【有机】水相中无保护基的S-糖苷化反应合成硫糖苷和糖
快速获得结构明确、组分单一的糖苷类化合物是研究和揭示一系列生理病理过程机制的关键。因此，开发快速、简便的糖苷化反应始终是糖化学研究的中心问题。而最理想的糖苷化反应莫过于在中性环境的水溶液中，无保护基保护的供体和受体能够精准实现反应位点的立体专一性偶联。然而，该反应的问题在于如何区别反应性类似的羟基，在水溶液中水作为亲核试剂起到潜在的竞争作用，以及供体异头位发生水解的副反应。化学酶法作为模拟自然界合成糖苷的方法是最接近理想糖苷化的反应，但能催化糖苷化的酶依然有限，而且该类反应有着严格的底物限制。硫代糖苷作为自然界氧苷的模拟物，能够耐受酸和酶水解，是研究糖苷生理机制的有力候选。而且，将醚键替换为硫醚键也是药物化学修饰的常用手段。合成该类化合物的常用手段是糖基供体和巯基受体的糖苷化反应，但该类反应往往需要繁琐的保护和脱保护过程，尽管化学酶法可以适用于该反应，但酶往往需要经过酶工程处理，且反应底物适用性有限。近日，美国佐治亚州立大学的Lei Li课题组利用易制备的氟苷作为供体，在水相中实现了硫糖苷化反应，糖基受体和含半胱氨酸残基的肽受体均适用（Fig. 1）。值得一提的是，该反应无需对糖进行保护。相关成果发表在Green Chem.上（DOI: 10.1039/d1gc00098e），文章通讯作者为Lei Li博士和Madhusudhan Reddy Gadi博士。
（图片来源：Green Chem.）
作者首先对反应条件进行了优化（Table 1）。以葡萄糖氟苷1作为供体，6-巯基葡萄糖甲苷作为受体，作者首先对一系列碱进行了筛选，使用常用的NaH、NaOH、KOH、Ca(OTf)2/45% NMe3均无反应发生（entries 1-4）。但以Ca(OH)2作为碱，水作为溶剂时，作者发现反应以98%的收率迅速完成。作者认为该反应的驱动力可能在于Ca(OH)2的强碱性以及生成CaF2沉淀。此后作者进一步对其他碱土金属氢氧化物和镧系金属氢氧化物进行了筛选，尽管观察到了沉淀的生成，但只有Sr(OH)2能以中等收率实现偶联，这可能是由于其他氢氧化物的碱性较弱（entries 7-12）。随后作者对溶剂和浓度、供体当量进行了优化，最终发现entry 6为最优条件。此外，该反应可以进行规模化制备，证明反应具有实用性。
（图片来源：Green Chem.）
得到最优条件后，作者对该反应的底物适用性进行了探索（Table 2）。多种糖基氟苷供体和巯基受体的偶联结果表明该反应适用于多种硫代糖苷的制备。大多数偶联能以高收率得到一系列β-硫代糖苷。值得注意的是，二级巯基受体11也能发生反应，其反应性高于一级巯基，收率为91％（entry 5）。半乳糖供体13与受体2和11之间的偶联收率中等，可能是由于该氟苷在反应条件下更易水解。有趣的是，甘露糖供体16与2的S-糖基化生成α-硫代糖苷17。乳糖氟苷18与受体2、4、21的反应可以以高收率生成硫代三糖19、20和硫代四糖22，证明该方法适用于硫连接寡糖的制备。此外，半乳糖氟苷和11的糖苷化反应能生成硫代乳糖类似物15，其可用于硫代球蛋白糖苷的酶促合成，以用于生物学和病理学研究。
（图片来源：Green Chem.）
接下来，作者尝试用迭代法合成硫代三糖24（Scheme 1）。经6'-OTs保护、全乙酰化、6'-硫乙酰化以及脱乙酰基，作者经四步以80％收率获得二糖23。供体1与受体23的S-糖苷化收率为92％，表明该方法适用于多硫代低聚寡糖的制备。
（图片来源：Green Chem.）
由于S-糖肽相对于O-糖肽具有更高的抗酶降解稳定性，作者进一步以半胱氨酸为受体利用该方法合成S-糖肽（Scheme 2）。L-谷胱甘肽与供体1以90％收率得到糖肽。此外，作者利用多肽固相合成法合成了含半胱氨酸残基的α-突触核蛋白，并在还原剂SPPS还原后将其从负载上切除，然后将粗产品直接用于S-糖基化，以44％的总收率获得基于α-突触核蛋白的硫代糖肽27。作者还合成了sublancin的天然硫糖肽片段，总收率为39％。
（图片来源：Green Chem.）
最后，作者提出了可能的反应机理并通过核磁对机理进行了验证。对于α-葡萄糖氟苷供体，在D2O中，Ca(OH)2首先与氟原子络合，随后巯基从β面进攻，通过SN2途径生成β-硫代糖苷。而对于α-甘露糖氟苷，作者观察到α-硫代糖苷生成与异头位构型的双重反转，其2位羟基首先在碱性条件下发生分子内SN2反应生成环氧化物，随后巯基进行环氧开环最终生成α-产物。
（图片来源：Green Chem.）
总结：
美国佐治亚州立大学的Lei Li课题组发展了无保护基糖基氟苷和巯基受体的S-糖苷化反应。该反应条件温和，底物适用性广，适用于多种含硫糖苷和糖肽的快速组装，为该类化合物的制备提供了一种简易方法。合成的产物可用于糖生物学和病理学研究。