十六烷基β-D-吡喃木糖苷的合成

陈朗秋，申望珍，旷 娜，季善伟

(湘潭大学 化学学院 环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湖南 湘潭 411105)

十六烷基β-D-吡喃木糖苷的合成

陈朗秋，申望珍，旷 娜，季善伟

(湘潭大学 化学学院 环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湖南 湘潭 411105)

十六烷基-β-D-吡喃木糖苷是来源于可再生的绿色环保的中性两亲表面活性剂.采用三氯乙酰亚胺酯法，D-木糖经全乙酰化、C1位选择性脱乙酰基，转化成糖基三氯乙酰亚胺酯，以十六醇为受体与之进行偶联反应及脱保护，立体选择性地合成了1,2-反式结构的十六烷基-β-D-吡喃木糖苷.目标化合物的结构经氢谱分析得到了确证，方法简便，实用.

十六烷基-β-D-吡喃木糖苷，D-木糖，十六醇，合成

糖基表面活性剂随着上世纪80年代商业应用的推进[1]，作为新型非离子表面活性剂在生化试剂、药物辅料、食品添加剂、洗涤剂、日化用品、化妆品、农药、石油三次开采等方面具有重要的应用价值[2-5].

农业生产的秸秆类废料可以转化成价值极高的D-木糖[6]，而油料作物中的甘油三酯可通过还原反应获取饱和的长链脂肪醇[1].长久以来，糖基表面活性剂常以淀粉或水解产物葡萄糖和麦芽糖为原料通过化学或酶学等生物学方法生产的.由于人口的增加和耕地的减少，粮食安全受到全面的挑战，以木聚糖或D-木糖替代以淀粉或水解产物葡萄糖和麦芽糖为原料的糖基表面活性剂等的开发将会引起各国政府和有关专家的关注和重视，成为潜在的研究热点[7-8].

D-木糖可以和脂肪醇作为可再生原料通过化学合成方法可衍生出包括十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)在内的烷基木糖苷[9-11].木糖苷6具有双熔融转变(double melting transitions)热致液晶现象，采用MTS((3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium))细胞活性检测方法通过皮肤细胞的培养实验表明其半数细胞毒性浓度(CC50, concentration of cytotoxicity 50%)较高[12]，显示细胞毒性很弱.

从化学合成报道来看，Fischer糖苷化法获取的以α-糖苷为主的混合物[8-9]，溴代糖法除了部分分解和产生少量的原酸酯外还存在高价银盐或高价的2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(DDQ)使用的成本问题或汞盐等有毒的重金属盐类的环境负荷问题[10-12]，包括木糖苷6[12-13]在内的烷基-β-D-吡喃木糖苷的全乙酰化糖与醇的直接糖苷化因端基异构化和分解产生较多的杂质，必须仔细通过负荷较重的柱色谱分离纯化，严重制约着产品的开发[12-13].为此，基于现有文献方法和前期的糖化学研究工作[7,14-15]，采用糖基三氯乙酰亚胺酯为供体与受体长链醇偶联，探索合成长链烷基木糖苷6的方法的有效性.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

BRUKER-AVANCE-400型核磁共振仪，瑞士Bruker公司；X-4数字显示显微熔点测定仪，河南巩义市英峪仪器厂；TLC分析使用青岛海洋化工厂生产的涂层为0.20～0.25 mm的HF254型硅胶板，用UV或体积分数30%的硫酸甲醇溶液显色观察；柱色谱分离使用青岛海洋化工厂的100～200目硅胶；所用试剂均为市售分析纯或化学纯.

1.2 合成路线

如图1所示，D-木糖(1)首先乙酰化，接着在苄胺的作用下C1位选择性脱乙酰基，进而与三氯乙腈反应转化成糖基三氯乙酰亚胺酯(4).后者作为糖基供体在三氟化硼乙醚催化下与十六醇偶联及脱保护，获得十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6).

图1 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)的合成路线

1.3 实验方法

1.3.1 2,3,4-三-O-乙酰基-D-吡喃木糖基三氯乙酰亚胺酯(4)的合成

往500 mL的三颈烧瓶中依次加入50.00 g(0.33 mol)干燥过的木糖，157.40 mL(1.67 mol)乙酸酐，8.00 g(97.53 mmol)无水乙酸钠，装上回流冷凝装置，机械搅拌，电热套加热升温使固体稍有溶解后，移去加热装置，继续搅拌，待固体全部溶解呈澄清状，冷却至室温.再加入5.63 g(68.63 mmol)无水乙酸钠，将装置移入油浴锅中，加热回流1 h，TLC(V石油醚∶V乙酸乙酯=1∶1)监测反应完全，趁热将反应液倒入800 mL冰水中搅拌，随即析出大量固体，抽滤，滤饼经蒸馏水洗涤数次，得到灰白色固体76.20 g，产率71.9%.该固体用甲醇水溶液(V甲醇∶V水=1∶2)重结晶，得到白色固体52.60 g.直接用于下一步反应.

1.3.2 2,3,4-三-O-乙酰基-D-吡喃木糖基三氯乙酰亚胺酯(4)的合成

参照文献[7]的方法，通过1,2,3,4-四-O-乙酰基吡喃木糖(2)的C1位选择性脱乙酰基2,3,4-三-O-乙酰基吡喃木糖苷(3)，随后与三氯乙腈反应转化成2,3,4-三-O-乙酰基-D-吡喃木糖基三氯乙酰亚胺酯(4)，直接作为下一步反应的供体.

1.3.3 十六烷基-2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-吡喃木糖苷(5)的合成

往250 mL的圆底烧瓶中依次加入10.00 g(23.8 mmol)糖基三氯乙酰亚胺酯4、50 mL二氯甲烷(4 Å分子筛干燥品)和8.63 g(35.6 mmmol)十六醇，搅拌溶解，冰水浴冷却至0 ℃，滴加2.95 mL(23.8 mmol)三氟化硼乙醚溶液，搅拌反应5 h，TLC(V石油醚∶V乙酸乙酯=3∶1)监测反应完全.混合液依次经饱和碳酸氢钠水溶液和饱和食盐水溶液洗涤，采用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液浓缩，经柱层析(V石油醚∶V乙酸乙酯=5∶1)分离，得到白色固体7.73 g，产率64.9%.71 ～ 73 ℃;1H NMR (CDCl3)δ:5.16 (t, J2,3=J3,4=8.6 Hz,1H,H-3),4.89～4.97(m,2H,H-4,H-2),4.46(d,J1,2=6.8 Hz,1H,H-1),4.12(dd,J5,5'=11.8 Hz,J4,5=5.0 Hz,1H,H-5),3.78～3.83(m,1H,OCH2C15H31),3.42～3.48(m,1H,OCH2C15H31),3.36(dd,J4,5'=9.1 Hz,1H,H-5'),2.05(s,6H,2Ac),2.04(s,3H,Ac),1.52～1.57(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.23～1.31(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.88(t,J=6.5 Hz,3H,O(CH2)15CH3).

1.3.4 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)的合成

往100 mL的圆底烧瓶中加入6.52 g(13.0 mmol)十六烷基-2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-吡喃木糖苷5和35.0 mL无水甲醇，采用质量分数为10%的甲醇钠甲醇溶液调节混合液的pH≈10，室温搅拌反应5 h，TLC监测反应完全(展开剂∶乙酸乙酯).用乙酸的甲醇溶液(体积比为1∶4)调节反应液的pH 为中性，浓缩，经柱层析(乙酸乙酯)分离，得到白色固体3.85 g，产率78.9%.94.8 ℃;1H NMR(DMSO-d6+D2O) δ∶ 4.08(d,J1,2=7.4 Hz,1H,H-1),3.64～3.70(m,2H,H-5,OCH2C15H31),3.38～3.45(m,1H,OCH2C15H31),3.24～3.32(m,1H,H-4),3.11(dd,J3,4=8.6 Hz,1H,H-3),3.03(t,J4,5=J5,5’=10.7 Hz,1H,H-5'),2.94(dd,J2,3=8.4 Hz,1H,H-2),1.44～1.54(m,2H,OCH2CH2C14H29), 1.13～1.34(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.79～0.91(m,3H,O(CH2)15CH3).

2 结果与讨论

2.1 合成方法

采用如图1所示的路线实施合成.由于D-木糖(1)在无水乙酸钠的催化下与乙酸酐反应属于强放热反应，为了防止过热冲料焦化等问题的出现，分批加催化剂无水乙酸钠，且在添加第一批无水乙酸钠通过热反应完成液化后，经冷却再加入第二批无水乙酸钠，控制在回流条件下继续反应使乙酰化完全，达到反应平稳高效可控的效果.

在文献[7]的基础上，所合成的四乙酰吡喃木糖2先后通过C1位选择性脱乙酰基和与三氯乙腈反应转化成糖基三氯乙酰亚胺酯4.该亚胺酯4作为糖基供体在Lewis催化剂三氟化硼乙醚的作用下与受体十六醇偶联，由于存在2-位乙酰基的邻基参与效应[7,13]，能够立体选择性地得到1,2-反式的偶联产物十六烷基-2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-吡喃木糖苷5.该偶联产物通过通常的碱催化的脱酰基保护方法，成功地获得十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6.

2.2 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6结构

对于偶联产物5，从图2和上述氢谱数据可知，其1H NMR δ 4.46(d,J1,2=6.8 Hz)的耦合常数J1,2=6.8 Hz，说明吡喃木糖苷的C1和C2上相邻的两个氢处于1,2-反式结构[7,14]，表明供体糖基三氯乙酰亚胺酯4与受体长链醇通过该偶联反应基本上为立体专一性地形成了β-糖苷键.同时，1H NMR δ 2.05(s,6H,2Ac),2.03(s,3H,Ac)数据表明C2、C3和C4上的3个乙酰基在偶联反应时仍保留着；此外，δ 1.52～1.57(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.23～1.31(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.88(t,J=6.4 Hz,3H,O(CH2)15CH3)数据表明长烷基链C16H33也已通过糖苷键连接到偶联产物5中.

图2 十六烷基-2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-吡喃木糖苷(5)核磁图谱

对于脱保护的糖苷6，从图3和氢谱数据同样可知，1H NMR δ 4.08 (d,J1,2=7.4 Hz)的耦合常数J1,2=7.4 Hz，说明脱酰基保护反应并未改变吡喃木糖苷的C1和C2上相邻的两个氢的1,2-反式结构，产生的脱保护产物仍为1,2-反式的β-糖苷键结构.同时δ 3.64～3.70(m,2H,H-5,OCH2C15H31),3.38～3.45(m,1H,OCH2C15H31),1.44～1.54(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.13～1.34(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.79～0.91(m,3H,O(CH2)15CH3)数据表明OC16H33仍存在于脱保护的糖苷6中.

图3 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)核磁图谱

3 结语

以可再生的D-木糖1为原料，在无水乙酸钠的催化下与乙酸酐的热反应产生全乙酰化木糖2，后者在苄胺的催化下通过C1位选择性脱乙酰基以及在DBU的催化下与三氯乙腈反应完成糖基供体2,3,4-三-O-乙酰基-D-吡喃木糖基三氯乙酰亚胺酯4的合成.该供体4与受体十六醇在Lewis催化下发生偶联反应立体选择性地得到1,2-反式的偶联产物十六烷基-2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-吡喃木糖苷5，后者通过脱乙酰基保护，最终获得了目标产物十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6.该方法替代了溴代糖法的高价银盐和有毒重金属盐的弊端，方法简便、高效、实用.

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(编辑 崔思荣)

Synthesis of Hexadecyl β-D-xylopyranoside

CHEN Langqiu,SHEN Wangzhen,KUANG Na,JI Shanwei

(College of Chemistry, Key Laboratory of Envirmentally Friendly Chemistry and Application of Ministry of Education, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China)

Hexadecyl β-D-xylopyranoside is a renewable,green and envorimental neutral amphiphilic surfactant.With the trichloroacetimidate method,D-xylose was acetylated,deacetylated selectively at C1 position and converted into corresponding glycosyl trichloroacetimidate.The glycosyl trichloroacetimidate was coupled with an acceptor hexadecanol and deprotected to achieve stereoselectively 1,2-trans hexadecyl β-D-xylopyranoside.The structure of the target compound was confirmed by the 1H NMR analysis.The synthetic method is concise and applicable.

Hexadecyl β-D-xylopyranoside; D-xylose; Hexadecanol; synthesis

2016-10-03

湖南省自然科学基金项目(14JJ2067，10JJ6023)

陈朗秋(1964-)，男，教授，博士，硕士生导师，主要从事有机合成与糖化学研究;申望珍(1990-)，女，硕士研究生，主要从事有机合成与糖化学研究.

O629.13

A

1674-358X(2016)04-0010-05