（药物化学专业论文）gm3三糖衍生物的合成研究.pdf

捕要 g m 3 三糖衍生物的合成研究 摘要 n 乙酰神经氨酸( n e u 5 a c ) 是一类自然界中分布最广的唾液酸类化合物， 它是构成哺乳动物细胞表面糖脂和糖蛋白的重要组分，往往以0 【( 2 3 ) 和0 【( 2 6 ) 唾液酸苷键与半乳糖或n 乙酰半乳糖胺连接。细胞表面的n e u 5 a c 在细胞间的 相互作用中具有重要影响，例如病毒与宿主间的识别，肿瘤细胞的转移和细胞的 变异和增殖。本论文完成了高效立体选择性的合成a ( 2 3 ) 和 ( 2 - - - + 6 ) 一n e u 5 a c g a l 单元的工作，为进一步研究它们的生化功能提供了物质基 础。 一三氟乙酰亚胺酯作为离去基团在唾液酸苷化中的应用研究 由于唾液酸本身结构上的原因使得唾液酸苷化相对来说比较困难，合成重点 是热力学不稳定的a 构型一乙酰神经氨酸糖苷键的生成。早期一些直接糖苷化 的方法易得2 ，3 一消除产物及少量旺构型和1 3 构型产物。我们将- 苯基三氟乙酰亚 胺酯应用在直接唾液酸苷化中，结果比较令人满意。相比较于以前的唾液酸苷化 方法，三氟乙酰亚胺酯不论从产率还是从立体选择性上都可以说是一个极好的唾 液酸苷化离去基团，易于操作，性质比较稳定，而且只需要用催化量的路易斯酸 即可催化反应。 二 n e u 5 a c 叫2 3 ) g a lp ( 1 4 ) g m 3 三糖衍生物的合成研究 g m 3 是一种普遍存在的具有广泛细胞活性的代谢物，可以调节受体与酶的 特异结合，抑制免疫反应及瘤交联等。本论文以n e u 5 a c ，g a l ，g l u 三种简单糖为 原料，采用三氟乙酰亚胺酯唾液酸苷化方法，分别按照线性合成及汇聚式合成两 种合成策略，分别合成了n e u 5 a ca ( 2 3 ) g a lp ( 1 4 ) g m 3 三糖衍生物x h 1 8 和x h 1 1 8 。 三 n e u 5 a c 酢6 ) g a l 唾液酸苷化的合成研究 搐要 本论文还采用三氟乙酰亚胺酯方法合成了n e u 5 a ca ( 2 6 ) g a l 连接的唾液酸 苷x h 一1 - 1 4 ，唾液酸- 芳基三氟乙酰亚胺酯x h 1 _ 3 与半乳糖受体x h - 3 1 6 糖苷化 得到唾液酸二糖x h 1 1 1 。 关键词：糖基给体，胪芳基三氟乙酰亚胺酯，唾液酸苷化，g m 3 三糖衍生物 a b s t r a c t s t u d yo nt h es y n t h e s i so fg m 3 一s a c c h a r i d ea n a l o g s a b s t r a c t s i a l i ca c i d sc o n s t i t u t ef a m i l yo fn a t u r a l l yo c c u r r i n g2 - k e t o 一3 一d e o x y - n o n o n i c a c i d st h a t p l a yi m p o r t a n t r o l e si naw i d e r a n g e o f b i o l o g i c a lp r o c e s s e s n a c e t y l n e u r a m i ca c i d ( n e u 5 a c ) ，t h em o s ta b u n d a n ts i a l i ca c i dc o n g e n e ri nn a t u r e ，i s f o u n da tt h et e r m i n io fg l y c o p r o t e i n sa n dg l y c o l i p i d so nm a m m a l i a nc e l ls u r f a c e s ， u s u a l l yl i n k e d ( 2 3 ) a n d0 【( 2 6 ) s i a l o g l y c o s i d el i n k a g e s s i n c en e u 5 a co nt h e c e l ls u r f a c e sp l a y sd i v e r s ea n di m p o r t a n tr o l e si nc e l l c e l li n t e r a c t i o np r o c e s s e s ，s u c h a sp a t h o g e n h o s tr e c o g n i t i o n ，t u m o rm e t a s t a s i s ，a n dc e l ld i f f e r e n t i a t i o n p r o l i f e r a t i o n i nt h i st h e s i sas e r i e so fa ( 2 3 ) a n dc t ( 2 6 ) - n e u 5 a c g a lu n i t sw e r es y n t h e s i z e di n o r d e rt of t l r t h e ri n v e s t i g a t et h e i rb i o l o g i c a lf u n c t i o n s p a r tl ：e f f i c i e n ts i a l y l a t i o nw i t hp h e n y l t r i f l u o r o a c e t i m i d a t e sa sl e a v i n gg r o u p s s i a l y l a t i o nt o m a k ee q u a t o r i a l2 - a k e t o s i d i c l i n k a g e si s o n eo ft h em o s t c h a l l e n g i n gt a s k s t h ee a r l ya t t e m p t so f t e na f f o r d e dt h e2 , 3 一d e h y d r op r o d u c ta n dg a v e o n l y a f e w 吼一s i a l y l ， a n d o r 口一g l y c o s i d e p r o d u c t s f o r t u n a t e l y ， n - p h e n y l t r i f l u o r o a c e t i m i d a t e sw e r ed i s c l o s e da se x c e l l e n tl e a v i n gg r o u p sf o rd i r e c t s i a l y l a t i o n w h i c hc o m p a r e sf a v o r a b l yw i t l lt h ep r e v i o u sp r o t o c o l sw i t l lr e s p e c tt ot h e c o u p l i n gy i e l d s ，o t s e l e c t i v i t y ，e a s eo fo p e r a t i o n sa n de m p l o y m e n to fan o n t o x i c c a t a l y t i ca m o u n to f t h ep r o m o t e r p a r t2 ：s t u d ro nt h es y n t h e s i so f n e u 5 a c 伍( 2 - - 3 ) g a lb ( 1 4 ) g m 3 - s a c c h a r i d e a n a l o g s g a n g l i o s i d eg m 3 i sau b i q u i t o u sm e t a b o l i t ew i t hav a r i e t yo fc e l l u l a ra c t i v i t i e s m a th a v e b e e nr e v i e w e da n di n c l u d ed i f f e r e n t i a t i o n t h em o d u l a t i o no fs e v e r a l r e c e p t o r s a n do t h e r e n z y m e s ，i m m u n o s u p r e s s i o n ， a n dt u m o r a s s o c i a t i o n u s i n g a b s t r a c t n e u 5 a c ，d g l u c o s ea n dd g a l a c t o s ea ss t a r t i n gm a t e r i a l s ，w eh a ds y n t h e s i z e dt h e p r o t e c t e dg m 3 一s a c c h a r i d ea n a l o g sx h - 1 - 8a n dx h - 1 1 8v i as t e p w i s ea n dc o n v e r g e n t s t r a t e g i e s n - p h e n y l t r i f l u o r o a c e t i m i d a t e s w e r ea p p l i e ds u c c e s s f u l l yi ns e l e c t i v e g l y c o s y l a t i o n p a r t3 ：s t u d yo nt h es y n t h e s i so fs i a l y ld i s a e e h a r i d en e u 5 a eo ( 2 6 ) g a l w eh a da l s os y n t h e s i z e dt h ep r o t e c t e dn e u 5 a ca ( 2 6 ) g a ld i s a c c h a r i d ex h 1 - - 1 4 n - p h e n y l t r i f l u o r o a c e t i m i d a t e sw e r ea l s oa p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nt h es y n t h e s i so fs i a l y l d i s a c c h a r i d en e u 5 a cc t ( 2 6 ) g a l k e y w o r d s ： g l y e o s y ld o n o r , n - a r y l t r i f l u o r o a e e t i m i d a t e s ，s i a l y l a t i o n ， g m 3 - s a e c h a r i d ea n a l o g s g m 3 三耱衍生物的合成研究 第一章文献综述 一、糖类的生物学研究 糖类及其复合物是自然界广泛存在的一大类物质，是生物生命过程中的重要 的物质基础和能量基础。而目前更为人们所关注的则是其作为生物信息的载体， 糖类作为自然界的一大类生物活性分子，参与了很多重要的生理和病理过程。无 论是在受精、发生、发育、分化、神经系统、免疫系统恒态的维持方面，还是在 炎症及自身免疫疾病、老化、癌细胞异常增殖及转移、病原体感染、植物与病原 菌相互作用等过程中都涉及糖链的参与，糖链在这些生命过程中起到特异性的识 别和介导的作用。 因此分离有关的糖类，测定其结构，并以此为基础，就能设计和开发一类崭 新的药物。近年来开发的以糖类为基础设计的新药主要包括：抗炎药物，抗粘着 药物和抗流感药物。以糖类为基础的药物研究和设计大致可分为几个阶段【1 ，2 】： ( 1 ) 有关的生物现象的研究；( 2 ) 阐明其分子基础；( 3 ) 从有关的糖复合物中 找出有效的寡糖，并测定其结构；( 4 ) 开发更有效的衍生物；( 5 ) 寻找有效的非 糖类模拟化合物。 近年来随着糖生物学的发展，揭示了糖类在生命过程中的重要作用，细胞表 面的大量受体分子都是糖蛋白和糖脂类等糖复合物。如果说与核酸有关的生命现 象是最根本的，则和糖类有关的生命现象则常常是最先和最直接表达的。因为核 酸是在细胞内的，而糖类是在细胞表面的。 c r i c k 于1 9 5 8 年提出“d n a r n a 一蛋白质”作为基因信息传递的中心法则， 现代研究人员认为生物体内的信息流并不终止于蛋白质，“蛋白质糖类”应是基 因信息的传递和延伸。在基因组学、蛋白质组学受到人们的广泛关注和重视的同 时，也应进行糖生物学、糖组学的研究。基因对细胞的生命活动的调控是由基因 所编码的蛋白质以及蛋白质所合成的脂类和糖链来体现的，因此基因功能的阐明 不仅需要进行功能基因组学( f u n c t i o n a lg e n o m i c s ) 研究，而且还要开展功能蛋 白质组学( f u n c t i o n a lp r o t e o m i c s ) 和功能糖组学( f u n c t i o n a lg l y c o m i c s ) 研究。 如果能及时的将糖组学、糖生物学整合到迅速发展的的生命科学中，则必将破解 糖信息密码在各种生理过程中所起的作用。随着糖链在生命活动中的功能和调控 机制研究的深入，必将极大的促进功能基因学和蛋白质组学的研究。因此糖生物 g m 3 三糖衍生物的合成研究 学是全面揭示生命本质的所不可缺少的分支，是二十一世纪生命科学研究的重要 组成部分【3 ，4 】。 2 0 0 1 年3 月2 3 日出版的美国科学杂志汇编了7 篇综述和6 篇简介组成了一 个专辑“糖和糖生物学”，这同样预示着长期以来被人们了冷落的糖类将再度在 科学的舞台上扮演重要的角色。 目前糖生物学及糖组学研究中要解决的关键技术问题是糖链结构分析和合 成方法的建立，在糖链分析上需要建立高分辨率、快速的序列测定方法和构象研 究的方法、模型；在合成上需要建立高效的合成方法。因此开发寡糖及其糖复合 物合成的自动化也将再次成为研究热点。然而从化学合成的角度看，糖化学的成 就远远落后于蛋白质与核酸化学。1 9 0 2 年创立的k o e n i g s k n o r r 反应，尽管存在 许多问题，到现在依然是常用的主要手段。因此实现高产率和高立体选择性，有 待于开发出高效的糖苷化反应方法。但糖链的结构分析和合成很难象核酸和蛋白 质那样完全靠化学方法解决，因此化学方法和酶反应相结合是糖化学的发展趋 势。 2 0 0 1 年3 月2 3 日出版的美国科学杂志专辑中有一篇综述全面地介绍了寡糖 和糖蛋白合成的进展，题目为“通向寡糖和糖蛋白合成自动化之路”。文章介绍 了寡糖的化学和酶促合成的进展，其中包括使用一组串联的、不同的固定化的外 切糖苷水解酶合成寡糖：此外还提出了一些合成的新思路，例如利用不同单糖衍 生物的不同反应能力设定寡糖合成的程序，三种合成复杂型n 糖链的方法，利 用工程化的蛋白酶连接糖肽和肽链合成糖蛋白，利用内含肽的特性，通用非酶的 转肽反应合成糖蛋白，利用n 一糖链的内切糖苷水解酶改造糖蛋白中原有的糖链 等【5 一。 二、糖脂的生物学研究 糖复合物( g l y c o c o n j u g a t e s ) 是糖类和蛋白质或脂类形成的共价结合物，而 糖复合物中的寡糖糖链是生物体内重要的的信息分子，在分子识别中起着举足轻 重的作用。糖脂( g l y c o l i p i d s ) 是糖类通过其还原末端以糖苷键与脂类连接起来 的化合物，鉴于脂质部分的不同，糖脂可分为四类【7 】：1 分子中含鞘氨醇的鞘糖 脂：2 分子中含甘油脂的甘油糖脂；3 由磷酸多萜醇衍生的糖脂；4 由类固醇 g m 3 三糖衍生物的合成研究 衍生的糖脂。 糖脂广泛的分布于生物界。哺乳动物的组织和器官中所含的糖脂主要为鞘糖 脂，鞘糖脂的组成、结构和分布具有专属和组织专一性【8 】o 某些植物中也含有一 些鞘糖脂，但是总的来讲，鞘糖脂在植物界中的分布不很普遍。 糖脂的糖链不仅与蛋白质受体相互识别，其本身也是信号传导分子。糖脂的 功能可归纳如- f 9 , 1 0 , 1 1 ：1 细胞质膜外层的重要组分，提供了结构上的稳定和强 度：2 细胞表面标记和抗原及免疫学功能；3 参与细胞一细胞间相互作用和识别： 4 分化标志；5 参与细胞生长调节，癌变和信息传递；6 与生物活性因子的相 互作用：作为细胞毒素、糖蛋白激素、病毒的受体；7 影响细胞质膜蛋白功能； 8 参与细胞粘附。 糖脂在细胞生物学中作为信号调节因子具有重要的作用，在生物化学和生物 医学研究领域已经引起了人们的广泛注意和极大的兴趣。而设计合成一些糖脂衍 生物用于阻断细胞粘附和调节免疫反应必将在肿瘤、感染和其它一些由于细胞调 节紊乱而引起的疾病的治疗方面发挥重要的作用。is a k a l 1 2 1 回顾了四类糖脂用 于药物设计治疗方面的研究进展，包括类固醇类糖脂衍生物( s t e r o i d a lg l y c o s i d e d e r i v a t i v e s ) 、鞘糖脂类衍生物( g l y c o s y lc e r a m i d ed e r i v a t i v e s ) 、葡萄糖胺衍生物 ( g l u c o s a m i n ed e r i v a t i v e s ) 和甘油糖脂类衍生物( g l y c e r o lg l y c o l i p i dd e r i v a t i v e s ) 。 糖脂及其衍生物被认为在细胞生长、分化、凋亡方面具有重要的调节作用，并且 某些是潜在的治疗药物。因此研究糖脂的结构与生物活性之间的构效关系是很重 要的。 神经节苷脂( g a n g l i o s i d e ) 是含唾液酸的一类鞘糖脂的总称，最早发现于本 世纪三十年代，六十年代后才引起越来越多神经生物学家的重视，成为涉及神经 生化、细胞药理、生理、发育等许多专业的热门课题。 三、神经节苷脂的的结构及物化性质 生物膜的基本结构是膜脂质双层，根据脂类骨架结构的不同，可将这些脂类 分为脂肪、磷酸甘油酯、鞘磷脂、糖脂和类固醇五大类。糖脂约占外层脂类的5 ，又可根据脂肪链的不同进一步分为：( 1 ) 甘油衍生的甘油糖脂，( 2 ) 类固醇 衍生的糖脂，( 3 ) 多萜醇衍生的糖脂，( 4 ) 神经鞘氨醇衍生的鞘糖脂 g m 3 三糖衍生物的合成研究 ( g l y c o s p h i n g o l i p i d s ) 。 鞘糖脂按其所含的单糖的性质又可分为两大类，即中性的鞘糖脂和酸性的鞘 糖脂，前者糖链中只含中性糖类，后者糖链中除了中性糖以外，还含有唾液酸 s i a l i ca c i d s ，s a ，又叫神经氨酸( n e u r a m i n i ca c i d s ，n e u a c ) 或硫酸化的单糖。含唾 液酸的鞘糖脂又称为神经节苷酯( g a n g l i o s i d e s ) ，含硫酸化单糖的鞘糖脂又称为 硫酸鞘糖脂( s u l f o g l y c o s p h i n g o l i p i d s ) ，也称为硫苷脂( s u l f a t i d e s ) 。 神经节昔脂( g a n g l i o s i d e s ) 是最复杂的鞘糖脂，几乎存在于脊椎动物的所有 组织，但以大脑灰质中含量最高。尽管早在1 9 4 2 年( k l e n k ) 就得以分离，但由 于测定这些复合物的结构顺序在技术上十分困难，故有关研究一直较少。近年来， 随着对膜表面糖类生理功能研究的日益重视，神经节苷脂的研究也日趋热门，特 别是它们与细胞信号传递有密切关系，后者又被我国的“攀登计划”列为重点研 究项目。 3 1 神经节苷脂的结构与性质 鞘糖脂的分子由糖链、脂肪酸和一个叫做( 神经) 鞘胺醇( s p h i n g o s i n e ) 的 长链碱基( 1 0 n gc h a i nb a s e ) 三部分组成1 1 3 , 1 4 。其亲脂( 疏水) 部分为神经酰胺 ( c e r a m i d e ) ，由鞘胺醇的氨基被脂肪酸酰化而成，亲水的链则以d 1 ，l 糖苷键与 神经酰胺的伯醇羟基相连接。整个分子的结构见图1 1 。 a ：神经酰胺的结构 h 3 c ( a z o l 2 一c = c h 一车一g q 1 2 o h 肉ho 。h i c o r b ：鞘糖脂的结构 hh h 3 c n 一耶2 四一乍一f 一衄2 o h 由ho i i c o 直 r ：脂肪酸 r ：糖链 图1 - 1 神经酰胺和鞘糖脂的结构 神经鞘氨醇则是由一分子丝氨酸和一分子脂肪酸组成，该脂肪酸通常为1 8 碳或2 0 碳。另一个与神经鞘氨醇结合的脂肪酸碳原子数则多为1 6 2 6 个，可饱 和或不饱和。组成寡糖链的糖主要为d 葡萄糖( g l c ) 、d 半乳糖( g a d 、n 一乙 酰半乳糖胺( g a l n a c ) 。唾液酸也是糖类( 9 碳) ，又叫神经氨酸，构成鞘糖脂者 4 g m 3 三糖衍生物的台成研究 主要为n 一乙酰神经氨酸( n e u n a c ) 和n 羟乙酰神经氨酸( n e u g c ) 。兹将常见 神经节苷脂的结构列于表1 一l 。 表1 - 1 常见神经节苷脂的结构 名称结 构 o m l a g a l l 3 1 3 g a l n a c l 3 1 4 n e d n a c a 2 3 g a l p l 4 g l c l 一1 c e r g m l b n e u n a c c c 2 3 g a l p l 3 g a l n a c l 3 1 4 g a l d l 4 g l c l 1 c e r g m 2 g a i n a c 3 1 4 n e u n a c a 2 3 】g a l p l 4 g l c l 一1 c e r g m 3 n e u n a c 0 【2 - 3 g a l b1 + 4 g l c l 一lc e r g d l a g a l p l 3 g a l n a c 3 1 4 n e u n a c o 2 8 n e u n a c 仪2 3 】g a l p l 一4 g l c l 1 c e r g d 2 g a i n a c l 3 1 4 4 n e u n a c 吐2 8 n e u n a c o 【2 3 】g a l p l 一4 g l c l 1 c e r g d 3 n e u n a c 2 8 n e u n a c d 2 3 g a l b l 4 g l c l l c e r g t l a n e u n a c a 2 8 n e u n a c 2 3 g a l p l 3 g a 酣a c d l 4 【n e u n a c a 2 3 1 g a l l 3 1 4 g l c l 一1 c e r g t l b n e u n a c a 2 3 g a l p l 一3 g a i n a c l 3 1 4 n e u n a c 0 【2 8 n e u n a c 0 【2 3 g a l l 3 1 4 g l c l 一1 c e r g q l b n e 州a c q 2 8 n e 谢a c 仅2 3 g a l p l 3 g a i n a c l 3 1 4 n e 试a c a 2 8 n e u n a c e t 2 3 g a l l 3 1 4 g l c l 一1 c e r 神经节苷脂的命名通常采用s v e n n e r h o l m 法( 1 9 6 3 ，1 9 6 4 ) ，主要内容包括： 用大写“g ”表示神经节苷脂： 用a 、m 、d 、t 、q 、p 、h 、s 分别表示含0 7 个唾液酸； 用( 5 - - 糖基数) 之差标示含相同唾液酸但不同糖基的神经节苷脂； 用a 、b 或c 表示唾液酸连接的部位。 另外，中性糖链以糖的缩写名称、0 【或d 结构及它们之间相互连接的碳原子 部位表示( 详见表1 - 1 ) 。图1 2 是一个神经节苷脂缩写名称中各部分含义的例子。 卟唾棘唾孽警第2 位半蝻上 gm1j 、：， 神经节翻24 个塘基( 一5 一) 图1 - 2 神经节苷脂缩写名称中各部分的含义举例 5 g m 3 三糖衍生物的合成研究 3 2 神经节苷脂的功能 a 、作为膜脂质双层和细胞糖萼( g l y c o c a l y x ) 的组分 神经节苷脂的神经酰胺部分插在膜脂质双层中，故而作为膜脂质双层的组 分。由于神经酰胺既是氢的受体( 酰胺键的羰基) ，又是氢的供体( 羟基) ，所以 能形成稳定的氢键，从而起到强化和稳定膜脂质双层的作用。 细胞糖萼是指大多数真核细胞表面的富糖区，现已知道，此区的糖来自细胞 膜上糖脂和糖蛋白的寡糖链。在体内的某些器官内，如肠上皮细胞刷状缘，糖萼 可厚达1 0 0 5 0 0 n m ，能保护细胞免受机械和酶的破坏、与环境中的离子进行交 换以调节周围微环境等。 b 、维持膜表面负电性 这是唾液酸的功能。绝大多数糖脂都含有多少不等的唾液酸，后者通常位于 寡糖链的远心端，且每一唾液酸带有一个负电荷，这对细胞表面带负电荷起重要 作用，而细胞膜表面呈负电性又是细胞兴奋性的基础。 c 、参与细胞识别和信号传递 主要是寡糖链的功能。神经节苷脂的寡糖链就好比是一杆杆“接收天线”一 样，密集地矗立干细胞膜的表面，不难想象，它们对细胞的许多功能必将有明显 影响，业已发现的作用主要有细胞识别和信号传递两大方面。神经节苷脂对某些 离子通道、神经生长延长、蛋白激酶、生长因子受体等与信号传递有关的过程也 有重要影响【”j 。 d 、保护缺血( 氧) 性神经损害 动物实验表明，神经节苷脂对机械或化学性神经损害均有保护和恢复作用。 临床试验发现，神经节苷脂可促进脊髓损伤患者的肌肉恢复及缺血性中风的病情 好转1 6 1 。有关机理被认为是减少兴奋性氨基酸释放，从而减轻了神经兴奋毒损 害。通过超微病理、动态脑电、自由基成分测定和膜片钳( p a t c h c l a m p ) 单通道 记录技术在这方面进行了系列研究，进一步证实神经节苷脂对缺血性神经损害确 有保护作用，并首次从分子水平证明神经节苷脂这一作用的机制是通过三磷酸腺 苷敏感钾( k a y ) 通道实现的。 6 g m 3 三糖衍生物的合成研究 四、唾液酸及其衍生物的生物学研究进展 唾液酸( s i a l i ca c i d ) 最早由b l i x 从唾液腺粘蛋白中提取分离得到，因而命 名为唾液酸。而后，k l e n k 由神经节苷脂( g a n g l i o s i d e s ) 中分离出结晶性的多羟 基氨酸，并命名为神经氨酸( n e u r a m i n i ca c i d ) 。日本的山j i i 民夫将在红细胞膜 的研究中分离得到的一类物质命名为h e m a t a m i n i ca c i d 。k u h n 等从牛的初乳中分 离得到l a c t a m i n i ca c i d 。z i l l i k e n 等从牛的母乳中得到g a i n a m i n i ca c i d 。山川等又 从马的血清中分离得到s e r o l a c t a m i n i ca c i d 。经结构分析确认这些化合物实际上 与唾液酸为同一类物质。 1 9 5 7 年，b l i x 等提出把氨基糖酸的基本结构( 5 - a m i n o 3 5 一d i d e o x y - d g l y c e r o d g l a c t o n o n u l o p y r a n o s o n i ca c i d ) 定名为神经氨酸，而把神经氨酸的一系列类酰 化物叫唾液酸。随着唾液酸衍生物的不断发现及合成的研究进展，1 9 8 4 年小仓 治夫【1 7 】提议将唾液酸的定义扩大，还包括神经氨酸的各类衍生物。 唾液酸类化合物是广泛存在于各类生物的组织中的一类含9 个碳的天然糖 类化合物，是构成细胞表面的复合糖质的组成部分，通常通过2 位异头碳的羟基 连接在糖蛋白、糖脂和寡糖的末端【1 8 】。迄今为止有4 3 种唾液酸衍生物被报道【1 9 1 ， 在大部分哺乳动物组织中发现的唾液酸主要是n 乙酰神经氨酸( n e u 5 a c ) ( 图 1 2 1 ) ，其次是唾液酸的类似物k d n ( 图1 - 2 2 ) 及n e u 5 g c ( 图1 2 3 ) 1 9 - 2 1 】。 但是出现在神经节苷酯中的主要有两种：即n 一乙酰神经氨酸和n 一羟乙酰神经氨 酸。 神经节苷酯中，唾液酸往往以c i2 3 连接于寡糖链内部或末端的半乳糖基 上，或以2 6 连接于n 一乙酰半乳糖胺残基上，或以a2 8 键连接在另一个唾 液酸残基上【1 9 2 02 2 瑚。 h 嘞。h ；兰h 。7 、黔。h ： o h ( 1 ) n e u 5 a c ，r = n h a c( 2 ) k d n ，r 2 0 h( 3 ) n e u 5 g c ，r = n h g c 图1 3 天然唾液酸结构 人们通过大量研究发现唾液酸类化合物由于其结构的多样性，在生命体许多 g m 3 三糖衍生物的合成研究 生物和生理过程中都发挥着重要的作用。每一个人体细胞大约连接有1 0 7 个唾液 酸结构，这样形成覆盖在细胞表面带负电荷的鞘既可以通过静电作用阻碍细胞凝 聚，又可以通过体内钙离子的桥连作用促进细胞凝聚。因此唾液酸对细胞凝聚具 有一定的调控作用。另外，存在于细胞表面的唾液酸作为一个重要的受体直接与 激素、酶、病毒和毒素等一些生物大分子作用，它能够有效地阻止细胞表面上重 要的抗原位点和识别标记，保护糖缀合物不被周围的免疫系统识别和降解【2 4 】。 含有唾液酸的糖复合物( g l y c o c o n j u g a t e ) ，例如神经节苷酯、唾液酸糖蛋白， 在许多生命活动中起重要的作用，比如细胞一细胞粘连【2 5 1 ，恶性肿瘤【2 q 及细胞 生长调节【2 刀等。其中最受关注的是，肿瘤细胞中神经节苷脂 g m 3 州e u a c 旺g a l 肛g l c p 4 c e r ) 的过分表达【2 8 2 9 。g m 3 最早是由y a m a k a w a l 3 0 1 等人 于1 9 5 2 年由马的红血球中提取得到的。是一种普遍存在的具有广泛细胞活性的 代谢物，可以调节表皮生长因子( e g f ) 和血小板一衍生因子( p d g f ) 受体【3 ”， 调制受体与酶的特异结合，抑制免疫反应，及瘤交联等。因此含有糖脂三糖部分 的糖复合物合成引起人们的极大兴趣，以便评价三糖部分本身在生化及免疫功能 方面的作用。糖聚合物( g l y c o p o l y m e r s ) 口2 】由于其对蛋白受体的强的结合力【3 3 】， 成为一种广泛的生物鉴定可靠手段。近年来一些成功的合成g m 3 及g m 3 三糖 衍生物的方法相继被报道【3 4 1 。 图1 - 4g m 3 结构 五、唾液酸类化合物的合成研究进展 唾液酸类化合物是广泛存在于生物体内中的一类天然糖类化合物。早在 1 9 5 5 年，g o t t s c h a l k 3 5 孙组在检验粘蛋白对流感病毒的作用时，分离得到这类化 合物中最具有代表性的- 乙酰神经氨酸( n e u 5 a c ) 。在天然中，- 乙酰神经氨酸 很少以游离的形式存在，它们大多通过2 位异头碳的羟基连接在糖蛋白、糖脂和 寡糖的末端【3 6 】。它们在细胞膜和神经组织中的含量很高，这也引起了有机化学 家和生物学家的极大关注。 g m 3 三糖衍生物的合成研究 h 。、燃。h 三三h 毋。h 6 h n 一乙酰 嘣篷l 嗷( n e u 5 a c ) 自1 9 4 1 年b l i x 和k l e n k 在脊椎动物体内发现了唾液酸以来，人们广泛研究 了这种哺乳动物体内无所不在的糖的结构及功能【3 7 】。唾液酸是一类含8 到9 个 碳的单糖，端基含有一个特异性的羧基，c 一3 位是一个脱氧的亚甲基，c 6 连有 一个低聚的羟基长链，c 5 位取代基的不同又分为n e u 5 a c 、k d n 、n e u 5 g c 等( 图 2 ) 。天然的- 乙酰神经氨酸一般通过0 【2 + 3 糖苷键与半乳糖或者眈一6 糖苷键 与半乳糖和- 乙酰半乳糖胺连接的。 糖苷化反应是指一个糖基的异头碳与另一个糖基或醇( 的羟基) 通过醚键相 连形成糖苷键的过程。( 图l 一5 ) 趣x + r o h 卫! 哗墨+ 二g o r 0 r d o n o r a c c e p t o r a a n o m e r p - a n o m e r 图1 5 糖苷键的形成 缺乏有效的唾液酸苷化方法是糖化学中一个长期存在的不足之处。由于唾液 酸类化合物在生物系统中的重要功能，发展高效可行的方法来合成唾液酸类化合 物就十分的追切和有意义【38 1 。纵观已有的合成方法，一般来说，糖的体外合成 有两种方法：酶促合成和化学合成。 5 1 化学合成唾液酸糖苷键 分子内糖苷键的合成通常是在端基含有潜在离去基团，其余位全保护的糖基 供体和至少具有一个自由羟基，其余位全保护的糖基受体之间发生的口9 小】。1 9 0 1 年第一种成熟的糖苷化方法一k o e n i g s h o r r 4 7 1 的方法发表至今，已发展出许多 高效的糖苷化方法。这些糖苷化方法各有所长【4 8 】。s c h m i d t 糖苷化是目前应用最 广泛的糖苷化方法。其它常见的供体有硫苷、亚磷酸酯给体等等。糖苷化反应会 得到a 和b 两种构型的产物，这种聚合反应的立体选择性的调控是寡糖合成化学 中的一大挑战。对于普通的六碳糖而言，糖基供体2 位的保护基团可以通过邻基 g m 3 三糖衍生物的合成研究 参与效应控制糖苷键的立体构型；另一方面，当糖基供体缺乏2 位的邻基参与基 团时，反应的外在条件( 如：试剂，温度和促进剂等) 也可调控立体构型；而且， 糖基供体和糖基受体的结构( 如：糖，端基离去基团，保护基和取代基的类型) 对0 【和1 3 构型的选择性也起重要调控作用。 到目前为止，并没有一种给体能够适用于所有的糖苷化反应中。所有糖类化 合物的合成都是这些糖苷化方法的综合利用和有效组合。寡糖的合成不仅仅需要 好的糖苷化方法，而且必须采用不同的合成策略。最早的合成策略是按照设计路 线将单糖的各个羟基按需要分别用保护基选择性保护，使每个分子仅留下一个反 应活性中心，然后从糖链一端开始，逐步连接糖基。很多寡糖的合成工作都是采 用这种策略完成的 4 9 1 。而汇聚式的合成策略同逐步合成策略相比则缩短了保护 基操作的步骤，使合成更有效率。 乙酰神经氨酸糖苷的合成也可采用经典的一般糖苷化方法，这种偶合方式 可被规类为直接化学合成方法【3 8 6 05 1 l 。但是一般糖基给体的糖苷化反应都能得到 较高的产率和立体选择性，而唾液酸给体的反应情况却相对比较差，这主要是由 于唾液酸糖基结构的特异性( 图1 6 ) ，使唾液酸糖苷化反应具有以下几方面特点： 1 ) 2 位异头碳带有拉电子的羧基不利于碳氧正离子2 或3 的形成： 2 ) 过渡态碳氧正离子2 或3 从立体上看比一般供体的碳氧正离子中间体位 阻大，这在一定程度上阻碍了亲核试剂对异头碳的进攻； 3 ) 2 ，3 - 消除反应产生消除产物5 是主要的竞争反应； 4 ) 3 位上缺乏邻基参与的基团也使得异头碳的立体构型无法控制。 因而唾液酸糖苷化常常得到的是热力学更稳定的非天然的b 构型唾液酸糖 苷产物和2 ，3 消除产物5 。 1 0 g m 3 三糖衍生物的合成研究 m a c h n 务蒜2 g i ，。叫l e h i m d o n l 0 0 ”“。3 近年来，唾液酸糖苷化方法得到长足进展。纵观现有的方法，发现仅有部分 糖苷化方法可以在唾液酸糖苷化中应用。 5 1 i 直接化学合成策略 直接唾液酸糖苷化是指2 位具有合适离去基团的唾液酸糖基供体与相匹配 的带游离羟基的糖基受体通过一步糖苷化直接合成目标唾液酸苷。 a 经典的k o e n i g s - k n o r r 卤苷方法1 4 9 1 经典的k o e n i g s k n o r r 卤苷方法n e u 5 a c 的2 一氯衍生物是最早应用于唾液 酸糖苷化的糖基供体，也是6 0 到8 0 年代的合成_ 乙酰神经氨酸糖苷的主要手 段。是利用唾液酸给体和带有一个裸露羟基的寡糖受体反应1 4 9 】( 图1 7 ) 。离去 基团一般是氯和溴，促进剂一般是一些重金属盐，有s n i ，s n 2 两种反应历程。 1，j g m 3 三糖衍生物的合成研究 x = h a l i d e 口，c i ，b r ) m = a go rh g 图1 7k o e n i g s - k n o r r 卤苷方法 其中氯苷由于其易合成，相对稳定，且与简单糖糖苷化产率高立体选择性好 曾被一度认为是比较理想的供体( 图1 8 ) 。溴苷和氟苷却一直没得到广泛应用， 主要因为：溴苷糖苷化中易得到混合构型产物和消除产物，同时稳定性差；而氟 苷则更易于得到非天然的b 构型产物。总体来说卤苷的唾液酸糖苷化方法产率低， 有副反应且立体选择性差，仅仅在和一些简单或者糖基的伯羟基反应才能得到好 的结果。 a 麓滋：砂叫。+a c 删z 卞- - ， a e 0 1 l+ 墅型避 1 5 州b2 3 图1 - 8k o e n i g s - k n o r r 卤苷与简单羟基的糖基受体反应 b 硫苷方法 硫苷的方法是唾液酸糖苷化中应用比较广泛的方法，h a s e g a w a 5 2 5 卅等人利用 硫苷合成了一系列天然二糖。常用的唾液酸2 硫苷供体主要包括烷硫苷( 甲基， 1 2 。 g m 3 三糖衍生物的合成研究 乙基) 、苯硫苷( 苯基和取代苯基) 和黄原酸酯供体( e t h o x y d i t h i o c a r b o n a t e ) ( 图 1 9 ) 。硫苷独特的化学性质在于它一方面可以作为异头位的保护基，对糖基进行 保护基的操作，另方面它又可以作为糖基给体或转化为其他的给体而参与糖苷 化反应。 r i = m e , e t , p h ，c ( s ) o e t 图1 - 9 常用的几种硫苷供体 这些硫苷的衍生物在含唾液酸的寡糖及糖脂的合成中的广泛应用 1 4 0 4 1 4 4 5 5 - 6 h ，得益于高效、专一的促进剂，如n i s a g o t f n i s t f o h 、d i c p 、 d m t s t 、p h s o t f 等的发现，弥补了许多传统硫苷化方法的不足。h a s e g a w a 5 2 叫 最早以d m t s t 为促进剂，o t p ( 1 ：1 ) 的n e u 5 a c 甲硫苷1 6 为糖基供体，分别合成 了0 ( 2 6 ) 连接的二糖1 8 和a ( 2 3 ) 连接的二糖2 0 ( 图1 - 1 0 ) 。高区域选择性的a ( 2 - - 3 ) 糖苷键的形成，原因主要有：( 1 ) 3 位平伏键的羟基较4 位直立键的羟基具有 更高的亲核性和反应活性；( 2 ) c 2 位的羟基由于相邻端基的推电子效应使其亲 核性降低。而当只有c 3 位羟基裸露的糖基受体糖苷化时，其产率与立体选择性 大大降低。 a。黼aco o a c c 0 2 m e 避孰，。 a c 6 o h d m t s t m e c n 1 5 6 8 1 9 2 0 t e = - p x , s i m e 3 图1 1 0 唾液酸硫苷供体糖苷化实例 硫苷糖苷化机理( 图1 1 1 ) ：甲硫苷供体1 6 在d m t s t 或n i s t f o h 作用下， 蝌 g m 3 三糖衍生物的合成研究 亲电离子r s m e 或i + ) 进攻具有孤对电子的硫，生成锍中间体1 6 a 和1 6 b 。而锍部 分为一个很好的离去基团，中间体1 6 c 的端基可以被糖基受体的羟基或是乙腈中 的氮进攻。在乙腈中口构型的中间体1 6 d 比较占优势，然后糖基受体从背面进攻 主要得到a 构型糖苷化产物。所以，弱反应活性的羟基( 仲羟基) 有时比伯羟基 具有更高的a 立体选择性。 实践证明苯硫苷有时较相应的甲硫苷及其衍生物具有更高的反应活性f 6 3 a 】。 尤其是苯甲基取代的硫苷产率更高 6 3 b 。苯硫苷供体尤其广泛应用于( 2 8 ) 唾液 酸寡糖链的氧苷键的合成f 6 h 6 4 1 。但有时甲硫苷及其衍生物的产率和立体选择性 较苯硫苷更耐6 3 。6 3 田。总之当与较复杂的具有立体阻碍的糖发生糖苷化时，2 硫 烷基苯基供体是一种很好的糖基供体，而且这种糖基供体在与具有二个或三个 自由羟基的糖基受体发生糖苷化时，可以得到非常高的产率，空间选择性和立 体选择性。 a x _ “齑o 谴a e 荭跏c o z m 。a c h n t ，洲 o a e o a c i a - g h ，c o s i d e 图1 1 l 硫苷化反应机理 i b g l y c o s i d e 黄原酸酯供体是一类较新的糖基供体陋5 1 ( 图1 - 1 2 )