樹(shù)脂糖苷Albinoside III的新型喹諾糖模塊的合成

孫琳琳, 劉文晶, 于廣利, 李春霞

(中國(guó)海洋大學(xué) 醫(yī)藥學(xué)院 海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省糖科學(xué)與糖工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003)

?

·研究論文·

樹(shù)脂糖苷Albinoside III的新型喹諾糖模塊的合成

孫琳琳, 劉文晶, 于廣利, 李春霞*

(中國(guó)海洋大學(xué) 醫(yī)藥學(xué)院 海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省糖科學(xué)與糖工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003)

樹(shù)脂糖苷Albinoside III是一種良好的多藥耐藥外排泵抑制劑，本文探索了高效構(gòu)建樹(shù)脂糖苷中喹諾糖模塊的方法。從D-葡萄糖硫苷出發(fā)，采用一鍋法，經(jīng)4步反應(yīng)構(gòu)建了D-喹諾糖模塊A,總收率58.4%；從4,6-位芐叉保護(hù)的D-葡萄糖硫苷出發(fā)，通過(guò)3-位選擇性的PMB保護(hù)，經(jīng)5步反應(yīng)構(gòu)建了正交保護(hù)的D-喹諾糖模塊E,總收率28.5%。該合成路線中涉及8個(gè)新化合物，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。

樹(shù)脂糖苷Albinoside III; D-葡萄糖硫苷; 一鍋法; 正交保護(hù); D-喹諾糖; 合成

樹(shù)脂糖苷是旋花科牽牛屬植物的主要活性成份，是一類含有大環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的糖脂。近年來(lái)，墨西哥Rogelio Pereda-Miranda小組[1-3]和中國(guó)的孔令義小組[4-5]等從旋花科植物中分離到了多種樹(shù)脂糖苷類化合物。生物活性研究發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂糖苷具有抗菌、抗腫瘤活性及多藥耐藥外排泵抑制活性等作用[1-6]。樹(shù)脂糖苷因其新穎獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和多樣的生物活性而倍受藥物化學(xué)家的關(guān)注。

2012年，墨西哥Sara Cruz-Morales等[7]從月亮藤的種子中提取分離到了樹(shù)脂糖苷Albinoside系列化合物，并且證明了Albinoside III(Chart 1)作為多藥耐藥外排泵抑制劑，與長(zhǎng)春堿聯(lián)合用藥，可抑制乳腺癌MCF-7細(xì)胞的增殖。Albinoside III用藥濃度為25 μg·mL-1時(shí)逆轉(zhuǎn)倍量可達(dá)2 140倍。樹(shù)脂糖苷Albinoside III作為良好的多藥耐藥外排泵抑制劑引起了我們的極大興趣。

Albinoside III

樹(shù)脂糖苷Albinoside III的寡糖鏈由一個(gè)D-葡萄糖，兩個(gè)L-鼠李糖和兩個(gè)D-喹諾糖組成，長(zhǎng)鏈脂肪酸為11S-羥基-十六烷酸，修飾性脂肪酸均為2-甲基-2-丁烯酸，內(nèi)酯環(huán)為19元環(huán)，內(nèi)酯鍵處在D-葡萄糖的3-位。該化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行全合成有相當(dāng)?shù)碾y度。

目前已合成的樹(shù)脂糖苷[8-12]所含糖的種類主要有D-葡萄糖，D-半乳糖，L-鼠李糖和D-巖藻糖四種，含D-喹諾糖的較少。1995年，Schmidt小組在合成樹(shù)脂糖苷Calonyctin A時(shí)，初次建立了D-喹諾糖模塊的合成方法[13]。該方法以D-葡萄糖為原料，首先制得1,2 ∶5,6-O-雙異亞丙基-α-D-呋喃葡萄糖，再將3-位經(jīng)選擇性烯丙基或芐基保護(hù)，水解5,6-位丙酮叉保護(hù)，6-位羥基形成活性磺酸酯后還原，再將1,2-位丙酮叉水解得到3-位烯丙基或芐基保護(hù)的D-喹諾糖。在此基礎(chǔ)上通過(guò)1,2-位原酸酯保護(hù)和一系列保護(hù)基操作后制備D-喹諾糖糖基供體或受體。上述合成D-喹諾糖模塊的路線較為繁瑣且產(chǎn)率較低。因此需要對(duì)D-喹諾糖模塊的合成方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

本文以Albinoside III中D-喹諾糖模塊的合成為重點(diǎn)，結(jié)合該化合物的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行兩個(gè)D-喹諾糖模塊(模塊A和模塊E)的構(gòu)建，進(jìn)而為后期Albinoside III的全合成奠定基礎(chǔ)。其中模塊A的構(gòu)建需要滿足以下要求：作為糖基供體與長(zhǎng)鏈脂肪酸偶聯(lián)；2-位保護(hù)基可以選擇性脫除，與供體模塊B進(jìn)行糖苷化；3,4-位需要比較穩(wěn)定的保護(hù)基，最后脫除構(gòu)建目標(biāo)物。模塊E的構(gòu)建需要滿足以下要求：作為糖基供體與受體模塊B進(jìn)行糖苷化；2-位可以選擇性脫除與供體模塊F進(jìn)行糖苷化；3-位可以選擇性脫除，替換為修飾性脂肪酸；4-位需要比較穩(wěn)定的保護(hù)基，最后脫除構(gòu)建目標(biāo)物。根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)了1-S-對(duì)甲基苯基-2-O-苯甲酰基-3,4-O-芐基-β-D-喹諾糖模塊A(7， Scheme 1)和1-S-對(duì)甲基苯基-2-O-鄰疊氮甲基苯甲?；?3-O-對(duì)甲氧基芐基-4-O-芐基-β-D-喹諾糖模塊E(13， Scheme 2)的合成路線。

Scheme 1

Scheme 2

從D-葡萄糖硫苷(1)[14 ]出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行全TMS保護(hù)制得化合物2，后經(jīng)一鍋法反應(yīng)制得3,4-位芐基保護(hù)的D-葡萄糖硫苷(5)，該一鍋法具體過(guò)程為：2經(jīng)TMSOTf催化的縮醛反應(yīng)生成4,6-位芐叉保護(hù)的中間體3；再以Et3SiH為還原劑，經(jīng)還原醚化反應(yīng)生成3-位選擇性芐基保護(hù)的中間體4； 4經(jīng)BH3·THF還原得化合物5。 5的6-位羥基形成活性磺酸酯[15]，2-位羥基用Bz保護(hù)制得D-葡萄糖硫苷供體6； 6經(jīng)硼氫化鈉還原合成了D-喹諾糖硫苷供體(7)。該路線采用一鍋法[16]實(shí)現(xiàn)了葡萄糖2,3-位的區(qū)分，構(gòu)建了D-喹諾糖模塊A(Scheme 1)。

從4,6-位芐叉保護(hù)的D-葡萄糖硫苷(8)[17]出發(fā)，在Bu2SnO的介導(dǎo)下，采用葡萄糖3-位選擇性PMB保護(hù)的方法[18]實(shí)現(xiàn)葡萄糖2,3-位的區(qū)分；然后選擇性打開(kāi)芐叉，6-位羥基形成活性磺酸酯[15]，再經(jīng)硼氫化鈉還原實(shí)現(xiàn)了6-位甲基化制得化合物12。選用Azmb保護(hù)基(鄰疊氮甲基苯甲酸酯基)[19]保護(hù)2-位羥基合成了D-喹諾糖硫苷13，由此構(gòu)建了正交保護(hù)的D-喹諾糖模塊E(Scheme 2)。

在上述合成路線中，化合物2， 5， 7， 9～13均為新化合物，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和HR-MS(ESI)表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

P-1020型旋光儀(589 nm，CHCl3為溶劑);DD2 500-MR型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Micromass Q-TOF ultima Global型質(zhì)譜儀。

所用試劑均為分析純，其中二氯甲烷、甲醇、甲苯、吡啶和DMF使用前經(jīng)無(wú)水處理。

1.2 合成

(1) 2的合成

將1[14]3.0 g(10.2 mmol)溶于二氯甲烷40 mL中，N2保護(hù)，冰浴冷卻，攪拌下加入Et3N 10.8 mL(81.6 mmol)，三甲基氯硅烷(TMSCl)7.6 mL(61.2 mmol)，逐漸升至室溫，反應(yīng)12 h(TLC監(jiān)測(cè))。真空濃縮，殘余物用石油醚稀釋，過(guò)濾，濾液濃縮后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=70 ∶1]純化得透明油狀液體2 4.8 g，收率81%；1H NMRδ: 7.43(d,J=8.1 Hz, 2H, ArH), 7.07(d,J=7.9 Hz, 2H, ArH), 4.56(d,J=8.5 Hz, 1H, 1-H), 3.79(dd,J=2.2 Hz, 11.1 Hz, 1H, 6-Ha), 3.62(dd,J=6.3 Hz, 11.2 Hz, 1H, 6-Hb), 3.47～3.39(m, 3H, 2,3,4-H), 3.26～3.24(m, 1H, 5-H), 2.34(s, 3H, ArCH3), 0.24(s, 9H, SiC3H9), 0.17(s, 9H, SiC3H9), 0.16(s, 9H, SiC3H9), 0.11(s, 9H, SiC3H9)。

(2) 5的合成

(3) 7的合成

將5 0.22 g(0.47 mmol)溶于10 mL吡啶中，N2保護(hù)，攪拌下于室溫加入p-TsCl 0.36 g(1.79 mmol)， DMAP 16 mg(0.08 mmol)，反應(yīng)5 h；于50 ℃反應(yīng)2 h(TLC監(jiān)測(cè))；加入BzCl 98 μL(0.85 mmol)，于室溫反應(yīng)4 h(TLC檢測(cè))。真空濃縮，加入二氯甲烷15 mL，依次用1 mol·L-1鹽酸(2×10 mL)，飽和NaHCO3溶液(2×10 mL)和飽和NaCl溶液(2×10 mL)洗滌，無(wú)水Na2SO4干燥，減壓蒸除溶劑，殘余物真空干燥得淡黃色油狀粗品6，直接用于下步反應(yīng)。

(4) 9的合成

(5) 10的合成

(6) 12的合成

將10 759 mg(1.5 mmol)溶于12 mL吡啶中，N2保護(hù)，攪拌下于室溫加入p-TsCl 1.3 g(6.9 mmol)和DMAP 32 mg(0.26 mmol)，反應(yīng)4 h(TLC監(jiān)測(cè))。減壓濃縮，殘余物加入二氯甲烷20 mL，依次用1 mol·L-1鹽酸(2×10 mL)、飽和NaHCO3溶液(2×10 mL)和飽和NaCl溶液(2×10 mL)洗滌，無(wú)水Na2SO4干燥，減壓濃縮得白色固體11粗品。

(7) 13的合成

樹(shù)脂糖苷Albinoside III作為潛在的多藥耐藥外排泵抑制劑，對(duì)其進(jìn)行全合成研究對(duì)于克服腫瘤多藥耐藥問(wèn)題具有重要意義。D-喹諾糖是樹(shù)脂糖苷Albinoside III骨架中重要的模塊，其合成報(bào)道較少。目前只有Schmidt小組報(bào)道了樹(shù)脂糖苷Calonyctin A中D-喹諾糖的合成[13]。樹(shù)脂糖苷Albinoside III中D-喹諾糖模塊A的構(gòu)建既要實(shí)現(xiàn)2,3-位的區(qū)分，又要將6-位進(jìn)行甲基化；其中D-喹諾糖模塊E需要進(jìn)行正交保護(hù)，因此合成難度較大。

本文探索了樹(shù)脂糖苷Albinoside III中兩個(gè)D-喹諾糖模塊的合成方法。文獻(xiàn)中通過(guò)原酸酯實(shí)現(xiàn)葡萄糖2,3-位區(qū)分[20-21]以及通過(guò)6-位羥基碘代后還原實(shí)現(xiàn)甲基化的方法[22]均比較繁瑣。本文以全TMS保護(hù)的D-葡萄糖硫苷2為原料，采用一鍋法通過(guò)4,6-位芐叉保護(hù)，3-位選擇性芐基化，選擇性打開(kāi)4,6-位芐叉快速高效地實(shí)現(xiàn)了葡萄糖2,3-位區(qū)分，然后6-位羥基形成活性磺酸酯后還原構(gòu)建了模塊A。若以D-葡萄糖為起始原料計(jì)算，該方法以7步38.3%的總收率構(gòu)建了3,4-位芐基保護(hù)，2-位Bz保護(hù)的D-喹諾糖硫苷供體7(即D-喹諾糖模塊A)。Schmidt小組以9步30.4%的總收率構(gòu)建了樹(shù)脂糖苷Calonyctin A中類似的D-喹諾糖模塊[13]。與Schmidt小組的方法相比，該一鍋法簡(jiǎn)化了合成步驟，提高了反應(yīng)產(chǎn)率。本研究開(kāi)創(chuàng)了由D-葡萄糖構(gòu)建D-喹諾糖模塊的新方法，為下一步糖苷化研究奠定了基礎(chǔ)。

另外，本研究構(gòu)建了正交保護(hù)的D-喹諾糖模塊E。在Bu2SnO的介導(dǎo)下，采用葡萄糖3-位選擇性PMB保護(hù)的方法實(shí)現(xiàn)了葡萄糖2,3-位的區(qū)分，選擇性打開(kāi)4,6-位芐叉，裸露的6-位羥基形成活性磺酸酯后還原，以5步28.5%的總收率構(gòu)建了D-喹諾糖硫苷供體13(即D-喹諾糖模塊E)。其中，芐基、對(duì)甲氧基芐基和鄰疊氮甲基苯甲酰基均可選擇性脫除，如芐基可用Pd/C， H2還原脫除，對(duì)甲氧基芐基可在酸性條件下脫除或通過(guò)DDQ氧化脫除，Azmb保護(hù)基可在溫和的還原條件下通過(guò)Staudinger反應(yīng)脫除(Bu3P, THF-H2O)[19]。該方法為Albinoside III的合成奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為樹(shù)脂糖苷類化合物中相關(guān)喹諾糖模塊的合成提供了借鑒。

從D-葡萄糖硫苷出發(fā)，采用一鍋法，經(jīng)4步反應(yīng)構(gòu)建了D-喹諾糖模塊A,總收率58.4%；從4,6-位芐叉保護(hù)的D-葡萄糖硫苷出發(fā)，通過(guò)3-位選擇性的PMB保護(hù)，經(jīng)5步反應(yīng)構(gòu)建了正交保護(hù)的D-喹諾糖模塊E,總收率28.5%。該合成路線中涉及8個(gè)新化合物。該研究結(jié)果為新型的多藥耐藥外排泵抑制劑的合成奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也推動(dòng)了Albinoside系列樹(shù)脂糖苷的構(gòu)效關(guān)系研究。

[1] Gomez J C, Miranda R P. Resin glycosides from the herbal drug jalap(Ipomoeapurga)[J].J Nat Prod,2011,74:1148-1153.

[2] Figueroa-Gonzalez G, Jacobo-Herrera N, Zentella-Dehesa A,etal. Reversal of multidrug resistance by morning glory resin glycosides in human breast cancer Cells[J].J Nat Prod,2012,75:93-97.

[3] Castaneda-Gomez J, Figueroa-Gonzalez G, Jacobo N,etal. Purgin II,a resin glycoside ester-type dimer and inhibitor of multidrug efflux pumps from ipomoea purga[J]. J Nat Prod,2013,76:64-71.

[4] Yin Y Q, Li Y, Kong L Y. Pentasaccharide glycosides from the tubers of sweet potato(Ipomoeabatatas)[J].J Agric Food Chem,2008,56:2363-2368.

[5] Yin Y Q, Wang J S, Luo J G,etal. Novel acylated lipo-oligosaccharides from the tubers ofIpomoeabatatas[J].Carbohydr Res,2009,344:466-473.

[6] Barnes C C, Smalley M K, Manfredi K P,etal. Characterization of an anti-tuberculosis resin glycoside from the prairie medicinal plantIpomoealeptophylla[J]. J Nat Prod,2003,66:1457-1462.

[7] Cruz-MoralesS, Castaneda-Gomez J, Figueroa-Gonzalez G,etal. Mammalian multidrug resistance lipopentasaccharide inhibitors from ipomoea alba seeds[J]. J Nat Prod,2012,75:1603-1611.

[8] Lu S F, O,yang Q Q, Guo Z W,etal. Total synthesis of tricolorin A[J].J Org Chem,1997,62:8400-8405.

[9] Larson D P, Heatheoek C H. Synthesis of the macrolactone disaccharide subunit of tricolorin A[J].J Org Chem,1996,61:5208-5029.

[10] 朱星枚. 樹(shù)脂糖苷Merremosideb的全合成研究[D].成都：四川大學(xué)，2006.

[11] Xie L, Zhu S Y, Shen X Q,etal. Total synthesis of batatoside L[J].J Org Chem,2010,75:5764-5767.

[12] Zhu S Y, Huang J S, Zheng S S,etal. First total synthesis of the proposed structure of batatin VI[J]. Org Lett,2013,16:4154-4157.

[13] Jiang Z H, Geyer A, Schmidt R R. The macrolidic glycolipid calonyctin A,a plant growth regulator:Synthesis,structural assignment,and conformational analysis in micellar solution[J].Angew Chem Int Ed Engl,1995,34(22):2520-2524.

[14] Khiar N, Martin-Lomas M A. Highly convergent synthesis of the tetragalactose moiety of the glycosyl phosphatidyl inositol anchor of the variant surface glycoprotein oftrypanosomabrucei[J].J Org Chem,1995,60:7017-7021.

[15] Lu S F, O'yang Q Q, Guo Z W,etal. The first total synthesis of tricolorin A[J].Angew Chem Int Ed Engl,1997,36(21):2344-2346.

[16] Huang T Y, Zulueta M M L, Hung S C. One-pot strategies for the synthesis of the tetrasaccharide linkage region of proteoglycans[J].Org Lett,2011,13(6):1506-1509.

[17] Greenberg W A, Priestley E S, Sears P S,etal. Design and synthesis of new aminoglycoside antibiotics containing neamine as an optimal core Structure: Correlation of antibiotic activity withinvitroinhibition of translation[J].J Am Chem Soc,1999,121:6527-6541.

[18] Verduyn R, Douwes M, Vander-Klein P A M,etal. Synthesis of a methyl heptaglucoside:Analogue of the phytoalexin elicitor from phytophtoramegasperma[J].Tetrahedr Lett,1993,49:7301-7316.

[19] Love K R, Andrade R B, Seeberge P H. Linear synthesis of a protected H-type II pentasaccharide using glycosyl phosphate building blocks[J]. J Org Chem,2001,66:8165-8176.

[20] Loscher S, Schobert R. Total synthesis and absolute configuration of epicoccamide D,a naturally occurring mannosylated 3-acyltetramic acid[J].Chem Eur J,2013,19:10619-10624.

[21] Wang G F, Lu Z C, Ding N. Differentiating the 2,3-diols of glucopyranosides by 4,6-O-benzylidene-protected-1,2-D-glucopyranosylorthoesters strategy[J].Carbohydr Res,2011,346:2368-2373

[22] Pauwels N, Aspeslagh S, Vanhoenacker G. Divergent synthetic approach to 6″-modifiedα-GalCer analogues[J].Org Biomol Chem,2011,9:8413-8421.

Synthesis of Novel Quinoside Building Blocks of Resign Glycoside Albinoside III

SUN Lin-lin, LIU Wen-jing, YU Guang-li, LI Chun-xia*

(Key Laboratory of Glycoscience and Glycotechnology of Shandong Province, Key Laboratory of Marine Drugs,Ministry of Education, School of Medicine and Pharmacy, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Resign glycoside albinoside III is a good multi-resistant efflux pump inhibitor. The efficient method to synthesize the quinoside building blocks of Albinoside III was reported. The quinoside building block A was synthesized fromp-tolyl-1-thio-β-D-glucopyranoside through one-pot strategy by four step reactions in total yield of 58.4%. The quinoside building block E was synthesized fromp-methylphenyl-4,6-O-benzylidene-1-thio-β-D-glucopyranoside through regioselective PMB protection by five step reactions in total yield of 28.5%. Eight novel compounds were involved in the synthetic route. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-MS(ESI).

Resign glycoside Albinoside III; D-glucopyranoside; one-pot strategy; orthogonal protection; D-quinoside; synthesis

2016-03-10；

2016-08-31

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-山東省人民政府聯(lián)合資助海洋科學(xué)研究中心項(xiàng)目(U1406402)； 海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(201405038)； 青島市自主創(chuàng)新重大專項(xiàng)(15-4-13-zdzx-hy)

孫琳琳(1990-)，女，漢族，山東德州人，碩士研究生，主要從事藥物化學(xué)的研究。 E-mail： sunlinlinenjoylife@163.com

李春霞，教授， Tel. 0532-82032030， E-mail： lchunxia@ouc.edu.cn

O629.11; O621.3

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.10.16070