硫代基夫堿疊氮基糖原料中間體的合成

趙蓮，馮霞，李銳，陳華

（1.河北大學化學與環境科學學院河北省化學生物學重點實驗室，河北保定 071002；2.河北大學人事處，河北保定 071002；3.重慶第二師范學院生物與化學工程系，重慶 400067）

基夫堿（kifunensine，圖1）是從放線菌（KitasatosporiakifunensineNo.9482）中分離提取得到的天然生物堿，是一種并有雙羰基咪唑啉結構的多羥基哌啶類雙環氮雜糖［1］.基夫堿可以選擇性的抑制I類甘露糖苷酶，抑制活性IC50值達到0.05μmol／L，而對Ⅱ類甘露糖苷酶沒有抑制作用［2］.由于甘露糖苷酶在病毒感染、糖尿病和腫瘤轉移等重大疾病的發生、發展過程中扮演有重要角色［3］，通過對基夫堿的結構改造，獲得高效糖苷酶抑制劑，是研發新型抗腫瘤、抗病毒及抗糖尿病的糖類藥物的有效途徑之一［4］.基于生物電子等排原理，實驗室以甘露糖為起始原料，利用Staudinger／aza－Wittig／cyclization串聯反應及2次Pummerer重排反應合成了硫原子取代氮原子的硫代基夫堿（thiokifunensine，式1），化合物對HIV逆轉錄酶有顯著抑制活性［5］.

圖1 基夫堿和硫代基夫堿結構Fig.1 Structures of kifunensine and thiokifunensine

式1 硫代基夫堿的合成Scheme 1 Synthesis of thiokifunensine

硫代基夫堿合成的關鍵是疊氮基糖原料3的制備.以甘露糖為起始原料，其間涉及到5位羥基的翻轉.文獻［6］報道，利用Mitsunobu反應可以實現5位羥基的翻轉（式2），但隨后需要在堿性條件下脫除反應帶入的三氟乙酰基，這對1位堿敏感的苯甲酰基會產生較大影響.選擇性脫除反應不易控制，且產率低.因此，筆者嘗試利用條件溫和的亞硝酸鹽介導的Lattrell－Dax羥基翻轉反應［7］，探討疊氮基糖原料3的合成（式3），為硫代基夫堿的合成提供一條新的路線.

式2 利用Mitsunobu反應實現5－羥基的翻轉Scheme 2 5－Hydroxy inversion by Mitsunobu reaction

式3 利用亞硝酸鹽介導的Lattrell－Dax反應合成化合物3 Scheme 3 Synthesis of 3by nitrite－mediated Lattrell－Dax reaction

1 實驗部分

1.1 材料

熔點由SGWRX－4顯微熔點儀（溫度計未校正）測定；旋光由SGWRX－1自動旋光儀測定；核磁共振譜用BRUKER AC－P600（600MHz）型核磁共振儀測定，TMS為內標；高分辨質譜（ESI）用FTICR－MS（Ionspec 7.0T）型質譜儀測定.層析用硅膠（40～45μm）為青島海洋化工廠產品.本文所用其他試劑均為分析純，無水試劑均按常規方法處理，水為二次蒸餾水.

1.2 以化合物5為原料按照路線A合成8

1.2.1 1－O－苯甲酰基－2，3－O－異丙基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D甘露糖（7）的合成

將1－O－苯甲酰基－2，3－O－異丙基呋喃D甘露糖化合物5［8］（9.7g，0.03mol）加入100mL圓底燒瓶中，抽真空，N2保護，加入無水吡啶100mL將其溶解，將溶液溫度降至0℃，攪拌下加入叔丁基二甲基氯硅烷（TBDMSCl，4.95g，0.03mol）.薄層色譜（TLC）監測反應，8h后，反應完畢.加入300mL乙酸乙酯混勻，用1mol／L稀鹽酸洗至略顯酸性，飽和食鹽水200mL×4洗至中性，加入無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除去乙酸乙酯，柱層析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝3∶1）得12.1g化合物7白色固體，產率92%.mp.83～84℃；＋0.004（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：7.99（d，J＝7.2Hz，2H），7.58（t，J＝7.2Hz，1H），7.44（t，J＝7.8Hz，2H），6.39（s，1H），5.01（dd，J＝5.4，3.6Hz，1H），4.87（d，J＝6.0Hz，1H），4.15（dd，J＝9.0，3.6Hz，1H），3.99～4.03（m，1H），3.85（dd，J＝10.2，3.6Hz，1H），3.76（dd，J＝10.2，4.2Hz，1H），2.75（d，J＝6.6Hz，1H），1.52（s，3H），1.38（s，3H），0.81（s，9H），0.03（s，3H），－0.01（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.8，133.4，129.7，128.4，113.2，101.4，85.0，81.0，79.8，69.0，64.0，26.1，25.7，24.8，18.2，－5.4，－5.6；HRESIMS：calcd for C22H34O7SiNa（［M＋Na］＋）461.1951，found：461.1969.

1.2.2 1－O－苯甲酰基－2，3－O－異丙基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D古洛糖（8）的合成

將化合物7（15.3g，0.04mol）加入500mL圓底燒瓶中，加入200mL二氯甲烷溶解，降至－40℃攪拌下加入8mL無水吡啶，滴加三氟甲磺酸酐（Tf2O，11.7mL，0.04mol），氮氣的保護下攪拌，TLC監測反應，1h后，反應完全.加入200mL二氯甲烷混勻，用1mol／L稀鹽酸洗至略顯酸性，飽和食鹽水250mL×4洗至中性，加入無水硫酸鎂干燥，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除去二氯甲烷，得橙色黏稠液體.用200mLN，N－二甲基酰胺（DMF）將其溶解，降至0℃攪拌下分批加入NaNO2（12.3g，0.18mol），加完撤去冰浴，氮氣保護下攪拌反應，TLC監測反應，4h后，反應完畢.加入1mol／L稀食鹽水50mL，用乙酸乙酯100mL×3萃取，混合乙酸乙酯部分，用200mL×5稀食鹽水洗，飽和食鹽水200mL×2洗，加入無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除乙酸乙酯，柱層析V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝3∶1）得7與8的混合物8.6g，兩步產率56%，異構體比例為1∶1.

1.3 以化合物5為原料按照路線B合成8

1.3.1 1－O－苯甲酰基－2，3－O－異丙基－6－O－三苯甲基呋喃D甘露糖（9）的合成

將化合物5（4.7g，0.01mol）加入250mL圓底燒瓶中，用50mL二氯甲烷溶解，并加入1.6mL無水吡啶作為縛酸劑，0.1g 4－二甲氨基吡啶（DMAP）為催化劑，在冰水浴下，攪拌下加入三苯基氯甲烷（TrCl，5.1g，0.01mol）的二氯甲烷溶液，加完后升至室溫，氮氣保護下攪拌.TLC監測反應，4h后，反應完全.加入200mL二氯甲烷混勻，用1mol／L稀鹽酸洗至略顯酸性，飽和食鹽水150mL×3洗至中性，加入無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾，減壓蒸除二氯甲烷.殘留物用甲醇溶解，析出6.2g化合物9白色固體，產率76%.mp.164～166℃；＋0.014（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.02（d，J＝4.8Hz，2H），7.58（t，J＝7.2Hz，1H），7.22～7.45（m，17H），6.43（s，1H），5.03（dd，J＝6.0，3.6Hz，1H），4.88（d，J＝6.0Hz，1H），4.36（dd，J＝7.8，3.6Hz，1H），4.14～4.17（m，1H），3.42～3.43（m，2H），2.83（d，J＝6.0Hz，1H），1.53（s，3H），1.40（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.9，143.7，133.4，129.7，128.6，128.4，127.8，127.0，113.3，101.4，86.7，85.0，81.4，80.0，77.2，77.0，76.8，68.9，64.7，26.0，24.8；HRESIMS：calcd for C35H34O7Na（［M＋Na］＋）589.2182，found：589.2161.1.3.2 1－O－苯甲酰基－2，3－O－異丙基－6－O－三苯甲基呋喃D古洛糖（10）的合成

將化合物9（20g，0.04mol）加入500mL圓底燒瓶中，加入200mL二氯甲烷溶解，降至－40℃攪拌下加入8mL無水吡啶，滴加Tf2O（11.7mL，0.04mol），氮氣的保護下攪拌.升溫至－25℃繼續攪拌.TLC監測反應，1h后，反應完全.加入200mL二氯甲烷混勻，用1mol／L稀鹽酸洗至略顯酸性，飽和食鹽水250mL×4洗至中性，加入無水硫酸鎂干燥，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除二氯甲烷，得橙色黏稠液體.用200mL DMF將其溶解，降至0℃攪拌下分批加入NaNO2（12.3g，0.18mol），加完撤去冰浴，氮氣保護下攪拌反應.TLC監測反應，4h后，反應完全.加入1mol／L稀食鹽水50mL，加入100mL×3乙酸乙酯萃取，混合乙酸乙酯部分，用200mL×5稀食鹽水洗，飽和食鹽水200mL×2洗，加入無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除去乙酸乙酯，柱層析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝5∶1）得10.4g化合物10白色固體，兩步產率56%.mp.111～114℃；＋0.041（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.01（d，J＝7.2Hz，2H），7.59（t，J＝7.8Hz，1H），7.23～7.48（m，17H），6.46（s，1H），4.86（d，J＝6.0Hz，1H），4.74（dd，J＝5.4，3.0Hz，1H），4.45（dd，J＝6.0，3.6Hz，1H），4.26（d，J＝5.4 Hz，1H），3.47（dd，J＝9.6，5.4Hz，1H），3.31（dd，J＝9.6，4.8Hz，1H），2.90（s，1H），1.50（s，3H），1.30（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.9，143.8，133.4，129.7，128.6，128.4，127.8，127.0，113.2，101.2，86.7，85.6，82.2，80.0，69.7，63.9，26.0，24.5；HRESIMS：calcd for C35H34O7Na（［M＋Na］＋）589.2182，found：589.2167.

1.3.3 化合物8的合成

將化合物10（300mg，0.53mmol）加入50mL圓底燒瓶中，加入10mL 70%（體積分數）AcOH溶解，油浴50℃攪拌.TLC監測反應，16h后，反應完全.加入Na2CO3將溶液中和至中性，乙酸乙酯10mL×3萃取.合并有機相，飽和食鹽水20mL×3洗滌，加入無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除酸乙酯，柱層析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝1∶1）得128mg白色固體（化合物11，1－O－苯甲酰基－2，3－O－異丙基呋喃D古洛糖），產率75%.取化合物11（8g，0.02mol）加入250mL圓底燒瓶中，加入無水吡啶100mL溶解，將溶液溫度降至0℃，攪拌下加入TBDMSCl（4.7g，0.03mol），TLC監測反應，8h后，反應完全.加入300mL乙酸乙酯混勻，用1mol／L稀鹽酸洗至略顯酸性，飽和食鹽水200mL×4洗至中性，加入無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除去乙酸乙酯，柱層析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝3∶1）得10.0g化合物8白色固體，產率92%.mp.75～76℃；［α］28D＋0.047（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.00（d，J＝7.2Hz，2H），7.57（t，J＝7.2Hz，1H），7.43（t，J＝7.8Hz，2H），6.45（s，1H），4.87～4.89（m，2H），4.30（dd，J＝5.4，3.0Hz，1H），4.07～4.12（m，1H），3.75～3.81（m，2H），2.94（d，J＝3.0Hz，1H），1.52（s，3H），1.34（s，1H），0.86（s，9H），0.06（s，3H），0.03（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.9，133.3，129.7，128.3，113.3，101.1，85.7，81.4，80.2，70.7，63.5，26.0，25.8，24.6，18.2，－5.4；HRESIMS：calcd for C22H34O7SiNa（［M＋Na］＋）461.195 1，found：461.196 3.

1.4 1－O－苯甲酰基－2，3－O－異丙基－5－疊氮基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D甘露糖（12）的合成

將化合物8（2.4g，5.46mmol）加入100mL圓底燒瓶中，加入20mL二氯甲烷溶解，降至－40℃攪拌下加入1.32mL無水吡啶，滴加Tf2O（1.90mL，6.0mmol），氮氣的保護下攪拌.TLC監測反應，1h后，反應完全.加入100mL二氯甲烷混勻，用1mol／L稀鹽酸洗至略顯酸性，飽和食鹽水洗50mL×3至中性，加入無水硫酸鎂干燥，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除去二氯甲烷，得橙色黏稠液體.用50mL DMF將其溶解，降至0℃攪拌下加入NaN3（810mg，10.9mmol），加完撤去冰浴，氮氣保護下攪拌反應.TLC監測反應，8h后，反應完全.加入1mol／L稀食鹽水20mL，加入50mL×4乙酸乙酯萃取，混合乙酸乙酯部分，用30mL×5稀食鹽水洗，飽和食鹽水30mL×2洗，加入無水硫酸鎂干燥過夜，抽濾除去無水硫酸鎂，減壓蒸除去乙酸乙酯，柱層析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝10∶1）得1.7g化合物12黃色油狀液體，2步產率68%＋0.052（c 1.0，CHCl3）；1H NMR（600MHz，CDCl3）δH：8.00（d，J＝8.4Hz，2H），7.58（t，J＝7.8Hz，1H），7.44（t，J＝7.8Hz，2H），6.38（s，1H），4.95（dd，J＝5.4，3.6Hz，1H），4.87（d，J＝5.4Hz，1H），4.19（dd，J＝10.2，3.6Hz，1H），4.03（dd，J＝10.8，3.2Hz，1H），3.84（dd，J＝11.4，6.0Hz，1H），3.68～3.71（m，1H），1.52（s，3H），1.39（s，3H），0.81（s，9H），0.04（s，3H），0.00（s，3H）；13C NMR（150MHz，CDCl3）δC：164.7，133.4，129.7，128.4，113.3，101.2，84.8，79.5，79.4，63.5，60.4，26.1，25.6，24.9，18.1，－5.5，－5.7；HRESIMS：calcd for C22H33N3O6SiNa（［M＋Na］＋）486.2016，found：486.200 9.

1.5 2，3－O－異丙基－5－疊氮基－6－O－叔丁基二甲基硅基呋喃D甘露糖（3）的合成

將化合物12（1.5g，3.2mmol）加入100mL圓底燒瓶中，加入45mL無水甲醇溶解，室溫攪拌下加入CH3ONa（87.5mg，3.2mmol），氮氣保護攪拌，TLC監測反應，2h后，反應完全.加入陽離子交換樹脂將反應液中和至中性，抽濾除去陽離子交換樹脂，加入硅膠蒸干，柱層析（V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝10∶1），得無色透明液體816mg化合物3，產率71%.與標準品對照，多種展開劑展開，Rf值不變，波譜數據與文獻報道一致.

2 結果與討論

Lattrell－Dax反應主要用于糖羥基構型的翻轉，是SN2取代反應.該反應首先是羥基的三氟甲磺酰（Tf）化，隨后被亞硝酸根離子）取代水解，將羥基構型翻轉.反應條件溫和，往往得到單一構型的異構體，但受相鄰羥基構型及其保護基的影響較大［9］.筆者首先嘗試了化合物7（硅基TBDMS保護6位羥基）的Lattrell－Dax反應（路線A，式3）.5位羥基上的三氟甲磺酰基化在－40℃下可反應完全.薄層色譜（TLC）監測化合物7已全部轉換為其Tf化產物.該產物不穩定，在室溫下放置，易發生消除反應.因此，此反應在后處理時要快速，并控制溫度在20℃以下.處理完成后，直接投到下一步亞硝酸鈉（NaNO2）主導的羥基構型翻轉反應中.但反應完成后，得到了化合物7（最初原料）和8（翻轉產物）的異構體混合物，比例為1∶1且無法分離.

考慮到可能是6位硅基保護基的問題，筆者進一步嘗試了化合物9（三苯甲基Tr保護6位羥基）的Lattrell－Dax反應（路線B，式3）.以化合物5為原料，首先對其6位羥基進行Tr保護.按常規方法，以無水吡啶為溶劑，室溫攪拌36h，但反應完成后除了生成化合物9，還生成了大量的三苯甲醇.由于三苯甲醇的溶解性與化合物9類似，無法使用重結晶的方法提純化合物9.而采用柱層析，三苯甲醇與產物在淋洗劑石油醚－乙酸乙酯體系中溶解性不好，導致柱層析過程緩慢且化合物在柱子上易析出，使硅膠柱堵塞.因此，筆者對反應條件進行了改進，使用無水二氯甲烷溶解原料，加入少量無水吡啶（Pry）作為縛酸劑，并加入4－二甲氨基吡啶（DMAP）催化反應.在冰水浴下，攪拌下緩慢滴加TrCl的二氯甲烷溶液，滴加完畢撤掉冰浴，攪拌反應4h即反應完全.反應生成的三苯甲醇量極少，反應液中和、萃取濃縮后，加入甲醇即可析出純凈的化合物9白色固體.

隨后，對化合物9進行三氟甲磺酰（Tf）化，在－40℃下原料反應不完全，需升溫至－25℃才會反應完全.可能是三苯甲基（Tr）較叔丁基二甲基硅基（TBDMS）空間位阻大，導致反應活性降低.進一步使用NaNO2將5位羥基構型成功翻轉，得到單一產物化合物10.反應過程中，加入NaNO2后大量放熱，即使在冰浴條件下也會使原料（Tf化原料不穩定）發生消除，影響產率（30%）.為了提高產率，將NaNO2分批加入反應液中，冰浴中劇烈攪拌，產率最終提高到52%.由于Tr基團在后續的實驗（Staudinger／aza－Wittig／cyclization串聯反應）中易脫除，因此將Tr基團脫保護后（化合物11），再使用TBDMS保護6位伯羥基得到化合物8.對三苯甲基的脫除條件進行了探討（表1），最終確定70%（體積分數）CH3COOH和50℃的反應條件（編號3），增加酸度或提高反應溫度，產率均會降低.

表1 三苯甲基的脫除條件探討Tab.1 Studies of Tr deprotection

最后，化合物8經疊氮化、脫除1位苯甲酰基（Bz），以17.6%的總收率（從原料5開始計）合成了目標產物3.較文獻報道方法（Mitsunobu反應）［6］，Lattrell－Dax反應在羥基翻轉中更易于控制，且收率高.同時合成過程中，Lattrell－Dax反應條件的有益探討，將有助于該反應在糖差向異構體合成中的進一步應用.

［1] KAYAKIRI H，TAKESE S，SHIBATA T，et al.Structure of kifunensine，a new immunomodulator isolated from an actinomycete［J］.J Org Chem，1989，54：4015－4016.

［2] ELBEIN A D，TROPEA J E，MITCHELL M，et al.Kifunensine，apotent inhibitor of the glycoprotein processing mannosidase I［J］.J Biol Chem，1990，265：15599－15605.

［3] KARAVEG K，MOREMEN K W.Energetics of substrate binding and catalysis by class I（glycosylhydrolase family 47）α－mannosidases involved inN－glycan processing and endoplasmic reticulum quality control［J］.J Biol Chem，2005，280：29837－29848.

［4] HERING K W，KARAVEG K，MOREMEN K W，et al.A practical synthesis of kifunensine analogues as inhibitors of endoplasmic reticulumα－mannosidase I［J］.J Org Chem，2005，70：9892－9904.

［5] CHEN Hua，LI Rui，LIU Zhenying，et al.Synthesis of kifunensine thioanalogs and their inhibitory activities against HIV－RT andα－mannosidase［J］.Carbohydra Res，2013，365：1－8.

［6] COSME G F，RAIMUNDO F，CONCEPCIóN C G，et al.Fragmentation of carbohydrate anomeric alkoxy radicals.Synthesis of polyhydroxy piperidines and pyrrolidines related to carbohydrates［J］.J Org Chem，2001，66：1861－1866.

［7] WANG Guangfa，ZHANG Wei，LU Zhichao，et al.Convenient synthesis of anN－glycan octasaccharide of the bisecting type［J］.J Org Chem，2009，74：2508－2515.

［8] SUHARA Y，KITTAKA A，KURIHARA M，et al.Design and efficient synthesis of new stable 1α，25－dihydroxy－19－norvitamin D3analogues containing amide bond［J］.Bioorg Med Chem Lett，2002，12：3533－3536.

［9] DONG Hai，PEI Zhichao，RAMASTR?M O.Stereospecific ester activation in nitrite－mediated carbohydrate epimerization［J］.J Org Chem，2006，71：3306－3309.