2,5,6-位正交保護(hù)的5-氧-(喹啉-2-甲酰基)-β-D-半乳呋喃糖乙硫苷供體的合成

楊 攀, 楊勁松

(四川大學(xué) 華西藥學(xué)院，四川 成都 610041)

多糖是真菌細(xì)胞壁的主要成分，也是真菌賴以生存和進(jìn)化的重要物質(zhì)[1]。作用于細(xì)胞壁多糖的抗真菌藥物，如葡聚糖合成酶抑制劑、幾丁質(zhì)合成酶抑制劑、甘露聚糖合成抑制劑等[2]，具有高效低毒的特點(diǎn)，有望成為臨床上新一代抗真菌藥物。2002年，Ahrazem等[3]從真菌Apodusdeciduus細(xì)胞壁中提取了水溶性多糖F1SS，并確證其結(jié)構(gòu)是由甘露糖通過(guò)α-(1→6)糖苷鍵連接而成的聚合物，每個(gè)甘露糖3-位帶有一個(gè)二糖片段，該二糖片段是由兩個(gè)半乳呋喃糖通過(guò)α-(1→2)糖苷鍵連接而成的[4-5]。F1SS是組成多肽多聚糖的一部分，具有免疫原性，可參與細(xì)胞與細(xì)胞或細(xì)胞與宿主間的識(shí)別，但是有關(guān)F1SS的合成研究卻尚未見(jiàn)報(bào)道，因此F1SS的合成具有十分重要的意義。合成該分子的主要挑戰(zhàn)是兩個(gè)連續(xù)的1,2-cis半乳呋喃糖苷鍵的構(gòu)建。

Scheme 1

1,2-cis半乳呋喃糖苷鍵的構(gòu)建一直以來(lái)都是糖化學(xué)合成工作中所要攻克的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，也吸引了很多研究者致力于該方向的研究：2001年，Kim課題組[6]設(shè)計(jì)了一種新型的糖基活化體，即將2-芐氧羰基芐基(BCB)作為甘露糖供體的離去基團(tuán)，并將這種供體成功運(yùn)用于1,2-cis甘露糖苷鍵的合成中。2006年，該課題組又將這個(gè)方法學(xué)應(yīng)用到半乳呋喃糖中，高選擇性地完成了抗腫瘤鞘糖脂agelagalastatin的全合成[7]。但是該方法在制備糖基活化體的過(guò)程中涉及劇毒物質(zhì)氰化汞的使用，故其應(yīng)用受到了一定程度的限制。2014年，Gola等[8]報(bào)道了3-位由Bz取代的半乳呋喃糖供體可通過(guò)遠(yuǎn)程參與控制糖苷鍵的立體構(gòu)型，并用此方法合成了肺炎鏈球菌22F的莢膜多糖(CPS)的一個(gè)三糖片段。但該供體僅嘗試了與鼠李糖受體的反應(yīng)，其普適性有待驗(yàn)證。2013年，本課題組的劉強(qiáng)維等[9]將氫鍵介導(dǎo)的苷元傳遞策略(HAD)[10]用于構(gòu)建1,2-cis阿拉伯呋喃糖苷鍵[11]，用喹啉-2-甲酰基(Quin)保護(hù)阿拉伯呋喃糖供體的5-OH，在糖苷化過(guò)程中，保護(hù)基Quin上sp2雜化的氮原子與受體之間可以形成氫鍵，從而將受體束縛在糖環(huán)的β面，使得受體對(duì)端基中心的進(jìn)攻以較高機(jī)率發(fā)生在β面，從而得到β構(gòu)型占較大比例的糖苷化產(chǎn)物。該供體與多種受體反應(yīng)均取得較好的選擇性，同時(shí)，本課題組將此方法成功運(yùn)用于結(jié)核分枝桿菌的脂阿拉伯甘露聚糖(LAM)的八糖片段合成中。之后，又將此方法不斷地進(jìn)行完善與拓展。2016年，本課題組高鵬程等[12]將該方法學(xué)擴(kuò)展到1,2-cis半乳呋喃糖苷鍵的構(gòu)建中，并用5-位由Quin保護(hù)的半乳呋喃糖供體高效地完成了從海綿中分離得到的鞘糖酯vesparioside B[13]的全合成。該方法具有選擇性好，操作簡(jiǎn)便，安全性高的特點(diǎn)。

綜上，為合成F1SS，本課題組設(shè)計(jì)了關(guān)鍵中間體10：以Quin保護(hù)化合物10的5-OH，用以控制1,2-cis半乳呋喃糖苷鍵的形成。基于F1SS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用臨時(shí)保護(hù)基PMB和TBS分別保護(hù)化合物10的2-OH和6-OH，實(shí)現(xiàn)了2,5,6-位的正交保護(hù)。完成糖苷化反應(yīng)之后，可以將5-位的Quin和6-位的TBS選擇性脫除，換成位阻較小的保護(hù)基(如異亞丙基)，而2-位的PMB脫除之后可作為受體，這些設(shè)計(jì)均有利于后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行。

本文以D-半乳糖為原料,參照文獻(xiàn)[14-16]方法制得4，再通過(guò)TBS選擇性保護(hù)其2-位制得5-2，用芐基(Bn)保護(hù)其3-位制得6[16]，脫除TBS[6]之后用臨時(shí)保護(hù)基PMB保護(hù)其2-位[8]，并在洗脫過(guò)程中通過(guò)硅膠的弱酸性將其5,6-位的異亞丙基脫除，以較高的產(chǎn)率直接制得8，再于-15 ℃的低溫條件下，通過(guò)分批加入TBSOTf，制得構(gòu)型單一的產(chǎn)物9，最后用Quin保護(hù)其5-位制得化合物10[12](Scheme 1)，總收率為18.6%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和LC-MS(ESI)確證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Autopol Ⅵ型旋光儀；Varian Unit INOVA-400/54型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Agilent 1260-6420型液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。

1～4[14-16]， 6， 7， 10[6,8，16]按文獻(xiàn)方法合成;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 5的合成

在干燥的圓底燒瓶中加入化合物4 2.90 g(11 mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF) 110 mL，冷卻至0 ℃，加入咪唑2.24 g(33 mmol)，攪拌15 min后，加入叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMSCl) 2.42 g(16 mmol)，升至室溫反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測(cè))。反應(yīng)完全，用甲醇調(diào)至pH 7，加入乙酸乙酯200 mL，依次用水(3×30 mL)和飽和食鹽水(30 mL)洗滌，有機(jī)層經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=石油醚/乙酸乙酯=30/1,V/V)純化得無(wú)色油狀液體5-1 0.42 g，收率10%和5-2 2.91 g，收率70%。

(2) 6的合成[16]

(3) 7的合成[6]

(4) 8的合成

(5) 9的合成

在干燥的圓底燒瓶中加入化合物8 2.35 g(5 mmol)和DMF 50 mL，冷卻至-15 ℃，緩慢滴加干燥的三乙胺(Et3N)0.83 mL(6mmol)，滴畢，再緩慢滴加TBSOTf 1.49 mL(6 mmol)(分6批加入，每隔10 min加1次),加畢，反應(yīng)至終點(diǎn)(TLC監(jiān)測(cè))。于-15 ℃加水終止反應(yīng)，加入DCM 200 mL，依次用水(330 mL)和飽和食鹽水(30 mL)洗滌，有機(jī)層用無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=12/1)純化得無(wú)色油狀液體9 2.64 g,收率89%,0.5, CHCl3);1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.38～7.18(m, 7H), 6.95～6.80(m, 2H), 5.37(d,J=2.3 Hz, 1H), 4.61～4.47(m, 3H), 4.42(d,J=11.4 Hz, 1H), 4.23 (dd,J=6.6 Hz, 2.9 Hz, 1H), 4.10 (dd,J=6.6 Hz, 2.8 Hz, 1H), 3.96(t,J=2.6 Hz, 1H), 3.81(s, 3H), 3.78(s, 1H), 3.68～3.59(m, 2H), 2.76～2.58(m, 2H), 2.45( br s, 1H), 1.30(t,J=7.4 Hz, 3H), 0.90(s, 9H), 0.06(s, 6H);13C NMR(100 MHz, CDCl3)δ: 159.55, 137.82, 129.83, 129.38, 128.51, 127.91, 113.97, 87.86, 87.73, 83.62, 80.30, 72.36, 71.65, 71.17, 64.31, 55.38, 25.97, 25.48, 18.38, 14.98, -5.28, -5.32; LC-MS(ESI)m/z: Calcd for C29H44O6SSi{[M+Na]+}571.252 1, found 571.2522。

(6) 10的合成

2 結(jié)果與討論

2.1 5的合成

在化合物5的合成過(guò)程中，文獻(xiàn)[17]采用叔丁基二苯基氯硅烷(TBDPSCl)與化合物4在咪唑催化下反應(yīng)，對(duì)2-位進(jìn)行選擇性保護(hù)，選擇性為5/1(2-位/3-位)，參照文獻(xiàn)[6]把TBDPSCl換成了位阻較小的TBDMSCl，在保證收率的情況下將選擇性提高到了7/1。

2.2 8的合成

在化合物8的合成過(guò)程中，本課題組曾參照文獻(xiàn)[18]的方法，在65 ℃下用醋酸/水(4/1, V/V)的條件脫除異亞丙基，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酸性及加熱條件會(huì)導(dǎo)致PMB脫落，極大地降低了收率。嘗試降低溫度或醋酸的比例，但均未取得好的效果。在多次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)用硅膠柱純化產(chǎn)物會(huì)使得異亞丙基有部分脫落，于是嘗試延長(zhǎng)產(chǎn)物在硅膠柱上的時(shí)間，上樣后過(guò)夜再洗脫，發(fā)現(xiàn)異亞丙基可以完全脫落，直接生成了化合物8，簡(jiǎn)化操作的同時(shí)，大大提高了收率。

2.3 9的合成

在化合物9的合成過(guò)程中，文獻(xiàn)[14]采用了1,4-二氮雜二環(huán)[2.2.2]辛烷(DABCO)和乙腈(MeCN)分別作為催化劑和溶劑，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(5 h)，且DABCO和MeCN均具有一定的毒性，DABCO在常溫下易潮解易升華，實(shí)驗(yàn)安全性低，不便操作。參照文獻(xiàn)[19]采用DMF作溶劑，將化合物8溶解，0 ℃下依次加入咪唑和TBDMSCl，明顯縮短了反應(yīng)時(shí)間(2 h)，但收率僅為52%，且有較多副產(chǎn)物生成，因此，參照文獻(xiàn)[12,20]對(duì)化合物9的合成工藝進(jìn)行了探索見(jiàn)表1。

表1 合成化合物9的反應(yīng)條件篩選Table 1 Reaction conditions to synthesis compounds 9

在嘗試以上條件之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)化合物8與TBDMSCl反應(yīng)時(shí)，無(wú)論是以DMF還是吡啶作溶劑，均有較多原料剩余，且有副產(chǎn)物生成，從而導(dǎo)致產(chǎn)率降低。將TBDMSCl換成TBSOTf之后，在0 ℃下依然有較多副產(chǎn)物生成，但通過(guò)降低溫度以及分批加入TBSOTf可以大大提高收率。因此，經(jīng)過(guò)以上探索，最終確定，采用DMF作溶劑，干燥的Et3N作催化劑，在-15 ℃下分批加入TBSOTf，可以保證反應(yīng)完全，產(chǎn)物單一，收率高且便于純化。

以廉價(jià)易得的D-半乳糖為原料，通過(guò)10步反應(yīng)，以總收率18.6%首次完成了目標(biāo)化合物10的合成；高效地在2-位，5-位和6-位引入了臨時(shí)保護(hù)基，實(shí)現(xiàn)了正交保護(hù)，且5-位的喹啉-2-甲酰基可以高立體選擇性地控制1,2-cis半乳呋喃糖苷鍵的生成；對(duì)化合物5， 8， 9的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，極大提高了目標(biāo)化合物的收率和實(shí)驗(yàn)安全性。本路線具有操作簡(jiǎn)便、原料易得、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，也為寡糖片段F1SS的后續(xù)合成奠定了基礎(chǔ)。