獨(dú)家原創(chuàng)|3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸寡糖的合成研究進(jìn)展
PPS 點(diǎn)擊 藍(lán)字關(guān)注我們↑↑↑↑ 專家介紹:楊 友 華東理工大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。2004年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系,獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位。隨后由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所聯(lián)合培養(yǎng),于 2010 年獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位。2010 年
專家介紹:楊 友

華東理工大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。2004年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系,獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位。隨后由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所聯(lián)合培養(yǎng),于 2010 年獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位。2010 年 8 月至 2014 年 6 月,在德國馬克斯 – 普朗克膠體與界面研究所進(jìn)行博士后研究。2014 年 9月至今,歷任華東理工大學(xué)藥學(xué)院副教授、教授、博士生導(dǎo)師。主要從事糖化學(xué)和糖類藥物的研究。在 ChemRev、J Am Chem Soc 等國際著名期刊上發(fā)表近 40 篇 SCI 論文。獲得國家級青年人才稱號、上海市浦江人才、中國藥學(xué)會(huì) - 施維雅青年藥物化學(xué)獎(jiǎng)、華東理工大學(xué)“青年英才校長獎(jiǎng)”等榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)。
正文
3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸寡糖的合成研究進(jìn)展
莊麗琴,鄧妤,曾錚,樓琦欣,楊友 *
(華東理工大學(xué)藥學(xué)院 上海市新藥設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200237)
[摘要]3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸是一種非哺乳動(dòng)物來源的高碳糖,普遍存在于細(xì)菌的脂多糖和莢膜多糖中,被認(rèn)為是研發(fā)抗菌疫苗和診斷工具的潛在靶標(biāo)。按照 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸給體的類型,綜述了 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸糖苷化反應(yīng)的最新進(jìn)展,著重介紹了這些糖苷化方法在一些代表性的復(fù)雜 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸寡糖合成中的應(yīng)用。
3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸(Kdo,1)是一種非哺乳動(dòng)物源的八碳酮糖酸。作為高碳糖家族的一種重要類型分子,Kdo 主要存在于革蘭陰性菌的脂多糖(LPS)核心結(jié)構(gòu)中,也存在于大腸埃希菌和腦膜炎奈瑟菌等細(xì)菌的莢膜多糖以及產(chǎn)堿普羅登斯菌和肺炎克雷伯菌等細(xì)菌的 O-抗原中。并且,植物和藻類中也被發(fā)現(xiàn)含有 Kdo 單元。由于細(xì)菌的 LPS 和莢膜多糖是重要的致病因子,可引發(fā)強(qiáng)大的免疫反應(yīng),所以 Kdo 寡糖被認(rèn)為是開發(fā)抗菌疫苗和診斷試劑的潛在靶標(biāo)。然而,由于 Kdo 的 1位含有吸電子的羧基,且 3 位缺少鄰基參與基團(tuán),在發(fā)生糖苷化反應(yīng)時(shí)往往活性和立體選擇性都不好,容易得到 α-和 β-異構(gòu)體,并發(fā)生消除反應(yīng)生成糖烯副產(chǎn)物。本文將按照給體類型綜述 Kdo 的糖苷化反應(yīng)研究進(jìn)展及代表性 Kdo 寡糖的合成,為 Kdo 寡糖的合成研究提供參考。
1 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸的生物合成
從結(jié)構(gòu)上看,Kdo 與唾液酸(sialic acid,2)、Kdn(3)、legionaminic acid(Leg,4)、pseudaminic acid(Pse,5)等均屬于 3-脫氧-2-酮糖酸家族分子(見圖 1),它們具有相同的結(jié)構(gòu)特征和反應(yīng)特性。其中,α-Kdo 是細(xì)菌 LPS 內(nèi)核區(qū)域的重要單元,它將脂質(zhì) A 區(qū)域與 O-抗原多糖連接起來。β-Kdo 則更常見于細(xì)菌的莢膜多糖和 O抗原中。
Kdo 是細(xì)菌 LPS 中重要的保守結(jié)構(gòu),對細(xì)菌的生存具有至關(guān)重要的意義。抑制 Kdo 的生物合成可阻斷 LPS 的形成,從而破壞細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的完整性,影響細(xì)菌生理學(xué)功能的發(fā)揮。絕大多數(shù)細(xì)菌的 LPS 都含有不同數(shù)量的 Kdo 殘基和脂質(zhì) A,其中Kdo 的生物合成途徑始于戊糖中間體 Ru5P(6,見圖 2)。首先,Ru5P 被 D-阿拉伯糖-5-磷酸鹽異構(gòu)酶轉(zhuǎn)化為 A5P(7)。接著,A5P 在 Kdo8P 合成酶的催化下與磷酸烯醇式丙酮酸酯發(fā)生縮合反應(yīng),生成 Kdo 8-磷酸鹽(Kdo8P,8)。然后,Kdo8P 被Kdo8P 磷酸酶催化水解成 Kdo。Kdo 在胞嘧啶核苷酸(CMP)-Kdo 合成酶(CKS)催化下與胞嘧啶核苷三磷酸(CTP)反應(yīng),生成糖基核苷酸 CMPKdo(9)這一重要的中間體。在 Kdo 轉(zhuǎn)移酶的促進(jìn)下,糖基核苷酸 CMP-Kdo 與脂質(zhì) A 發(fā)生酶促反應(yīng)生成 Kdo-lipid A。


在 Kdo 的生物合成中,CKS 是將 Kdo 轉(zhuǎn)化成CMP-Kdo,從而引入到 LPS 中的關(guān)鍵限速酶。基于此重要的酶促反應(yīng),CKS 成為抗菌藥物開發(fā)中的潛在藥物靶標(biāo)。CKS 抑制劑可被用于阻斷 Kdo 的生物合成,從而使得細(xì)菌的脂質(zhì) A 前體在體內(nèi)大量聚積,無法形成完整的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),最終達(dá)到抗菌的目的。研究表明,2-脫氧-Kdo 類似物對 CKS 具有較好的抑制作用。基于此,筆者所在課題組合成了一系列 3 位碳分枝的 2-脫氧-Kdo 類似物,為進(jìn)一步開發(fā) CKS 抑制劑打下了基礎(chǔ)。
2 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸寡糖的合成
Kdo 寡糖中的糖苷鍵被認(rèn)為是糖化學(xué)中最難構(gòu)建的糖苷鍵之一。Kdo 自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對其糖苷化反應(yīng)造成了很大的影響,經(jīng)常需要綜合考慮離去基團(tuán)、保護(hù)基團(tuán)、促進(jìn)劑、溶劑、溫度和添加劑等眾多影響因素。從結(jié)構(gòu)上來說,Kdo 的 3 位碳上沒有鄰基參與基團(tuán),從而無法通過鄰基參與效應(yīng)有效控制 Kdo 糖苷化反應(yīng)的立體選擇性,經(jīng)常生成 α-和 β構(gòu)型混合的異構(gòu)體。并且,Kdo 的 1 位碳上具有吸電子的羧基,降低了糖苷化反應(yīng)的活性,容易發(fā)生消除反應(yīng),生成 Kdo 糖烯副產(chǎn)物,因此糖苷化反應(yīng)的收率一般較低,并給糖苷化產(chǎn)物的分離增加了困難。因此,Kdo 糖苷化反應(yīng)中立體選擇性的控制和糖烯副產(chǎn)物的抑制,是 Kdo 寡糖合成中的關(guān)鍵問題。Kdo 糖苷化反應(yīng)中常見的產(chǎn)物和副產(chǎn)物見圖 3。

迄今為止,在 Kdo 糖苷的合成中,許多不同類型的 Kdo 給體已經(jīng)被開發(fā)出來,主要包括鹵苷、糖烯、硫苷、N-苯基三氟乙酰亞胺酯、亞磷酸酯和鄰炔基苯甲酸酯等。最近,Kosma 和 Mong 課題組分別對 Kdo 的糖苷化反應(yīng)進(jìn)行了綜述。以下將著重介紹 Kdo 糖苷化反應(yīng)的最新進(jìn)展及其在復(fù)雜 Kdo寡糖合成中的應(yīng)用。
2.1 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸鹵苷給體
早在 20 世紀(jì) 80—90 年代,Kdo 溴苷給體就被廣泛地應(yīng)用于 α-Kdo 寡糖的合成。Kosma 等利用溴苷給體合成了分枝狀 Kdo 四糖 α-Kdo-(2→4)-[α-Kdo-(2→8)]-α-Kdo-(2→4)-α-Kdo(見圖 4)。在HgBr2/Hg(CN)2 催化下,Kdo 溴苷給體 10 與 Kdo 二糖 11 反應(yīng)生成 α-Kdo 三糖 12,收率為 59%。化合物 12 可被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為 Kdo 三糖溴苷 13。三糖給體 13 與 Kdo 受體 14 在 HgBr2/Hg(CN)2 催化下反應(yīng)2 d 可獲得 Kdo 四糖 15,收率為 32%。最后經(jīng)過皂化反應(yīng)可得到目標(biāo)四糖 16。由于該給體用于糖苷化時(shí)需要使用有毒重金屬,易生成糖烯副產(chǎn)物,所以在 Kdo 寡糖的合成中受到了一定的限制。

與 Kdo 溴苷的糖苷化反應(yīng)相比,Kdo 氟苷的糖苷化反應(yīng)的 α-立體選擇性更好,從而得到了更廣泛的應(yīng)用。Yoshizaki 等利用 Kdo 氟苷首次合成了大腸埃希菌中的脂多糖片段(Re-LPS)(見圖5)。在三氟化硼乙醚的促進(jìn)下,4、5 位叔丁基二甲基硅基(TBS)保護(hù)的 Kdo 氟苷給體 17 與氨基葡萄糖二糖骨架 18 發(fā)生糖苷化反應(yīng),以 89% 的收率立體選擇性生成 α-(2→6)-連接的三糖 19。然后,化合物 19 被轉(zhuǎn)化為 4′′-O-三乙基硅基(TES)保護(hù)的受體 20。相似地,4、5 位丙叉保護(hù)的 Kdo 氟苷21 與三糖受體 20 在三氟化硼乙醚的促進(jìn)下發(fā)生糖苷化反應(yīng),以 75% 的收率得到 α-(2→4)-連接的四糖22。最后,經(jīng)過脫保護(hù)操作獲得了大腸埃希菌中的Re-LPS。合成的 Re-LPS 與天然的 Re-LPS 展示了相同級別的細(xì)胞因子 [ 如腫瘤壞死因子(TNF)-α 與白細(xì)胞介素(IL)-6] 誘導(dǎo)活性。
Kong 等利用雙丙叉保護(hù)的 Kdo 氟苷給體 23與 Kdo 受體 24 在三氟化硼乙醚的促進(jìn)下反應(yīng),得到α-(2→4)-連接的Kdo二糖25,但產(chǎn)率僅為25%(見圖 6)。在三氟甲磺酸銀(AgOTf)和 2,6-二叔丁基-4-甲基吡啶(DTBMP)存在下,全乙酰化的 L-甘油-D甘露庚二糖溴苷 26 與含有 5 位羥基的二糖受體 25反應(yīng),可得到相應(yīng)的 α-(1→5)-連接的四糖,脫除所有保護(hù)基后獲得目標(biāo)四糖 27。
為了進(jìn)一步提高 Kdo 糖苷化反應(yīng)的 α-立體選擇性,可通過在 Kdo 的 3 位碳上引入碘基、硫基或苯硒基等輔基作為立體導(dǎo)向基團(tuán)的策略來立體選擇性合成 α-Kdo 糖苷。


如圖 7 所示,Pokorny 等報(bào)道了將 3-碘代-Kdo氟苷給體用于立體選擇性合成衣原體相關(guān)的 α-Kdo三糖。在三氟化硼乙醚的促進(jìn)下,3-碘代-Kdo 氟苷給體 28 與四醇 29 反應(yīng)可區(qū)域選擇性得到 4,8 位分枝的 α-Kdo 三糖 30,收率為 58%。在該反應(yīng)中,也會(huì)同時(shí)得到少量的 α-(2→7)-連接的三糖異構(gòu)體(7%)和糖烯副產(chǎn)物(11%)。之后,三糖 30 經(jīng)過乙酰化反應(yīng)、脫碘基反應(yīng)和皂化反應(yīng)后,可得到衣原體相關(guān)的三糖 31。相似地,3- 碘代 -Kdo 氟苷給體 28與 8-O-TES 的糖烯受體 32 發(fā)生糖苷化反應(yīng),得到α-Kdo 二糖 33。二糖 33 經(jīng) N- 碘代丁二酰亞胺(NIS)和氟化氫吡啶處理后可被轉(zhuǎn)化為 3-碘代-Kdo 二糖氟苷給體 34。接著,在三氟甲磺酸的催化下,34 與二醇 35 反應(yīng),立體選擇性形成 α-Kdo 三糖 36,收率 73%。最后,經(jīng)乙酰化反應(yīng)、脫碘基反應(yīng)和皂化反應(yīng)得到衣原體相關(guān)的三糖 37。

此外,由于 Kdo 的 5 位羥基存在較大的空間位阻,所以 4,5 位羥基裸露的 Kdo 二醇受體發(fā)生糖苷化反應(yīng)時(shí),一般較難形成 (2→5)-連接的產(chǎn)物。在三氟化硼乙醚促進(jìn)下,全芐基保護(hù)的 3-碘代-Kdo 氟苷給體 38 與 Kdo 受體 39 的 5 位羥基反應(yīng),可以 71%的收率得到單一構(gòu)型的 α-(2→5)-連接的 Kdo 二糖40(見圖 8)。脫保護(hù)后可得到 α-(2→5)-連接的Kdo 二糖 41,這為合成含有此二糖的不動(dòng)桿菌 LPS提供了借鑒。

2.2 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸糖烯給體
Kdo 糖烯是糖苷化的副產(chǎn)物,將其用于 Kdo 的糖苷化反應(yīng)非常具有吸引力。在強(qiáng)酸的條件下,通過在 Kdo 的 3 位碳引入立體導(dǎo)向的輔基,如硒基和碘基等,可與活性高的伯醇反應(yīng)得到 α-Kdo 糖苷。
基于在 3 位碳引入立體導(dǎo)向的苯硒基的策略,Yang 等利用全乙酰化的 Kdo 糖烯給體 42 合成了 α-Kdo 糖苷 45(見圖 9)。在苯基氯化硒(PhSeCl)、AgOTf 和三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf)的促進(jìn)下,Kdo 糖烯給體 42 與五碳連接臂 43 反應(yīng)生成 3 位苯硒基取代的中間體 44。在三丁基氫化錫(Bu3SnH)和偶氮二異丁腈(AIBN)的自由基還原條件下,44 被還原成 α-Kdo 糖苷45,兩步收率63%。基于此Kdo糖苷,腦膜炎奈瑟菌、流感嗜血桿菌、鼠疫桿菌和變形桿菌表面的 LPS 核心結(jié)構(gòu)被高效合成,用于免疫學(xué)研究。

Tanaka 等利用 Kdo 糖烯與開環(huán)的 Kdo 活性受體反應(yīng),合成了含有多個(gè) α-(2→8)-連接糖苷鍵的Kdo 寡糖分子 51(見圖 10)。在 NIS 和 TfOH 的活化下,4、5、7、8 位芐基保護(hù)的 Kdo 糖烯 46 與開環(huán)的 Kdo 受體 47 反應(yīng),得到糖苷化產(chǎn)物 48,收率 89%,α/β 比率大于 95∶5。然后,在乙二酰氯((COCl)2)和 AgOTf 的作用下發(fā)生環(huán)化和 β-消除反應(yīng),得到二糖糖烯 49。重復(fù)此兩步反應(yīng)過程,可進(jìn)一步得到三糖糖烯 50。最后,與葡萄糖受體發(fā)生糖苷化反應(yīng),并脫除所有保護(hù)基后,獲得 α-(2→8)-連接的 Kdo 寡糖 51。

Pradhan 等利用 4,5-O-丙叉保護(hù)的 Kdo糖烯給體立體選擇性合成了 β-Kdo 糖苷(見圖11)。4,5-O-丙叉保護(hù)基可能是通過對 Kdo 糖烯給體的構(gòu)象進(jìn)行限制及其本身的空間位阻效應(yīng)來實(shí)現(xiàn) Kdo 糖烯給體的 β 立體選擇性糖苷化反應(yīng)。首先,4,5-O-丙叉保護(hù)的 Kdo 糖烯 52 與甲醇在 NIS和 TMSOTf 的促進(jìn)下,生成 3 位碘代的 β-Kdo 甲苷53。在相同條件下,雙丙叉保護(hù)的 Kdo 糖烯 54 與 53 反應(yīng),立體選擇性生成 β-(2→7)-連接的 Kdo 二糖 55,收率 60%,非對映異構(gòu)體比例(dr 值)約為10∶1。將 55 轉(zhuǎn)化為 Kdo 受體 56 后,與 Kdo 糖烯54 再發(fā)生一次糖苷化反應(yīng),可得到 β-(2→7)-連接的Kdo 三糖 57,收率 65%,dr 值約為 10∶1。對三糖57 進(jìn)行自由基脫碘反應(yīng),可得到苜蓿根瘤菌表面莢膜多糖重復(fù)單元相關(guān)的三糖骨架 58。

2.3 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸硫苷給體
Kdo 硫苷給體與活性較低的糖苷化受體反應(yīng)時(shí)容易發(fā)生消除反應(yīng),一般會(huì)生成 α-和 β-Kdo 糖苷的混合物。但一些研究表明,Kdo 硫苷與高活性的連接臂之間的糖苷化反應(yīng)可用于構(gòu)建 β-構(gòu)型 Kdo 糖苷鍵。
Solomon 等報(bào)道了 Kdo 二糖硫苷給體 59 與氨基葡萄糖三糖受體 60 在 NIS 和 TfOH 的促進(jìn)下反應(yīng)可得到五糖 61,但產(chǎn)率中等(45%),基本沒有立體選擇性(α/β = 1∶1)(見圖 12)。這一結(jié)果表明,當(dāng)糖苷化底物變大時(shí),糖苷化的選擇性也會(huì)相應(yīng)地變差。
Huang 等利用 5,7-O-二叔丁基硅基(DTBS)保護(hù)的 Kdo 硫苷給體與不同類型受體進(jìn)行糖苷化反應(yīng),均能立體選擇性生成 α-構(gòu)型 Kdo 糖苷,高效合成了衣原體 LPS 相關(guān)的三糖骨架 68(見圖13)。在過氧化乙酸叔丁酯(TBPA)的促進(jìn)下,5,7-O-DTBS 保護(hù)的 Kdo 硫苷給體 62 與烯丙醇反應(yīng),可以 81% 的收率立體專一性生成 α-Kdo 糖苷 63。脫除 3 位苯甲酰基得到 Kdo 受體 64 后,與 5,7-O-DTBS 保護(hù)的 Kdo 硫苷給體 65 在 TBPA的促進(jìn)下反應(yīng),以 72% 的收率生成 α-(2→4)-連接的二糖 66。二糖 66 在 2,3-二氯-5,6-二氰對苯醌(DDQ)的作用下,氧化脫除其中的萘(Nap)保護(hù)基,獲得二糖受體 67。二糖受體 67 與硫苷給體 65 在 NIS 和 TfOH 的催化下發(fā)生糖苷化反應(yīng),可立體專一性生成 α-Kdo 三糖 68,收率為 67%。盡管該給體制備略顯繁瑣,但此法也可被應(yīng)用于多種不同連接方式的 Kdo 二糖的合成中。基于此法,Zhou 等還進(jìn)一步合成了 Kdo-α-(2→4)-[Kdo-α-(2→8)-]-Kdo 三糖、Kdo-α-(2→8)-Kdo-α-(2→4)-Kdo 三糖、Kdo-α-(2→4)-Kdo-α-(2→4)-Kdo 三糖和 Kdo-α-(2→4)-[Kdo-α-(2→8)]-Kdo-α-(2→4)-Kdo四糖。


Huang 等發(fā)現(xiàn) Kdo 分子 5 位的取代基能夠調(diào)節(jié)糖苷化反應(yīng)的立體選擇性。5-O-苯甲酰基或乙酰基保護(hù)的 Kdo 硫苷給體的糖苷化產(chǎn)物以 α 選擇性為主,而 5-O-2-喹啉甲酰基(Quin)或 5-O-4-硝基-2- 吡啶甲酰基取代的 Kdo 硫苷給體與伯醇反應(yīng),可立體專一性得到 β-構(gòu)型糖苷化產(chǎn)物。基于該方法,Huang 等完成了麥?zhǔn)辖惶鎲伟?ATCC 27126LPS 中三糖片段 78 的合成(見圖 14)。在 NIS 和 TfOH的促進(jìn)下,5-O-苯甲酰基保護(hù)的 Kdo 硫苷給體 69與三碳連接臂 70 反應(yīng),可立體選擇性得到 α-Kdo糖苷 71,收率為 90%,α/β = 8∶1。將 71 轉(zhuǎn)化為受體 72 后,與 L-甘油-D-甘露庚糖硫苷 73 在 NIS 和TfOH 的活化下反應(yīng),以高產(chǎn)率高 α-選擇性得到二糖 74。將 74 上的硅基保護(hù)基脫除后得到化合物75,再在 NIS 和 TfOH 的促進(jìn)下與 5-O-Quin 保護(hù)的 Kdo 硫苷給體 76 反應(yīng),可立體專一性得到 β-Kdo三糖骨架 77,收率為 88%。最后,脫除所有保護(hù)基后,獲得目標(biāo)三糖 78。

2.4 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸N-苯基三氟乙酰亞胺酯給體
相比于上述 Kdo 鹵苷和硫苷給體,Kdo N-苯基三氟乙酰亞胺酯給體發(fā)生糖苷化反應(yīng)時(shí)一般僅需要催化量的促進(jìn)劑,因而也受到了研究者的關(guān)注。Shimoyama 等 [45-46] 利用 4,5-O-丙叉或 4,5-di-O-TBS保護(hù)的 Kdo N-苯基三氟乙酰亞胺酯給體成功實(shí)現(xiàn)了α-Kdo 糖苷的合成,該 4,5-O-丙叉或 4,5-di-O-TBS保護(hù)基具有空間位阻效應(yīng),可以阻止糖苷化受體從Kdo 給體的 β 面進(jìn)攻,從而有利于受體從給體的 α面進(jìn)攻,進(jìn)而提高糖苷化反應(yīng)的 α-立體選擇性。基于 4,5-O-丙叉保護(hù)的 Kdo 三氟乙酰亞胺酯給體,Shimoyama 等完成了幽門螺桿菌 LPS 中 Kdo-lipid A的合成(見圖 15)。在 TBSOTf 的催化下,以環(huán)戊基甲基醚為溶劑,4,5-O-丙叉保護(hù)的 Kdo 三氟乙酰亞胺酯給體 79 與氨基葡萄糖二糖受體 80 在微流反應(yīng)體系中反應(yīng),以優(yōu)秀的 α-立體選擇性得到 Kdo 三糖 81,收率為 72%,α/β > 95∶5。課題組將化合物81 經(jīng)過一系列官能團(tuán)轉(zhuǎn)化和脫保護(hù)操作后,得到目標(biāo)三糖 82 和 83,用于免疫活性調(diào)節(jié)的研究。
2.5 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸亞磷酸酯給體
Kdo 亞磷酸酯給體在 Kdo 糖苷的合成中應(yīng)用較少。Yi 等利用 4,5-O-丙叉保護(hù)的 Kdo 亞磷酸酯給體 84 與 Kdo 受體 85 在 TMSOTf 的催化下反應(yīng),可得到 α-(2→4)-連接的 Kdo 二糖 86,但產(chǎn)率較低(35%),選擇性為 α/β = 3.8∶1(見圖 16)。該糖基化反應(yīng)中,亞磷酸酯給體仍然容易發(fā)生消除副反應(yīng),得到大量的糖烯。
2.6 3-脫氧-D-甘露-2-辛酮糖酸鄰炔基苯甲酸酯給體
糖基鄰炔基苯甲酸酯給體由于反應(yīng)條件溫和、促進(jìn)劑用量少和底物適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的應(yīng)用。筆者所在課題組發(fā)展了金催化下 Kdo鄰炔基苯甲酸酯給體的 β-立體選擇性糖苷化反應(yīng),并將其應(yīng)用在金格桿菌表面的 Kdo 二糖抗原的合成中(見圖 17)。首先,筆者所在課題組開發(fā)了一種制備一價(jià)金催化劑 PPh3AuCl 的綠色合成方法。然后,在該一價(jià)金催化劑衍生的三苯基膦金(Ⅰ)三氟甲磺酸鹽(Ph3PAuOTf)的催化下,全乙酰基保護(hù)的 Kdo 鄰炔基苯甲酸酯給體 87 與五碳連接臂 43 反應(yīng),立體專一性生成 β-Kdo 糖苷 88,收率為 80%。將化合物 88 轉(zhuǎn)化為 5 位羥基的 Kdo 受體 89 后,氨基半乳糖 N-苯基三氟乙酰亞胺酯給體 90 與受體 89在以 TfOH 為催化劑、甲苯為溶劑的條件下反應(yīng),立體選擇性得到 β-(1→5) 連接的氨基半乳糖-Kdo 二糖91,收率為 89%,β/α=3.3∶1。最后,經(jīng)過脫保護(hù)操作,得到金格桿菌 KK01 表面的 β-Kdo 二糖抗原 92。



在上述工作的基礎(chǔ)上,筆者所在課題組希望能逆轉(zhuǎn)該 Kdo 糖苷化反應(yīng)的立體選擇性,從而實(shí)現(xiàn)用同一簡單給體來構(gòu)建 α 和 β 兩種不同立體構(gòu)型的Kdo 糖苷的目的。最近,我們建立了一種簡單直接的方法,可通過外源性親核試劑 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)來調(diào)節(jié) Kdo 的 α-立體選擇性,實(shí)現(xiàn)全乙酰化 Kdo 鄰炔基苯甲酸酯給體與多種受體的 α-糖苷化反應(yīng),并將給體應(yīng)用于 α-連接的 Kdo 二糖的潛伏-活化合成中(見圖 18)。該方法無需安裝復(fù)雜的保護(hù)基,通過全乙酰化的 Kdo 鄰炔基苯甲酸酯給體 87 與異頭位鄰碘苯甲酸酯修飾的 Kdo 受體 93在以雙(三氟甲磺酰)亞胺(2-二環(huán)己基膦-2',6'-二甲氧基-1,1'-聯(lián)苯)金(I)(SphosAuNTf2)為促進(jìn)劑、DMF 為添加劑的條件下發(fā)生糖苷化反應(yīng),可以79% 的收率和 α-立體選擇性得到 Kdo 二糖 94(α/β >15∶1)。將化合物 94 通過 Sonogashira 偶聯(lián)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為 Kdo 二糖鄰炔基苯甲酸酯給體 95 后,在相似的反應(yīng)條件下與五碳連接臂43反應(yīng),能以93%的收率和α立體選擇性獲得還原端含有五碳連接臂的 Kdo 二糖96(α/β = 3∶1)。值得一提的是,通過低溫核磁實(shí)驗(yàn),筆者所在課題組首次成功檢測到Kdo亞胺酯陽離子,合理地解釋了DMF介導(dǎo)的α-Kdo糖苷的形成機(jī)制。

2.7 其他方法
除上述方法以外,還有其他一些合成 Kdo 糖苷的方法,但由于有較大的局限性而很少應(yīng)用于復(fù)雜 Kdo寡糖的合成中。Qian 等用 C-對甲氧基苯基的糖烯97 與甲醇在 NIS 的作用下反應(yīng),β-立體選擇性生成加成產(chǎn)物 98,收率為 87%(見圖 19)。由于 4,5-O-丙叉阻止了NIS從β-面進(jìn)攻,從而提高了糖苷化反應(yīng)的β選擇性,僅形成 4% 的 α-異構(gòu)體。然后,98 經(jīng)自由基脫碘反應(yīng)得到99,隨后對甲氧基苯基被氧化生成羧基,以較好的收率得到 β-構(gòu)型的 Kdo 糖苷 100。

3結(jié)語
Kdo 是細(xì)菌細(xì)胞壁的重要組成成分,開展 Kdo寡糖的合成及生物活性評價(jià)對于基于 Kdo 的藥物研發(fā)具有重要的意義。目前已開發(fā)了多種類型的 Kdo糖苷化給體,如 Kdo 溴苷、氟苷、糖烯、硫苷、N苯基三氟乙酰亞胺酯、亞磷酸酯和鄰炔基苯甲酸酯等,用來立體選擇性合成 α-和 β-構(gòu)型的 Kdo 寡糖。然而,Kdo 寡糖的合成仍然存在較大的困難,如在糖烯的形成、復(fù)雜給體的制備、低活性受體的糖苷化、立體構(gòu)型的控制等方面還無法給出令人滿意的解決方案。為解決上述問題,新型簡單高效的 Kdo 糖苷化方法和策略亟需被開發(fā)出來,用于 Kdo 寡糖的高效合成和免疫活性評價(jià)。
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