Design, Synthese und Analyse

multivalenter Inhibitoren der Adhäsion

des Hämagglutinin H5 des

Vogelgrippe Virus

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades

Doktor der Naturwissenschaften

der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften

der Universität Hamburg

vorgelegt von

Moritz Waldmann

aus Hildesheim

Hamburg 2013

„Turn on, tune in, drop out.”

Für meine Eltern.

Die praktischen Arbeiten wurden in der Zeit von April 2009 bis November 2012 am Institut für

Organische Chemie, Department Chemie der Universität Hamburg, Geschäftsführender Direktor Prof.

Dr. Christian Stark, durchgeführt.

Herrn Prof. Dr. Bernd Meyer danke ich für die interessante Themenstellung, sowie für die stets

freundliche und erbauende Unterstützung und die gewährten Freiheiten bei der Durchführung dieser

Arbeit.

Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. Wittko Francke danke ich für die Übernahme des Zweitgutachtens dieser

Arbeit.

1. Gutachter: Prof. Dr. Bernd Meyer

2. Gutachter: Prof. Dr. Dr. h.c. Wittko Francke

Tag der Disputation: 03.05.2013

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ........................................................................................................................................ 1

1.1 Kohlenhydrat Erkennung viraler Oberflächenproteine ........................................................... 1

1.2 Influenza Hämagglutinin ......................................................................................................... 2

1.3 Multivalenz in biologischen Systemen .................................................................................... 3

1.4 Multivalente Inhibitoren in der medizinischen Chemie .......................................................... 6

1.5 Glycokonjugate und Neoglycopeptide .................................................................................... 7

1.6 Inhibitoren des Influenza Hämagglutinin .............................................................................. 10

2 Zielsetzung .................................................................................................................................... 13

3 Ergebnisse und Diskussion ............................................................................................................ 14

3.1 Entwicklung der Leitstruktur ................................................................................................. 15

3.2 Synthetische Studien zur Darstellung der Leitstruktur I ....................................................... 19

3.3 Weiterentwicklung zu den in dieser Arbeit untersuchten Strukturen .................................... 26

3.4 Entwicklung der neuen Synthesestrategie ............................................................................. 31

3.5 Durchgeführte Synthesen ...................................................................................................... 33

3.5.1 Darstellung der core-Struktur ........................................................................................ 33

3.5.2 Darstellung des Neuraminsäurederivats ........................................................................ 34

3.5.3 Darstellung der Glycokonjugate 21-26 .......................................................................... 35

3.5.4 Darstellung der geschützten Liganden 27-32 ................................................................ 40

3.5.5 Entschützung der Liganden ........................................................................................... 46

3.6 Vorbereitende Untersuchungen ............................................................................................. 49

3.6.1 CD spektroskopische Analyse des Linkers ................................................................... 49

3.6.2 Untersuchung des kommerziell bezogenen Hämagglutinins ......................................... 50

Inhaltsverzeichnis

3.7 Analyse der dargestellten Verbindungen ............................................................................... 53

3.7.1 STD-NMR Experimente ................................................................................................ 53

3.7.2 SPR-Experimente .......................................................................................................... 69

3.7.3 STD NMR Experimente mit 41 und abschließende Diskussion ................................... 92

3.8 Synthetische Studien zur möglichen Erhöhung der Valenz der Liganden ............................ 95

4 Zusammenfassung ......................................................................................................................... 99

5 Summary ..................................................................................................................................... 101

6 Experimentalteil .......................................................................................................................... 103

6.1 Geräte, Software und Chemikalien ...................................................................................... 103

6.2 Handhabung des Hämagglutinins H5 .................................................................................. 105

6.3 NMR Experimente .............................................................................................................. 105

6.3.1 Akquisition der NMR Daten ....................................................................................... 105

6.3.2 Vorbereitung der Proben für die STD Messungen ...................................................... 106

6.3.3 Akquisition und Prozessierung der STD-NMR Daten ................................................ 106

6.3.4 Auswertung der STD-Daten ........................................................................................ 107

6.4 SPR-Experimente ................................................................................................................ 107

6.5 Allgemeine Arbeitsvorschriften .......................................................................................... 108

6.6 Durchgeführte Synthesen .................................................................................................... 112

7 Toxikologische Daten .................................................................................................................. 144

8 Literaturverzeichnis ..................................................................................................................... 147

9 Danksagung ................................................................................................................................. 153

10 Curriculum vitae ...................................................................................................................... 155

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

AAV Allgemeine Arbeitsvorschrift

AA amino acid

Ac Acetyl

Ac2O Essigsäureanhydrid

AcOH Essigsäure

Ala Alanin

aq aquotisch

Äq Äquivalent

Boc tert-Butyloxycarbonyl

Boc2O Di-tert-butyldicarbonat

CD Circulardichroismus

CMC critical micelle concentration

COSY correlated spectroscopy

CRD carbohydrate recognition domain

d Dublett

Da Dalton

DCC Dicyclohexylcarbodiimid

DCM Dichlormethan

DIC Di-iso-propylcarbodiimid

DIPEA N,N-Diisopropylethylamin

DLS dynamic light scattering

DMAP 4-(Dimethylamino)-pyridin

DMF N,N-Dimethylformamid

DMSO Dimethylsulfoxid

EDC N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimidhydrochlorid

EE Ethylacetat

es excitation sculpting

ESI electron spray ionisation

FA Ameisensäure

Fmoc 9-Fluorenylmethoxycarbonyl

Gly Glycin

HATU 2-(1H-7-Azabenzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium-

hexafluorophosphat

HPLC high performance liquid chromatography

HSQC heteronuclear single-quantum correlation

IC50 mittlere inhibitorische Konzentration

J Kopplungskonstante

KD thermodynamische Dissoziationskonstante

KI inhibitorische Konstante

Lys Lysin

m Multiplett

m/z Masse/Ladung

MD Molekulardynamik

Me Methyl

MeCN Acetonitril

Abkürzungsverzeichnis

MeOH Methanol

MS Massenspektrometrie

MTL mass transfer limitation

Neu5Ac Neuraminsäure

NHS N-Hydroxysuccinimid

NMM N-Methylmorpholin

NMP N-Methyl-2-pyrrolidon

NMR nuclear magnetic resonance

NOESY nuclear Overhauser enhancement and exchange spectroscopy

PAGE Polyacrylamid Gelelektrophorese

PDB protein data bank

PE Petrolether

PG protecting group

Pip Piperidin

Piv Pivaloyl

ppm parts per million

Pyr Pyridin

Rf Retentionsfaktor

rmsd root mean square deviation

RP reversed phase

RT Raumtemperatur

Rt Retentionszeit

RU response unit