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  • 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