十六烷基β-D-吡喃木糖苷的合成

陳朗秋，申望珍，曠 娜，季善偉

(湘潭大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好化學(xué)與應(yīng)用省部共建教育部重點實驗室，湖南 湘潭 411105)

十六烷基β-D-吡喃木糖苷的合成

陳朗秋，申望珍，曠 娜，季善偉

(湘潭大學(xué) 化學(xué)學(xué)院 環(huán)境友好化學(xué)與應(yīng)用省部共建教育部重點實驗室，湖南 湘潭 411105)

十六烷基-β-D-吡喃木糖苷是來源于可再生的綠色環(huán)保的中性兩親表面活性劑.采用三氯乙酰亞胺酯法，D-木糖經(jīng)全乙?；?、C1位選擇性脫乙?；?，轉(zhuǎn)化成糖基三氯乙酰亞胺酯，以十六醇為受體與之進行偶聯(lián)反應(yīng)及脫保護，立體選擇性地合成了1,2-反式結(jié)構(gòu)的十六烷基-β-D-吡喃木糖苷.目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)氫譜分析得到了確證，方法簡便，實用.

十六烷基-β-D-吡喃木糖苷，D-木糖，十六醇，合成

糖基表面活性劑隨著上世紀(jì)80年代商業(yè)應(yīng)用的推進[1]，作為新型非離子表面活性劑在生化試劑、藥物輔料、食品添加劑、洗滌劑、日化用品、化妝品、農(nóng)藥、石油三次開采等方面具有重要的應(yīng)用價值[2-5].

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的秸稈類廢料可以轉(zhuǎn)化成價值極高的D-木糖[6]，而油料作物中的甘油三酯可通過還原反應(yīng)獲取飽和的長鏈脂肪醇[1].長久以來，糖基表面活性劑常以淀粉或水解產(chǎn)物葡萄糖和麥芽糖為原料通過化學(xué)或酶學(xué)等生物學(xué)方法生產(chǎn)的.由于人口的增加和耕地的減少，糧食安全受到全面的挑戰(zhàn)，以木聚糖或D-木糖替代以淀粉或水解產(chǎn)物葡萄糖和麥芽糖為原料的糖基表面活性劑等的開發(fā)將會引起各國政府和有關(guān)專家的關(guān)注和重視，成為潛在的研究熱點[7-8].

D-木糖可以和脂肪醇作為可再生原料通過化學(xué)合成方法可衍生出包括十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)在內(nèi)的烷基木糖苷[9-11].木糖苷6具有雙熔融轉(zhuǎn)變(double melting transitions)熱致液晶現(xiàn)象，采用MTS((3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium))細(xì)胞活性檢測方法通過皮膚細(xì)胞的培養(yǎng)實驗表明其半數(shù)細(xì)胞毒性濃度(CC50, concentration of cytotoxicity 50%)較高[12]，顯示細(xì)胞毒性很弱.

從化學(xué)合成報道來看，F(xiàn)ischer糖苷化法獲取的以α-糖苷為主的混合物[8-9]，溴代糖法除了部分分解和產(chǎn)生少量的原酸酯外還存在高價銀鹽或高價的2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(DDQ)使用的成本問題或汞鹽等有毒的重金屬鹽類的環(huán)境負(fù)荷問題[10-12]，包括木糖苷6[12-13]在內(nèi)的烷基-β-D-吡喃木糖苷的全乙?；桥c醇的直接糖苷化因端基異構(gòu)化和分解產(chǎn)生較多的雜質(zhì)，必須仔細(xì)通過負(fù)荷較重的柱色譜分離純化，嚴(yán)重制約著產(chǎn)品的開發(fā)[12-13].為此，基于現(xiàn)有文獻方法和前期的糖化學(xué)研究工作[7,14-15]，采用糖基三氯乙酰亞胺酯為供體與受體長鏈醇偶聯(lián)，探索合成長鏈烷基木糖苷6的方法的有效性.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

BRUKER-AVANCE-400型核磁共振儀，瑞士Bruker公司；X-4數(shù)字顯示顯微熔點測定儀，河南鞏義市英峪儀器廠；TLC分析使用青島海洋化工廠生產(chǎn)的涂層為0.20～0.25 mm的HF254型硅膠板，用UV或體積分?jǐn)?shù)30%的硫酸甲醇溶液顯色觀察；柱色譜分離使用青島海洋化工廠的100～200目硅膠；所用試劑均為市售分析純或化學(xué)純.

1.2 合成路線

如圖1所示，D-木糖(1)首先乙酰化，接著在芐胺的作用下C1位選擇性脫乙酰基，進而與三氯乙腈反應(yīng)轉(zhuǎn)化成糖基三氯乙酰亞胺酯(4).后者作為糖基供體在三氟化硼乙醚催化下與十六醇偶聯(lián)及脫保護，獲得十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6).

圖1 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)的合成路線

1.3 實驗方法

1.3.1 2,3,4-三-O-乙?；?D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯(4)的合成

往500 mL的三頸燒瓶中依次加入50.00 g(0.33 mol)干燥過的木糖，157.40 mL(1.67 mol)乙酸酐，8.00 g(97.53 mmol)無水乙酸鈉，裝上回流冷凝裝置，機械攪拌，電熱套加熱升溫使固體稍有溶解后，移去加熱裝置，繼續(xù)攪拌，待固體全部溶解呈澄清狀，冷卻至室溫.再加入5.63 g(68.63 mmol)無水乙酸鈉，將裝置移入油浴鍋中，加熱回流1 h，TLC(V石油醚∶V乙酸乙酯=1∶1)監(jiān)測反應(yīng)完全，趁熱將反應(yīng)液倒入800 mL冰水中攪拌，隨即析出大量固體，抽濾，濾餅經(jīng)蒸餾水洗滌數(shù)次，得到灰白色固體76.20 g，產(chǎn)率71.9%.該固體用甲醇水溶液(V甲醇∶V水=1∶2)重結(jié)晶，得到白色固體52.60 g.直接用于下一步反應(yīng).

1.3.2 2,3,4-三-O-乙?；?D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯(4)的合成

參照文獻[7]的方法，通過1,2,3,4-四-O-乙?；拎咎?2)的C1位選擇性脫乙酰基2,3,4-三-O-乙?；拎咎擒?3)，隨后與三氯乙腈反應(yīng)轉(zhuǎn)化成2,3,4-三-O-乙?；?D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯(4)，直接作為下一步反應(yīng)的供體.

1.3.3 十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷(5)的合成

往250 mL的圓底燒瓶中依次加入10.00 g(23.8 mmol)糖基三氯乙酰亞胺酯4、50 mL二氯甲烷(4 ?分子篩干燥品)和8.63 g(35.6 mmmol)十六醇，攪拌溶解，冰水浴冷卻至0 ℃，滴加2.95 mL(23.8 mmol)三氟化硼乙醚溶液，攪拌反應(yīng)5 h，TLC(V石油醚∶V乙酸乙酯=3∶1)監(jiān)測反應(yīng)完全.混合液依次經(jīng)飽和碳酸氫鈉水溶液和飽和食鹽水溶液洗滌，采用無水硫酸鈉干燥，過濾，濾液濃縮，經(jīng)柱層析(V石油醚∶V乙酸乙酯=5∶1)分離，得到白色固體7.73 g，產(chǎn)率64.9%.71 ～ 73 ℃;1H NMR (CDCl3)δ:5.16 (t, J2,3=J3,4=8.6 Hz,1H,H-3),4.89～4.97(m,2H,H-4,H-2),4.46(d,J1,2=6.8 Hz,1H,H-1),4.12(dd,J5,5'=11.8 Hz,J4,5=5.0 Hz,1H,H-5),3.78～3.83(m,1H,OCH2C15H31),3.42～3.48(m,1H,OCH2C15H31),3.36(dd,J4,5'=9.1 Hz,1H,H-5'),2.05(s,6H,2Ac),2.04(s,3H,Ac),1.52～1.57(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.23～1.31(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.88(t,J=6.5 Hz,3H,O(CH2)15CH3).

1.3.4 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)的合成

往100 mL的圓底燒瓶中加入6.52 g(13.0 mmol)十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷5和35.0 mL無水甲醇，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的甲醇鈉甲醇溶液調(diào)節(jié)混合液的pH≈10，室溫攪拌反應(yīng)5 h，TLC監(jiān)測反應(yīng)完全(展開劑∶乙酸乙酯).用乙酸的甲醇溶液(體積比為1∶4)調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH 為中性，濃縮，經(jīng)柱層析(乙酸乙酯)分離，得到白色固體3.85 g，產(chǎn)率78.9%.94.8 ℃;1H NMR(DMSO-d6+D2O) δ∶ 4.08(d,J1,2=7.4 Hz,1H,H-1),3.64～3.70(m,2H,H-5,OCH2C15H31),3.38～3.45(m,1H,OCH2C15H31),3.24～3.32(m,1H,H-4),3.11(dd,J3,4=8.6 Hz,1H,H-3),3.03(t,J4,5=J5,5’=10.7 Hz,1H,H-5'),2.94(dd,J2,3=8.4 Hz,1H,H-2),1.44～1.54(m,2H,OCH2CH2C14H29), 1.13～1.34(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.79～0.91(m,3H,O(CH2)15CH3).

2 結(jié)果與討論

2.1 合成方法

采用如圖1所示的路線實施合成.由于D-木糖(1)在無水乙酸鈉的催化下與乙酸酐反應(yīng)屬于強放熱反應(yīng)，為了防止過熱沖料焦化等問題的出現(xiàn)，分批加催化劑無水乙酸鈉，且在添加第一批無水乙酸鈉通過熱反應(yīng)完成液化后，經(jīng)冷卻再加入第二批無水乙酸鈉，控制在回流條件下繼續(xù)反應(yīng)使乙酰化完全，達到反應(yīng)平穩(wěn)高效可控的效果.

在文獻[7]的基礎(chǔ)上，所合成的四乙酰吡喃木糖2先后通過C1位選擇性脫乙酰基和與三氯乙腈反應(yīng)轉(zhuǎn)化成糖基三氯乙酰亞胺酯4.該亞胺酯4作為糖基供體在Lewis催化劑三氟化硼乙醚的作用下與受體十六醇偶聯(lián)，由于存在2-位乙?；泥徎鶇⑴c效應(yīng)[7,13]，能夠立體選擇性地得到1,2-反式的偶聯(lián)產(chǎn)物十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷5.該偶聯(lián)產(chǎn)物通過通常的堿催化的脫酰基保護方法，成功地獲得十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6.

2.2 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6結(jié)構(gòu)

對于偶聯(lián)產(chǎn)物5，從圖2和上述氫譜數(shù)據(jù)可知，其1H NMR δ 4.46(d,J1,2=6.8 Hz)的耦合常數(shù)J1,2=6.8 Hz，說明吡喃木糖苷的C1和C2上相鄰的兩個氫處于1,2-反式結(jié)構(gòu)[7,14]，表明供體糖基三氯乙酰亞胺酯4與受體長鏈醇通過該偶聯(lián)反應(yīng)基本上為立體專一性地形成了β-糖苷鍵.同時，1H NMR δ 2.05(s,6H,2Ac),2.03(s,3H,Ac)數(shù)據(jù)表明C2、C3和C4上的3個乙?；谂悸?lián)反應(yīng)時仍保留著；此外，δ 1.52～1.57(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.23～1.31(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.88(t,J=6.4 Hz,3H,O(CH2)15CH3)數(shù)據(jù)表明長烷基鏈C16H33也已通過糖苷鍵連接到偶聯(lián)產(chǎn)物5中.

圖2 十六烷基-2,3,4-三-O-乙?；?β-D-吡喃木糖苷(5)核磁圖譜

對于脫保護的糖苷6，從圖3和氫譜數(shù)據(jù)同樣可知，1H NMR δ 4.08 (d,J1,2=7.4 Hz)的耦合常數(shù)J1,2=7.4 Hz，說明脫?；Ｗo反應(yīng)并未改變吡喃木糖苷的C1和C2上相鄰的兩個氫的1,2-反式結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的脫保護產(chǎn)物仍為1,2-反式的β-糖苷鍵結(jié)構(gòu).同時δ 3.64～3.70(m,2H,H-5,OCH2C15H31),3.38～3.45(m,1H,OCH2C15H31),1.44～1.54(m,2H,OCH2CH2C14H29),1.13～1.34(m,26H,O(CH2)2(CH2)13CH3),0.79～0.91(m,3H,O(CH2)15CH3)數(shù)據(jù)表明OC16H33仍存在于脫保護的糖苷6中.

圖3 十六烷基-β-D-吡喃木糖苷(6)核磁圖譜

3 結(jié)語

以可再生的D-木糖1為原料，在無水乙酸鈉的催化下與乙酸酐的熱反應(yīng)產(chǎn)生全乙?；咎?，后者在芐胺的催化下通過C1位選擇性脫乙?；约霸贒BU的催化下與三氯乙腈反應(yīng)完成糖基供體2,3,4-三-O-乙?；?D-吡喃木糖基三氯乙酰亞胺酯4的合成.該供體4與受體十六醇在Lewis催化下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)立體選擇性地得到1,2-反式的偶聯(lián)產(chǎn)物十六烷基-2,3,4-三-O-乙酰基-β-D-吡喃木糖苷5，后者通過脫乙酰基保護，最終獲得了目標(biāo)產(chǎn)物十六烷基-β-D-吡喃木糖苷6.該方法替代了溴代糖法的高價銀鹽和有毒重金屬鹽的弊端，方法簡便、高效、實用.

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(編輯 崔思榮)

Synthesis of Hexadecyl β-D-xylopyranoside

CHEN Langqiu,SHEN Wangzhen,KUANG Na,JI Shanwei

(College of Chemistry, Key Laboratory of Envirmentally Friendly Chemistry and Application of Ministry of Education, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China)

Hexadecyl β-D-xylopyranoside is a renewable,green and envorimental neutral amphiphilic surfactant.With the trichloroacetimidate method,D-xylose was acetylated,deacetylated selectively at C1 position and converted into corresponding glycosyl trichloroacetimidate.The glycosyl trichloroacetimidate was coupled with an acceptor hexadecanol and deprotected to achieve stereoselectively 1,2-trans hexadecyl β-D-xylopyranoside.The structure of the target compound was confirmed by the 1H NMR analysis.The synthetic method is concise and applicable.

Hexadecyl β-D-xylopyranoside; D-xylose; Hexadecanol; synthesis

2016-10-03

湖南省自然科學(xué)基金項目(14JJ2067，10JJ6023)

陳朗秋(1964-)，男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事有機合成與糖化學(xué)研究;申望珍(1990-)，女，碩士研究生，主要從事有機合成與糖化學(xué)研究.

O629.13

A

1674-358X(2016)04-0010-05