路易士 X 二聚體與 KH-1 之合成流程

乙酯(2,2,2- trichloroethoxycarbonyl chloride) 劇烈攪拌反應後會有白色固體析 出，將析出的白色固體過濾後用冰水將鹽類洗去，然後將白色固體抽乾得到

修改，將分子篩與1-疊氮正戊醇溶於乙腈中除水，然後將經高真空抽乾的化 合物4 溶於無水乙腈中打入分子篩與 1-疊氮正戊醇的反應瓶中，立即加入碘 (iodine)與二氯二氰基苯醌(2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone，DDQ)在室溫 下進行醣化反應。很幸運的，在此方式下只得到醣苷鍵結為β位向的化合物5 (J1,2 = 8.04 Hz)產率為 71%。將化合物 5，在無水甲醇中經催化量的甲醇鈉 (sodium methoxide)經醇解後可得到化合物 6。接著在酸性條件下，化合物 6 與二甲基苯縮醛(benzaldehyde dimethyl acetal)反應，以縮醛的形式選擇性保護 C4與C6上的氫氧基，得到化合物7。化合物 7 上裸露出的氫氧基，在 1-(3-二 甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)

carbodiimide, EDCI)作為脫水劑與等當量的 2-二甲基氨吡(N,N-dimethylamino pyridine)催化下和γ-酮戊酸(levulinic acid)進行酯化反應，得到化合物 8。首先 利用氰基硼氫化鈉(Sodium cyanoborohydride)在酸性條件下進行選擇性還原開 環反應，不幸的，此還原劑會將γ-酮戊酸上的酮基還原成醇基，然後進行分 子內環化形成內酯(lactone)的形式離去，而無法獲得預期產物化合物 9。經過 多種不同還原劑的測試，最後我們利用三乙基矽烷(triethylsilane)在酸性條件下 可以成功還原縮醛進行選擇性開環反應而不會將酮基還原，因此順利得到化 合物9。化合物 9 在聯氨(hydrazine)的作用下選擇性將γ-酮戊酯(levulinoyl-) 去保護，得到還原端的化合物10 - 葡萄糖醯胺單元分子。(流程一)

(流程二) 葡萄糖醯胺單元分子的合成流程⁴⁸

在製備葡萄糖醯胺單元分子的授予體化合物15，利用上述的化合物 3 作 為起始物，在路易士酸－三氟化硼乙醚 (Boron trifluoride ethylether complex) －作用下與對-甲基苯硫酚(thiocresol)反應得到硫苷醣(thioglycoside)，經再結 晶後得到β鍵結形式的化合物11。化合物 11 經醇解反應、縮醛形式的選擇性 保護C4與C6上的氫氧基，然後將C3上的氫氧基進行酯化保護，得到化合物 14。化合物 14，在酸性條件下用三乙基矽烷(triethylsilane)做選擇性還原反應，

得到C4裸露型態的氫氧基與C6上的氫氧基以芐基醚(benzyl ether)的形式保護 的化合物15。(流程二)

O OAc 乳糖(galactose)化合物 19，無須純化，接著以氫化鈉(sodium hydride)與化合物 19 之氫氧基上的質子(proton)進行酸鹼中和後加入溴化芐(benzyl bromide)進行 Williamson 醚合成反應，得到化合物 20。

化合物20 在強酸水溶液的條件下，將原酸酯(orthoester)型態的保護基去保護 後，再與醋酸酐(acetyl anhydride)進行乙醯化反應得到化合物 21。接著將化合 物21 在路易士酸－三氟化硼乙醚 (Boron trifluoride ethylether complex)－作用 下與對-甲基苯硫酚(thiocresol)反應得到硫苷醣(thioglycoside)化合物 22，在此 步驟的反應溫度控制很重要！一開始在0 ^oC 的條件下作此反應，經 TLC 片追 蹤反應時發現會產生許多副產物，後來利用丙酮(acetone)與冰塊將反應溫度降 到-10 ^oC 後再慢慢將三氟化硼乙醚(BE3．OEt2)滴入後，經 TLC 片追蹤反應，

可獲得極佳的反應效果，順利得到硫苷醣(thioglycoside)化合物 22。化合物 22，

在碳酸鉀(Potassium carbonate)與甲醇下加熱至 45^oC 進行醇解反應，得到 C2

為裸露的氫氧基化合物23。最後，化合物 23 分別與γ-酮戊酸(levulinic acid) 和苯甲酰氯(benzoyl chloride)進行酯化反應，得到化合物 24 與化合物 25。

(流程三)

(流程四) 半乳糖單元分子合成流程⁴⁰

以全乙醯化的硫苷半乳糖化合物26，經醇解後得到化合物 27，在酸性條 件下與二甲基苯縮醛(benzaldehyde dimethyl acetal)反應，選擇性保護 C4與C6

上的氫氧基，得到化合物28。最後，將 C2與C3的氫氧基用γ-酮戊酸(levulinic acid)進行酯化反應保護起來，得到化合物 29。(流程四)

(流程五) 岩藻醣單元分子的合成流程¹²

以L-岩藻醣(L-fucose)化合物 30 做為起始物，進行乙醯化反應得到化合物 31，然後在氟化硼乙醚(BE3．OEt2)作用下與對-甲基苯硫酚(thiocresol)反應得 到α、β-非對映體(diastereomer)的硫苷醣(thioglycoside)化合物 32。利用碳酸 鉀與甲醇將化合物32 進行醇解反應，得到化合物 33，再與溴化芐(benzyl bromide)進行醚化反應，最後經管柱層析純化後得到β形式的硫苷醣(β- thioglycoside)化合物 34。(流程五)

O STol (glycosyl acceptor)兩者皆未反應完，因此也嘗試增加醣授予體(glycosyl donor) 與N-碘代琥珀酰亞胺(NIS)的當量數，得到的結果是增加 1 當量的醣授予體只 提高約1~2%的產率，而提高活化劑的當量數與溫度則發現產物會分解掉。

原因可能是化合物35 與 37 的活性比化合物 14、23 與 24 還要高，本研 究雖未去測量化合物35 與 37 的相對反應活性值(RRV)，但據文獻報導化合物 38 的相對活性值比化合物 14 與 23 高出 43 倍。

於此反應中我們以在TLC 片追蹤此反應的進行，發現到醣授予體(glycosyl donor)與醣受體(glycosyl acceptor)兩者之ㄧ都沒有反應完，然而增加活化劑的 當量數會導致產率的降低，為此我們的解釋為 (圖三十四)¹²：因為活化劑的當 量數只利用1.1 當量，醣授予體(glycosyl donor)化合物 23 的活性比醣受體 (glycosyl acceptor)化合物 14 高出 14 倍⁴⁸，因此在競爭活性劑上化合物23 的 反應速率比較快。但真正的反應速率決定步驟是锍陽離子(sulonium cation)變 成鎓陽離子(oxocarbenium cation)的不可逆反應，然後與醣受體反應後產生產 物。因為活化劑與醣授予體等當量，因此活化完醣授予體後沒有多餘的活化 劑去活化產物，這也是為什麼當增加活化劑會造成產率降低甚至於產物整個 分解掉的可能原因。

(圖三十四) 競爭反應圖

合成還原端的三醣分子化合物39，是採用一鍋化(one-pot)與特位選擇性 (regioselective)的策略來合成(流程七)。

首先，以先前製備好的C3、C4為裸露氫氧基的化合物10 做為醣受體 (glycosyl acceptor)與醣授予體(glycosyl donor)化合物 29 和經活化的分子篩混 合溶在反應瓶中攪拌除水，然後降溫至-40 ^oC 後加入活化劑 N-碘代琥珀酰亞 胺(N-iodosuccinimide, NIS) 與三氟甲磺酸 (triflic acid, TfOH) 作第一次醣化 反應，經由TLC 片追蹤反應的進行，當化合物 29 反應完後降溫至-50 ^oC，加 入岩藻醣授予體(fucosyl donor)，再加入活化劑 N-碘代琥珀酰亞胺(N-iodo- succinimide, NIS)與三氟甲磺酸(triflic acid, TfOH)進行第二次醣化反應，同樣 以TLC 片追蹤反應，反應結束後經管柱層析純化後得到化合物 39。

在進行第一次醣化反應的過程中，化合物29 活化後可與化合物 10 上的 C3與C4上的氫氧基進行醣化反應，經最後管柱層析純化後得到β-1→4-鍵結 或β-1→3-鍵結的比例為 10 比 1。再進行第二次醣化反應時，由於雙醣受體 (glycosyl acceptor)上 C3與C4上的氫氧基立體障礙有所不同，所以岩藻醣授予 體(fucosyl donor)只會接在雙糖上葡萄糖胺(N-protected glucosamine)部分上 C3

的氫氧基而不會接在C4的氫氧基，如此可以輕易的分離出預期的三醣產物39。

最後，化合物39 經核磁共振光譜(NMR)分析結果，得到β形式的半乳糖 -(1→4)-葡萄糖胺鍵結(galactose-β-1,4-glucosamine linkage)(Jgal1,2 = 8.22 Hz) ；α形式的岩藻醣-(1→3)-葡萄糖胺鍵結(fucose-α-1,3-glucosamine linkage)

(J fuc 1,2 = 2.88 Hz)。接著化合物 39，經選擇性將γ-酮戊酯去保護後得到未來

著手進行一鍋化合成路易士X 二聚體與 KH-1 分子的還原端的化合物 40。

O O

BnOOBn OBnSTol (a)

取得製備好的岩藻醣單元(fucose unit)化合物 34、N-醯胺乳醣單元( N-lacto- samine unit)化合物 36 及 38 與還原端的三醣分子化合物 40 後，就可以開始進 行一鍋化合成路易士X 二聚體與 KH-1 反應(流程八與九)。在進行路易士 X 二 聚體和KH-1 一鍋化合成反應，我們採用的是[1+2+3]與[1×(2)+2+3]的策略來 建構出六醣與七醣分子。

根據先前文獻的條件，在-78 ^oC 下進行化合物 38 與化合物 34 的醣化反應，

不幸地，得到的大多都是岩藻醣單元(fucose unit)與活化劑 N-碘代琥珀酰亞胺 (NIS)反應的副產物。若將溫度稍為提升後，預期所要的產物開始出現，不過 其立體位向選擇性(stereoselective)不佳，產物雖然可以利用乙酸乙酯、正己烷 與甲苯混合的沖提液經管柱層析純化後分離，然此對於後面進行一鍋化合成 法後純化上會是很大的問題。不過，幸運的是當反應溫度提升到-45^oC 時，兩 個岩藻醣的立體位向都為α形式的鍵結，且沒有岩藻醣單元(fucose unit)與活 化劑反應的副產物出現。另外，將此條件套用在化合物36 與化合物 34 進行 醣化反應時，由於此關鍵步驟的突破，將有利於接下來一鍋化合成策略的進 行。但這項結果也與先前文獻上的論述不同－在低溫下可以減少岩藻醣單元 與活化劑反應產生的副產物和在立體位向上有較佳的選擇性。

找出適合的反應溫度條件後，我們開始著手一鍋化合成路易士X 二聚體 與KH-1 分子的合成。一開始將岩藻醣單元(fucose unit)化合物 34 分別與 N-醯 胺乳醣單元( N-lactosamine unit)化合物進行第一次醣化反應，經由 TLC 片追 蹤現化合物34 都活化反應後，加入還原端的三醣分子化合物 40 和活化劑 N- 碘代琥珀酰亞胺(NIS)與三氟甲磺酸 (triflic acid, TfOH)，然後升溫至-25^oC 進 行第二次醣化反應，經TLC 片追蹤反應，當化合物 40 反應完後結束反應，進 一步進行管柱層析分離，各別得到路易士X 二聚體六醣分子與 KH-1 七醣分 子。

值得注意的是，在第二次醣化反應的過程中再度使用到特位選擇性( regio -selective)的反應！在還原端三醣分子化合物 40 的半乳糖(galactose)部分，由 於C2的氫氧基在立體障礙上比C3的氫氧基大，因此進行醣化反應時會先選擇 與立體障礙小的氫氧基進行醣苷鍵(glycosidic bond)生成反應，配合醣授予體 (glycosyl donor)上 C2的胺酯(carbamate)保護基經由鄰基參與效應(neighboring group participation effect)，最後順利得到β-1,3-鍵結的產物分子。

利用一鍋化進行寡糖的合成，除了可以減少合成過程中保護基的操作次 數且在純化的過程也達最少化，大大縮減整體所需的時間。在本次的研究，

除了一鍋化合成法並搭配兩次的特位選擇性(regioselective)醣化反應更進一步 精簡了保護基方面的操作次數。從利用一鍋化製備還原端三醣分子化合物40 到進行第二次的一鍋化合成路易士X 二聚體與 KH-1 分子，整個過程產率約 15~17%，成功得到所要的產物。至於，在建構 N-醯胺乳醣單元( N-lactosamine unit)化合物 35 和 37 的產率只有 40%左右。但化合物 24 與 23 和化合物 9 進 行醣化反應得到 N-醯胺乳醣( N-lactosamine unit)單元的產率卻有 70%以上，

因此如果將半乳糖單元分子(galactose building block)改成其他形式的離去基，

進行正交性(orthogonal)醣化反應，或許有機會克服在合成 N-醯胺乳醣單元分 子( N-lactosamine unit)化合物 35 和 37 產率不高的問題！

未來，將利用一鍋化合成法合成出來的路易士X 二聚體、KH-1 和路易士 X 單體將保護基去除後，可以與其他合成出來的的腫瘤相關的醣抗原分子一 起建立一套用來偵測癌症的醣晶片。

(流程八) 一鍋化合成路易士 X 二聚體

(a) 36 (1.0eq), 34 (1.1eq), NIS(1.1eq) / TfOH (0.11eq), CH2Cl2, 4-Å M.S.,-45 ^oC (b) 40 (0.8eq), CH2Cl2, 4-Å M.S.,-25 ^oC

(流程九) 一鍋化合成 KH-1

(a) 38 (1.0eq), 34 (2.2eq), NIS(2.2eq) / TfOH (0.22eq), CH2Cl2, 4-Å M.S.,-45 ^oC (b) 40 (0.6eq), CH2Cl2, 4-Å M.S.,-25 ^oC

參考資料

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Chem. Soc. 1999, 121, 734.

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