-223.
130. Lee R.T., Lee Y.C. // Glycoconjugate J. 1987. N 4. P. 317-328.
149

лтп
С шЛКиН"вСКий ЛВ" Кит"в ПИ'' Кочетков НК 'I Биоорган, хим. 1993. Т. 19, №fi
132. Китов П.И., Цветков Ю.Е., Бакиновский Л.В. и др. // Изв АН СССР Срп v.
1993. № 8. С. 1485-1489. ^«-к. <_ер.ХИм.
№ 2С' пТтПИ" ШетК°в ЮЕ- Бакин°вск"*Л.В.«№. //Докл. АН СССР. 1993. Т. 329
Глава 5
СИНТЕЗ ПОЛИСАХАРИДОВ
ПОЛИМЕРИЗАЦИЕЙ АНГИДРОАЛЬДОЗ
Этот метод имеет более частный характер, чем тритил-цианоэтили-
деновая поликонденсация. Он является вместе с тем наиболее
эффективным путем синтеза линейных гомополисахаридов с
1,2-цис-гликозидной межмономерной связью. Особое значение он приобрел для синтеза
высокомолекулярных 1,6-гликопирананов.
Как известно, ангидроальдозы, в которых ангидроцикл включает ано-
мерный углеродный азот, под действием нуклеофила в условиях кислого
катализа размыкают свое ангидрокольцо с образованием гликозидной
связи. Так, например, 1,6-ангидро-р-Б-глюкоза (левоглюкозан) при
кислотном алкоголизе легко образует гликозиды (обзор см. [1]. В отсутствие
постороннего нуклеофила его роль при наличии кислого катализатора
может играть и сама ангидроальдоза; в этом случае возникают глико-
зидные связи между моносахаридными звеньями, в результате чего
образуются олигосахаридные или полисахаридные цепи.
Уже давно было известно, что ангидроальдозы при обработке
протонными или льюисовскими кислотами дают сложную смесь
высокомолекулярных продуктов, которые содержат нерегулярные разветвленные
полимерные цепи [1]; при обработке более разбавленными кислотами
констатировано образование смеси низших олигомеров. Образование
сложной смеси разветвленных полимеров является следствием того, что
свободные гидроксильные группы ангидроальдозы участвуют в раскрытии
ангидроцикла, давая начало разветвлениям в молекуле линейного
полимера.
Позднее удалось разработать пути и более направленной
полимеризации ангидроальдоз, что позволило осуществить синтез полисахаридов
регулярного строения. Наибольшее значение приобрел синтез 1,6-гли-
копирананов посредством полимеризации производных 1,6-ангидроглико-
пираноз. Более серьезные затруднения встретились при
целенаправленной, структурно и стереохимически однозначной полимеризации других
ангидроальдоз и получение этим путем 1,4-, 1,3- и 1,2-гликопирананов
имеет пока более ограниченный характер.
Само собой разумеется, что при полимеризации ангидроальдоз могут
быть получены только гомополимеры, линейная цепь которых состоит из
одинаковых моносахаридных звеньев, и синтезировать этим путем более
сложные по строению гетерополисахариды, линейную цепь которых
составляют повторяющиеся олигосахаридные звенья, невозможно.
151

5.1. Полимеризация 1,6-ангидрогексоз
Еще в работе Пиктэ [2, 3] было показано, что 1,6-ангидро-Р-Б-глюкоза
(левоглюкозан) под действием некоторых кислых катализаторов дает
полимерный материал, представляющий собой смесь высокоразветв-
ленных полисахаридов, включающих наряду с пиранозными и фураноз-
ные звенья. Использование этой реакции для получения полисахаридов
регулярного строения, имеющих однозначную структуру, требовало
защиты незамещенных гидроксильных групп левоглюкозана с тем, чтобы
воспрепятствовать их участию в раскрытии ангидроцикла и
зафиксировать пиранозную структуру моносахаридного звена полимера. После
нескольких неудачных попыток такого рода (см., например, [4, 5], а также
обзор [1]) первым успешным примером направленной поликонденсации
О-замещенной 1,6-ангидрогексозы стала работа В.В. Коршака и
сотрудников [6, 7], изучивших полимеризацию 2,3,4-три-О-метиллевоглюкозана
1 в присутствии кислот Льюиса, из которых лучшей оказался эфират
трехфтористого бора. В результате был получен кристаллический
высокомолекулярный полимер 2, что уже указывало на его регулярное
строение (схема 1). Стереохимия гликозидных связей авторами не исследо-
МеО
chj-o
/ОМе\
N7
сн.он
MeO»—fo
О
ОМе
CH,
'ho
/'
ОМе
/ /ом,\
МесЛ—(о
сн.
W>M*)VUV0H
MeoN—/
Схема 1
ОМе
валась, однако всеми последующими работами было показано, что эта
реакция идет полностью стереоспецифично с образованием только 1,2-цис-
гликозидных связей.
Имеются также данные [8] о полимеризации 2,3,4-три-О-бензил- и
2,3,4-три-О-ацетиллевоглюкозанов в присутствии карбкатионов,
генерируемых из органических перхлоратов; подробности этой работы
остались неопубликованными, однако авторами сообщалось, что после
удаления защитных групп был получен нестереорегулярный полимер.
Систематическое исследование полимеризации 1,6-ангидрогексопира-
ноз в условиях катализа кислотами Льюиса было затем начато Шерхом и
сотрудниками [9], в результате чего был разработан общий эффективный
метод синтеза высокомолекулярных стереорегулярных 1,6-гликанов,
содержащих 1,2-цис-гликозидную связь, например 1,6-а-Б-глюкопирана-
на.
Проблемам полимеризации 1,6-ангидроальдоз посвящены несколько
обзоров, в том числе подробные обзоры Шерха [10, 11].
152
5.1.1. Механизм реакции
Было установлено, что полимеризация 1,6-ангидрогексопираноз в
растворе протекает как катионная полимеризация по механизму
последовательного роста цепи ("chain growth mechanism") [7, 11]. Подобно катион-
ной полимеризации других кислородсодержащих гетероциклов (см. обзор
[12]) полимеризация 1,6-ангидрогексоз зависит от размера цикла и
заместителей в мономере и ее механизм может быть представлен
следующим образом (схема 2).
CHj-
OK OK
3
сн, о
9 R-H
10 К - Br
С%
OK OR
4
сщ
OK OR
RO
CH,OPF4
^ЧЫ
OR
CH, 0*PF»
JOR 'J
Р^\ "^г?0
OR OR
OR OR
Схема 2
CHjOPF4
""Sri/
OR I
О
/
CHj
RO'
RO^
CHj 0+PF4"
CIIj О CHj 0
OR OK
Кислородный атом ангидрокольца производного 1,6-ангидроглюкозы
3, в котором все гидроксильные группы защищены, за счет протонирова-
ния или комплексообразования с катализатором, например PF5,
увеличивает электрофильность С-1-атома, что и инициирует начало полимериза-
ционного процесса. Электрофильный центр С] образовавшегося
комплекса 4 атакуется циклическим атомом кислорода ангидрокольца
следующей молекулы мономера 5, в результате чего с раскрытием
ангидрокольца инициирующей молекулы мономера возникает гликозидная связь
и на восстанавливающем конце продукта реакции 6 образуется новый
оксониевый ион, а на Сб-атоме невосстанавливающего моносахаридного
звена возникает CH^OPF^rpynna. Далее атака по С] оксониевого иона 6
следующей молекулой мономера 7 дает с образованием гликозидной
связи новый оксониевый ион на конце полимерной цепи 8 и рост
полисахаридной цепи продолжается с восстанавливающего конца.
Поскольку атака электрофильного аномерного центра С-1 в бициклической
системе оксониевых ионов 4, 6 и т.д. по стерическим причинам может
протекать только с тыльной стороны, процесс полимеризации приводит к
однозначному в стереохимическом отношении результату - возникает
только 1,2-цмс-гликозидная связь (например, а-связь в случае
полимеризации производных глюкозы).
153

Исключением является полимеризация производного маннопиранозы
в этом случае образуется а-маннозидная, т.е. 1,2-т/?анс-гликозидная
связь. Реакция проходит также стереохимически однозначно. Этот
результат тесно связан с особенностью образования гликозидной связи у
маннозного аномерного центра, хорошо известной в химии углеводов.
Механизм реакции, рассмотренный выше на примере полимеризации
1,6-ангидроальдозы, в общих чертах справедлив и для полимеризации
других ангидросахаров с 1,4-, 1,3- и 1,2-ангидрокольцами, хотя
структурные отличия этих соединений оказывают заметное, а иногда и
существенное влияние на ход процесса (см. с. 167-174).
Поскольку все свободные гидроксильные группы мономера
защищены, полимеризация идет полностью региоспецифично, образуя только
1,6-гликозидную связь.
Приведенный механизм реакции нашел экспериментальное
подтверждение при изучении процесса полимеризации О-бензиловых эфиров
левоглюкозана под действием PF5 с помощью 19F- и 31Р-ЯМР-спектро-
скопии [13]. Удалось зафиксировать образование комплекса 2,3,4-три-О-
бензиллевоглюкозана с пятифтористым фосфором в СН2С12 при -80°С.
При постепенном подъеме температуры комплекс исчезает с
образованием аниона PFJJ; зафиксировано также образование СН2ОРР4-группиров-
ки, которая, как предполагается, находится на не восстанавливающем
конце растущей полисахаридной цепи.
Подробное изучение процесса, и в частности его стереохимического
аспекта, было проведено также при изучении полимеризации 6,8-диок-
са[3.2.1]октана 9 и eFo 4-бромпроизводного 10, являющихся упрощенной,
лишенной заместителей моделью 1,6-ангидрогексозы [14]. Выводы из
этих модельных опытов также подтверждают приведенный механизм.
5.1.2. Условия и общие закономерности реакции
Детальная отработка метода, оптимизация условий реакции, подбор
катализатора и т.д. были выполнены почти исключительно при изучении
полимеризации производных 1,6-ангидро-р-В-глюкозы (левоглюкозана).
Полимеризация других 1,6-ангидрогексоз была осуществлена на основе
этих разработок, хотя и потребовалось уточнение некоторых деталей.
Реакцию обычно проводят при пониженной температуре (-60° •*■
■+■ -70°С); ее повышение ведет к нарушению стереоспецифичности
реакции и, следовательно, к нарушению стереорегулярности синтетического
полисахарида [15].
В соответствии с предложенным механизмом катализаторами процесса
могут служить кислоты Льюиса типа BF3 • Et20, SbCl5, SbF5, TiCl4 и PF5, из
которых последний оказался наиболее эффективным и чаще всего
используется. Катионные инициаторы, такие, как Ph3C+SbClg, MeCO+PF6,
соли триэтилоксония, а также некоторые другие комплексные
катализаторы также испытывались [15], однако их эффективность в отношении и
стереоспецифичности реакции, и молекулярной массы образующегося
154
полимера оказалась менее высокой и они нашли практическое
использование в лишь ограниченном масштабе. Добавление PhCOF к PF5,
приводящее к образованию соответствующего комплекса, также вело к
ухудшению стереоспецифичности и к понижению степени полимеризации, по-
видимому, за счет усиления процесса переноса и обрыва цепи [15]. Вместе
с тем именно комплекс PhCOF-PF5 оказался полезным при
полимеризации мономера, содержащего азидную группу [16]. Катализаторы этого
типа нашли также применение при полимеризации других ангидроальдоз,
где их использование приводит к улучшению регио- и стереоселек-
тивности реакции (см. с. 163).
Было высказано предположение, что некоторые катализаторы типа
льюисовских кислот действуют в виде комплексов с гидроксилсодержа-
щими соединениями типа BF3OH~H+ или PF5OH~H+ [6, 11], что находит
подтверждение в ускорении реакции полимеризации при добавлении
следов воды или спирта. Однако наилучшие в препаративном отношении
результаты получаются при проведении полимеризации в безводных
условиях.
Реакция проводится в обычных условиях катионной полимеризации с
применением стандартной высоковакуумной техники. Влияние
растворителя на процесс полимеризации систематически не изучалось. Были
проведены опыты с использованием бензола, дихлорметана, нитрометана
и жидкого S02 [15], причем наиболее удовлетворительные результаты
получены в дихлорметане, в котором и проводились почти все
препаративные синтезы [11].
Региоспецифичность реакции полимеризации надежно обеспечивается
однозначностью раскрытия 1,6-ангидроцикла, что обусловлено защитой
других гидроксильных групп исходного мономера стабильными в
условиях полимеризации группами, чаще всего бензильными.
Важнейшим вопросом является стереоселективность процесса
полимеризации 1,6-ангидроальдоз, так как только полная стереоспецифич-
ность реакции ведет к получению полностью регулярного полисахарида.
Хотя при получении 1,6-гликопирананов в подавляющем большинстве
случаев достигается полная стереоспецифичность, известны и примеры ее
нарушения, в результате чего наряду с 1,2-цис-гликозидными связями в
полимерной цепи образуются и 1,2-транс-звенья. Этот вопрос
подвергался подробному исследованию.
Частичное образование 1,2-транс-гликозидной связи при
полимеризации 1,6-ангидрогексоз относят за счет побочной реакции оксониевого
иона 4, ведущего полимеризационный процесс. Считается [11,15], что она
сводится к раскрытию промежуточного оксониевого цикла 4а с
образованием моноциклического плоского гликозил-катиона 11, который может
подвергаться нестереоспецифической атаке следующей молекулой
мономера (схема 3). Иными словами, реакция в этом случае протекает не по
оксониевому, а по карбениевому механизму. В результате этого стерео-
специфичность первичного акта полимеризационного процесса
нарушается и наряду с 1,2-цис-гликозидной связью может образоваться и 1,2-
*п/?анс-гликозидная связь. Результатом является нарушение стереоспеци-
155

OR О*
OR OR
w^OCIIj
CHjO
OR
IT'
Схема 3
H,C
H>c^\L
OR
CHjO
' j~\V0R R°R0V^X^°~C
/ \wf-l —
/ «v-LA
\1—r
OR RO^^--04
R0-\**-»^\
OR I
CHj 0*
фичности процесса образования полисахаридной цепи в целом и
образование нестереорегулярного полимера. Эти данные были
подтверждены и при изучении полимеризации модельного 6,8-диокса[3.2.1]октана
[14].
Указанная побочная реакция проявляется, когда нуклеофильная атака
молекулы мономера на активный оксониевый центр растущей
полимерной цепи происходит медленнее, чем внутримолекулярное раскрытие
цикла, другими словами, когда согласованность процесса нарушается и
возникновение гликозидной связи и раскрытие связи ангидроцикла не
происходят достаточно синхронно.
Была высказана и другая точка зрения о причинах нарушения стерео-
специфичности [17]. На основании изучения изотопного эффекта реакции
на примере производных 13С-левоглюкозана авторы отрицают наличие
карбениевого механизма при образовании 1,2-ш/?анс-гликозидной связи и
относят ее образование за счет конкурирующей атаки активного центра
растущей полимерной цепи 4 находящимся в реакционной среде
достаточно нуклеофильным анионом А (например, СЮ4 с образованием ковалент-
но построенного перхлората 12 (А = ОС103) (схема 4). Последующая его
Схема 4
атака мономером дает в результате двойного обращения у аномерного
центра звено с 1,2-ш/?анс-гликозидной связью 13, которое и включается в
полимерную цепь. Это предположение аналогично предположению об
одной из возможных причин нарушения стереоспецифичности тритил-
цианоэтилиденовой конденсации (см. с. 59). В данном случае такая точка
156
зрения находит подтверждение в том, что стереоселективность
полимеризации О-замещенных левоглюкозанов зависит от нуклеофильности
противоиона катализатора и понижается в ряду [17]:
PF^, SbF^, BF^ > SbClg > CF3SO3 > CIO".
Нарушение стереоспецифичности реакции поликонденсации
увеличивается с ростом температуры реакции, а также с увеличением
соотношения катализатор : мономер. Так, например, полимеризация 2,3,4-три-О-
бензиллевоглюкозана в дихлорметане в присутствии PF5 при -78°С
происходит полностью стереоспецифично, однако с повышением
температуры начинается образование 1,2-ш/?анс-связей и при комнатной
температуре реакция делается полностью нестереоспецифичной [15];
критической температурой, при которой начинается нарушение стереохимии,
считается -40°С [11]. Аналогичное явление отмечено также при
полимеризации модельного 6,8-диокса[3.2.1]октана 9 [14]. При изучении
этой же модельной реакции было показано, что стереоспецифичность
реакции в температурном интервале -60 -ь 0°С падает с увеличением
полярности растворителя: толуол > дихлорметан > 1-нитропропан. Это
подтверждает, что полимеризация проходит как Б^-процесс, который
нарушается с подъемом температуры и увеличением полярности
растворителя [14].
Важным в практическом плане моментом является молекулярная
масса получаемого полимера. Это особенно существенно для синтеза
простейших гомополисахаридов, поскольку природные полисахариды этого
типа, например декстраны, обладают очень высокой молекулярной
массой. Полимеризация 1,6-ангидрогексоз в большинстве случаев дает
возможность получать высокомолекулярные полисахариды, степень
полимеризации которых достигает сотен гексозных звеньев, хотя она в
значительной мере и зависит от структуры исходного мономера. В
соответствии с общими закономерностями процессов полимеризации при низких
температурах процесс замедляется и выход полимера падает, но
молекулярная масса полученного полимера выше, чем у продукта, полученного
при повышенных температурах. Молекулярная масса полимера
повышается при уменьшении соотношения катализатор : мономер, а также при
увеличении концентрации мономера и времени реакции [15]. Поскольку
льюисовские кислоты, служащие катализатором, могут вызывать также
деструкцию полисахарида [18], разрывая гликозидные связи, для каждого
конкретного случая оптимальное время реакции полимеризации может
быть различным. Так, например, для полимеризации 2,3,4-три-О-
бензиллевоглюкозана в присутствии PF5 оптимальным временем
процесса считается 40 мин [18],
Естественно, что наиболее существенным фактором, влияющим на
результат полимеризации, является структура исходного мономера, и
этот вопрос был детально исследован. Поскольку главная движущая сила
процесса полимеризации бициклической системы 1,6-ангидрогексозы -
уменьшение стерической напряженности, то важнейшими факторами,
влияющими на реакционную способность мономера, являются конфор-
мационные и электронные факторы, определяющиеся стереохимией как
157

самого ангидросахара, так и имеющихся заместителей. Обычно для пре
паративного синтеза 1,6-гликанов в качестве исходных мономеров
используют производные, содержащие О-эфирные группировки, чаще
всего О-бензильные, причем природа заместителя в данном случае мало
влияет на стереоселективность реакции и на степень полимеризации
образующегося полисахарида. Так, три-О-метил-, три-О-этил- [9], три-О-
бензил [9, 15, 18-23], три-О-(я-метилбензил)- [24-26] и три-О-я-бромбен-
зиловые эфиры [26] левоглюкозана полимеризуются с высокой степенью
стереоспецифичности и дают при проведении процесса при -60 -ь-78°С в
присутствии PF5 полимеры с высокой молекулярной массой, хотя
определенная разница все же наблюдается. Хорошо полимеризуется также
мономер с алкенильным заместителем - 2,4-ди-О-бензил-З-О-кротилле-
воглюкозан [27]. По имеющимся данным, трис-О-триметилсилиловый
эфир левоглюкозана не удалось заполимеризовать [9], хотя производные
левоглюкозана, имеющие смешанную защиту, О-бензильные и О-ди-
(трет-бутил)метилсилильные группировки, позднее с успехом вводились
в реакцию полимеризации, в результате чего образовывался полисахарид
с достаточно высокой молекулярной массой [28].
Полимеризация сложных эфиров левоглюкозана встречает
затруднения, которые связаны с дополнительным комплексообразованием
катализатора с карбонильными группами О-ацильных группировок [15]. Так,
комплекс 2,3,4-три-О-ацетиллевоглюкозана с PF5 при -78°С выпадает в
осадок, что препятствует полимеризации [9]; эта реакция протекает при
0°С, но дает нестереорегулярный полимер с низкой молекулярной массой
[15]. Полимеризация производного левоглюкозана, имеющего даже одну
ацетильную группу, 1,6-ангидро-3-0-ацетил-2,4-ди-0-бензил-Р-0-глюко-
зы, также дает более низкомолекулярный полимер с более низким
выходом [28-29].
Трис(монофторацетил)левоглюкозан не полимеризуется вовсе [9].
Описана полимеризация тринитрата левоглюкозана в растворе жидкого
S02 при 0°С, однако полученный полимер остался ^охарактеризованным
[15]. Введение азидогруппы вместо О-бензильной понижает скорость
полимеризации. О-Бензиловые эфиры 2-, 3- и 4-азидодезокси-1,6-ангид-
рогексоз полимеризуются медленнее О-бензильных производных
левоглюкозана, причем скорость падает в ряду: 3-N3 > 4-N3 > 2-N3 [16].
Активность производных различных 1,6-ангидрогексопираноз в
реакции полимеризации существенно отличается друг от друга. Их
относительная реакционная способность, установленная на основании
результатов сополимеризации О-бензиловых эфиров соответствующих 1,6-
ангидроальдоз, падает для D-гексопираноз в ряду: манно- > глюко- >
> галакто- > алло- > алыпро- [11]. Реакционная способность первых трех
ангидропираноз близка друг к другу, алло-изомер полимеризуется
значительно хуже, 1,6-ангидроальтропираноза в обычных условиях реакции
не полимеризуется вовсе. Хотя имеются данные и по количественной
оценке реакционной способности этих ангидроальдоз, однако ее расчет,
сделанный на основании закономерностей реакции сополимеризации [П]>
носит довольно условный характер.
Главной двужущей силой реакции полимеризации считают снижение
158
напряжения за счет уменьшения 1,3-взаимодействий в исходной молекуле
1,6-ангидрогексозы, находящейся в конформации !С4 и имеющей
заместители в аксиальном положении. Однако, если принимать во внимание
только этот фактор, то, например, порядок реакционной способности
должен быть, скорее: глюко- > манно- > галакто-, чем манно- > глюко- >
> галакто-; поэтому предположили [30], что дополнительным фактором,
определяющим реакционную способность ангидрогексозы, являются
конформационные изменения, происходящие в мономере при
взаимодействии его с ведущим цепь оксониевым ионом и связанным с этим
конформационным переходом 'С4 -> Я3>0> хотя полной корреляции здесь
не наблюдалось.
5.1.3. Синтез 1,6-гликопирананов
Полимеризация 1,6-ангидрогексоз послужила очень удачным методом
синтеза нескольких линейных гомополисахаридов регулярного строения,
содержащих 1,2-!{ыс-гликозидную связь. Полимеризация производного
1,6-ангидроманнозы давала полимер, содержащий 1,2-транс-гликозидную
(а-маннозидную) связь. Этим же путем были получены гомополиса-
хариды с короткими регулярными разветвлениями (гребнеобразные
полисахариды). Сополимеризация двух различных 1,6-ангидрогексоз
позволила также получить ряд гетерополисахаридов с нерегулярным
распределением моносахаридных звеньев в цепи.
Одним из существенных обстоятельств, делающих этот метод
привлекательным и практически значимым, является доступность исходных
1,6-ангидрогексоз, которые легко получаются из соответствующих гексоз
(обзор синтеза 1,6-ангидрогексоз см. в работе [1]). Особенно дешевым,
легкодоступным исходным материалом является 1,6-ангидроглюкоза
(левоглюкозан), которая может быть получена в значительных
количествах пиролизом целлюлозосодержащих материалов, в том числе,
например, отходов деревообрабатывающей промышленности (опилки, стружка
ит.д.)[1,31].
Полимеризация 1,6-ангидрогексоз приводит к высокомолекулярным
гликанам, причем, естественно, образуется смесь полимер-гомологов с
различной средней степенью полимеризации, которая зависит от природы
исходного мономера. Для препаративного получения незащищенных
линейных гомополисахаридов использовалась почти исключительно
полимеризация О-бензиловых эфиров 1,6-ангидрогексоз [11], так как бензиль-
ная защита далее успешно может быть удалена из первоначального
продукта полимеризации. В последнее время в качестве мономеров
применялись также производные ангидрогексоз, содержащие смешанную
защиту, в том числе триалкилсилильные группировки (см., например, [28]).
Дифференциация защит позволила в дальнейшем осуществлять их
избирательное удаление из полученного синтетического полисахарида.
В подавляющем большинстве препаративных синтезов линейных
1,6-гликанов полимеризация проводилась в СН2С12 при температуре
-40 + -78°С в присутствии PF5, который оказался наиболее эффективным
159

катализатором. Поскольку активность мономеров различается,
количество катализатора, соотношение катализатор : мономер, концентрацию
мономера и время реакции значительно варьируют, и оптимальные
условия препаративного синтеза каждого из 1,6-гликанов обычно
специально подбирают в большой серии опытов. Непременным условием
успеха является высокая чистота реагентов, для чего используется
обычно принятая в химии полимеров высоковакуумная техника. По окончании
реакции процесс полимеризации окончательно останавливался
добавлением метанола и О-бензиловый эфир синтетического полисахарида
выделялся и очищался обычными приемами.
^^
ВпО
ОВп
14
CHf
ВпО
Г ОВп ВпО
15
CHj-O
Впо1_0
10
СН{-0
ВпО
ОВп
16
Полимеризацией 2,3,4-три-О-бензиловых эфиров 1,6-ангидропроиз-
водных глюкозы 14, маннозы 15, галактозы 16 и аллозы 17 были
получены соответствующие высокомолекулярные 1,6-гликаны.
ВпО
Наиболее подробно исследован препаративный синтез 1,6-а-0-глюко-
пиранана 18 [9, 15, 18-23, 32], близкого по структуре к природному
декстрану, а также некоторых его О-замещенных производных.
Полимеризация 14 при достаточно низких температурах (-60, -78°С) с
последующим удалением бензильных групп дает полностью регио- и стерео-
регулярный глюкан, в котором практически отсутствуют "аномальные"
160
гликозидные связи. При повышении температуры стереорегулярность
полимера нарушается. Условия реакции (время, соотношение
катализатор : мономер, концентрация катализатора и мономера и т.п.) для
получения высокомолекулярного продукта были очень подробно изучены [18].
Молекулярная масса полимера варьирует в зависимости от условий
полимеризации. При использовании около 0,8 мол.% катализатора и
коротком времени реакции (около 40 мин) степень полимеризации
достигает 1400, что соответствует молекулярной массе полимера около
500 000 [18]. При понижении концентрации мономера ценою уменьшения
степени его конверсии может быть получен еще более
высокомолекулярный продукт.
Полимеризация 2,3,4-три-0-бензил-Р-1,6-ангидроманнозы 15
происходит столь же легко и дает после депротектирования стереорегулярныи
1,6-ос-В-маннопиранан 19 со степенью полимеризации около 1050 и
молекулярной массой 450 000 [33]. Полимеризация 2,3,4-три-О-бензил-Р-
1,6-ангидрогалактозы 16 происходит труднее [19, 20, 34]: при проведении
реакции при -78°С в течение 100 ч даже при использовании до 20 мол.%
катализатора выход 1 .б-а-Б-галактопиранана 20 составляет всего -60%,
при повышении температуры до -60° молекулярная масса полимера
понижается. По-видимому, наиболее удачным вариантом является
полимеризация в течение 24 ч в присутствии 0,8 мол.% катализатора,
когда степень полимеризации полученного 1 .б-ос-О-галактана составила
около 500 (молекулярная масса 200 000) [19].
Удалось осуществить и полимеризацию 2,3,4-три-0-бензил-р-1,6-
ангидроаллозы 17 [35], отличающейся гораздо более низкой реакционной
способностью. Наилучшие результаты были получены при
использовании высокой концентрации мономера и коротком времени реакции, когда
после депротектирования продукта полимеризации 1,6-ос-Е)-аллопиранан
21 был получен с выходом 67%. В зависимости от температуры реакции
(-60 или -78°С) его молекулярная масса колеблется от 37 000 до 62 000.
Полимеризацию производного альтрозы до сих пор осуществить не
удалось [36], что согласуется с предполагаемой самой низкой
реакционной способностью этого мономера в реакциях ионной полимеризации,
связанной со стерическими затруднениями, возникающими в 1,6-ангидро-
альтропиранозной системе.
Интересны данные [37], которые сообщаются о полимеризации 3,4-
ди-0-бензил-(2-дезокси)-1 .б-ангидро-а-Б-арабино-гексопиранозы 22,
поскольку в мономере отсутствует заместитель у С-2-атома. При
полимеризации 22 в присутствии различных катализаторов, из которых наиболее
эффективным оказался эфират трехфтористого бора, был получен
стереорегулярныи 1,6-а-В-(2-дезокси)-гексопиранан 23 с молекулярной
массой около 250 000. Согласно данным ЯМР-спектроскопии, реакция
полимеризации прошла строго стереоспецифично, образуя только
tt-гликозидные связи.
Недавно была осуществлена полимеризация 2,3-ди-0-бензил-(4-дезок-
си)-1,6-ангидро-Р-Ь-/7ибо-гексопиранозы 24, которая дала после
депротектирования с высоким выходом стереорегулярныи 1,6-(4-дезокси)-Р-Ь-
Щ. Н.К. Кочетков 161

рмбо-гексопиранан 25 с молекулярной массой около 20 000 [38]. Этот
синтез был предпринят с целью выяснения очень интересного вопроса о
стереорегулярности осуществленного ранее процесса полимеризации
ангидросахаров с 0,1-конфигурацией (т.е. содержащих равное количество
мономеров D- и L-ряда, полученных из неуглеводных предшественников
[39]). Сравнением 13С-ЯМР-спектров полимеров, полученных из
мономеров D.L-ряда и синтетического полисахарида 25, состоящего только из
L-гексозных звеньев, показало, что изотактичность полученного D,L-
полисахарида зависит от условий полимеризации; оказалось, что
полимеризация мономера D.L-ряда в толуоле дает более изотактичный полимер,
содержащий длинные последовательности звеньев с D- или
/.-конфигурацией, тогда как полимеризация в СН2С12 дает полимер с низкой изотак-
тичностью, содержащий значительное число синдиотактических диад DL
и LD.
<Р^
CHj-
24
сн2
'о-- CHj с
Дебензилирование синтезированных О-бензиловых эфиров 1,6-глика-
нов с целью получения незащищенных полисахаридов удобнее всего
достигается обработкой натрием в жидком аммиаке при -78°С. При этом
наблюдается частичная деградация полимерной цепи синтетического
полимера, в результате чего после обычной обработки и очистки
получается полисахарид более низкой молекулярной массы. По данным
работы [18], молекулярная масса при такой обработке снижается в 2,5-3
раза. Полученные при дебензилировании свободные 1,6-гликопирананы
18-20 могут быть превращены в О-ацетаты обработкой уксусным
ангидридом в пиридине диспергированного в формамиде синтетического
гликана [20].
Структура полученных высокомолекулярных полисахаридов,
содержащих от нескольких сотен до 1500 моносахаридных звеньев проверялась
химическими и физико-химическими методами, включая в ряде случаев
ЯМР-спектроскопию незащищенных полисахаридов. Как 'Н-, так и
13С-ЯМР-спектры убедительно демонстрируют полную стереорегуляр-
ность (практическое отсутствие сигналов 1,2-гаранс-гликозидной связи) и
региорегулярность полимера (простота спектра и отсутствие "лишних"
сигналов углеродных атомов). Однако во многих случаях, особенно в
более старых работах, оценка стереоспецифичности проводилась только
на основе измерения оптического вращения, что недостаточно для
однозначного суждения. В отдельных случаях региоспецифичность
подтверждалась методом метилирования и периодатного окисления (см., например,
[33, 34]).
Наиболее убедительное доказательство полной стереорегулярности
162
полученных глюкана 18 и маннана 19 было получено при деградации их
специфическими ферментами, соответственно декстраназой [40], oc-D-
маннаназой [41], что подтверждало их очень высокую регио- и стерео-
регулярность (с точностью до 1%). Отсутствие разветвлений в
синтетическом глюкане было также подтверждено отсутствием преципитации с
конканавалином А [42]. Синтетические маннан 19 и глюкан 18 были
успешно использованы в иммунохимических исследованиях. Так,
например, было подтверждено отличие синтетического линейного маннана от
разветвленного природного маннана дрожжей [11]. Синтетический
глюкан, близкий по строению к природному декстрану, был применен для
выяснения размеров антигенного сайта [43].
-сн2
ВпО
ОВп
RiO1
Го
OR!
29 R = N3; Ri = Bn
30 R = NH2; R! = H
Полимеризация 1,6-ангидроальдоз была использована и для синтеза
полисахаридов, содержащих аминогруппу. Полимеризация производного
1,6-ангидро-|}-В-глюкопиранозы, содержащей защищенную аминогруппу,
не принесла успеха, поэтому была исследована полимеризация
производных 1,6-ангидроглюкозы, содержащих С-азидные группировки, а именно
ди-О-бензиловых эфиров 2-азидо-2-дезокси- (26), З-азидо-3-дезокси- (27)
и 4-азидо-4-дезокси-1,6-ангидро-Р-В-глюкозы (28) [16]. Все они полимери-
зуются значительно труднее, чем производные глюкозы. Полимеризацию
З-азидо-3-дезоксипроизводного 27 удалось успешно осуществить,
применяя в качестве катализатора комплекс PhCOF-PF5 при -60° в течение
20 ч. Был получен полимер 29, обладающий, по данным ЯМР-спектра,
высокой стереоспецифичностью, со степенью полимеризации 130-150
(мол. масса 47000-55000). При использовании в качестве катализатора
полимеризации чистого PF5 азидогруппа не осталась инертной в ходе
реакции и спектр полимера показал наличие в нем карбонильных групп.
При полимеризации 2-азидо-2-дезокси-р-Б- 1,6-ангидроглюкозы 26
получить высокомолекулярный полимер не удалось - образовались лишь
низшие олигосахариды, содержащие от 3 до 6 моносахаридных звеньев. В
случае 4-азидоизомера 28 активность мономера несколько выше, но
препаративное получение высокомолекулярного продукта также
оказалось невозможным. Полученный при полимеризации 3-азидопроизвод-
ного полисахарид 29 был переведен в соответствующий З-амино-3-
дезоксиглюкан 30 восстановлением азидогруппы при действии LiAlH4 с
последующим дебензилированием. При этой модификации наблюдалась
частичная деструкция полимерной цепи и конечный 3-аминоглюкан имел
более низкую молекулярную массу.
Полимеризация 1,6-ангидросахаров позволила также получить некото-
163

рые разветвленные полисахариды, скелет которых составляет гомопо-
лисахаридная цепь. Так, например, были получены два гребнеообразных
полисахарида регулярного строения. При полимеризации гекса-О-бензи-
ловых эфиров 1,6-ангидромальтозы 31 [44] и -целлобиозы 32 [45] после
дебензилирования были получены гребнеобразные регулярные гликаны
33 и 34, имеющие основную цепь 1,6-глюкопиранана, содержащую в
качестве заместителей у С-4-атома каждого ос-связанного глюкозного
звена соответственно а- и р-связанные остатки глюкозы. Полимеризация
дисахаридных мономеров происходит более трудно, причем молекулярная
масса и стереоспецифичность структуры полимера зависят от условий
реакции значительно сильнее, чем в случае полимеризации моносахарид-
ных производных. Полимеры с достаточно высокой молекулярной
массой (5000-11000) получены лишь при полимеризации под действием PF5 с
добавкой 20% PhCOF и более длительном времени реакции. В противном
случае конверсия мономера была очень низка, так же как и молекулярная
масса получающегося полимера. Стереоспецифичность полимеров
определена лишь на основании измерения оптического вращения, что
нельзя признать достаточно строгим, хотя, принимая во внимание общие
закономерности процесса полимеризации 1,6-ангидрогексоз, стереорегу-
лярность синтетического полимера должна быть высокой.
СН2ОН
J— о он
он
У— о он
/он \ о
.oNlaj
но
164
Синтетические 1,6-гликаны обладали рядом интересных
биологических свойств (см. обзор [46]). В связи с этим в последнее время возник
интерес к синтезу на основе полимеризации ангидроальдоз препаратов
практического назначения. С этой целью были разработаны пути более
направленного синтеза нужных полисахаридных структур. Так, используя
полимеризацию мономера с дифференцированной защитой гидроксиль-
ных групп, с последующим их избирательным депротектированием и
гликозилированием освобождающихся в полимере гидроксильных групп,
удалось синтезировать некоторые регулярные полисахариды
разветвленного типа с заданным строением. Примером такого рода может
служить синтез замещенных декстранов [28]. Полимеризацией 2,4-ди-О-
бензил-3-0-(т/?ет-бутил-диметилсилил)-1 .б-ангидро-р-Б-глюкозы 35,
полученной силилированием известной 2,4-ди-0-бензил-1,6-ангидро-р-В-
глюкопиранозы [47], в присутствии PF5 был получен стереорегулярный
замещенный глюкопиранан 36 с молекулярной массой 45000-56000.
Снятие силильной группы действием Bu4NF, последующее гликозилиро-
вание частично бензилированного полимера 37 производными маннозы,
глюкозы или галактозы и полное депротектирование полимера дали
регулярные разветвленные ос-1,6-глюкопирананы 38, имеющие в каждом
звене у С-3-атома остатки манно-, глюко- или галактопиранозы
соответственно.
ВпО
ВпО'
ОВп
35 R = SiMe2(t Bu)
ОН
36 R - SiMe2(t-Bn)
37 R - Н
ОН
38 Sug - Man, Glc, Gal
К сказанному выше нужно добавить, что сополимеризация
производных различных 1,6-ангидроальдоз позволила также получить ряд гетеро-
полисахаридов нерегулярного типа. Сополимеризация некоторых моноса-
харидных мономеров этого типа была исследована более подробно, что
позволило, используя известные закономерности процессов сополимери-
Зации, установить относительную реакционную способность указанных
Моносахаридов [11]. Сополимеризацией соответствующих производных с
Последующим дебензилированием были получены нерегулярные
й-глюко-Б-маннан [30], Б-глюко-Б-галактан [24], D-манно-В-галактан
165

[48]. Для синтеза полисахарида, близкого по структуре к природному
декстрану, была использована сополимеризация 2,3,4-три- и 2,4-ди-О-бен-
зил-3-0-кротил-1,6-ангидро-р-В-глюкозы с последующим удалением З-О-
кротиловой защиты и глюкозилированием освободившихся гидроксиль-
ных групп у С-3 глюкозных звеньев [44, 45]. Другой аналогичный
полисахарид был получен при сополимеризации 1,6-ангидропроизводных
глюкозы и мальтозы [44,45,49].
Сополимеризация двух различных мономеров дает полисахариды с
различным соотношением моносахаридных звеньев, зависящим от
соотношения введенных в реакцию мономеров и их относительной
реакционной способности. Полученные полимеры имеют, по данным авторов
высокую регио- и стереоспецифичность межмономерных гликозидных
связей, установленную, к сожалению, только на основании данных об
оптическом вращении. Моносахаридные звенья в цепях таких полимеров
распределены нерегулярно, и эти полимеры не относятся к
полисахаридам регулярного строения. Подробное описание этих синтезов
выходит за рамки настоящей монографии, соответствующие данные можно
найти в обзоре [11].
Наряду с синтезом 1,6-ос-гликопирананов известна также попытка
получить полисахарид, содержащий фуранозные звенья полимеризацией
2,3,5-три-Обензил-1,6-ангидро-а-В-галактофуранозы [50].
Полимеризация под действием PF5 дала полимер, структура которого подробно не
исследована; по-видимому, наряду с фуранозными он содержит и пираноз-
ные звенья, причем стереохимия гликозидных связей нерегулярна.
OBz
--сн2
BnoJ— o9
OBz
OBz
39
40
Значительный интерес представляет недавняя работа [51], которая, в
принципе, открывает путь к получению методом полимеризации 1,6-
ангидроальдоз полисахаридов с 1,2-гаранс-гликозидными связями.
Оказалось, что полимеризация производного 1,6-ангидроальдозы, имеющего в
отличие от описанных выше мономеров соучаствующий заместитель у
С-2, приводит к образованию 1,2-гаранс-гликозидной связи. Так,
полимеризация 3,4-ди-0-бензил-2-0-бензоил-1,6-ангидро-р-В-галактопиранозы
39 в присутствии PF5 привела к стереорегулярному 1,6-р-О-галактану 40,
хотя степень полимеризации оказалась низкой (около 6-7) даже при
использовании большого количества катализатора (до 50%). Образование
1,2-гарянс-гликозидной связи авторы объясняют внутримолекулярной
атакой интермедиата, возникающего в процессе полимеризации
промежуточного оксониевого иона, карбонилом соучаствующей бензоило-
ксигруппы, что и приводит в конечном счете к сохранению конфигурации
аномерного центра в процессе полимеризации.
Этот, пока единственный пример показывает, что полимеризация анги-
166
дроальдоз может быть, в принципе, использована и для получения 1,2-
^гранс-гликозидной связи. Дальнейшее развитие принципа,
использованного в этой работе, представило бы определенный интерес.
5.2. Полимеризация 1,4-ангидроальдоз
Полимеризация производных моносахаридов, содержащих 1,4-ангидро-
кольцо (обзор по синтезу 1,4-ангидроальдоз см. в работе [11]) встретила
гораздо большие трудности, хотя результаты, полученные в самое
последнее время, открывают по-видимому, возможности для синтеза
полисахаридов регулярного строения. Важнейшие природные
полисахариды имеют как раз строение 1,4-гликанов (целлюлоза, амилоза, ксилан),
поэтому уже на ранней стадии развития метода были сделаны попытки их
синтеза полимеризацией соответствующих 1,4-ангидроальдоз.
-о.
.ОМе
ОМе
42
43
СН,ОВп
СН2ОВп
-о—
При первоначальном изучении полимеризации 2,3,6-три-0-метил-1,4-
ангидро-р-Б-галактопиранозы 41 (R = Me) и 2,3-ди-0-метил-1,4-ангидро-
a-L-арабинопиранозы 42 под действием PF5 или BF3 ■ Et20 были получены
полимеры, лишенные как регио-, так и стереорегулярности; они
содержали как пиранозные, так и фуранозные звенья, соотношение которых
менялось в зависимости от условий полимеризации [52]. При
полимеризации 2,3,6-три-0-бензил-1,4-ангидро-р-В-галактопиранозы 41 (R = Вп)
под действием PF5 или SbCl5 также был получен нестереорегулярный
полимер с невысокой степенью полимеризации [53]. Такие же
неоднозначные результаты были получены при полимеризации 2,3,6-три-О-
бензил-1,4-ангидро-а-0-глюкопиранозы 43 под действием PF5, SbF5 [54] и
[Et30]+BF^ [55]. Позднее полимеризация 2,3,6-три-0-бензил-1,4-ангидро-
oc-D-глюкопиранозы 43 под действием PF5 была изучена более подробно
[53]. На этот раз, по данным авторов, был получен 2,3,6-три-О-бензил-
(1,5)-а-0-глюкофуранан 44 с невысокой степенью полимеризации.
Авторы основываются при этом только на отличиях его 13С-ЯМР-спектра от
спектров амилозы и целлюлозы и приписывают ему стереорегулярную
167

структуру с цепью, состоящей только из фуранозных звеньев. Прц
использовании других катализаторов типа льюисовских кислот быЛ),
получены полимеры с другими характеристиками, о структуре которых
достаточно определенных данных не приводится.
Неоднозначные и запутанные в стереохимическом и структурном
отношении результаты, полученные при полимеризации 43 и других 1,4-
ангидроальдоз, объясняются тем, что указанные мономеры могут
рассматриваться как производные и 1,4-ангидропиранозной системы и 1,5-
ангидрофуранозной системы; фактически они являются оксипроизвод-
ными 2,7-диоксабицикло[2.2.1]гептана и, таким образом, образование
фуранозных или пиранозных звеньев, т.е. региоспецифичность реакции
зависит от сравнительной скорости разрыва 1,4- или 1,5-углерод-кисло-
родных связей (схема 5). Это, в свою очередь, определяется комплексо-
Схема 5
to °\. ^°qHl
RO / О
RO OR 5
oh
RO
образованием кислородных атомов, включенных в ангидрокольца,
с катионом катализатора, т.е. их относительной нуклеофильностью.
Стереохимическая неоднозначность раскрытия ангидрокольца и,
следовательно, неоднозначность возникающей при полимеризации гликозид-
ной связи объяснялась авторами тем, что рост полимерной цепи ведет не
только оксониевый ион 45, но и образующийся при его изомеризации
карбениевый ион 46, который в зависимости от атаки с той или иной
стороны (путь а или 6) приводит к возникновению звена, связанного 1,2-цис-
или 1,2-гаранс-гликозидной связью в полимерной цепи 47 или 48 (схема 6).
Схема 6
О w'OCHR '
Л OB» ^°\ArS.CHR «У*
и" L ' <"0BU ^
OBn %„„ \6
45 46 ^
RCHj
v^wOCHR
O^ A
CHR
OBn
OBn
168
48
При подробном изучении влияния природы катализатора и характера
заместителей в исходном мономере на направление раскрытия бицикли-
ческой системы 1,4-ангидросахара, по-видимому, удалось нащупать путь к
более направленной полимеризации 1,4-ангидроальдоз. Этот вопрос был
подробнее изучен на примере полимеризации различных 2,3-О-заме-
щенных производных 1,4-ангидро-а-0-рибопиранозы под действием
различных кислот Льюиса [56, 57]. Полимеризация 2,3-О-бензилиденового
(49) и 2,3-О-изопропилиденового (50) производных под действием SbCl5 и
SbFs, а также 2,3-ди-О-метильного производного (51) под действием PF5
при -40 + -60°С дает полимеры, которым авторы приписывают
структуры стереорегулярных 2,3-замещенных 1,4-р-0-рибопирананов типа 52.
При изменении температуры реакции и использовании других
катализаторов структурная регулярность полимера нарушается и в нем наряду с
пиранозными появляются и фуранозные звенья. Полимеризация 2,3-ди-О-
метильного (51) или 2,3-ди-О-бензильного (53) производных 1,4-ангидро-
ot-D-рибозы в присутствии SnCl4 или BF3 • Et20 или других более слабых
льюисовских кислот дает уже, по данным авторов [56, 57],
высокомолекулярный полисахарид, содержащий рибофуранозные звенья -2,3-ди-О-
бензил- и 2,3-ди-0-метил-1,5-ос-В-рибофурананы 54 (R = Вп или Me).
Молекулярная масса получаемых полимеров также сильно варьирует в
зависимости от условий полимеризации. При использовании других
комбинаций катализатора и температуры реакции получаются
нерегулярные полимеры, содержащие фуранозные и пиранозные звенья.
£-4
^OR ROX
51 R - Me
53 R - Bn
55 R-Si(t-Bu)Me2
RO OR RQ QR RQ QR
--о-сн2
OR OR OR OR Jn OR OR
54
Недавно была изучена [58] полимеризация мономера с силильной
Защитой - 2,3-бис(0-трет-бутилдиметилсилил)-1,4-ангидро-а-0-рибофу-
Ранозы 55 - в присутствии PF5, SbF3, a также BF3. При этом был получен
169

полимер типа 54, содержащий рибофуранозные звенья и имеющий
достаточно высокую стереоселективность (количество ос-1,5-рибофуранозид-
ных связей достигало 92%). Авторы относят повышение регио- и стерео-
селективности на счет влияния объемистых триалкилсилильных групп.
В этой же работе [58] описано использование в качестве
катализаторов комплексов, полученных взаимодействием галогенидов акриловой
и метакриловой кислот с льюисовскими кислотами, типа
CH2=CR=CO+PFg (полученного взаимодействием СН2=СНСОС1 с AgPF6) и
CH2=CR-CO+ SbF6 (где R = Н или Me). По данным авторов, это позволило
с высокой стереоселективностью раскрывать кольцо 2,3-бис(трет-
бутилдиметилсилил)-1,4-ангидро-ос-В-рибофуранозы. Полимеризация SS
под действием CH2=CHCO+PF^ дает полисахарид, состоящий главным
образом из ос-В-рибофуранозных звеньев 54, тогда как полимеризация SS
в присутствии CH2=CHCO+Sbg - полимер, содержащий р-рибопиранозид-
ные звенья. Для объяснения специфичности действия этих катализаторов
авторы предложили схему, согласно которой двойная связь участвует в
образовании полидентатного комплекса, направляющего раскрытие
цикла, причем это направление зависит от характера противоиона.
Интересно, что в полученных таким образом полимерах на восстанавливающем
конце сохраняется акрильная группа, что позволило привить
синтетический полисахарид к полиакрилату методом сополимеризации. Снятие
триалкилсилильных защит действием Bu4NF дало свободные
полисахариды соответствующей структуры.
о-сн
'OR
R(T
О'
S6 R = Вп
58 R = Si(t-Bu)Me2
57 R = Вп
60 R=H
Была изучена также полимеризация 2,3-ди-0-бензил-1,4-ангидро-ос-С-
ксилопиранозы 56 [59]. При проведении реакции в присутствии BF3 • FJ^O,
а также SnCl4 при -20 -*- -60°С получен высокомолекулярный полимер
(мол. масса 14 000), которому авторы на основании анализа 'Н- и
13С-ЯМР-спектров приписывают регулярную структуру с фуранозными
звеньями- 2,3-ди-0-бензил-(1,5)-ос-В-ксилофуранана 57. Обработка этого
продукта натрием в жидком аммиаке дала незащищенный 1,5-oc-D-
ксилофуранан 60. Следует при этом отметить, что анализ методом
метилирования авторами не проведен и структурная регулярность опреде"
лялась лишь на основании ЯМР-спектра; наличие фуранозного кольца в
полимере принято только на основании отличия его спектра от спектра
природного ксилана, имеющего структуру 1,4-ксилопиранана.
Использование других катализаторов, таких, как SiF4, PF5, NbF5 или SbF5, ДаеТ
170
нерегулярный полимер, в котором имеются ксилопиранозные звенья,
-вязанные как а-, так и р-гликозидными связями. Для объяснения стери-
еской неоднозначности раскрытия ангидросистемы авторы рассматри-
ают механизм, согласно которому "аномальная" р-связь образуется при
олимеризации, протекающей через карбениевый ион (см. с. 168).
Недавно была изучена полимеризация производного ксилозы с силиль-
ной защитой - 2,3-бис(0-трет-бутилдиметилсилил)-1,4-ангидро-ос-В-кси-
лопиранозы (2,3-бис(0-трет-бутилдиметилсилил)-1,4-ангидро-р-В-кси-
лофуранозы) 58 [60]. При использовании PF5 и SbF5 был получен
полимер, содержавший фуранозные звенья, с молекулярной массой 15000—
25000, а после депротектирования - полностью стереорегулярный 1,5-
ксилофуранан 60. Интересно, что в этом случае использование в качестве
катализатора BF3 привело к понижению стереоспецифичности. Депротек-
тированный ксилан после введения остатков маннозы в качестве боковых
цепей и сульфатирования был использован как антикоагулянт.
Имеются также данные о полимеризации 2,3-ди-0-бензил-1,4-ангидро-
a-D-ликсопиранозы; реакция под действием SbCl5 при -60°С дала
низкомолекулярный продукт, состоящий, по данным авторов, только из
a-фуранозных звеньев [61].
Следует отметить, что трактовка многих из полученных о
полимеризации 1,4-ангидроальдоз данных, порою очень запутанных, иногда
представляется достаточно затруднительной. Авторы часто пользуются
величиной оптического вращения для суждения о стереорегулярности
полимеров, что, разумеется, недостаточно. Более того, даже когда используется
современная ЯМР-техника, в отдельных случаях трактовка результатов
дискуссионна. Дело в том, что отнесение сигналов спектров ЯМР делается
на основании моносахаридных моделей; как указывалось ранее (ср. с. 73),
известно [62], что "моносахаридное приближение" для анализа полисаха-
ридной структуры недостаточно точно, так как соседнее звено в цепи
оказывает влияние на химический сдвиг сигнала углеродного атома, и для
корректной трактовки необходимы данные, как минимум, дисахаридной
модели.
Тем не менее приведенные результаты свидетельствуют о том, что при
тщательном подборе катализатора и заместителей в исходном мономере
можно регулировать характер раскрытия 1,4-ангидроальдозы и
направить полимеризацию более однозначно. Однако для получения вполне
надежных данных, очевидно, необходимо в каждом конкретном случае
особое исследование условий реакции, очень тщательный структурный и
стереохимический анализ полученных полимеров с использованием
физико-химических и классических методов химии полисахаридов.
Имеющиеся к настоящему времени данные о полимеризации
1,4-ангидроальдоз не позволяют еще, к сожалению, оценить пока до конца
препаративные возможности этого метода, так как не удается предсказать в
каждом конкретном случае направление реакции полимеризации и
влияние природы катализатора на характер раскрытия ангидрокольца.
171

5.3. Полимеризация 1,3-ангидроальдоз
Известно всего несколько публикаций, посвященных полимеризации
1,3-ангидроальдоз, поскольку сами исходные ангидропроизводные,
содержащие одновременно пиранозное и оксетановое кольца, значительно
менее доступны, чем их 1,6- и 1,4-аналоги, и были получены сравнительно
недавно. В качестве примера синтеза производного 1,3-ангидроальдозы
которое может быть использовано в качестве мономера при
полимеризации, можно привести синтез 2,4,6-три-0-бензил-1,3-ангидро-В-
D-глюкопиранозы 61 [63] (схема 7).
СН2ОН
J—о
он
СН2ОВп
/С7!. \
/0A.lV
ВпО*-^
ОВп
63
Схема 7
OAII
►
СН2ОВп
1 2
/Ч
/он V,
BnO*i^#
ОВп
64
а
—*> {
ВпО
СН2ОВп
h,
(Р>
о
1
ОВп
61
но\-^
он
62
З-О-Аллилглюкоза 62, полученная после аллилирования и гидролиза
1,2;5,6-диизопропилиден-а-0-глюкофуранозы, была превращена затем
взаимодействием с аллиловым спиртом и последующим бензилированием
в аллил-3-0-аллил-2,3,6-три-0-бензил-0-глюкопиранозид 63; удаление
аллильных групп и обработка НС1 в эфире дала хлорид 64, который после
кипячения с гидридом натрия в тетрагидрофуране дал 2,4,6-три-О-бензил-
1,3-ангидро-р-0-глюкопиранозу 61. По близкой схеме была получена и
2,4-ди-0-бензил-1,3-ангидро-р-0-галактопираноза [64].
Полимеризация производных 1,3-ангидроальдоз была более подробно
изучена в ряду производных глюкозы. При полимеризации 2,4,6-три-О-
бензил-1,3-ангидро-р-В-глюкопиранозы 61 под действием PF5 при -60°С
был получен низкомолекулярный линейный полимер [65], лишенный
стереорегулярности (содержание 1,2-цис-связей составляло только 75%).
Еще менее удачными были опыты с использованием SbCls, триэтилоксо-
нийгексафторфосфата, BF3 • Et20 и SiF4. Авторы объясняют это тем, что
полимеризация шла не через оксоний-ионный, а карбений-ионный интер-
медиат. Значительно лучшую стереоселективность удалось получить при
полимеризации аналога мономера 61, содержащего вместо бензильных
и-бромбензильные группы, и использовании в качестве катализаторов
ангидрида трифторметилсульфокислоты, трифлата серебра и трифенил-
хлорметана [66]. Авторы относят этот эффект на счет более сильного
взаимодействия противоионов перечисленных катализаторов с ионом
оксония, что приводит к стабилизации последнего и переводу реакции
полимеризации на оксоний-ионный путь.
Было также отмечено, что стереоселективность процесса зависит от
характера бензильной защиты и падает в ряду: и-бромбензил > бензил ^
S> метилбензил. Это явление авторы объясняют тем, что электронодо-
172
норные группы (и-метилбензил) повышают основность эфирного
кислорода, тогда как электроноакцепторные (и-бромбензил) ее понижают.
Используя эти данные, полимеризацией 2,4,6-три-0-(и-бромбензил)-1,3-ан-
гидро-р-Б-глюкозы под действием ангидрида или трифалата серебра в
толуоле при -40°С с последующим стандартным удалением защитных
групп удалось получить с высоким выходом линейный 1,3-а-Б-глюко-
пиранан 65. Согласно данным 13С-ЯМР-спектра, полимер стереорегуля-
рен и имеет только ос-связи, его молекулярная масса достигает в
оптимальных условиях реакции 16000-31000.
СН2ОН
СН2ОН I
ОН L Ji
66
СН2ОН
СН2ОН
пои
(1Ш
СН2ОН
о
но^
но!—о-
ш„
67
При полимеризации 2,4,6-три-0-(п-бромбензил)-1,3-ангидроманнозы
66 или ее О-бензильного аналога в присутствии тритилииперхлората или
ангидрида трифторметансульфокислоты были получены [67]
соответствующие полисахариды со степенью полимеризации 60-90, которые после
стандартного удаления защитных групп были переведены в
незамещенный 1,3-а-маннопиранан 67, полная стереорегулярность которого
подтверждена ЯМР-спектром. Здесь использование в качестве мономера
л-бромбензильного производного также дает лучшие результаты.
Изменение условий полимеризации приводит к менее
удовлетворительным результатам и поэтому в каждом случае оптимальные условия
полимеризации выбирались опытным путем.
173

5.4. Полимеризация 1,2-ангидроальдоз
Термическая полимеризация 3,4,6-три-О-ацетил-1,2-ангидро-а-0-глю-
копиранозы ("ангидрида Бригля") была изучена еще Хаком и Уэланом
[68], в результате чего была получена смесь полимеров неизвестной
структуры. Катионная полимеризация того же мономера под действием
различных кислот Льюиса дала полимер, содержащий а- и р-связи и
поперечные ортоэфирные сшивки. Очевидно, реакция шла через карбо-
ний-ионный механизм с участием ацетильных групп, защищающих
гидроксильные группы мономера.
Несколько лучшие результаты были получены при полимеризации
О-бензиловых эфиров 1,2-ангидропроизводных глюкозы и маннозы.
Первый из них при полимеризации под действием PF5 при -60 -н -78°С
дал полимер с молекулярной массой около 10 000; дебензилирование
привело к свободному 1,2-глюкану, в котором, по данным ' 3С-ЯМР-спект-
ра, содержалось около 90% р- и 10% а-связей [69]. При использовании
других катионных катализаторов образовался полимер с более низкой
стереорегулярностью. При полимеризации в этих условиях из 3,4,6-три-О-
бензил-1,2-ангидро-р-В-маннозы были получены с низким выходом
низкомолекулярные нестереорегулярные полимеры [70].
* * *
Подводя итог рассмотрению метода синтеза полисахаридов
полимеризацией ангидроальдоз, следует отметить, что он является, несомненно,
лучшим способом получения простейших высокомолекулярных 1,6-гли-
копирананов с 1,2-цис-гликозидной связью, а также, по имеющимся
данным, и соответствующих 1,3-глюко- и 1,3-маннопирананов. Что касается
синтеза других гомополисахаридов этим методом, то, имея вполне
определенное преимущество благодаря доступности исходных мономеров и
простоте методики, этот подход требует еще большой осторожности при
использовании его для целенаправленного синтеза полисахаридов
регулярного типа. Очевидно, в каждом конкретном синтезе необходим
тщательный подбор условий, в особенности оптимального катализатора.
Структуры полученного полимера во всех случаях нуждаются в
тщательной проверке. В то же время возможность получать этим методом
полисахариды с высокой молекулярной массой делает этот метод
заслуживающим дальнейшей разработки и оптимизации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сету М., StanekJ. // Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 1977. Vol. 34. P. 23-178.
2. PictelA. II Helv. chim. acta. 1918. Vol. 1. P. 226-230.
3. Pictet A., PictetJ. // Ibid. 1921. Vol. 4. P. 788-795.
4. Pringsheim H., Schmalz R. // Ber. 1922. Vol. 55, N 9. P. 3001-3007.
5. Irvine.I.C., Oldham.Ш.Н. Hi. Chem. Soc. 1925. Vol. 127, N 12. P. 2903-2922.
6. Коршак В.В., Голова О.П., Сергеев В.А. и др. // Высокомолекуляр. соединения. 1961.
Т. Ill, N 3. С. 477-486.
7. Коршак В.В., Сергеев В.А., Сурна Я.А. и др. //Там же. 1963. Т. V, N 7. С. 1593-1599.
8. BredereckH., Hulle V. Цит. по: J. Klar. // Chem. Ztg. 1963. Vol. 87. P. 731.
•174
9. Ruckel £., Schuerch С // J. Org. Chem. 1966. Vol. 31, N 7. P. 2233-2239.
10. Schuerch С II Ace. Chem. Res. 1973. Vol. 6. P. 183-191.
11. Schuerch С II Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 1981. Vol. 39. P. 157-212.
12. Frish K.S.. Reegen S.L. Ring opening polymerization. N.Y.: M. Dekker, 1969. 454 p.
13. Uryu Т., Ito K., Kobayashi K. et al. // Macromol. Chem. 1979. Vol. 180, N 6. P. 1509-1519.
14. Sugimoto H., Okada M. Cationic polymerization and related processes / Ed. E. Goethall. N.Y.:
Acad, press, 1984. P. 197-212.
15. ZachovalJ.. Schuerch С II J. Amer. Chem. Soc. 1969. Vol. 91, N 5. P. 1165-1169.
16. Uryu Т.. Hatanaka K., Matzusaki K. et al. // Macromolecules. 1983. Vol. 16, N 6. P. 853-858.
17. Ponomarenko V.A., Berman E.L., Sakharov A.M. et al. Cationic polymerization and related
process / Ed. E. Geothall. N.Y.: Acad, press. 1984. P. 155-172.
18. Uryu Т., Tachikawa K., Ohaku K. et al. // Makromol. Chem. 1977. Vol. 178, N 7. P. 1929-
1940.
19. Uryu Т., Schuerch С // Macromolecules. 1971. Vol.4, N 3. P. 342-345.
20. Lin J.V.P., SchuerchC.H J. Polymer Sci. Part Al, 1972. Vol. 10,N 10. P. 2045-2060.
21. Uryu Т., По К., Kobayashi К. et al. // Makromol. Chem. 1977. Vol. 180, N 6. P. 1511-1516.
22. Schuerch C, Uryu T. // Macromol. Synth. 1972. Vol. 4. P. 151-152.
23. Ruckel £., Schuerch С II Biopolymers. 1967. Vol. 5, N 6. P. 515-523.
24. Lin J.V.P., Schuerch С // Macromolecules. 1973. Vol. 6, N 3. P. 320-324.
25. Kobayashi K., Eby R., Schuerch С II Biopolymers. 1977. Vol. 16, N 4. P. 415-426.
26. Ito H. II J. Polymer Sci.: Polym. Lett. Ed. 1981. Vol. 19, N 9. P. АЪ-ЛЬ.
27. ItoH.,SchuerchC.in. Amer. Chem. Soc. 1979. Vol. 101, N 19. P. 5797-5806.
28. Uryu Т., Yamanaka H., Henmi M. et al. // Carbohydr. Res. 1986. Vol. 157. P. 157-169.
29. KobayashiK., SumimotoH., YasuiA. //Macromolecules. 1972. Vol. 12,N 11. P. 1019-1023.
30. Kobayashi K., Schuerch С II J. Polymer Sci.: Polym. Chem. Ed. 1977. Vol. 15, N 4.
P. 913-926.
31. Голова О.П. II Успехи химии. 1975. Т. 44, вып. 8. С. 1454-1474.
32. Ruckel £., Schuerch С. //J. Amer. Chem. Soc. 1966. Vol. 88. N 11. P. 2605-2606.
33. Frechet J., Schuerch С /I Ibid. 1969. Vol. 91, N 5. P. 1161-1164.
34. Uryu Т., Libert H., ZachovalJ. etal. // Macromolecules. 1970. Vol. 3, N 3. P. 345-349.
35. Uryu Т., Sakamoto Y., Hatanaka K. et al. // Ibid. 1984. Vol. 17, N 7. P. 1307-1312.
36. Matsuiaki K. II US-Japan Seminar Synth. Polysaccharides. 1979. Syracuse US (цит. по [11]).
37. Hatanaka K., Kanazawa S., Uryu T. // J. Polymer Sci.: Polym. Chem. Ed. 1984. Vol. 22,
N9. P. 1987-1996.
38. Okada M., Sumimoto H., Sumi A. // Carbohydr. Res. 1985. Vol. 143. P. 275-281.
39. OkadaM., SumimotoH.,SumiA. etal. //Macromolecules. 1984. Vol. 17,N 12. P. 2451-2453.
40. Reese E.T., Parrish F.W. II Biopolymers. 1966. Vol. 4. P. 1043-1045.
41. Tkacz J.S., Lanyen J.O., Schuerch С II Carbohydr. Res. 1972. Vol. 21, N 3. P. 465^72.
42. Goldstein IJ., Poretz R.D., So L.L. et al. // Arch. Biochim. Biophys. 1968. Vol. 127, N 1/3. P.
787-794.
43. Richter W. II Int. Arch. Allergy Appl. Immunol. 1974. Vol. 46. P. 438-447.
44. Veruovic В., Schuerch С // Carbohydr. Res. 1970. Vol. 14, N 2. P. 199-206.
45. Masura V., Schuerch С II Ibid. Vol. 15, N 1. P. 65-72.
46. Schuerch С // Adv. Polymer Sci. 1972. Vol. 10. P. 173-194.
47. lverson Т., Bundle D.R. // Can. J. Chem. 1982. Vol. 60, N 3. P. 299-303.
48. Ito H., Marousek V., Schuerch С II J. Polymer Sci.: Polym. Chem. Ed. 1979. Vol. 17, N 6. P.
1299-1308.
49. Lindenberger W.H., Schuerch С // Ibid. 1973. Vol. 11. N 6. P. 1225-1235.
50. Lin J.W.P., Schuerch С II Macromolecules. 1972. Vol. 5, N 3. P. 656-669.
51. Ychikava H., Kobayashi K., Sumimoto H. et a.l // Carbohydr. Res. 1988. Vol. 179. P. 315-320.
52. Kops J., Schuerch С// J. Polymer Sci. Part С 1965. N 11. P. 119-138.
53. Uryu Т., Yamaguchi C, Morikawa K. et al. // Macromolecules. 1985. Vol. 18, N 4. P. 599-605.
54. Michel F.. Brodde O.E., Reinking K. // Lieb. Ann. 1974. N l.S. 124-136.
55. Michel F., Brodde O.E. // Ibid. N 5. P. 702-708.
56. Uryu Т., Kitano K., Ito K. // Macromolecules. 1981. Vol. 14, N 1. P. 1-9.
57. Uryu Т.. YamanouchiJ., Kato T. etal. //J. Amer. Chem. Soc. 1983. N 23. P. 6855-6871.
58. Uryu Т., Yamanaka M., Date M. et al. // Macromolecules. 1988. Vol. 21, N 7. P. 1916-1920.
59. Uryu Т., Yamanouchi J., Hayashi S. et al. // Ibid. 1983. Vol. 16, N 2. P. 320-326.
60. Yoshida Т., Aral Т., Mukai Y. et al. // Carbohydr. Res. 1988. Vol. 177. P. 69-80.
175

61. Uryu Т., Hatanaka Н. II J. Synth. Org. Chem. Japan. 1964. Vol. 86. P. 507-514.
62. Kochelkov N.K., Chizhov O.S.. Shashkov A.S. // Carbohydr. Res. 1984. Vol. 13
P. 173-185.
63.1 to H., Eby R., Kramer S. et al. // Ibid. 1980. Vol. 86, N 2. P. 193-202.
64. Kong F., Lu D., Zhou S. // Ibid. 1990. Vol. 198, N 1. P. 141-148.
65. ltoH.,SchuerchC. //Macromolecules. 1981. Vol. 14, N 2. P. 246-249.
66. Good FJ., Schuerch С // Ibid. 1985. Vol. 18, N 4. P. 595-599.
67. Kong F., Schuerch С // Ibid. 1984. Vol. 17, N 5. P. 983-989.
6&.HaqS.,WhelanWJ/ Nature. 1956. Vol. 178. P. 1224-1225.
69. ZachovalJ., Schuerch С // J. Polymer Sci. Part С 1969. Vol. 28, N 1. P. 187-195.
70. Yamagushu H., Schuerch С // Biopolymers, 1980. Vol. 19, N 2. P. 297-309.
Глава 6
СИНТЕЗ РЕГУЛЯРНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ
МЕТОДОМ ТРИТИЛ-ТИОЦИАНАТНОЙ
ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ
Полимеризация ангидроальдоз, рассмотренная в предыдущей главе,
дает возможность получать простейшие гомополисахариды с 1,2-цыс-гли-
козидной межмономерной связью, прежде всего 1,6-гликаны. К
сожалению, однако, этот метод, по понятным причинам не позволяет получать
аналогичным образом гетерополисахариды с линейной цепью, состоящей
из олигосахаридных повторяющихся звеньев, соединенных 1,2-цис-глико-
зидной связью, которые встречаются в природе столь же часто, как и 1,2-
транс-гликозидные аналоги.
Решение подобной задачи встречает серьезные затруднения. Это
связано с тем, что методы создания 1,2-чмс-гликозидной связи, известные до
последнего времени, лишены не только полной стереоспецифичности, но,
чаще всего, вообще отличаются недостаточной стереоселективностью
(см. краткий обзор проблемы стереоселективности реакций гликозили-
рования [1]). Дело в том, что в отличие от формирования 1,2-транс-гпи-
козидной связи, где стереохимия может контролироваться анхимерным
соучастием ацилоксизаместителя у С2-углеродного атома гликозилирую-
щей альдозы или использованием гликозил-доноров с предсуществующей
диоксапенталановой системой, при образовании 1,2-цис-гликозидной
связи такой контроль осуществить не удается. Поэтому известные до
последнего времени методы, целью которых является создание 1,2-цис-
гликозидной связи, чаще всего дают смеси изомерных гликозидов в том
или ином соотношении. Это исключает возможность их использования
для создания стереоспецифических процессов поликонденсации,
пригодных для синтеза полисахаридов, состоящих из олигосахаридных
повторяющихся звеньев, соединенных только 1,2-чмс-гликозидными
связями. Стереоспецифических методов, позволяющих получать при гли-
козилировании исключительно соединения с 1,2-цмс-гликозидной связью,
до самого последнего времени не было найдено.
В связи с этим определенный интерес представляет новый метод
создания гликозидной связи, найденный в самое последнее время в
лаборатории автора этой монографии, использование которого в полисаха-
ридном синтезе вселяет надежду на преодоление указанных выше
затруднений, возникающих при синтезе гетерополисахаридов с 1,2-ц"с-глико-
зидной связью.
12. Н.К. Кочетков 177

6.1. Тритил-тиоцианатная конденсация
Новый метод гликозилирования, получивший название
"тритил-тиоцианатная конденсация", который находится еще в стадии интенсивного
изучения, основан на использовании нового гликозил-донора - 1-тиоциа-
натов альдопираноз.
Очевидно, что образование 1,2-цкс-гликозидной связи можно было бы
реализовать, направив реакцию гликозилирования по пути 8м2-замеще-
ния у аномерного центра. В этом случае группировка, покидающая
аномерный углеродный атом и находящаяся в 1,2-траис-положении к
заместителю у С-2 гликозил-донора, замещалась бы с полным
обращением конфигурации, в результате чего должна образоваться 1,2-цис-
гликозидная связь. Необходимым условием при этом является,
естественно, наличие у С-2 углеродного атома альдозы заместителя, не
способного к анхимерному соучастию. К сожалению, несмотря на
многочисленные попытки, чистое 8м2-замещение у аномерного центра альдозы до сих
пор осуществить не удается. Вместе с тем, достаточно согласованный
процесс замещения пуш-пульного типа может привести к результату,
близкому к результату идеального 8м2-замещения и сделать реальным
высокоселективное образование 1,2-цмс-гликозидной связи.
Существенным условием успеха в этом случае является необратимость процесса
замещения, при котором соединение, образующееся в результате
отщепления уходящей группы, само не было бы способно конкурировать
с основной реакцией замещения. Эти условия - возникновение
согласованного процесса, имитирующего 8м2-замещение, и необратимость
реакции - и удалось реализовать в тритил-тиоцианатной конденсации.
Оказалось, что гликозилтиоцианаты типа 1 (1,2-/этряис-гликозилтио-
цианаты) с /этряис-положением тиоцианатной группы по отношению к
заместителю у С-2, который не способен к анхимерному соучастию, при
взаимодействии с О-тритиловыми эфирами Сахаров 2 в присутствии три-
тилперхлората, т.е. в условиях "тритилиевого катализа" (ср. с 24), в
мягких условиях гладко образуют 1,2-цкс-гликозиды 3 с хорошими выходами
[2] (схема 1).
—Ос-г=« —О Схем» 1
J + TrOSug ► )
^Y —fOSug
OR OR
1 2 3
R = Me, Bn; Sug - мопо- или олигосаырид
Механизм этой новой реакции гликозилирования еще остается
неисследованным. Можно предположить, что образование 1,2-цкс-гликозида
происходит в результате согласованного замещения (схема 2). Тритил-
катион, атакуя нуклеофильный атом азота тиоцианатной группы,
вызывает электронный сдвиг, повышающий электрофильность аномерного
178
OvS-jC=N
Схема 2
OR
Vo-
Sug
Tf
'Tr+ —О
*• \ + Tr-N=C=
—fOSug 4
OR
S + Tr+
углеродного атома, который атакуется активированным кислородом
О-тритильной группировки, и процесс завершается образованием глико-
зидной связи; при этом тритил-катион регенерируется и продолжает
процесс, а образующийся тритилизотиоцианат 4, инертный в условиях
реакции, выходит из сферы реакции. Атака аномерного центра в 1
возможна только со стороны, противоположной заместителю у С-1, поэтому
процесс идет с высокой стереоселективностью, образуя только 1,2-цис-
гликозидную связь. Реакция, таким образом, подобно тритил-цианоэтили-
деновой конденсации, имеет каталитический характер, в котором соль
тритилия лишь промотирует процесс замещения.
Хотя гликозил-доноры с серосодержащими группировками, тиоглико-
зиды и более сложные производные, хорошо известны и многие из них
нашли успешное применение в гликозидном синтезе (см., например,
обзоры [3, 4]), отличительной чертой тиоцианатной группировки является
ее выраженный амбидентный характер, что способствует протеканию
согласованного процесса замещения.
Гликозилтиоцианаты оставались до недавних пор практически не
изученными. Известны были лишь два соединения этого типа,
полученные в достаточно жестких условиях [5, 6]. Малая доступность этих
.соединений связана с тем, что обычно при взаимодействии солей тиоциа-
новой кислоты с гликозилгалогенидами получаются гликозилизотиоциа-
наты [5], которые хорошо изучены и широко используются в синтезе
различных соединений, содержащих N-гликозидную связь, в том числе
многочисленных N-гликозилгетероциклических соединений [5]. По всей
вероятности, преимущественное образование гликозилизотиоцианатов
связано с очень быстрой изомеризацией тиоцианатов, которые, скорее
всего, являются первичными продуктами замещения при взаимодействии
гликозилгалогенидов с солями тиоциановой кислоты.
В последнее время удалось, однако, найти подходящие условия синтеза
гликозилтиоцианатов, что сделало их вполне доступными соединениями.
Оказалось, что они с хорошими выходами получаются при
взаимодействии 1,2-цкс-гликозилбромидов с роданидом калия в ацетоне в присутствии
: краун-эфиров [2, 7, 8]. Реакция проходит достаточно гладко, хотя и
сопровождается частичным образованием соответствующих
гликозилизотиоцианатов. Однако целевой гликозилтиоцианат с 1,2-тлранс-конфигура-
цией без затруднений выделяется хроматографически; выходы
гликозилтиоцианатов, полученных этим методом, составляют 60-70%.
Как указывалось, гликозилтиоцианат, применяемый в качестве
донора, должен содержать несоучаствующий заместитель у С-2 альдозы. В
качестве таких несоучаствующих группировок были испытаны О-метиль-
ная, О-бензильная группировки, а также трихлорацетильная группа.
Остальные гидроксильные группы донора могут содержать О-ацильные,
179

обычно ацетильные или О-бензильные группы. Синтез гликозилтиоциа-
натов, содержащих эти группировки, проводился с использованием
обычных методов, принятых в химии моносахаридов.
Как пример можно привести синтез 3,4,6-три-0-ацетил-2-0-бензил-р-
D-галактозилтиоцианата 5 [7, 8] (схема 3). 1,3,4,6-Тетра-О-ацетил-0Я}-га-
Схема 3
СН2ОАс СН2ОАс СН2ОАс
АсО>-0 Aco/-Q Acoi-OSCN
щ«- €^- &
OR OBn ОВп
6 R= H „ е
7 R = Bn * 5
СН2ОАс
АсОЛ-OSCN У-OSCN
OBn N3
9 10
лактоза 6 бензилировалась бензилтрихлорацетимидатом; полученное бен-
зильное производное 7 обработкой НВг в СН2С12 переводилось в
соответствующий бромид 8, который при взаимодействии с KSCN в
присутствии 18-краун-6 в ацетоне при комнатной температуре давал 1,2-транс-
тиоцианат 5 (выход 59%) с примесью соответствующего изотиоцианата,
который отделялся при хроматографии. Аналогичным образом были
синтезированы и другие 1,2-тракс-тиоцианаты ряда глюко-, галакто- и ара-
бинопиранозы. Следует подчеркнуть, что тиоцианаты пентоз склонны к
изомеризации в более сильной степени, чем производные гексоз, поэтому
синтез 1,2-тпраис-тиоцианата L-арабинопиранозы 9 проводился при
пониженной температуре (-20°С), а выход его был несколько ниже [8].
Для синтеза 1,2-цис-гликозидов аминосахаров этим же методом были
получены гликозилтиоцианаты, содержащие у С-2 азидную группу, как,
например, 2-азидо-3,4,6-три-0-ацетил-2-дезокси-р-Б-глюкозилтиоцианат
10 [9]. Для этого 1,3,4,6-тетра-0-ацетил-2-азидо-2-дезокси-а-0-глюкоза
переводилась в соответствующий бромид, который после взаимодействия
с KSCN в присутствии 18-краун-6 давал с высоким выходом тиоцианат 10.
К сожалению, попытки получить этим методом гликозилтиоцианаты
2-дезоксисахаров, которые могли бы оказаться очень полезными
донорами для стереоселективного синтеза гликозидов 2-дезоксисахаров, не
увенчались успехом. Несмотря на варьирование условий (температура,
растворитель, скорость прибавления реагентов) во всех случаях
образовывалась только смесь аномерных гликозилизотиоцианатов [10].
Охсмя 4
СН2ОАс СН2ОАс CHjOAc
)—О /~0v?CN J-QSCN
кй — jy -* £j
AcO
6
OH OBn
И 12 13
180
Другой синтез 1,2-тпракс-гликозилтиоцианатов основан на реакции 1,2-
ангидросахаров с роданидами [11] (схема 4). Так, например, при
взаимодействии 3,4,6-три-0-ацетил-1,2-ангидро-а-В-гликопиранозы 11 с
NH4SCN в сухом ацетоне в присутствии 18-краун-6 при комнатной или
пониженной температуре был получен соответствующий тиоцианат 12, в
котором свободная гидроксильная группа далее подвергалась бензилиро-
ванию, образуя 3,4,6-три-0-ацетил-2-0-бензил-р-Б-глюкозилтиоцианат
13.
Этот путь к 1,2-тиракс-гликозилтиоцианатам более ограничен, хотя в
некоторых случаях он служит важным дополнением к основному методу.
Так, например, получение 1,2-тракс-маннозилтиоцианата удалось
осуществить только этим методом (схема 5). 1,2-Ангидро-3,4,6-три-0-бензил-р-
Схема 5
CH2OBn CHjOBn CHjOBn
Ч?в.оЛ —* 6в»но)| —* £>в. ro)
io^^_jr bdoX»#scn Bnow—*s<
ВпО^^н^Г BdOVmk^SCN BnO^B^a#SCN
14 15
16 R=Me
17 R-COCC13
D-манноза 14 при взаимодействии с NH4SCN дала соответствующий
тиоцианат 15. Он оказался очень лабильным соединением, однако свободную
гидроксильную группу удалось защитить переводом в О-метильное (16)
или О-трихлорацетильное (17) производное [11].
Гликозилтиоцианаты, как правило, кристаллические вещества,
устойчивые в твердом состоянии и могут храниться достаточно долгое время.
Их строение подтверждается спектроскопическими данными. Для
тиоцианатной группировки характерной является полоса vSCN 2164-2160
см-1 в ИК-спектре. В 'Н-ЯМР-спектре характерен сигнал 8 4,6-4,9 м.д.
(/i_2 9,5 Гц), свидетельствующий о 1,2-тпракс-конфигурации тиоцианатов
глюко- и галакто-ряда. В 13С-ЯМР-спектре диагностичны сигналы
углерода SCN-группировки (107-108,5 м.д.) и аномерного атома углерода
(83-85 м.д.).
Одной из особенностей гликозилтиоцианатов, затрудняющей работу с
ними и, в частности, сказывающейся на использовании их в гликозидном
синтезе, является выраженная склонность к изомеризации в изотиоциа-
наты (схема 6). Эта необратимая изомеризация проходит в дихлор-
Схема б
—°VS-C*N °ч
А -+-
S
R
18
181

метановом растворе и значительно ускоряется при повышении
температуры; детально эта реакция еще не исследована. Образующийся при
изомеризации 1,2-цис-изотиоцианат 18 легко идентифицируется по
полосе Vncs 2040 см-1 в ИК-спектре. Он не принимает участия в
гликозилировании, и, таким образом, изомеризация, протекающая в
некоторой мере и во время реакции гликозилирования, выводит
гликозил-донор из реакции и тем самым вызывает уменьшение выхода
гликозида или степени полимеризации при синтезе полисахаридов (ср. с.
190). Имеющиеся наблюдения показывают, что интенсивность
изомеризации и, следовательно, устойчивость 1,2-тракс-тиоцианата зависят от
природы заместителя у С-2. Так, например, гликозилтиоцианат,
содержащий в качестве заместителя у С-2 азидную группировку, заметно
устойчивее, чем его О-бензильный аналог [9]. Хотя этот вопрос требует
исследования, однако, по-видимому, устойчивость гликозилтиоцианатов
коррелирует с устойчивостью соответствующих 1,2-тпракс-гликозилгало-
генидов, несущих аналогичные заместители.
Остается пока открытым вопрос о возможности аномеризации
гликозилтиоцианатов в соответствующие 1,2-цис-гликозилтиоцианаты. В
то же время однозначность реакции гликозилирования 1,2-тпракс-тиоциа-
натами, приводящей стереоспецифично только к образованию 1,2-цис-
гликозидной связи, свидетельствует, скорее, об отсутствии заметной
аномеризации, по крайней мере в условиях гликозидного синтеза.
Условия реакции гликозилирования гликозилтиоцианатами, ее
границы, и в особенности вопрос о ее стереоселективности, исследовались на
примере синтеза дисахаридов [2, 7,8]. Реакция 1,2-трямс-гликозилтиоциа-
натов с О-тритиловыми эфирами Сахаров проводится в растворе дихлор-
метана при комнатной температуре в присутствии 10 мол.% тритилпер-
хлората при использовании примерно эквивалентных количеств обоих
компонентов реакции. В ряде случаев из-за идущей параллельно
упомянутой побочной реакции изомеризации гликозилтиоцианата в
изотиоцианат, выводящей часть гликозил-донора из реакции, приходится
брать избыток последнего, иногда, в случае менее устойчивого
гликозилтиоцианата, довольно значительный (до 20-50%). Реакция
гликозилирования проходит очень быстро и обычно завершается за 30-40 мин,
образуя дисахариды с хорошими выходами, колеблющимися в
зависимости от устойчивости гликозил-донора и реакционной способности
тритилового эфира в пределах 55-85%.
Особое внимание было уделено вопросу стереоселективности тритил-
тиоцианатной конденсации, поскольку это имело критическое значение
для ее использования в полисахаридном синтезе. С этой целью чаще всего
исследовалась с помощью ЯМР-спектроскопии вся дисахаридная
фракция, выделенная из реакционной смеси до ее хроматографического
разделения. Наряду с этим, естественно, проводились стандартное выделение
полученного дисахарида и установление конфигурации его гликозиднои
связи обычными методами.
В реакции гликозилирования в качестве гликозил-доноров были
использованы 1,2-гарякс-тиоцианаты глюкозного, галактозного и ара-
бинозного ряда 13, 5 и 9, а в качестве акцепторов - тритиловые эфиры
182
моносахаридов, содержащих О-тритильную группу как у С-6 (например,
19), так и при вторичном гидроксиле у атомов С-2, С-3 и С-4 (например,
20-23). Во всех случаях при гликозилировании с хорошими выходами
были получены соответствующие дисахариды с 1,2-цис-гликозидной
связью. Следует при этом подчеркнуть, что даже доноры, известные
своей пониженной реакционной способностью, образуют дисахариды с
удовлетворительным выходом. Так, например, гликозилирование 4-0-
тритилового эфира галактозы 23 галактозилтиоцианатом 5 привело к
соответствующему дисахариду с выходом свыше 50% [8], причем во всех
случаях в ряду глюкозы, галактозы и арабинозы, в том числе и для
трудно гликозилируемого 23, реакция проходила с образованием только
1,2-цис-гликозидов. Специальные поиски в реакционной смеси изомерных
1,2-тракс-гликозидов показали их отсутствие в количествах, которые
можно обнаружить с помощью ЯМР-спектроскопии (т.е. в пределах 1-
2%). Еще одно подтверждение полной стереоспецифичности реакции
было получено при первых опытах по синтезу полисахаридов с
использованием этой реакции: были получены полисахариды, не
содержащие 1,2-трамс-гликозидных связей (см. с. 186).
СН2ОТг СН2ОАс CHjOAc CH^Ac CH^B. CtyOAe
)— О / °\ / °\?Мв У~ООАс ЪО)~00в" /^OSCN
ОАс ОТг ОАс ОАс OBi OAc
19 20 21 22 23 24
Интересно, что при использовании в качестве гликозил-донора тио-
цианата с соучаствующим заместителем у атома С-2 - 2,3,4,6-тетра-О-
ацетил-р-О-глюкопиранозилтиоцианата 24 - реакция с О-тритиловыми
эфирами привела к смеси соответствующих 1,2-цис- и 1,2-тракс-дисаха-
ридов [8]. Это значит, что для успешного 1,2-цис-гликозилирования
необходимо наличие несоучаствующей группы у С-2 гликозил-донора и
свидетельствует в пользу предлагаемого механизма реакции. Очевидно,
заместитель у атома С-2 гликозилтиоцианата 24 также проявляет
склонность к соучастию в замещении у аномерного центра и направляет
реакцию через образование промежуточного циклического диоксалени-
евого интермедиата по обычному пути 1,2-тракс-гликозилирования.
Попытка использования тритил-тиоцианатной конденсации для
получения малодоступных р-маннозидов, что представляло бы особый
интерес, к сожалению, не дала положительного результата. а-Маннозил-
тиоцианаты 16 и 17, полученные раскрытием оксидного кольца
производного 1,2-ангидроманнозы [11], при взаимодействии с О-тритиловыми
эфирами глюкозного и рамнозного рядов в приведенных выше
стандартных условиях гликозилирования дали смесь примерно равных количеств
изомерных дисахаридов, содержащих 1,2-цис- и 1,2-тпрамс-гликозидные
связи [12]. Отсутствие стереоселективности заставляет предположить,
183

что в данном случае согласованный процесс замещения у аномерного
центра не реализуется. Здесь, скорее всего, как и в других случаях
образования маннозидной связи [13], решающее значение приобретают
термодинамические факторы, ведущие к образованию значительно более
устойчивой а-маннозидной связи.
Тритил-тиоцианатная конденсация нашла удачное использование и в
синтезе 1,2-цис-гликозидов 2-аминосахаров (1,2-цис-гликозаминидной
связи). С этой целью в качестве гликозил-донора могут быть успешно
использованы 1,2-тирдкс-гликозилтиоцианаты 2-азидо-2-дезоксиальдоз,
которые получаются общим методом [8, 9] (см. с. 180). В синтезированном
дисахариде азидная группа далее известным путем может быть
превращена в ацетиламиногруппу, которая содержится в большинстве
природных и синтетических олиго- и полисахаридов, в состав которых
входят 2-амино-2-дезоксиальдозы. Следует иметь в виду, что
стереоселективный синтез гликозидов, содержащих 1,2-цис-гликозидную
связь аминосахаров, в ряде случаев представляет до сих пор
определенную проблему, а реакции гликозилирования, отличающиеся полной
стереоспецифичностью, до сих пор не были известны.
Реакция гликозилирования тиоцианатами 2-азидо-2-дезоксиальдоз
изучена [9] на примере взаимодействия 2-азидо-2-дезоксиглюкозилтио-
цианата 10 с О-тритиловыми эфирами глюкозы, содержащими
О-тритильную группу у атомов С-6, С-3, С-2 (схема 7). Реакция гладко и
Схема 7
CHjOAc CH,OAc CH2OH
/оаЛ + TK)S«« - /оАс) . /рн" \
'os4
N
10 25 26
N3 N
N3 HNAc
—CH2 CH2OAc CHjOAc
J—О }— OOMe J—О
Sug~ fcL • \J . Nl)
AcO>—fOMe AcO*—f AeO^Lm^oMt
OAc OAc '
очень быстро проходит в стандартных условиях тритил-тиоцианатной
конденсации, в растворе дихлорметана при комнатной температуре в
присутствии 10 мол.% тритилперхлората, и дает с выходами 70-80%
дисахариды 25 с.1,2-цис-гликозиламинидной связью независимо-от
положения О-тритильной группы в гликозил-акцепторе. Как и в случае
тиоцианатов нейтральных Сахаров, реакция идет с полной стерео-
специфичностью: образование 1,2-трдмс-изомеров не было отмечено,
несмотря на специальные поиски их в реакционной смеси. Следует
подчеркнуть, что азидная группа, являющаяся превосходным несоучаствую-
щим заместителем у атома С-2 гликозил-донора, к счастью, оказалась
совершенно инертной в условиях реакции. В полученных дисахаридах она
184
может быть превращена в ацетаминогруппу гидрированием над Pd/C и
последующим ацетилированием уксусным ангидридом, а после
стандартного удаления других защитных группировок могут быть получены
соответствующие дисахариды 26, содержащие ацетамидогруппу.
Таким образом, тритил-тиоцианатная конденсация позволяет
осуществлять стереоспецифический синтез 1,2-цис-гликозидной связи в ряду
нейтральных альдоз (за исключением маннозы), а также может служить
удобным путем стереоспецифического синтеза 1,2-цис-глюкозаминидной
связи. Это позволило далее на основе тритил-тиоцианатной конденсации
создать новый процесс поликонденсации, который открывает путь к
получению полисахаридов с 1,2-цис-гликозидными связями, в том числе,
что самое важное, и полисахаридов, состоящих из повторяющихся
олигосахаридных звеньев.
Была разработана также и другая модификация тиоцианатной
конденсации, которая, очевидно, окажется полезной для олигосахаридного
синтеза. Выяснилось, что высокая стереоселективность гликозилирования
гликозилтиоцианатами сохраняется, когда в качестве гликозил-акцептора
используются не тритиловые эфиры, а родоначальные гидроксилсодер-
жащие соединения [14, 15]. Другими словами, реакция может быть
проведена с обычными в олигосахаридном синтезе гликозил-акцепторами
- защищенными сахарами, имеющими одну свободную гидроксильную
группу. В этом случае в качестве промотора реакции используется более
энергичный катализатор - триметилсилилтрифлат, применение которого
хорошо известно в других реакциях гликозилирования. Использование
обычного катализатора - перхлората тритилия - не дает нужного
результата.
При взаимодействии 1,2-тиракс-гликозилтиоцианатов, несущих несоу-
частвующую группировку у атома С-2, с гликозил-акцепторами,
содержащими гидроксильную группу, в присутствии триметилсилилтрифлата и
молекулярных сит также гладко и стереоселективно образуются 1,2-цис-
гликозиды. Это было продемонстрировано при гликозилировании глико-
зилтиоцианатом 13 производных глюкозы, содержащих незащищенную
гидроксильную группу у атомов С-6, С-4 и С-2, а также производных
L-рамнозы с гидроксильной группой у С-4. Выходы в данном варианте
тиоцианатной конденсации лишь немного ниже, чем в первоначальном,
описанном выше варианте, но обычно достаточно хороши. Они остаются
достаточно удовлетворительными и при гликозилировании "трудных"
гидроксильных групп, например гидроксила у С-3 глюкозы (схема 8).
Схема 8
СН20Ас СН2ОАс CHjOAc CHzOAc
J—OSCN i-OOMe J-о /->J—OoM.
OBn OAc OBn OAc
13
185

Реакция гликозилирования проходит в мягких условиях - в растворе
СН2С12 при комнатной температуре, промотор добавляется в несколько
больших количествах - 20 мол.%, причем обычно несколькими порциями,
так как благодаря неустановленной еще побочной реакции, его
концентрация постепенно понижается по мере протекания реакции.
Механизм этой реакции остается неясным. Одно из возможных
предположений может быть продемонстрировано схемой 9. Атом кремния
СН2ОАс
~П ''MejSIOSOjCFj
/ 0\S
с С =N I
,V M«.SIOSn.rF. )—О
Схема 9
CHjOAc
bJfi'* A r, \J * М>*«) + M«4SIN = C = S + HOSOjCFj
OR i Г° Ч
Set OBb
MejSIN=C = S + HOS02CF3 MejSiOSOjCFj + HN=C=S
триметилсилильной группировки промотора, атакуя атом азота тиоциа-
натной группы, инициирует согласованный процесс, завершающийся
атакой аномерного центра донора кислородным атомом гидроксильной
группы акцептора: при этом возникает 1,2-цис-гликозидная связь, а
образующийся триметилсилилизотиоцианат реагирует с выделяющейся
трифторметилсульфоновой кислотой, регенерируя вновь триметилси-
лилтрифлат, продолжающий процесс; выделяющаяся при этом тиоциано-
вая кислота поглощается молекулярными ситами. Нельзя также
полностью исключить альтернативного механизма: триметилсилил-
трифлат может на первой стадии силилировать свободный гидроксил, и в
этом случае гликозилированию подвергается уже триметилсилиловый
эфир акцептора. Эти предположения не имеют пока экспериментальных
подтверждений.
Новая модификация тиоцианатной конденсации, позволяющая стерео-
селективно создавать 1,2-цис-гликозидную связь, может представлять
интерес для олигосахаридного синтеза; она не требует предварительного
перевода сахара в тритиловый эфир, что значительно упрощает синтез
гликозил-акцепторов. Это особенно существенно при синтезе сложных
соединений олигосахаридного типа, с которыми часто приходится иметь
дело при использовании блочной стратегии олигосахаридного синтеза.
Для синтеза полисахаридов эта модификация тиоцианатной
конденсации еще не испытывалась, хотя ее применение представляло бы
значительный интерес.
6.2. Синтез полисахаридов с 1,2-^ыс-гликозидной связью
Успешное использование 1,2-тлрамс-гликозилтиоцианатов для синтеза
1,2-цис-гликозидной связи, проверенное на примере синтеза дисахаридов,
открыло возможность применить эту реакцию для синтеза полисахаридов
регулярного строения, в которых моно- и олигосахаридные звенья
связаны 1,2-цис-гликозидной связью. В созданном на этой основе новом
186
процессе поликонденсации в качестве мономеров применяются
производные, содержащие одновременно тиоцианатную группировку и
О-тритильную группу; под действием промотора - тритилперхлората -
проходит поликонденсация, в результате чего образуется полисахаридная
цепь, в которой моно- или олигосахаридные звенья связаны 1,2-цис-
гликозидной связью (схемы 10 и 11).
TrO /^°SCN
Схема 10
Схема 11
тю/—о ^oscn --0/-0 ^о ^-о ^о ^-о ^о
О-О - u-O-G-Q-O-Cx.
Наиболее существенным моментом в этой новой реакции, которая
может быть названа тритил-тиоцианатной поликонденсацией, является
возможность использования в качестве мономеров производных олиго-
сахаридов, что должно приводить к образованию регулярного гетеропо-
лисахарида, состоящего из повторяющихся олигосахаридных звеньев,
связанных 1,2-цис-гликозидной связью. Как уже было сказано, получение
таких сложных полисахаридных систем посредством полимеризации
ангидросахаров невозможно, и тритил-тиоцианатная конденсация
впервые открывает путь к биополимерам этого типа. Хотя разработка
этого метода только началась, первые данные о его успешном
использовании свидетельствуют о реальности такого подхода.
Первым примером был синтез 1,6-а-0-глюкопиранана посредством
конденсации дисахаридного мономера 27 [16]. Хотя поликонденсация
этого мономера должна была привести, по существу, к регулярному гомо-
полисахариду, главной целью синтеза была как раз проверка
применимости этого нового подхода для поликонденсации мономера 27, в
котором тиоцианатная группировка (гликозил-донорная функция)
расположена в восстанавливающем моносахариде, а О-тритильная группа
(гликозил-акцепторная функция) - в невосстанавливающем
моносахариде. Получающийся при этом 1,6-глюкан должен содержать только
а-гликозидные связи, что было особенно удобно для контроля стереоспе-
цифичности реакции поликонденсации.
Как и в случае тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации, именно
синтез дисахаридного мономера 27 представлял наибольшие сложности,
поскольку он должен был, наряду с указанными функциональными
группировками, содержать еще нужный набор защитных групп гидроксиль-
ных групп, включая несоучаствующий заместитель у С-2 рядом с
тиоцианатной группой. Мономер 27 был получен следующим образом (схема
12). Исходный 3,4,6-три-0-ацетил-2-0-бензил-а-0-глюкозилбромид 28
187

X.
■ ■rfH^^W»^
juki
U
70S
—г-
ss
1
85
75
55
Г,М.д.
Рис. 6. С-ЯМР-спектр (1-6)-а-глюкопирапапа, получеппого путем трптил-тпоцпанаптпой
копдепсацпп
действием этилмеркаптана превращался в соответствующий тиогликозид
29, который после дезацетилирования, избирательного тритилирования
под действием тритилхлорида в пиридине и последующего ацетилиро-
вания давал 6-О-тритиловый эфир тиогликозида 30; последний гликози-
лировался тиоцианатом 13 (полученным общим методом синтеза глико-
зилтиоцианатов, см. с. 180), в условиях тритил-тиоцианатной
конденсации, чисто образуя дисахаридное производное 31, имеющее 1,2-цис-глико-
зидную связь. Дезацетилирование тиогликозида 31, избирательное три-
тилирование по единственной первичной гидроксильной группе диса-
харида и последующее ацетилирование дали б'-О-тритильное производное
дисахаридного тиогликозида 32, обработка его бромом и взаимодействие
образующегося бромида (без его выделения) с KSCN в присутствии 18-
краун-6 дали мономер 27.
CHjOAe
J— о
CHjOAe
J—OS»
СН2ОТг
j—os»
j*-jy -jer-
OBa
О Bo
28
29
СИ.
OBa
30
CHjOT*
CHjOTr си2 CHjOft CHl
0BB OB. OBa OBo
27
CHjOH
HO0O'
OH
CH2
HO»—^o
OH
CH,
^oh\*oh
OH
33
Поликонденсация 27 осуществлялась под действием тритилперхлората
(10 мол.%) в дихлорметане при комнатной температуре в течение 3 ч.
После окончательной остановки реакции добавлением пиридина,
обычной обработки и депротектирования полученного полимера
(дезацетилирование и снятие бензильных групп гидрогенолизом) был получен
1,6-оЯЗ-глюкопиранан 33. Он дал очень четкий 13С-ЯМР-спектр (рис. 6),
подтверждающий его полную стереорегулярность, в котором
содержались только сигналы а-гликозидной связи, а сигналы р-глюкозидной
связи полностью отсутствовали.
Таким образом, тритил-тиоцианатная поликонденсация прошла
полностью стереоспецифично и привела к образованию только 1,2-цис-глико-
зидной межмономерной связи. Полученный глюкан 33 представлял собой
смесь полимер-гомологов, со средней молекулярной массой 3200-3500.
Степень полимеризации составляла 10-11, считая на дисахаридное звено
мономера. Молекулярная масса полученного полимера сильно уступала
молекулярной массе 1,6-оЯЗ-глюкопиранана, синтезированного
полимеризацией 1,6-ангидроглюкозы (см. с. 161). Наиболее существенно, однако,
что этот синтез демонстрирует возможность использования
тритил-тиоцианатной поликонденсации для поликонденсации олигосахаридных
мономеров.
Другим примером использования тритил-тиоцианатной
поликонденсации был синтез регулярного гетерополисахарида глюкорамнана,
содержащего повторяющиеся звенья а-Ь-рамнозил-1,6-а-В-глюкозы,
связанные между собой а-глюкозидными, т.е. 1,2-цис-связями [17]. Исходный
мономер 34, который должен содержать 4-О-тритильную группу в рам-
нозном звене, тиоцианатную группу и несоучаствующую О-бензильную
группу в восстанавливающем глюкозном остатке, был получен
следующим образом (схема 13).
Схема 13
но/-°v RO/r-q , „ ^^fHl
U- и * vrlgr
IzO O-f-CN BzO O-^— CN П AcO^"J
BzO OAc OBn
BzO
Me Me
35 36 R = PhOCH2CO— 37 R - PhOCH2CO-
38 R - Tr
,CH2
TrOyi—OO' J—О SCN
BzO OAe OBn
i
34
Единственная свободная гидроксильная группа в исходной З-О-
бензоил-1,2,0-цианоэтилиден-р-Ь-рамнозе 35 защищалась избирательно
снимаемой феноксиацетильной группировкой. Конденсация полученного
189

производного 36 с тритилированным тиогликозидом 30, синтез которого
описан на с. 188, дала тиогликозид дисахарида 37. После избирательного
снятия феноксиацетильной группы метанольным раствором аммиака,
тритилирования освободившегося гидроксила тритилперхлоратом в
коллидине полученный тритилированный тиогликозид 38
последовательной обработкой бромом и роданидом калия в присутствии 18-краун-6 дал
мономер 34 вместе с примесью изомерного изотиоцианата, который
отделялся хроматографически.
Поликонденсация 34 проводилась в стандартных условиях, в
присутствии 10 мол.% тритилперхлората, и после обычной обработки и депро-
тектирования образовавшегося полимера последовательным гидрогено-
лизом над Pd/C и дезацетилированием был получен рамноглюкан 39.13С-
ЯМР-спектр полученного полисахарида имел четкий характер, что
свидетельствовало о его регулярности; в нем, наряду со всеми сигналами
остатков рамзоны и глюкозы, содержались только сигналы а-глюкозидной
связи (100,7 м.д.) и полностью отсутствовали сигналы р-глюкозидной
связи (104—105 м.д.). Таким образом, поликонденсация прошла полностью
стереоспецифично, в результате чего образовались только 1,2-цис-глико-
зидные связи между дисахаридными звеньями. Полученный полимер имел
низкую молекулярную массу (около 1300), что соответствует степени
полимеризации всего 4, считая на дисахаридное звено. Низкая степень
полимеризации, очевидно, объясняется, в первую очередь, обрывом роста
цепи при поликонденсации с восстанавливающего конца, о чем
свидетельствует присутствие на восстанавливающем конце полимера,
полученного непосредственно после поликонденсации, нереакционноспособнои
изотиоцианатной группы (см. с. 181).
v Дяр A/v Д
но он он но он он но он он
-In
39
В этой связи следует подчеркнуть, что, очевидно, одной из наиболее
серьезных трудностей для дальнейшего развития тритил-тиоцианатной
поликонденсации как метода синтеза полисахаридов с межмономерной
1,2-цис-гликозидной связью является именно побочная реакция
изомеризации тиоцианатной группировки в изотиоцианатную, не обладающую
гликозил-донорными свойствами. Кроме того, как и в случае тритил-
цианоэтилиденовой конденсации (см с. 63), происходит детритилирование
тритилового эфира, которое, скорее всего, имеет общее значение при
конденсации тритиловых эфиров в условиях тритилиевого катализа. Эта
побочная реакция также может обрывать рост полимерной цепи с
невосстанавливающего конца и в данном случае. Эти вопросы, так же как
оптимизация условий реакции тритил-тиоцианатной поликонденсации и
определение границ ее применения, находится еще в стадии изучения.
Однако уже полученные результаты указывают на перспективность
190
использования этого подхода для синтеза более сложных и пока
совершенно недоступных гетерополисахаридов, состоящих из повторяющихся
звеньев, связанных 1,2-цис-гликозидными связями, в том числе природных
полисахаридов микробного происхождения, обладающих высокой и
специфической биологической активностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Kochetkov NX. Studies of natural products chemistry / Ed. Atta-ur-Rahman. Amsterdam:
Elsevier Publ., 1994. Vol. 14. С 201-266.
2. Kochetkov NX., Klimov EM., Malysheva N.N. II Tetrahedron Lett, 1989. Vol. 30, N 40.
P. 5459-5462.
3 Fugedi P Garegg P., Lonn H. et al. // Glycoconjugate J. 1987. Vol. 4. P. 97-108.
4. Garegg P., Lindberg A.A. Carbohydrate chemistry / Ed. J.F. Kennedy. Oxford: Clarendon press,
1988. P. 500-559.
5. Wilzak Z. II Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 1986. Vol. 44. P. 91-145.
6. Miller A., Wilhelms A. II Ber. 1941. Bd. 74. S. 698-707.
7. Кочетков H.K., Климов EM., Малышева Н.Н. и др. // Биоорган, хим. 1990. Т. 16,
М ^ С* ПС\ 1 "71 С\
8. Kochetkov NX., Klimov EM., Malysheva N.N. et al. // Carbohydr. Res. 1991. Vol. 212.
P 77-91
9. Климов Е.М., Малышева Н.Н., Демченко А.В. и др. // Докл. АН СССР. 1992. Т. 325,
10 Климов ЕМ., Демченко А.В., Малышева Н.Н. II Там же. 1993. Т. 331, N 1. С. 53-55.
11. Кочетков Н.К., Малышева Н.Н, Демченко А.В. и др. // Биоорган, хим. 1991. Т. 17,
N 12. С. 1655-1659.
12 Климов Е М., Демченко В.А., Малышева Н.Н. и др. // Там же. С. 1660-1664.
13 Paulsen Н. II Angew. Chem.: Int. Ed. Eng. 1982. Vol. 21, N 3. P. 155-173.
14. Кочетков Н.К., Климов Е.М., Малышева Н.Н. и др. // Докл. АН СССР. 1991.
Т. 321, №6. С. 1203-1207. ,,,„„,,
15. Kochetkov NX., Klimov EM., Malysheva N.N. et al. // Carbohydr. Res. 1992. Vol. 232.
C1-C5.
16. Кочетков Н.К., Малышева Н.Н., Климов Е.М. и др. // Докл. АН СССР. 1991.
17.' Кочетков Н.К., Климов Е.М., Малышева Н.Н. и др. // Там же. СССР. 1993. Т. 330.
N 3. С. 330-332.

Глава 7
ДРУГИЕ ВОЗМОЖНЫЕ ПОДХОДЫ
К СИНТЕЗУ РЕГУЛЯРНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ
Как подчеркивалось во Введении, синтез полисахаридов со строго
регулярной заданной структурой является одной из значительных
проблем современной химии биополимеров. Решающее значение здесь
имеет создание новых процессов поликонденсации. Главным условием,
предъявляемым к таким процессам, как это уже обсуждалось (см. с. 14),
являются полная стереоспецифичность возникающих новых гликозидных
связей и достаточная эффективность процесса, позволяющая получить
полисахариды должной молекулярной массы. Работы в этом направлении
только начинают развиваться и помимо описанных в предыдущих главах
подходов успешные примеры почти неизвестны.
Один такой синтез основан на тиогликозидном методе создания глико-
зидной связи (см. обзоры [1, 2]), в котором гликозил-донором,
образующим новую гликозидную связь, служит соответствующий тиогликозид
[3]. Этим путем была предпринята попытка синтеза хитина, широко
распространенного природного полисахарида, состоящего из звеньев 2-аце-
тамидо-2-дезокси-р-Ь-глюкозы, посредством поликонденсации мономера
1. Его синтез был осуществлен из этил-4,6-0-бензилиден-2-дезокси-
2-фталимидо-1-тио-р-глюкопиранозида 2 [4], который бензилировался
бромистым бензилом в присутствии гидрида натрия; бензильное
производное 3 после снятия бензилиденовой группы и селективного ацетилиро-
вания давало 1 (см. схему). Поликонденсация тиогликозида 1 под дейст-
Схема
9/ 4?Et O J— OSEt J—OSEt
NPh» NPht NPht
2
CH2OAc
CHjOAc Г CH2OAc 1 CH2OAc CH QAc ^
£f\J*f\&"- й~. fir
L Jn NPht NPht
вием метилтрифлата как промотора с последующим терминированием
процесса поликонденсации добавлением mpem-бутанола привела к смеси
192
хитоолигосахаридов 4 с выходом 70%. Как было показано посредством
ЯМР-спектроскопии, реакция прошла полностью стереоспецифично с
образованием только 1,2-тиракс-гликозидной связи и дала смесь олигомер-
гомологов от дисахарида 4 (и = 0) до ундекамера 4 (и = 9) (средняя степень
поликонденсации около 5). При увеличении времени реакции степень
полимеризации несколько возрастает, но выход падает. Несмотря на
невысокую степень полимеризации, эта реакция представляет интерес,
так как позволяет получать полностью стереорегулярные олигомерные
структуры, недоступные методом тритил-цианоэтилиденовой
конденсации.
Попытки применить для той же цели поликонденсацию
соответствующего бромида 5 под действием трифлата серебра или 1-О-ацетата 6 под
действием триметилсилилтрифлата не дали обнадеживающего
результата: были получены с очень небольшим выходом только низшие олигоса-
хариды, стереорегулярность которых не определялась [3]. Это
подтверждают более ранние данные (см. с. 15, 17) о нецелесообразности
использования реакции Кенингса-Кнора [5, 6] и гликозилирования 1-0-
ацетатами [7, 8] для синтеза полисахаридов методом поликонденсации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Fugedi P., Garreg P., Lonn H. et al. //Glycoconjugate J. 1987. Vol. 4. P. 97-108.
1 Garreg P., Lindberg AA. Carbohydrate chemistry / Ed. J.F. Kennedy. Oxford: Clarendon press.
1988. P. 500-559.
3. Hashimoto H., Abe Y., Horito S. et al. // J. Carbohydr. Chem. 1989. Vol. 8, N 2. P. 307-311.
4. Lonn H. II Carbohydr. Res. 1985. Vol. 139. P. 105-113.
5. Haq S., Wheelan WJ. II J. Chem. Soc. 1956. N 12. P. 4543^1549.
6. Кочетков Н.К., Климов ЕМ., Овчинников М.В. II Изв. АН СССР. Сер. хим. 1977.
N8. С. 1864-1867.
7. McGrath DM., Lee ЕЕ., O'Colla P.S. II Carbohydr. Res. 1969. Vol. 11, N 4. P. 453-460.
8. O'Brien E., LeeE.E., O'Colla PS. et al. //Ibid. 1974. Vol. 32, N 1. P. 31-36.
13. U.K. Кочетков
I

Глава 8
ХИМИКО-ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ МЕТОД
СИНТЕЗА ПОЛИСАХАРИДОВ
При обсуждении проблемы синтеза полисахаридов следует упомянуть
еще об одном новом подходе к синтезу регулярных гетерополисахаридов,
который открывает дополнительные возможности получения этих
сложных биополимеров.
В отличие от всех описанных выше путей синтеза, основанных на
использовании только чисто химических методов создания гликозидной
связи, в химико-ферментативном методе на решающей стадии создания
полисахаридной цепи, стадии полимеризации, применяется фермент. Это
позволяет осуществить рост полисахаридной цепи с высокой степенью
регио- и стереоспецифичности, гарантируя тем самым полную
регулярность ее струкутры.
Возможность использовать в препаративных целях ферментативное
наращивание полисахаридной цепи вытекает из имеющихся данных о
биосинтезе регулярных полисахаридов. Как хорошо известно, биосинтез
полисахаридов в клетке может идти несколькими путями в зависимости
от структуры и биологического предназначения данного полисахарида
или полисахаридных цепей гликоконъюгатов (гликопротеинов, гли-
колипидов). Известны и изучены два принципиально различных по
своему механизму пути биосинтеза: путь, основанный на
последовательном наращивании моносахаридных звеньев в растущей
полисахаридной цепи, и блочный синтез, в процессе которого полисахаридная цепь с
регулярной структурой создается последовательным наращиванием
готовых олигосахаридных звеньев. Этим вторым путем осуществляется,
например, биосинтез большого количества полисахаридов бактерий -
компонентов клеточной стенки и мембраны, а также внеклеточных
полисахаридов.
В ходе этого процесса микробная клетка использует большой набор
ферментов, который обеспечивает биосинтез соответствующих
мономеров, превращение, их в активированные биосинтетические
предшественники и, наконец, их включение в полисахаридную цепь. В рамках
настоящей монографии нет необходимости рассматривать весь огромный
материал, посвященный этому вопросу, который представлен в превосходных
обзорах [1, 2]. В дальнейшем будут кратко рассмотрены данные,
имеющие лишь непосредственное отношение к развитию
химико-ферментативного синтеза полисахаридов.
Разработка этого метода основана на воспроизведении и расширении
второго из указанных путей - блочного биосинтеза полисахаридов.
Создание полисахаридной цепи этим путем разбивается на два этапа:
вначале происходит сборка олигосахаридного повторяющегося звена, ко-
194
торое затем полимеризуется, образуя регулярно построенную
полисахаридную цепь. Олигосахаридный фрагмент синтезируется
последовательным наращиванием моносахаридных звеньев на липофильном носителе.
В микробном мире таким носителем являются высшие алифатические
непредельные спирты - полипренолы С55-С6о типа 1, состоящие из
изопреноидных звеньев с определенным содержанием и
последовательностью цис- и /лракс-двойных связей.
^CH-CHg—[H^" -чН
-ОН
If
1
Олигосахаридный фрагмент собирается на пирофосфатном
производном полипренола (с использованием в качестве источника
моносахаридных остатков соответствующих нуклеозиддифосфосахаров) следующим
образом (схема 1). Первый моносахаридный остаток в виде гликозилфос-
Схеиа 1
K1-p-p-Sug1 Ng-p-p-Sugg
Pre-p » Sug.|-p-p-Pre > Sugg-Sug.1 -p-p-Pre
N3-p-p-Sug3
» Sug3-Sug2-Sug1 -p-p-Pre и т.д.
p - фосфатная группировка, Pre - остаток полипренола,
N-p-p-Sug - нуклеознддифосфатсахар
фата переносится из нуклеозиддифосфатсахара на полипренилфосфат
под действием соответствующей трансферазы. Далее также под
действием специфических гликозилтрансфераз переносятся следующие
моносахаридные остатки, донором которых также являются
нуклеозиддифосфатсахара. Трансферазы обладают высокой специфичностью по
отношению как к донору, нуклеозиддифосфатсахару, так и к акцептору,
т.е. моносахариду, находящемуся на невосстанавливающем конце
растущей олигосахаридной цепи. Особенно существенно подчеркнуть, что
трансфераза обеспечивает при этом строгую стерео- и региоспецифич-
ность вновь возникающей гликозидной связи, обеспечивая тем самым
строгую регио- и стереоспецифичность сборки олигосахаридного
предшественника в целом. Таким путем олигосахаридная цепь строится,
начиная с восстанавливающего конца, на котором оказывается остаток
пирофосфата полипренола.
На втором этапе биосинтеза этот полипренилпирофосфатолигосаха-
рид подвергается реакции полимеризации под действием специфической
полимеразы. Реакция протекает таким образом, что олигосахаридные
фрагменты соединяются друг с другом, образуя регулярную цепь,
построенную из повторяющихся олигосахаридных звеньев, а освобо-
195

Схема 2
Sugg-Sugg-Sv^ -P-P-Pre—- 3ug3-Sug2-Sug1-(Sug3-Sug2-Sug1 ^-Su^-Sugg-Sug^
+ np-p-Pre
дившийся пирофосфат полипренола возвращается в кругооборот
биосинтетического процесса (схема 2). Специфичность полимеразы
обеспечивает регио- и, что особенно важно, полную стереоспецифичность
образования гликозидных связей, возникающих между повторяющимися
олигосахаридными звеньями полисахаридной цепи.
Этот путь биосинтеза был продемонстрирован для целого ряда О-анти-
генных полисахаридов [1], причем в каждом случае промежуточный поли-
пренилпирофосфатолигосахарид включал бактериальный полипренол, а
полимеризация проходила под действием специфической полимеразы из
данного микроорганизма.
Два обстоятельства позволяют придать этому пути формирования
полисахаридной цепи более общий характер и использовать его в
препаративных целях для получения более широкого круга полисахаридов
методом химико-ферментативного синтеза.
Прежде всего оказалось, что полимеразы, выделенные из
микроорганизма, не имеют очень узкой специфичности по отношению к структуре
олигосахаридного фрагмента полипренилпирофосфатолигосахарида,
являющегося биосинтетическим предшественником. Этот фрагмент может
содержать набор моносахаридных звеньев, их последовательность и типы
гликозидных связей, несколько отличающиеся от природного субстрата,
т.е. природного полипренилпирофосфатолигосахарида, который полиме-
ризует фермент, находящийся в клетке данного микроорганизма.
Существенно, что и олигосахаридные звенья модифицированного поли-
пренилпирофосфатолигосахарида полимеризуются при этом также с
соблюдением регио- и стереоспецифичности, как и в случае
полимеризации природного субстрата-предшественника. Таким образом
открывается возможность синтеза довольно широкого круга аналогов
природных полисахаридов регулярного типа, интересных для дальнейшего
биологического изучения.
Далее было выяснено, что структура липофильной составляющей
полипренилпирофосфатолигосахарида, самого полипренола, также не
является строго специфичной и природный полипренол может быть
заменен другими близкими по структуре спиртами полиизопреноидного
типа. Полимераза работает и в этом случае, хотя эффективность
полимеризации, конечно, зависит в определенной степени от структуры
полипренола. Это обстоятельство позволило вместо бактериального
полипренола, находящегося в микробной клетке в чрезвычайно малых
количествах, использовать доступные полипренолы растительного
происхождения.
Таким образом, открылась реальная возможность для синтеза
регулярных полисахаридов с повторяющимися олигосахаридными звеньями
подвергать полимеризации под действием микробных полимераз предшест-
196
венники, получаемые химическим синтезом, включающие в качестве ли-
пофильного фрагмента остатки доступных растительных полипренолов и
содержащие модифицированные олигосахаридные фрагменты.
Развиваемый на этой основе подход, химико-ферментативный синтез
■полисахаридов, является существенным дополнением к чисто химическим
методам, описанным в предыдущих главах. Особенно важно, что он
открывает пути синтеза полисахаридов, содержащих как 1,2-транс-, так и
1,2-цис-гликозидные связи между повторяющимися олигосахаридными
' звеньями, поскольку конфигурация новой, возникающей при
полимеризации гликозидной связи определяется специфичностью
соответствующей полимеразы.
Хотя общие принципы этого нового пути синтеза регулярных
полисахаридов представляются достаточно четкими, в настоящее время метод
еще не разработан в должной мере. Для его стандартного препаративного
i использования предстоит еще определить его границы,
усовершенствовать выделение полимераз, изучить их стабильность и условия
регенерации, оптимизировать условия ферментативной полимеризации и
выделение продукта реакции и т.д.
До настоящего времени химико-ферментативный метод применялся
пока только для синтеза ряда регулярных полисахаридов, относящихся к
; О-антигенным полисахаридам микробного происхождения, как природ-
; ных, так и их аналогов, в том числе содержащих радиоактивную метку.
Синтезы эти проводились в микромасштабе и их целью было выяснение
главного вопроса о том, каковы в общих чертах границы успешного
использования полимераз в зависимости от степени модификации
предшественника - полипренилпирофосфатолигосахарида. Полученные
результаты существенны для общей оценки метода и перспективы его
использования в более крупных масштабах.
Химико-ферментативный подход к синтезу полисахаридов состоит,
таким образом, из двух методически достаточно различных этапов:
синтеза липидного предшественника - полипренилпирофосфатолигоса-
харида - и его ферментативной полимеризации.
8.1. Синтез полипренилпирофосфатолигосахаридов
Для химического синтеза полипренилпирофосфатолигосахарида, оли-
госахарид, представляющий собой повторяющееся звено будущего
регулярного гетерополисахарида, превращается в 1-О-фосфат, содержащий
' фосфатную группу у аномерного центра восстанавливающего звена;
полипренол также переводится в фосфат, и затем оба реагента
подвергаются пирофосфатной конденсации (см. обзор [3]).
8.1.1. Синтез 1-О-фосфатов олигосахаридов
| Олигосахариды являющиеся повторяющимися звеньями микробных
1 полисахаридов и их модифицированных аналогов, могут быть получены
> хорошо известными химическими методами синтеза, а также и биосин-
! 197
';•
к

тетически с использованием соответствующих гликозилтрансфераз. Этот
вопрос освещен в многочисленных обзорах и не будет здесь
рассматриваться. Некоторые примеры химического синтеза олигосахаридов
можно найти и в предыдущих разделах монографии.
В полипренилпирофосфатолигосахаридах, являющихся
предшественниками биосинтеза микробных полисахаридов, 1-О-фосфат олигосаха-
ридного фрагмента имеет 1,2-цис-конфигурацию (а-конфигурация для
глюко- и галакгао-рядов). Это требование должно быть выполнено и для
предшественника, получаемого синтетическим путем.
Из известных методов получения 1-О-фосфатов с
1,2-цис-конфигурацией наиболее удобным оказался метод фосфорилирования, основанный
на сплавлении 1-О-ацетатов Сахаров с безводной фосфорной кислотой,
хорошо известный для получения 1-О-фосфатов моносахаридов [4].
После того, как выяснилось [5], что в этих жестких условиях гликозидная
связь в олигосахариде обладает достаточной устойчивостью, метод был
использован для фосфорилирования сложных олигосахаридов,
являющихся повторяющимися звеньями микробных полисахаридов [6].
С этой целью соответствующий свободный олигосахарид
превращается в полный ацетат, который затем нагревается в течение 2-5 ч с
безводной фосфорной кислотой при 70°С. В этих условиях первоначально
образующийся 1,2-гаранс-фосфат превращается в термодинамически
более устойчивый 1,2-цыс-фосфат, который выделяется ионообменной
хроматографией. Этим методом с выходами 40-50% были получены
фосфаты ряда ди- и трисахаридов, которые выделялись обычно в виде
триэтиламмониевых солей. Структура полученных соединений
контролируется анализом и ЯМР-спектроскопией, которая позволяет, в
частности, установить 1,2-цис-конфигурацию полученного фосфата.
8.1.2. Синтез фосфатов полипренолов
Как было отмечено (см. с. 196), структура липидной части полипренил-
пирофосфатолигосахарида не отличается очень узкой специфичностью и
в реакцию полимеризации могут вступать и производные других спиртов
полиизопреноидного типа, в том числе и синтетические изопреноиды с
относительно короткими алифатическими цепями (до С3о) [7].
Существенным, однако, является наличие в а-концевом изопреноидном звене
метильной группы [8] и Z-конфигурации двойной связи [7]. В то же время
активность полипренилпирофосфатолигосахарида как субстрата в
реакциях полимеризации в определенной степени зависит от структуры
липидной части и заметно падает с уменьшением длины цепи [7].
Для получения полисахаридов методом химико-ферментативного
синтеза в качестве полипренола оказалось наиболее целесообразным
использовать природный растительный полипреноидный спирт -
морапренол. Он был выделен из листьев шелковицы Moms alba и для
него с помощью 13С-ЯМР-спектроскопии была установлена [9] структура
1 (п = 3, т = 1), которая оказалась идентичной структуре фикапренола из
листьев фикуса [10]. Этот доступный полипренол, структура которого не
198
[ишком сильно отличается от структуры бактериального полипренола,
|бразует полипренилпирофосфатолигосахариды, достаточно активные в
условиях полимеризации [И, 12].
Известны несколько методов фосфорилирования, пригодных для
получения фосфатов полипренолов, в том числе взаимодействие трихлорацет-
имидата полипренола с фосфорной кислотой [13, 14]. Однако в настоящее
время наиболее эффективным и универсальным методом получения
фосфатов пренолов следует считать конденсацию полипренола с
моно(тетра-н-бутил)аммонийфосфатом в присутствии трихлорацетони-
трила в хлороформе или дихлорметане (схема 3). Выходы фосфата при
этом составляют -80% [15, 16].
Схеиа 3
0
R СНрОН . J СС13Ш К C^O-J-O"
r' ^ 4 I R' ^ 6
8.1.3. Синтез полипренилпирофосфатолигосахаридов
Синтез этих соединений из гликозил- и полипренилфосфатов сводится
к образованию пирофосфатной связи. Обычно эта связь получается при
взаимодействии двух фосфатов, из которых один активирован
образованием смешанного эфира или фосфоамидатной связи, что повышает
электрофильность атома фосфора фосфатной группы, атакуемой
кислородом другой фосфатной группировки. Применение классического
метода образования пирофосфатов взаимодействием смешанного эфира
полипренилфосфата и ди-О-фенилфосфорной кислоты с О-ацетили-
рованными производными гликозилфосфата [17] не дает
удовлетворительных результатов из-за низких выходов и трудностей депротек-
тирования полученных ацетатов полипренилпирофосфатолигосахаридов.
В связи с этим существенным достижением явилась разработка нового
метода синтеза полипренилпирофосфатолигосахаридов, основанного на
взаимодействии незащищенного олигосахаридфосфата с активированным
фосфатом полипренола, что достигается переводом последнего в
соответствующий фосфоимидазолид (схема 4) [18]. Так, например,
аммонийная соль полипренилфосфата 2 обрабатывается М,1Ч'-карбонил-
диимидазолом или 1Ч,1Ч'-сульфинилдиимидазолом и образовавшийся
полипренилфосфоимидазолид 3 при взаимодействии с бистриалкилам-
монийной солью Р-0-маннопиранозил-(1-4)-а-Ь-рамнопиранозил-(1-3)-а-
D-галактопиранозилфосфата 4 в смеси тетрагидрофуран-диметилсуль-
фоксид дает соответствующий полипренилпирофосфатолигосахарид 5,
который не нуждается в депротектировании и очищается ионообменной
хроматографией на ДЕАЕ-целлюлозе. Метод имеет общий характер и с
его помощью химическим путем были синтезированы различные по
199

о
II
RO-P-O
i
О
о
Схема 4
CHjOH
RO-Ji'-N
О"
3
W
сн2он сн2он
НО ОН ОН О
у^ 4
сн2он сн2он
1,0,11 ' ^—f HO*-^0-P-0-P-OR
но он он о- о-
R = полмпренил
строению полипренилпирофосфатолигосахариды, которые могут
служить субстратами в реакции ферментативной полимеризации. Этим
путем были приготовлены производные ди- и трисахаридов,
составляющих фрагменты повторяющихся звеньев полисахаридов из некоторых
сальмонелл и их аналогов (см., например, [19]), в том числе содержащие
радиоактивную метку [20].
Границы химико-ферментативного подхода к синтезу регулярных
полисахаридов очень сильно расширяются благодаря тому, что для
получения полипренилпирофосфатных производных олигосахаридов
кроме чисто химического синтеза широко могут быть применены схемы с
частичным использованием ферментативных реакций. Поэтому имеются
широкие возможности построения олигосахаридного звена введением в
его основную цепь с помощью ферментативных реакций моносахаридных
остатков, не входящих в состав природных полисахаридов. Таким путем,
например при использовании соответствующих гликозилтрансфераз и
нуклеозиддифосфатсахаров, была получена серия аналогов полипренил-
пирофосфатолигосахаридов типа Sug3-Rha-Sug,-0-P-0-P-Pre,
содержащих вместо D-галактозы (Sugj) остатки D-фукозы, D-талозы и
D-глюкозы, а вместо D-маннозы (Sug3) - остаток D-глюкозы [21]. Другим
интересным путем модификации полипренилпирофосфатолигосахаридов
с использованием ферментативных реакций является введение в
линейный олигосахаридный фрагмент заместителей. Так, в линейный
трисахарид типа Man-Rha-Gal был введен в качестве боковой группы
остаток абеквозы [22].
Таким образом, сочетание химического синтеза с одновременным
использованием ферментативных реакций дало возможность получить
довольно широкий круг полипренилпирофосфатолигосахаридов, различаю-
200
[щихся структурой углеводной части. Эти соединения оказались важным
анструментом для первых принципиальных оценок границ реакции
ферментативной полимеризации и, следовательно, химико-ферментативного
летода синтеза полисахаридов.
8.2. Ферментативная полимеризация
Ключевой стадией химико-ферментативного синтеза регулярных
полисахаридов, которая определяет эффективность и границы его
препаративного использования, является реакция полимеризации полипренил-
пирофосфатолигосахаридов. Эта стадия проходит под действием
бактериальных полимераз, которые встроены в цитоплазматическую
мембрану стенки микроорганизма и прочно с нею связаны.
Многочисленные попытки отделить фермент от мембраны ("солюбилизация") для
получения его в очищенном виде не дали положительного результата, так
как фермент быстро терял свою активность, что связано, скорее всего, с
изменением конформации белковой цепи, происходящим при отрыве
фермента от фиксирующей его матрицы. В то же время очистка
полимеразы является существенным моментом не только для повышения
ее активности. Дело в том, что в бактериальной стенке всегда
присутствует очень небольшое количество природного эндогенного
полисахарида, который после проведения полимеризации с использованием
полимеразы бывает трудно отделить от получаемого синтетического
биополимера. Поскольку при получении полимеразы из микробной массы некоторое
количество эндогенного полисахарида может попасть в препарат
полимеразы, это может сильно затруднить оценку результатов
ферментативной полимеризации и снизить препаративную ценность метода. В
связи с этим была разработана методика, позволяющая получать
очищенный препарат полимеразы, который имеет значительно более
высокую активность, практически не содержит примеси эндогенного
полисахарида и вполне пригоден для препаративного использования [23].
Важнейшим вопросом, определяющим практическую ценность
химико-ферментативного метода, являются границы специфичности
полимеразы, выделяемой из данного рода бактерий, по отношению к
структуре субстрата - полипренилпирофосфатолигосахариду, а именно к
его углеводной части. Поскольку химико-ферментативной метод
находится на ранней стадии разработки, в настоящее время могут быть отмечены
лишь общие черты зависимости эффективности ферментативной
полимеризации от строения олигосахаридной части. Имеющиеся в настоящее
время данные по химико-ферментативному синтезу относятся пока
только к синтезу регулярных гетерополисахаридов, являющихся О-антиген-
ными полисахаридами грамотрицательных бактерий. Возможность его
использования для синтеза других полисахаридов регулярной структуры
остается пока открытой.
Специфичность полимераз исследована на примере получения О-анти-
генных полисахаридов различных групп сальмонелл. Полимеразы,
выделенные из сальмонелл группы Е (5. anatum, S. senftenberg), с одной сто-
201

роны, обеспечивают [1,2] синтез полисахаридов, в основе которых лежит
линейная цепь, состоящая из повторяющихся звеньев
... -6-P-D-Man-1 -4-a-L-Rha-1 -3-a-D-Gal-..
С другой стороны, полимераза из 5. newington обеспечивает
полимеризацию такого же олигосахаридного звена, но с образованием Р-галак-
тозилманнозной связи
... -6-P-D-Man-l-4-a-L-Rha-1 -3-P-D-Gal-...
Природные бактериальные полисахариды синтезируются
полимеризацией полипренилпирофосфатолигосахаридов, имеющих строение,
соответствующее этому повторяющемуся звену, Man-Rha-Gal-p-p-Pre.
Оказалось, что полимеразы из этих микроорганизмов способны обеспечить
полимеризацию полипренилпирофосфатолигосахаридов и с
модифицированным трисахаридным звеном типа Sug3-Rha-Sugi-p-p-Pre [24]. Так,
например, полимеразы из 5. anatum и S. senftenberg способны полимери-
зовать полипренилпирофосфатолигосахариды, в которых остаток
галактозы может быть заменен на остаток D-талозы (Sugi = D-Tal),
D-фукозы (Sug! = D-Fuc) или D-глюкозы (Sugj = D-Glc); выход
соответствующего полисахарида при этом снижается по сравнению с выходом
при биосинтезе природного немодифицированного полисахарида, но
составляет тем не менее 25-50%. Остаток маннозы может быть также
замещен на остаток глюкозы (Sug3 = D-Glc), хотя выход полисахарида
составляет только 23% [21]. Этим путем, полимеризацией
соответствующих полипренилпирофосфатолигосахаридов (которые получены чисто
химическим или химико-ферментативным путем) при действии полимераз
из 5. anatum, были синтезированы аналоги О-антигенных полисахаридов
сальмонелл 6-9 [21, 25]. Существенно подчеркнуть, что во всех случаях
модифицированные трисахаридные звенья полимеризовались строго
стереоспецифично и, как и при полимеризации природного субстрата,
связывались только ос-связями.
...6)-P-D-Man-(l-4)-a-L-Rha-(l-3)-a-D-Fuc-(l- 6
...6)-P-D-Man-(l-4)-a-L-Rha-(l-3)-a-D-Tal-(l- 7
.. .6)-P-D-Man-( l-4)-a-L-Rha-( l-3)-a-D-Glc-( 1- 8
...6)-P-D-Glc-(l-4)-a-L-Rha-(l-3)-a-D-Gal-(l- 9
...6)-P-D-Man-(l-4)-a-L-Rha-(l-3)-P-D-4d-Glc-(l- 10
где 4d-Glc - 4-дезоксиглюкоза
.. .6)-P-D-Man-( 1 -4)-a-L-Rha-( 1 -3)-P-D-Tal-( 1 - И
...6)-P-D-Man-(l-4)-a-L-Rha-(l-3)-P-D-Glc-(l- 12
...4)-P-L-Rha-(l-2)-a-D-Man-(l-2)-a-D-Man-(l-3)-p-D-Glc-(l... 13
...4)-P-L-Rha-(l-2)-a-D-Man-(l-2)-a-D-Man-(l-3)-P-D-Tal-(l... I4
С другой стороны, если полимеризацию проводить, используя поли-
меразу из другого микроорганизма - S. newington, которая обеспечивает
202
создание Р-связей между повторяющимися олигосахаридными звеньями,
то модифицированные звенья, содержащие в качестве концевого
моносахарида вместо галактозы остаток талозы (Sug] = D-Tal), глюкозы
(Sug[ = D-Glc) или 4-дезоксиглюкозы (Sug! = D-4d-Glc), связываются уже
Р-гликозидными связями, что было доказано мягким кислотным
гидролизом с последующим ферментативным гидролизом фрагментов,
содержащих вновь образовавшуюся гликозидную связь [26]. Таким образом были
получены аналоги О-антигенных полисахаридов 10-12 [25].
Это подчеркивает очень важное для ферментативной полимеризации
полипренилпирофосфатолигосахаридов обстоятельство - полимераза из
данного микроорганизма обеспечивает строгую стереоспецифичность
реакции полимеризации и для модифицированных аналогов, причем
конфигурация вновь образующейся при ферментативной полимеризации
связи определяется специфичностью соответствующей полимеразы.
Имеются также предварительные данные о влиянии модификации
структуры повторяющегося звена на эффективность ферментативной
полимеризации при синтезе основной цепи О-антигенного полисахарида
сальмонелл, относящихся к серогруппам Сг и С3 (S. newport, S. kentucky),
которые состоят из повторяющихся звеньев
4-P-L-Rha-(l-2)-a-D-Man-(l-2)-a-D-Man-(l-3)-P-D-Gal,
связанных P-l-4-связью. Оказывается, что полимераза из указанных
микроорганизмов также способна успешно полимеризовать не только
полипренилпирофосфаттетрасахариды природного состава, но и
модифицированные производные, полученные ферментативным
синтезом с помощью соответствующих трансфераз, в которых остаток галак-
трзы замещен на глюкозу или талозу. Выходы образующихся при этом
модифицированных полисахаридов 13 и 14 мало отличаются от выходов
полисахаридов, полученных при полимеризации полипренилпирофос-
фатолигосахарида природного состава [27]. Замена в полипренил-
пирофосфатолигосахариде - предшественнике биосинтеза этой группы
сальмонелл - звеньев D-маннозы на звенья 3-дезокси- и 6-дезокси-Е)-ман-
ноз также не препятствует полимеризации, хотя выход
модифицированных полисахаридов ниже и составляет соответственно 30 и 60% для
соединений, включающих 6- и 3-дезоксиманнозу вместо маннозы [28].
Поскольку большое количество О-антигенных полисахаридов имеют
разветвленное строение, важны данные об эффективности
ферментативной полимеризации не только линейных, но и модифицированных
разветвленных полипренилпирофосфатолигосахаридов. Оказалось, что
микробные полимеразы не проявляют очень узкую специфичность и в этом
случае. Так, например, полипренилпирофосфатолигосахарид, имеющий
повторяющееся звено
a-D-Man-(l-4)-a-L-Rha-(l-3)-D-Gal
6
I
1
а - D- Glc
203

полимеризуется под действием полимераз из 5. anatum и 5. senftenberg с
образованием соответственно а- или Р-1,6-связей между звеньями;
полимераза из 5. typhimurium дает полисахарид с а-1,2-связями между
повторяющимися звеньями [29]. Выходы соответствующих
полисахаридов составляют 40-60%.
С другой стороны, показано [30], что полимеразы из 5. typhimurium и
5. anatum могут успешно полимеризовать липидный предшественник,
содержащий олигосахаридный фрагмент, в котором остаток глюкозы
присоединен к галактозе и 1,4-связью.
a-D-Man-(l-4)-a-L-Rha-(l-3)-D-Gal
4
I
1
(а или P)Glc
При этом с выходами 40-60% образуются полисахариды, в которых
повторяющиеся звенья связаны соответственно а-1,2- или а-1,6-глико-
зидными связями.
Оказалось также, что химико-ферментативным методом можно
осуществить и синтез разветвленных полисахаридов сальмонелл,
относящихся к группам С2 и С3.
Имеющиеся данные указывают, что полимераза 5. kentucky, а также
5. newport не обладает узкой специфичностью; это позволило их
использовать для получения аналогов природных полисахаридов, в которых
боковой остаток глюкозы привязан связью самого различного типа.
Так, полимераза из 5. kentucky способна полимеризовать с образованием
Р-1,4-связей полипренилпирофосфатолигосахариды, содержащие
фрагменты
P-L-Rha-(l-2)-a-D-Man-(l-2)-a-D-Man-(l-3)-Gal
I
Glc
в которых боковой остаток глюкозы присоединен 1,4-а-, 1,4-Р-, 1,2-а- и
1,2-Р-связями [31].
Не слишком нарушает эффективность полимеризации и более
глубокая модификация олигосахаридной составляющей липидного
предшественника. Например, введение второго заместителя в олигосахаридную
часть липидного предшественника полисахарида сальмонелл группы В,
уже содержащего боковой остаток глюкозы, связанный с галактозой, а
именно остатка абеквозы, присоединенного к маннозе, не препятствует
полимеризации под действием полимеразы из 5. typhimurium. Хотя выход
полисахарида при этом и понижается, но таким путем удается получить
полисахариды с двумя боковыми заместителями в повторяющемся звене
[22]. Таким путем синтезирован полисахарид с остатками глюкозы,
связанными как а-, так и Р-связями, что еще раз подчеркивает достаточно
широкую специфичность полимеразы.
Аналогично удалось осуществить полимеризацию модифицированных
204
липидных предшественников полисахаридов сальмонелл группы С, также
имеющих двойное разветвление, когда наряду с остатком глюкозы,
привязанным к галактозе, имеется остаток абеквозы, привязанный к рамно-
зе[31].
Структура полученных химико-ферментативным методом
полисахаридов в отдельных случаях была подтверждена метилированием и
периодатным окислением. Малые количества полученных указанным
путем модифицированных полисахаридов не позволили пока подтвердить
их строение с помощью 13С-ЯМР-спектроскопии. Нужно, однако, принять
во внимание, что структура самого модифицированного повторяющегося
олигосахаридного звена вытекает из данных химического синтеза или
следует из специфичности гликозилтрансфераз, используемых для их
ферментативного синтеза. Повторяемость в полисахариде олигосахарид-
ных звеньев также не может вызывать сомнение. В связи с этим в
подтверждении нуждается лишь характер гликозидной связи, возникающей
при ферментативной полимеризации, особенно ее конфигурация. Регио-
специфичность образования этой связи в отдельных случаях
подтверждалась метилированием (см., например, [25]), а стереоспецифичность -
почти во всех случаях - с помощью гидролиза специфическими
ферментами, что позволяет уверенно различать а- и Р-конфигурацию этой
связи.
Таким образом, полученные с помощью химико-ферментативного
синтеза полисахариды имеют регулярную структуру как в регио-, так и в
стереохимическом отношении. Степень полимеризации полученных
полимеров оценивалась по данным хроматографии; обычно полисахарид
включал 5-8 повторяющихся звеньев.
При рассмотрении вопроса о специфичности действия полимераз и
границах их использования для полимеризации модифицированных
субстратов необходимо отметить еще одну важную особенность, с которой
нужно считаться при использовании ферментативной полимеризации.
При полимеризации модифицированного субстрата различными полиме-
разами даже из родственных бактерий результаты иногда заметно
различаются. Так, например, при полимеризации полипренилпи-
рофосфатолигосахарида, содержащего вместо остатка галактозы остаток
глюкозы Man-Rha-Glc-p-p-Pre (см. с. 200), с использованием полимераз из
5. newington выход полисахарида с 1,6-Р-связью между повторяющимися
звеньями составляет 60%, полимеразы из 5. anatum полисахарида с 1,6-а-
связями - 25%, полимеразы из 5. typhimurium полисахарида с 1,2-а-связями
- всего 9% [24]. Чаще, однако, происхождение полимеразы сказывается
гораздо меньше. Так, например, полимеризация полипренилпирофосфат-
олигосахарида, являющегося предшественником биосинтеза
полисахаридов сальмонелл групп С2 и С3, в котором остаток галактозы замещен на
остаток глюкозы или талозы (см. с. 203), проходила под действием
полимеразы из 5. newport и 5. kentucky с близкими выходами [27].
Тем не менее при выборе источника полимеразы для препаративного
синтеза модифицированного полисахарида иногда следует принимать во
внимание структуру природного полисахарида, который синтезирует
данная полимераза в клетке.
205

* * *
Приведенные выше данные суммируют первые результаты
использования химико-ферментативного подхода к синтезу регулярных
полисахаридов. Несмотря на то, что видны еще только общие контуры метода,
ясно, что он открывает новые интересные возможности для получения
малодоступных, а часто практически недоступных полисахаридных
структур. Наиболее важным моментом является определение границ
применимости соответствующей полимеразы. К сожалению, даже
ориентировочное предсказание по этому поводу крайне затруднительно из-за
отсутствия данных о молекулярной структуре этих ферментов и механизме
их действия. Поэтому пока приходится использовать опытный подбор
источника полимеразы, который должен учитывать структуру
полисахарида, продуцируемого ферментом в естественных условиях.
Накопленный до сегодняшнего дня материал относится только к
химико-ферментативному синтезу О-антигенных полисахаридов
микробного происхождения. Использование этого подхода для получения
полисахаридов других классов, для которых доказан блочный механизм
биосинтеза и который проходит посредством полимеризации полипренилпирофос-
фатолигосахаридных предшественников, является важным и интересным
направлением исследования. Однако уже в своем настоящем виде, пока
ограниченном только одним классом микробных полисахаридов, он в
дополнение к химическим методам позволяет получать широкий круг
полисахаридов с тонкой локальной модификацией, в том числе и с
локальной радиоактивной меткой, которые могут оказаться очень
полезным средством при исследовании вопросов иммунохимии, структуры и
специфичности антигенов ряда патогенных микроорганизмов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Shibaev V.N. //Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 1986. Vol. 44. P. 277-339.
2. Шибаев В.Н. //Успехи биол. химии. 1982. Т. 23. С. 61-101.
3. Danilov L.L., Shibaev V.N. Studies in natural products chemistry / Ed. Atta-ur-Rahman.
Amsterdam: Elsevier, 1991. Vol. 8. P. 63-114.
4. D. McDonald. Methods carbohydrate chemistry / Ed. R. Whistler, J.N. BeMiller. N.Y.: Acad,
press, 1972. Vol. 6. P. 389-392.
5. Шибаев В.Н., Кусов Ю.Ю., Троицкий М.Ф. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1974.
МЫ. С. 182-184.
6. Danilov L.L., Troitzky M.F., Utkina N.S. et al. // Carbohydr. Res. 1980. Vol. 87, № 1.
P. 141-146.
7. Веселовский В.В., Лозанова А.В., Новикова М.А. к др. // Докл. АН СССР. 1985.
Т. 280, № 4. С. 885-887.
8. Калинчук Н.А., Данилов ЛЛ., Дружинина Т.Н. и др. // Биоорган, хим. 1991. Т. 17,
№ 2. С. 268-272.
9. Вергунова Г.И., Глуходед И.С., Данилов Л Л. и др. //Там же. 1977. Т. 3, № 11.
С. 1484-1492.
10. Tanaka Y., Тапака М. Ц Biochem. J. 1979. Vol. 183, № 1. P. 163-165.
11. Шибаев В.Н., Кусов Ю.Ю., Дружинина Т.Н. и др. // Биоорган, хим. 1978. Т. 4, № 1.
С. 47-56.
12. Шибаев В.Н, Дружинина Т.Н., Попова А.Н. и др. // Ibid. 1979. Т. 5, № 7. С. 1071-1082.
13. Данилов ЛЛ., Шибаев В.Н., Кочетков Н.К. II Ibid. 1983. Т. 9, № 6. С. 844-845.
14. Danilov L.L., Shibaev V.N., Kochetkov N.K. II Synthesis. 1984, № 5. P. 404-406.
15. Данилов ЛЛ., Мальцев СВ., Шибаев В.Н. II Биоорган, хим. 1988. Т. 14, № 9.
С. 1287-1289.
206
16. Danilov L.L., Druzhinina T.N., Kalinch.uk NA. et al. // Chem. Phys. Lipids. 1989. Vol. 51.
P. 191-203.
17. Warren CD., Jeanioz R.W. // Biochemistry. 1972. Vol. 11. P. 1565-2572.
18. Danilov L.L., Maltsev S.D., Shibaev V.N. et al. // Carbohydr. Res. 1981. Vol. 88, J* 2.
P. 203-211.
19. Данилов ЛЛ., Уткина НС, Шибаев В.Н. и др. // Биоорган, хим. 1981. Т. 7, № 11.
С.1718-1722.
20. Шибаев В.Н., Дружинина Т.Н., Калинчук Н.А. и др. // Ibid. 1983. Т. 9, № 4. С. 564-565.
21. Кочетков Н.К., Шибаев В.Н., Дружинина Т.Н. и др. //Докл. АН СССР. 1982. Т. 262,
№6. С. 1393-1397.
22. Дружинина Т.Н., Сизова О.В., Шибаев В.Н. и др. // Биоорган. хим. 1988. Т. 14, J* 10.
С. 1419-1427.
23. Калинчук НА., Дружинина Т.Н., Шибаев В.Н. II Докл. АН СССР. 1983. Т. 283, J* 2.
С. 480-482.
24. Шибаев В.Н. II Прогресс химии углеводов. М.: Наука, 1985. С. 165-170.
25. Дружинина Т.Н., Калинчук Н.А., Шибаев В.Н. и др. // Биоорган. хим. 1988. Т. 14,
№11. С. 1586-1588.
26. Дружинина Т.Н., Шибаев В.Н., Кочетков Н.К. и др. // Там же. 1984. Т. 10, № 11.
С. 1548-1559.
27. Дружинина Т.Н., Гогилашвили Л.М., Сизова О.В. и др. // Там же. 1986. Т. 12, J* 12.
С.1589-1596.
28. Дружинина Т.Н., Гогилашвили Л.М., Шибаев В.Н. //Там же. 1988. Т. 14, № 9.
С.1242-1249.
29. Шибаев В.Н., Дружинина Т.Н., Гогилашвили Л.М. и др. // Докл. АН СССР. 1983.
Т. 270, № 1.С. 897-899.
30. Торгов В.И., Дружинина Т.Н., Нечаев О.А. и др. // Биоорган, хим. 1987. Т. 13, № 7.
С. 947-957.
31. Дружинина Т.Н., Сизова О.В., Шибаев В.Н. //Там же. 1990. Т. 16, № 6. С. 822-829.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этой монографии представлены первые данные по синтезу
полисахаридов регулярного строения. Таким образом, вслед за белками и
нуклеиновыми кислотами для этих биополимеров также открыты пути
направленного химического синтеза, чем сделан серьезный шаг вперед
в химии этого важнейшего класса природных биологически активных
веществ, отличающихся очень сложной структурой.
Решение этой задачи потребовало разработки новых подходов,
принципиально отличных от хорошо известной, ставшей уже классической
стратегии синтеза белков и нуклеиновых кислот. Это определялось
коренным различием в архитектонике огромного количества
полисахаридов, которые построены как регулярные блок-полимеры, состоящие
из моно- или олигосахаридных звеньев. Отсюда следовало, что для
получения регулярных полисахаридов с достаточно большой
молекулярной массой стандартная схема синтеза биополимеров, основанная на по-
стадийном наращивании мономерных единиц или коротких блоков,
представлялась малоцелесообразной. Напротив, наиболее логичной
оказалась стратегия, основанная на полимеризации или поликонденсации
соответствующих мономеров, производных моно- или олигосахаридов,
имеющих функциональные группировки, позволяющие реализовать эти
процессы.
Для получения полисахарида, в котором полимерная цепь построена
полностью регулярно методом полимеризации/поликонденсации,
необходимым условием является полное соблюдение регио- и стереорегулярнос-
ти процесса. Очевидно, что даже незначительные отклонения неизбежно
приведут к получению нерегулярного биополимера, у которого изменены
физико-химические и как неизбежное следствие биологические свойства.
Следует подчеркнуть, что полимеризация или поликонденсация столь
сложных по строению мономеров, содержащих большое количество
функциональных, прежде всего гидроксильных, групп не имеет близких
аналогий в современной практике получения синтетических полимеров.
Соблюдение строгой специфичности в процессе роста полисахаридной
цепи означает, что возникающая во время
полимеризации/поликонденсации гликозидная связь должна быть совершенно однозначной и
связывать мономерные единицы в синтетическом полисахариде всегда с
одной и той же определенной гидроксильной группой (региоспецифич-
ность) и иметь всегда одну и ту же конфигурацию (стереоспецифичность).
Решение проблемы региоспецифичности достигается относительно
несложным стандартным для химии Сахаров приемом - использованием
защитных групп разной степени устойчивости. Напротив, обеспечение
208
стереоспецифичности процесса полимеризации/поликонденсации
встретило принципиальные затруднения.
Обеспечение полной стереохимической однозначности возникающей
при полимеризации/поликонденсации глюкозидной связи означает, что
элементарный акт этого процесса - возникновение гликозидной связи
между мономерными единицами - должен протекать с полной,
абсолютной стереоспецифичностью. Между тем методы гликозилирования,
известные к началу работ по синтезу полисахаридов, да и разработанные
позднее, не обеспечивали такой полной специфичности.
В этой связи ключевой проблемой, определяющей успех в решении
задачи - синтезе регулярных полисахаридов, являлась разработка
полностью стереоспецифических методов гликозилирования. Далее, для того
чтобы эти методы могли быть положены в основу новых процессов
полимеризации/поликонденсации, они должны быть достаточно
эффективными, обеспечивая рост цепи полимера должной длины. При этом
исходные мономеры, т.е. функционализированные производные моно- и
олигосахаридов, должны быть устойчивы и удобно и стандартно
получаться из исходных углеводов.
Первые успехи синтетической химии полисахаридов, рассмотренные в
этой монографии, и связаны с разработкой методов гликозилирования,
удовлетворяющих в той или иной мере этим требованиям. Они
различаются областью своего применения, своей широтой и степенью
разработки, но в целом позволяют достаточно ясно оценить возможности
синтеза полисахаридов, существующие в данный момент, и определить-
дальнейшие пути развития этого нового раздела синтетической
органической химии.
Наиболее широкий и детально разработанный метод, основанный на
поликонденсации тритиловых эфиров цианоэтилиденовых производных
моно- и олигосахаридов (тритил-цианоэтилиденовая поликонденсация),
позволил получить довольно большой круг регулярных гомо- и гетеропо-
лисахаридов с 1,2-/и/>анс-гликозидными связями между мономерными
звеньями. Используя этот метод, впервые удалось синтезировать чисто
химическим путем сложные регулярные гетерополисахариды
микроорганизмов, обладающих высокой и специфической биологической
активностью, что является одним из наиболее выдающихся достижений химии
углеводов, демонстрирующим одновременно и достижения современного
органического синтеза. Можно подчеркнуть, что первый синтез сложного
природного органического соединения, в том числе и биополимера,
является окончательным доказательством его строения и в этом смысле
крупным достижением химии природных соединений. С другой
стороны, подобные синтезы открывают пути к получению лекарственных
веществ нового поколения и тем самым может иметь и практическое
значение.
Другим, гораздо более частным, но важным подходом к синтезу гомо-
полисахаридов оказалась полимеризация ангидроальдоз. Этот метод
открыл путь к получению высокомолекулярных 1,6-гликанов с 1,2-цис-гли-
козидной связью, близких по структуре к некоторым природным
полисахаридам.
14. Н.К. Кочетков
209

Гораздо менее разработаны, хотя и очень интересны открывающимися
перспективами, два других подхода, описанные в книге - тритил'Тио-
цианатная поликонденсация и химико-ферментативный синтез.
Первый из них, поликонденсация тритиловых эфиров гликозилтио-
цианатов моно- и олигосахаридов, впервые открывает возможности для
синтеза гетерополисахаридов, состоящих из олигосахаридных звеньев,
связанных 1,2-г(мс-гликозидными связями. Несмотря на то, что метод еще
находится в начальной стадии разработки, это пока единственный путь к
сахаридам этого класса.
Особняком стоит химико-ферментативный синтез регулярных
полисахаридов, использующий на решающей стадии - полимеризации - действие
фермента, специфической полимеразы, что обеспечивает полную регио-
и стереоспецифичность образования гликозидных связей между
повторяющимися звеньями полисахарида. Подобное сочетание химических и фер-
мантативных реакций в последнее время становится очень важные
направлением синтеза биологически активных веществ. Особым
преимуществом химико-ферментативного метода, который не разработан еще
детально, является возможность получать как 1,2-цис-, так и 1,2-транс-свя-
занные полисахариды в зависимости от специфичности используемой
полимеразы.
Все описанные подходы позволили сделать лишь первые шаги
синтетической химии полисахаридов. Однако кажется существенным, что они
дают возможность оценить общие перспективы и могут служить
исходными пунктами для дальнейших путей развития этой новой области
органического синтеза.
Синтез 1,2-транс-связанных полисахаридов в значительной мере
покрывается возможностями тритил-цианоэтилиденовой поликонденса-
ции, хотя, для того чтобы сделать метод более полноценным, необходимо
найти пути преодоления главных слабостей - отсутствия полной стерео-
специфичности при поликонденсации вторичных тритиловых эфиров
глюко- и галакто-ряррв и недостаточной молекулярной массы некоторых
синтетических полисахаридов. Если для преодоления первого
затруднения видны пути (использование аналогов цианоэтилиденовых
производных, поликонденсация под давлением), то увеличение эффективности
поликонденсации еще требует более детального изучения процесса.
Значительно большие трудности нужно преодолеть для создания
полноценного общего метода синтеза 1,2-г<ыс-связанных полисахаридов.
Полимеризация альдопираноз, несомненно, кажется наиболее прямым
путем получения простейших линейных гомополисахаридов. Однако она
приобретет общий характер, если удастся разработать пути строго
специфического раскрытия 1,4- и 1,3-ангидроальдоз и распространять
метод на производные фураноз. Для этого необходимо более глубоко
изучить механизм раскрытия оксидного цикла и его зависимость от
строения ангидросахара и природы катализатора, в частности его
комплексообразующей способности.
Особо привлекательной для синтеза 1,2-цыс-связанных полисахаридов
представляется тритил-тиоцианатная поликонденсация. Однако здесь
впереди еще основная работа - определение границ метода, подробное изу-
210
чение его стереоселективности и влияния на нее структуры мономера,
катализатора и условий реакции. Одной из главных задач является,
несомненно, изучение изомеризации гликозилтиоцианатов в гликозилизо-
тиоцианаты, без чего нельзя, вероятно, подойти к синтезу полисахаридов
достаточно высокой молекулярной массы.
Совершенно особые перспективы открываются перед полисахаридным
синтезом, если удастся расширить границы химико-ферментативного
метода, который пока ограничен синтезом микробных полисахаридов.
Распространение его на другие полисахариды регулярного строения
представляет огромный интерес. Однако для этого необходимы новые
данные биохимического характера, прежде всего данные о
специфичности, эффективности и самом принципе действия полимераз из других
источников.
Весь материал этой монографии посвящен синтезу только одного, хотя
и важнейшего, очень широко распространенного класса полисахаридов -
полисахаридов, построенных из повторяющихся звеньев. Перспективы
синтеза полисахаридов с другой архитектоникой представляются пока
менее очевидными.
Что касается синтеза полисахаридов нерегулярного типа, содержащих
любые последовательности моносахаридных звеньев в цепи, то сегодня
можно говорить лишь о классическом пути их химического синтеза -
последовательном наращивании моносахаридных звеньев или небольших
блоков, как это принято в синтезе полипептидной и полинуклеотидной
цепи. Если учесть полифункциональность углеводного мономера,
необходимость его избирательного протектирования-депротектирования и,
особенно, возникающие стереохимические проблемы, то такой путь
синтеза достаточно высокомолекулярного полисахарида требует колоссальной
затраты сил, хотя олигосахариды, содержащие до 10-12 моносахаридных
звеньев, этим путем уже получены. К сожалению, синтез на полимерных
носителях, сыгравший выдающуюся роль в полипептидном и полинуклео-
тидном синтезе, здесь также пока не сулит больших перспектив для
получения достаточно высокомолекулярных полисахаридов из-за
недостаточно высоких выходов на каждой стадии наращивания цепи и,
конечно, недостаточно полной стереоспецифичности реакций гликозилирова-
ния. Более перспективным может оказаться синтез на полимерных
носителях с использованием ферментативного наращивания
моносахаридных звеньев под действием гликозилтрансфераз, так как в этом случае
исключаются стадия протектирования-депротектирования мономеров и
проблема стереоспецифичности. Однако, если учесть очень узкую
специфичность трансфераз, то возникает новая проблема -
необходимость отработанной техники включения-выключения действия
фермента на стадиях наращивания длинной полисахаридной цепи.
Более близкой перспективой кажется синтез нерегулярных
полисахаридов блочного типа, т.е. построенных из стандартных блоков различной
длины с нерегулярной их последовательностью. Один подход к этим,
также широко распространенным в природе полисахаридам кажется
реальным при использовании одной из модификаций
тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации (поликонденсация с "односторонним" наращива-
211

нием цепи). Хотя для превращения этого подхода в реальный
полноценный метод синтеза полисахаридов с заданной определенной структурой
нужны еще серьезные исследования, связанные с изучением реакционной
способности мономеров, поиском новых групп защищающих гидроксилы,
изучением кинетики поликонденсации и т.д.
В заключение следует отметить, что, как и во всяком другом разделе
органического синтеза, существенным является первый шаг. В данном
случае можно признать, что такой первый шаг к синтезу полисахаридов
сделан и определенные типы синтетических полисахаридов, и иногда
значительное количество их представителей, получены. Синтезированы и
первые представители природных полисахаридов, отличающихся
высокой специфичностью своей структуры и биологического действия.
Это вселяет надежду на то, что открыты перспективы для
дальнейшего развития этого сложного и привлекательного своим своеобразием
раздела органического синтеза. Хочется надеяться, что эта область химии
природных соединений привлечет внимание новых исследователей,
которые, без всякого сомнения, найдут дальнейшие пути ее развития.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 3
Глава;. ВВЕДЕНИЕ 5
Литература 7
Глава 2. ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА ПОЛИСАХАРИДОВ 9
2.1. Полимеризация и поликондеисация химическими методами 13
2.2. Ранние попытки синтеза регулярных полисахаридов 15
Литература 21
Глава 3. ТРИТИЛ-ЦИАНОЭТИЛИДЕНОВАЯ КОНДЕНСАЦИЯ 23
3.1. Гликозилирование О-тритиловых эфиров цианоэтилиденовыми
производными Сахаров 24
3.1.1. Синтез цианоэтилиденовых производных моно- и олигосахаридов 25
3.1.2. Синтез О-тритиловых эфиров Сахаров 36
3.2. Условия реакции тритил-цианоэтилиденовой конденсации 38
3.3. Границы тритил-цианоэтилиденовой конденсации 40
3.4. О механизме тритил-цианоэтилиденовой конденсации. Реакционная
способность компонент реакции 42
3.5. Стереоселективность тритил-цианоэтилиденовой конденсации 54
3.6. Тритил-цианобензилиденовая конденсация 60
3.7. Гликозилирование при высоком давлении 61
3.8. Побочные реакции 63
Литература 65
Глава 4. СИНТЕЗ ПОЛИСАХАРИДОВ МЕТОДОМ
ТРИТИЛ-ЦИАНОЭТИЛИДЕНОВОЙ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ 68
4.1. Условия реакции поликонденсации 70
4.2. Выделение и характеристика синтезированных полисахаридов 72
4.3. Синтез гомополисахаридов 74
4.3.1. 1,6-Гликопирананы 76
4.3.2. 1,3-и 1,4-Глюкопирананы 79
4.3.3. Гликофурананы 92
4.4. Синтез гетерополисахаридов 96
4.5. Полисахариды, состоящие из дисахаридных повторяющихся звеньев 98
4.5.1. Глюкан с альтернирующими Р-1,6- и а-1,4-гликозидными связями 98
213

4.5.2. Глюкорамнан 100
4.5.3. Гексозаминогликан 101
4.5.4. Гетерополиуронид 102
4.6. Микробные полисахариды 104
4.6.1. О-Антигенный полисахарид Salmonella newington 106
4.6.2. О-Антигенный полисахарид Shigella flexneri 111
4.6.3. Капсульный полисахарид Streptococcus pneumoniae тип 14 116
4.6.4. О-Антигенный полисахарид Pseudomonas aeruginosa X (Мейерт) 119
4.6.5. О-Антигенный полисахарид Streptococcus pneumoniae тип 3 121
4.6.6. Галактан липополисахарида 77 мутантного штамма сальмонелл 123
4.7. Ограничения тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации как метода
синтеза полисахаридов 126
4.8. Образование циклических олигосахаридов 129
4.9. Модификация тритил-цианоэтилиденовой поликонденсации с
"односторонним" наращиванием полисахаридной цепи 131
4.9.1. Синтез модельных полисахаридов 132
4.9.2. Синтез микробных полисахаридов 134
4.9.3. Синтез соединений, содержащих несколько олигосахаридных цепей .... 140
4.9.4. О возможности синтеза полисахаридов блочного типа 143
Литература 146
Глава 5. СИНТЕЗ ПОЛИСАХАРИДОВ ПОЛИМЕРИЗАЦИЕЙ АНГИД-
РОАЛЬДОЗ 151
5.1. Полимеризация 1,6-ангидрогексоз 152
5.1.1. Механизм реакции 153
5.1.2. Условия и общие закономерности реакции 154
5.1.3. Синтез 1,6-гликопирананов 159
5.2. Полимеризация 1,4-ангидроальдоз 167
5.3. Полимеризация 1,3-ангидроальдоз 172
5.4. Полимеризация 1,2-ангидроальдоз 174
Литература 174
Глава 6. СИНТЕЗ РЕГУЛЯРНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ МЕТОДОМ ТРИТИЛ-
ТИОЦИАНАТНОЙ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ 177
6.1. Тритил-тиоцианатная конденсация 178
6.2. Синтез полисахаридов с 1,2-1(ис-гликозидной связью 186
Литература 191
Глава 7. ДРУГИЕ ВОЗМОЖНЫЕ ПОДХОДЫ К СИНТЕЗУ РЕГУЛЯРНЫХ
ПОЛИСАХАРИДОВ 192
Литература 193
Глава 8. ХИМИКО-ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА
ПОЛИСАХАРИДОВ 194
8.1. Синтез полипренилпирофосфатолигосахаридов 197
214
1
197
8.1.1. Синтез 1-О-фосфатов олигосахаридов
8.1.2. Синтез фосфатов полипреиолов
8.1.3. Синтез полипренилпирофосфатолигосахаридов
8.2. Ферментативная полимеризация
Литература
- 208
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

CONTENTS
PREFACE 3
Chapter 1. INTRODUCTION 5
Bibliography 7
Chapter 2. PROBLEMS OF TOLYSACCHARIDES SYNTHESIS 9
2.1. Polymerisation and polycondensation by chemical methods 13
2.2. Early attempts of the synthesis of polysaccharides with a regular structure 15
Bibliography 21
Chapter 3. TRITYL-CYANOETHYLIDENE CONDENSATION 23
3.1. Glycosylation of O-trityl ethers by cyanoethylidene derivatives of sugars 24
3.1.1. Synthesis of cyanoethylidene derivatives of mono and oligosaccharides 25
3.1.2. Synthesis of O-trityl ethers of sugars 36
3.2. Conditions of trityl-cyanoethylidene condensation 38
3.3. Scope of trityl-cyanoethylidene condensation 40
3.4. On the mechanism of cyanoethylidene condensation 42
3.5. Stereospecificity of cyanoethylidene condensation 54
3.6. Trityl-cyanobenzylidene condensation 60
3.7. Glycosylation under high pressure 61
3.8. Side reactions 63
Bibliography 65
Chapter 4. SYNTHESIS OF POLYSACCHARIDES BY THE METHOD OF
CYANOETHYLIDENE POLYCONDENSATION 68
4.1. Conditions of the reaction of polycondensation 70
4.2. Isolation and characterisation of synthetic polysaccharides 72
4.3. Synthesis of homopolysaccharides 74
4.3.1. 1,6-Glycopyranans 76
4.3.2. 1,3- and 1,4-Glycopyranans 79
4.3.3. Glycofuranans 92
4.4. Syntheses of heteropolysaccharides 96
4.5. Polysaccharides containing disaccharide repeating units 98
4.5.1. Glycan with alternating P-1,6 and oc-1,4-glycosidic linkages 98
4.5.2. Glucorhamnan 100
216
4.5.3. Hexosaminoglucan 101
4.5.4. Heteropolyuronid 102
4.6. Microbial polysaccharides 104
4.6.1. O-Antigenic polysaccharide of Salmonella newington 106
4.6.2. O-Antigenic polysaccharide of Shigella flexneri Ill
4.6.3. Capsular polysaccharide of Streptococcus pneumoniae type 14 116
4.6.4. O-Antigenic polysaccharide of Pseudomonas aeruginosa X 119
4.6.5. O-Antigenic polysaccharide of Streptococcus pneumoniae type 3 121
4.6.6. Galactan from lypopolysaccharide of 77 mutant of Salmonella 123
4.7. Limitation of cyano-ethylidene polycondensation as method of the polysaccharides
synthesis 126
4.8. Formation of cyclic oligosaccharides 129
4.9. The modification of trityl-cyanoethylidene polycondensation with "one-end"
proliferation of polysaccharide chain 131
4.9.1. Synthesis of model polysaccharides 132
4.9.2. Synthesis of microbial polysaccharides 134
4.9.3. Synthesis of compounds with few oligosaccharidic chains 140
4.9.4. On the perspectives of the synthesis of poly saccharides of block-type 143
Bibliography 146
Chapter 5. SYNTHESIS OF POLYSACCHARIDES BY POLYMERISATION OF
ANHYDROALDOSES 151
5.1. Polymerisation of 1,6-anhydroaldoses '152
5.1.1. Mechanism of the reaction 153
5.1.2. Conditions and general features of the reaction 154
5.1.3. Synthesis of 1,6-glycans 159
5.2. Polymerisation of 1,4-anhydroaldoses 167
5.3. Polymerisation of 1,3-anhydroaldoses 172
5.4. Polymerisation of 1,2-anhydroaldoses 174
Bibliography 174
Chapter 6. SYNTHESIS OF POLYSACCHARIDES WITH REGULAR STRUCTURE
BY METHOD OF TRITYL-THIOCYANATE POLYCONDENSATION 177
6.1. Trityl-thiocyanate condensation 178
6.2. Synthesis of polysaccharides with 1,2-ci>glycosidic linkages 186
Bibliography 191
Chapter 7. OTHER APPROACHES TO THE SYNTHESIS OF POLYSACCHARIDES
WITH REGULAR STRUCTURE 192
Bibliography 193
Chapter 8. CHEMICO-ENZYMETIC SYNTHESIS OF POLYSACCHARIDES 194
8.1. Synthesis of polyprenylpyrophosphatoligosaccharides 197
8.1.1. Synthesis of 1-O-phosphates of oligosaccharides 197
8.1.2. Synthesis of phosphates of polyprenols 198
217

8.1.3. Synthesis of polyprenylpyrophosphatoligo'saccharides 199
8.2. Enzymatic polymerisation 201
Bibliography 206
CONCLUSION 208
Научное издание
Кочетков Николай Константинович
СИНТЕЗ ПОЛИСАХАРИДОВ
Утверждено к печати
Институтом органической химии
им. НД. Зелинского
Российской академии наук
Руководитель издательской фирмы "Наука-Химия" В.М. Орлов
Редактор МЛ. Франк
Художник И.Ю. Нестерова
Художественный редактор И.Ю. Нестерова
Технический редактор Т.В. Жмелькова
Корректор Г.С. Беляева
Набор выполнен в издательстве
на компьютерной технике
ИБ№915
ЛР№ 020297 от 27.11.91
Подписано к печати 05.08.94. Формат 60 х 90 1/16
Гарнитура Тайме. Печать офсетная
Усл.печ.л. 14,0. Усл.кр.-отт. 14,3. Уч.-изд.л. 14,3
Тираж 350 экз. Тип. зак. 257-
Издательство "Наука"
117864 ГСП-7, Москва В-485, Профсоюзная ул., 90
Санкт-Петербургская типография № 1 РАН
199034, Санкт-Петербург, В-34 9-я линия 12

В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ "НАУКА'
вышли в свет следующие книги:
Александров Ю.А., Дягилева Л.М., Цыганова
Е.И. Термическое разложение органических производных
переходных металлов. М., 1993. - 14 л.
В монографии обобщены результаты, полученные за
последние 30 лет в области термораспада и адсорбции металлоорга-
нических соединений. Представлен обширный
экспериментальный материал по кинетике термораспада циклопентадиениль-
ных и диареновых соединений с металлизироваными
поверхностями. Уделяется внимание металлоорганическому осаждению
покрытий в высоком вакууме и потоке инертного газа.
Для специалистов в области металлоорганической химии и
химического материаловедения.
Долгоносов A.M., Сенявин М.М., Волощик
И.Н. Ионный обмен и ионная хроматография. М, 1993. - 14 л.
Книга посвящена широко используемому перспективному
методу химического анализа - ионной хроматографии.
Излагается научный подход к созданию унифицированной методики
анализа смесей, базирующийся на количественном физико-
химическом описании процесса ионной хроматографии.
Рассмотрены принципы оптимизации и автоматизации анализа
растворов этим методом. Приводится экспериментальный
материал, полученный для необычных разделяющих сорбентов ~-
центрально-привитых ионитов.
Для специалистов в области неорганической, физической,
аналитической химии и хроматографии.
Макроциклические соединения в аналитической химии. М,
1993. - 24 л.
В книге освещены основные вопросы использования
органических макроциклических соединений для целей химического
анализа. Описан синтез макроциклов, рассмотрена проблема
селективности взаимодействия этих соединений с ионами металлов.
Много внимания уделено экстракционному выделению
элементов, сорбционному концентрированию и ионоселективным
электродам на базе краун-эфиров и их аналогов. Описано применение
макроциклических реагентов для фотометрического
определения элементов, маскирования ионов и других целей. Рассмотрено
использование их в анализе органических веществ.
Для специалистов в области аналитической химии.
Муринов Ю.И., Майстренко В.Н., Афзалет-
д и н о в а Н.Г. Экстракция металлов 8,1Ч-органическими
соединениями. М., 1993. - 12 л.
В монографии изложен механизм комплексообразования и
экстракции благородных металлов полидентатными
серосодержащими органическими соединениями в неводных средах,
обсуждена экстракционная способность соединений. Подробно
изложены данные по термодинамике и кинетике реакций
комплексообразования диалкил-, оксоалкил- и аминоалкилсульфидов с
ионами благородных металлов, приведены примеры
практического применения данных соединений в гидрометаллургии,
аналитической химии.
Для специалистов в области аналитической химии и
гидрометаллургии.

Соловьев Ю.И. Институт общей и неорганической химии
имени Н.С. Курнакова Российской академии наук: Исторический
очерк. М, 1993. - 14 л.
Опираясь на богатейшие архивные материалы, автор
изложил историю создания Института общей и неорганической
химии, сыгравшего выдающуюся роль в развитии общей и
неорганической химии XX в., а также рассмотрел основные
направления его научной и организационной деятельности с 1918 г. до
начала 1990-х годов. Широко отражена роль института в решении
многих актуальных проблем, имеющих важное
народнохозяйственное значение.
Для читателей, интересующихся историей отечественной
науки.
В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ "НАУКА"
готовятся к печати следующие книги:
Рубинштейн A.M. Институт органической химии имени
Н.Д. Зелинского Российской академии наук: Исторический
очерк. М, 1994. - 30 л.
Институт органической химии (ИОХ) им. Н.Д. Зелинского
Российской академии наук - один из ведущих институтов в
области органической химии и катализа во всем мире. Книга,
основанная на тщательном изучении многочисленных, в том
числе архивных, источников, дает ясное представление об
основных путях развития института, а вместе с тем органической
химии и катализа.
Для широкого круга читателей - научных работников,
преподавателей высших и средних учебных заведений, студентов
и учащихся, а также всех тех, кто интересуется развитием
отечественной науки и техники.
Моисеенков A.M., О д и но к о в В.Н., Се р е бр я-
ков Э.П., Ч е с к и с Б.А. Синтез феромонов насекомых. М.,
1994. - 40 л.
В книге рассмотрены достижения в синтезе феромонов
насекомых. Эти летучие вещества, выделяемые насекомыми во
внешнюю среду и являющиеся средством внутривидовой
сигнализации, с успехом применяются в сельском хозяйстве для
борьбы с вредителями (путем заманивания их в ловушки и
дезориентации). Показано развитие новых методов и подходов в
стерео- и энантиоселективном синтезе.
Для специалистов в области тонкого органического синтеза,
биохимии сельского хозяйства.

АДРЕСА КНИГОТОРГОВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
РОССИЙСКОЙ ТОРГОВОЙ ФИРМЫ "АКАДЕМКНИГА'
Магазины "Книга-почтой"
117393 Москва, ул. Академика Пилюгина, 14, корп. 2
197345 Санкт-Петербург, ул. Петрозаводская, 7
Магазины "Академкнига" с указанием отделов "Киига-лочтой"
690088 Владивосток, Океанский проспект, 140 ("Книга-почтой")
620151 Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 137 ("Книга-почтой")
664003 Иркутск, ул. Лермонтова, 289 ("Книга-почтой")
660049 Красноярск, проспект Мира, 84
103009 Москва, ул. Тверская, 19а
117312 Москва, ул. Вавилова, 55/7
117383 Москва, Мичуринский проспект, 12
630076 Новосибирск, Красный проспект, 51
630090 Новосибирск, Морской проспект, 22 ("Книга-почтой")
142284 Протвино, Московской обл., ул. Победы, 8
142292 Пущино, Московской обл., MP "В", 1 ("Книга-почтой")
443002 Самара, проспект Ленина, 2 ("Книга-почтой")
191104 Санкт-Петербург, Литейный проспект, 57
199164 Санкт-Петербург, Таможенный пер., 2
194064 Санкт-Петербург, Тихорецкий проспект, 4
634050 Томск, наб. реки Ушайки, 18
450059 Уфа, ул. Р. Зорге, 10 ("Книга-почтой")
450025 Уфа, ул. Коммунистическая, 49
Магазин "Академкнига" в Татарстане:
420043 Казань, ул. Достоевского, 53
I