Amberlyst 15 催化糖基三氯乙酰亚胺酯糖苷化反应的应用

　　作者：杨 倩, 廖洪利 作者单位：成都医学院药学院药物化学教研室,成都 610083)

　　【摘要】 目的 研究Amberlyst 15在催化糖基三氯乙酰亚胺酯的糖苷化反应在复杂天然糖苷类化合物合成中的应用。方法 Amberlyst 15在室温下催化糖基三氯乙酰亚胺酯供体进行糖苷键合反应,高立体选择性地合成O寡糖苷。结果 简便地合成了皂荚皂苷中的一个保护的三糖链片段。结论 与现有方法相比,该催化体系具有实用性强、条件温和、操作简单等特点。

　　【关键词】 Amberlyst 15; 糖苷化反应; 三氯乙酰亚胺酯

　　Application of Amberlyst 15 mediated glycosyl trichloroacetimidatebased glycosylationsYANG Qian,LIAO Hongli(Department of Medicinal Chemistry,School of Pharmacy,Chengdu Medical College,Chengdu 610083,China)【Abstract】 Objective To utilize Amberlyst 15 mediated glycosyl trichloroacetimidatebased in synthesis of natural complex carbohydrate construction.Methods A series of Olinked oligosaccharides were be established by Amberlyst 15catalyzed glycosyl trichloroacetimidate donors with high stereoselectivity at room temperature.Results Use of this method permitted a convenient synthesis of a protected trisaccharide fragment of triterpene saponins gleditsiosides.Conclusion Compared with the existing techniques,this activation method is intentionally optimized to fulfill the requirements for a more practical glycosylation process,such as the mild conditions,the convenience to handle.【Key words】 Amberlyst 15; glycosylation; trichloroacetimidate

　　糖基三氯乙酰亚胺酯作为糖苷供体应用广泛,常用于构建许多具有显著生理活性的寡糖及糖缀合物,如在脑苷脂与神经节苷脂及其类似物的合成中,糖基三氯乙酰亚胺酯常用于糖片段间的连接以及神经酰胺和鞘氨醇的糖苷化[1];在通过化学方法合成糖蛋白时,Schmidt等[2]就采用岩藻糖三氯乙酰亚胺酯供体完成了LewisX抗原家族糖片段的连接;在天然产物合成中,俞飙等[3]利用糖基三氯乙酰亚胺酯供体成功合成了对肿瘤细胞具有显著细胞毒作用的甾体皂苷OSW1.另外,很多复杂天然产物结构中糖链片段的合成也采用了糖基亚胺酯供体,如刺孢霉素、博来霉素、万古霉素、扁枝衣霉素等对肿瘤细胞或耐药菌具有很好的抑制作用的抗生素[4]。糖基三氯乙酰亚胺酯法进行糖苷化反应的研究一直受到化学家们的重视。目前,催化三氯乙酰亚胺酯与受体连接的活化剂主要有TMSOTf、BF3·Et2O、TBSOTf[5]等路易斯酸以及I2/Et3SiH[6],Yb(OTf)[7]3,HClO4/silica[8],4 SW 300 MS[9]等固体催化剂。虽然这两类催化剂都能有效促进这类供体与受体的连接,但是它们都存在一些不足，比如,路易斯酸催化剂对湿气敏感,常需要在低温条件下催化反应,操作不便;固体催化剂存在反应时间较长,反应温度较高(Yb(OTf)3,4 SW 300 MS);催化剂用量过多(4 SW 300 MS),操作过繁(HClO4/silica);试剂较贵(Yb(OTf)3)等问题。在总结了糖基三氯乙酰亚胺酯在天然产物合成中的应用以及现有催化体系中的问题与不足之后,笔者利用Amberlyst 15这种价廉易得的固体酸异相催化三氯乙酰亚胺酯的糖苷化反应[10],完成皂荚皂苷类化合物中一个保护的三糖片段Ⅲ的合成(见图1)。

　　1 材料与方法

　　1.1 试剂与仪器所用溶剂均为分析纯,用通常方法干燥和纯化。薄层色谱(TLC)以硅胶GF254为吸附剂,以5‰CMCNa调制铺板,用10% 硫酸/乙醇、I2或荧光显色。柱层析用200300目硅胶(青岛海洋化工厂)。比旋光由PE341型旋光光度计测定,温度为(20±1)°C.

　　1.2 实验方法

　　1.2.1 单糖合成子的制备 参照文献方法制备三个单糖合成子:2,3,4三O苯甲酰基α,βD木糖三氯乙酰亚胺酯(化合物1) [11]、2,4二O苯甲酰基αD木糖苄基苷(化合物2) [12]、2O乙酰基3O苯甲酰基αL鼠李糖烯丙基苷(化合物3) [13],用于构建片段Ⅲ。

　　1.2.2 2,3,4三O苯甲酰基βD木糖(1→3)2,4二O苯甲酰基αD木糖苄基苷(Ⅰ) 的合成 将1 (2.55 g,4.22 mmol)与2 (1.80 g,4.02 mmol)一起真空干燥2 h,加入无水乙醚溶解。然后迅速加入(2.55 g,100 wt%)新活化的4分子筛,室温搅拌15 min后加入Amberlyst 15 (0.51 g,20 wt%)。25℃继续反应,3 h 后TLC监测反应结束。将反应体系过滤,乙醚洗树脂,滤液合并、减压浓缩至干,经硅胶柱层析分离纯化 (石油醚:乙酸乙酯=5∶1),得到无色透明糖浆Ⅰ (2.83 g,79%):Rf 0.40 (3∶1,石油醚:乙酸乙酯).[α]21D∶2.2 (c 1.41,CHCl3)。

　　1.2.3 2,3,4三O苯甲酰基βD木糖(1→3)2,4二O苯甲酰基α,βD木糖三氯乙酰亚胺酯 (Ⅱ) 的合成 将Ⅰ (2.72 g,3.05 mmol)溶于95% 乙醇后,加入10% Pd/C (815 mg),通入H2于50 °C反应24 h,TLC监测反应原料已消失。反应物过滤后浓缩经硅胶柱层析纯化 (石油醚∶乙酸乙酯 = 5∶2),得到无色透明糖浆。将纯化所得的半缩醛糖浆 (2.09 g,2.59 mmol)溶于无水CH2Cl2 (20 ml),N2保护下于0 °C加入CCl3CN (2.0 ml,20.7 mmol)和DBU (10 滴),反应1 h待其缓慢升至室温。将反应液真空浓缩后用硅胶柱层析纯化 (石油醚∶乙酸乙酯 = 3∶1),得到白色泡沫状固体Ⅱ (2.08 g,两步收率72%)。

　　1.2.4 2,3,4三O苯甲酰基βD木糖(1→3)2,4二O苯甲酰基βD木糖(1→4)2O乙酰基3O苯甲酰基αL鼠李糖烯丙基苷 (Ⅲ) 的合成 将供体Ⅱ(1.83 g,1.94 mmol)与受体3(649 mg,1.93 mmol)混合后真空干燥2 h,N2保护下,加入无水乙醚溶解。然后迅速加入(1.83 g,100 wt%)新活化的4分子筛,室温搅拌15 min后加入Amberlyst 15 (0.37 g,20 wt%)。 25 ℃继续反应4 h,TLC监测反应结束。将反应体系过滤,乙醚洗树脂,滤液合并、减压浓缩至干,经硅胶柱层析分离纯化 (石油醚∶乙酸乙酯 = 5∶1),得到白色泡沫状固体13 (1.70 g,77%):Rf 0.43 (7∶2,石油醚∶乙酸乙酯):[α]21D∶38.4(c 1.36,CHCl3)。

　　2 结果

　　参照文献方法制备三个单糖合成子:2,3,4三O苯甲酰基α,βD木糖三氯乙酰亚胺酯、2,4二O苯甲酰基αD木糖苄基苷、2O乙酰基3O苯甲酰基αL鼠李糖烯丙基苷,用于构建片段Ⅲ。为达此目的,1与2通过Amberlyst 15催化连接形成糖苷得到β构型的二糖化合物Ⅰ,其产率为79%,通过连续的去苄基及制备三氯乙酰亚胺酯供体,化合物Ⅰ转变成相应的二糖亚胺酯Ⅱ,为α/β构型比例1∶1的未分离的混合物。化合物Ⅱ与鼠李糖受体3同样于室温条件下,通过Amberlyst 15催化糖苷化反应得到4O糖苷化的鼠李糖苷,其产率为77%,且全部为β构型。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均与文献报道的薄层色谱行为以及旋光度吻合[14]。在皂荚皂苷保护的三糖片段Ⅲ的合成中,笔者连续两次用到了Amberlyst 15固体酸在室温条件下异相催化糖基三氯乙酰亚胺酯供体进行糖苷化反应,优化了传统方法中需要严格低温的苛刻条件,并且反应的立体选择性和收率都得到了保障。

　　3 讨论

　　在糖苷化反应中,底物结构(包括供体和受体保护基的性质、供体离去基团的空间取向即α和β构型)、催化剂种类和用量、溶剂、温度等条件都是影响反应的重要因素,要得到完全立体选择性控制的产物有相当的难度。虽然至今已发展出多种合成糖苷键的方法,而且其中一些方法在特定的反应条件及某些特例中的反应产率和立体选择性相当好,但目前还没有一种方法可以普遍适用于各种类型糖苷的合成。对于特定的反应底物需要筛选适应的反应条件。Amberlyst 15固体酸在室温条件下异相催化糖基三氯乙酰亚胺酯供体的糖苷化反应,此方法跟现有报道方法比较有诸多优点,如反应条件温和、操作简单、产率较高、催化剂价廉易得。笔者利用Amberlyst 15催化糖苷化反应合成皂荚皂苷中保护的三糖片段Ⅲ,为Amberlyst 15在寡糖及糖缀合物合成中的应用奠定了一定基础。

　　【参考文献】

　　1] Numata M,Sugimoto M,Ito Y,et al.An efficient eynthesis of ganglioside GM3:highly stereocontrolled glycosylations by use of auxiliaries[J].Carbohydr Res,1990,203(2):205217.

　　[2] Toepfer A,Kinzy W,Schmidt R R.Glycosyl imidates efficient synthesis of the lewis antigen X (Lex) family[J].Liebigs Ann Chem,1994,(5):449464.

　　[3] Shi B F,Tang P P,Hu XY,et al.OSW saponins:facile synthesis toward a new type of structures with potent antitumor activities[J].J Org Chem,2005,70(25):1035410367.

　　[4] Fügedi P.The organic chmistry of sugars[M]//Levy D E,Fügedi P.New York:CRC,2005:189.

　　[5] Pellissier,H.Use of Oglycosylation in total synthesis[J].Tetrahedron,2005,61(12):29472993.

　　[6] Adinolfi M,Barone G,Iadonisi A,et al.Iodine/Triethylsilane as a convenient promoter system for the activation of disarmed glycosyl trichloro and N(phenyl) trifluoroacetimidates[J].Synlett,2002,2:269270.

　　[7] Adinolfi M,Barone G,Iadonisi A,et al.Efficient activation of glycosyl N(phenyl) trifluoroacetimidate donors with ytterbium(III) triflate in the glycosylation reaction[J].Tetrahedron Lett,2002,43(32):55735577.

　　[8] Mukhopadhyay B,Maurer S V,Rudolph N,et al.From solution phase to “oncolumn” chemistry:trichloroacetimidatebased glycosylation promoted by perchloric acid?silica[J].J Org Chem,2005,70(22):90599062.

　　[9] Adinolfi M,Barone G,Iadonisi A,et al.Activation of glycoyl trihaloacetimidates with acidwashed molecular sieves in the glycosidation reaction[J].Org Lett,2003,5 (7):987989.

　　[10] Tian Q,Zhang S,Yu Q,et al.Amberlyst 15 as a mild and effective activator for the glycosylation with disarmed glycosyl trichloroacetimidate donors[J].Tetrahedro,2007,63(10):21422147.

　　[11] Chen L Q,Kong F Z.An efficient and practical synthesis of β(1→3)linked xylooligosaccharides[J].Carbohydr Res,2002,337(2123):23352341.

　　[12] Helm R F,Ralph J,Anderson L.Regioselective protection strategies for Dxylop yranosides[J].J Org Chem,1991,56(25):70157021.

　　[13] Yang Q,Zhu X M,Yang J S.Silver(I) oxide mediated regioselective monoacylation of 2,4Dihydroxyls in LRhamnopyranosides[J].Chin Chem Lett,2006,17(8):10091012.

　　[14] Yang Q,Lei M,Yin Q,et al.Silver(I) oxidemediated regioselective 2monoacylation in 3ObenzylaLrhamnopyranosides and application in synthesis of a protected tetrasaccharide fragment of potent cytotoxic saponins gleditsiosides C and D[J].Carbohydr Res,2007,342(9):11751181.doi:10.3969/j.issn.16742257.2009.03.007