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昆明植物所肖國(guó)志組/山東大學(xué)陸剛組Angew：協(xié)同作用的高立體選擇性1,2-順式木糖糖苷化反應(yīng)

來(lái)源：昆明植物所      2025-03-16
導(dǎo)讀：1,2-順式糖苷鍵的高立體選擇性構(gòu)建是糖化學(xué)合成中一直存在的難題。其中，1,2-順式木糖糖苷鍵的高立體選擇性構(gòu)建依然是一個(gè)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。相比于葡萄糖，木糖電子特性和構(gòu)象靈活性使其比葡萄糖更容易發(fā)生SN1糖苷化反應(yīng)路徑。另外，由于木糖苷比葡萄糖苷更快的異頭位異構(gòu)化速率，使其更難發(fā)生立體選擇性SN2糖苷化反應(yīng)。近日，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所植物化學(xué)與天然藥物全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖國(guó)志研究員和山東大學(xué)陸剛教授報(bào)道了通過(guò)融合試劑調(diào)控、?；h(yuǎn)程參與和吸電子效應(yīng)的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)1，2-順式木糖糖苷鍵的高立體選擇性構(gòu)建（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202424048）。

正文

首先，作者以木糖N-苯基三氟乙酰亞胺酯（PTFAI）為給體，與受體HO(CH2)5NBnCbz在TMSI和Ph3PO為促進(jìn)劑的條件下，進(jìn)行糖苷化反應(yīng)，考察了不同取代基對(duì)1,2-cis-木糖糖苷化反應(yīng)的影響（圖1）。結(jié)果表明：1）木糖C3位Bz基團(tuán)有利于α-木糖苷的合成，而木糖C4位Bz基團(tuán)有利于β-木糖苷的合成，（Entry 1-4）；2）當(dāng)木糖的C3位為Bz基團(tuán)、C2和C4位為4-CF3Bn基團(tuán)，立體選擇性最好（α/β > 20:1）（Entry 6）；3）Ph3PO可以提高1,2-cis-木糖糖苷化反應(yīng)的立體選擇性和產(chǎn)率（Entry 7-8）。此外，作者也驗(yàn)證了不同的?；梢赃m用于該方法（Entry 11-14）。    
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圖1 ?；⑽娮踊鶊F(tuán)及促進(jìn)劑對(duì)1,2-cis-木糖糖苷化反應(yīng)的影響   
在篩選出最佳底物后，作者以木糖PTFAI給體1b和1f為底物，作為對(duì)比，進(jìn)行受體適用性范圍考察（圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多種伯醇和仲醇與1f能夠高效偶聯(lián)，以?xún)?yōu)異的產(chǎn)率（90-96%）和立體選擇性（α/β = 10/1至> 20/1）生成α-木糖苷。此外，復(fù)雜的生物活性分子、天然產(chǎn)物和藥物也是這種1,2-順式木糖糖基化的合適受體。除了醇受體外，酚類(lèi)和羧酸也適合該方案。對(duì)于糖類(lèi)受體，吡喃型糖苷C6-OH伯醇和呋喃型糖苷中的C5-OH伯醇與1f能夠以?xún)?yōu)秀的收率（90-95%）和突出的立體選擇性（α/β = 17/1 至 > 20/1）得到二糖。1f與吡喃型糖苷的仲醇偶聯(lián)（包括葡萄糖苷的低反應(yīng)性C4-OH位置）也能夠有效進(jìn)行，以61-92%的收率和出色的立體選擇性（α/β> 20/1）得到了（1→4）、（1→3）和（1→2）連接的α-木糖苷。寡糖四糖和六糖片段也適用于該糖基化方法。另外，與供體1b相比，以1f為供體的糖苷化反應(yīng)具有更顯著的立體選擇性。
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圖2 以1f和1b為供體的1,2-cis-木糖糖基化反應(yīng)的受體范圍考察
接下來(lái)，作者為進(jìn)一步研究該方法的實(shí)用性，對(duì)多種天然/非天然多糖進(jìn)行全合成研究（圖3-圖4）。
基于1,2-順式木糖糖基化反應(yīng)，供體1f與葡萄糖硫苷7以89%的產(chǎn)率和出色的立體選擇性（α/β > 20/1）得到二糖8，再將其轉(zhuǎn)化為底物9和10。隨后通過(guò)[1+2+2+1]正交一鍋糖苷化反應(yīng)，以三步一鍋66%的收率得到六糖模塊14，進(jìn)行全脫保護(hù)即可得到六糖14（圖3A）。該分子是植物細(xì)胞壁中半纖維素的結(jié)構(gòu)基序，具有抗腫瘤、抗感染等生物活性。相似地，將1j與15進(jìn)行糖苷化得到二糖，再將其轉(zhuǎn)化為受體后，與1f進(jìn)行1,2-順式木糖糖基化反應(yīng)，可得三糖模塊18，該三糖基序廣泛存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，可作為Notch受體參與不同生物途徑的調(diào)節(jié)（圖3B）。
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圖3 木糖-葡萄糖聚糖六糖和三糖片段的合成
基質(zhì)多糖作為層粘連蛋白G的受體，具有[-α-Xyl-(1→3)-β-Glc-(1→3)-]n重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，能夠發(fā)揮重要的生理作用。作者通過(guò)1,2-順式木糖糖基化方案和正交一鍋糖苷化反應(yīng)策略，對(duì)基質(zhì)聚糖六糖基序25進(jìn)行了合成（圖4A-C）。此外，作者還完成了α-Xyl-(1→3)木糖苷12聚體的迭代合成（圖4D）。 
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圖4 基質(zhì)聚糖6糖和木聚糖12糖的合成
最后，作者與山東大學(xué)陸剛課題組合作進(jìn)行密度泛函理論計(jì)算，對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，C3位帶有Bz和Ac取代基的底物形成的β-氧代鎓離子在熱力學(xué)上是有利的（圖5A），吸電子基團(tuán)也可以增加異頭碳原子上的正電荷，從而導(dǎo)致更高的α選擇性。此外，木糖α-碘化物（α-I-1和α-I-2）也經(jīng)歷由Ph3PO介導(dǎo)的SN2反應(yīng)。作者通過(guò)ESI-MS成功檢測(cè)到了木糖鏻碘化物種Int2。與α-I-1相比，在使用4-CF3Bn基團(tuán)時(shí)，α-I-2在反應(yīng)中需要的能壘更低。與β異頭鏻碘化物Int1（QC = 0.437e）相比，CF3基團(tuán)使Int2（QC = 0.559e）中的異頭碳帶上更多正電荷（圖5B），促進(jìn)受體的進(jìn)攻。這些結(jié)果表明，吸電子效應(yīng)不僅通過(guò)增強(qiáng)β-氧代鎓離子的穩(wěn)定性來(lái)促進(jìn)SN1糖基化反應(yīng)，也促進(jìn)了立體選擇性的SN2反應(yīng)，這也是供體1f相較1b具有更加突出的立體選擇性的原因所在。
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圖5 DFT計(jì)算

總結(jié)

該1,2-順式木糖糖苷化反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1）反應(yīng)條件溫和；2）良好到優(yōu)秀的產(chǎn)率和優(yōu)秀的立體選擇性；3）寬廣的底物范圍，包括：醇、酚和酸。該糖苷化反應(yīng)被成功應(yīng)用于含α-Xyl-(1→6)邊鏈的半纖維素木葡聚糖六糖模塊，α-Xyl-(1→3)-α-Xyl-(1→3)-β-Glc-O-Ser木葡糖基三糖模塊，含[-α-Xyl-(1→3)-β-GlcA-(1→3)-]n二糖重復(fù)單元的基質(zhì)六糖和α-Xyl-(1→3)木糖苷（達(dá)到12-聚體）。此外，通過(guò)密度泛函理論計(jì)算從SN1和SN2糖苷化反應(yīng)路徑揭示了該高立體選擇性1,2-順式木糖糖苷化反應(yīng)的機(jī)理。
該研究成果以Highly stereoselective 1,2-cis-xylosylation enabled by reagent modulation,remote participation and electron-withdrawing synergistic effects為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI：10.1002/anie.202424048）。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所博士研究生萬(wàn)杰為該論文的第一作者，山東大學(xué)博士研究生嵇玉潔為共同第一作者，肖國(guó)志研究員和陸剛教授為該論文的通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”云嶺學(xué)者專(zhuān)項(xiàng)和云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃杰出青年項(xiàng)目等的大力資助。
作者簡(jiǎn)介：
肖國(guó)志：https://www.x-mol.com/groups/xiao_guozhi
陸剛：https://faculty.sdu.edu.cn/lugang

文獻(xiàn)詳情：

Highly Stereoselective 1,2-cis-Xylosylation Enabled by Reagent Modulation, Remote Participation, and Electron-Withdrawing Synergistic Effects
Jie Wan,  Yujie Ji,  Leilei Wang,  Rui Yang,  Kaifeng Li,  Qingyun Xian,  Prof. Xiufang Wang,  Prof. Gang Lu,  Prof. Guozhi Xiao
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202424048.
https://doi.org/10.1002/anie.202424048

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