β-Kdo乙硫苷供体的合成

黄家声， 杨劲松

(四川大学 华西药学院，四川 成都　610041)



·研究简报·

β-Kdo乙硫苷供体的合成

黄家声， 杨劲松*

(四川大学 华西药学院，四川 成都610041)

摘要：以草酰乙酸和D-阿拉伯糖为原料，经缩合-脱羧，乙酰化，甲酯化和乙硫苷化等4步反应合成了β-Kdo乙硫苷供体，总收率24%，立体选择性单一，其结构经1H NMR和13C NMR确证。

关键词：D-阿拉伯糖; β-Kdo; 乙硫苷供体; 合成

3-去氧-D-甘露-2-辛酮糖酸(Kdo)属于高碳糖家族，是革兰氏阴性菌细胞壁脂多糖的重要组成部分。Kdo在维持细菌细胞壁结构完整性和研究细菌致病机理等方面有重要作用[1]。多种Kdo供体已被用于含Kdo寡糖的合成[2]。

Kdo硫苷供体具有较高的化学稳定性，在Kdo糖苷化研究中具有重要意义[3-4]。但关于Kdo硫苷供体的合成方法报道较少[5-7]。文献方法存在以下问题：(1)在Cornforth一步合成策略构建Kdo骨架的后处理过程中，使用醋酸中和氢氧化钠，给分离带来较大困难[8]。(2)柱层析纯化使用昂贵的陶氏离子交换树脂，成本较高。(3)甲基化过程需采用高毒性的重氮甲烷[9]。(4)乙硫苷化反应时用氯化锌为催化剂，收率较低，立体选择性差[5]。

为提高反应收率，简化合成路线，本文在文献方法的基础上，对合成路线进行了工艺改进。以草酰乙酸(1)和D-阿拉伯糖(2)为原料，经缩合-脱羧，乙酰化，甲酯化和乙硫苷化等4步反应合成了β-Kdo乙硫苷供体(β-6, Scheme 1)，总收率24%，立体选择性单一，其结构经1H NMR和13C NMR确证。该方法具有成本低、立体选择性高、过程绿色环保、纯化简单、易于规模化生产等优点。

1实验部分

1.1仪器与试剂

Varian Unit INOVA-400/54型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)。

4按文献[9]方法合成；AmberliteIRA402强碱性氯型阴离子交换树脂，使用前依次用1 mol·L-1K2CO3溶液(5 L), 1 mol·L-1KHCO3溶液(5 L)和蒸馏水(7 L)洗涤;其余所用试剂均为分析纯，按常规方法干燥和纯化。

Scheme 1

1.2合成

(1) Kdo铵盐(3)的合成

在反应瓶中加入1 10 g(75.5 mmol)和4 ℃蒸馏水82 mL，剧烈搅拌使其溶解；用10 mol·L-1NaOH溶液调至pH 11，加入2 38.4 g(225.7 mmol) 的4 ℃水(50 mL)溶液，加毕，用10 mol·L-1NaOH溶液调至pH 11，于室温反应2.5 h。用Amberlite IR-120强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂中和反应体系至中性，过滤，滤液于80 ℃(浴温)反应20 min。冷却至室温，用10 mol·L-1NaOH溶液调至pH 7，经AmberliteIR®A402阴离子交换树脂柱充分吸附后用蒸馏水(1.3 L)洗去残余2，用0.75 mol·L-1(NH4)2CO3溶液(2.5 L)洗涤，合并洗液，减压浓缩得白色无定型固体3 6.7 g，收率32%。

(2) 5的合成

在反应瓶中加入4 11.5 g(25.6 mmol)和DMF 250 mL，搅拌使其溶解；依次加入Cs2CO310.1 g和MeI 2.8 mL(45 mmol)，反应约2 h(TLC监测)。减压浓缩,残余物用乙酸乙酯(250 mL)稀释，过滤，滤液减压浓缩后经硅胶柱层析[洗脱剂：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=1 ∶2]纯化得无色糖浆状液体5 10.6 g，收率90%。

(3)β-6的合成

在反应瓶中加入5 5.0 g(10.8 mmol)和干燥CH2Cl243 mL，搅拌使其溶解；于0 ℃依次加入乙硫醇1.56 mL(21 mmol)和三氟化硼乙醚2.8 mL,加毕，避光反应4 h(TLC监测)。加入二氯甲烷150 mL，依次用水(3×100 mL)，饱和NaHCO3溶液(50 mL)和饱和食盐水(50 mL)洗涤，无水Na2SO4干燥，减压浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=4 ∶1)纯化得无色糖浆状液体β-6 4.6 g，收率89%;1H NMRδ: 5.31(br s, 1H, 5-H), 5.19(m, 1H, 4-H), 4.87(m, 1H, 7-H), 4.39～4.32(m, 2H, 8-Ha,b), 3.96(d,J=10.2 Hz, 1H, 6-H), 3.82(s, 3H, 9-H), 2.81～2.75(m, 1H, SCH2), 2.62～2.56(m, 1H, SCH2), 2.49(dd,J=12.6 Hz, 4.8 Hz, 1H, 3-He), 2.17(t,J=12.6 Hz, 1H, 3-Ha), 2.12(s, 3H, OAc), 2.10(s, 3H, OAc), 2.00(s, 3H, OAc), 1.99(s, 3H, OAc), 1.22(t,J=7.2 Hz, 3H, 10-H);13C NMRδ: 170.7, 170.5, 169.8, 169.6, 168.5, 84.0, 71.8, 67.7, 67.1, 63.9, 62.2, 52.9, 32.4, 23.3, 20.8, 20.7, 20.6, 20.6, 14.1。

2结果与讨论

2.1合成

(1) 3的合成

合成3时，在碱性条件下，1和2缩合后于80 ℃脱羧，一步构建了单一构型的α-Kdo。后处理时，文献[8]方法采用冰醋酸中和反应体系，用量较大，易生成副产物醋酸钠，不利于产物纯化。我们采用Amberlite IR-120强酸性阳离子交换树脂快速中和反应体系至中性，直接过滤后即可进行后续纯化处理。纯化时，我们用价格低廉的Amberlite®IRA402强碱型氯离子交换树脂代替文献[9]方法中的Dowex1*8氯阴离子交换树脂，大大降低了成本。分离过程不使用有机溶剂，交换树脂均可多次再生使用，绿色环保，可进行规模化生产，收率略低于文献[8]收率(38%)。

(2) 5的合成

合成5时，文献[9]方法虽可定量得到甲酯化产物，但甲酯化反应需使用大量高毒性和刺激性的重氮甲烷，且反应时间较长，反应温度较低。我们采用温和的碳酸铯-碘甲烷反应体系，于室温下催化羧基甲酯化，仅需反应2 h即可使底物反应完全。后处理简便，收率较高(91%)。

(3) 6的合成

合成β-6时，文献[5]采用氯化锌于0 ℃催化乙硫苷反应，终产物构型(β∶α)比例为5 ∶1，收率80%。我们改用三氟化硼乙醚催化反应，发现温度对终产物构型和收率有重要影响，结果见表1。

表1　反应温度对6收率和构型的影响

aβ∶α由1H NMR分析确定。

由表1可见，于室温反应时，6的构型(β∶α)比例约为5 ∶1，收率仅70%，延长反应时间，收率无明显变化，且开始生成大量副产物。于0 ℃反应4 h，几乎全部生成β-6，收率89%。

参考文献

[1]Laura C, Luca G, Davide B,etal. Kdo:A critical monosaccharide for bacteria viability[J].Nat Prod Rep,2010,27(11):1618-1629.

[2]Pradhan T K, Mong K K. Glycosylation chemistry of 3-deoxy-d-manno-oct-2-ulosonic acid(Kdo) donors[J].Isr J Chem,2015,55(3-4):285-296.

[3]Oscarson S. Synthesis of bacterial carbohydrate surface structures containing Kdo and glycero-D-manno-heptose linkages[J].Carbohydr Chem,2012,38:40-60.

[4]Kosma P. Chemical synthesis of the core oligosaccharide of bacterial lipopolysaccharide[J].Microbial Glycobiology,2009,24:429-454.

[5]Mannerstedt K, Ekelo K, Oscarson S. Evaluation of thioglycosides of Kdo as glycosyl donors[J].Carbohydr Res,2007,342(3-4):631-637.

[6]Boons G J, Van D F L, Vander K P M,etal. Synthesis of LD-Heppand Kdo containing di- and tetrasaccharide derivatives ofNeisseriumeningitidisinner-core region via iodonium ion promoted glycosidations[J].Tetrahedron,1992,48(5):885-904.

[7]Solomon D, Fridman M, Zhang J,etal. A synthetic pentasaccharide with GTPase activity[J].Org Lett,2001,3(26):4311-4314.

[8]Ghalambor M A, Heath E C. 2-Keto-3-deoxy-octonate:A constituent of cell wall lipopolysaccharide preparations obtained fromEscherichiacoli[J].Biochem Biophys Res Commun,1963,10(4):340-345.

[9]Unger F, Stix D, Schulz G. The anomeric configurations of the two ammonium(methyl 3-deoxy-D-manno-2-octulopyranosid)onate salts (methylα-andβ-ketopyranosides of Kdo) [J].Carbohydr Res,1980,80(1):191-195.

Synthesis ofβ-Kdo Ethyl Thioglycoside Donors

HUANG Jia-sheng,YANG Jin-song*

(School of Pharmacy, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

Abstract：β-Kdo ethyl thioglycoside donor, in total yield of 24% and single selectivity of β-specific, was synthesized by a four-step reaction of condensation-decarboxylation, acetylation, methyl esterification and ethyl thioglycosylation, using oxaloacetic acid and D-arabinose as starting materials. The structure was confirmed by1H NMR and13C NMR.

Keywords：D-arabinose; β-Kdo; ethyl thioglycoside donor; synthesis

收稿日期：2015-05-11;

修订日期：2016-03-18

作者简介：黄家声(1988-)，男，汉族，四川巴中人，硕士研究生，主要从事寡糖及其苷类的合成研究。 E-mail: xnjdhjs@126.com通信联系人： 杨劲松，教授， E-mail: yjs@scu.edu.cn

中图分类号：O629.13

文献标志码：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.05.15198