一种利用梯度点击化学合成含多种糖的树枝化糖胺的方法

摘要

本发明涉及一种利用梯度点击化学合成含多种糖的树枝化糖胺的方法，可用于含活性脂的聚合物骨架的后改性，首先利用二碳酸二叔丁酯(Diboc)与三羟甲基氨基甲烷(THAM)反应，用叔丁氧羰基保护三羟甲基氨基甲烷(THAM)中的氨基，接着利用威廉森成醚反应在化合物末端引入三个端炔烃。然后末端炔与乙酰基保护的叠氮糖进行梯度的CuAAC反应，最后再以三氟乙酸脱去Boc基团的保护。与现有技术相比，本发明利用CuAAC点击化学的优点，为合成含多种糖基的异类糖胺提供了一条简单、快捷的途径，同时对制备结构有序、分子量可控的多功能异类含糖聚合物具有重要指导意义。

说明书

技术领域

本发明属于多功能树枝化糖胺合成技术领域，涉及一种利用梯度点击化学合成含多种糖的树枝化糖胺的方法。

背景技术

具有多价结构的天然糖类的簇效应能强烈促进凝集素的识别，并且已报道多种易于合成的含糖功能支架来模拟难以分离纯化的天然多糖的强识别能力。其中，含糖聚合物在链上糖残基的价、连接基的功能以及整体结构上都有很大的可调范围，这对于系统研究糖簇的结构对识别性能的影响具有突出的优势。更有利的是，已证明在含糖聚合物侧链中引入不同的糖基(能识别或者不能识别的糖基)所产生的“异簇效应”对聚合物与凝集素的相互识别有着很强的促进作用。因此，在过去的几年里，合成的含糖聚合物已经越来越多地作为研究和理解控制碳水化合物和凝集素之间多价相互作用各种参数的工具。然而，大多数合成的含糖聚合物只含有一种或两种糖，不能像糖树状大分子表面大量的糖基一样具有可调性，这阻碍了含糖聚合物进一步的生物学应用。并且细胞表面糖所表现的强异质性远不是含一类或两类糖基含糖聚合物所能体现的。开发有效的方法以可控的方式合成具有多种糖基序的新型异类糖聚合是非常必要的，这将能够探索复杂的糖异质性在蛋白质-碳水化合物相互作用中的意义。

目前合成含糖聚合物的两种主要方法分别是含糖可聚合单体的直接聚合和利用含糖衍生物对聚合物骨架进行后聚合改性。聚合后改性由于对各种功能性基团的高耐受性，是合成功能性含糖聚合物的重要方法之一。因此合成具有复杂功能的特殊侧链、模拟天然糖缀合物的异类含糖聚合物的前提是合成可用于聚合后改性的特定的含糖衍生物。

点击化学(click chemistry)是由Sharpless提出的高效有机反应，这类具有模块化、简单高效、无副产物等特点的点击反应，尤其是其中应用最广泛的CuAAC点击反应，不仅可以合成对聚合物支架后改性的含糖衍生物(如糖胺)也可以合成直接聚合的功能性含糖单体，已被证明是一种合成含糖聚合物的有效途径。在使用点击反应之前，由于保护基和确保化学和立体选择性所需的合成步骤太多，糖单体的合成非常繁琐，对于相应功能的探究进展受到阻碍。但是，目前仍未看到有关含多种糖基的含糖衍生物(如糖胺)的合成方法的文献报道。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种利用梯度点击化学合成含多种糖的树枝化糖胺的方法，为合成含多种糖基的异类糖胺提供了一条简单、快捷的途径，同时对制备结构有序、分子量可控的多功能异类含糖聚合物具有重要指导意义。

本发明以三臂端炔烃为底物，利用梯度点击的策略，结合三种不同的糖基，实现三臂树枝化含糖衍生物中不同臂独立的功能性，满足对称树枝结构和非对称树枝结构的不同要求，实现多种不同糖基的精确排列。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用梯度点击化学合成含多种糖的树枝化糖胺的方法，包括以下步骤：

(1)取三羟甲基氨基甲烷(即化合物1)溶于甲醇和叔丁醇混合溶剂中，加入二碳酸二叔丁酯的叔丁醇溶液进行反应，待反应结束后经纯化得到白色粉末状产物，即化合物2；

(2)再将化合物2溶于N,N-二甲基甲酰胺，滴加3-溴丙炔，搅拌后加入氢氧化钾粉末继续反应，待反应结束后洗涤、干燥、纯化后得到淡黄色油状产物，即化合物3；

(3)取化合物3与叠氮糖溶于叔丁醇和水的混合溶剂中，再加入五水合硫酸铜和抗坏血酸钠，搅拌均匀后进行反应，待反应完后过滤、纯化得到无色粘稠状产物，即前驱体化合物；

(4)再将前驱体化合物溶于二氯甲烷溶液中，冰浴下滴加三氟乙酸的二氯甲烷溶液，反应完成后洗涤、干燥、过滤浓缩得到无色粘稠化合物，即为目的产物。

进一步的，步骤(1)中，三羟甲基氨基甲烷与二碳酸二叔丁酯的摩尔比为1:1.3；

反应过程为：在室温下反应18h。

进一步的，步骤(2)中，化合物2、3-溴丙炔和氢氧化钾的摩尔比为1.0:3.1:3.1；

反应过程为：先在冰浴维持0℃条件下滴加3-溴丙炔，搅拌反应10min后加入氢氧化钾粉末，再在0℃条件下反应30min，随后继续在室温下反应18h。

进一步的，步骤(2)中，洗涤过程采用乙酸乙酯/水洗涤，其中，N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯和水的体积比为1:2.5:2.5，同时，采用无水硫酸钠干燥，无水硫酸钠与乙酸乙酯的摩尔比为11:1，并采用柱层析纯化。

进一步的，步骤(3)中，化合物3、叠氮糖、五水合硫酸铜和抗坏血酸钠的摩尔比例为(1.0-1.5):(1.0-2.1):(0.4-0.5):(0.8-1.0)。具体的，根据叠氮糖以及反应基体(即化合物3等)的不同，摩尔添加量有所差别。

进一步的，步骤(3)中，所述的叠氮糖为R-OAc-N

更进一步的，所得无色粘稠状产物还替代化合物3重复步骤(3)中反应，得到前驱体化合物，以得到不同种类的含多种糖基的异类糖胺。具体的，步骤(3)的反应过程根据所用原料的不同分为以下几种情况，并得到不同的前驱体化合物：

如1)直接以制备得到的化合物3和αMan-OAc-N

或2)以制备得到的化合物AAX前驱体和βGal-OAc-N

或3)以制备得到的化合物AA前驱体X和βGlu-OAc-N

或4)以制备得到的化合物AXX前驱体和βGal-OAc-N

或5)以制备得到的化合物AXX和βGlu-OAc-N

或6)以制备得到的化合物ABX前驱体和βGlu-OAc-N

进一步的，步骤(3)中，反应为在室温下进行，反应时间为3h。

进一步的，步骤(4)中，每1mmol前驱体化合物，对应加入2mL三氟乙酸。

进一步的，步骤(4)中，反应过程具体为：在0℃下搅拌1h，然后在室温下持续反应3h。

本发明通过梯度CuAAC点击化学，简单高效的特点，可实现多样化目标糖胺的同时，可以利用这一类糖胺合成具有可控的分子量，在整体构架上糖基组成部分具有明确的密度和秩序，这有利于有针对性地研究影响含糖聚合物特异性识别的因素。本发明方法操作简洁、高效、便捷，提供了一种在端炔上同时引入三种糖基，制备可运用于后聚合改性的树枝化糖胺的方法。

本发明中首先利用二碳酸二叔丁酯(Diboc)与三羟甲基氨基甲烷(THAM)反应，用叔丁氧羰基保护三羟甲基氨基甲烷(THAM)中的氨基，接着利用威廉森成醚反应在化合物末端引入三个端炔烃。然后末端炔与乙酰基保护的叠氮糖进行梯度的CuAAC反应，最后再以三氟乙酸脱去Boc基团的保护，为了各步反应能够有效进行，易于后处理并且获得较高产率，各反应步骤需按反应过程的工艺条件进行。本发明利用CuAAC点击化学的优点，为合成含多种糖基的异类糖胺提供了一条简单、快捷的途径，同时对制备结构有序、分子量可控的多功能异类含糖聚合物具有重要指导意义。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明首次利用梯度CuAAC反应，简单高效地制备出了含三类糖基的树枝化糖胺。

2.本发明合成的树枝化糖胺适用于含五氟苯酚脂的聚合物骨架后改性，制备生物功能性聚合物，也可用于其他含活性脂基团聚合物的后改性。

3.本发明制备树枝化糖胺的方法还可适用于其它类功能材料的制备，如含硅类材料、含氟类材料等。

附图说明

图1为化合物Boc-αMan-αMan-αMan-OAc(4,AAA前驱体)的核磁氢谱图；

图2为化合物Boc-αMan-αMan-αMan-OAc(4,AAA前驱体)的核磁碳谱图；

图3为化合物Boc-αMan-αMan-yne-OAc(5,AAX前驱体)的核磁氢谱图；

图4为化合物Boc-αMan-αMan-yne-OAc(5,AAX前驱体)的核磁碳谱图；

图5为化合物Boc-αMan-yne-yne-OAc(6,AXX前驱体)的核磁氢谱图；

图6为化合物Boc-αMan-yne-yne-OAc(6,AXX前驱体)的核磁碳谱图；

图7为化合物Boc-αMan-αMan-βGal–OAc(7,AAB前驱体)的核磁氢谱图；

图8为化合物Boc-αMan-αMan-βGal–OAc(7,AAB前驱体)的核磁碳谱图；

图9为化合物Boc-αMan-αMan-βGlu–OAc(8,AAC前驱体)的核磁氢谱图；

图10为化合物Boc-αMan-αMan-βGlu–OAc(8,AAC前驱体)的核磁碳谱图；

图11为化合物Boc-αMan-βGal-X–OAc(9,ABX前驱体)的核磁氢谱图；

图12为化合物Boc-αMan-βGal-X–OAc(9,ABX前驱体)的核磁碳谱图；

图13为化合物Boc-αMan-βGal-βGal–OAc(11,ABB前驱体)的核磁氢谱图；

图14为化合物Boc-αMan-βGal-βGal–OAc(11,ABB前驱体)的核磁碳谱图；

图15为化合物Boc-αMan-βGal-βGlu–OAc(10,ABC前驱体)的核磁氢谱图；

图16为化合物Boc-αMan-βGal-βGlu–OAc(10,ABC前驱体)的核磁碳谱图；

图17为化合物Boc-αMan-βGlu-βGlu–OAc(12,ACC前驱体)的核磁氢谱图；

图18为化合物Boc-αMan-βGlu-βGlu–OAc(12,ACC前驱体)的核磁碳谱图；

图19为化合物NH

图20为化合物NH

图21为化合物NH

图22为化合物NH

图23为化合物NH

图24为化合物NH

图25为化合物NH

图26为化合物NH

图27为化合物NH

图28为化合物NH

图29为化合物NH

图30为化合物NH

图31为化合物NH

图32为化合物NH

图33为化合物NH

图34为化合物NH

图35为前驱体化合物的制备工艺流程图；

图36为含多种糖的树枝化糖胺的制备工艺图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施例中，所用试剂如下所示：

三种叠氮基糖(αMan-OAc-N

下面根据如图35和图36的制备工艺路线图来进行含多种糖的树枝化糖胺的制备。

实施例1

1.化合物2的合成

在室温下将二碳酸二叔丁酯(23.4g,107.3mmol)的t-BuOH溶液(100mL)加入三羟甲基氨基甲烷(即化合物1，10.0g，82.6mmol)的MeOH/t-BuOH溶液(MeOH,75mL；t-BuOH,75mL)中，然后在室温下反应18h。反应液旋蒸除去溶剂，残余物在乙酸乙酯中重结晶，抽滤干燥获得Boc基团保护的白色粉末状产物(16.4g,产率90％)，即为化合物2。

2.化合物3的合成

将上述制的白色粉末产物化合物2(10.0g,45.2mmol)溶于50mL DMF在0℃条件下搅拌10min，滴加3-溴丙炔(11.0mL,140.1mmol)，然后加入粉末状氢氧化钾(7.9g,140.1mmol)，在0℃下持续搅拌1h。然后将反应加热至室温反应18h。TLC(PE:EA＝6:1,R

3.化合物Boc-αMan-αMan-αMan-OAc(即化合物4,AAA),Boc-αMan-αMan-yne-OAc(即化合物5,AAX)和Boc-αMan-yne-yne-OAc(即化合物6,AXX)的合成

将化合物3(4.4g,13.1mmol)和叠氮甘露糖(αMan-OAc-N

其中，所制得的化合物4、化合物5和化合物6的核磁氢谱图和核磁碳谱图分别参见图1至图6所示。

Boc-αMan-αMan-αMan-OAc(化合物4,AAA前驱体)

Boc-αMan-αMan-yne-OAc(化合物5,AAX前驱体)

Boc-αMan-yne-yne-OAc(化合物6,AXX前驱体)

实施例2

1.化合物2-6的合成如实施例1；

2.化合物Boc-αMan-αMan-βGal–OAc(化合物7,AAB前驱体)的合成

以化合物5(0.5g,0.4mmol)和叠氮半乳糖(βGal-OAc-N

所得化合物7的核磁氢谱图与核磁碳谱图参见图7和图8所示。

3.化合物Boc-αMan-αMan-βGlu–OAc(化合物8,AAC前驱体)的合成

以化合物5(0.5g,0.4mmol)和叠氮葡萄糖(βGlu-OAc-N

所得化合物8的核磁氢谱图与核磁碳谱图参见图9和图10所示。

实施例3

1.化合物2-6的合成如实施例1.

2.化合物Boc-αMan-βGal-yne–OAc(化合物9,AAB前驱体)和Boc-αMan-βGal-βGal-OAc(化合物11,ABB前驱体)的合成

以化合物6(0.8g,1.1mmol)和叠氮半乳糖(βGal-OAc-N

所制得的化合物9和化合物11的核磁氢谱图和核磁碳谱图参见图11至图14所示。

Boc-αMan-βGal-yne-OAc(化合物9,ABX前驱体)

Boc-αMan-βGal-βGal-OAc(化合物11,ABB前驱体)

3.化合物Boc-αMan-βGal-βGlu-OAc(化合物10,ABC前驱体)的合成

以化合物9(0.3g,0.3mmol)和叠氮葡萄糖(βGlu-OAc-N3)(c)(0.1g,0.3mmol)按与化合物4，5和6相同的方法(除了ABX前驱体和βGlu-OAc-N

所制得的化合物10的核磁氢谱与核磁碳谱图参见图15和图16所示。

1H NMR(500MHz,CDCl3):δ＝7.91(s,1H),7.86(d,J＝4.5Hz,1H),7.82(s,1H),6.11(s,1H),5.94(m,4H),5.60(td,J＝10.0,3.0Hz,1H),5.55(s,1H),5.52(d,J＝9.5Hz,1H),5.46–5.41(m,2H),5.33–5.28(m,2H),4.99(s,1H),4.66–4.60(m,6H),4.38–4.33(m,1H),4.32–4.29(m,2H),4.21–4.12(m,3H),4.07(dd,J＝12.5,2.0Hz,2H),3.95–3.91(m,1H),3.83–3.79(m,1H),3.73(dd,J＝18.5,9.0Hz,5H),2.21(d,J＝7.0Hz,6H),2.10–2.00(m,30H),1.40(s,9H).13C NMR(125MHz,CDCl3):δ＝170.64,170.46,170.19,170.08,169.94,169.89,169.79,169.59,169.24,169.00,154.94,145.76,145.69,145.65,145.42,123.38,121.66,86.09,85.69,83.88,75.12,73.96,72.87,72.09,70.94,70.38,69.71,69.46,69.05,68.54,67.92,67.11,66.02,64.83,64.54,61.77,61.26,58.56,28.48,20.91,20.78,20.68,20.62,20.26,20.24,20.19,20.16.HRMS(ESI):m/z calc.forC60H82N10O32Na[M+Na]+:1477.49888；found:1477.49881.

实施例4

1.化合物2-6的合成如实施例1.

2.化合物Boc-αMan-βGlu-βGlu-OAc(化合物12,ACC前驱体)的合成

以化合物6(0.5g,0.4mmol)和叠氮葡萄糖(βGlu-OAc-N

所制得的化合物12的核磁氢谱图与核磁碳谱图参见图17和图18所示。

实施例5

1.化合物2-6的合成如实施例1，化合物7，8，10-12的合成如实施例2-4.

2.化合物4-8和10-12的合成

在0℃条件下将三氟乙酸(0.6mL)的DCM溶液(0.6mL)分别滴加到化合物4-8和10-12(0.3mmol)的DCM(1mL)溶液中搅拌，反应液在0℃下搅拌1h，然后在室温下持续反应3h，TLC(DCM/MeOH＝10:1)检测反应完成后将反应液浓缩至干燥状态，将残余物重新溶解于DCM(20mL)中，用饱和NaHCO

其中，化合物13至化合物20的核磁氢谱图与核磁碳谱图分别参见图19至图34所示。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。