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Carbohydrate derived azides for pharmaceutical technical applications

Yasser Saber

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Helmut Viernstein

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DOI

10.25365/thesis.5924

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29097.13627.766769-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Basierend auf chemischen- und Enzym-katalysierten Verfahren wurden neue Azidozucker synthetisiert. Ausgehend von Cellobiose ist ein synthetisch- chemischer Weg auf der Grundlage eines konventionellen Schemas entwickelt worden, um eine 6'-Azido-6'-deoxy-cellobiose (in welcher sich die Azido-Gruppe an der nicht reduzierenden Glukose-Einheit befindet) zu synthetisieren. Auf ähnlichem Wege wurde auch 6-Azido-6-deoxycellobiose synthetisiert. Beide Cellobiose-Derivate können als Vorläufer für Enzym-katalysierte Synthesen von neuen Aminopolysacchariden oder für die chemische Polymerisation in biomimetische Polymere fungieren. Die beiden Azido-Derivate der Cellobiose wurden unter Katalyse durch Cellobiose Dehydrogenase in die korrespondierenden Lactone enzymatisch oxidiert. Diese Lactone können als Monomere für die Synthese neuer Hydrogele fungieren. 6-Azido-6-deoxy-D-glucose wurde ebenso in einem konventionellen 10-Schritte-Protokoll erhalten. Dieser Azido-Zucker kann als Monomer bei der Synthese von 6-Amino-6-Deoxycellulose verwendet werden. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass die 6-Azido-6-deoxycellobiose auch durch die Rückreaktion der Phosphorylase ausgehend von Glucose 1-Phosphat und der 6-Azido-6-deoxy-D-glucose erzeugt werden kann, während die Hinreaktion der Phosphorylase unter Benützung 6-Azido-6-deoxycellobiose als Substrate und des anorganischen Phosphats als Puffer wie erwartet in einer 6-Azido-6-deoxy-D-glucose resultierte. Dies bedeutet, dass die Azido-Gruppe in der C-6 der Glucose als auch der Cellobiose durch die Cellobiose Phosphorylase toleriert wird. Bei unseren Untersuchungen erwies sich 6'-Azido-6'-deoxy-cellobiose nicht als Substrat für die Spaltung durch Cellobiose Phosphorylase. Auf alternativem Wege haben wir sowohl 3-Azido-3-deoxy-D-glucose als auch β-D-Allose ausgehend von 1,2:5,6-Di-O-isopropyliden-α-D-glucofuranose synthetisiert. Unser Ziel bei der Herstellung dieser Schlüsselsubstanzen war einerseits sie als Vorläufer in der Oligosaccharid Synthese zu verwenden und andererseits sie als Substrate bei der Rückreaktion der Cellobiose Phosphorylase zu testen. Bei der Enzym-katalysierten Synthese haben wir die aus Clostridium thermocellum extrahierte Cellobiose Phosphorylase(CBP) verwendet. Bei der Rückreaktion katalysiert die CBP die Produktion von Heterodisacchariden aus verschiedenen Glucose-Derivaten. Für diesen Zweck haben wir β-D-Allose, 6-Azido-6-deoxy-D-glucose und 3-Azido-3-deoxy-D-glucose als unterschiedliche Substrate für die CBP verwendet. Das einzige gebildete Heterodisaccharid entstand aus der 6-Azido-6-deoxy-D-glucose. Das bedeutet, dass die Substitution der Hydroxyl-Gruppe durch die Azido-Gruppe in der sechsten Position der Glucose von der Cellobiose Phosphorylase toleriert wird, während das 3-Azido-Analoge nicht reagierte. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Rolle der Hydroxyl-Gruppe oder des Azids am C-6 weniger kritisch ist als das Hydroxyl am C-3. Das Fehlen von Heterodisacchariden im Falle der β-D-Allose zeigt, dass die äquatoriale Konfiguration am C-3 für die Bindung am aktiven Zentrum des Enzyms erforderlich ist. Eine andere nützliche Anwendung der 6-Azido-6-deoxy-D-glucose liegt in ihrer Fähigkeit in einer 1,3-dipolaren Cycloadditionsreaktion mit einem Alkin gekoppelt zu werden. Wir erhielten ein stabiles Triazol durch die Kopplung von 6-Azido-6-deoxy-D-glucose mit Ethylpropiolat. Dieses Triazol kann als Teil eines diagnostischen Systems zur Bestimmung von Anti-Carbohydrat-IgE-Antikörpern verwendet werden, wobei das Alkin-Azid-Kopplungssystem als Bindungsarm zwischen dem zu untersuchenden Glycopeptid und der Mikrotiter-Platte fungiert, an der das andere Ende des Triazols immobilisiert wird. Es wird erwartet, dass die im Rahmen der vorliegenden Arbeit synthetisierten Azidozucker einen vielfältigen pharmazeutisch-technischen Anwendungsbereich finden werden.

Abstract

(Englisch)

Based on chemical and enzyme catalyzed procedures, new carbohydrate derived azides were synthesized. Starting from cellobiose, a chemical synthetic pathway has been developed to synthesize 6'-azido-6'-deoxy-cellobiose. In a similar way 6-azido-6-deoxycellobiose was also synthesized. Both cellobiose derivatives can act as precursors for enzyme-catalyzed syntheses of new aminopolysaccharides or chemical polymerization into biomimetic polymers. Both derivatives were also enzymatically oxidized by cellobiose dehydrogenase to the corresponding lactones. These lactones can function as monomers for the synthesis of new hydrogels. 6-Azido-6-deoxy-D-glucose was obtained from glucose. This azido sugar can be used as a monomer in the synthesis of 6-amino-6-deoxycellulose. Furthermore we have shown that 6-azido-6-deoxycellobiose can also be formed by reversal phosphorylase reaction from glucose1-phosphate and 6-azido-6-deoxy-D-glucose. In our hands 6'-azido-6'-deoxy-cellobiose did not function as a substrate for cellobiose phosphorylase. In alternative pathway we have synthesized 3-azido-3-deoxy-D-glucose as well as β-D-allose starting from 1,2:5,6-di-O-isopropylidene-α-D-glucofuranose. Our purpose of getting these key intermediates was on one hand to be used as precursors in oligosaccharides synthesis, on the other hand to test them as substrates for the reversal cellobiose phosphorylase reaction. In the enzyme-catalyzed synthesis we have used the enzyme cellobiose phosphorylase extracted from Clostridium thermocellum. For this purpose we have used β-D-allose, 6-azido-6-deoxy-D-glucose and 3-azido-3-deoxy-D-glucose as different substrates for the action of CBP. The only heterodisaccharide formed was that from 6-azido-6-deoxy-D- glucose, which means substitution of hydroxyl group by azido group in the six position of glucose seems to be tolerated by cellobiose phosphorylase, whereas the 3-azido analogue did not react. This observation showed that the role of the hydroxyl group or its azide derivative at C-6 is less critical than that of the hydroxyl at C-3. The absence of heterodisaccharide in case of β-D-allose showed that the equatorial configuration on C-3 is necessary for the binding on the active site of the enzyme. We have coupled 6-azido-6-deoxy-D-glucose to ethylpropiolate to get a stable triazole. This triazole can be used as a part of a diagnostic system for testing of anti-carbohydrate IgE antibodies.

Autor*innen

Yasser Saber

Haupttitel (Englisch)

Carbohydrate derived azides for pharmaceutical technical applications

Paralleltitel (Deutsch)

Kohlenhydrat abgeleitete Azide für pharmazeutische technische Anwendungen

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

160 S., [ca.25] Bl. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Wolfgang Kreis ,

Achim Göpfrich

Klassifikationen

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,

35 Chemie > 35.63 Kohlenhydrate

AC Nummer

AC07452022

Utheses ID

5317

Studienkennzahl

UA | 091 | 449 | |

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