俞氏糖基化反应(Yuglycosylation)

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糖苷化反应是糖缀合物合成的关键步骤,自1901Koenigs-Knorr合成法出现以来,已有多种糖苷化方法被发展出来。糖苷化反应大多需要在促进剂的存在下实现,常见的糖苷化过程常常是由强Lewis酸或质子酸催化糖基给体脱去离去基形成氧鎓离子,然后氧鎓离子接受亲核试剂进攻,最终完成一次糖苷键的形成过程。

俞飚课题组在2008年发展了金催化的邻炔基苯甲酸酯给体的糖苷化反应(俞氏糖基化反应Yuglycosylation)[1]该反应在实现多种天然产物全合成的同时,[2]也体现出诸多独特的反应特性。

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图1.通过俞氏糖基化合成的一些天然产物


俞氏糖基化反应发现之前,很多糖苷化过程由于要用到强Lewis酸或质子酸催化,因此一些对酸敏感的底物无法兼容。而俞氏糖基化反应中所采用的金(I)催化剂作为一种弱Lewis酸,能够很好的应用于酸敏性的底物完成糖苷化过程。[2d,3]

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图2.俞氏糖基化在酸敏性底物上的应用

 

    当反应中的给体为全酰基保护的邻炔基苯甲酸酯给体,在同时存在羟基和羧基两个受体官能团时,在反应体系中添加Lewis酸三氟化硼乙醚,能够化学选择性的对亲核性较弱的羧基进行糖苷化过程;相对应的添加有机碱2,6-二叔丁基吡啶,则得到相反的化学选择性,受体的羟基参与反应,形成原甲酸酯结构。[4]

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图3.俞氏糖基化的官能团选择性

 

    俞氏糖基化应用于碱基的糖苷化反应中,特别是对于嘌呤类碱基能够得到单一的N9-糖基缀合物。[5]对于2-脱氧核糖与碱基之间的糖苷化,通过降低体系的浓度能够提高其β-选择性。[6]

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图4.俞氏糖基化在碱基糖苷化中的应用

 

    对于山奈酚的3-位和7-位羟基的糖苷化反应,能够给出优秀的区域选择性,仅得到3-糖苷化产物。[7]


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图5.俞氏糖基化对山奈酚糖苷化的区域选择性


    对于因分子内氢键导致反应活性较差的黄酮5-位羟基,采用俞氏糖基化反应相较于其他糖苷化方法可以获得极好的反应效率。[8]

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图6.俞氏糖基化对黄酮5-位羟基的反应

 

    对于羟胺的糖苷化反应,通过在氮上引入保护基后,可在羟基上发生糖苷化反应,可形成N-O链接的寡糖缀合物。[9]

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图7.俞氏糖基化合成N-O链接的寡糖缀合物


    糖苷化反应的立体选择性通常通过在给体的2-羟基引入酰基保护,由邻基参与实现1,2-反式的产物。当给体2-羟基为醚类保护基时,其立体选择性较差。李明小组和俞飚小组同时发现2-苄基保护的甘露糖给体,其经历俞氏糖基化反应时,其立体选择性可通过4,6-苄叉保护基的存在稳定氧鎓离子中间体的构象,在强亲核试剂的存在下能够得到单一的β-构型产物。[10]

俞氏糖基化反应(Yuglycosylation)   第8张

图8.俞氏糖基化在β-构型甘露糖苷键构建上的应用


    俞飚小组通过调节给体中离去基团的电子效应实现了2-苄基保护鼠李糖糖苷化反应的立体选择性。他们发现在离去基的4-位引入强吸电子基硝基时,能够显著的增加β-选择性。[11]

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图9.通过改变给体中离去基团的电子效应来调节俞氏糖基化的立体选择性实例


    俞氏糖基化反应在应用于碳苷键构建时,具有邻基参与作用的2-酰基由于能够稳定氧鎓中间体,反应活性较低,无法与受体分解的速率相匹配。相反,2-烷基保护或2-脱氧的给体则可以实现糖基化过程。另外,催化剂中的共轭阴离子对反应也有决定性的影响,采用双(三氟甲磺酰)亚胺阴离子能够获得优秀的α-选择性。[12]

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图10.俞氏糖基化在碳苷键构建上的应用

 

    近年来,多种俞氏糖基化反应的变体也被逐渐开发出来,[13]通过活化离去基团中的碳碳叁键完成分子内的环化反应,脱去离去基,实现氧鎓离子中间体的产生。

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图11.俞氏糖基化反应变体


参考文献:

[1] (a)Li, Y.; Yang, Y.; Yu, B. TetrahedronLett.2008, 49, 3604; (b) Zhu, Y.; Yu, B. Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 8329; (b) Tang, Y.; Li, J.; Zhu, Y.; Li, Y.; Yu, B. J. Am. Chem. Soc.2013, 135, 18396; (c) Li,Y.; Yang, X.; Liu, Y.; Zhu, C.; Yang, Y.; Yu, B. Chem. Eur. J.2010, 16, 1871; (d) Yu, B. Acc. Chem.Res. 2018, 51, 507.

[2] Forreview: (a) Li, W.; Yu, B. Chem. Soc.Rev.2018, 47, 7954. For selected examples, see: (b) Yang, Y.; Li, Y.; Yu, B. J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 12076; (c)Zhang, J.; Shi, H.; Ma, Y.; Yu, B. Chem.Commun., 2012, 48, 8679; (d) Yu, J.; Sun, J.; Niu, Y.;Li, R.; Liao, J.; Zhang, F.; Yu, B. Chem.Sci.2013, 4, 3899; (e) Nie, S.; Li, W.; Yu, B. J. Am. Chem. Soc.2014, 136, 4157; (f) Li, J.; Yu, B. Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 6618; (g) Dai, Y.; Yu, B. Chem. Commun.2015, 51, 13826; (h) Zhu,D.; Yu, B. J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 15098; (i) Nicolaou, K. C.; Cai, Q.; Sun, H.; Qin, B. Zhu, S. J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 3118; (j)Wang, B.; Liu, Y.; Jiao, R.; Feng, Y.; Li, Q.; Chen, C.; Liu, L.; He, G.; Chen,G. J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 3926; (k) Bai, Y.; Shen, X.; Li, Y.; Dai, M. J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 10838; (l)Inuki, S.; Aiba, T.; Kawakami, S.; Akiyama, T.; Inoue, J.-i.; Fujimoto, Y. Org. Lett.2017, 19, 3079; (m) Zeng,J.; Sun, G.; Yao, W.; Zhu, Y.; Wang, R.; Cai, L.; Liu, K.; Zhang, Q.; Liu,X-W.; Wan, Q. Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 5227; (n) Chen, X.; Shao, X.; Li, W.; Zhang, X.; Yu, B. Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 7648; (o) Nicolaou, K. C.; Chen, P.; Zhu, S.; Cai, Q.; Erande,R. D.; Li, R.; Sun, H.; Pulukuri, K. K.; Rigol, S.; Aujay, M.; Sandoval, J.;Gavrilyuk, J. J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 15467; (p) Wang, S.; Sun, J.; Zhang, Q.; Cao, X.; Zhao, Y.;Tang, G.; Yu, B. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 2884; (q) Nicolaou, K. C.; Li, R.; Lu, Z.; Pitsinos, E. N.;Alemany, L. B. J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 8091; (r) Yoshimura, F.; Itoh, R.; Torizuka, M.; Mori, G.;Tanino, K. Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 17161; (s) Nicolaou, K. C.; Li, R.; Lu, Z.; Pitsinos, E. N.;Alemany, L. B.; Aujay, M.; Lee, C.; Sandoval, J.; Gavrilyuk, J. J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 12120.

[3] Li,Y.; Sun, J.; Yu, B. Org. Lett.2011, 13, 5508.

[4] Yang,Y.; Li, Y.; Yu, B. Tetrahedron Lett.2010, 51, 1504.

[5] Zhang,Q.; Sun, J.; Zhu, Y.; Zhang, F.; Yu, B.Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50, 4933.

[6] Yang,F.; Zhu, Y.; Yu, B. Chem. Commun., 2012, 48, 7097.

[7] Yang,W.; Sun, J.; Yang, Z.; Han, W.; Zhang, W.-D.; Yu, B. Tetrahedron Lett.2010, 53, 2773.

[8] (a)Liao, J.-X.; Fan, N.-L.; Liu, H.; Tu, Y.-H.; Sun, J.-S. Org. Biomol. Chem., 2016,14, 1221; (b) Hu, Y.; Tu, Y.-H.; Liu,D.-Y.; Liao, J.-X.; Sun, J.-S. Org.Biomol. Chem., 2016, 14, 4842.

[9] Yu,J.; Sun, J.; Yu, B. Org. Lett.2012, 14, 4022.

[10]     (a)Sun, P.; Wang, P.; Zhang, Y.; Zhang, X.; Wang, C.; Liu, S.; Lu, J.; Li, M. J. Org. Chem.2015, 80, 4164; (b) Zhu,Y.; Yu, B. Chem. Eur. J.2015, 21, 8771.

[11]     Zhu,Y.; Shen, Z.; Li, W.; Yu, B. Org. Biomol.Chem.2016, 14, 1536.

[12]     Chen,X.; Wang, Q.; Yu, B. Chem. Commun., 2016, 52, 12183.

[13]     (a) Chen, X.; Shen, D.; Wang, Q.; Yang, Y.; Yu, B. Chem. Commun., 2015, 51, 13957; (b) Hu,Y.; Yu, K.; Shi, L.-L.; Liu, L.; Sui, J.-J.; Liu, D.-Y.; Xiong, B.; Sun, J.-S. J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 12736; (c)Dong, X.; Chen, L.; Zheng, Z.; Ma, X.; Luo, Z.; Zhang, L. Chem. Commun., 2018, 54, 8626; (d)Shaw, M.; Thakur, R.; Kumar, A. J. Org.Chem., 2019, 84, 589.


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