N-乙酰基乳糖胺的合成

紀(jì)玉萌，倪永平，黃淑萍＊

（1.山西大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)研究所，山西 太原 030006；2.中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085）

0 引言

N-乙酰乳糖胺廣泛存在于細(xì)胞膜表面寡糖抗原s Lea／x中［1］，該Lewis抗原是一系列含有巖藻糖基和N-乙酰乳糖胺結(jié)構(gòu)的衍生物，在癌癥檢測及診斷上有潛在的應(yīng)用價(jià)值［2］。N-乙酰乳糖胺作為其合成的中間體有很重要的作用。此外，含有N－乙酰氨基乳糖胺結(jié)構(gòu)單元的多糖可中和半乳糖苷酶抗原，抑制排斥反應(yīng)［3］。有文獻(xiàn)報(bào)道用酶促法來合成N－乙酰基乳糖胺，其主要用原料為1－磷酸葡萄糖和N－乙酰葡萄糖胺［4］，或氨基葡萄糖鹽酸鹽和半乳糖［5］。酶促反應(yīng)雖解決了傳統(tǒng)合成中反應(yīng)慢，立體性、專一性不好等弊端，但是效果并不理想，合成N－乙?；樘前返奶擒彰负吞擒辙D(zhuǎn)移酶的來源、分離純化還未全面突破，因此成本高，純度不高，目前還不宜大量合成。有人用果乳糖為原料合成N-乙?；樘前?，其總產(chǎn)率不到20%［6］。Yasuhito Nagai等人［7－8］，以氨基葡萄糖和半乳糖為原料用化學(xué)的方法合成N-乙酰乳糖胺，但是選用了一系列昂貴、毒性大的催化劑。本文以氨基葡萄糖鹽酸鹽和半乳糖為原料，采用化學(xué)合成法，以乙酰保護(hù)的半乳糖硫苷為供體，用經(jīng)濟(jì)、低毒的催化劑，經(jīng)多步反應(yīng)合成了N-乙酰氨基乳糖胺，得到較好的產(chǎn)率，建立了可以較大量合成N－乙酰氨基乳糖胺的方法。同時對乙酰保護(hù)的半乳糖硫苷和三氯乙酰亞胺酯作為供體與同一受體的反應(yīng)做了比較性研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

一般方法：1H NMR，13C NMR及1H-1H 等相關(guān)圖譜由Bruker ARX 400在CDCl3、MeOD或 D2O中測得?；瘜W(xué)位移以Me4Si為內(nèi)標(biāo)。質(zhì)譜用VG PLATFORM質(zhì)譜儀，用ESI技術(shù)進(jìn)樣或者用MALDITOFMS，用CCA （α-cynao-4-hydroxycinnamic acid）為基質(zhì)。薄層色譜（TLC）由 HF254硅膠板上用體積分?jǐn)?shù)為30% 的硫酸甲醇溶液或紫外（UV）檢測器檢測。柱色譜采用100－200目的硅膠在16 mm×240 mm，18 mm×300 mm，35 mm×400 mm的硅膠柱上用乙酸乙酯－石油醚 （60－90℃）作為淋洗液，溶液在小于60℃時減壓蒸餾。藥品和其他試劑均來自試劑公司。

文章中略縮詞語：DBU（1，8-二氮雜環(huán)［5，4，0］十一烯-7），DMF（N，N-二甲基甲酰胺），TBSCl（叔丁基二甲基氯硅烷），DMAP（4-二甲氨基吡啶），NIS（N-碘代丁二酰亞胺），TMSOTf（三氟甲磺酸三甲基硅酯），PTsOH（對甲苯磺酸）。

1.2 實(shí)驗(yàn)操作

1.2.1 合成路線

Fig.1 Synthetic route of N-acetyl-D-lactosamine圖1 N－乙酰基乳糖胺的合成路線

1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1，2，3，4，6-五-O-乙酰基-D-吡喃半乳糖（化合物1）的合成：在1 L燒瓶中加入280 m L乙酸酐及63 g（0.46 mol）無水乙酸鈉，加熱至乙酸酐回流，從回流管上部緩慢分批加入70 g（0.39 mol）半乳糖，加畢反應(yīng)30 min。TLC檢測反應(yīng)完畢，冷卻至40℃，把反應(yīng)混合液緩慢倒入冰水中，析出固體，抽濾，用乙酸乙酯和石油醚混合液重結(jié)晶，產(chǎn)率96%。

1－硫代-2，3，4，6-四-O-乙?；?D-吡喃半乳糖對甲基苯基苷（化合物2）的合成：在1 L燒瓶中加入500 m L干燥二氯甲烷，136 g（0.35 mol）化合物1，65.1 g（0.53 mol）對甲苯硫酚，攪拌溶解，冰浴冷卻，滴加142 m L（0.87 mol）三氟化硼乙醚，保溫反應(yīng)4－6 h，TLC檢測反應(yīng)完畢，加入碎冰及Na HCO3至p H＝7，分液，水洗干燥結(jié)晶，產(chǎn)率90.3%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：7.42－7.40（m，2H，Ar-H），7.13－7.11（m，2 H，Ar-H），5.40 （d，J3，42.8 Hz，1 H，H-4），5.21 （t，J1，2＝ J2，39.6 Hz，1H，H-2），5.03 （dd，J2，39.6 Hz，J3，43.2 Hz，1H，H-3），4.64（d，1H，J1，29.6 Hz，H-1），4.20－4.16 （m，1H，H-6），4.13－4.08 （m，1H，H-6），3.90（t，1H，J5，66.8 Hz，H-5），2.34（s，3H，PhCH3），2.11，2.09，2.04，1.97（4s，12H，COCH3）。

2，3，4，6-四-O-乙?；?D-吡喃半乳糖（化合物3），1，3-二-O-乙?；?2-脫氧-2-N-乙酰基-4，6-O-芐基－吡喃葡萄糖（化合物7）按照文獻(xiàn)的一般方法制備［9］。

2，3，4，6-四-O-乙?；?D-吡喃半乳糖三氯乙酰亞胺酯（化合物4）的合成：取37.3 g（0.11 mol）化合物3，裝入500 m L燒瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶于300 m L干燥二氯甲烷，加入33.9 m L（0.16 mol）三氯乙腈，冷卻到0－5℃，滴加3.39 m LDBU（催化量），室溫反應(yīng)至TLC檢測反應(yīng)完畢，處理后，過柱分離得產(chǎn)品，產(chǎn)率65%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：8.66（s，1H，OCNHCCl3），6.58 （d，1H，J1，23.2 Hz，H-1），5.54 （dd，J3，43.2 Hz，J4，51.2 Hz，1H，H-4），5.40 （dd，J1，23.2 Hz，J2，310.8 Hz，1 H，H-2），5.34 （dd，J2，310.8 Hz，1 H，H-3），4.41（t，1H，J5，66.8 Hz，H-5），4.17－4.12 （m，1 H，H-6），4.08－4.06 （m，1H，H-6），2.15，2.01，2.00，1.99（4s，12H，COCH3）。

2－脫氧-2-N-乙?；?D-吡喃氨基葡萄糖（化合物5）的合成：在1 L燒瓶中加入60 g（0.28 mol）氨基葡萄糖鹽酸鹽及600 m L甲醇，攪拌，再加入39 m L（0.55 mol）三乙胺，反應(yīng)30 min后緩慢滴加33 m L（0.3 mol）乙酸酐，加畢，室溫反應(yīng)24 h，抽濾，丙酮洗滌數(shù)次，重結(jié)晶得白色晶體，產(chǎn)率89.5%。

2－脫氧-2-N-乙?；?4，6-O-芐基-D-氨基吡喃葡萄糖（化合物6）的合成：在1 L燒瓶中加入48 g（0.22 mol）化合物5和69 m L（0.45 mol）苯甲醛縮二甲醇，及500 m LDMF，攪拌，加入對甲苯磺酸（催化量），反應(yīng)過夜，用三乙胺調(diào)p H＝7，減壓蒸除溶劑，重結(jié)晶，產(chǎn)率75%。

1，3-二-O-乙?；?2-脫氧-2-N-乙?；?D-吡喃氨基葡萄糖（化合物8）的合成：在反應(yīng)容器中加入化合物7及體積分?jǐn)?shù)為80% 的醋酸水溶液，80℃反應(yīng)2 h，蒸除溶劑，處理得化合物8，產(chǎn)率82%。

1，3-二-O-乙?；?2-脫氧-2-N-乙酰基-6-O-叔丁基二甲基硅基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物9）的合成：在反應(yīng)容器中加入42 g（0.14 mol）化合物8和500 m L吡啶，攪拌形成溶液，冷卻至0℃，加入36 g（0.24 mol）TBSCl及少量DMAP，反應(yīng)24 h，處理后過柱得產(chǎn)品，產(chǎn)率86%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：6.10（d，1 H，J1，23.6 Hz H-1），5.67 （d，JNH28.8 Hz，NHAc），5.15 （dd，J2，310.8 Hz，J3，49.2 Hz，1 H，H-3），4.31（ddd，JNH，2 3.6 Hz，J2，310.8 Hz，J1，28.8 Hz 1H，H-2），3.95－3.93 （m，1H，H-6），3.89－3.85 （m，1H，H-5），3.76－3.72 （m，2 H，H-6，H-4），2.17，2.13 （2s，6 H，COCH3），1.93 （s，3 H，NHCOCH3），0.89 （s，9H，C（CH3）3），0.09，0.08（s，6H，Si（CH3）2）。

2’，3’，4’，6’-四-O-乙酰基β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-1，3-二-O-乙?；?2-脫氧-2-N-乙?；?6-O-叔丁基二甲基硅基-D-吡喃氨基葡萄糖（化合物10）的合成：取10.9 g（0.02 mol）化合物2，8.38 g（0.02 mol）化合物9及6.74 g（0.03 mol）NIS裝入500 m L燒瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶于300 m L干燥二氯甲烷，冷卻到0－5℃，分兩次加入0.361 m LTMSOTf，室溫反應(yīng)至TLC檢測反應(yīng)完畢，用飽和Na HCO3溶液洗至中性，水洗，過柱分離得產(chǎn)品，產(chǎn)率47.2%。1H NMR （400 MHz，CDCl3）δ：6.10（d，1 H，J1，23.6 Hz，H-1），5.60 （d，JNH28.8 Hz，NHAc），5.35（d，J3’，4’2.8 Hz，1H，H-4’），5.15（dd，J2，310.8 Hz，J3，49.6 Hz，1H，H-3），5.08（dd，J2，310.4 Hz，J1’，2’8.0 Hz，1 H，H-2’），4.91 （dd，J2’，3’10.4 Hz，J3’，4’3.2 Hz，1 H，H-3’），4.68 （d，J1’，2’8.0 Hz，1 H，H-1’），4.27 （ddd，JNH，23.6 Hz，J2，310.4 Hz，J1，28.8 Hz，1 H，H-2），4.14－4.06 （m，2 H，H-5，H-6），3.98 （t，J3，49.6 Hz，1H，J3，49.6 Hz，H-4），3.83－3.79 （m，3H，2H-6’，H-6），3.60 （d，J4’，5’9.6 Hz，1 H，H-5’），2.15，2.13，2.07，2.05，2.03，1.95 （6s，18 H，COCH3），1.91 （s，3H，NHCOCH3），0.90 （s，9 H，C（CH3）3），0.07，0.06（s，6H，Si（CH3）2）。

2’，3’，4’，6’-四-O-乙?；?D-吡喃半乳糖基-（1→4）-1，3-二-O-乙?；?2-脫氧-2-N-乙?；?D-吡喃氨基葡萄糖（化合物11）的合成：在1L燒瓶中加入24 g（0.03 mol）化合物10及200 m L干燥二氯甲烷，攪拌溶解，冰浴冷卻，滴加8.4 m L（0.05 mol）三氟化硼乙醚，保溫反應(yīng)12 h，TCL檢測反應(yīng)完畢，用三乙胺調(diào)p H＝7，水洗，干燥，結(jié)晶，產(chǎn)率88.2%。

β-D-吡喃半乳糖基-（1→4）-2-脫氧-2-N-乙?；?D-吡喃氨基葡萄糖（化合物12）的合成：將20 g（0.03 mol）化合物11溶解在500 m L甲醇中，攪拌，滴加1N甲醇鈉溶液到p H＝9.3－10，反應(yīng)大約4 h，處理，結(jié)晶得產(chǎn)品，產(chǎn)率85%。［α］20D ＋29.6 （c 1.0，H2O）.1H NMR （400 MHz，D2O）δ：5.05 （d，1H，J1，22.0 Hz），4.33（d，J1’，2’8.0 Hz，1H，H-1），3.97－3.93 （m，1 H），3.91－3.88 （m，5 H），3.77－3.69 （m，4 H），3.65 （dd，J1，23.6 Hz，J3，4’10.0 Hz，1H，H-3’），3.53 （dd，J1’，2’8.0 Hz，J2’，3’9.6 Hz，1H，H-2’），2.02 （s，3H，NHCOCH3）.13C NMR （100.6 MHz，D2O）δ：174.41（COCH3），102.9，90.5（2C-1），78.8，75.3，72.4，70.9，70.2，69.2，68.5，61.0，59.1，53.7，21.8（COCH3）.MALDI TOF-MS：Calcd for C14H25NO11：383.14；found：406.14［M＋Na］＋。

2 結(jié)果與討論

對供體的選擇，我們嘗試用半乳糖的三氯乙酰亞胺酯和4-OH的氨基乙酰葡萄糖進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，所得到的產(chǎn)物全部為原酸酯中間體且無法進(jìn)一步轉(zhuǎn)化到目標(biāo)的二糖產(chǎn)物，其原因可能是氨基乙酰葡萄糖的活性不高以及施密特試劑比較活潑，導(dǎo)致偶聯(lián)反應(yīng)無法正常進(jìn)行。因而最終選擇硫苷而不是施密特試劑作為偶聯(lián)供體。

在受體的合成中，首先考慮到氨基葡萄糖的惰性，選擇了不同基團(tuán)來對2-位氨基進(jìn)行保護(hù)以利于得到目標(biāo)化合物，我們嘗試了Troc和Ac等基團(tuán)，Troc的保護(hù)雖然活化了糖環(huán)，但是在去Troc操作過程中，裸露氨基不可避免地要和空氣接觸，導(dǎo)致2-氨基氧化而產(chǎn)生了一些復(fù)雜的物質(zhì)，去Troc后出現(xiàn)大量副產(chǎn)物，從而使產(chǎn)率很低。其次考慮到空間位阻對4-OH活性的影響，我們嘗試3，4-為羥基的氨基乙酰葡萄糖作為受體，盡管可以保證供體高效的參與反應(yīng)，但是結(jié)果顯示3，4-位羥基的選擇性很差，得到了幾乎等比例的1→3，1→4偶聯(lián)產(chǎn)物，分離困難。因此我們綜合考慮各種因素選用了乙酰保護(hù)的氨基葡萄糖9作為受體。

在進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)時，我們選用了不同的溫度，－20℃，0－5℃，室溫（25℃），40℃下分別反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)室溫下，反應(yīng)速度較快，反應(yīng)進(jìn)行完全，而其他溫度條件下不利于反應(yīng)進(jìn)行。優(yōu)化反應(yīng)條件后，我們選用全乙酰化半乳糖硫苷2與N-乙酰葡萄糖衍生物9在室溫下經(jīng)由NIS／TMSOTf催化偶聯(lián)，高產(chǎn)率地得到了1，4-β－N－乙酰氨基乳糖胺。

綜上所述，我們從D－半乳糖和D－氨基葡萄糖鹽酸鹽出發(fā)，經(jīng)過羥基的正交保護(hù)及糖基化偶聯(lián)等多步反應(yīng)，以偶聯(lián)后35.4%的總產(chǎn)率實(shí)現(xiàn)了N-乙酰乳糖胺的全合成。

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