薯蓣皂苷元-葡萄糖C-苷类似物的合成

2021-05-06胡晓芳马小锋赵晋忠张建刚

合成化学 2021年4期

胡晓芳, 马小锋, 赵晋忠, 张建刚

(1. 山西农业大学基础部，山西太谷 030801； 2. 中国科学院成都生物研究所天然产物研究中心，四川成都 610041)

薯蓣皂苷属于天然甾体皂苷中一类重要的天然化合物，存在于薯蓣科植物穿山龙和盾叶薯蓣等的根茎中。薯蓣皂苷为地奥心血康、柴黄益肾颗粒、骨刺消片、骨骼风痛制剂、盾叶冠心宁和薯蓣皂苷片等[1]多种上市药物的主要药效成分及质控成分。现代药理学研究显示，薯蓣皂苷具有抗肿瘤[2]、抗炎[3]、免疫调节、降血脂[4]、降低血糖[5]、抑制肝脏纤维化、抗艾滋病等生物活性。然而，薯蓣皂苷不溶于水，导致出现起效慢、消除半衰期长、肝脏代谢缓慢等问题。

薯蓣皂苷的O-苷键对酶以及酸性环境不稳定，超过40%的薯蓣皂苷在胃肠道内发生降解反应，导致其生物利用度较低(薯蓣皂苷在大鼠体内的绝对生物利用度仅为0.2%)，并且水解形成的薯蓣皂苷元有肝毒性。而以薯蓣皂苷为主要药效成分的药物，在临床上多为长期用药，存在蓄积而致肝损伤的可能性[6]。因此，需要对薯蓣皂苷的进行结构修饰，以便在维持或者提高其生物活性的前提下，提高其生物利用度、增强其酸、酶稳定性。

Scheme 1

本文以葡萄糖(2)为原料，首先合成1,2,3,4,6-五-O-乙酰葡萄糖，随后在乙酰溴和甲醇的作用下进行溴代，形成相应的溴代糖，最后在锌粉(Zn)的作用下得到3,4,6-三-O-乙酰葡萄烯糖(3)，三步反应的总收率为75%[7]。化合物3在TiCl4的作用下，与双三甲基硅乙炔反应可得到乙酰化的硅炔基取代的糖C-苷4，收率为65%。4脱除乙酰基保护基以及硅醚基，得到含有游离羟基的糖端基炔类化合物5[8]。另一方面，将薯蓣皂苷元6与甲烷磺酰氯反应生成薯蓣皂苷元甲烷磺酸酯7，继续将7在叠氮钠的作用下进行叠氮化，以75%的收率得到叠氮化合物8[9]。最后，化合物5和化合物8在醋酸铜和维生素c钠的作用下发成Click反应，得到薯蓣皂苷元-葡萄糖C-苷类似物9。化合物9可以进一步进行糖苷化以及对双键、游离羟基进行结构修饰，便于构建基于薯蓣皂苷的C-苷类似物化合物库，为活性测试和生物利用度的改进提供保障。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker Avance 400 MHz型核磁共振波谱仪(CDCl3或CD3OD为溶剂，TMS为内标)；MicrOTOF QII型高分辨率质谱仪。

薯蓣皂素,毕得医药；D-无水葡萄糖,源叶生物；其余所用试剂均为分析纯或化学纯。

1.2 合成

(1) (2R,3R)-6-乙炔基-2-(羟甲基) -3,6-二氢-2H-吡喃-3-醇(5)的合成[10-12]

将冰乙酸(75 mL)、乙酸酐(28 mL， 0.3 mol)和D-葡萄糖1(9.00 g， 0.05 mol)加入250 mL圆底烧瓶中，搅拌使其混合均匀；缓慢滴加3滴70%～72%高氯酸，滴毕，反应过夜得全乙酰化葡萄糖，避光保存，缓慢加入乙酰溴(12 mL， 0.15 mol)和无水甲醇(7 mL， 0.15 mol)，反应7 h。加入冰水淬灭反应，加入饱和乙酸钠溶液和等量乙酸乙酯，依次用乙酸乙酯(3×100 mL)和等量饱和食盐水萃取得溴代葡萄糖的有机相。

将饱和磷酸二氢钠水溶液(75 mL)和锌粉(36.20 g， 0.5 mol)混合均匀；将混合液加入上一步得到的溴代葡萄糖有机相中，反应至终点(TCL监测)。抽滤，滤液用饱和碳酸氢钠溶液洗涤，浓缩后在乙醚/正己烷体系中结晶得3,4,6-三-O-乙酰葡萄烯糖710.13 g，收率75%。

在-20 ℃下，将四氯化钛(1 M in CH2Cl2， 3.7 mL)、双三甲基硅乙炔(1.26 g， 7.4 mmol)和二氯甲烷(6.5 mL)加入到25 mL圆底烧瓶中；N2保护下，加入全乙酰化的烯糖3(1.00 g， 3.6 mmol) 的二氯甲烷(15 mL)溶液，反应过夜。加入饱和碳酸氢钠溶液2 mL淬灭反应，依次用二氯甲烷(3×100 mL)和等量饱和食盐水萃取，有机相浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A=石油醚/乙酸乙酯=7/1,V/V)纯化得黄色油状液体40.72 g,收率65%;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 5.85(ddd,J=10.1 Hz, 3.6 Hz, 1.8 Hz, 1H), 5.74(dt,J=10.2 Hz, 2.0 Hz, 1H), 5.25(dq,J=8.9 Hz, 2.0 Hz, 1H), 4.93(dt,J=3.8 Hz, 1.9 Hz 1H), 4.20(qd,J=12.2 Hz, 3.8 Hz, 2H), 4.07(ddd,J=8.7 Hz, 5.2 Hz, 2.5 Hz, 1H), 2.06(dd,J=2.6 Hz, 1.5 Hz, 6H), 0.15(d,J=2.1 Hz, 9H);13C NMR(CDCl3, 101 MHz)δ: 170.9, 170.4, 129.2, 125.6, 100.9, 91.9, 77.4, 70.1, 64.9, 64.6, 63.1, 53.8, 21.1, 20.9, -0.15。

将无水碳酸钾(0.49 g， 3.4 mmol)、无水甲醇(20 mL)、化合物3(0.70 g， 2.2 mmol)加入到50 mL圆底烧瓶中，反应4 h。浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:B=二氯甲烷/甲醇=50/1,V/V)纯化得黄色油状液体50.31 g，收率94%;1H NMR(CD3OD, 400 MHz)δ: 5.81(s, 2H), 4.94～4.90(m, 1H), 4.03(dd,J=8.0 Hz, 2.1 Hz, 1H), 3.83(dd,J=10.8 Hz, 3.6 Hz, 1H), 3.72～3.64(m, 2H), 2.92(d,J=2.3 Hz, 1H);13C NMR(CD3OD, 101 MHz)δ: 131.2, 128.4, 81.8, 76.6, 75.7, 64.6, 63.7, 62.8。

(2) 叠氮化薯蓣皂苷元(8)的合成[13-14]

将甲烷磺酰氯(1 mL， 10.0 mmol)、三乙胺(2 mL， 14.5 mmol)、二氯甲烷(15 mL)和薯蓣皂素6(2.07 g， 5.0 mmol)加入到25 mL圆底烧瓶中，反应过夜。用甲醇淬灭反应，浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A=20/1)纯化得白色固体薯蓣皂苷元甲烷磺酸酯72.33 g，收率95%;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 5.44～5.40(m, 1H), 4.51(tt,J=11.0 Hz, 5.4 Hz, 1H), 3.51～3.43(m, 1H), 3.37(t,J=10.9 Hz, 1H), 3.15～3.06(m, 1H), 3.00(s, 3H), 2.50(tt,J=9.4 Hz, 5.1 Hz, 2H), 2.10～1.93(m, 3H), 1.88～1.55(m, 12H), 1.51～1.38(m, 3H), 1.33～1.25(m, 1H), 1.23～1.07(m, 3H), 1.03(s, 3H), 0.97(m, 3H) 0.78(t,J=3.2 Hz, 6H);13C NMR(CDCl3, 101 MHz)δ: 138.9, 123.7, 109.5, 82.1, 80.9, 67.0, 62.2, 56.5, 50.0, 41.8, 40.4, 39.8, 39.3, 39.0, 37.0, 36.7, 32.2, 32.0, 31.6, 31.5, 30.5, 29.1, 29.0, 21.0, 19.4, 17.3, 16.5, 14.7。

在90 ℃下，将N,N-二甲基甲酰胺(15 mL)、薯蓣皂苷元甲烷磺酸酯6(1.00 g， 2.03 mmol)和叠氮钠(0.89 g， 13.6 mmol)加入到50 mL圆底烧瓶中，N2保护下反应过夜。用乙酸乙酯 (5×30 mL) 和等量饱和食盐水萃取,有机相浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:A=40/1)纯化得白色固体叠氮化薯蓣皂苷元80.66 g，收率75%;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 5.39(s, 1H), 3.47(dt,J=11.0 Hz, 2.8 Hz, 2H), 3.37(s, 1H), 2.33～2.08(m, 2H), 2.00(tdd,J=12.2 Hz, 8.1 Hz, 5.7 Hz, 3H), 1.98～1.82(m, 2H), 1.86～1.55(m, 12H), 1.59～1.03(m, 9H), 0.94～0.75(m, 9H);13C NMR(CDCl3, 101 MHz)δ: 138.3, 123.1, 109.4, 81.0, 67.0,62.2, 58.4, 56.6, 50.0, 41.8, 40.4, 39.9, 37.4, 36.2, 33.8, 32.1, 32.0, 31.6, 31.5, 30.5, 29.0,26.3, 20.7, 19.2, 17.3, 16.5, 14.7。

(3) 薯蓣皂苷元前体化合物(9)的合成[15-16]

将化合物5(78 mg, 0.5 mmol) 、8(0.27 g, 0.6 mmol)、四氢呋喃(1.6 mL)、水(0.8 mL)、醋酸铜(9.10 mg, 0.05 mmol)和Vc-Na(19.90 mg, 0.1 mmol)加入到25 mL圆底烧瓶中,反应至终点。浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂:B=40/1)纯化得淡黄色固体90.21 g，收率74%;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 7.79(s, 1H), 6.10 ～5.98(m, 2H), 5.55～5.38(m, 2H), 5.03～4.82(m, 1H), 4.40(q,J=7.4 Hz, 1H), 4.22(d,J=10.1 Hz, 1H), 3.80(qd,J=11.5 Hz, 4.5 Hz, 2H), 3.55～3.41(m, 2H), 3.37(td,J=10.9 Hz, 3.1 Hz, 1H), 2.96(d,J=16.3 Hz, 1H), 2.61～2.48(m, 1H), 2.25～1.93(m, 4H), 1.91～1.52(m, 12H), 1.44(dd,J=20.5 Hz, 7.8 Hz, 4H), 1.35～1.22(m, 2H), 1.11(s, 3H), 1.01～0.95(m, 4H), 0.82～0.73(m, 7H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 138.1, 133.6, 130.4, 127.7, 124.5, 122.2, 109.5, 80.9, 77.4, 67.6, 67. 0, 64.1, 63.1, 62.2, 56.9, 56.5, 50.1, 41.8, 40.4, 39.8, 37.4, 35.6, 32.9, 32.2, 31.9, 31.6, 31.4, 30.5, 29.0, 27.3, 20.6, 19.5, 17.3, 16.5, 14.7; HR-MS(ESI)m/z: Calcd for C35H51N3O{[M+Na]+}593.3829, found 593.3828。

2 结果与讨论

2.1 5的合成

根据文献方法，首先需要合成全乙酰化烯糖3：先合成全乙酰化的葡萄糖，然后进行溴代，再消除形成3，该方法操作繁琐。本文将单糖先经一锅法合成溴代糖，再在锌粉作用下，合成3。反应无需硅胶柱层析，3步反应总收率高达75%。3随后经硅炔化，再一锅脱除乙酰基及硅醚保护基可以得到5，需要注意的是，如过反应时间过长，会有其它副产物生成。

2.2 8的合成

对薯蓣皂苷元进行甲烷磺酰化形成7，该反应条件比较成熟。对于后续的叠氮化反应，采用了两种策略：(1)以TMSN3为叠氮基来源，以三氟化硼乙醚为路易斯酸催化剂[17]。结果表明，仅仅能以约15%的收率得到相应构型的叠氮化产物；(2)以叠氮钠为叠氮基来源。首先尝试在室温下进行亲核取代反应，但是48 h后，几乎没有新产物生成。升高温度，反应过夜，以75%的收率得到目标产物。

2.3 9的合成

以化合物5和8为原料，考察不同类型铜催化剂对9收率的影响，结果见表1。由表1可见，当催化剂为CuI， CuBr和CuCl时，几乎没有检测到目标产物；当催化剂体系为Cu(OAc)2/Vc-Na时，收率最高；用CuSO4/Vc-Na代替Cu(OAc)2/Vc-Na，在相同的反应条件下，也能以53%的收率得到目标化合物。因此，最优反应条件为：Cu(OAc)2/Vc-Na为催化剂，THF/H2O为溶剂，反应40 h，收率为74%。