N-乙酰基乳糖胺的合成

纪玉萌，倪永平，黄淑萍＊

（1.山西大学 应用化学研究所，山西 太原 030006；2.中国科学院 生态环境研究中心，北京 100085）

0 引言

N-乙酰乳糖胺广泛存在于细胞膜表面寡糖抗原s Lea／x中［1］，该Lewis抗原是一系列含有岩藻糖基和N-乙酰乳糖胺结构的衍生物，在癌症检测及诊断上有潜在的应用价值［2］。N-乙酰乳糖胺作为其合成的中间体有很重要的作用。此外，含有N－乙酰氨基乳糖胺结构单元的多糖可中和半乳糖苷酶抗原，抑制排斥反应［3］。有文献报道用酶促法来合成N－乙酰基乳糖胺，其主要用原料为1－磷酸葡萄糖和N－乙酰葡萄糖胺［4］，或氨基葡萄糖盐酸盐和半乳糖［5］。酶促反应虽解决了传统合成中反应慢，立体性、专一性不好等弊端，但是效果并不理想，合成N－乙酰基乳糖胺的糖苷酶和糖苷转移酶的来源、分离纯化还未全面突破，因此成本高，纯度不高，目前还不宜大量合成。有人用果乳糖为原料合成N-乙酰基乳糖胺，其总产率不到20%［6］。Yasuhito Nagai等人［7－8］，以氨基葡萄糖和半乳糖为原料用化学的方法合成N-乙酰乳糖胺，但是选用了一系列昂贵、毒性大的催化剂。本文以氨基葡萄糖盐酸盐和半乳糖为原料，采用化学合成法，以乙酰保护的半乳糖硫苷为供体，用经济、低毒的催化剂，经多步反应合成了N-乙酰氨基乳糖胺，得到较好的产率，建立了可以较大量合成N－乙酰氨基乳糖胺的方法。同时对乙酰保护的半乳糖硫苷和三氯乙酰亚胺酯作为供体与同一受体的反应做了比较性研究。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

一般方法：1H NMR，13C NMR及1H-1H 等相关图谱由Bruker ARX 400在CDCl3、MeOD或 D2O中测得。化学位移以Me4Si为内标。质谱用VG PLATFORM质谱仪，用ESI技术进样或者用MALDITOFMS，用CCA （α-cynao-4-hydroxycinnamic acid）为基质。薄层色谱（TLC）由 HF254硅胶板上用体积分数为30% 的硫酸甲醇溶液或紫外（UV）检测器检测。柱色谱采用100－200目的硅胶在16 mm×240 mm，18 mm×300 mm，35 mm×400 mm的硅胶柱上用乙酸乙酯－石油醚 （60－90℃）作为淋洗液，溶液在小于60℃时减压蒸馏。药品和其他试剂均来自试剂公司。

文章中略缩词语：DBU（1，8-二氮杂环［5，4，0］十一烯-7），DMF（N，N-二甲基甲酰胺），TBSCl（叔丁基二甲基氯硅烷），DMAP（4-二甲氨基吡啶），NIS（N-碘代丁二酰亚胺），TMSOTf（三氟甲磺酸三甲基硅酯），PTsOH（对甲苯磺酸）。

1.2 实验操作

1.2.1 合成路线

Fig.1 Synthetic route of N-acetyl-D-lactosamine图1 N－乙酰基乳糖胺的合成路线

1.2.2 实验步骤

1，2，3，4，6-五-O-乙酰基-D-吡喃半乳糖（化合物1）的合成：在1 L烧瓶中加入280 m L乙酸酐及63 g（0.46 mol）无水乙酸钠，加热至乙酸酐回流，从回流管上部缓慢分批加入70 g（0.39 mol）半乳糖，加毕反应30 min。TLC检测反应完毕，冷却至40℃，把反应混合液缓慢倒入冰水中，析出固体，抽滤，用乙酸乙酯和石油醚混合液重结晶，产率96%。

1－硫代-2，3，4，6-四-O-乙酰基－β-D-吡喃半乳糖对甲基苯基苷（化合物2）的合成：在1 L烧瓶中加入500 m L干燥二氯甲烷，136 g（0.35 mol）化合物1，65.1 g（0.53 mol）对甲苯硫酚，搅拌溶解，冰浴冷却，滴加142 m L（0.87 mol）三氟化硼乙醚，保温反应4－6 h，TLC检测反应完毕，加入碎冰及Na HCO3至p H＝7，分液，水洗干燥结晶，产率90.3%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：7.42－7.40（m，2H，Ar-H），7.13－7.11（m，2 H，Ar-H），5.40 （d，J3，42.8 Hz，1 H，H-4），5.21 （t，J1，2＝ J2，39.6 Hz，1H，H-2），5.03 （dd，J2，39.6 Hz，J3，43.2 Hz，1H，H-3），4.64（d，1H，J1，29.6 Hz，H-1），4.20－4.16 （m，1H，H-6），4.13－4.08 （m，1H，H-6），3.90（t，1H，J5，66.8 Hz，H-5），2.34（s，3H，PhCH3），2.11，2.09，2.04，1.97（4s，12H，COCH3）。

2，3，4，6-四-O-乙酰基-D-吡喃半乳糖（化合物3），1，3-二-O-乙酰基-2-脱氧-2-N-乙酰基-4，6-O-苄基－吡喃葡萄糖（化合物7）按照文献的一般方法制备［9］。

2，3，4，6-四-O-乙酰基-D-吡喃半乳糖三氯乙酰亚胺酯（化合物4）的合成：取37.3 g（0.11 mol）化合物3，装入500 m L烧瓶中，氮气保护下溶于300 m L干燥二氯甲烷，加入33.9 m L（0.16 mol）三氯乙腈，冷却到0－5℃，滴加3.39 m LDBU（催化量），室温反应至TLC检测反应完毕，处理后，过柱分离得产品，产率65%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：8.66（s，1H，OCNHCCl3），6.58 （d，1H，J1，23.2 Hz，H-1），5.54 （dd，J3，43.2 Hz，J4，51.2 Hz，1H，H-4），5.40 （dd，J1，23.2 Hz，J2，310.8 Hz，1 H，H-2），5.34 （dd，J2，310.8 Hz，1 H，H-3），4.41（t，1H，J5，66.8 Hz，H-5），4.17－4.12 （m，1 H，H-6），4.08－4.06 （m，1H，H-6），2.15，2.01，2.00，1.99（4s，12H，COCH3）。

2－脱氧-2-N-乙酰基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物5）的合成：在1 L烧瓶中加入60 g（0.28 mol）氨基葡萄糖盐酸盐及600 m L甲醇，搅拌，再加入39 m L（0.55 mol）三乙胺，反应30 min后缓慢滴加33 m L（0.3 mol）乙酸酐，加毕，室温反应24 h，抽滤，丙酮洗涤数次，重结晶得白色晶体，产率89.5%。

2－脱氧-2-N-乙酰基-4，6-O-苄基-D-氨基吡喃葡萄糖（化合物6）的合成：在1 L烧瓶中加入48 g（0.22 mol）化合物5和69 m L（0.45 mol）苯甲醛缩二甲醇，及500 m LDMF，搅拌，加入对甲苯磺酸（催化量），反应过夜，用三乙胺调p H＝7，减压蒸除溶剂，重结晶，产率75%。

1，3-二-O-乙酰基-2-脱氧-2-N-乙酰基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物8）的合成：在反应容器中加入化合物7及体积分数为80% 的醋酸水溶液，80℃反应2 h，蒸除溶剂，处理得化合物8，产率82%。

1，3-二-O-乙酰基-2-脱氧-2-N-乙酰基-6-O-叔丁基二甲基硅基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物9）的合成：在反应容器中加入42 g（0.14 mol）化合物8和500 m L吡啶，搅拌形成溶液，冷却至0℃，加入36 g（0.24 mol）TBSCl及少量DMAP，反应24 h，处理后过柱得产品，产率86%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：6.10（d，1 H，J1，23.6 Hz H-1），5.67 （d，JNH28.8 Hz，NHAc），5.15 （dd，J2，310.8 Hz，J3，49.2 Hz，1 H，H-3），4.31（ddd，JNH，2 3.6 Hz，J2，310.8 Hz，J1，28.8 Hz 1H，H-2），3.95－3.93 （m，1H，H-6），3.89－3.85 （m，1H，H-5），3.76－3.72 （m，2 H，H-6，H-4），2.17，2.13 （2s，6 H，COCH3），1.93 （s，3 H，NHCOCH3），0.89 （s，9H，C（CH3）3），0.09，0.08（s，6H，Si（CH3）2）。

2’，3’，4’，6’-四-O-乙酰基β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-1，3-二-O-乙酰基-2-脱氧-2-N-乙酰基-6-O-叔丁基二甲基硅基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物10）的合成：取10.9 g（0.02 mol）化合物2，8.38 g（0.02 mol）化合物9及6.74 g（0.03 mol）NIS装入500 m L烧瓶中，氮气保护下溶于300 m L干燥二氯甲烷，冷却到0－5℃，分两次加入0.361 m LTMSOTf，室温反应至TLC检测反应完毕，用饱和Na HCO3溶液洗至中性，水洗，过柱分离得产品，产率47.2%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：6.10（d，1 H，J1，23.6 Hz，H-1），5.60 （d，JNH28.8 Hz，NHAc），5.35（d，J3’，4’2.8 Hz，1H，H-4’），5.15（dd，J2，310.8 Hz，J3，49.6 Hz，1H，H-3），5.08（dd，J2，310.4 Hz，J1’，2’8.0 Hz，1 H，H-2’），4.91 （dd，J2’，3’10.4 Hz，J3’，4’3.2 Hz，1 H，H-3’），4.68 （d，J1’，2’8.0 Hz，1 H，H-1’），4.27 （ddd，JNH，23.6 Hz，J2，310.4 Hz，J1，28.8 Hz，1 H，H-2），4.14－4.06 （m，2 H，H-5，H-6），3.98 （t，J3，49.6 Hz，1H，J3，49.6 Hz，H-4），3.83－3.79 （m，3H，2H-6’，H-6），3.60 （d，J4’，5’9.6 Hz，1 H，H-5’），2.15，2.13，2.07，2.05，2.03，1.95 （6s，18 H，COCH3），1.91 （s，3H，NHCOCH3），0.90 （s，9 H，C（CH3）3），0.07，0.06（s，6H，Si（CH3）2）。

2’，3’，4’，6’-四-O-乙酰基－β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-1，3-二-O-乙酰基-2-脱氧-2-N-乙酰基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物11）的合成：在1L烧瓶中加入24 g（0.03 mol）化合物10及200 m L干燥二氯甲烷，搅拌溶解，冰浴冷却，滴加8.4 m L（0.05 mol）三氟化硼乙醚，保温反应12 h，TCL检测反应完毕，用三乙胺调p H＝7，水洗，干燥，结晶，产率88.2%。

β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-2-脱氧-2-N-乙酰基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物12）的合成：将20 g（0.03 mol）化合物11溶解在500 m L甲醇中，搅拌，滴加1N甲醇钠溶液到p H＝9.3－10，反应大约4 h，处理，结晶得产品，产率85%。［α］20D ＋29.6 （c 1.0，H2O）.1H NMR （400 MHz，D2O）δ：5.05 （d，1H，J1，22.0 Hz），4.33（d，J1’，2’8.0 Hz，1H，H-1），3.97－3.93 （m，1 H），3.91－3.88 （m，5 H），3.77－3.69 （m，4 H），3.65 （dd，J1，23.6 Hz，J3，4’10.0 Hz，1H，H-3’），3.53 （dd，J1’，2’8.0 Hz，J2’，3’9.6 Hz，1H，H-2’），2.02 （s，3H，NHCOCH3）.13C NMR （100.6 MHz，D2O）δ：174.41（COCH3），102.9，90.5（2C-1），78.8，75.3，72.4，70.9，70.2，69.2，68.5，61.0，59.1，53.7，21.8（COCH3）.MALDI TOF-MS：Calcd for C14H25NO11：383.14；found：406.14［M＋Na］＋。

2 结果与讨论

对供体的选择，我们尝试用半乳糖的三氯乙酰亚胺酯和4-OH的氨基乙酰葡萄糖进行偶联反应，所得到的产物全部为原酸酯中间体且无法进一步转化到目标的二糖产物，其原因可能是氨基乙酰葡萄糖的活性不高以及施密特试剂比较活泼，导致偶联反应无法正常进行。因而最终选择硫苷而不是施密特试剂作为偶联供体。

在受体的合成中，首先考虑到氨基葡萄糖的惰性，选择了不同基团来对2-位氨基进行保护以利于得到目标化合物，我们尝试了Troc和Ac等基团，Troc的保护虽然活化了糖环，但是在去Troc操作过程中，裸露氨基不可避免地要和空气接触，导致2-氨基氧化而产生了一些复杂的物质，去Troc后出现大量副产物，从而使产率很低。其次考虑到空间位阻对4-OH活性的影响，我们尝试3，4-为羟基的氨基乙酰葡萄糖作为受体，尽管可以保证供体高效的参与反应，但是结果显示3，4-位羟基的选择性很差，得到了几乎等比例的1→3，1→4偶联产物，分离困难。因此我们综合考虑各种因素选用了乙酰保护的氨基葡萄糖9作为受体。

在进行偶联反应时，我们选用了不同的温度，－20℃，0－5℃，室温（25℃），40℃下分别反应，发现室温下，反应速度较快，反应进行完全，而其他温度条件下不利于反应进行。优化反应条件后，我们选用全乙酰化半乳糖硫苷2与N-乙酰葡萄糖衍生物9在室温下经由NIS／TMSOTf催化偶联，高产率地得到了1，4-β－N－乙酰氨基乳糖胺。

综上所述，我们从D－半乳糖和D－氨基葡萄糖盐酸盐出发，经过羟基的正交保护及糖基化偶联等多步反应，以偶联后35.4%的总产率实现了N-乙酰乳糖胺的全合成。

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