可见光促进的以曙红Y为光催化剂的KRN7000关键中间体的合成

李红芳, 刘 姣, 殷 珊, 赵 胤, 吴艳丹, 师 念, 倪广惠

(云南中医药大学 中药学院，云南 昆明 650500)

KRN7000(α-GalCer， Chart 1)是由半乳糖与神经酰胺片断通过α糖苷键连接[1]，进入人体后与抗原递呈细胞表面的CD1d分子形成复合物，被自然杀伤T细胞(natural killer T cell, NKT)表面的T细胞受体(T cell receptor, TCR)识别，并且激活NKT细胞。NKT细胞被激活后迅速产生大量的Th1型细胞因子，如γ干扰素(IFN-γ)；和大量Th2型细胞因子，如白细胞介素4(IL-4)，进而激活固有免疫系统和获得性免疫系统[2]，与癌症、自身免疫性疾病、微生物感染等疾病相关[3-4]。对KRN7000进行结构改造，可以得到Th1/Th2型细胞因子偏移的衍生物[5]，结构改造主要涉及到糖基部分的修饰[6-7]、糖苷键的改变[8]、酰胺链的取代[9]、长脂肪链的改变[10-11]等。其中，对酰胺链进行结构改造的主要方法为首先将叠氮基鞘氨醇糖基化，再将叠氮还原为氨基，然后接上不同取代基[12-15]。

Chart 1

糖基化反应的难点在于区域选择性和立体选择性。糖基化过程需要用酸碱催化，为了高选择性，还需要低温等苛刻的条件或昂贵有毒的金属催化剂，操作繁琐又有环境污染[16]。可见光是一种可再生、廉价易得的能源，可见光促进的糖基化反应在近年来得到发展[17-22]。前期工作中发展了用蓝色LED灯作为可见光光源，曙红Y作为光催化剂，三氯乙酰亚胺酯为糖供体的糖基化反应[23]。将其应用于KRN7000中间体的糖基化。

首先，以β-D-五乙酰半乳糖(2)为原料，分别经过对甲苯硫酚保护、去乙酰基、苄基保护、水解，得到(5)；接着将(5)制备成三氯乙酰亚胺酯(6)，(6)作为糖供体与受体(2S,3S,4R)-2-叠氮-3,4-二-O-苄基-1,3,4-十八三醇(7)在蓝色LED灯照射，曙红Y催化下反应，得到KRN7000的关键中间体(1, Scheme 1)，结构经1H NMR和13C NMR表征。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

ZF-1型三用紫外分析仪；Bruker 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；24 W蓝光LED灯(波长450 nm)；

所有试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 2,3,4,6-四-O-苄基-D-吡喃半乳糖(5)的合成

在干燥圆底瓶中加入β-D-五乙酰半乳糖(2) 3 g(7.7 mmol)， 4A分子筛3 g，对甲苯硫酚1.9 g(15.2 mmol)，溶解于30 mL干燥二氯甲烷中。冷却至0 ℃，氮气保护下缓慢滴加三氟化硼乙醚3.3 mL(26.2 mmol)，滴毕，升至室温反应8 h(TLC监测)。硅藻土过滤反应液，饱和碳酸钠溶液(90 mL)洗涤，二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并有机层，饱和食盐水(90 mL)洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩，残余物经硅胶柱(洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯=4/1，V/V)层析纯化得3白色固体[24]，产率96.7%， m.p.115～116 ℃;1H NMRδ: 7.40(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.11(d,J=7.9 Hz, 2H), 5.39(dd,J=3.3 Hz, 0.9 Hz, 1H), 5.21(t,J=10.0 Hz, 1H), 5.03(dd,J=10.0 Hz, 3.4 Hz, 1H), 4.64(d,J=10.0 Hz, 1H), 4.17(dd,J=11.3 Hz, 6.9 Hz, 1H), 4.10(dd,J=11.3 Hz, 6.3 Hz, 1H), 2.33(s, 3H), 2.10(s, 3H), 2.09(s, 3H), 2.03(s, 3H), 1.96(s, 3H);13C NMRδ: 170.3, 170.1, 170.0, 169.3, 138.4, 133.1, 129.57, 128.6, 86.9, 74.3, 72.0, 67.3, 67.2, 61.5, 21.1, 20.8, 20.6, 20.5, 20.5。

将34.7 g(10.3 mmol)溶于47 mL甲醇中，加入甲醇钠445 mg(8 mmol)，室温反应1.5 h(TLC监测)。减压蒸除溶剂。加入DMF 47 mL，冷却至0 ℃，少量多次加入氢化钠4.1 g(103 mmol，含量60%)，搅拌0.5 h，加入溴化苄12.2 mL(103 mmol)，室温反应12 h(TLC监测)。加入水(10 mL)淬灭反应，用乙酸乙酯(150 mL)稀释反应液，水(3×50 mL)洗涤，饱和食盐水(150 mL)洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩，残余物经硅胶柱(洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V)层析得4白色固体[25]，产率97.6%， m.p.95.6～97.7 ℃;1H NMRδ: 7.38(d,J=8.1 Hz, 2H), 7.33～7.15(m, 20H), 6.90(d,J=8.0 Hz, 2H), 4.88(d,J=11.5 Hz, 1H), 4.74～4.66(m, 2H), 4.64(s, 2H), 4.52(d,J=11.6 Hz, 1H), 4.50(d,J=10.0 Hz, 1H), 4.35(q,J=11.7 Hz, 2H), 3.89(d,J=2.5 Hz, 1H), 3.82(t,J=9.4 Hz, 1H), 3.59～3.48(m, 4H), 2.20(s, 3H);13C NMRδ: 138.9, 138.5, 138.4, 138.0, 137.2, 132.2, 130.3, 129.6, 128.5, 128.4, 128.2, 128.0, 127.9, 127.8, 127.7, 127.7, 127.6, 127.5, 88.1, 84.3, 77.3, 75.7, 74.5, 73.7, 73.6, 72.8, 68.9, 21.1。

将41.1 g(1.7 mmol)溶于7.2 mL丙酮和0.8 mL水的混合溶液中，分批加入N-溴代丁二酰亚胺0.9 g(5.1 mmol)，室温搅拌反应4 h后，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱(洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V)层析纯化得5无色油状液体[26]，产率92.6%;1H NMRδ: 7.39～7.22(m, 20H), 5.26(d,J=3.6 Hz, 1H), 4.91(dt,J=11.0 Hz, 4.2 Hz, 2H), 4.83～4.53(m, 6H), 4.46(d,J=11.9 Hz, 1H), 4.38(dd,J=11.9 Hz, 2.8 Hz, 1H), 4.14(t,J=6.5 Hz, 1H), 4.01(dd,J=9.8 Hz, 3.6 Hz, 1H), 3.96～3.90(m, 1H), 3.60～3.42(m, 3H) , 3.19(s, 1H);13C NMRδ: 138.8, 138.7, 138.5, 138.4, 138.0, 128.6, 128.5, 128.4, 128.4, 128.4, 1283, 128.1, 128.1, 128.1, 128.0, 127.9, 127.9, 127.7, 127.7, 127.6, 92.0, 82.3, 78.9, 76.8, 74.8, 73.6, 73.1, 69.7, 69.2。

称取5749 mg(1.4 mmol)溶解于14 mL二氯甲烷中，再加入三氯乙腈1.4 mL(14 mmol)，冰水浴滴加1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯105 μL(0.7 mmol)，滴毕，升至室温反应4 h(TLC监测)。减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱 [洗脱剂(含1%三乙胺)：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V] 层析纯化得到糖供体6，产率82.4%，直接用于下一步。

(2) 可见光诱导曙红Y催化合成(1)

在干燥的反应管中加入6217.1 mg(0.32 mmol)，733.2 mg(0.06 mmol)中， 4A分子筛250 mg，曙红Y 13 mg(0.02 mmol)，干燥二氯甲烷2 mL，搅拌1 h后，用450 nm蓝光灯照射59 h(TLC监测)。过滤，浓缩滤液，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V)纯化得化合物1及其β异构体8(Chart 2)。1为无色油状液体[13]，产率43.3%；1H NMRδ: 7.40～7.20(m, 30H), 4.93(d,J=11.4 Hz, 1H), 4.89(d,J=3.5 Hz, 1H), 4.81(t,J=11.9 Hz, 2H), 4.73(d,J=11.8 Hz, 1H), 4.68(d,J=11.8 Hz, 1H), 4.63(dd,J=11.8 Hz, 10.6 Hz, 2H), 4.56(d,J=11.6 Hz, 2H), 4.46(d,J=11.3 Hz, 1H), 4.43(d,J=11.2 Hz, 1H), 4.35(d,J=11.8 Hz, 1H), 4.06(dd,J=10.0 Hz, 3.5 Hz, 1H), 4.03～3.97(m, 2H), 3.96～3.91(m, 2H), 3.74～3.67(m, 3H), 3.62～3.56(m, 1H), 3.52～3.43(m, 2H), 1.69～1.60(m, 1H), 1.56～1.44(m, 1H), 1.33～1.20(m, 24H), 0.88(t,J=6.8 Hz, 3H);13C NMRδ: 138.8, 138.7, 138.7, 138.4, 138.2, 138.0, 128.3, 128.3, 128.2, 128.2, 127.8, 127.8, 127.7, 127.6, 127.5, 127.5, 127.4, 98.7, 79.3, 79.0, 78.8, 76.4, 75.1, 74.7, 73.7, 73.4, 73.2, 73.1, 72.0, 69.7, 69.0, 68.5, 62.0, 31.9, 30.00, 29.8, 29.7, 29.7, 29.6, 29.3, 25.4, 22.7, 14.1。

Chart 2

本文合成的KRN7000关键中间体1，使用了常用的糖供体三氯乙酰亚胺酯，制备过程操作简便，易于纯化。可见光促进的糖基化反应方法新颖、底物适应性好、成本低且绿色环保。

曙红Y的酸性较弱，在可见光照射下曙红Y处于激发态，酸性增强，催化三氯乙酰亚胺酯糖供体的糖基化反应。停止光照后，曙红Y回到基态，酸性减弱，反应中止；反应体系不需要加碱来终止反应[27]。当其他条件相同，不加入光催化剂曙红Y时，底物不发生反应；当其他条件相同，无光照时，糖基化反应同样不发生。因此，光照和光催化剂都是反应所必需的条件。

在本文提供的可见光促进的糖基化反应条件下，产物的α/β=1/0.69。用传统的糖基化方法进行反应，将糖供体6与受体7反应，用TMSOTf为催化剂，得到的产物α/β=1/1.15；α产物选择性低于可见光促进的糖基化反应。

本文在前期研究的可见光促进的糖基化反应方法基础上进行了适当的调整，以β-D-五乙酰半乳糖作为原料，分别经过对甲苯硫酚保护、去乙酰基、苄基保护、水解，得到(5)，再将其制备成糖的三氯乙酰亚胺酯(6)， (6)作为供体与受体(7)在450nm可见光照射下经曙红Y催化反应，合成了KRN7000的关键中间体(1)，产率43.3%。该方法新颖、底物适应性好、成本低且绿色环保，产率高。