可見光促進的以曙紅Y為光催化劑的KRN7000關鍵中間體的合成

李紅芳, 劉 姣, 殷 珊, 趙 胤, 吳艷丹, 師 念, 倪廣惠

(云南中醫藥大學 中藥學院，云南 昆明 650500)

KRN7000(α-GalCer， Chart 1)是由半乳糖與神經酰胺片斷通過α糖苷鍵連接[1]，進入人體后與抗原遞呈細胞表面的CD1d分子形成復合物，被自然殺傷T細胞(natural killer T cell, NKT)表面的T細胞受體(T cell receptor, TCR)識別，并且激活NKT細胞。NKT細胞被激活后迅速產生大量的Th1型細胞因子，如γ干擾素(IFN-γ)；和大量Th2型細胞因子，如白細胞介素4(IL-4)，進而激活固有免疫系統和獲得性免疫系統[2]，與癌癥、自身免疫性疾病、微生物感染等疾病相關[3-4]。對KRN7000進行結構改造，可以得到Th1/Th2型細胞因子偏移的衍生物[5]，結構改造主要涉及到糖基部分的修飾[6-7]、糖苷鍵的改變[8]、酰胺鏈的取代[9]、長脂肪鏈的改變[10-11]等。其中，對酰胺鏈進行結構改造的主要方法為首先將疊氮基鞘氨醇糖基化，再將疊氮還原為氨基，然后接上不同取代基[12-15]。

Chart 1

糖基化反應的難點在于區域選擇性和立體選擇性。糖基化過程需要用酸堿催化，為了高選擇性，還需要低溫等苛刻的條件或昂貴有毒的金屬催化劑，操作繁瑣又有環境污染[16]。可見光是一種可再生、廉價易得的能源，可見光促進的糖基化反應在近年來得到發展[17-22]。前期工作中發展了用藍色LED燈作為可見光光源，曙紅Y作為光催化劑，三氯乙酰亞胺酯為糖供體的糖基化反應[23]。將其應用于KRN7000中間體的糖基化。

首先，以β-D-五乙酰半乳糖(2)為原料，分別經過對甲苯硫酚保護、去乙酰基、芐基保護、水解，得到(5)；接著將(5)制備成三氯乙酰亞胺酯(6)，(6)作為糖供體與受體(2S,3S,4R)-2-疊氮-3,4-二-O-芐基-1,3,4-十八三醇(7)在藍色LED燈照射，曙紅Y催化下反應，得到KRN7000的關鍵中間體(1, Scheme 1)，結構經1H NMR和13C NMR表征。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ZF-1型三用紫外分析儀；Bruker 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；24 W藍光LED燈(波長450 nm)；

所有試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 2,3,4,6-四-O-芐基-D-吡喃半乳糖(5)的合成

在干燥圓底瓶中加入β-D-五乙酰半乳糖(2) 3 g(7.7 mmol)， 4A分子篩3 g，對甲苯硫酚1.9 g(15.2 mmol)，溶解于30 mL干燥二氯甲烷中。冷卻至0 ℃，氮氣保護下緩慢滴加三氟化硼乙醚3.3 mL(26.2 mmol)，滴畢，升至室溫反應8 h(TLC監測)。硅藻土過濾反應液，飽和碳酸鈉溶液(90 mL)洗滌，二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并有機層，飽和食鹽水(90 mL)洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，殘余物經硅膠柱(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯=4/1，V/V)層析純化得3白色固體[24]，產率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。

將34.7 g(10.3 mmol)溶于47 mL甲醇中，加入甲醇鈉445 mg(8 mmol)，室溫反應1.5 h(TLC監測)。減壓蒸除溶劑。加入DMF 47 mL，冷卻至0 ℃，少量多次加入氫化鈉4.1 g(103 mmol，含量60%)，攪拌0.5 h，加入溴化芐12.2 mL(103 mmol)，室溫反應12 h(TLC監測)。加入水(10 mL)淬滅反應，用乙酸乙酯(150 mL)稀釋反應液，水(3×50 mL)洗滌，飽和食鹽水(150 mL)洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾，減壓濃縮，殘余物經硅膠柱(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V)層析得4白色固體[25]，產率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。

將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-溴代丁二酰亞胺0.9 g(5.1 mmol)，室溫攪拌反應4 h后，減壓蒸除溶劑，殘余物經硅膠柱(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V)層析純化得5無色油狀液體[26]，產率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。

稱取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1,8-二氮雜二環十一碳-7-烯105 μL(0.7 mmol)，滴畢，升至室溫反應4 h(TLC監測)。減壓蒸除溶劑，殘余物經硅膠柱 [洗脫劑(含1%三乙胺)：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V] 層析純化得到糖供體6，產率82.4%，直接用于下一步。

(2) 可見光誘導曙紅Y催化合成(1)

在干燥的反應管中加入6217.1 mg(0.32 mmol)，733.2 mg(0.06 mmol)中， 4A分子篩250 mg，曙紅Y 13 mg(0.02 mmol)，干燥二氯甲烷2 mL，攪拌1 h后，用450 nm藍光燈照射59 h(TLC監測)。過濾，濃縮濾液，殘余物經硅膠柱層析(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯=14/1，V/V)純化得化合物1及其β異構體8(Chart 2)。1為無色油狀液體[13]，產率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關鍵中間體1，使用了常用的糖供體三氯乙酰亞胺酯，制備過程操作簡便，易于純化。可見光促進的糖基化反應方法新穎、底物適應性好、成本低且綠色環保。

曙紅Y的酸性較弱，在可見光照射下曙紅Y處于激發態，酸性增強，催化三氯乙酰亞胺酯糖供體的糖基化反應。停止光照后，曙紅Y回到基態，酸性減弱，反應中止；反應體系不需要加堿來終止反應[27]。當其他條件相同，不加入光催化劑曙紅Y時，底物不發生反應；當其他條件相同，無光照時，糖基化反應同樣不發生。因此，光照和光催化劑都是反應所必需的條件。

在本文提供的可見光促進的糖基化反應條件下，產物的α/β=1/0.69。用傳統的糖基化方法進行反應，將糖供體6與受體7反應，用TMSOTf為催化劑，得到的產物α/β=1/1.15；α產物選擇性低于可見光促進的糖基化反應。

本文在前期研究的可見光促進的糖基化反應方法基礎上進行了適當的調整，以β-D-五乙酰半乳糖作為原料，分別經過對甲苯硫酚保護、去乙酰基、芐基保護、水解，得到(5)，再將其制備成糖的三氯乙酰亞胺酯(6)， (6)作為供體與受體(7)在450nm可見光照射下經曙紅Y催化反應，合成了KRN7000的關鍵中間體(1)，產率43.3%。該方法新穎、底物適應性好、成本低且綠色環保，產率高。