全乙酰GM3三糖对甲氧基苯酚苷的合成*

李相鹏, 王 鹏, 李英霞

(1. 中国海洋大学 医药学院，山东 青岛 266003; 2. 复旦大学 药学院,上海 201203)

神经节苷脂GM3(Neu5NAcα2→3Galβ1→4Glc1→1Cer)于1952年由Yamakawa等[1]从马血红细胞中首次分离得到,其亲酯性神经酰胺基团包埋于细胞膜磷酸双分子脂层中，而亲水性糖链部分伸向细胞膜表面。GM3在细胞膜的信号转导中起到了重要作用，对细胞的粘附、分化、增殖与癌变等过程起到了调节作用[2]，其化学合成工作已经成为目前研究的热点[3～14]。

本研究小组[14]在以往的研究过程中，以唾液酸N-苯基三氟亚胺酯(10)为供体,6位TBDPS(叔丁基二苯基硅基)保护的半乳糖衍生物为受体，在温和促进剂TBSOTf(叔丁基二甲基硅三氟甲磺酸酯)的条件下，高效地构建了α-2,3糖苷键，并将此策略成功的应用于GM3的合成。该方法采用线性合成策略，唾液酸(7)需要依次连接半乳糖、葡萄糖和鞘氨醇，所需步骤较长，产物不易积累。

Scheme 1

本文分别以乳糖(1)和7为原料，制得受体乳糖二醇(6)和供体10;6与10经糖苷化以较高收率(70%)制得α-构型的神经节苷脂GM3三糖衍生物(11); 将11的保护基Bn转化为Ac制得GM3全合成的关键中间体——全乙酰GM3三糖对甲氧基苯酚苷(12, Scheme 1),其结构经1H NMR,13C NMR和HR-MS确证。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

JEOL JNM-ECP 600 MHz型核磁共振波谱仪(DMSO-d6为溶剂,TMS为内标)； Q-TOF Global型质谱仪(ESI)。

TMSOTf和Dowex-50, Aldrich-Sigma-Acros;其余所用试剂均为国产分析纯;CH2Cl2经CaH回流重蒸处理,CH3CN经P2O5回流重蒸;DMF,吡啶、甲醇经分子筛干燥处理。所有反应如非特殊说明均在氩气保护下进行。

1.2 合成

(1) 4的合成

在圆底瓶中加入1 5.0 g(14.6 mmol)和吡啶100 mL,搅拌形成混悬液，冰浴冷却，滴加醋酐16.5 mL(175 mmol)，滴毕，于室温反应过夜。减压浓缩后加入CH2Cl2300 mL，依次用稀盐酸(3×100 mL),饱和NaHCO3溶液(3×100 mL),饱和NaCl溶液(3×100 mL)洗涤，无水Na2SO4干燥，减压浓缩得淡黄色黏稠物(2)。用CH2Cl2(300 mL)溶解，加入对羟基苯甲醚1.8 g(14.6 mmol)，冰浴冷却，搅拌下滴加三氟化硼乙醚2.2 mL(24.8 mmol)，滴毕，自然恢复至室温反应2 h。用三乙胺调至中性，减压浓缩，残余物经硅胶柱层析[洗脱剂：A=V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶3]分离得无色浆状物(3)。用CH2Cl2(50 mL)溶解，加入甲醇50 mL和甲醇钠780 mg(1.46 mmol)，搅拌下于室温反应2 h(析出大量白色固体)。加入酸性树脂调至中性，倾出上层混悬液减压浓缩得白色固体。将其混悬于DMF(20 mL)中，加入二甲氧基丙烷20 mL和对甲苯磺酸27 mg(0.15 mmol)，反应2 h。减压浓缩，残余物经硅胶柱层析[洗脱剂：V(乙酸乙酯) ∶V(MeOH)=25 ∶1]分离得白色固体4 3.7 g,产率52%(以1计算);1H NMRδ: 6.99～6.97(m, 2H, ArH), 6.87～6.84(m, 2H, ArH), 5.48(d,J=5.5 Hz, 1H, 2a-OH), 4.80(d,J=7.7 Hz, 1H, 1a-H), 4.68～4.66(m, 2H, 3b,6a-OH), 4.29(d,J=8.2 Hz, 1H, 1b-H), 4.11(dd,J=5.5 Hz, 1.8 Hz, 1H, 4b-H), 3.97(dd,J=7.4, 6.0 Hz, 1H, 3b-H), 3.85(ddd,J=7.3 Hz, 5.0 Hz, 1.8 Hz, 1H, 5b-H), 3.74～3.71(m, 1H, 6a-H), 3.70(s, 3H, OCH3), 3.64～3.52(m, 3H, 6a,6b-H), 3.47～3.45(m, 1H, 5a-H), 3.44～3.40(m, 2H, 3a,4a-H), 3.28～3.23(m, 2H, 2a,2b-H), 1.40(s, 3H, CH3), 1.25(s, 3H, CH3)。

(2) 6的合成

冰浴冷却，在圆底瓶中加入4 1.00 g(2.05 mmol)的DMF(50 mL)溶液和NaH 370 mg(15 mmol),搅拌下于室温反应30 min;加入TBAI(四丁基碘化铵)20 mg,冰浴冷却下滴加BnBr(溴苄)1.46 mL(12.2 mmol),滴毕，于室温反应2 h。冰浴冷却下用甲醇终止反应，减压浓缩，残余物用CH2Cl2(200 mL)稀释，依次用稀盐酸(3×80 mL)， 饱和NaHCO3溶液(3×80 mL)，饱和NaCl溶液(3×80 mL)洗涤，无水Na2SO4干燥，减压浓缩得微黄色浆状物(5)。加入80%AcOH(50 mL)，于80℃反应2 h，减压蒸除溶剂，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=1 ∶1)分离得白色无定形固体61.31 g,产率71%(以4计算);1H NMRδ: 7.42～7.40(m, 4H, AHr), 7.32～7.24(m, 21H, ArH), 7.01～7.99(m, 2H, ArH), 6.84～6.81(m, 2H, ArH), 5.07(d,J=7.3 Hz, 1H, 1a-H), 5.04(d,J=10.5 Hz, 1H, PhCH2), 4.99(br s, 1H, OH), 4.86(d,J=11.5 Hz, 1H, PhCH2), 4.79～4.72(m, 4H, OH, PhCH2), 4.63(d,J=11.0 Hz, 1H, PhCH2), 4.48(d,J=11.9 Hz, 1H, PhCH2), 4.41(d,J=7.1 Hz, 1H, 1b-H), 4.39(d,J=11.5 Hz, 1H, PhCH2), 4.34(d,J=11.9 Hz, 1H, PhCH2), 4.31(d,J=11.9 Hz, 1H, PhCH2), 3.86～3.80(m, 2H, 3a,6a-H), 3.78～3.72(m, 2H, 4a,5a-H), 3.70(s, 3H, OCH3), 3.69～3.67(m, 2H, 6a,4b-H), 3.63(dd,J=9.6 Hz, 5.5 Hz, 1H, 6b-H), 5.31(t,J=5.9 Hz, 1H, 5b-H), 3.47～3.40(m, 4H, 2a,2b,3b,6b-H) 。

(3)8的合成

在反应瓶中加入71.5 g(4.8 mmol)与Dowex-50 4 g的无水甲醇(105 mL)溶液，搅拌下于室温反应2 h。抽滤，滤饼用无水甲醇洗涤，合并滤液与洗液，浓缩干燥得白色固体81.53 g,产率98%;1H NMR(CD3OD)δ: 4.05～4.00(m, 1H, 8-H), 3.98(dd,J=10.6 Hz, 1.5 Hz, 1H, 7-H), 3.82～3.77(m, 2H, 4,5-H), 3.77(s, 3H, OCH3), 3.71～3.68(m, 1H, 9-H), 3.61(dd,J=11.3 Hz, 5.8 Hz, 1H, 9-H), 3.47(dd,J=9.1 Hz, 1.4 Hz, 1H, 6-H), 2.20(dd,J=12.8 Hz, 4.8 Hz, 1H, 3eq-H), 2.00(s, 3H, NCOCH3), 1.88(dd,J=12.8 Hz, 11.7 Hz, 1H, 3ax-H)。

(4)9的合成

在反应瓶中于40 ℃加入Ac2O 0.33 mL和60%HClO42.5μL，搅拌均匀后分批加入8110 mg(0.34 mmol)(30 min内),反应2 h。冷却至室温，加入冷水(5 mL)淬灭反应，加入NH4Cl至饱和，用CH2Cl2(3×20 mL)萃取，合并萃取液，依次用饱和NaHCO3溶液(5 mL),饱和NaCl溶液(5 mL)洗涤，无水Na2SO4干燥,浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂：A=3 ∶1)分离得微黄色固体9148 mg,产率89%;1H NMR(CDCl3)δ: 5.94(m, 1H, NH), 5.38(dd,J=5.5 Hz, 2.3 Hz, 1H, 7-H), 5.25～5.26(m, 1H, 8-H), 5.18～5.24(m, 1H, 4-H), 4.82(m, 1H, OH), 4.56(dd,J=12.4 Hz, 1H, 5-H), 4.23(dd,J=10.6 Hz, 1.9 Hz, 1H, 6-H), 4.17(q,J=10.1 Hz, 1H, 9-H), 4.03(dd,J=12.4 Hz, 7.8 Hz, 1H, 9-H), 3.86(s, 3H, OCH3), 2.19～2.27(m, 2H, 3eq,3ax-H), 2.15, 2.11, 2.03, 2.01, 1.90(5s, 15H, CO2CH3)。

(5)10的合成

于0 ℃在反应瓶中加入PPh351.8 g(200 mmol)和三乙胺11 mL(80 mmol)的CCl4(32 mL)悬混液，三氟乙酸5 mL(65 mmol),搅拌10 min后加入苯胺7.3 mL(80 mmol)的CCl4(31 mL)溶液，回流反应4 h。冷却至室温，倾出上清液，残余固体用正己烷洗涤数次，合并上清液及洗涤溶液，减压蒸除溶剂，残余物减压蒸馏得浅黄色液体N-苯基三氟亚胺氯。

在反应瓶中加入9 492 mg(1 mmol)的丙酮(20 mL)溶液,K2CO3414 mg(3 mmol)和N-苯基三氟乙酰氯3.1 g(15 mmol)，搅拌下于室温反应2 h。过滤，滤液加压浓缩，残余物经硅胶柱层析(洗脱剂：A=3 ∶2)分离得微黄色固体10599 mg,产率85%(α∶β=1 ∶1)；1H NMR(CDCl3)δ:β-anomer: 6.72～7.29(m, 5 H, ArH), 5.49(d,J=9.9 Hz, 1H, NH), 5.44(dd,J=4.4 Hz, 2.2 Hz, 1H, 7-H), 5.26 (td,J=11.1 Hz, 4.9 Hz, 1H, 4-H), 5.13～5.14(m, 1H, 8-H), 4.57(dd,J=12.7 Hz, 2.2 Hz, 1H, 9a-H), 4.28(q,J=10.4 Hz, 1H, 5-H), 4.21(dd,J=10.4 Hz, 2.2 Hz, 1H, 6-H), 4.08(dd,J=12.7 Hz, 7.7 Hz, 1H, 9b-H), 3.83(s, 3H, CO2CH3), 2.81(dd,J=13.8 Hz, 5.0 Hz, 1H, 3eq-H), 2.18(m, 1H, 3ax-H), 2.16, 2.09, 2.06, 1.91, 1.77(5s, 15H, CO2CH3, NCOCH3);α-anomer: 6.72, 7.60(m, 5H, ArH), 5.57(d,J=9.9 Hz, 1H, NH), 5.36(dd,J=6.2 Hz, 1.8 Hz, 1H, 7-H), 5.24(dd,J=6.2 Hz, 1.8 Hz, 1H, 8-H), 5.12(dt,J=10.3 Hz, 4.7 Hz, 1H, 4-H), 4.68(dd,J=10.6 Hz, 1.8 Hz, 1H, 6-H), 4.38(dd,J=12.4 Hz, 2.9 Hz, 1H, 9a-H), 4.24(dd,J=12.4 Hz, 6.3 Hz, 1H, 9b-H), 4.13～4.18(m, 1H, 5-H), 3.83(s, 3H, CO2CH3), 2.74(dd,J=13.6 Hz, 5.1 Hz, 1H, 3eq-H), 2.32(dd,J=13.6 Hz, 10.6 Hz, 1H, 3ax-H), 2.17, 2.04, 1.99, 1.97, 1.92(5s, 15H, CO2CH3, NCOCH3)。

(6)11的合成

在两口瓶中加入10500 mg(0.75 mmol),6452 mg(0.50 mmol), CH2Cl225 mL, CH3CN 25 mL和4 Å分子筛1 g,于室温搅拌30 min后将两口瓶置于-70 ℃低温反应装置中，10 min后以微量进样器加入TMSOTf 18μL(0.10 mmol), 于-70 ℃反应1.5 h。 用三乙胺终止反应，逐渐升至室温后抽滤除去分子筛，滤液浓缩后经硅胶柱层析[洗脱剂:B=V(CH2Cl2) ∶V(MeOH)=100 ∶1]分离得白色无定型固体11480 mg,产率70%;1H NMR(CDCl3)δ: 7.42～7.41(m, 2H, ArH), 7.34～7.22(m, 23H, PhH), 7.02～7.01(m, 2H, PhH), 6.78～6.77(m, 2H, PhH), 5.42(ddd,J=8.2 Hz, 5.9 Hz, 2.3 Hz, 1H, 8c-H), 5.32(dd,J=8.2 Hz, 2.3 Hz, 1H, 7c-H), 5.15(d,J=10.1 Hz, 1H, NH), 5.01(d,J=11.0 Hz, 1H, PhCH2), 4.98(d,J=11.0 Hz, 1H, PhCH2), 4.88～4.85(m, 1H, 4c-H), 4.84(d,J=7.4 Hz, 1H, 1a-H), 4.81(d,J=10.1 Hz, 1H, PhH), 4.80(d,J=11.9 Hz, 1H, PhCH2), 4.77(d,J=10.5 Hz, 1H, PhCH2), 4.69(d,J=11.9 Hz, 1H, PhCH2), 4.58(d,J=7.8 Hz, 1H, 1b-H), 4.43(d,J=11.9 Hz, 1H, PhCH2), 4.34(d,J=11.9 Hz, 1H, PhCH2), 4.31(dd,J=12.4 Hz, 2.8 Hz, 1H, 9a-H), 4.10(d,J=11.0 Hz, 1H, PhCH2), 4.07(d,J=11.0 Hz, 1H, PhCH2), 3.96(dd,J=12.4 Hz, 5.9 Hz, 1H, 9a-H), 3.77(s, 6H, OCH3), 3.56(dd,J=9.1 Hz, 7.7 Hz, 1H, 2b-H), 2.51(dd,J=13.3 Hz, 4.6 Hz, 1H, 3c eq-H), 2.10(s, 3H, COCH3), 2.07(t like,J=12.4 Hz, 12.0 Hz, 1H, 3c ax-H), 2.02(s, 3H, COCH3), 2.00(s, 3H, COCH3), 1.89(s, 3H, COCH3), 1.88(s, 3H, COCH3);13C NMR(CDCl3)δ: 170.8, 170.6, 170.3, 170.0, 169.9, 168.3, 155.1, 151.6, 139.0, 138.9, 138.5, 138.3, 128.3, 128.3, 128.2, 128.1, 128.1, 128.0, 127.6, 127.5, 127.5, 127.4, 127.3, 127.2, 118.4, 114.4, 102.7, 102.5, 98.4, 83.0, 81.6, 78.4, 77.4, 76.6, 76.3, 75.5, 75.2, 75.1, 74.9, 69.0, 68.7, 68.4, 67.9, 67.1, 62.2, 55.6, 49.2, 36.5, 29.7, 23.2, 21.2, 20.7, 20.5; HR-MS: Calcd for C74H85NO24Na{[M+Na]+} 1 394.535 9, found 1 394.539 1。

(7)12的合成

在单口瓶中加入11300 mg(0.21 mmol)的乙酸乙酯(20 mL)-乙醇(20 mL)溶液和Pt/C 100 mg,接上回流管及带有氢气球的三通阀，搅拌下回流反应10 h。抽滤除去Pt/C，滤液浓缩得浆状物，用吡啶(10 mL)溶解后再加入醋酐3 mL,于室温反应8 h。减压浓缩，用CH2Cl2(30 mL)稀释，依次用稀盐酸(3×10 mL),饱和NaHCO3溶液(3×10 mL),饱和NaCl溶液(3×10 mL)洗涤，无水Na2SO4干燥，减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂:B=50 ∶1)分离得白色无定型固体12207 mg,产率82%；1H NMR(CDCl3)δ: 6.93～6.91(m, 2H, PhH), 6.81～6.79(m, 2H, PhH), 5.55(ddd,J=9.6 Hz, 5.0 Hz, 2.3 Hz, 1H, 8c-H), 5.38(dd,J=9.2 Hz, 2.8 Hz, 1H, 7c-H), 5.25(t like,J=9.2 Hz, 9.1 Hz, 1H, 3a-H), 5.15～5.12(m, 2H, NH, 2a-H), 4.94(dd,J=8.2 Hz, 7.4 Hz, 1H, 2b-H), 4.91(d,J=7.8 Hz, 1H, 1a-H), 4.89～4.86(m, 2H, 4,4b-H), 4.70(d,J=7.8 Hz, 1H, 1b-H), 4.52(dd,J=10.1 Hz, 3.2 Hz, 1H, 3b-H), 4.47(dd,J=11.9 Hz, 2.3 Hz, 1H, 6a-H), 4.41(dd,J=12.4 Hz, 2.8 Hz, 1H, 9c-H), 4.21(dd,J=11.9 Hz, 5.9 Hz, 1H, 6a-H), 4.06～3.95(m, 5H, 6a,4b,5b,5c,9c-H), 3.85(m, 1H, 6b-H), 3.84(s, 3H, OCH3), 3.76(s, 3H, OCH3), 3.73～3.71(m, 1H, 5a-H), 3.63(dd,J=11.0 Hz, 2.3 Hz, 1H, 6c-H), 2.57(dd,J=12.4 Hz, 4.6 Hz, 1H, 3c eq-H), 2.25(s, 3H, COCH3), 2.16(s, 3H, COCH3), 2.08～2.06(m, 21H, COCH3), 2.00(s, 3H, COCH3), 1.85(s, 3H, NCOCH3), 1.68(t,J=12.4 Hz, 1H, 3cax-H);13C NMR(CDCl3)δ: 170.9, 170.7, 170.6, 170.4, 170.3, 170.2, 169.7, 169.6, 169.6, 167.9, 155.6, 150.9, 118.6, 114.5, 101.0, 99.9, 96.7, 76.3, 73.4, 72.8, 71.6, 71.3, 70.5, 69.3, 76.7, 67.3, 66.9, 62.2, 61.5, 55.6, 53.1, 49.1, 41.1, 37.3, 29.7, 23.1, 21.5, 20.9, 20.8, 20.7, 20.7, 20.6; HR-MS: Calcd for C51H67NO30Na{[M+Na]+} 1 196.364 6; found 1 196.366 2。

2 结果与讨论

2.1 乳糖受体的设计

基于简单易得并可大量制备的考虑，设计了受体6，对甲氧基苯酚苷作为异头碳保护基，可在较温和的条件下脱除并转化为三糖供体与鞘氨醇偶联[13]，而苄基保护除3,4-位以外的羟基，虽然不具有邻基参与作用，但其可以方便的脱除转化为酰基，同时苄基的供电子效应可以提高受体亲核性。

2.2 糖苷化反应催化剂的选择

11的合成首先采用了以往的糖苷化条件[14]，以 TBSOTf为催化剂，反应过程非常缓慢，即使将反应温度提高到室温也只有少量供体分解，于室温反应24 h，产率仅为40%。改用酸性较强的TMSOTf为催化剂，反应在1.5 h内结束，且收率提高至70%。其原因可能是TBSOTf催化活性较弱，反应以SN1历程为主，而乳糖受体较大位阻使得亲核进攻难以发生；而高活性催化剂TMSOTf可使供体分解为氧鎓离子中间体，可促进反应。

2.3 11和12糖苷键构型的确定

11和12的NMR数据与文献报道[13]一致，确定为α-构型。以TBSOTf或MSOTf为催化剂，产物均为α-构型。推测原因为乙腈的溶剂效应及乳糖受体6的特殊空间结构使得难以生成β-构型产物。

总之，本文首次以唾液酸N-苯基三氟亚胺酯10为供体与乳糖受体6进行了糖苷化尝试，以极高的产率、立体选择性得到了GM3三糖衍生物，并将其保护基全部转化为乙酰基，得到了GM3全合成的关键中间体12。这将使GM3及其衍生物的合成更加简洁有效，为其生物活性的深入研究解决了材料来源问题。

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