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南開大學(xué)何剛課題組JACS | 仿生“開-關(guān)”策略:無保護醛糖高效合成1,2-順式烯基呋喃碳-糖苷

來源:化學(xué)加APP      2025-10-17
導(dǎo)讀:近日,南開大學(xué)何剛團隊開發(fā)了一種仿生“開-關(guān)”策略,實現(xiàn)了從天然無保護醛糖直接合成1,2-順式烯基呋喃碳-糖苷,相關(guān)工作近期發(fā)表在Journal of the American Chemical Society 期刊上。

碳-糖苷因其優(yōu)于氧-和氮-糖苷的代謝穩(wěn)定性,使其在藥物開發(fā)中備受關(guān)注。然而,如何高效合成碳-糖苷仍面臨巨大挑戰(zhàn)。天然糖類多羥基的存在使得反應(yīng)的化學(xué)和位點選擇性難以控制,自然界生物體內(nèi)“分子機器”的精準(zhǔn)合成,為化學(xué)家開發(fā)新型合成策略提供了關(guān)鍵靈感。近日,南開大學(xué)何剛團隊開發(fā)了一種仿生“開-關(guān)”策略,實現(xiàn)了從天然無保護醛糖直接合成1,2-順式烯基呋喃碳-糖苷。該方法具有以下亮點:(1)直接使用無保護醛糖,無需保護和脫保護操作;(2)底物適用范圍廣,兼容多種無保護醛糖與烯基硼酸;(3)操作簡便,條件溫和,立體選擇性高(α/β最高 >20:1),可克級放大;(4)經(jīng)烯基糖苷的下游轉(zhuǎn)化可快速獲取具有挑戰(zhàn)性的1,2-順式烷基呋喃碳-糖苷。該工作為合成無保護呋喃型碳-糖苷及開發(fā)碳-糖苷類藥物與功能材料提供了新思路,相關(guān)工作近期發(fā)表在Journal of the American Chemical Society 期刊上。

受酶促碳-核苷生物合成啟發(fā)(圖1a),南開大學(xué)何剛教授團隊開發(fā)了一種仿生“開-關(guān)”策略,具體而言:以嗎啉模擬碳-糖苷合酶中賴氨酸殘基的角色,與醛糖形成線性亞胺中間體,隨后與烯基硼酸發(fā)生Petasis反應(yīng),高選擇性生成1,2-反式線性多羥基胺;緊接著,利用高親電性二氟卡賓選擇性激活C–N鍵,促進分子內(nèi)SN2取代,由C4羥基進攻異頭碳,通過“開環(huán)-關(guān)環(huán)”過程高效構(gòu)建1,2-順式呋喃碳-糖苷(圖1b)。

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圖1. 背景介紹與反應(yīng)設(shè)計

該方法展現(xiàn)出優(yōu)異的底物普適性。多種芳基或雜芳基乙烯基硼酸、直鏈、環(huán)狀和多烷基取代的烯基硼酸,以及炔基硼試劑和芳基硼酸均可兼容,以良好的產(chǎn)率和良好至優(yōu)異的非對映選擇性得到目標(biāo)產(chǎn)物(圖2a。此外,該方法也適用于雌酮等天然產(chǎn)物和藥物分子的糖基化(圖2b),并對多種天然單糖和二糖同樣表現(xiàn)出廣泛兼容性(圖2c。

策略還具有良好的合成應(yīng)用潛力(圖2d),包括“一鍋法”、克級實驗以及呋喃碳-糖苷的衍生化。值得一提的是,通過該研究團隊開發(fā)的仿生“開-關(guān)”策略,從商業(yè)可得的L-木糖出發(fā),只需3步即可克級制備熱致液晶材料(圖2e)。傳統(tǒng)路線需從D-葡萄糖經(jīng)9步操作且涉及鋰試劑和低溫等嚴(yán)苛條件,作者的方案提供了一條更高效獲取該類結(jié)構(gòu)的途徑。

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圖2. 底物范圍與合成應(yīng)用

控制實驗(圖3a)為反應(yīng)機理提供了關(guān)鍵證據(jù):1)D?O的使用顯示主產(chǎn)物未被氘代,副產(chǎn)物(44-D)源自中間體水解;2)二氟卡賓捕獲實驗顯著抑制環(huán)化,分離產(chǎn)物49證明了二氟卡賓的參與?;谝陨辖Y(jié)果和先前的報道,作者提出了可能的機理:1)開環(huán)與CC鍵形成:嗎啉與醛糖生成亞胺中間體,經(jīng)TS-I實現(xiàn)乙烯基遷移;2)CN鍵活化:二氟卡賓與嗎啉單元依次形成葉立德Int-II與季銨鹽Int-III,活化烯丙基CN鍵;3)SN2關(guān)環(huán):C4羥基進行分子內(nèi)SN2環(huán)化,得到異頭碳構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的1,2-順式呋喃碳-糖苷產(chǎn)物(圖3b)。

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圖3. 機理研究


總結(jié)

綜上,南開大學(xué)何剛團隊開發(fā)了一種仿生“開-關(guān)”策略,可直接從無保護醛糖高效合成1,2-順式烯基呋喃碳-糖苷。該策略的核心過程1)“開”:通過嗎啉充當(dāng)C-糖苷合酶中賴氨酸殘基的角色介導(dǎo)醛糖開環(huán),并與烯基硼酸經(jīng)Petasis反應(yīng)構(gòu)建CC鍵;2)“關(guān)”:利用二氟卡賓活化CN鍵,觸發(fā)分子內(nèi)SN2脫胺環(huán)化,最終高效構(gòu)建1,2-順式烯基呋喃碳-糖苷。

相關(guān)工作近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上,南開大學(xué)何剛教授為本文通訊作者,南開大學(xué)2022級博士研究生孫東陽為論文第一作者,碩士研究生竇雪瑞也對該工作做出了重要貢獻。

導(dǎo)師簡介:http://www.gongchenlab.com/col.jsp?id=101


文獻詳情:

A Biomimetic Procedure for the Synthesis of 1,2-cis C-Vinyl Furanosides from Unprotected Aldoses

Dongyang Sun, Xuerui Dou, Fen Wang, Jiawei Wu, Wenbo Wang and Gang He*

J. Am. Chem. Soc. 2025

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c14877

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