薯蕷皂苷的匯聚式合成?

馬明旭， 陳朋偉， 周 薪， 王 鵬， 李 明

(中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003)

薯蕷皂苷的匯聚式合成?

馬明旭， 陳朋偉， 周 薪， 王 鵬， 李 明??

(中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266003)

采用匯聚式合成策略高效完成了天然產(chǎn)物薯蕷皂苷的合成。在PhCF3/tBuCN/CH2Cl2溶劑中，以HB(C6F5)4作為催化劑，-20 ℃條件下馬鈴薯三糖三氯亞胺酯供體與薯蕷皂苷元反應(yīng)，以β/α=11.8/1的立體選擇性和97%的產(chǎn)率得到糖苷化產(chǎn)物，然后脫除保護(hù)基得到薯蕷皂苷。

匯聚式合成；薯蕷皂苷；馬鈴薯三糖三氯亞胺酯；糖苷化

薯蕷皂苷(dioscin)是一種螺甾皂苷，由薯蕷皂苷元的3位羥基與馬鈴薯三糖以β糖苷鍵連接而成，結(jié)構(gòu)式見圖1。薯蕷皂苷通常存在于薯蕷屬植物如穿龍薯蕷、盾葉薯蕷、黃山藥等的根莖中，具有抗腫瘤[1]、改善心血管功能[2]、抗病毒[3]、調(diào)節(jié)免疫[4]、抗血小板凝集[5]、降血脂[6]等藥理作用，是上市藥物地奧心血康的主要活性成分之一[7]。

圖1 薯蕷皂苷的結(jié)構(gòu)

目前，合成薯蕷皂苷主要有線性逐步合成和匯聚式合成兩種策略。俞飚小組[8]于1998年采用線性逐步合成策略首次完成薯蕷皂苷的全合成，之后該小組分別以N-苯基三氟亞胺酯供體[9]與鄰己炔基苯甲酸酯供體[10]對(duì)上述方法進(jìn)行改進(jìn)。雷平生[11-12]等也采用線性逐步合成策略完成了薯蕷皂苷的合成工作。線性逐步合成策略可以通過葡萄糖2位保護(hù)基的鄰基參與作用很好地解決糖基和苷元之間β糖苷鍵的形成問題，但該策略步驟長(zhǎng)，苷元多次參與糖苷化反應(yīng)。Nohara[13-14]等在促進(jìn)劑BF3·Et2O的作用下，以馬鈴薯三糖三氯亞胺酯為供體和薯蕷皂苷元為受體，CH2Cl2為溶劑的條件下，采用匯聚式合成策略，以81.5%的產(chǎn)率得到糖苷化產(chǎn)物，但反應(yīng)的立體選擇性差，其β/α的比率為1/2.78；2008年，該課題組[15]在探索不同類型馬鈴薯三糖供體對(duì)糖苷化立體選擇性影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：以TMSOTf為促進(jìn)劑，馬鈴薯三糖亞磷酸二乙酯供體與薯蕷皂苷元反應(yīng)的立體選擇性可提高至β/α=3.2/1，但糖苷化產(chǎn)率則降為53%。這些結(jié)果表明馬鈴薯三糖供體由于沒有鄰基參與基團(tuán)，在采用匯聚式合成策略合成薯蕷皂苷時(shí)，其糖苷化立體選擇性的控制是合成的難點(diǎn)。2013年，本文課題組通過HB(C6F5)4催化的匯聚式合成方法[16]，高收率、高立體選擇性的完成了26位硫代和硒代薯蕷皂苷的合成，并在此基礎(chǔ)上成功完成了澳洲茄邊堿的全合成[17]。本文通過系統(tǒng)的條件優(yōu)化，采用匯聚式合成策略高效地完成了薯蕷皂苷的合成。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

TMSOTf(三氟甲磺酸三甲基硅酯)，HB(C6F5)4(四-(五氟苯基)硼酸)，DBU(1,8-二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯)等均為安耐吉試劑公司產(chǎn)品，純度99%。薯蕷皂苷元購于南京廣潤(rùn)生物制品有限公司，純度98%。未經(jīng)特殊說明，其余所用試劑均為國產(chǎn)分析純。乙腈、CH2Cl2經(jīng)過CaH2重蒸回流處理，所用石油醚沸程為60～90 ℃。柱層析所用硅膠由青島海洋化工廠分廠購置，規(guī)格為300～400目。TLC顯色劑為8%的硫酸甲醇溶液。

主要儀器有JEOLJNM-ECP(600MHz)和Bruker ARX500 (500 MHz)核磁共振波譜儀;JASCO P-1020比旋光儀;85-2型磁力攪拌器;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(EYELA,N-1100;BUCHI,R-114)。

1.2 實(shí)驗(yàn)操作

1.2.1 2-O-苯甲?；?2-氰基乙酸乙酯(3)的合成 氬氣保護(hù)，將商品化原料1(16 mL,0.15 mol)與NaNO2(12.5 g,0.18 mol)溶解在水(60 mL)中，冰浴下逐滴加入乙酸(11.5 mL,0.15 mol)，反應(yīng)恢復(fù)至室溫，攪拌4h，TLC檢測(cè)反應(yīng)完全，冰浴下加入濃鹽酸調(diào)pH=1，EtOAc萃取，收集有機(jī)相，無水MgSO4干燥，過濾、濃縮得到黃色固體2。將化合物2(500 mg,3.52 mmol)溶解在CH2Cl2(5 mL)中，加入Et3N(0.55 mL,3.88 mmol)，緩慢滴加苯甲酰氯(0.41 mL,3.52 mmol)，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)，12 h后TLC檢測(cè)反應(yīng)完全，加入CH2Cl2稀釋，用飽和NaHCO3溶液洗滌，收集有機(jī)相，無水MgSO4干燥，過濾、濃縮、重結(jié)晶(PE/CH2Cl2,60 ℃)得黃色固體3(510 mg,2.07 mmol,59% for two steps)。1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ8.18(d,J=8.0 Hz,2H),7.71(d,J=7.2 Hz,1H),7.54(t,J=7.8 Hz,2H),4.50(q,J=7.1 Hz,2H),1.43(t,J=7.1 Hz,3H)。

1.2.2S-對(duì)甲苯基-1-硫代-3,6-二-O-苯甲酰基-β-D-吡喃葡萄糖苷(5)的合成 氬氣保護(hù)，將化合物4(50 mg，0.17 mmol)，活化酯3(108 mg,0.44 mmol)加入到CH2Cl2(2 mL)中，加入Et3N(66 μL,0.47 mmol)，室溫下反應(yīng)。12h后TLC檢測(cè)反應(yīng)完全，減壓濃縮，(PE/EtOAc/CH2Cl2=5/1/1)柱層析分離得白色固體5(56 mg,0.11 mmol,65%)。1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ2.33-2.27(s,3H),3.01-2.69(m,2H),3.58(t,1H,J=9.5 Hz),3.70(t,1H,J=9.5 Hz),3.79-3.74(m,1H),4.62(d,1H,J=9.7 Hz),4.72-4.64(m,2H),5.27(t,1H,J=9.0 Hz),6.98(d,2H,J=7.7 Hz),7.40(t,2H,J=7.7 Hz),7.49-7.43(m,4H),7.55(t,1H,J=7.4 Hz),7.62(t,1H,J=7.4 Hz),8.08-8.02(m,4H)。

1.2.3 薯蕷皂苷元2,4-二-O-(2,3,4-三-O-乙?；?α-L-吡喃鼠李糖基)-3,6-二-O-苯甲酰基-β-D-吡喃葡萄糖苷(10)的合成 氬氣保護(hù)，將三糖供體9(33.8 mg,0.031 mmol)，薯蕷皂苷元(10 mg,0.024 mmol)和活化的5?分子篩(90 mg)加入到干燥的PhCF3/tBuCN/CH2Cl2(5/1/1.3)的混合溶液(2.1 mL)中，-20 ℃攪拌30 min后，加入HB(C6F5)4(0.0048 mmol)的CH2Cl2(100 μL)新制溶液，-20 ℃下反應(yīng)2 h，TLC檢測(cè)反應(yīng)完全，加入Et3N淬滅反應(yīng)，減壓濃縮，柱層析分離(PE/EtOAc=2/1)得糖苷化產(chǎn)物10(β/α=11.8/1) (31 mg,0.023 mmol,97%)。β構(gòu)型數(shù)據(jù)：1H NMR(600 MHz,CDCl3)δ0.67(d,3H,J=6.2 Hz),0.80-0.75(m,6H),0.94(s,3H),0.97(d,3H,J=7.0 Hz),1.14(d,3H,J=6.3 Hz),1.73(s,3H),1.87(s,3H),1.91(s,3H),1.94(s,3H),1.97(d,6H,J=1.6 Hz),2.26-2.19(m,1H),2.41-2.36(m,1H),3.36(t,1H,J=11.0 Hz),3.49-3.44(m,1H),3.60-3.52(m,1H),3.73-3.67(m,1H),3.78(t,1H,J=8.2 Hz),3.87-3.83(m,1H),3.96(t,1H,J=9.5 Hz),4.36-4.31(m,1H),4.41(q,1H,J=7.3Hz),4.50(dd,1H,J=12.2,5.5 Hz),4.66(d,1H,J=7.7 Hz),4.75(s,1H),4.78(dd,1H,J=12.4,2.3 Hz),4.92-4.83(m,3H),4.96(dd,1H,J=3.6,1.7 Hz),5.12-5.09(m,1H),5.17-5.13(m,2H),5.33(d,1H,J=5.1 Hz),5.60(t,1H,J=9.1 Hz),7.46-7.40(m,4H),7.58-7.53(m,2H),8.03(t,4H,J=7.2 Hz);13C NMR(125 MHz,CDCl3)δ14.6,16.4,17.0,17.26,17.28,19.3,20.4,20.7,20.82,20.85,20.89,20.93,28.9,29.8,30.4,31.5,31.9,32.2,36.9,37.0,38.6,39.8,40.4,41.7,50.0,56.6,62.2,62.9,65.7,66.6,66.9,67.6,68.6,68.8,69.2,70.1,70.6,71.1,73.1,76.0,76.3,77.5,79.6,80.9,98.1,99.1,99.6,109.4,122.1,128.48,128.52,128.9,129.2,129.9,130.0,130.2,131.0,133.1,133.4,140.1,165.1,165.9,169.0,169.7,169.97,170.00,170.07,170.12。

1.2.4 薯蕷皂苷的合成 氬氣保護(hù)，將β構(gòu)型化合物10(45 mg, 0.034 mmol)溶于CH3OH/CH2Cl2(v/v=1/1)的混合溶液(2 mL)中，加入甲醇鈉至pH=12，室溫下反應(yīng)24 h，TLC檢測(cè)反應(yīng)完全。酸性樹脂中和至pH=6，過濾、濃縮，(CH2Cl2/MeOH(7/1) with 8% H2O)柱層析分離得白色固體薯蕷皂苷(28 mg,0.032 mmol,95%)。1H NMR(600 MHz, pyridine-d5)δ0.71(d,3H,J=5.2 Hz),0.85(s,3H),1.07(s,3H),1.15(d,3H,J=7.0 Hz),1.65(d,3H,J=6.1 Hz),1.78(d,3H,J=6.2 Hz),2.74(t,1H,J=11.6 Hz),2.85-2.79(m,1H),3.52(t,1H,J=10.3 Hz),3.62-3.58(m,1H),3.66(d,1H,J=9.5 Hz),3.94-3.85(m,1H),4.10(dd,1H,J=12.1,3.5 Hz),4.28-4.21(m,3H),4.45-4.33(m,3H),4.56(dd,2H,J=14.2,6.2 Hz),4.65(dd,1H,J=9.2,3.4 Hz),4.70(s,1H),4.85(d,1H,J=1.9 Hz),5.00-4.93(m,3H),5.33(d,1H,J=4.9 Hz),5.88(s,1H),6.43(s,1H);13C NMR(125 MHz,pyridine-d5)δ15.0,16.4,17.3,18.5,18.7,19.4,21.1,29.3,30.0,30.2,30.6,31.7,31.8,32.2,32.3,37.2,37.5,39.0,39.9,40.5,42.0,50.3,61.3,61.5,62.9,66.9,69.5,70.4,72.6,72.8,72.9,73.9,74.1,77.0,77.8,78.0,78.1,78.6,81.1,100.3,102.0,102.9,109.3,121.8,140.8。

2 結(jié)果與討論

采用1-O-苯甲?；讲⑷?BBTZ)[18]對(duì)化合物4的3,6-位羥基苯甲酰化，盡管以72%的產(chǎn)率得到3,6-位苯甲?；Ｗo(hù)的葡萄糖硫苷5，但柱層析分離除去1-羥基苯并三唑(HOBt)非常困難。最近，研究發(fā)現(xiàn)[19]在形成酰胺鍵時(shí)，2-肟氰乙酸乙酯能夠取代HOBt用于酰胺鍵的形成，且該化合物能夠方便地用水洗除去，熱穩(wěn)定性也較HOBt好。受此啟發(fā)，我們以氰基乙酸乙酯與現(xiàn)制的亞硝酸反應(yīng)得到2-肟氰乙酸乙酯，再與苯甲酰氯反應(yīng)，2步以59%的產(chǎn)率得到活化酯3。在2.7當(dāng)量的三乙胺，CH2Cl2為溶劑，2.5當(dāng)量的活化酯3與葡萄糖對(duì)甲苯硫苷4反應(yīng)，以65%的產(chǎn)率得到3,6-位羥基苯甲?；漠a(chǎn)物5(如圖2所示)。與采用BBTZ相比，盡管化合物5的產(chǎn)率略低，但其純化非常容易。最近，Williams小組[20]系統(tǒng)地研究了活化酯3選擇性保護(hù)羥基的方法。

(試劑與條件:a)NaNO2,AcOH,H2O,r.t.,4h;b)BzCl,Et3N,CH2Cl2,r.t.,12h,59% from 1 to 3;c) 3,CH2Cl2, Et3N, r.t., 12 h, 65%。)

圖3為薯蕷皂苷的合成，按照文獻(xiàn)方法[16]，鼠李糖三氯亞胺酯供體6，與化合物5在TMSOTf催化下進(jìn)行2,4-位雙糖苷化反應(yīng)，脫除異頭位硫苷得到化合物8?；衔?與Cl3CCN反應(yīng)，得到馬鈴薯三糖三氯亞胺酯供體9。

對(duì)薯蕷皂苷元和馬鈴薯三糖供體9的糖苷化反應(yīng)條件進(jìn)行探索，結(jié)果如表1所示。以甲苯為溶劑，在TMSOTf (0.2 equiv)的催化下以β/α=1/1.2的立體選擇性和88%的收率得到化合物10 (表1中的Entry 1)。參考匯聚式合成薯蕷皂苷類似物[16]與澳洲茄邊堿[17]的糖苷化方法，當(dāng)溶劑更換為PhCF3/tBuCN/CH2Cl2(5/1/1.3)，催化劑為HB(C6F5)4(0.2 equiv)時(shí)，0 ℃下反應(yīng)以97%的收率得到β/α=7.3/1的糖苷化產(chǎn)物10 (表1中的Entry 2)；進(jìn)一步降低反應(yīng)溫度至-20 ℃，反應(yīng)的β/α立體選擇性提高至11.8/1，而反應(yīng)產(chǎn)率不受影響 (表1中的Entry 3)。硅膠柱層析分離得到β構(gòu)型化合物10，經(jīng)CH3ONa脫除所有的酰基保護(hù)基以95%的產(chǎn)率得到薯蕷皂苷。

表1 馬鈴薯三糖供體9與薯蕷皂苷元的糖苷化反應(yīng)條件探索a

注：a反應(yīng)體系中供體 (1.0 equiv)，受體 (1.3 equiv)，催化劑 (0.2 equiv)，加入5?分子篩干燥。

aAll reactions were performed with1.0 equiv of donor, 1.3 equiv of acceptor, 0.2 equiv catalyst and dried by 5? molecular sieve.

(試劑與條件: a) TMSOTf, CH2Cl2, -30 ℃, 3 h; b) NBS, acetone-H2O, 0 ℃, 0.5 h, 72% from 5 to 8; c) Cl3CCN, DBU, CH2Cl2, r.t., 24h, 91%; d) diosgenin, HB(C6F5)4, PhCF3/tBuCN/CH2Cl2, -20 ℃; e) CH3ONa, CH3OH/CH2Cl2=1/1, r.t., 24h, 95%.)

3 結(jié)語

本文采用匯聚式合成策略，完成了天然產(chǎn)物薯蕷皂苷的合成。制備的苯甲?；?-肟氰乙酸乙酯3，用于葡萄糖對(duì)甲苯硫苷3,6-位苯甲?；Ｗo(hù)。馬鈴薯三糖供體9與薯蕷皂苷元在PhCF3/tBuCN/CH2Cl2(5/1/1.3), HB(C6F5)4(0.2 equiv), -20 ℃的條件下以97%的收率及β/α=11.8/1的立體選擇性得到糖苷化產(chǎn)物，經(jīng)CH3ONa以95%的產(chǎn)率脫除保護(hù)基得到薯蕷皂苷。

[1] Hu K, Dong A, Yao X, et al. Antineoplastic agents； I. three spirostanol glycosides from rhizomes of dioscorea collettii var. hypolauca [J]. Planta Med, 1996, 62: 573-575.

[2] 倪嵐, 許澎, 伍旭升, 等. 薯蕷皂苷對(duì)缺氧/復(fù)氧心肌細(xì)胞損傷的抗氧化作用研究 [J]. 上海中醫(yī)藥雜志, 2007, 41(11): 76-77. Ni L, Xu P, Wu X S, et al. Antioxidative effect of dioscin on cardiomyocyte following hypoxia/reoxygenation injury [J]. Shanghai Journal of Traditional Chinese Medicine, 2007, 41(11): 76-77.

[3] Ikeda T, Ando J, Miyazono A, et al. Anti-herpes virus activity of Solanum steroidal glycosides [J]. Biol Pharm Bull, 2000, 23: 363-364.

[4] 于海榮, 王濟(jì)興, 張風(fēng)英, 等. 穿山龍總皂苷對(duì)大鼠T淋巴細(xì)胞功能影響的血清藥理學(xué)研究 [J]. 時(shí)珍國醫(yī)國藥, 2006, 17(9): 1653-1654. Yu H R, Wang J X, Zhang F Y, et al. The pharmacological study of whole saponin of rhizoma dioscoeae nipponicae effect on rats'T lymph cell function [J]. Lishizhen Medicine and Materia Medica Research, 2006, 17(9): 1653-1654.

[5] 斯其連, 周達(dá)新. 薯蕷皂苷抗血小板聚集作用的臨床觀察 [J]. 中國臨床藥學(xué)雜志, 2006, 15(4): 238-239. Si Q L, Zhou D X. Clinic observation of anti-platelet aggregation of dioscin [J]. Chinese Journal of Clinical Pharmacy, 2006, 15(4): 238-239.

[6] 張楠, 張杰, 劉志禮, 等. 盾葉冠心寧片治療高脂血癥的臨床試驗(yàn)研究 [J]. 中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志, 2009, 7(3): 255-256. Zhang N, Zhang J, Liu Z L, et al. Clinic experimental study of treating hyperlipemia of DUN YE GUAN XIN NING tablet [J]. Chinese Journal of Integrative Medicine on Cardio-/Cerebrovascular Disease, 2009, 7(3): 255-256.

[7] 李伯剛, 周正質(zhì). 治療心血管疾病新藥地奧心血康的化學(xué) [J]. 新藥與臨床, 1994, 13(2): 75-76. Li B G, Zhou Z Z. The chemistry of treating cardiovascular disease of DI’AO XIN XUE KANG [J]. New Drugs and Clinical Remedies, 1994, 13(2): 75-76.

[8] Deng S, Yu B, Hui Y Z. A facile synthetic approach to a group of structurally typical diosgenyl saponins [J]. Tetrahedron Lett, 1998, 39: 6511-6514.

[9] Yu B, Tao H C. Glycosyl trifluoroacetimidates. Part 1: Preparation and application as new glycosyl donors [J]. Tetrahedron Lett, 2001, 42: 2405-2407.

[10] Li Y, Yang Y, Yu B. An efficient glycosylation protocol with glycosyl ortho-alkynylbenzoates as donors under the catalysis of Ph3PAuOTf [J]. Tetrahedron Lett, 2008, 49: 3604-3608.

[11] Zou C C, Hou S J, Shi Y, et al. The synthesis of gracillin and dioscin: two typical representatives of spirostanol glycosides [J]. Carbohydr Res, 2003, 338: 721-727.

[12] Hou S J, Zou C C, Zhou L, et al. Facile sythesis of dioscin and its analogues [J]. Chem Lett, 2005, 34: 1220-1221.

[13] Ikeda T, Ando J, Miyashita H, et al. Synthesis of neosaponins having an α-L-rhamnopyranosyl-(1→4)-[ α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)]-D-glucopyranosylglyco-linkage [J]. Tetrahedron Lett, 2001, 42: 2353-2356.

[14] Miyashita H, Ikeda T, Nohara T. Synthesis of neosaponins and neoglycolipids containing a chacotriosyl moiety [J]. Carbohydr Res, 2007, 342: 2182-2191.

[15] Miyashita H, Kai Y, Nohara T, et al. Efficient synthesis of α- and β-chacotriosyl glycosides using appropriate donors, and their cytotoxic activity [J]. Carbohydr Res, 2008, 343: 1309-1315.

[16] Chen P W, Wang P, Song N, et al. Convergent synthesis and cytotoxic activities of 26-thio- and selenodioscin [J]. Steroids, 2013, 78: 959-966.

[17] Chen P W, Wang P, Liu L, et al. Convergent synthesis of solamargine and analogues Thereof: Structural revision of 16-epi-solamargine and cytotoxic evaluation [J]. Asian J Org Chem, 2015, 4: 1273-1280.

[18] Song G, Yang S, Zhang W, et al. Discovery of the first series of small molecule H5N1 entry inhibitors [J]. J Med Chem, 2009, 52: 7368-7371.

[19] Subiros F R, Prohens R, Barbas R. Oxyma: An efficient additive for peptide synthesis to replace the benzotriazole-based HOBt and HOAt with a lower risk of explosion [J]. Chem Eur J, 2009, 15: 9394-9403.

[20] Burugupalli S, Shah S, Peet P, et al. Investigation of benzoyloximes as benzoylating reagents: Benzoyl-Oxyma as a selective benzoylating reagent [J]. Org Biomol Chem, 2016, 14: 97-104.

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

Convergent Synthesis of Dioscin

MA Ming-Xu, CHEN Peng-Wei, ZHOU Xin, WANG Peng, LI Ming

(The Key Laboratory of Marine Durgs, Ministry of Education, School of Medicine and Pharmacy, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Convergent and efficient synthesis of dioscin was achieved. The glycosylation of the chacotrisyl trichloroacetimidate and diosgenin were promoted by HB(C6F5)4in PhCF3/tBuCN/CH2Cl2solvent at -20 ℃ to provide product with 97% yield and a β/α ratio of 11.8/1. Dioscin was obtained after removal of protecting groups.

convergent synthesis； dioscin； chacotrisyl trichloroacetimidate； glycosylation

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21002095；21272220)資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China (21002095；21272220)

2015-12-02；

2016-04-14

馬明旭(1991-)，男，碩士生。E-mail:mmx_1991@163.com

?? 通訊作者：E-mail: lmsnouc@ouc.edu.cn

O621.3

A

1672-5174(2017)05-101-05

10.16441/j.cnki.hdxb.20150424

馬明旭， 陳朋偉， 周薪, 等. 薯蕷皂苷的匯聚式合成[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 47(5): 101-105.

MA Ming-Xu, CHEN Peng-Wei, ZHOU Xin, et al. Convergent synthesis of dioscin[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(5): 101-105.