幾種碳環(huán)糖的合成

程 杰, 方志杰, 顧振龍

(1. 安徽省藥物研究所,安徽 合肥 230022; 2. 南京理工大學(xué) 化工學(xué)院,江蘇 南京 210094; 3. 安徽中醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院,安徽 合肥 230031)

目前碳環(huán)糖化合物在治療糖尿病、癌癥及艾滋病等許多醫(yī)學(xué)難題領(lǐng)域都顯示出了顯著的藥用價(jià)值，是一類重要的藥物先導(dǎo)化合物[1,2]。Rinehart[3]最早以生物法途徑從Validamycin A霉素發(fā)酵液中制備、提取出了一系列重要的碳環(huán)庚糖，包括Valiolone, Valielone, Validone, Valiolamine, Valienamine等(Chart 1)，這些化合物一經(jīng)問世，作為藥物的潛在中間體或先導(dǎo)化合物很快便引起了合成化學(xué)家和藥物學(xué)家的濃厚興趣[4]。其中，以提取得到的Valiolone和Valielone為起始原料或單元砌塊進(jìn)行藥物的半合成，并經(jīng)過篩選和生物活性測試，得到了重要的α-糖苷酶抑制劑藥物伏格列波糖[5]和阿卡波糖[6]，用以治療Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病。

不可否認(rèn)，在此類碳環(huán)庚糖的合成中，生物發(fā)酵法的優(yōu)勢明顯，絕大多數(shù)報(bào)道[7]都是采用Validamycin A霉素發(fā)酵液中制備分離得到的，Valiolone的化學(xué)合成僅見Fukase[8], Ikegami[9]等報(bào)道。相對于化學(xué)法合成，生物法格外簡潔，高度專一性地得到此類碳環(huán)庚糖；但生物法也有其弊端：產(chǎn)量小、分離提取工藝復(fù)雜、成本昂貴。

Valiolone Valielone Validone Valiolamine Valienamine

1 2 3

本文報(bào)道四-O-芐基-葡萄糖酸-1,5-內(nèi)酯(4)在TMSOTf(Me3SiOCF3)和TMSOMe(Me3SiOMe)的作用下，與新戊二醇反應(yīng)制得螺環(huán)化合物2,3,4,6-四-O-芐基-5′,5′-二甲基螺{1,5-脫水-D-葡萄糖醇-1，2′-[1,3]二氧六環(huán)}(5);5在AlMe3作用開環(huán)并增長碳鏈制得二羥基化合物3,4,5,7-四-O-芐基-1-脫氧-2-氧-(3-羥基-2，2-二甲基丙基)-D-葡萄-庚-1-烯醇(6);6經(jīng)DMSO/Ac2O氧化制得二酮化合物7;7在Lewis酸催化下關(guān)環(huán)得碳環(huán)庚糖2R,3S,4S,5R-5-羥基-2,3,4-三芐氧基-5-芐氧甲基環(huán)己酮[四-O-芐基-Valiolone(1),總產(chǎn)率40%[9,10]]; 1在POCl3/吡啶存在下脫水制得4S,5S,6R-4,5,6-三芐氧基-3-芐氧甲基環(huán)己-2-烯酮[四-O-芐基-Valielone(2), 產(chǎn)率95%];2經(jīng)催化轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)制得2R,3S,4S,5R-2,3,4-三芐氧基-5-芐氧甲基環(huán)己酮[四-O-芐基-Validone(3), 產(chǎn)率20%, Scheme 1]。1～3的結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和MS確證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

Bruker DRX300 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));Thermo Finnigan HPLC-ESI-MS質(zhì)譜儀。

TMSOMe按文獻(xiàn)[11]方法制備；10%Pc/C,上海試劑一廠;所用溶劑均按標(biāo)準(zhǔn)化無水處理;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 5的合成

N2保護(hù)，在反應(yīng)瓶中依次加入4 18.6 g(34.6 mmol)的甲苯(200 mL)溶液,新戊二醇5.9 g(55.8 mmol), TMSOMe 40 mL和5 mol%TMSOTf的甲苯溶液7.7 mL，攪拌下于25 ℃反應(yīng)4 h;水泵抽真空1 h(除去低沸點(diǎn)副產(chǎn)物，使平衡正向進(jìn)行)，補(bǔ)加TMSOMe 8 mL和5 mol%TMSOTf的甲苯溶液2 mL，再反應(yīng)2 h(TLC跟蹤)。用5%Et3N的CH2Cl2溶液(60 mL)終止反應(yīng),濃縮后加水100 mL，分液，水相用乙酸乙酯(3×50 mL)萃取，合并有機(jī)相，用無水Na2SO4干燥，濃縮得白色固體5粗品17.5 g,產(chǎn)率81%。5粗品用甲醇重結(jié)晶，干燥得白色針狀晶體5, m.p.101 ℃～102 ℃(103 ℃～104 ℃[10])。

(2)6的合成

N2保護(hù)，在反應(yīng)瓶中依次加入5 15.2 g(24.3 mmol)的CH2Cl2(200 mL)溶液,冰浴冷卻,攪拌下滴加1.0 mol·L-1AlMe3的正己烷溶液120 mL,于25 ℃反應(yīng)12 h。緩慢滴加水終止反應(yīng)(析出大量白色沉淀)，用2.0 mol·L-1鹽酸(100 mL)溶解，冷卻至室溫，用乙醚(3×80 mL)萃取，合并有機(jī)相,依次用水(2×150 mL),飽和NaHCO3溶液(2×150 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，濃縮得淡黃色糖漿616.3 g，產(chǎn)率97%。

(3)1的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入66.2 g(9.7 mmol), DMSO 55 mL和Ac2O 40 mL,攪拌下于室溫反應(yīng)24 h。濃縮后依次加入蒸餾水150 mL和乙醚60 mL,分液，水相用乙醚(3×30 mL)萃取，合并有機(jī)相,用水(3×150 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，濃縮得黃色糖漿7粗品(直接投入下步反應(yīng))。

在反應(yīng)瓶中依次加入THF 140 mL,7粗品的水(7 mL)溶液,CuCl24.0 g(29.9 mmol)和ZnCl24.0 g(29.4 mmol),攪拌下回流(70 ℃)反應(yīng)6 h。冷卻至室溫，加入蒸餾水100 mL和乙醚100 mL,分液,水相用乙醚(3×40 mL)萃取，合并有機(jī)相,依次用水(2×150 mL)，飽和NaHCO3溶液(2×150 mL)洗滌，無水NaSO4干燥，濃縮后用混合溶劑[V(乙醚) ∶V(石油醚)=1 ∶2]重結(jié)晶得白色固體12.68 g,產(chǎn)率51%(以6計(jì)算);1H NMRδ: 2.44～2.49(m, 2H, 6-Hheq, OH), 2.84(d,J=14.5 Hz, 1H, 6-Hhax), 3.14 (d,J=8.6 Hz, 1H, 7-H), 3.47(m, 1H, 7-H), 3.98～4.07(m, 2H, 2,3-H), 4.14(d,J=8.2 Hz, 1H, 4-H), 4.38～4.49(m, 2H, ArCH2), 4.53～4.58(m, 2H, ArCH2), 4.75 (d,J=10.7 Hz, 1H, ArCH2), 4.93～5.01(m, 3H, ArCH2), 7.16～7.41(m, 20H, ArH);13CNMRδ: 45.55(C6), 72.76, 73.30, 74.10(C1), 75.72, 75.95, 79.94(C2), 83.08(C3), 85.57(C4), 127.63～128.45(20C in Ar), 137.37, 137.64, 137.79, 138.34, 203.96(C5)。

(4)2的合成

冰浴冷卻,在反應(yīng)瓶中加入10.6 g(1.1 mmol)的吡啶(10 mL)溶液，攪拌下緩慢滴加POCl31.0 mL(10.8 mmol),滴畢，于0 ℃反應(yīng)2 h;升至室溫反應(yīng)12 h。加甲苯共蒸濃縮吡啶后加水50 mL和乙酸乙酯50 mL,分液，水相用乙酸乙酯(3×20 mL)萃取，合并有機(jī)相，依次用15%醋酸水溶液(3×80 mL),飽和NaHCO3溶液(80 mL)，水(80 mL)洗滌，無水Na2SO4干燥，濃縮后經(jīng)硅膠柱層析[梯度洗脫劑:A=V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶8～1 ∶6]分離得無色糖漿20.57 g，產(chǎn)率95%;1H NMRδ: 3.90～4.12(m, 2H), 4.18(d,J=6.5 Hz, 1H), 4.30(d,J=16.0 Hz, 1H), 4.38(d,J=7.4 Hz, 1H), 4.51(m, 2H), 4.65(d,J=10.0 Hz, 1H), 4.73(d,J=2.4 Hz, 1H), 4.76(d,J=2.4 Hz, 1H), 4.92(d,J=11.0 Hz, 1H), 5.02(d,J=11.0 Hz, 1H), 5.14(d,J=11.0 Hz, 1H), 6.22(dd,J=1.7 Hz, 4.1 Hz, 1H), 7.23～7.48(m, 20H, ArH);13C NMRδ: 68.99, 73.16, 74.39, 75.60, 75.68, 79.16, 83.93, 84,89, 123.95, 127.68～138.08(24C), 159.01, 196.64; ESI-MSm/z: 575.1{[M+41]+}(溶劑乙腈的分子量41)。

(5)3的合成

在反應(yīng)瓶中依次加入甲苯10 mL,20.48 g(0.9 mmol)的環(huán)己烯(30 mL)溶液和Pd/C 0.20 g,攪拌下于110 ℃反應(yīng)4 d。過濾,濾液濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=1 ∶10)分離得無色糖漿330.09 g，產(chǎn)率20%;1H NMRδ: 2.18～2.30(m, 2H), 3.79(d,J=6 Hz, 2H), 3.89(d,J=2.4 Hz, 1H), 4.25(m, 2H), 4.34(d,J=1.3 Hz, 1H), 4.11～4.44(m, 3H), 4.46～4.71(m, 5H), 7.11～7.43(m, 20H, ArH);13C NMRδ: 26.36, 67.98, 71.23, 71.34, 73.16, 80.57, 81.07, 81.44, 84.87, 88.30, 126.65-128.45(20C), 137.07, 137.21, 137.27, 137.90, 210.29; ESI-MSm/z: 537.36{[M+H]+}。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成1的反應(yīng)條件優(yōu)化

經(jīng)四步反應(yīng)由4合成1，總產(chǎn)率約40%。在核心步驟Lewis酸催化關(guān)環(huán)反應(yīng)(7→1)中，混合溶劑V(THF) ∶V(H2O)=20 ∶1，r=n(催化劑) ∶n(6)=3 ∶1，考察了BF3·Et2O, ZnCl2, CuCl2等催化劑在不同反應(yīng)溫度、時(shí)間下對1產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，在ZnCl2/CuCl2催化下,回流反應(yīng)6 h，產(chǎn)率較好。需要說明的是，單用ZnCl2或CuCl2反應(yīng)的重復(fù)性并不好，反應(yīng)有時(shí)不能進(jìn)行；但用兩者的混合催化，重復(fù)性保持穩(wěn)定。因此由4合成1的較適宜反應(yīng)條件為:69.7 mmol, 以ZnCl2/CuCl2為催化劑，r=2 ∶1,于70 ℃反應(yīng)6 h,產(chǎn)率51%(以6計(jì)算)。

表 1 催化劑對合成1的影響*Table 1 Effect of catalyst on synthesis of 1

*r=n(催化劑) ∶n(7)=3 ∶1,其余反應(yīng)條件同1.2(3);產(chǎn)率以6計(jì)算，即兩步分離產(chǎn)率

2.2 Pd/C催化轉(zhuǎn)移氫化的特點(diǎn)

催化轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)屬于非均相催化氫化，其特點(diǎn)是在金屬催化劑存在下，用有機(jī)化合物作為供氫體以代替氣態(tài)氫作為氫源。通常所用的氫供體有不飽和脂環(huán)烴、不飽和萜類及醇類，如環(huán)己烯、環(huán)己二烯、四氫化萘、環(huán)己醇、異丙醇等，而鈀黑和鈀碳是最常用也是最有效的催化劑[12]。相對于催化氫化，轉(zhuǎn)移氫化具有設(shè)備與操作簡單、反應(yīng)條件溫和、基團(tuán)還原的選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。

利用催化轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)，可以對烯鍵選擇性還原，在110 ℃回流4 d合成了3，但產(chǎn)率只有20%。畢竟糖上的烯鍵空間位阻很大，影響了烯鍵與催化劑表面含氫活性中心的作用，所以產(chǎn)率較低是該步反應(yīng)的不足之處。用同樣的催化轉(zhuǎn)移氫化方法，甘露糖骨架結(jié)構(gòu)的Valielone類似物卻沒有發(fā)生反應(yīng)，可能的原因是2的C2-OBn處于直立鍵，位阻更大，使烯鍵很難與催化劑表面含氫活性中心的接觸，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移氫化難以進(jìn)行。

3 結(jié)論

首先經(jīng)四步反應(yīng)制備了四-O-芐基-Valiolone(1),產(chǎn)率40%。并優(yōu)化了由7合成1的反應(yīng)條件，發(fā)現(xiàn)采用ZnCl2和CuCl2共同催化，具有較高的產(chǎn)率和很好的重復(fù)性。其次，以1為原料，經(jīng)POCl3/Py體系脫水首次用化學(xué)合成法制得四-O-芐基-Valielone(2),產(chǎn)率95%。最后，2通過催化轉(zhuǎn)移氫化還原烯鍵制得四-O-芐基-Validone(3),但產(chǎn)率僅20%。

綜上所述，本文初步探索了Valielone, Validone等碳環(huán)糖衍生物的化學(xué)法合成，為糖苷酶抑制劑類藥物的前體、先導(dǎo)化合物和寡糖砌塊的合成提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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