Study on Application of the Glycosyl 3,5-Dinitrobenzoate method
in Synthesis of Oligosaccharides

Wang Yulan¹, Cai Mengshen²
(¹Institute of Chemical Metallurgy, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080,China
²School of Pharmaceutical Sciences, Beijing Medical University, Beijing 100083,China)

Abstract In this work the glycosyl 3,5-dinitrobenzoate method was firstly used in the synthesis of oligosaccharides. The effect of the disaccharides structure on its reactivity in the process of glycosyl 3,5-dinitrobenzoat formation was studied.The analog of alacardoside,      1-O-[2",3",4",6"-teta-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl-(1→4)-2',3',4'-tri-O-acetly-β-D-gluco -pyranosyoxy]-3- hydroxy-5-methylbenzene, was synthesized through 3,5-dinitrobenzoate glycosyl donor from cellobiose.
Key words  Glycosyl 3,5-dinitrobenzoate method,Synthesis of oligosaccharides, Analog of alacardoside
摘要 本文首次将二硝基苯甲酸糖酯法应用于在寡糖苷的合成，研究了二糖结构对生成3,5-二硝基苯甲酸糖酯的影响。 由纤维二糖通过 3,5-二硝基苯甲酸糖酯合成了槚如苷类似物, 1-O-[2", 3", 4", 6"-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基-(14)-2', 3',4'-三-O-乙酰基-β-D-吡喃糖氧基]-3-羟基-5-甲基苯。
关键词 二硝基苯甲酸糖酯法 寡糖苷的合成 槚如苷类似物

    苄基保护的 3,5-二硝基苯甲酸葡萄糖酯^[1]和吡喃甘露糖酯^[2] 曾成功地应用于α-糖苷的合成中。与其他糖苷合成方法相比，该方法的优点是糖基给体 3,5二硝基苯甲酸糖酯比较稳定，一般为晶体，易于纯化和保存。但是，在以往的研究中，主要是生成α-苷键，这与实际需要相差甚远，因为自然界中已发现的具有生物活性的糖苷或糖的缀合物中，糖基与苷元多以β-苷键相连。此外，用该方法连接到苷元(或另一糖基)上的糖基只有葡萄糖基和甘露糖基这两种，远远不能满足合成的需要。为了考查 3,5-二硝基苯甲酸糖酯法是否能够用于β-苷键的形成和在寡糖苷合成中的应用，本文进行了由纤维二糖 (1a)、乳糖 (1b) 和麦芽糖 (1c) 为原料，通过 3,5-二硝基苯甲酸糖酯合成槚如苷类似物的研究。
1 实验部分
    核磁共振氢谱 ¹H NMR 和碳谱 ¹³C NMR 用型号为 Varin-VXR-300 (300 MHz) 的核磁共振仪测定；红外光谱 IR 用 Perkin-Elmer 983 型红外光谱仪，溴化钾压片法测定；元素分析用 Perkin-Elmer 240 C 型元素分析仪测定；旋光数据用 Perkin-Elmer 243 B 型旋光仪测定；质谱用 KYKY-ZHP-5 型质谱仪测定；熔点用 X-4 型熔点仪测定。温度计未经校正。
    试剂均为市售 C. P. 或 A. R. 级产品，除特别说明外，一般不经处理直接使用。无水二氯甲烷系由 A. R. 级产品用无水氯化钙干燥，然后在五氧化二磷存在下蒸馏，收集 40℃的馏份。3,5-二硝基苯甲酰氯系由3,5-二硝基苯甲酸与 SOCl₂ 作用而产生，mp. 69.5℃。分析用薄层层析 (TLC)：青岛海洋化工厂生产的硅胶 GF₂₅₄，蒸馏水辅制的 2.5 ×7.5 cm² 的玻璃板，不活化。紫外灯下观察荧光吸收，20%硫酸乙醇溶液喷雾加热显示糖点。柱层析：青岛海洋化工厂生产的硅胶 H，柱高约 5 cm，减压洗脱。
1.1 八乙酰基纤维二糖 (2a) 的合成
    60 mL 烧瓶中，加入 1.2 g (14.6 mmol) 无水醋酸钠，30 mL 醋酸酐，搅拌加热至 100℃时，分批加入 5 g (14.5 mmol) D-纤维二糖，维持反应温度不超过 120℃，然后在100℃下，搅拌反应约 3.5 h，至 TLC 检验只有一个糖点出现。反应物冷却至室温后，在激烈地搅拌下，慢慢地倾入到 400 mL 的冰水中，继续搅拌，直到块状固体变为细粒状。过滤，用冰水 (2×50 mL) 洗涤，空气中干燥后再真空干燥，得 9.81g 白色粉末状固体化合物，产率 99%，mp.228.5～229℃(mp.229.5℃^[3])。
    以同样的方法合成了化合物 2b, mp.105～106℃ (mp.104℃^[4])，化合物 2c，mp.159℃(mp.159℃^[5])。
1.2 七乙酰基纤维二糖 (3a) 的合成
    在100 mL三口烧瓶中加入60 mL 无水乙腈和5 g 4 A分子筛，在冰盐浴冷却下，通入NH₃，加入6.78 g (0.01 mol) 八乙酰基纤维二糖，搅拌反应约10 h，至 TLC 检验示原料点消失。加入少量醋酸中和反应液中的NH₃，减压浓缩，柱层析，得4.57 g 白色晶体，产率71%，mp.195～196℃(mp.195～197℃,204℃^[6]).
1.3 七乙酰基乳糖(3b)的合成
    将八乙酰基乳糖加入到 25 mL 无水 DMF 中，加入 0.5 g 醋酸肼，室温下搅拌 20 h 后，TLC 跟踪反应示原料点消失，加入 50 mL 乙酸乙酯，用 5% NaCl 水溶液 (2 × 20 mL) 洗涤，无水硫酸钠干燥。过滤，减压浓缩，柱层析得淡黄色固体 2.7 g，产率 85%,mp. 82～83℃(mp.83℃^[6])。
1.4 七乙酰基麦芽糖 (3c) 的合成
    在 50 mL 烧瓶中，加入 1.36 g (2.0 mmol) 八乙酰基麦芽糖，25 mL THF 和 5 mL 哌啶，室温下搅拌 9 h 后，TLC 跟踪反应示原料点消失。柱层析得白色针状晶体1.26 g，产率 86%，mp. 179.5～180℃(mp. 181℃^[6])。
1.5 3,5-二硝基苯甲酸七乙酰基纤维二糖酯 (4a) 的合成
    100 mg (0.16 mmol) 七乙酰基纤维二糖，95 mg (0.41 mmol) 3,5-二硝基苯甲酰氯和 3 mL 无水吡啶加入到 10 mL 烧瓶中，装上干燥管，室温下搅拌 20 h，TLC 跟踪反应示原料七乙酰基纤维二糖消失，加入 15 mL乙醚和 10 mL二氯甲烷，先后用 20% HCl (3×4 mL)、水、饱和 NaHCO₃ 水溶液和水洗涤，减压蒸除溶剂，得 1.39 g 白色晶体，产率 95.4%，mp. 188.9℃，[d] + 5.26 (CH₃COCH₃)，¹H NMR (300 MHz, CDCl₃, TMS)β(ppm): 6.56 (d. 1H, J = 3.00 Hz, H-1', α)，5.97 (d. 1H, J=8.1 Hz, H-1",β), 3.92～5.22 (m, 12H, 糖环质子)，1.99～2.16 (m, 21 H, 七个乙酰基上的质子)，9.14 (s. 2H, H-2, H-6), 9.30 (s. 1H, H-4)；¹³C NMR (300 MHz, CDCl₃): 129.75 (C-1), 123,12 (C-2, C-6), 129.52 (C-3, C-5), 148.94 (C-4), 161.15 (与苯环相连的 C-0, C-7), 100.85 (C-1'), 92.07 (C-1"), 170.36, 170.13, 170.06, 169.67, 169.41, 169.22, 168.99 (7个C=O), 20.75, 20.61, 20.50, 20.42 (7个乙酰基上的 CH₃), 77.43，77.00, 76.85, 75.72, 72.92, 72.19, 71.87, 69.34, 69.07, 67.94, 61.64, 61.26 (12个糖环碳)；Anal Calc. for C₃₃H₃₈O₂₃N₂ (FW 830.66): C. 47.72, H. 4.61, N. 3.37, Found: C. 47.31, H. 4.52, N. 3.60。
1.6 1-O-[2", 3", 4", 6"-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基-(14)-2', 3',4'-三-O-乙酰基-β-D-吡喃糖氧基]-3-羟基-5-甲基苯(5)的合成
   60 mg (0.072 mmol) 4a 和 10.3 mg 的 3,5-二羟基甲苯溶于 2 mL 无水二氯甲烷中，加入 0.5 g 4A 分子筛和 2 滴 BF₃·Et₂O，室温下搅拌反应 48 h 后，TLC 跟踪反应示原料消失，过滤，用 2 mL 二氯甲烷洗滤，合并滤液，依次用冰水、NaHCO₃ 饱和水溶液和冰水洗，减压浓缩，柱层析得 30.4 mg 白色晶体。产率 57%, mp. 83℃, [d] + 34.44 (CH₃COCH₃)，IR (cm^-1), 3430, 2950, 1743, 1598,1430, 1370, 1230, 1040, 902, 840; ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃, TMS) (ppm): 6.26 (br. s. 1H, H-2), 6.20 (br. s. 1H, H-4), 6.24 (br. s. 1H, H-6), 2.11 (s. 3H, H-7), 5.52 (d. 1H, J=7.5 Hz, H-1 ), 5.16 (d. 1H, J=9.2 Hz, H-1"); ¹³C NMR (300 MHz, CDCl₃), β(ppm): 169.0 (C-1), 100.6 (C-2), 169.2 (C-3), 100.8 (C-4), 168.0 (C-5), 108.6 (C-6), 20.9 (C-7), 95.3 (C-1'), 100.8 (C-1"), 170.48, 170.43, 170.37, 170.20, 169.65, 169.27, 169.27 (7个C=O), FAb-MS. 74 [M]. Anal calc. for C₃₃H₄₁O₁₇ (FW 741.68): C. 53.30, H. 5.56; Found: C. 52.40, H. 5.80。
2 结果与讨论
    苷键的生成是一个以糖基给体为底物，糖基受体为亲核试剂的亲核取代反应过程，糖基给体中 C-2 位羟基保护基若具有孤对电子，则在反应中，可以发生邻基参与 (anchimeric assistance)，这一协同过程，大大降低了生成苷键的活化能，使得反应朝着动力学有利的方向 生成β-苷键的方向进行。在以往的糖苷合成中，无论是通过 Koenigs-Knorr 方法，三氯乙酰亚胺糖酯法，还是其它苷键生成方法^[7]，均表明具有邻基参与功能的保护基，如乙酰基等，能够提高生成β-苷键的立体选择性。苄基保护的 3,5-二硝基苯甲酸糖酯作为糖基给体，主要生成β-苷键^[1,2]，这可能与没有邻基参与能力的苄基保护基有关。在该项研究中，为了提高生成β-苷键的立体化学选择性，选择了具有邻基参与能力的乙酰基作为保护基。首先研究了以下乙酰基保护的 3,5-二硝基苯甲酸糖酯的合成(Scheme 1)：

    实验发现，七乙酰基二糖与 3,5-二硝基苯甲酰氯反应生成二糖酯的反应活性具有以下的次序：

七乙酰基纤维二糖 >> 七乙酰基乳糖 > 七乙酰基麦芽糖

    室温下，在无水吡啶溶剂中， 七乙酰基纤维二糖和 3,5-二硝基苯甲酰氯反应 20 h，几乎以定量的产率 (收率95.4%) 得到 3,5-二硝基苯甲酸七乙酰基纤维二糖酯(4a)。在相同的反应条件下，用TLC 检查，七乙酰基乳糖只有很少产物生成，而在七乙酰基麦芽糖的情况下，未见有新的能吸收荧光的糖点生成。七乙酰基二糖的这种反应活性次序与我们在先前的研究中观察到的二糖的反应活性次序正好相反^[8]。利用一锅反应法，由二糖制备七乙酰基溴代二糖，乳糖和麦芽糖能以较好的产率生成七乙酰基溴代乳糖 (83%) 和七乙酰基溴代麦芽糖 (85%)，而在相同的反应条件下，纤维二糖仅停留在生成七乙酰基纤维二糖这一步^[8]。显然二糖结构之间细小的差别能导致它们的化学反应活性的显著差异。生成的 3,5-二硝基苯甲酸七乙酰基纤维二糖 (4a) 在 BF₃ ·Et₂O 的催化下，在无水二氯甲烷溶剂中，与 3,5-二羟基甲苯反应，以57%的产率生成槚如苷类似物，1-O-[2",3",4",6"-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基-(14)-2', 3',4'-三-O-乙酰基-β-D-吡喃糖氧基]-3-羟基-5-甲基苯(5) (Scheme 2)。　

Scheme 2

致谢: 本项研究得到了国家教委回国人员科研启动基金的资助。
3 参考文献
[1] Cai M S, Qiu D X. Synth. Commun., 1989, 19: 851-855.
[2] Li Z J, Huang H Q, Cai M S. Chinese Chemical Letters, 1994, 5(6): 477~479.
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[5] Watanaba T, Kawamura S, Sasaki H, Matsuda K. Staerke., 1969, 21 (1): 18-21; CA, 70: 84397r
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[7] Schmidt R R. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1986, 25: 212-235.
[8] 王玉兰. 博士后研究工作报告，北京医科大学，1997，pp.15-25

王玉兰 女，42岁，博士，副教授， 1981年至1994年主要从事有机化学教学和物理有机化学研究工作，目前主要从事有机化学合成等方面的研究工作