硫代基夫碱叠氮基糖原料中间体的合成

赵莲，冯霞，李锐，陈华

（1.河北大学化学与环境科学学院河北省化学生物学重点实验室，河北保定 071002；2.河北大学人事处，河北保定 071002；3.重庆第二师范学院生物与化学工程系，重庆 400067）

基夫碱（kifunensine，图1）是从放线菌（KitasatosporiakifunensineNo.9482）中分离提取得到的天然生物碱，是一种并有双羰基咪唑啉结构的多羟基哌啶类双环氮杂糖［1］.基夫碱可以选择性的抑制I类甘露糖苷酶，抑制活性IC50值达到0.05μmol／L，而对Ⅱ类甘露糖苷酶没有抑制作用［2］.由于甘露糖苷酶在病毒感染、糖尿病和肿瘤转移等重大疾病的发生、发展过程中扮演有重要角色［3］，通过对基夫碱的结构改造，获得高效糖苷酶抑制剂，是研发新型抗肿瘤、抗病毒及抗糖尿病的糖类药物的有效途径之一［4］.基于生物电子等排原理，实验室以甘露糖为起始原料，利用Staudinger／aza－Wittig／cyclization串联反应及2次Pummerer重排反应合成了硫原子取代氮原子的硫代基夫碱（thiokifunensine，式1），化合物对HIV逆转录酶有显著抑制活性［5］.

图1 基夫碱和硫代基夫碱结构Fig.1 Structures of kifunensine and thiokifunensine

式1 硫代基夫碱的合成Scheme 1 Synthesis of thiokifunensine

硫代基夫碱合成的关键是叠氮基糖原料3的制备.以甘露糖为起始原料，其间涉及到5位羟基的翻转.文献［6］报道，利用Mitsunobu反应可以实现5位羟基的翻转（式2），但随后需要在碱性条件下脱除反应带入的三氟乙酰基，这对1位碱敏感的苯甲酰基会产生较大影响.选择性脱除反应不易控制，且产率低.因此，笔者尝试利用条件温和的亚硝酸盐介导的Lattrell－Dax羟基翻转反应［7］，探讨叠氮基糖原料3的合成（式3），为硫代基夫碱的合成提供一条新的路线.

式2 利用Mitsunobu反应实现5－羟基的翻转Scheme 2 5－Hydroxy inversion by Mitsunobu reaction

式3 利用亚硝酸盐介导的Lattrell－Dax反应合成化合物3 Scheme 3 Synthesis of 3by nitrite－mediated Lattrell－Dax reaction

1 实验部分

1.1 材料

熔点由SGWRX－4显微熔点仪（温度计未校正）测定；旋光由SGWRX－1自动旋光仪测定；核磁共振谱用BRUKER AC－P600（600MHz）型核磁共振仪测定，TMS为内标；高分辨质谱（ESI）用FTICR－MS（Ionspec 7.0T）型质谱仪测定.层析用硅胶（40～45μm）为青岛海洋化工厂产品.本文所用其他试剂均为分析纯，无水试剂均按常规方法处理，水为二次蒸馏水.

1.2 以化合物5为原料按照路线A合成8

1.2.1 1－O－苯甲酰基－2，3－O－异丙基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D甘露糖（7）的合成

将1－O－苯甲酰基－2，3－O－异丙基呋喃D甘露糖化合物5［8］（9.7g，0.03mol）加入100mL圆底烧瓶中，抽真空，N2保护，加入无水吡啶100mL将其溶解，将溶液温度降至0℃，搅拌下加入叔丁基二甲基氯硅烷（TBDMSCl，4.95g，0.03mol）.薄层色谱（TLC）监测反应，8h后，反应完毕.加入300mL乙酸乙酯混匀，用1mol／L稀盐酸洗至略显酸性，饱和食盐水200mL×4洗至中性，加入无水硫酸镁干燥过夜，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除去乙酸乙酯，柱层析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝3∶1）得12.1g化合物7白色固体，产率92%.mp.83～84℃；＋0.004（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：7.99（d，J＝7.2Hz，2H），7.58（t，J＝7.2Hz，1H），7.44（t，J＝7.8Hz，2H），6.39（s，1H），5.01（dd，J＝5.4，3.6Hz，1H），4.87（d，J＝6.0Hz，1H），4.15（dd，J＝9.0，3.6Hz，1H），3.99～4.03（m，1H），3.85（dd，J＝10.2，3.6Hz，1H），3.76（dd，J＝10.2，4.2Hz，1H），2.75（d，J＝6.6Hz，1H），1.52（s，3H），1.38（s，3H），0.81（s，9H），0.03（s，3H），－0.01（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.8，133.4，129.7，128.4，113.2，101.4，85.0，81.0，79.8，69.0，64.0，26.1，25.7，24.8，18.2，－5.4，－5.6；HRESIMS：calcd for C22H34O7SiNa（［M＋Na］＋）461.1951，found：461.1969.

1.2.2 1－O－苯甲酰基－2，3－O－异丙基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D古洛糖（8）的合成

将化合物7（15.3g，0.04mol）加入500mL圆底烧瓶中，加入200mL二氯甲烷溶解，降至－40℃搅拌下加入8mL无水吡啶，滴加三氟甲磺酸酐（Tf2O，11.7mL，0.04mol），氮气的保护下搅拌，TLC监测反应，1h后，反应完全.加入200mL二氯甲烷混匀，用1mol／L稀盐酸洗至略显酸性，饱和食盐水250mL×4洗至中性，加入无水硫酸镁干燥，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除去二氯甲烷，得橙色黏稠液体.用200mLN，N－二甲基酰胺（DMF）将其溶解，降至0℃搅拌下分批加入NaNO2（12.3g，0.18mol），加完撤去冰浴，氮气保护下搅拌反应，TLC监测反应，4h后，反应完毕.加入1mol／L稀食盐水50mL，用乙酸乙酯100mL×3萃取，混合乙酸乙酯部分，用200mL×5稀食盐水洗，饱和食盐水200mL×2洗，加入无水硫酸镁干燥过夜，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除乙酸乙酯，柱层析V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝3∶1）得7与8的混合物8.6g，两步产率56%，异构体比例为1∶1.

1.3 以化合物5为原料按照路线B合成8

1.3.1 1－O－苯甲酰基－2，3－O－异丙基－6－O－三苯甲基呋喃D甘露糖（9）的合成

将化合物5（4.7g，0.01mol）加入250mL圆底烧瓶中，用50mL二氯甲烷溶解，并加入1.6mL无水吡啶作为缚酸剂，0.1g 4－二甲氨基吡啶（DMAP）为催化剂，在冰水浴下，搅拌下加入三苯基氯甲烷（TrCl，5.1g，0.01mol）的二氯甲烷溶液，加完后升至室温，氮气保护下搅拌.TLC监测反应，4h后，反应完全.加入200mL二氯甲烷混匀，用1mol／L稀盐酸洗至略显酸性，饱和食盐水150mL×3洗至中性，加入无水硫酸镁干燥过夜，抽滤，减压蒸除二氯甲烷.残留物用甲醇溶解，析出6.2g化合物9白色固体，产率76%.mp.164～166℃；＋0.014（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.02（d，J＝4.8Hz，2H），7.58（t，J＝7.2Hz，1H），7.22～7.45（m，17H），6.43（s，1H），5.03（dd，J＝6.0，3.6Hz，1H），4.88（d，J＝6.0Hz，1H），4.36（dd，J＝7.8，3.6Hz，1H），4.14～4.17（m，1H），3.42～3.43（m，2H），2.83（d，J＝6.0Hz，1H），1.53（s，3H），1.40（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.9，143.7，133.4，129.7，128.6，128.4，127.8，127.0，113.3，101.4，86.7，85.0，81.4，80.0，77.2，77.0，76.8，68.9，64.7，26.0，24.8；HRESIMS：calcd for C35H34O7Na（［M＋Na］＋）589.2182，found：589.2161.1.3.2 1－O－苯甲酰基－2，3－O－异丙基－6－O－三苯甲基呋喃D古洛糖（10）的合成

将化合物9（20g，0.04mol）加入500mL圆底烧瓶中，加入200mL二氯甲烷溶解，降至－40℃搅拌下加入8mL无水吡啶，滴加Tf2O（11.7mL，0.04mol），氮气的保护下搅拌.升温至－25℃继续搅拌.TLC监测反应，1h后，反应完全.加入200mL二氯甲烷混匀，用1mol／L稀盐酸洗至略显酸性，饱和食盐水250mL×4洗至中性，加入无水硫酸镁干燥，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除二氯甲烷，得橙色黏稠液体.用200mL DMF将其溶解，降至0℃搅拌下分批加入NaNO2（12.3g，0.18mol），加完撤去冰浴，氮气保护下搅拌反应.TLC监测反应，4h后，反应完全.加入1mol／L稀食盐水50mL，加入100mL×3乙酸乙酯萃取，混合乙酸乙酯部分，用200mL×5稀食盐水洗，饱和食盐水200mL×2洗，加入无水硫酸镁干燥过夜，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除去乙酸乙酯，柱层析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝5∶1）得10.4g化合物10白色固体，两步产率56%.mp.111～114℃；＋0.041（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.01（d，J＝7.2Hz，2H），7.59（t，J＝7.8Hz，1H），7.23～7.48（m，17H），6.46（s，1H），4.86（d，J＝6.0Hz，1H），4.74（dd，J＝5.4，3.0Hz，1H），4.45（dd，J＝6.0，3.6Hz，1H），4.26（d，J＝5.4 Hz，1H），3.47（dd，J＝9.6，5.4Hz，1H），3.31（dd，J＝9.6，4.8Hz，1H），2.90（s，1H），1.50（s，3H），1.30（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.9，143.8，133.4，129.7，128.6，128.4，127.8，127.0，113.2，101.2，86.7，85.6，82.2，80.0，69.7，63.9，26.0，24.5；HRESIMS：calcd for C35H34O7Na（［M＋Na］＋）589.2182，found：589.2167.

1.3.3 化合物8的合成

将化合物10（300mg，0.53mmol）加入50mL圆底烧瓶中，加入10mL 70%（体积分数）AcOH溶解，油浴50℃搅拌.TLC监测反应，16h后，反应完全.加入Na2CO3将溶液中和至中性，乙酸乙酯10mL×3萃取.合并有机相，饱和食盐水20mL×3洗涤，加入无水硫酸镁干燥过夜，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除酸乙酯，柱层析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝1∶1）得128mg白色固体（化合物11，1－O－苯甲酰基－2，3－O－异丙基呋喃D古洛糖），产率75%.取化合物11（8g，0.02mol）加入250mL圆底烧瓶中，加入无水吡啶100mL溶解，将溶液温度降至0℃，搅拌下加入TBDMSCl（4.7g，0.03mol），TLC监测反应，8h后，反应完全.加入300mL乙酸乙酯混匀，用1mol／L稀盐酸洗至略显酸性，饱和食盐水200mL×4洗至中性，加入无水硫酸镁干燥过夜，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除去乙酸乙酯，柱层析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝3∶1）得10.0g化合物8白色固体，产率92%.mp.75～76℃；［α］28D＋0.047（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.00（d，J＝7.2Hz，2H），7.57（t，J＝7.2Hz，1H），7.43（t，J＝7.8Hz，2H），6.45（s，1H），4.87～4.89（m，2H），4.30（dd，J＝5.4，3.0Hz，1H），4.07～4.12（m，1H），3.75～3.81（m，2H），2.94（d，J＝3.0Hz，1H），1.52（s，3H），1.34（s，1H），0.86（s，9H），0.06（s，3H），0.03（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.9，133.3，129.7，128.3，113.3，101.1，85.7，81.4，80.2，70.7，63.5，26.0，25.8，24.6，18.2，－5.4；HRESIMS：calcd for C22H34O7SiNa（［M＋Na］＋）461.195 1，found：461.196 3.

1.4 1－O－苯甲酰基－2，3－O－异丙基－5－叠氮基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D甘露糖（12）的合成

将化合物8（2.4g，5.46mmol）加入100mL圆底烧瓶中，加入20mL二氯甲烷溶解，降至－40℃搅拌下加入1.32mL无水吡啶，滴加Tf2O（1.90mL，6.0mmol），氮气的保护下搅拌.TLC监测反应，1h后，反应完全.加入100mL二氯甲烷混匀，用1mol／L稀盐酸洗至略显酸性，饱和食盐水洗50mL×3至中性，加入无水硫酸镁干燥，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除去二氯甲烷，得橙色黏稠液体.用50mL DMF将其溶解，降至0℃搅拌下加入NaN3（810mg，10.9mmol），加完撤去冰浴，氮气保护下搅拌反应.TLC监测反应，8h后，反应完全.加入1mol／L稀食盐水20mL，加入50mL×4乙酸乙酯萃取，混合乙酸乙酯部分，用30mL×5稀食盐水洗，饱和食盐水30mL×2洗，加入无水硫酸镁干燥过夜，抽滤除去无水硫酸镁，减压蒸除去乙酸乙酯，柱层析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝10∶1）得1.7g化合物12黄色油状液体，2步产率68%＋0.052（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.00（d，J＝8.4Hz，2H），7.58（t，J＝7.8Hz，1H），7.44（t，J＝7.8Hz，2H），6.38（s，1H），4.95（dd，J＝5.4，3.6Hz，1H），4.87（d，J＝5.4Hz，1H），4.19（dd，J＝10.2，3.6Hz，1H），4.03（dd，J＝10.8，3.2Hz，1H），3.84（dd，J＝11.4，6.0Hz，1H），3.68～3.71（m，1H），1.52（s，3H），1.39（s，3H），0.81（s，9H），0.04（s，3H），0.00（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.7，133.4，129.7，128.4，113.3，101.2，84.8，79.5，79.4，63.5，60.4，26.1，25.6，24.9，18.1，－5.5，－5.7；HRESIMS：calcd for C22H33N3O6SiNa（［M＋Na］＋）486.2016，found：486.200 9.

1.5 2，3－O－异丙基－5－叠氮基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D甘露糖（3）的合成

将化合物12（1.5g，3.2mmol）加入100mL圆底烧瓶中，加入45mL无水甲醇溶解，室温搅拌下加入CH3ONa（87.5mg，3.2mmol），氮气保护搅拌，TLC监测反应，2h后，反应完全.加入阳离子交换树脂将反应液中和至中性，抽滤除去阳离子交换树脂，加入硅胶蒸干，柱层析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝10∶1），得无色透明液体816mg化合物3，产率71%.与标准品对照，多种展开剂展开，Rf值不变，波谱数据与文献报道一致.

2 结果与讨论

Lattrell－Dax反应主要用于糖羟基构型的翻转，是SN2取代反应.该反应首先是羟基的三氟甲磺酰（Tf）化，随后被亚硝酸根离子）取代水解，将羟基构型翻转.反应条件温和，往往得到单一构型的异构体，但受相邻羟基构型及其保护基的影响较大［9］.笔者首先尝试了化合物7（硅基TBDMS保护6位羟基）的Lattrell－Dax反应（路线A，式3）.5位羟基上的三氟甲磺酰基化在－40℃下可反应完全.薄层色谱（TLC）监测化合物7已全部转换为其Tf化产物.该产物不稳定，在室温下放置，易发生消除反应.因此，此反应在后处理时要快速，并控制温度在20℃以下.处理完成后，直接投到下一步亚硝酸钠（NaNO2）主导的羟基构型翻转反应中.但反应完成后，得到了化合物7（最初原料）和8（翻转产物）的异构体混合物，比例为1∶1且无法分离.

考虑到可能是6位硅基保护基的问题，笔者进一步尝试了化合物9（三苯甲基Tr保护6位羟基）的Lattrell－Dax反应（路线B，式3）.以化合物5为原料，首先对其6位羟基进行Tr保护.按常规方法，以无水吡啶为溶剂，室温搅拌36h，但反应完成后除了生成化合物9，还生成了大量的三苯甲醇.由于三苯甲醇的溶解性与化合物9类似，无法使用重结晶的方法提纯化合物9.而采用柱层析，三苯甲醇与产物在淋洗剂石油醚－乙酸乙酯体系中溶解性不好，导致柱层析过程缓慢且化合物在柱子上易析出，使硅胶柱堵塞.因此，笔者对反应条件进行了改进，使用无水二氯甲烷溶解原料，加入少量无水吡啶（Pry）作为缚酸剂，并加入4－二甲氨基吡啶（DMAP）催化反应.在冰水浴下，搅拌下缓慢滴加TrCl的二氯甲烷溶液，滴加完毕撤掉冰浴，搅拌反应4h即反应完全.反应生成的三苯甲醇量极少，反应液中和、萃取浓缩后，加入甲醇即可析出纯净的化合物9白色固体.

随后，对化合物9进行三氟甲磺酰（Tf）化，在－40℃下原料反应不完全，需升温至－25℃才会反应完全.可能是三苯甲基（Tr）较叔丁基二甲基硅基（TBDMS）空间位阻大，导致反应活性降低.进一步使用NaNO2将5位羟基构型成功翻转，得到单一产物化合物10.反应过程中，加入NaNO2后大量放热，即使在冰浴条件下也会使原料（Tf化原料不稳定）发生消除，影响产率（30%）.为了提高产率，将NaNO2分批加入反应液中，冰浴中剧烈搅拌，产率最终提高到52%.由于Tr基团在后续的实验（Staudinger／aza－Wittig／cyclization串联反应）中易脱除，因此将Tr基团脱保护后（化合物11），再使用TBDMS保护6位伯羟基得到化合物8.对三苯甲基的脱除条件进行了探讨（表1），最终确定70%（体积分数）CH3COOH和50℃的反应条件（编号3），增加酸度或提高反应温度，产率均会降低.

表1 三苯甲基的脱除条件探讨Tab.1 Studies of Tr deprotection

最后，化合物8经叠氮化、脱除1位苯甲酰基（Bz），以17.6%的总收率（从原料5开始计）合成了目标产物3.较文献报道方法（Mitsunobu反应）［6］，Lattrell－Dax反应在羟基翻转中更易于控制，且收率高.同时合成过程中，Lattrell－Dax反应条件的有益探讨，将有助于该反应在糖差向异构体合成中的进一步应用.

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