一种β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性合成方法

技术领域

本发明属于天然寡糖链合成技术领域，具体涉及一种β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性合成方法。

背景技术

β-D-阿拉伯呋喃糖苷键广泛存在于自然界，是构成分枝杆菌细胞壁的重要结构单元。分枝杆菌细胞壁上的两种主要多糖：阿拉伯半乳聚糖和脂阿拉伯甘露聚糖。其中脂阿拉伯甘露聚糖是分枝杆菌细胞壁的主要抗原成分，在疾病进展过程中的众多免疫调节事件中起着关键的作用。因此，β-D-阿拉伯呋喃糖苷及其衍生物可作为抗原性多糖(或其蛋白缀合物)刺激机体产生保护性抗体，常常被开发成预防性疫苗。同时，由于脂阿拉伯甘露聚糖的生物合成酶往往是一些抗生素的作用靶标，因此可以β-D-阿拉伯呋喃糖苷及其衍生物合成为靶向酶的新型低聚糖抑制剂。可见，β-D-阿拉伯呋喃糖苷及其衍生物具有重要的生物功能，其合成对预防和治疗结核分枝杆菌具有重大的指导意义。

由于β-D-阿拉伯呋喃糖苷在自然界中提取所得到的量有限，远远不能满足研究的需求，因此通过化学方法大量制备成为了获得该类化合物的有效手段。其中，糖苷键的立体选择性合成是β-D-阿拉伯呋喃糖苷合成的关键，也是糖苷键合成最具挑战性的部分，主要原因如下：(1)邻基的参与会产生1，2-反式糖苷，所以不能使用在C2上具有酰氧基的糖基供体来合成C1和C2上取代基之间的1，2-顺式糖苷；(2)在没有邻基参与的情况下，立体电子效应和空间效应都有利于形成1，2-反式糖苷，所以即使C2上没有参与基团的供体也主要合成得到1，2-反式糖苷。(1)动力学研究表明β-D-阿拉伯呋喃糖苷的立体选择性反应是通过离子对SN1机制进行的，而不是SN2。

现有的β-D-阿拉伯呋喃糖苷合成方法主要包括：(1)分子内苷元传递(IAD)法：a)基于2-O-NAP(萘甲基)保护的D-阿拉伯呋喃糖硫苷供体的IAD策略,用于立体选择性构建β-D-阿拉伯呋喃糖苷键。B)在氧化条件下，2-O-PMB保护的阿拉伯呋喃糖基供体和2-OH衍生物受体以较好的产率得到混合缩醛。随后使用IDCP作为激活剂进行分子内糖基化，特异性地生成了1，2-连接的β-阿拉伯呋喃糖苷。(2)以2,3-脱水呋喃糖基作为受体的合成策略：用2,3-脱水阿拉伯呋喃糖基亚砜苷作为供体进行糖苷化反应,成苷产物的苷键与环氧的朝向相同，随后在手性配体的诱导下,2,3-环氧发生立体选择性开环反应,生成的2-OH与苷键处于顺式,即完成了β-D-阿拉伯呋喃糖苷的合成。(3)通过环状保护基锁定糖环构象以控制糖苷键的构型：a)以2,3-O-邻苯二甲基保护的硫苷作为糖苷化反应的供体，实现了β-D-阿拉伯呋喃糖苷化。B)3，5-O-TIPDS保护的直接分子间糖基化。(4)氢键介导的苷元传递策略(HAD)：用喹啉-2-甲酰基(Quin)保护阿拉伯呋喃糖供体的5-OH,在糖苷化过程中,保护基Quin上sp2杂化的氮原子与受体之间可以形成氢键,从而将受体束缚在糖环的β面,使得受体对端基中心的进攻以较高机率发生在β面,从而得到1,2-顺式阿拉伯呋喃糖苷键。(5)以2'-羧基苄基糖苷(CB)作为呋喃糖供体的合成方法：将2'-羧基苄基糖苷(CB)作为呋喃糖供体，立体选择性地合成了β-D-阿拉伯呋喃糖苷。该方法虽简单、高效，但糖苷化反应的立体选择性受受体保护基的影响较大，比如CB供体对酰基保护的糖基受体能表现出很高的立体选择性；但是与苄基保护的受体成苷时，立体选择性的高低波动较大，因此也制约了其应用。(6)双硫脲氢键供体催化的立体定向呋喃糖基化反应：异构体磷酸离去基团与双硫脲氢键供体催化剂上的氢键网络结合，并与催化剂上的酰胺相互作用激活受体，可得到高选择性和高产率的1，2-顺式呋喃糖苷。

目前，有关β-D-阿拉伯呋喃糖苷合成方法的研究，虽然在立体选择性等方面已经取得不小的进展，实现了一些复杂的天然糖苷的合成，但始终没有摆脱法β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性差的问题。当前，对α-D-阿拉伯呋喃糖苷的立体选择性合成研究比较成熟，但是相比之下，对β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性合成却仍然存在很高的挑战性。此外，当前的β-D-阿拉伯呋喃糖苷合成方法还存在底物适用性不佳的问题。且现有的方法在某一条件下大都只适用于某一类型的苷键，普适性不好。因此，有必要开发新的β-D-阿拉伯呋喃糖苷键立体选择性合成方法，以解决现有合成方法β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性差和底物适用性不佳的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性合成方法，以2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯为糖基供体合成得到β-D-阿拉伯呋喃糖苷类化合物，从而解决了现有的β-D-阿拉伯呋喃糖苷合成方法β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性差和底物适用性不佳的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性合成方法，具体为：以2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯为糖基供体，将糖基供体、糖基受体及分子筛一起溶解于有机溶剂中，冷却至-70℃至-80℃经搅拌后再加入催化剂，继续搅拌反应12h～24h，淬灭反应后经过滤和纯化即得β-D-阿拉伯呋喃糖苷类化合物；所述2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯的化学结构式如下所示：

优选地，所述的糖基供体、糖基受体、催化剂和分子筛的摩尔比为1.5～2.5：1～2：0.2～0.4：3～6。

优选地，所述糖基受体包括天然的甾体、吡喃型糖和呋喃型糖类，所述分子筛包括4A分子筛，所述有机溶剂包括二氯甲烷，所述催化剂包括三(五氟苯基)硼烷。

优选地，所述2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯的制备方法包括以下步骤：

S1、将D-阿拉伯糖加入甲醇中，并在冰浴条件下逐滴加入乙酰氯，升温至室温后搅拌反应至完全，淬灭反应后经浓缩、干燥得到化合物a；

S2、冰浴条件下将化合物a溶解于吡啶中，再滴加乙酸酐，升温至室温后搅拌反应至完全，分离收集有机层后经洗涤和柱层析分离得到化合物b；

S3、冰浴条件下将化合物b溶解于二氯甲烷中，再加入对甲苯硫酚，充分搅拌后再滴加三氟化硼-乙醚络合物，升温至室温后反应至完全，淬灭反应后调节反应体系的PH至中性，并分离收集有机层，有机层经萃取、洗涤和柱层析分离后得到化合物c；

S4、将化合物c溶解于甲醇中，再加入甲醇钠常温反应至完全，调节反应体系的PH至中性或弱碱性后经蒸馏和柱层析分离得到化合物d；

S5、冰浴条件下将化合物d溶解于吡啶中，再加入1,3二氯-1,1,3,3-四异丙基二硅氧烷，温至室温后搅拌反应至完全，淬灭反应后分离收集有机层，有机相经洗涤、蒸馏和柱层析分离得到化合物e；

S6、冰浴条件下往化合物e中加入N,N-二甲基甲酰胺、氢化钠和苄溴，升温至温室后反应至完全，淬灭反应后分离收集有机层，有机层经洗涤、蒸馏和柱层析分离得到化合物f；

S7、冰浴条件下往化合物f中加入四氢呋喃和四丁基氟化铵，升温至室温后反应至完全，分离收集有机层后经洗涤、蒸馏和柱层析分离得到化合物g；

S8、冰浴条件下往化合物g中加入N,N-二甲基甲酰胺、氢化钠和邻二溴苄，升温至室温后反应至完全，淬灭反应后分离收集有机层，有机层将洗涤、蒸馏和柱层析分离得到化合物h；

S9、冰浴条件下将化合物h溶解于丙酮-水溶液中，再加入N-溴代丁二酰亚胺，升温至室温后反应至完全，淬灭反应后分离收集有机层，有机层经洗涤和柱层析分离得到化合物i；

S10、冰浴条件下将化合物i溶解于二氯甲烷中，再加入三氯乙腈和1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯，升温至室温后反应至完全，淬灭反应后经浓缩和柱层析分离即得到所述的2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯。

上述制备方法的合成路线具体为：

本发明通过化学反应在D-阿拉伯糖上的3-位和5-位羟基上安装邻二苄基，制备得到2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯，3，5-O-对二甲苯使得糖环的β-面位阻较大，利用上述大位阻环状保护基效应，可以控制供体的糖环构象，高选择性控制糖苷化反应的立体选择性，从而实现β-构型的合成。利用2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯作为糖基供体，在催化剂存在的条件下，由于3，5-O-对二甲苯使得糖环的β-面位阻较大，三氯乙酰亚胺离去，最终使得糖基受体在催化剂的作用下，得到β构型的产物。

进一步地，步骤S1中，所述D-阿拉伯糖与乙酰氯的摩尔比为1.0～2.0:1.0～2.0。

进一步地，步骤S2中，所述化合物a与乙酸酐的摩尔比为1.0～2.0:6.0～12.0。

进一步地，步骤S3中，所述化合物b、对甲苯硫酚和三氟化硼-乙醚络合物的摩尔比为1.0～2.0：1.0～2.0:2.0～4.0。

进一步地，步骤S4中，所述化合物c与甲醇钠的摩尔比为1.0～2.0:0.2～0.4。

进一步地，步骤S5中，所述的化合物d与1,3二氯-1,1,3,3-四异丙基二硅氧烷的摩尔比为1.0～2.0:2.0～4.0。

进一步地，步骤S6中，所述化合物e、苄溴和氢化钠的摩尔比为1.0～2.0：1.0～2.0:1.0～2.0。

进一步地，步骤S7中，所述化合物f与四丁基氟化铵的摩尔比为1.0～2.0:2.0～4.0。

进一步地，步骤S8中，所述的化合物g、邻二溴苄和氢化钠的摩尔比为1.0～2.0：2.0～4.0:4.0～8.0。

进一步地，步骤S9中，所述化合物h和N-溴代丁二酰亚胺的摩尔比为1.0～2.0:3.0～6.0。

进一步地，步骤S10中，所述的化合物i、三氯乙腈和1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯的摩尔比为1.0～2.0：10.0～20.0:0.5～1.0。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性合成方法，以2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯为糖基供体合成得到β-D-阿拉伯呋喃糖苷类化合物，从而实现β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的立体选择性合成。本发明具有以下优点：

(1)本发明以化合物2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯作为糖基供体，与其它不同糖基受体进行糖苷化反应，通过TLC和NMR光谱检测产物得到高立体选择性的β构型的产物,该方法适用于含有β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的寡糖、二糖和多糖的制备。该方法可以有效高选择性控制糖苷化反应的立体选择性，具有底物适用范围广、操作方便、原料易得，糖苷化反应副反应少，目标产率高等优点，为糖苷化反应的研究提供了一种新的设计思路。

(2)本发明制备的糖基供体化合物2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯，其3-位和5-位羟基上均含有邻二苄基，这种结构具有大位阻环状保护基效应，可以有效控制供体的糖环构象，使催化剂主要从α-面进攻烯键，得到α-面的桥卤离子中间体，最后受体从桥卤离子的背面进攻，可以实现β-构型的高立体选择性合成。而且，供体制备过程的反应条件简单易控、操作方便、反应原料廉价易得，各阶段的产物产率均较高，在医药、材料和有机化工中具有潜在的应用价值，也为后续高选择性立体合成糖苷键的研究奠定了基础。

(3)本发明制备的供体化合物2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯的各个保护基之间在酸性或碱性条件下均能实现选择性脱除，具有很高的灵活性及普适性，对合成天然糖苷及其衍生物具有非常重要的意义。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。

实施例1 2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯的合成

具体合成路线如下所示：

具体的合成方法包括以下步骤：

(1)称取D-阿拉伯糖(20.0g,133.3mmol)加入圆底烧瓶(500mL)中，随后向其中加入无水甲醇(280mL)，并在冰浴条件下逐滴加入乙酰氯(10mL)，然后在室温下搅拌3h，通过薄层层析法判断反应完全(二氯甲烷：甲醇＝4：1)，再加入吡啶(80mL)淬灭反应，并将PH调至中性或弱碱性，经减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去多余的溶剂，最后通过旋干得到化合物a(21.9g,133.4mmol)，产率为100％。

(2)在冰浴条件下，将上一步得到的粗产品化合物a(21.9g,133.4mmol)加入到吡啶(80mL)中，充分溶解后，滴加乙酸酐(76.9mL,813.8mmol)，常温下搅拌16h，通过薄层层析法判断反应完全(二氯甲烷：甲醇＝10：1)，经减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去大部分吡啶后，再向体系中加入二氯甲烷稀释，并分别用水洗3次、1M盐酸洗2次、饱和硫酸铜洗1次、饱和碳酸氢钠洗1次，饱和食盐水洗1次，洗后用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去多余的溶剂，得到粗品，最后经硅胶柱层析法分离(二氯甲烷：甲醇＝10：1)得到化合物b(36.3g,125mmol)，产率为94％。

(3)在冰浴条件下，将化合物b(36.3g,125mmol)加入到干燥的二氯甲烷(200mL)中，充分溶解后，加入对甲苯硫酚(18.6g,150mmol)，继续在冰浴条件下充分搅拌30min后，滴加三氟化硼-乙醚络合物(80.4mL,637.5mmol)，搅拌逐渐升至室温后反应8h，通过薄层层析法判断反应完全(正己烷：乙酸乙酯＝4：1)，然后在冰浴条件下用三乙胺淬灭反应，并调节PH至中性，减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去多余的溶剂，加入乙酸乙酯稀释，再加入饱和氯化铵溶液中和体系至中性，待分层后保留有机层，水层再用乙酸乙酯萃取两次，合并有机层，对所得有机层用饱和食盐水溶液洗一次，用无水硫酸钠干燥后减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去溶剂，得到粗品，最后经硅胶柱层析法分离(石油醚：乙酸乙酯＝4：1)得到化合物c(46.4g,121.7mmol)，产率为97％。

(4)将化合物c(46.4g,121.7mmol)加入到无水甲醇(300mL)中，搅拌使其溶解，随后加入甲醇钠(1.31g,24.3mmol)，常温下反应1h，通过薄层层析法判断反应完全(二氯甲烷：甲醇＝10：1)后，加入阳离子交换树脂IR120调节反应液的PH至中性，并减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去溶剂，最后通过硅胶柱层析法分离(二氯甲烷：甲醇＝10：1)得到化合物d(24.8g,97mmol)，产率为80％。

(5)在冰浴条件下，将化合物d(24.8g,97mmol)加入到吡啶(100mL)中，搅拌充分溶解后，加入1,3二氯-1,1,3,3-四异丙基二硅氧烷(61.9mL,194mmol)，室温下搅拌3h，通过薄层层析法判断(正己烷：乙酸乙酯＝10：1)反应完全后，用饱和碳酸氢钠淬灭反应，水层用二氯甲烷萃取三次，合并有机层，然后分别用水洗3次、1M盐酸洗2次、饱和硫酸铜洗1次、饱和碳酸氢钠洗1次，饱和食盐水洗1次，洗好后用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去多余的溶剂，得到粗品，最后经硅胶柱层析法分离(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)得到化合物e(33.8g,67.8mmol)，产率为70％。

(6)在冰浴条件下，往化合物e(33.8g,67.8mmol)中加入N,N-二甲基甲酰胺(100mL)，60％的氢化钠(3.0g,74.5mmol)和苄溴(8.5mL,71.2mmol)，搅拌逐渐升至室温后反应3h，通过薄层层析法判断(正己烷：乙酸乙酯＝15：1)反应完全后，在冰浴条件下加甲醇淬灭反应，往体系中加水，用二氯甲烷萃取3次，合并有机层，有机层分别用水洗3次、饱和食盐水洗1次，洗好后用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去多余的溶剂，得到粗品，最后经硅胶柱层析法分离(石油醚：乙酸乙酯＝15：1)得到化合物f(31g,52.6mmol)，产率为77.7％。

(7)在冰浴条件下，往化合物f(31g,52.6mmol)中加入四氢呋喃(90mL)作为溶剂，再加入四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液(1M,108.6mL,105mmol)，搅拌逐渐升至室温后反应2h，通过薄层层析法判断(正己烷：乙酸乙酯＝1：1)反应完全后，往体系中加水，用二氯甲烷萃取3次，合并有机层，有机层分别用水洗3次、饱和食盐水洗1次，洗好后用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去多余的溶剂，得到粗品，最后经硅胶柱层析法分离(石油醚：乙酸乙酯＝1：1)得到化合物g(17.3g,50mmol)，产率为95％。

(8)在冰浴条件下，往化合物g(17.3g,50mmol)中加入N,N-二甲基甲酰胺(50mL)以及60％的氢化钠(8.0g,200mmol)，冰浴条件下充分搅拌30min，随后加入邻二溴苄(26.4g,100mmol)，搅拌逐渐升至室温后反应3h，通过薄层层析法判断(正己烷：乙酸乙酯＝4：1)反应完全后，在冰浴条件下加甲醇淬灭反应，往体系中加水，用二氯甲烷萃取3次，合并有机层，有机层分别用水洗3次、饱和食盐水洗1次，洗好后用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去多余的溶剂，得到粗品，最后经硅胶柱层析法分离(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)得到化合物h(7.8g,17.5mmol)，产率为35％。

(9)在冰浴条下,将化合物h(7.8g,17.5mmol)溶解在丙酮：水(20：1)的混合液(50mL)中，加入N-溴代丁二酰亚胺(9.3g,52.4mmol)，搅拌逐渐升至室温后反应1h，通过薄层层析法判断(正己烷：乙酸乙酯＝1：1)反应完全后，加入饱和硫代硫酸钠淬灭反应，减压蒸馏(-0.09MPa,45℃)除去丙酮，用二氯甲烷萃取3次，合并有机层，对所得有机层用饱和食盐水洗，洗好后用无水硫酸钠干燥，得到粗品，最后经硅胶柱层析法分离(石油醚：乙酸乙酯＝5：1)得到化合物i(5.3g,15.1mmol)，产率为87％。

(10)在冰浴条件下,将化合物i(5.3g,15.1mmol)溶解在干燥的二氯甲烷(50mL)中，并加入三氯乙腈(15.3mL,151mmol)和1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(1.1mL,7.55mmol)，搅拌逐渐升至室温后反应4h，通过薄层层析法判断(正己烷：乙酸乙酯＝4：1)反应完全后，用三乙胺淬灭反应，经低温减压浓缩(-0.09MPa,10℃)和快速硅胶柱层析法分离(正己烷：乙酸乙酯＝10：1)后得到产物j:2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯(7.5g,15.5mmol)，产率为81％。产物的图谱信息如下：

实施例2通过糖苷化反应立体选择性合成β-D-阿拉伯呋喃糖苷键的方法

将实施例1制备得到的糖基供体2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-D-阿拉伯呋喃糖基三氯乙酰亚胺酯(50mg,0.1mmmol)、糖基受体2,3,4-三-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷(31.8mg,0.068mmol)和新鲜活化的4A分子筛(1.4g)一起溶解在干燥的二氯甲烷(13.6mL)中，冷却至-78℃后对悬浮液搅拌15分钟，然后加入催化剂三(五氟苯基)硼烷(7mg,0.0136mmol)，将所得的反应混合物置于-78℃下搅拌反应12小时后，加三乙胺淬灭反应。通过硅藻土过滤并真空浓缩后用薄层层析硅胶板(正己烷：乙酸乙酯＝3：1)进行纯化，得到高立体选择性的β构型的糖苷化产物2-O-苄基-3，5-O-对二甲苯-β-D-阿拉伯呋喃糖基-2,3,4-三-O-苄基-α-D-吡喃葡萄糖苷(45.9mg,85％)。产物的图谱信息如下：

以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。