基于2,6-甘露糖内酯的β-吡喃甘露糖苷键构建及其应用研究

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β-甘露糖苷广泛存在于各种天然产物中,许多具有这类结构的化合物对生物体的正常生命活动起着至关重要的作用。然而,β-吡喃甘露糖苷键的构建在糖科学领域是具有挑战性的难题之一,其主要原因在于:1)、吡喃甘露糖C-2轴向取代基的空间位阻阻碍了受体进攻吡喃环的β面,不利于β-糖苷键的形成;2)、异头碳效应有利于形成热力学稳定的α-吡喃甘露糖苷键,而不利于β-吡喃甘露糖苷键的构建。基于β-甘露糖苷的重要生物活性及β-吡喃甘露糖苷键构建的难度,如何实现高效、高立体选择性构建β-吡喃甘露糖苷一直是糖化学中的一个重要研究方向。目前,已经报道了许多高效构建β-吡喃甘露糖苷键的方法。课题组在前期的研究中建立了一种利用2,6-桥环内酯的甘露糖为供体,高立体选择性地构建β-甘露糖苷键的方法。与此同时,还证明了通过对2,6-桥环内酯的糖基化产物在不同条件下的一步开环,可以高效合成β-甘露糖酸及β-甘露糖醇化合物。在前期的工作中,主要以端位为硫苷的2,6-桥环甘露内酯作为供体,存在需要以化学计量NIS为促进剂活化供体进行糖基化反应的问题。课题组也初步探索了端位为其他离去基团的2,6-桥环内酯成苷条件,试图实现更温和的、高效催化条件下的β-吡喃甘露糖苷键构建,但未能取得令人满意的结果。本论文以前期课题组的研究为基础,进一步对基于2,6-桥环甘露糖内酯为供体、催化条件下立体选择性构建β-吡喃甘露糖苷进行研究,以期实现一种催化、高效、具有实际应用价值的合成β-甘露糖苷的策略,同时具有糖基供体合成简便、快速等优点。在本论文中,主要完成了以下的研究工作:(1)提高了糖模块的合成效率,实现了糖模块的大量合成。与前期课题组合成糖基供体的方法相比较,本论文在催化剂量的二丁基氧化锡条件下,实现了甘露糖C-3的苄基化保护,解决了此前因使用化学计量的有机锡试剂而导致的分离纯化的困难。通过对该反应条件的进一步优化,实现了该底物苄基化收率的大幅度提高(反应4小时,收率为83%;文献反应48小时,收率为41%)。(2)合成了端基为炔酸酯类的2,6-桥环内酯供体(己炔酸酯以及邻苯炔酸酯)。本文以这两类供体进行糖基化反应条件的探索,并证明最优的反应条件为:以邻苯炔酸酯为离去基团的供体,在5 mol%的Hg(OTf)2催化下,可以实现高收率、高立体选择性地构建β-甘露糖苷键。(3)通过对供体4-位保护基(Ac、Bz、Boc及Piv基团)的研究,进一步验证了该方法的机理(4-位远程酰基参与及大位阻效应)。(4)在确定了最优的成苷条件基础上,进行了底物适应性研究。大量合成了 1-邻苯炔酸酯4-O-Piv-2,6-桥环内酯供体,并与16个不同活性、不同位阻的糖基受体和非糖受体进行了成苷反应,均以不错的收率,单一的β选择性得到了糖基化产物,证明了该方法适用范围的广泛性。(5)探索该方法应用于β-1,2-甘露糖酸以及β-1,2-甘露糖寡糖合成的可能性。由于2,6-桥环内酯供体结构的特殊性,甘露糖糖环羟基被不同的保护基保护(2,6-桥环内酯、3-O-苄基、4-O-新戊酰基),因此实现了可以在不同的脱除条件下选择性地脱除某个羟基的保护基,为合成β-1,2-、β-1,3-、β-1,4-以及β-1,6-甘露糖醇及甘露糖酸化合物提供了捷径。在本论文将此方法应用于β-1,2-甘露糖类化合物的合成,合成了β-1,2-链接的三糖化合物,为β-1,2-甘露糖酸聚糖以及β-1,2-甘露糖寡糖的合成提供基础。综上,本文发展了一种在催化条件下高效地构建β-甘露糖苷键的方法,并将此方法应用于β-1,2-链接的三糖化合物的合成中。基于该方法在构建β-甘露糖苷键的优越性及供体结构的特殊性,课题组后续将进一步进行β-1,4-甘露糖寡糖及甘露糖酸聚糖的合成研究。
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