Мультивалентные гликозидные лиганды

Был исследован широкий ряд мультивалентных сахаридных лигандов: большинство из них находится среди относительно небольшого числа концептуальных основ, особенно разветвлённые лиганды, полимерные лиганды, конструируемые либо на пептидной, либо на акриламидной основе, и липосомы, или другие мультивалентные формы, созданные самосборкой из амфифильных углеводов. Меньшая группа других лигандов выходит за пределы этих больших классификаций. Эта область была основательно рассмотрена, и мы здесь описываем различные группы лишь с достаточной подробностью для того, чтобы облегчить дальнейшее обсуждение механизмов воздействий в последующих разделах.

2.1 Разветвлённые мультивалентные гликозиды

Дендримеры, впервые самостоятельно описанные Ньюкомом и Томалией в 1985 году, являются олиго- и полимерными структурами, которые создаются с помощью серий повторяющихся шагов. Соединения могут быть получены как конвергентным, так и дивергентным способом, при проведении синтеза на периферии ядра молекулы, соответственно. Обычно гликодендримеры отображают углеводы на периферии ядра макромолекулы, и конвергентные подходы синтеза лучше приспособлены для приготовления монодисперсных гомогенных материалов. В добавление к монодисперсности, разветвлённые структуры дают значительное превосходство в простоте приготовления и наноскопических размерах, масштабах длин интермедиата между теми характеризующими гликокластерами и гликополимерами.

Дендримеры, основанные на поли(амидоаминных) ядрах, также названном PAMAM опорой, образуют вне всяких сомнений наибольшую группу разветвлённых мультивалентных сахаридов (рис. 1). Эта опора предоставляет значительное превосходство в простоте приготовления; В самом деле, РАМАМ дендримеры различных размеров доступны в промышленных масштабах. С другой стороны, ядро восприимчиво к бета-элиминированию, вызванном основаниями, в течение синтетических манипуляций. Дополнительно синтез монодисперсных соединений требует равномерного объединения сахаридов с концевыми амино остатками после конструирования скелета дендримера в нужном количестве для дивергентного метода. Эти сцепления обычно сопровождаются гликозилированными границами, оканчивающимися изотиоцианатами или карбоксилатами. Лиганды очень высокой валентности были построены по этому образцу. Рой и коллеги сообщил о получении РАМАМ дендримеров, содержащих 128 лактозных эпитопов в то время, как Окада провёл слияние N-ацетилглюкозаминов в РАМАМ дендример восьмого поколения, остов, содержащий более 1000 аминных эпитопов. Окада и коллеги представили стратегию синтеза, названную радиально возрастающей полимеризацией, которая производит новый класс гликополимеров. Здесь реакция РАМАМ дендримера, оканчивающегося амином с мономером, содержащим как лиганд, так и за маскированный амин,и дендример соединяется с сахаридом, чем обеспечивается дополнительный нуклеофил для последующего присоединения. Связь крайне эффективная через два цикла присоединения, что показывают хроматографические и ЯМР измерения.

Совсем недавно Ламберт и коллеги сообщили о функционализации ядра РАМАМ посредством связывания амино частиц с левулиновой кислотой, производя дендримеры, оканчивающиеся кето-группой. Эта модификация обращает полярность ядра, создавая электрофильную реакционноспособность на периферии. Некатализируемое присоединение пептидов, оканчивающихся участками аминооксиуксусной кислоты, даёт стабильную оксимовую связь. С другой стороны, включение оксим-нуклеофила через присоединение аминооксиуксусной кислоты облегчило прямое включение углеводных остатков, возможно, через образование стабильного гемиаминаля (рис. 2).Несмотря на то, что эта методология предлагает преимущество в простоте и использовании незащищённых углеводов, хроматографический анализ продуктов предлагает существенную гетерогенность.

В большинстве случаев разветвлённые лиганды оцениваются хроматографически и спектроскопически, обычно используя ЯМР и электроспрей и/или массовой спектроскопией при бомбардировке быстрыми атомами или матрично активированной лазерной ионизации. Различные хроматографические техники гелевой фильтрации снабжают информацией о среднем молекулярном весе и полидисперсности, в то время как спектроскопические исследования подтверждают существование особых продуктов. Измерение чистоты образцов с молекулярным весом около 100 крайне затрудительно. Примеси будут наблюдаться спектроскопически только если отдельные примеси будут представлены в значительном количестве, лучше более 1%. Более вероятный сценарий во время дивергентной сборки разветвлённых лигандов это неустойчивое количество большого числа тесно связанных примесей. Влияние этих включений на исследование связывания за пределом просто уменьшения концентрации целевого лиганда ниже номинальных значений, его концентрация становится неопределимой.

Близко связаны с РАМАМ дендримерами лиганды, основанные на полипропилениминовом скелете (Рисунок 3). По сравнению с РАМАМ дендримерами, эти соединения устойчивы к β-элиминированию. Фрейзер Стоддарт включали до 64 лактозных частиц в ранее сформированное ядро дендримера, присоединяя сахаридные лиганды как N-гидроксиянатрамидные эфиры. Томпсон и Шенгрунд использовали то же ядро, чтобы внедрить GM1 пентасахарид в процесс получения мультивалентных лигандов для термолабильного токсина Escherichia coli. Иминобис-пропиламиновое ядро тоже было использовано для синтеза гликодендримера. Эти олигомеры так же дают преимущество в стабильности основания, что является решающим моментом при синтезе олигосахарида. Рой и коллеги показали пригодность такого остова для твёрдофазного синтеза.

Мацуока и Кузухара сообщили о новом карбосилановом ядре, структурно близком к полипропилениминовому остову. В этой работе сахаридный эпитоп, привязанный к алкилтиолу, чтобы переместить галогенидную уходящую группу из бромпропилсиланового ядра (Рисунок 4). За радикальным присоединением тиотолуола через винильную группу аллильного гликозида последовало расщепление бензилтиоэфира по реакции восстановления Бёрча. Этот последний шаг может быть произведён в присутствии карбосиланового ядра, оканчивающегося галогенидом, что обеспечит одностадийную реакцию соединения. Этот подход был применён для «декорирования» малых ядер рядом моно- и олигосахаридов. Силановое ядро предлагает некоторые интересные преимущества, по сравнению с РАМАМ’ом, полипропилимином и родственными ядрами, как то: поливалентные точки ветвления, значительная химическая стабильность и нейтральный заряд ядра в водном растворе.

Дивергентные методы синтеза позволяют присоединять ценные сахаридные остатки к ядру дендримера на финальном этапе синтеза. С другой стороны, возрастающая из-за неполной реакции полидесперсность и плохая обрабатываемость аналитических проблем представляют собой затруднения в процессе интерпретации данных о связывании атомов. Заманчивое решение этих проблем состоит в конвергентном методе синтеза, в котором избегаются ограничения, накладываемые дивергентным синтезом, особенно касающиеся анализа. В дивергентных синтезах различия между полностью и частично связанными продуктами становятся меньше, -- и поэтому их труднее обнаружить, -- в последовательных поколениях. В конвергентном синтезе эти различия, напротив, увеличены для последовательных поколений.

Несколько конвергентных синтезов гликодендримеров основаны на ароматических ядрах, такое ядро было впервые описано Нинаном и Миллером. Фрейзер Стоддарт и коллеги сообщили о конвергентных синтезах нескольких поливалентных разветвлённых соединений (Рисунок 5). В некоторых отдельных случаях полученные соединения представляют интерес из-за их свойств как материала, а не только как лиганда в углеводно-связанных белках. Так, лиганды с углеводным центром оканчиваются в целом 12ю остатками глюкозы, несмотря на то, что микроскопические окружающие условия у каждого в чём-то различны. Родственная группа лигандов, полученных так же конвергентным методом синтеза и расположенных на ароматическом ядре, дают концевые остатки глюкозы в номинально эквивалентных микроокружениях. Эти лиганды демонстрируют силу конвергентного подхода, и уже были получены дендримеры с 36ю глюкозными эпитопами. Уменьшенное использование защищённых групп продолжается и в олигосахаридном синтезе, и простота амидного присоединения во время сборки дендримера облегчает использование незащищённых сахаридов. Пэтч с коллегами использовал гликал эпоксидное кольцо для начальной стадии, чтобы получить тривалентные лиганды на основе 1,3,5-бензолтриметанол ядре.

Рациональная разработка мультивалентных лигандов требует предсказуемого размещения сахаридных эпитопов. В то время как ядро дендримера модифицируется, с вниманием к размеру и составу, положение сахаридных эпитопов в пространстве и гибкость внешнего гликанового слоя стало сложнее предсказывать. В ранних поколениях – точно раньше четвертого и вероятно в следующем за ним – дендримерические ядра демонстрируют значительную гибкость и отсутствие дискретной структуры более высокого порядка. Где-то возле этой точки, при размере, зависящем от специфического соединения, дендримеры схлопываются вместе и создают компактное ядро. Это «схлопывание» может привести к появлению высоко упорядоченных структур или ограничить микрогетерогенность на уровне состава поверхности.

Тун и коллеги использовали ядро, в сущности идентичное тому, которое описали Нинан и Миллер, заменив в нём исходные эфирные связи более крепкими амидными (Рисунок 6). Хиндсгол с соратниками применил похожий подход.Основная ценность этой стратегии состоит в гибкости, которую она обеспечивает. Дендрон 3-диметил азидометил-1,3-бензолдикарбоксилат может быть дифференцирован эстеразой свиной печени, создающей ассиметричное ядро. Распространяя эту дифференциацию, можно конструировать ряд скопированных дендримерных поверхностей, содержащих две или более функциональные поверхностные группы, где размеры и расстояния между эпитопами регулируются модификацией линкера (компоновщика). С другой стороны, сопряжения становятся неэффективными в дальнейших поколениях, по-видимому, отражая вторичную структуру и пространственные препятствия реакционных групп. Вдобавок, растворимость в воде уменьшается в последующих поколениях; это явление типично для полиамидных соединений. Несколько лигандов были получены проявлением моно- и олигосахаридных эпитопов, связанных с ядром через алкил, олигоэтиленгликоль и пептидные спейсеры.

Лей, Паркетт и Биндер самостоятельно описали синтез разветвлённых лигандов, основанных на пентаэритритоловых ядрах (Рисунок 7). Лей с коллегами связали моно- и олигосахариды с тетравалентным ядром пропилен гликольные связующие, в то время как Паркетт использовал гиперразветвлённое производное пентаэритритола в качестве высокомолекулярной опоры, для проведения синтеза олигосахарида. Несмотря на то, что конструирование высоко-валентных лигандов не было целью этой работы, модификация связующего домена была бы непосредственной, и работа честно может относиться к синтезу мультивалентного разветвлённого сахарида.

Ряд других новейших ядер был использован в конструировании мультивалентных разветвлённых сахаридов. Линдхорст с соратниками получил мультивалентные лиганды, простирающиеся из центрального ядра глюкозы. В их подходах глюкоза объединяется с можеством реакционных частиц, включая карбосиланы, гидроксильные и амино группы (Рисунок 8). Присоединение разветвлённых фрагментов к ядру проводится обычным способом. Эти ядра имеют дополнительное преимущество в дифференциальной реакционноспособности в различных точках ветвления, в принципиальном облегчении конструирования несимметричных или повторяющихся поверхностей.

Несколько научных групп разработали мультивалентные лиганды на основе циклодекстринового ядра. Это ядро даёт дополнительное преимущество в транспортировочной активности; гидрофобные классы, помещённые в центральную пору, могут быть распознаны по различным знакам доменом распознавания сахаридов. Несколько стратегий соединения были используемы для присоединения углеводов или гликокластеров к циклодекстриновому ядру (рисунок 9). Циклодестрин, модифицированный до С6 амина, был связан с лигандами при использовании изотиоцианата или карбоксилатных электрофилов. Как моно-, так и пераминированные циклодекстрины были использованы в стратегии, направленной на получение упорядоченных высоко-валентных соединений. Стратегии диполярного циклоприсоединения были использованы для присоединения к центральному ядру. Нишимура и коллеги связали тиолированные сахариды к пер-6-деокси-6-иодоциклодестрину, похожими подходами пользовался Сантойо-Гонсалез. Наконец, Фрейзер Стоддарт сообщил о фотохимически индуцированном присоединении тиогликозидов к аллил-содержащим циклодекстринам.

Было сообщено о нескольких синтезах разветвлённых лигандов, основанных на петидных остовах. Рой и коллеги сообщили о разветвлённых лигандах, основанных на поли-L-лизине, а группа Новартис, руководимая Тома, создала мультивалентные лиганды, используя в основе полиаспартамовую кислоту.

Дата добавления: 2015-07-16