Verfahren zur Herstellung von 1-Fluor-glycuronsäuren und deren Salzen sowie solche neuen 1-Fluor-glycuronsäuren und deren Salze

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Fluor-glycuronsäuren (= 1-Fluor-l-desoxy- glycopyranuronsäuren= Glycopyranuronosylfluoriden) durch katalytische Oxidation der entsprechenden Glycosylfluoride und deren Umwandlung in die entsprechenden Salze. Sie betrifft ferner neue 1-Fluor-glycuronsäuren und deren Salze.

Da bei Aldosen die Aldehydgruppe sehr leicht zur Carboxylfunktion oxydiert wird, muß zur Synthese von Uronsauren das anomere Zentrum (die Halbacetalgruppe) geschützt werden, gewöhnlich als Glycosid. Es ist bekannt, solche Glycoside mit Sauerstoff in Gegenwart von Platin/ Kohle zu Glycuronsaure zu oxydieren (US-PS 2 562 200) . Die Glycosidbindung wird, nachdem die primäre OH-Gruppe zur

Carbonsäure oxydiert ist, sauer gespalten, wobei es wegen der drastischen Reaktionsbedingungen zu erheblichen Ausbeuteverlusten kommen kann (S.A.Barker, E.J.Bourne, M.Stacy, Chem. and Ind. 1951, 970). Erst dann ist eine Aktivierung und Verwendung der Uronsauren z.B. für

Glycosylierungsreaktionen möglich. Aus den alternativ eingesetzten Acetalen,z.B. Oi ,O -Isopropyliden-α-D- glucofuranose (C.L.Mehltretter, B.H.Alexander, R.L.Mellis, C.B.Rist, J.Am.Chem.Soc. 1_ , 2424 (1951)) oder 0 ,O -Cyclohexyliden-α-D-glucofuranose (C.L.Mehltretter, Adv. Carbohydr. Chem. 8 , 244 (1953)), kann man zwar die durch Oxydation erhaltenen Produkt einfach und glatt die freien Uronsauren gewinnen, jedoch sind diese Acetate wesentlich umständlicher und aufwendiger herzustellen.

Die Isolierung von Uronsauren aus Naturstoffen ist oft mit erheblichen Reinigungsschritten und geringen Ausbeuten

verbunden (R.L. histler, M.L.Wolfrom, Meth. Carbohydr. Chem. 2, 27 (1963)).

Überraschend wurde nun gefunden, daß die Bindung des Fluoratoms von Glycosylfluoriden unter den Bedingungen der katalytischen Oxydation mit Sauerstoff in Gegenwart von Edelmetallkatalysatoren in neutraler Lösung erstaunlich stabil ist, so daß sich solche Glycosylfluoride ohne eine Hydrolyse der C-F-Bindung in die entsprechenden 1-Fluor- glycuronsäuren überführen lassen.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von 1-Fluor-glycuronsäuren, die geschützte Aminogruppen enthalten können, und deren Salzen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Glycopyranosylfluoride von Mono- bzw. Oligosacchariden, die wenigstens eine primäre OH-Funktion tragen, in wäßriger Lösung im pH-Bereich von 6 bis 9 mit Sauerstoff als Oxydationsmittel in Gegenwart eines Katalysators, der wenigstens ein Platinmetall enthält, oxydiert und die entstehenden

1-Fluorglycuronsäuren wenigstens teilweise neutralisiert.

Durch die Erfindung werden gleich mehrere Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahrensweisen erreicht: Die 1-Fluor-glycuronsaure kann unter geeigneten Bedingungen, wie sie z.B. in den EP-OS 168723 - US-PS 4 749 785 und EP-OS 298438 beschrieben sind, direkt als Glycosyldonator in Glycosidierungsreaktionen oder enzymatiεchen Synthesen eingesetzt werden. Auch kann die Hydrolyse zur freien Glycuronsaure in saurem Medium rasch und ohne Nebenreaktionen vollzogen werden. Durch die Oxydation mit Sauerstoff vermeidet man zudem die bei anderen Oxydationsmethoden oft erheblichen Nachteile, wie etwa die zwangsläufige Bildung von unerwünschten Nebenprodukten - wie nitrosen Gasen oder

Schwefelverbindungen - deren Entsorgung einen beträchtlichen Aufwand erfordert, oder die schwierige

Abtrennung überschüssigen Oxydationsmittels. Bei der erfindungsgemäßen Oxydation entsteht dagegen neben den gewünschten Produkten zwangsweise nur noch Wasser, das ohnehin als Lösungsmittel verwendet wird.

Als Glycosylfluoride eignen sich die Fluoride von Mono- und Oligosacchariden, die wenigstens eine primäre OH-Funktion tragen, z.B. α-D-Glucopyranosylfluorid, α-D-Galactόpyranosylfluorid, α-D-Mannopyranosylfluorid, α-D-Lactosylfluorid, α-D-Cellobiosylfluorid, α-D-Maltobiosylfluorid, Maltotriosylfluorid, Maltotetrosylfluorid u.a. Auch Glycosylfluoride solcher Saccharide, die noch Aminogruppen enthalten (die allerdings in geeigneter Weise geschützt sein müssen, z.B. durch Acyl-, Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste mit bis zu 10

C-Atomen) sind geeignet, vor allem solche mit bis zu 2 solcher Aminogruppen, wie das 2-Acetamido-2-desoxy-α-D- glucopyranosylfluorid. Wenngleich auch Glycosylfluoride oxydiert werden können, die zum Teil oder ganz an den sekundären OH-Gruppen geschützt sind, werden vorzugsweise ungeschützte Glycosylfluoride eingesetzt.

Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß man durch die Verwendung von Glycosylfluoriden ungeschützter oder an den Aminogruppen partiell geschützter Kohlenhydrate als AusgangsStoffen die aufwendige Einführung von Schutzgruppen und deren spätere Wiederabspaltung vermeiden kann.

Als Katalysatoren eignen sich solche, die Platinmetalle, also Osmium, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Palladium und/oder Platin, enthalten. Bevorzugt sind Katalysatoren, die eine Kombination von Palladium und Platin und insbesondere nur Platin enthalten. Vorzugsweise sind die Platinmetalle auf einem Träger, wie AI2O3 oder Siθ2, insbesondere auf Aktivkohle aufgebracht. Der Metallgehalt des Katalysators liegt im allgemeinen bei 1 bis 15, vorzugsweise bei 5 bis 10 Gew.-%.

Zuweilen kann es zweckmäßig sein, insbesondere wenn man geschützte Glycosylfluoride mit schlechterer Wassέrlöslichkeit als AusgangsStoffe verwendet, einen unter den Reaktiόnsbedingungen inerten Lösungsvermittler, vorzugsweise in einer Konzentration von 10 bis 75 Gew.-%, insbesondere 30 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Wasser und Lösungsvermittler, zuzusetzen. Geeignet sind vor allem solche Lösungsvermittler, die beim Durchleiten von Sauerstoff durch die wäßrige Lösung wenig flüchtig sind, so daß eine Explosionsgefahr im Dampfraum ve ftiieden wird; auf der anderen Seite sollte der Lösungsvermittler nach der Oxydation leicht abtrennbar sein, beispielsweise durch Destillation. Geeignete Lδsungsvermittler sind beispielsweise Glykoläther ohne freie OH-Gruppen, wie solche der Formel R-^OfCHRC^O^R ² , wobei n eine Zahl von 1 bis 4, R H oder CH3 und R ¹ und R ² jeweils unabhängig voneinander C^-C^-Alkyl bedeuten. Besonders geeignet sind die Dimethyl-, Diäthyl- und Methyl-äthyl-äther der genannten allgemeinen Formel mit Siedepunkten im Bereich von 100 bis etwa 250°C, beispielsweise Di- und Triäthylenglykoldimethyl- .und diäthyläther, Dipropylenglykoldimethyl- und -diäthyläther wovon Diäthylenglykoldimethyläther bevorzugt ist.

Die wäßrige Lösung enthält am Beginn der Oxydation zweckmäßig 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Summe von Wasser und Lδsungsvermittler, an Glycosylfluorid.

Bevorzugtes Oxidationsmittel ist handelsüblicher (technisch reiner Sauerstoff. Es können jedoch auch Mischungen von Sauerstoff mit unter den Reaktionsbedingungen inerten Gasen, beispielsweise Mischungen von Sauerstoff mit Inertgasen, verwendet werden. Natürlich ist auch Luft selbst geeignet.

In der Regel arbeitet man bei einem Gesamtdruck von 0,5 bis 100 bar. Bei steigendem Druck steigt die

Reaktionsgeschwindigkeit mit steigendem

Sauerstoffpartialdruck deutlich an; jedoch kann der Vorteil der höheren Reaktionsgeschwindigkeit durch den bei Anwendung von höherem Druck erforderlichen höheren apparativen Aufwand in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit überkompensiert werden. Bevorzugt ist ein Druckbereich von Atmosphärendruck bis 10 bar (absolut), wobei das Arbeiten bei Atmosphärendruck besonders einfach auszuführen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Regel bei einer Temperatur von 5°C bis 80°C, vorzugsweise von 10°C bis 60°C, insbesondere von 20 bis 40°C durchgeführt.

Die Reaktion muß im etwa neutralen bis schwach alkalischen Medium, also von pH 6 bis 9, vorzugsweise von 6,5 bis 8,5 und insbesondere von 7 bis 8, durchgeführt werden, da die Glycosylfluoride in saurem Bereich nicht beständig sind. Die während der Oxydation entstehenden Carbonsäuren müssen daher abgefangen werden, z.B. durch geeignete Puffersubstanzen oder vorteilhaft durch Zugabe von wäßrigen Basen, etwa Alkali- oder Erdalkalihydroxyd- ösungen, wobei diese so zudosiert werden, daß der pH-Wert des Reaktionssystems während der Oxydation im Bereich von 6 bis 9 bleibt. Bei einer vollständigen Neutralisation fallen die Oxydationsprodukte dann als Salze an.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Apparaturen, die sich für die Durchführung von Reaktionen in der flüssigen Phase mit oder ohne Anwendung von berdruck eignen, durchgeführt werden. Beispiele dafür sind die

Durchführung in einem Rührkessel oder in einer Blasensäule mit suspendiertem Katalysator. Die Oxydation kann aber auch an einem Festbett mit gekörntem Katalysator in einem Rieselphaεenreaktor durchgeführt werden.

Die erforderliche Reaktionszeit wird zweckmäßig dadurch ermittelt, daß man in gewissen Zeitabständen Proben der

Reaktionslösung entnimmt und analysiert. Beispielsweise kann die Ausbeute der Reaktionsprodukte auf einfache Weise durch Analyse einer Probe mit Hilfe der Hochdruckflüssigkeitschromatographie im Vergleich zu Standardlösungen laufend bestimmt werden. Die Optimierung der Reaktionszeit ist zu empfehlen, da eine unnötig verlängerte Einleitung von Sauerstoff zu Überoxydationen und damit beispielsweise zu Decarboxylierungen und zur Verminderung der Ausbeute an den gewünschten Reaktionsprodukten führen kann.

Das Reaktionsgemisch kann nach üblichen Methoden aufgearbeitet werden. Z.B. werden zunächst das Wasser und etwa vorhandene Lösungavermittler destillativ entfernt. Anschließend wird eine Reinigung, z.B. durch

Chromatographie, Kristallisation oder Fällung, vorgenommen. Auch eine Abtrennung aus der bei der Oxydation erhaltenen Lösung über basische Ionenaustauscher in der OH"-Form ist möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt gegenüber den anfangs genannten herkömmlichen Methoden den weiteren Vorteil, daß am anomeren Zentrum keine Schutzgruppen eingeführt werden und sich die Produkte direkt als aktivierte Kohlenhydrate nutzen lassen.

Gegenstand der Erfindung sind auch Verbindungen der allgemeinen Formel I

in. der M für ein Kation, wie das des Li, Na, K, Mg und Ca, oder H oder NH^, insbesondere aber für H oder ein

Alkalimetallkation steht und X unabhängig voneinander Sauerstoff oder NH bedeutet,

wobei für X = Sauerstoff R die Bedeutung von Wasserstoff oder einem glycosidisch gebundenen Monosaccharid hat und für X = NH R für einen Acyl-, Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl-Schutzgruppenrest mit bis zu 10 C-Atomen steht, wobei aber nur eine der Gruppen RX eine andere Bedeutung als OH hat.

Die 1-Fluor-glycuronsäuren sind wertvolle AusgangsStoffe zur Herstellung von biologisch aktiven Di- und Oligosacchariden, die z.B. als Bestandteile von

Zelloberflächen-Sacchariden und Glycoproteinen biologische Aktivität haben können, z.B. zur Stimulierung von Immunreaktionen und Antikörperbildung. Auch können, z.B. durch einfache Glycosylierungsreaktionen, oberflächenaktive Derivate erhalten oder die Lösungs- und

Transporteigenschaften von Natur- und Wirkstoffen verbessert werden.

Beispiele

1) In ein von außen beheizbares senkrecht angeordnetes Glasrohr (Durchmesser 25 mm, Länge 600 mm), das mit einer Mischung aus 10 g α-D-Glucopyranosylfluorid, 90 g Wasser und 5 g eines handelsüblichen Katalysators (5 Gew.-% Platin auf Aktivkohle, F 196 RAW der Fa.Degussa, Frankfurt,

Deutschland) gefüllt war, leitete man von unten durch eine Glasfritte pro Stunde 10 Normal-Liter Sauerstoff bei einer Temperatur von 30°C ein. Durch kontinuierliche Zugabe von 30 %iger wäßriger Natronlauge wurde der pH-Wert bei 7 bis 7,5 gehalten. Nach 6 Stunden enthielt die Lösung 10,2 g

Natrium-α-D-glucopyranuronatosylfluorid (85 % der Theorie). Das Produkt kann nach üblichen Verfahren isoliert und gereinigt werden.

Weißes, amorphes Pulver; (α) _D : +71,2° (c = 1,08, Wasser) ^-N R (D ₂ 0): 6 = 5,71 (dd, H-l), 3,67 (ddd, H-2), 3,77

(dd, H-3), 3,58 (dd, H-4), 4,09 (d, H-5); J _{χ F} = 53,4, Ji ⁼ 2,9, J__ p ⁼ 26,6, J^ _t~ 9,8, J«a Λ~ 9,3, JA C ⁼ 10,2 Hz, Massenspektroskopie (MS) (nach^Silylierung) : M ⁺ = 484 (C ₁₈ H ₄₁ F0 ₆ Si ₄ , 4fach silyliert)

2) Unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen wurden 10 g α-D-Galactopyranosylfluorid in einer 10 %igen wäßrigen Lösung in Gegenwart von 5 g des dort genannten Katalysators bei 10°C mit Sauerstoff oxydiert. Nach 4 Stunden enthielt das Reaktionsgemisch 9,3 g Natrium-α-D- galactopyranuronatosylfluorid (78 % der Theorie), das nach üblichen Verfahren isoliert und gereinigt werden kann. Weißes, amorphes Pulver; (α) _D : +37,1° (c = 0>98, Wasser) ^X H-NMR (D ₂ 0): 6 = 5,73 (dd, H-l), 4,05 (mc, 4 H-2,3,4,5); J^ τ-r— 53,7, J-i <y— 2,2 HZ.

MS (nach Silylierung) : M ⁺ = 484 (C ₁₈ H ₄₁ F0 ₆ Si ₄ , 4fach silyliert)

3) In der in .Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung wurde ein Gemisch aus 10 g 2-Acetamido-2-desoxy-α-D- glucopyranosylfluorid, 90 g Wasser und 5 g des dort genannten Katalysators bei 40°C mit Sauerstoff umgesetzt. Der pH-Wert wurde durch kontinuierliche Zugabe von 30 %iger Natronlauge auf 7 bis 7,5 gehalten. Nach 6 Stunden enthielt die Lösung 7,4 g Natrium-2-acetamido-2-desoxy-α-D- glucopyranuronatosylfluorid, entsprechend einer Ausbeute von 70 % der Theorie, das isoliert und gereinigt werden kann.

Weißes, amorphes Pulver; (α) _D : +23,5° (c = 1,14, Wasser) ^- MR (D ₂ 0): δ = 5,67 (dd, H-l), 4,06 (ddd, H-2), 3,81

(dd, H-3), 3,67 (dd, H-4), 4,11 (d, H-5)v 2,07 (s, CH ₃ ); J _j _ p ⁼ 52,9, J^ 2 ⁼ 3,0, J ₂ ~ 27,8, J2 g ⁼ 9,9, Jg ₄ ⁼ 9,1,

^J 45 ^{= 10} '° ^Hz ' MS (nach Silylierung) : M ⁺ = 453 (C ₁₇ H3 ₆ F 0ßSi ₃ , 3fach silyliert) .

4) In der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung wurde ein Gemisch aus 10 g α-Lactosylfluorid (4-0-(ß-D- Galactopyranosyl)-α-D-« _* glucopyranosylfluorid), 90 g Wasser und 5 g des dort genannten Katalysators bei 30°C mit Sauerstoff umgesetzt. Der pH-Wert wurde durch kontinuierliche Zugabe von 30 %iger Natronlauge auf 7 bis 7,5 gehalten. Nach 5 Stunden enthielt die Lösung neben den beiden Monocarbonsäuren 4,9 g 1-Fluor-lactodiuronsauressalz (Dinatrium-4-0- (3-D-galactopyranuronatosyl)-α-D- glucopyranuronatoεylfluorid), entsprechend einer Ausbeute von 45 % der Theorie, das isoliert und gereinigt werden kann.

Farbloser Sirup ^- MR (D ₂ 0): δ = 5,65 (dd, H-l); _{χ 2} = 2,7, J _{χ F} = 53,2 Hz. MS (nach Silylierung) : M ⁺ = 876 (C33H ₁ 3F0 ₁₂ Si ₇ , 7fach silyliert) .