在現(xiàn)代藥物研發(fā)中，糖類(lèi)化合物的作用日益受到重視。作為生物大分子之一，糖類(lèi)化合物在細(xì)胞識(shí)別、信號(hào)傳遞和免疫反應(yīng)中扮演著關(guān)鍵角色。然而，由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和多樣的功能，糖類(lèi)化合物的合成和修飾一直是有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)中的一大挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法往往難以實(shí)現(xiàn)對(duì)糖類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)的精確控制，這限制了其在藥物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。因此，科學(xué)家們一直在尋求更為高效和選擇性的合成策略，以便能夠在不破壞其活性的前提下，對(duì)糖類(lèi)化合物進(jìn)行定向修飾。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所馬小鋒課題組在此背景下，一直致力于溫和條件下多樣化糖苷類(lèi)化合物的合成方法學(xué)與生物活性方面的研究工作（Org. Lett. 2024,26,1332; Molecules 2023,28,4724;Carbohydr. Res. 2023,108902;Chem. Asian J. 2022,17,e202200120; J. Org. Chem. 2022,87,16736）。近期，通過(guò)創(chuàng)新的氫鍵催化策略，成功開(kāi)發(fā)了一種基于硝基烯糖的新型C3官能團(tuán)化和C1,C3-雙官能團(tuán)化反應(yīng)方法。這一方法可以在室溫條件下，高效、高選擇性（包括立體選擇性和區(qū)域選擇性）地合成一系列C1,C3-雙吲哚或吡咯取代，以及C1-吲哚-C3吡咯-、C1-吡咯-C3吲哚-取代的糖衍生物，為糖類(lèi)化合物的合成和修飾提供了新的可能性（圖1）。經(jīng)初步生物活性評(píng)價(jià)表明，部分化合物具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，并對(duì)人體正常肝細(xì)胞呈現(xiàn)較低的細(xì)胞毒性，具有成為高效、低毒的新型抗腫瘤先導(dǎo)化合物的潛力。
圖1. 含雙吲哚的活性分子以及C1,C3雙吲哚糖衍生物的合成新方法
作者通過(guò)一系列條件篩選發(fā)現(xiàn)，以2,2,2-三氟乙醇（TFE）為溶劑和促進(jìn)劑，在分子篩（MS）存在下，2-硝基稀糖和吲哚在室溫下反應(yīng)，以單一的非對(duì)映體形成了C1,C3-雙吲哚化取代的糖衍生物3a，分離收率為92%。作者隨后在該反應(yīng)條件下，考察了不同取代吲哚和吡咯對(duì)全乙?；趸咸烟堑姆磻?yīng)性（圖2）：N-甲基保護(hù)的含有不同取代基的吲哚和吡咯以高收率和單一選擇性得到產(chǎn)物，且吲哚取代基較為豐富，包括氯、溴、甲基、甲氧基、芐氧基和炔丙氧基等取代基；當(dāng)以N-原子未保護(hù)的吲哚為原料時(shí)，該反應(yīng)也可以順利發(fā)生，但立體選擇性有所降低，可能是由于TFE、C2-NO2和吲哚的N-H之間的多重氫鍵相互作用所致。
隨后，作者考察了不同的2-硝基烯糖與吲哚的反應(yīng)性：對(duì)于產(chǎn)物4a來(lái)說(shuō)，該反應(yīng)在克級(jí)規(guī)模時(shí)，也能順利發(fā)生，產(chǎn)率略有降低但對(duì)選擇性無(wú)明顯影響；此外，作者也發(fā)現(xiàn)，通過(guò)C3-OAc的立體化學(xué)，可以預(yù)測(cè)產(chǎn)物中端基碳的立體化學(xué)，比如當(dāng)以C3-位具有豎?。?/span>a-鍵）的OAc的硝基烯糖1a為原料時(shí)，產(chǎn)物3a中的端基碳也處于豎鍵的
構(gòu)型；相反，當(dāng)以C3-位具有橫鍵（e-鍵）的OAc的硝基烯糖1b為原料時(shí)，產(chǎn)物4a中的端基碳也處于橫鍵的
構(gòu)型，而C2和C3位置的立體化學(xué)不受影響。其它常見(jiàn)乙?；肴樘窍趸┨恰⒁阴；罄钐窍趸┨堑纫簿芤圆诲e(cuò)的收率和單一選擇性得到相應(yīng)產(chǎn)物，乳糖這類(lèi)二糖的硝基烯糖也能在該條件下完成轉(zhuǎn)化。
圖2 2-硝基烯糖的C1,C3-雙官能團(tuán)化底物范圍
作者在考察反應(yīng)底物范圍時(shí)發(fā)現(xiàn)，降低反應(yīng)溫度和減少吲哚的用量，可以分離得到Ferrier重排的2-硝基-吲哚-C-苷中間體，該中間體可以進(jìn)一步在另一分子吲哚存在時(shí)，在室溫到50 °C的反應(yīng)溫度下，發(fā)生Michael加成反應(yīng)，形成C1和C3位置不同吲哚取代的糖衍生物?；诖瞬呗?，作者通過(guò)使用不同取代基的吲哚以及不同的硝基烯糖（除乙酰化的半乳糖硝基烯糖以外），采用兩步一鍋法，合成得到了系列C1和C3位置不同吲哚取代的糖衍生物，并獲得了較高的產(chǎn)率、優(yōu)秀的立體選擇性和區(qū)域選擇性，且可以以良好收率進(jìn)行克級(jí)反應(yīng)（圖3）。
圖3 C1和C3位置不同吲哚的C1,C3-雙吲哚化糖苷的制備
由于作者無(wú)法通過(guò)上述圖3的方法，高立體選擇性地合成C1和C3位置不同吲哚取代的半乳糖衍生物，為了改變這一困境，作者通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，發(fā)現(xiàn)以雙功能硫脲為催化劑時(shí)，可以以較高收率、高立體選擇性和高區(qū)域選擇性得到C3吲哚取代的2-硝基半乳糖烯糖。并且該反應(yīng)底物范圍廣泛，不同位置單取代吲哚、多取代吲哚、吡咯均可以適用于該反應(yīng)。為了比較，作者也發(fā)現(xiàn)，其它硝基烯糖也可以應(yīng)用到該反應(yīng)中，得到C3吲哚取代的2-硝基烯糖（圖4）。
圖4 3-吲哚-2硝基烯糖的制備
隨后，作者以C3吲哚取代的2-硝基烯糖6為原料，以1,1,1,3,3,3-六氟異丙醇（HFIP）為溶劑，在4 ?分子篩存在的條件下，成功地使6與另一分子吲哚或吡咯反應(yīng)，合成了系列C1,C3-雙吲哚取代、C3-吲哚-C1-吡咯取代的半乳糖衍生物（圖5）。作者發(fā)現(xiàn)，在合成C1,C3-雙吲哚取代的半乳糖衍生物時(shí)，該反應(yīng)非對(duì)映選擇性較差（圖4，4a，7b-7d），但是在合成C3-吲哚-C1-吡咯取代的半乳糖衍生物時(shí)（7a），該反應(yīng)具有很高的非對(duì)映選擇性，在其它糖的C3-吲哚-C2-硝基烯糖的底物中，作者發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的現(xiàn)象。
圖5 從C3-吲哚硝基烯糖合成C1,C3-雙取代糖衍生物
最后，作者也對(duì)該反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的衍生化（圖6）。產(chǎn)物中的硝基，可以經(jīng)雷尼Ni催化還原，并原位保護(hù)，轉(zhuǎn)化為2-磺酰胺基吲哚糖衍生物（9），而乙酰基可以在堿存在下，高效地脫除形成糖衍生物10。同時(shí)，由于部分產(chǎn)物中，既含有N3基團(tuán)，又含有炔基，因此，在Click反應(yīng)條件下，作者成功地合成了系列糖橋環(huán)大環(huán)類(lèi)化合物（11-13）。而且，C1-吲哚-C2-硝基烯糖，也可以在TFE中，與吡咯反應(yīng)，高效、高立體選擇性地合成C1-吲哚-C3-吡咯糖衍生物，進(jìn)一步展現(xiàn)出了該方法在合成1,3-雙-C-取代的糖衍生物方面的巨大潛力。最后，作者也對(duì)所獲得的部分化合物進(jìn)行了活性評(píng)估，結(jié)果表明，部分C1-吲哚-C2-硝基烯糖如8a,8b對(duì)HCT 116（人結(jié)腸癌細(xì)胞）的細(xì)胞毒活性IC50分別為1.586 μM 和 1.134 μM，對(duì)T24人膀胱癌細(xì)胞的細(xì)胞毒活性IC50 分別為2.949 μM和 3.548 μM，對(duì)AGS（人胃腺癌細(xì)胞） 的細(xì)胞毒活性IC50分別為0.695 μM 和 0.764 μM，同時(shí)，大環(huán)類(lèi)化合物11表現(xiàn)出選擇性地對(duì)MKN-45（人胃腺癌細(xì)胞）的細(xì)胞毒活性IC50為2.416 μM。
圖6 產(chǎn)物的衍生化及部分化合物的活性評(píng)估
總之，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所馬小鋒研究員與其合作者報(bào)道了一種室溫下，氟代醇溶劑（TFE）促進(jìn)的、高效、高立體選擇性的2-硝基糖的1,3-雙-C-官能化反應(yīng)。所需的硝基烯糖可以從烯糖經(jīng)一步反應(yīng)大規(guī)模制備，這為傳統(tǒng)方法無(wú)法獲得的 C1,C3-雙-吲哚-、C1,C3-雙吡咯-取代的糖衍生物提供了直接有效的合成方法。此外，通過(guò)C3位乙?；牧Ⅲw化學(xué)，可以預(yù)測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物中端基碳的α-或β-立體選擇性；同時(shí)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件細(xì)微的改變，可以實(shí)現(xiàn)在糖的C1和C3位置上引入兩種不同的吲哚；最后，當(dāng)利用硫脲為催化劑時(shí)，能選擇性地合成C3-吲哚取代-C2-硝基烯糖，其可以進(jìn)一步在C1位發(fā)生官能團(tuán)化修飾。結(jié)合這三種策略，作者高效、高立體選擇性地制備了一系列具有挑戰(zhàn)性的C1,C3-雙-吲哚-、C1,C3-雙吡咯-、C1-吲哚-C3吡咯-、C1-吡咯-C3吲哚-取代的糖衍生物。生物活性評(píng)價(jià)表明，3個(gè)化合物對(duì)T24、HCT116、AGS和MKN-45細(xì)胞具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，IC50在0.695 ~ 3.548 μM之間，而對(duì)人正常肝細(xì)胞（L-02）具有較低的細(xì)胞毒性，這將有利于高效、低毒的新型抗腫瘤化合物的進(jìn)一步研發(fā)。
該研究以“Controllable 1,3-Bis-Functionalization of 2?Nitroglycals with High Regioselectivity and Stereoselectivity Enabled by a H?Bond Catalyst”為題發(fā)表于JACS Au（JACS Au2024,4,974?984）。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所馬小鋒研究員為本文的通訊作者，博士研究生李江濤為文章第一作者。同時(shí)，與該研究相關(guān)的內(nèi)容已經(jīng)申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利四項(xiàng)（一種3-吲哚或吡咯基-2-硝基烯糖類(lèi)化合物及其制備方法與應(yīng)用，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?/span>:202410059158.X；一種2-硝基-2-烯吲哚糖碳苷類(lèi)化合物及其合成方法與應(yīng)用，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?/span>:202310766858.8，一種吲哚糖碳苷類(lèi)大環(huán)化合物及其制備方法與應(yīng)用，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?/span>:202310691698.5；吲哚糖苷類(lèi)化合物及吡咯糖苷類(lèi)化合物及合成方法與應(yīng)用。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?/span>202211581675.0）。上述研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（22377123、22001246）、四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2022ZYD0047、2022JDRC0132)、中國(guó)科學(xué)院生物資源計(jì)劃（KFJBRP-008）的支持。