Studies toward the total synthesis of natural and unnatural aeruginosins

Abstract

Nous avons démontré l’utilité du groupement protecteur tert-butylsulfonyle (N-Bus) pour la chimie des acides aminés et des peptides. Celui-ci est préparé en deux étapes, impliquant la réaction d’une amine avec le chlorure de tert-butylsulfinyle, suivie par l’oxydation par du m-CPBA, pour obtenir les tert-butylsulfonamides correspondants avec d’excellents rendements. Le groupement N-Bus peut être clivé par traitement avec 0.1 N TfOH/DCM/anisole à 0oC en 10h pour régénérer le sel d’ammonium. Une variété d’acides aminés N-Bus protégés ainsi que d’autres aminoacides peuvent alors être utilisés pour préparer divers dipeptides et tripeptides. A l’exception du groupe N-Fmoc, les conditions de déprotection du groupe N-Bus clivent également les groupements N-Boc, N-Cbz et O-Bn. Une déprotection sélective et orthogonale des groupes N-Boc, N-Cbz, N-Fmoc et O-Bn est également possible en présence du groupe protecteur N-Bus. Le nouvel acide aminé non-naturel (3R, 2R) 3–méthyl-D-leucine (β-Me-Leu) et son régioisomère 2-méthyle ont été synthétisés par ouverture d’une N-Ts aziridine en présence d’un excès de LiMe2Cu. Chacun des régioisomères du mélange (1:1,2) a été converti en la méthylleucine correspondante, puis couplé à l’acide D-phényllactique puis au motif 2-carboxyperhydroindole 4-amidinobenzamide en présence de DEPBT. Des élaborations ultérieures ont conduit à des analogues peptidiques non-naturels d’aeruginosines telles que la chlorodysinosine A. Les deux analogues ont ensuite été évalués pour leur activité inhibitrice de la thrombine et la trypsine. La présumée aeruginosine 3-sulfate 205B et son anomère β ont été synthétisés avec succès à partir de 5 sous-unités : la 3-chloroleucine, l’acide D-phényllactique, le D-xylose, le 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole et l’agmatine. La comparaison des données RMN 1H et 13C reportées avec celles obtenues avec l’aeruginosine synthétique 205B révèle une différence majeure pour la position du groupe présumé 3'-sulfate sur l’unité D-xylopyranosyle. Nous avons alors synthétisés les dérivés méthyl-α-D-xylopyranosides avec un groupement sulfate à chacune des positions hydroxyles, afin de démontrer sans ambiguïté la présence du sulfate en position C-4' par comparaison des données spectroscopiques RMN 1H et 13C. La structure de l’aeruginosine 205B a alors été révisée. Une des étapes-clés de cette synthèse consiste en la formation du glycoside avec le groupe hydroxyle en C-6 orienté en axial sur la sous-unité Choi. Le 2-thiopyridylcarbonate s’est avéré une méthode efficace pour l’activation anomérique. Le traitement par AgOTf et la tétraméthylurée en solution dans un mélange éther-DCM permet d’obtenir l’anomère α désiré, qui peut alors être aisément séparé de l’anomère β par chromatographie

We have demonstrated the usefulness of tert-butylsulfonyl (N-Bus) protecting group in amino acid and peptide chemistry. It is formed in a 2-step procedure involving reaction of an amine with tert-butylsulfinyl chloride, followed by oxidation with m-CPBA to obtain the corresponding tert-butyl- sulfonamides in excellent yields. The N-Bus group can be cleaved to regenerate the corresponding amino salt in 0.1 N TfOH/DCM/anisole at 0 oC for 10 h. A variety of N-Bus protected amino acids and other common amino acids can be used to form dipeptides and tripeptides. With the exception of the N-Fmoc group, the conditions required for the N-Bus group cleavage also cleaved the N-Boc, N-Cbz and O-Bn groups. Selective and orthogonal deprotection of N-Boc, N-Cbz, N-Fmoc and O-Bn groups could be achieved in the presence of the N-Bus protecting group. The new unnatural amino acids (3R, 2R) 3–methyl-D-leucine (β-Me-Leu) and its 2-methyl regioisomer were synthesized by ring opening of an N-Ts aziridine intermediate with excess LiMe2Cu. The 1:1.2 mixture of regioisomers were each converted to the corresponding methyl leucines, then coupled to D-phenyllactic acid, followed by coupling with 2-carboxyperhydroindole 4-amidino-benzamide core in the presence of DEPBT. Further elaboration led to linear peptidic unnatural analogues of known aeruginosins such as chlorodysinosin A. The two analogues were also evaluated in enzymatic assays for their inhibitory activity against thrombin and trypsin. The presumed 3-sulfated aeruginosin 205B and its β–anomer were successfully synthesized from 5 subunits: 3-chloroleucine, D-phenyllactic acid, D-xylose, 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole, and agmatine. Comparison of 1H and 13C NMR reported data with that of synthetic aeruginosin 205B revealed a disturbing discrepancy with regard to the position of the presumed 3'-sulfate on the D-xylopyranosyl unit. We synthesized methyl α-D-xylopyranosides with sulfates at each of the hydroxyl groups and conclusively demonstrated the the presence of a C-4'-sulfate by comparison of the 1H and 13C NMR spectroscopic data. Thus, the structure of aeruginosin 205B should be revised. One of the key steps in the synthesis is glycoside formation of the axially oriented C-6 hydroxyl group in the Choi subunit. The 2-thiopyridyl carbonate was a suitable method for anomeric activation, followed by treatment with AgOTf and tetramethylurea in ether-DCM solution to give the desired α-anomer, which was easily separable from the β-anomer by column chromatography.