薯蕷皂苷元-葡萄糖C-苷類似物的合成

胡曉芳, 馬小鋒, 趙晉忠, 張建剛

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)部，山西 太谷 030801； 2. 中國科學(xué)院 成都生物研究所 天然產(chǎn)物研究中心，四川 成都 610041)

薯蕷皂苷屬于天然甾體皂苷中一類重要的天然化合物，存在于薯蕷科植物穿山龍和盾葉薯蕷等的根莖中。薯蕷皂苷為地奧心血康、柴黃益腎顆粒、骨刺消片、骨骼風(fēng)痛制劑、盾葉冠心寧和薯蕷皂苷片等[1]多種上市藥物的主要藥效成分及質(zhì)控成分。現(xiàn)代藥理學(xué)研究顯示，薯蕷皂苷具有抗腫瘤[2]、抗炎[3]、免疫調(diào)節(jié)、降血脂[4]、降低血糖[5]、抑制肝臟纖維化、抗艾滋病等生物活性。然而，薯蕷皂苷不溶于水，導(dǎo)致出現(xiàn)起效慢、消除半衰期長、肝臟代謝緩慢等問題。

薯蕷皂苷的O-苷鍵對(duì)酶以及酸性環(huán)境不穩(wěn)定，超過40%的薯蕷皂苷在胃腸道內(nèi)發(fā)生降解反應(yīng)，導(dǎo)致其生物利用度較低(薯蕷皂苷在大鼠體內(nèi)的絕對(duì)生物利用度僅為0.2%)，并且水解形成的薯蕷皂苷元有肝毒性。而以薯蕷皂苷為主要藥效成分的藥物，在臨床上多為長期用藥，存在蓄積而致肝損傷的可能性[6]。因此，需要對(duì)薯蕷皂苷的進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，以便在維持或者提高其生物活性的前提下，提高其生物利用度、增強(qiáng)其酸、酶穩(wěn)定性。

Scheme 1

本文以葡萄糖(2)為原料，首先合成1,2,3,4,6-五-O-乙酰葡萄糖，隨后在乙酰溴和甲醇的作用下進(jìn)行溴代，形成相應(yīng)的溴代糖，最后在鋅粉(Zn)的作用下得到3,4,6-三-O-乙酰葡萄烯糖(3)，三步反應(yīng)的總收率為75%[7]。化合物3在TiCl4的作用下，與雙三甲基硅乙炔反應(yīng)可得到乙酰化的硅炔基取代的糖C-苷4，收率為65%。4脫除乙酰基保護(hù)基以及硅醚基，得到含有游離羥基的糖端基炔類化合物5[8]。另一方面，將薯蕷皂苷元6與甲烷磺酰氯反應(yīng)生成薯蕷皂苷元甲烷磺酸酯7，繼續(xù)將7在疊氮鈉的作用下進(jìn)行疊氮化，以75%的收率得到疊氮化合物8[9]。最后，化合物5和化合物8在醋酸銅和維生素c鈉的作用下發(fā)成Click反應(yīng)，得到薯蕷皂苷元-葡萄糖C-苷類似物9。化合物9可以進(jìn)一步進(jìn)行糖苷化以及對(duì)雙鍵、游離羥基進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，便于構(gòu)建基于薯蕷皂苷的C-苷類似物化合物庫，為活性測(cè)試和生物利用度的改進(jìn)提供保障。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Bruker Avance 400 MHz型核磁共振波譜儀(CDCl3或CD3OD為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；MicrOTOF QII型高分辨率質(zhì)譜儀。

薯蕷皂素,畢得醫(yī)藥；D-無水葡萄糖,源葉生物；其余所用試劑均為分析純或化學(xué)純。

1.2 合成

(1) (2R,3R)-6-乙炔基-2-(羥甲基) -3,6-二氫-2H-吡喃-3-醇(5)的合成[10-12]

將冰乙酸(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圓底燒瓶中，攪拌使其混合均勻；緩慢滴加3滴70%～72%高氯酸，滴畢，反應(yīng)過夜得全乙酰化葡萄糖，避光保存，緩慢加入乙酰溴(12 mL， 0.15 mol)和無水甲醇(7 mL， 0.15 mol)，反應(yīng)7 h。加入冰水淬滅反應(yīng)，加入飽和乙酸鈉溶液和等量乙酸乙酯，依次用乙酸乙酯(3×100 mL)和等量飽和食鹽水萃取得溴代葡萄糖的有機(jī)相。

將飽和磷酸二氫鈉水溶液(75 mL)和鋅粉(36.20 g， 0.5 mol)混合均勻；將混合液加入上一步得到的溴代葡萄糖有機(jī)相中，反應(yīng)至終點(diǎn)(TCL監(jiān)測(cè))。抽濾，濾液用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，濃縮后在乙醚/正己烷體系中結(jié)晶得3,4,6-三-O-乙酰葡萄烯糖710.13 g，收率75%。

在-20 ℃下，將四氯化鈦(1 M in CH2Cl2， 3.7 mL)、雙三甲基硅乙炔(1.26 g， 7.4 mmol)和二氯甲烷(6.5 mL)加入到25 mL圓底燒瓶中；N2保護(hù)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，反應(yīng)過夜。加入飽和碳酸氫鈉溶液2 mL淬滅反應(yīng)，依次用二氯甲烷(3×100 mL)和等量飽和食鹽水萃取，有機(jī)相濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=石油醚/乙酸乙酯=7/1,V/V)純化得黃色油狀液體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。

將無水碳酸鉀(0.49 g， 3.4 mmol)、無水甲醇(20 mL)、化合物3(0.70 g， 2.2 mmol)加入到50 mL圓底燒瓶中，反應(yīng)4 h。濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:B=二氯甲烷/甲醇=50/1,V/V)純化得黃色油狀液體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) 疊氮化薯蕷皂苷元(8)的合成[13-14]

將甲烷磺酰氯(1 mL， 10.0 mmol)、三乙胺(2 mL， 14.5 mmol)、二氯甲烷(15 mL)和薯蕷皂素6(2.07 g， 5.0 mmol)加入到25 mL圓底燒瓶中，反應(yīng)過夜。用甲醇淬滅反應(yīng)，濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=20/1)純化得白色固體薯蕷皂苷元甲烷磺酸酯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，將N,N-二甲基甲酰胺(15 mL)、薯蕷皂苷元甲烷磺酸酯6(1.00 g， 2.03 mmol)和疊氮鈉(0.89 g， 13.6 mmol)加入到50 mL圓底燒瓶中，N2保護(hù)下反應(yīng)過夜。用乙酸乙酯 (5×30 mL) 和等量飽和食鹽水萃取,有機(jī)相濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:A=40/1)純化得白色固體疊氮化薯蕷皂苷元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) 薯蕷皂苷元前體化合物(9)的合成[15-16]

將化合物5(78 mg, 0.5 mmol) 、8(0.27 g, 0.6 mmol)、四氫呋喃(1.6 mL)、水(0.8 mL)、醋酸銅(9.10 mg, 0.05 mmol)和Vc-Na(19.90 mg, 0.1 mmol)加入到25 mL圓底燒瓶中,反應(yīng)至終點(diǎn)。濃縮，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:B=40/1)純化得淡黃色固體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 結(jié)果與討論

2.1 5的合成

根據(jù)文獻(xiàn)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，然后進(jìn)行溴代，再消除形成3，該方法操作繁瑣。本文將單糖先經(jīng)一鍋法合成溴代糖，再在鋅粉作用下，合成3。反應(yīng)無需硅膠柱層析，3步反應(yīng)總收率高達(dá)75%。3隨后經(jīng)硅炔化，再一鍋脫除乙酰基及硅醚保護(hù)基可以得到5，需要注意的是，如過反應(yīng)時(shí)間過長，會(huì)有其它副產(chǎn)物生成。

2.2 8的合成

對(duì)薯蕷皂苷元進(jìn)行甲烷磺酰化形成7，該反應(yīng)條件比較成熟。對(duì)于后續(xù)的疊氮化反應(yīng)，采用了兩種策略：(1)以TMSN3為疊氮基來源，以三氟化硼乙醚為路易斯酸催化劑[17]。結(jié)果表明，僅僅能以約15%的收率得到相應(yīng)構(gòu)型的疊氮化產(chǎn)物；(2)以疊氮鈉為疊氮基來源。首先嘗試在室溫下進(jìn)行親核取代反應(yīng)，但是48 h后，幾乎沒有新產(chǎn)物生成。升高溫度，反應(yīng)過夜，以75%的收率得到目標(biāo)產(chǎn)物。

2.3 9的合成

以化合物5和8為原料，考察不同類型銅催化劑對(duì)9收率的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，當(dāng)催化劑為CuI， CuBr和CuCl時(shí)，幾乎沒有檢測(cè)到目標(biāo)產(chǎn)物；當(dāng)催化劑體系為Cu(OAc)2/Vc-Na時(shí)，收率最高；用CuSO4/Vc-Na代替Cu(OAc)2/Vc-Na，在相同的反應(yīng)條件下，也能以53%的收率得到目標(biāo)化合物。因此，最優(yōu)反應(yīng)條件為：Cu(OAc)2/Vc-Na為催化劑，THF/H2O為溶劑，反應(yīng)40 h，收率為74%。

表1 合成9的反應(yīng)條件優(yōu)化Table 1 Screen the reaction conditions for the synthesis of 9

以葡萄糖和薯蕷皂苷元為原料，采用匯集式合成策略，合成了薯蕷皂苷元葡萄糖C-苷類似物9。由于C-苷鍵結(jié)構(gòu)本身對(duì)酶以及酸性環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，能夠改善O-苷鍵在酶和酸性環(huán)境下不穩(wěn)定的缺陷。因此，通過該策略有望提高薯蕷皂苷類化合物的生物利用度。